DE949674C - Electronic switchgear - Google Patents

Description

Elektronisches Schaltgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Schaltgerät zum Schutz gegen Betriebsstörungen in elektrischen Anlagen.Electronic switching device The invention relates to an electronic device Switching device for protection against malfunctions in electrical systems.

Bekanntlich gibt es Schaltgeräte, die automatisch einen elektrischen Stromkreis abschalten, wenn Spannungen oder Ströme auftreten, die bei bestimmter Einwirkungsdauer zu einem Dauerschaden führen würden. Es sind auch solche Schaltgeräte bekanntgeworden, die nur kurzzeitig Schutzabschaltungen vornehmen und wiederholt wechselseitig ein- und ausschalten, falls die Anlage noch gefährdet ist. Ist jedoch die Störungsursache verschwunden und die Anlage noch intakt, so wird sie automatisch wieder in normalen Betrieb gesetzt. Schutzschaltungen dieser Art haben die Aufgabe, bei nur vorübergehenden Störungsursachen ohne schädliche Nachwirkungen die Anlage. automatisch in den alten Betriebszustand zu versetzen. So kann in einer Hochspannungsanlage ein Fremdkörper zu einem Kurzschluß und somit zu einem Abschalten der Anlage führen. Automatisch wird jedoch die Anlage wieder in Betrieb genommen, wenn dieser Körper die Anlage nicht mehr gefährdet.As is well known, there are switching devices that automatically generate an electrical Switch off the circuit if voltages or currents occur which at certain Duration of exposure would lead to permanent damage. There are also such switching devices became known that only briefly carry out protective shutdowns and repeats them Switch on and off alternately if the system is still at risk. But it is If the cause of the fault has disappeared and the system is still intact, it becomes automatic put back into normal operation. Protection circuits of this type have the task of in the case of only temporary causes of failure without harmful after-effects, the system. to automatically return to the old operating state. So can in a high voltage system a foreign body could lead to a short circuit and thus to a shutdown of the system. However, the system is automatically put back into operation when this body the system is no longer endangered.

Die bekannten Schaltgeräte dieser Art arbeiten vornehmlich mit Schaltschützen oder Schaltrelais, d. h. sie sind mit einer beträchtlichen zeitlichen Verzögerung behaftet, die unter Umständen die Anlage nicht rechtzeitig außer Betrieb setzt. Auch sind mechanische Kontaktgeber störungsanfällig, die Kontakte können verschmutzen oder kleben und sind einer Abnutzung unterworfen.The known switching devices of this type work primarily with contactors or switching relay, d. H. they are with a considerable time lag that may not shut down the system in time. Even mechanical contactors are prone to failure, the contacts can get dirty or sticky and are subject to wear and tear.

Das Schaltgerät besteht aus einem elektronischen Kippgenerator, der durch eine von der Störung abgeleitete Signalspannung zum Umkippen gebracht wird und erfindungsgemäß so lange weiter periodisch umkippt, wie die Störung noch besteht. Der Kippgenerator erzeugt im umgekippten Zustand Steuerspannungen für ein elektronisches Steuerglied, das für die Dauer dieses Zustandes auf elektronischem Wege diejenigen elektrischen Energiequellen vorübergehend abschaltet oder mindert, die zu einer Schädigung der elektrischen Anlage führen können. Ferner ist erfindungsgemäß eine Impulszähleinrichtung vorhanden, die bei einer Betriebsstörung zählt, wie oft der Kippgenerator hintereinander umkippt, und die nach Erreichung einer bestimmten Zahl von Kippvorgängen die elektrische Anlage selbsttätig ganz oder teilweise außer Betrieb setzt.The switching device consists of an electronic relaxation generator, the is caused to tip over by a signal voltage derived from the disturbance and according to the invention continues to tip over periodically as long as the disturbance still exists. The tilt generator generates control voltages for an electronic when it is overturned Control element that electronically controls those for the duration of this state temporarily switches off or reduces electrical energy sources that lead to a Damage to the electrical system. Furthermore, according to the invention is a Pulse counter available, which counts in the event of a malfunction, how often the Tilt generator overturns one after the other, and after reaching a certain number the electrical system is automatically completely or partially out of order during tipping processes puts.

Das neue elektronische Schaltgerät hat den. Vorteil, daß auf rein elektronischem Wege, d. h. mit Elektronenröhren und ohne Schaltrelais die elektrische Anlage geschützt wird. Sie findet ihr hauptsächlichstes Anwendungsgebiet bei Hochfrequenzanlagen, bei denen die Hochfrequenzenergie von einem Oszillator erzeugt, mit Verstärkern verstärkt und dann vielleicht auch über' längere Kabel und weitere Glieder übertragen wird. Diese Anlagen können bei Übertragungsstörungen dadurch geschützt werden, daß die Hochfrequenzenergie durch Verlagerung des Arbeitspunktes an den Röhren geschwächt oder abgeschaltet wird. Dieses wird hier ohne Zuhilfenahme von Relaiskontakten bewerkstelligt.The new electronic switching device has the. Advantage that on pure electronically, d. H. with electron tubes and without switching relays the electrical ones Plant is protected. Its main area of application is high-frequency systems, where the high frequency energy is generated by an oscillator, using amplifiers amplified and then maybe transmitted over longer cables and other links will. These systems can be protected in the event of transmission disruptions in that the high frequency energy is weakened by shifting the operating point on the tubes or is switched off. This is done here without the aid of relay contacts.

Weitere Merkmale des neuen Schaltgerätes werden an Hand der Abbildung erklärt, die ein Ausführungsbeispiel wiedergibt. An den Klemmen i und a wird eine Signalspannung angelegt, die von einem gestörten Betriebszustand abgeleitet ist. So wird beispielsweise die Fehlanpassung auf einer hochfrequenten Energieleitung zur Ableitung einer Signalspannung herangezogen. Beispielsweise bei einer Leitungsunterbrechung oder bei einem Kurzschluß treten Spannungen oder Ströme auf, die zu einer Zerstörung der Leitung führen können. Ein solcher fehlerhafter Betriebszustand wird beispielsweise dadurch festgestellt, daß die rücklaufende Welle infolge Fehlanpassung einen gewissen Mindestbetrag überschreitet. Durch diese an die Klemmen i und a geführte Signalspannung wird der aus den Röhren Röl und Rö, und einer Reihe von Widerständen bestehende Kippgenerator zum Umkippen gebracht. Dieser Kippgenerator ist ein Multivibrator mit zwei stabilen Zuständen und den zwei wechselseitig gesperrten Röhren Röl und Rö2 mit Anoden-Gitter-Kopplung; man bezeichnet die Schaltungsanordnung auch als Flipflopgenerator.Further features of the new switchgear are shown in the illustration which shows an embodiment. At the terminals i and a is a Signal voltage applied, which is derived from a disturbed operating state. For example, this is the mismatch on a high-frequency power line used to derive a signal voltage. For example, in the event of a line interruption or in the event of a short circuit, voltages or currents occur which lead to destruction the line can lead. Such a faulty operating state is, for example found that the returning wave due to mismatch a certain Exceeds minimum amount. Through this signal voltage fed to terminals i and a becomes the one consisting of the tubes Röl and Rö, and a series of resistors Tilt generator brought to tip over. This tilt generator is a multivibrator with two stable states and the two mutually blocked tubes Röl and Rö2 with anode-grid coupling; the circuit arrangement is also referred to as Flip-flop generator.

Im normalen Betriebszustand hat die Röhre Rö2 Anodenstrom, die Röhre Röl ist gesperrt. Durch eine positive Signalspannung am Gitter von Röl wird der Generator in den anderen Betriebszustand übergeführt, d. h. die Röhre Röi hat jetzt Strom, und die Röhre Rö2 ist gesperrt. Die Höh- der hierzu erforderlichen Signalspannung (also die Empfindlichkeit des Generators) kann an dem Potentiometer R3 eingestellt werden, das die Höhe der negativen Gegenspannung bestimmt.In normal operating condition, the tube has anode current, the tube Röl is blocked. With a positive signal voltage on the grid of Röl, the Generator transferred to the other operating state, d. H. the tube now has Röi Power, and the tube Rö2 is blocked. The level of the signal voltage required for this (i.e. the sensitivity of the generator) can be set on the potentiometer R3 that determines the level of the negative counter voltage.

Die Leistungsröhre Rö3 ist mit ihrer Kathode mit einem hohen positiven Potential und mit dem Gitter mit der Anode der Röhre Rö2 verbunden. Der Spannungsabfall am Widerstand R4 bestimmt also die Gitterspannung der Röhre Rö3.The power tube Rö3 has its cathode with a high positive Potential and connected to the grid with the anode of the tube Rö2. The voltage drop at resistor R4 determines the grid voltage of tube Rö3.

Nach dem Umkippen des Generators, d. h. im zweiten Betriebszustand, ist nun der Spannungsabfall am Widerstand R4 sehr klein. Die Röhre Rö3 erhält also statt der im normalen Betriebszustand vorhandenen hohen negativen Gitterspannung, die diese Röhre völlig sperrt, eine geringe positive Spannung. In den Leitungen zwischen den Klemmen 3 und q. kann nun ein Strom fließen, "nenn Klemme q. positiv gegenüber Klemme 3 ist.After the generator overturned, i. H. in the second operating state, the voltage drop across resistor R4 is now very small. The tube Rö3 thus receives instead of the high negative grid voltage present in normal operating conditions, which completely blocks this tube, a low positive voltage. In the lines between terminals 3 and q. a current can now flow, "call terminal q. positive opposite terminal 3.

Der Kippgenerator wird nach jedem Umkippen nach Ablauf einer bestimmten Zeit durch die aus dem Widerstand R1, dem Kondensator Cl, der Glimmröhre Gyl, dem Kondensator C3 und dem Widerstand R5 bestehende Schaltanordnung in den normalen Betriebszustand zurückgeholt. Ist die Röhre Rö, gesperrt, so steigt die Spannung an ihrer Anode. über den Widerstand R1 wird der Kondensator C1 langsam aufgeladen, bis die Glimmröhre Gri zündet. In diesem Augenblick bricht die Spannung an dem Kondensator C1 steil zusammen. Über den Kondensator C3 und den Widerstand R5 wird dieser Impuls auf das Gitter der Röhre Röl als kurze negative Spannungsspitze übertragen und stellt den normalen Betriebszustand wieder her. Der vorhergehende langsame Anstieg der Spannung an dem Kondensator C1 bewirkt infolge der differenzierenden Wirkung des Kondensators C3 nur einen unbedeutenden Anstieg der Spannung am Steuergitter der Röhre Rö,. Ein im Stromkreis des Kondensators C1 und der Glimmröhre Grl liegendes Zählwerk Z registriert jede Rückholung und damit jedes Ansprechen des Schaltgerätes. Die direkte Zählung der Signalspannungsimpulse ist nicht ohne weiteres möglich, wenn diese Impulse nur sehr kurz sind. Da aber auch sehr kurze Impulse das Schaltgerät zum Ansprechen bringen, erfolgt auch deren Zählung auf diesem Weg einwandfrei.The relaxation generator is activated after each overturning after a certain period Time through the resistor R1, the capacitor Cl, the glow tube Gyl, the Capacitor C3 and resistor R5 existing switching arrangement in the normal Operating status retrieved. If the tube is blocked, the voltage increases at their anode. The capacitor C1 is slowly charged via the resistor R1, until the glow tube Gri ignites. At this moment the voltage on the capacitor breaks C1 steeply together. This pulse is generated via the capacitor C3 and the resistor R5 transferred to the grid of the tube Röl as a short negative voltage peak and represents restore normal operating status. The previous slow increase in The voltage across the capacitor C1 is caused by the differentiating effect of the Capacitor C3 only insignificantly increases the voltage on the control grid Tube tube. One in the circuit of the capacitor C1 and the glow tube Grl Counter Z registers every retrieval and thus every response of the switching device. The direct counting of the signal voltage pulses is not easily possible, when these impulses are very short. But the switching device also has very short pulses cause to respond, their counting is also carried out correctly in this way.

Besteht nach dem Zurückspringen des Generators die Signalspannung an den Klemmen i und a noch, so erfolgt erneutes Umkippen und Zurückspringen, wie vorstehend beschrieben, als periodischer Vorgang.Does the signal voltage exist after the generator has jumped back? at the terminals i and a, there is another tipping over and jumping back, like described above, as a periodic process.

Durch die beschriebene Schaltanordnung wird ein Kippgenerator mit zwei stabilen Zuständen in einen solchen mit einem stabilen und einem metastabilen Zustand verwandelt.The circuit arrangement described is a relaxation generator with two stable states into one with one stable and one metastable State transformed.

Als Beispiel für die Anwendung ist in dem gestrichelt eingerahmten Feld eine Stufe eines Rundfunksenders angedeutet, die durch das Schaltgerät gesperrt werden soll. Im Normalbetrieb ist die Röhre Rö, gesperrt, an den Klemmen 3 und q. kann also kein Strom fließen. Am Gitterwiderstand Rg der Verstärkerröhre Rö4 in der Senderstufe stellt sich der dem normalen Betrieb entsprechende Arbeitspunkt ein. Die feste negative Gittervorspannung der Röhre ist der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet.As an example of the application is shown in the dashed line Field indicated a stage of a radio station that is blocked by the switching device shall be. During normal operation, the tube Rö, blocked, is connected to terminals 3 and q. so no electricity can flow. At the grid resistor Rg the amplifier tube Rö4 in the transmitter stage is the operating point corresponding to normal operation a. The fixed negative grid bias of the tube is for clarity not drawn.

Ist die Röhre Rö, nicht mehr gesperrt. so gelangt über die Klemmen 3 und q. eine negati . e Spannung an den Fußpunkt des Gitterkreises der Verstärkerröhre gö4 und sperrt diese.If the tube is Rö, no longer locked. so gets over the terminals 3 and q. a negati. e Voltage at the base of the grid circle of the amplifier tube gö4 and locks this.

Die aus dem Widerstand R2, dem Kondensator C2, der Glimmröhre Gr2 und dem Relais Rs bestehende Schaltanordnung löst nun beispielsweise nach dem fünften Ansprechen des Schaltgerätes bei dauernd vorhandener Signalspannung einen weiteren Schaltvorgang aus, mit dem beispielsweise der gesamte Rundfunksender abgeschaltet bzw. eine Signaleinrichtung betätigt werden kann. od. dgl. Ist die Röhre Rö2 gesperrt, und steigt damit die Spannung an ihrer Anode, so wird über den Widerstand R2 der Kondensator C2 aufgeladen. Nach einer bestimmten Zeit, die auch einer bestimmten Anzahl von Ansprech- und Rückholvorgängen entspricht, zündet die Glimmröhre Gy2. Das im Stromkreis der Glimmröhre GY2 und des Kondensators C2 liegende Relais Rsl zieht an und schaltet über die Klemmen 5 und 6 weitere beliebige Vorgänge, beispielsweise die Blockierung eines Senders. Bei der Anwendung in einem Rundfunksender wird die Dauer der Trägerunterbrechung bestimmt durch den Widerstand R1 und den Kondensator Cl, die Zeit bis zur Abschaltung, und damit die Anzahl der zugelassenen Trägerunterbrechungen bis zur Abschaltung, durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2.From the resistor R2, the capacitor C2, the glow tube Gr2 and the relay Rs existing switching arrangement now triggers, for example, after the fifth If the switching device responds to a permanent signal voltage, another Switching process off with which, for example, the entire radio station is switched off or a signaling device can be operated. or the like. If the tube Rö2 is blocked, and thus the voltage at its anode increases, the resistor R2 becomes the Capacitor C2 charged. After a certain time, which is also a certain time Corresponds to the number of response and return processes, the glow tube Gy2 ignites. The relay Rsl located in the circuit of the glow tube GY2 and the capacitor C2 picks up and switches any other processes via terminals 5 and 6, for example the blocking of a transmitter. When used in a broadcasting station, the Duration of the carrier interruption determined by the resistor R1 and the capacitor Cl, the time to shutdown, and thus the number of carrier interruptions allowed until shutdown, through resistor R2 and capacitor C2.

Da die Röhre Röi und die Röhre Rö2 entweder völlig gesperrt sind oder Strom haben, die Röhre Rö, entweder eine negative Gitterspannung erhält, die weit unterhalb des unteren Knickes liegt -oder eine geringe positive Gitterspannung können Alterungserscheinungen bei allen verwendeten Röhren nicht die normalen Betriebsbedingungen des Senders beeinflussen. Das Gerät arbeitet entweder ordnungsgemäß oder überhaupt nicht, falls eine Röhre defekt ist. Die Stufe des Rundfunksenders, zu der die Röhre Rö4 gehört, wird durch die am Gitterwiderstand Rg entstehende Gitterspannung also ohne Schaltrelais gesperrt. Dadurch wird die hochfrequente Energiequelle, solange die Signalspannung und damit die Störung besteht, abgeschaltet oder vermindert, so daß in den gestörten Teil der Übertragungsanlage keine Energie mehr fließen kann.Since the tube Röi and the tube Rö2 are either completely blocked or Have current, the tube Rö, either receives a negative grid voltage that goes far is below the lower bend - or a small positive grid voltage can Signs of aging in all tubes used do not result in normal operating conditions affect the transmitter. The device is either working properly or at all not if a tube is defective. The level of the broadcaster to which the tube Rö4 belongs to, is due to the grid voltage generated at the grid resistor Rg locked without switching relay. This will keep the high frequency energy source as long as possible the signal voltage and thus the fault exists, switched off or reduced, so that no more energy can flow into the disturbed part of the transmission system.

Die beschriebene bei Rundfunksendern angewendete Anordnung bezeichnet man als Verstimmungsschutz. Bei auftretender Verstimmung, d. h. bei Fehlanpassung auf dem Wege, den die von der Endröhre abgegebene Hochfrequenzenergie zurücklegt, wird nach einer Zeit von etwa 6o Mikrosekunden die zugeführte Hochfrequenzenergi® abgeschaltet. Diese Zeit ist gegeben durch die Ausschwingzeit der Schwingkreise, die eigentliche Abschaltzeit des Schaltgerätes ist wesentlich kürzer. Die endgültige Abschaltung des Senders wird bei einer Dauerstörung nach etwa 3 bis 5 Sekunden vorgenommen. Durch die Schaltung werden spannungsempfindliche Teile der Sendeanlage, wie Kabel und Kondensatoren, geschützt. Als Signalspannungserzeuger' bei Verstimmungen kann hier beispielsweise eine Phasenbrücke verwendet werden, die schon bei einer Verstimmung der AntennenanIage von 5019 eine ausreichende Signalspannung ii `tert.The described arrangement used in radio transmitters is referred to as detuning protection. If a detuning occurs, ie if there is a mismatch on the path covered by the high-frequency energy emitted by the end tube, the high-frequency energy supplied is switched off after a period of around 60 microseconds. This time is given by the settling time of the oscillating circuits, the actual switch-off time of the switching device is significantly shorter. The final shutdown of the transmitter takes about 3 to 5 seconds in the event of a permanent fault. The circuit protects voltage-sensitive parts of the transmission system, such as cables and capacitors. A phase bridge, for example, can be used as a signal voltage generator in the event of detuning, which provides a sufficient signal voltage even if the antenna system is detuned by 5019.

Die Schutzeinrichtung dient auch als Gewitterschutz. Eventuell ist auch eine vorbeugende Erdung der Antennenanlage vor einem Blitzeinschlag möglich. Hierbei wird die einem Einschlag vorausgehende steile Feldstärkenerhöhung des statischen Feldes in der Nähe der Antenne ausgenutzt.The protective device also serves as protection against thunderstorms. Possibly is Preventive earthing of the antenna system before a lightning strike is also possible. Here, the steep increase in field strength of the static before an impact Field near the antenna.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltgerät zum Schutz gegen Betriebsstörungen in elektrischen Anlagen, mit einem elektronischen Kippgenerator, der durch eine von diesen Störungen abgeleitete Signalspannung zum Umkippen gebracht wird, dadurch g-#-kennzeichnet, daß er nach einer bestimmten Zeit wieder zurückspringt und sofort wieder umkippt und periodisch zurückspringt, solange diese Störungen noch bestehen, und in umgekipptem Zustand Steuerspannungen für ein elektronisches Steuerglied erzeugt, das für die Dauer dieses Zustandes auf elektronischem Wege diejenigen elektrischen Energiequellen vorübergehend abschaltet oder mindert, die zu einer Schädigung der - elektrischen Anlage führen können. ' a. Schaltgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulszähleinrichtung vorhanden ist, die bei einer Betriebsstörung zählt, wie oft der Kippgenerator hintereinander umkippt. 3. Schaltgerät nach den Ansprüchen i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszähleinrichtung nach Erreichen einer bestimmten Zahl von Impulsen die elektrische Anlage selbsttätig ganz oder teilweise außer Betrieb setzt. q.. Schaltgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß- bei Hochfrequenzsendern oder Röhrenverstärkern das elektronische Steuerglied Spannungen erzeugt, die den Generator oder eine oder mehrere Verstärkerstufen durch Verlagerung des Arbeitspunktes der betreffenden Röhren vorübergehend sperren. 5. Schaltgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippgenerator durch eine Schaltanordnung - wieder zum Zurückspringen gebracht wird, die aus einem Kondensator besteht, der durch eine nur im umgekippten Zustand vorhandene Spannung über einen Ladewiderstand aufgeladen wird und der bei Erreichung einer bestimmten Ladespannung über eine Glimmstrecke entladen wird, so daß der Entladungsstromstoß das Zurückspringen bewirkt. 6. Schaltgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied aus einer Röhre besteht, die durch eine nur im umgekippten Zustand im Kippgenerator vorhandene positive Spannung, die an das Gitter gelegt wird, einen Anodenstrom führt, der an einem Widerstand eine Steuerspannung erzeugt. 7. Schaltgerät nach den Ansprüchen .:2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszähleinrichtung aus einem Kondensator besteht, der durch die jedesmaligen im umgekippten Zustand am Kippgenerator vorhandenen Spannungsstöße über einen Ladewiderstand aufgeladen wird und bei Erreichung einer bestimmten Zahl von Spannungsstößen und somit einer bestimmten Ladespannung über eine Glimmstrecke entladen wird und der Entladungsstromstoß über ein Relais die Anlage außer Betrieb setzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 756 378. PATENT CLAIMS: i. Switching device for protection against malfunctions in electrical systems, with an electronic ripple generator, which is caused to tip over by a signal voltage derived from these malfunctions, characterized by g - # - indicates that it jumps back after a certain time and immediately tips over again and jumps back periodically, as long as these disturbances still exist, and in the overturned state generates control voltages for an electronic control element, which for the duration of this state electronically switches off or reduces those electrical energy sources that can lead to damage to the - electrical system. 'a. Switching device according to Claim i, characterized in that there is a pulse counting device which, in the event of a malfunction, counts how often the tilt generator overturns one after the other. 3. Switching device according to claims i and a, characterized in that the pulse counting device automatically puts the electrical system out of operation in whole or in part after a certain number of pulses has been reached. q .. Switching device according to claim i, characterized in that, in the case of high-frequency transmitters or tube amplifiers, the electronic control element generates voltages which temporarily block the generator or one or more amplifier stages by shifting the operating point of the tubes in question. 5. Switching device according to claim i, characterized in that the ripple generator by a switching arrangement - is made to jump back, which consists of a capacitor which is charged by a voltage present only in the overturned state via a charging resistor and when a certain charging voltage is reached is discharged via a glow path, so that the discharge current surge causes the jumping back. 6. Switching device according to claim i, characterized in that the control member consists of a tube which, through a positive voltage which is only present in the tilted state in the tilt generator and which is applied to the grid, leads an anode current which generates a control voltage at a resistor. 7. Switching device according to claims.: 2 and 3, characterized in that the pulse counting device consists of a capacitor which is charged by the voltage surges present in the tipped over state on the tilt generator via a charging resistor and when a certain number of voltage surges and thus one is reached certain charging voltage is discharged via a glow path and the discharge current impulse puts the system out of operation via a relay. Documents considered: German Patent No. 756 378.