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Anordnung zum Schutze von Gleichstromkreisen gegen Rückstrom: Gleichstromkreise,
in denen eine treibende Spannung auf eine Gegenspannung arbeitet oder die an einen
Gleich- oder Wechselrichter angeschlossen sind oder als Anodenstromkreise einen
solchen pulsierenden Gleichstrom führen, bedürfen zuweilen eines Schutzes gegen
eine plötzliche Umkehr der Stromrichtung, der in Störungsfällen wirksam wird, wenn
z. B. die treibende Spannung plötzlich unter den Betrag der Gegenspannung sinkt,
oder wenn Unregelmäßigkeiten am Gleich-bzw. Wechselrichter vorkommen, sei es in
Gestalt von Rückzündungen an einem Entladungsstromr, ichter, sei es durch Fehlschaltungen
bei einem Kontaktumformer. Mit Hilfe einer Rückstromschutzeinrichtung kann die speisende
Spannung und eine etwa vorhandene Gegenspannung oder eine die ursprüngliche Stromrichtung
wiederherstellende Umsteuerung vorgenommen werden. Bekannte Schutzeinrichtungen
erfordern eine gewisse Zeit vom Augenblick der Stromrichtungsumkehr bis zum Wirksamwerden
des Schutzes. In dieser Zeit kann unter Umständen der Rückstrom unzulässig hohe
Werte erreichen.
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Zur Vermeidung dieses Übelstandes kann erfindungsgemäß außer einer
Rückstromschutzeinrichtung in dem zu schützenden Stromkreise eine Drossel mit durch
den Betriebsstrom hochgesättigtem Magnetkern, der sich bei Stromrichtungsumkehr
in der Nähe des Stromnullwertes entsättigt und eine stromschwache Pause hervorruft,
angeordnet sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der Leiter zo stellt einen Teil eines Gleichstromkreises dar. Er enthält
eine
Drossel i1, deren Magnetkern 12 vorzugsweise aus einer magnetisch hochwertigen Eisenlegierung
besteht, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Teil möglichst wenig gegen
die Flußachse geneigt sein, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete möglichst
scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur
Erregerachse verlaufen soll. Der Kern kann beispielsweise insbesondere aus flach
übereinandergewickelten Eisenbandlagen bestehen und die Form eines Ringes oder eines
Rechtecks haben. Windungszahl und Kernquerschnitt sind. so zu wählen, daß der Kern
beim Nennwert des Betriebsstromes hochgesättigt ist und sich nur bei einem größenordnungsmäßig
geringeren Bruchteil des Stromes in der Nähe des Nullwertes entsättigt. Durch die
Entsättigung -des Magnetkerns nimmt die Drossel eine sehr hohe Reaktanz plötzlich
an und verhindert dadurch eine weitere Stromänderung praktisch so lange, bis der
Magnetkern in entgegengesetzter Richtung seinen Sättigungswert wieder erreicht hat.
In dieser Zeit, die als stromschwache Pause bezeichnet wird, kann eine Rückstromschutzeinrichtung
ungeachtet ihrer Eigenzeit wirksam werden, bevor der Rückstrom steil ansteigt. Als
Rückstromschutzeinrichtung verwendet man häufig einen Schnellschalter, mit dem der
Gleichstromkreis unterbrochen wird. Derartige Schnellschalter müssen unter Umständen
eine verhältnismäßig große Leistung in sehr kurzer Zeit unterbrechen und sind dementsprechend
kompliziert und teuer. Demgegenüber kann nach einer weiteren Erfindung eine Vereinfachung
dadurch erzielt werden, daß mit der Drossel i i ein in Abhängigkeit vom Strom gesteuerter
und sich während der stromschwachen Pause öffnender Trennschalter 13 in Reihe geschaltet
ist. Da der Trennschalter 13 praktisch stromlos geöffnet wird, so kann er erheblich
einfacher gebaut sein als der sonst übliche Schnellschalter, der mit besonderen
Lichtbogenlöschungen versehen ist. Durch einen zum Trennschalter 13 parallel liegenden
Nebenstrompfad, der in der Zeichnung durch einen Ohmschen Widerstand 1¢ und einem
Kondensator 15 verkörpert ist; kann der Spannungsanstieg an den sich öffnenden Kontakten
verzögert und dadurch eine weitere Erleichterung des Unterbrechungsvorganges erzielt
werden.
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Zur Steuerung des Trennschalters 13 kann vo@rteilhaft ein polarisiertes
Relais verwendet werden. Dieses besitzt beispielsweise einen dreischenkligen Magnetkern
17, auf dem eine reit Gleichstrom erregte Spule 18 angeordnet ist. In einer auf
dem Drosselkern 12 befindlichen Spule i9 wird durch die Entsättigung dieses Kernes
eine Spannung hervorgerufen, die entweder unmittelbar oder mittelbar über eine an
sich bekannte Verstärkereinrichtung, z. B. über gesteuerte Entladungsrohre, Entladungsrohre
zur Auslösung einer Rückstromschutzeinrichtung, also etwa zur Erregung der Offnungsspule
21 des polarisierten Relais, benutzt werden kann. In den Steuerstromkreis kann ein
Ohmscher Widerstand 22 eingebaut werden. Diese Art der Steuerung hat den Vorzug,
daß sie im richtigen Augenblick praktisch trägheitslos anspricht.
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Der Magnetkern i2 kann durch eine besondere Wicklung 16 vormagnetisiert
und auf diese Weise zusätzlich magnetisch gesteuert werden. Damit kann bewirkt werden,
daß sich die Drossel bei der mit der Stromrichtungsumkehr verbundenen Stromänderung
bereits bei einem vorbestimmten positiven oder erst bei einem vorbestimmten negativen
Stromwert entsättigt, falls die Schutzeinrichtung so eingestellt ist, daß sie bei
einem von Null verschiedenen Stromwert in Tätigkeit tritt. Der Magnetkern 12 kann
vorteilhaft entgegen der magnetisierenden Wirkung des Betriebsstromes derart vormagnetisiert
sein, daß die Wirkung _ der Koerzitivkraft kompensiert wird, so daß der Kern beim
Nullwert des Betriebsstromes die entgegengesetzte Sättigungsgrenze erreicht. Dann
hat der Strom während des Öffnungsvorganges des Schalters 13 noch einen kleinen
positiven Wert. Die Folge davon ist, daß die Spannung an der Trennstelle zunächst
durch Null gehen muß, bevor sie steil ansteigen kann. Durch den Nulldurchgang der
Spannung wird die endgültige Unterbrechung ohne Rückzündung sichergestellt.
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Die Vormagnetisierung hat mit Wechselstrom zu erfolgen, falls die
Drossel in einer Anodenleitung angeordnet ist und selbst die Schutzeinrichtung steuert.
Mit Gleichstrom vormagnetisiert, würde sie jedesmal am Ende einer Stromübertragungszeit
beim Verschwinden des Stromes die Schutzeinrichtung auslösen. In diesem Augenblick
muß daher die Vormagnetisierung im gleichen Sinne wirken wie der Hauptstrom. Der
Vormagnetisierungswechselstrom muß so klein sein, daß seine Änderungsgeschwindigkeit
nicht ausreicht, die zur Auslösung der- Schutzeinrichtung erforderliche Spannung
in der Drossel bei deren Ummagnetisierung hervorzurufen Die Wiedereinschaltung des
Trennschalters 13 kann selbsttätig durch die an seinen offenen Kontakten herrschende
Spannung veranlaßt werden, sobald diese Spannung wieder die gewünschte Richtung
und gegebenenfalls eine vorbestimmte Höhe erreicht hat. Hierzu dient eine die Schließung
.des Trennschalters 13 bewirkende Erregerwicklung 23, die an die Trennschalterkontakte
über eine Drosselspule 24 angeschlossen ist und mittels eines Schalters 25 außer
Wirksamkeit gesetzt werden kann. In geschlossenem Zustand kann der Trennschalter
in Abhängigkeit vom Betriebsstrom gesperrt werden, indem vom Betriebsstrom eine
Haltekraft am Trennschalter ausgeübt wird. Wenn hierzu nach der Zeichnung eine vom
Betriebsstrom durchflossene Erregerspule 26 auf dem polarisierten Relais vorgesehen
ist, so ist damit gleichzeitig der Vorteil verbunden, daß die vom Betriebsstrom
ausgeübte Haltekraft zur Erhöhung des Kontaktdruckes des Trennschalters 13 beiträgt.
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Ist eine Glättung des Gleichstromes erwünscht, so kann die Glättungsdrossel
mit der beschriebenen Rückstromdrossel derart vereinigt werden, daß
eine
gemeinsame Hauptstromwicklung ii einen bei Betriebsstrom gesättigten Kern 12 ohne
Luftspalt und einen -bei Betriebsstrom ungesättigten Kern 27 mit Luftspalt
umschließt. Hierdurch wird an Werkstoffaufwand und an Stromwärmeverlusten gespart
gegenüber der Anordnung einer besonderen Glättungsdrossel mit eigener Hauptstromwicklung.
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Die beschriebenen Einrichtungen und Merkmale stellen nicht nur in
dem geschilderten Zusammenhang, sondern auch einzeln für sich und in beliebigen
Teilkombinationen Verbesserungen dar.