DE967625C - Als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung, wie sie insbesondere für den Stromdifferentialschutz elektrischer Anlagen verwendet wird. Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. ι zunächst das bekannte Grundschema der Stromdifferentialschaltung dargestellt. Am Anfang und Ende einer zu schützenden Strecke, Schutzstrecke i, beispielsweise einer Sammelschiene, einer Transformatorwicklung od. dgl., mißt je ein Stromwandler 2 bzw. 3 den Primärstrom I₁ bzw. I₂. Die sekundären Wicklungen der Stromwandler sind hintereinandergeschaltet. Tn der Mitte sind die beiden Leitungen über eine Vergleichseinrichtung 4 kurzgeschlossen. Die Sekundärströme durchfließen einen Hilfswandler 5, an dessen Mitte die Diagonalverbindung mit der Vergleichseinrichtung 4 angeschlossen ist. Es sind also zwei sekundäre Stromkreise vorhanden. Der Strom I₁ fließt über die linke Hälfte des Hilfswandlers 5 und über die Vergleichseinrichtung 4 zum Stromwandler 2 zurück, während der Strom i₂ in entgegengesetzter Richtung zu I₁ über die Vergleichseinrichtung 4 und in gleicher Richtung wie J₁ über die andere Hälfte des Hilfswandlers 5 fließt. Man erhält also in der Vergleichseinrichtung 4 die geometrische Differenz 11₁ —i₂ |. Im Hilfswandler 5 addieren sich die beiden AW-Zzhlen | aw_x + aw₂ 1. Man erhält somit auf der nicht dargestellten Sekundärseite dieses Hilf swandlers 5 einen Strom, der der geometrischen Summe 11₁ + i_% \ proportional ist.

Solange die Schutzstrecke 1 ungestört ist, wird J₁ mindestens annähernd gleich J₂ sein und somit die über die Vergleichseinrichtung fließende geometrische Differenz | I₁-I₂ I annähernd gleich Null. Tritt dagegen in der Schutzstrecke 1 eine Störung auf, so ist das Gleichgewicht gestört. Durch die

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Vergleichseinrichtung 4 wird dann ein Fehlerstrom iA = 11₁ —i₂ I fließen, der zur Anzeige des Fehlers verwendet werden kann. Eine derartige Einrichtung wird daher bereits seit langem für den Differentialschutz verwendet, beispielsweise in Gestalt des seit mehreren Jahren bekannten Waagebalkenrelais. An den Waagebalken greifen zwei Elektromagnete an, von denen der eine von der geometrischen Summe der Ströme im sperrenden Sinn und der andere von der geometrischen Differenz im auslösenden Sinne beeinflußt wird. Je nach der Richtung einer zusätzlichen, an dem Waagebalken angeordneten Rückzugsfeder kann ein derartiges Relais als Prozent- oder Sperrelais verwendet werden. Im Verlaufe der Jahre sind dann zahlreiche Abänderungen dieses Relais bekanntgeworden, die den Zweck verfolgen, die Ansprechgenauigkeit des Prozent- oder Sperrelais zu erhöhen und Störungen weitgehend auszuschließen, dadurch wurde aber andererseits der erforderliche Aufwand wesentlich vergrößert, beispielsweise durch Anordnung von Transformatoren mit nachgeschalteten Gleichrichtern, Glättungseinrichtungen u. dgl.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung, insbesondere für den Stromdifferentialschutz elektrischer Anlagen, geschaffen, welche auf die ursprüngliche einfache Schaltung zurückgeht, jegliehe zusätzliche Gleichrichter od. dgl. vermeidet und dennoch eine hohe Genauigkeit und Störsicherheit ergibt. Erfindungsgemäß sind zwei Hallgeneratoren in zwei getrennten Magnetfeldern angeordnet, von denen das eine Magnetfeld proportional der geometrischen Summe, das andere proportional der geometrischen Differenz der beiden miteinander zu vergleichenden Ströme erregt ist. Die Hallspannungen sind über eine Vergleichseinrichtung gegeneinandergeschaltet.

Bisher hat man Hallgeneratoren, beispielsweise zur Produktenbildung elektrischer Größen, zur Ermittlung . des Drehmomentes von Gleichstrommotoren und zur elektrischen Übertragung der Bewegung eines Sendeorganes auf ein Empfangsorgan vorgesehen. Dabei hat man entweder lediglich die dem Hallgenerator zugrunde liegende Fähigkeit der Multiplikation zweier Größen oder die Möglichkeit der Umwandlung eines ortsveränderlichen, am Hallgenerator vorbeistreichenden Magnetfeldes in eine entsprechende elektrische Größe ausgenutzt.

Dies hat mit dem Gegenstand der Erfindung jedoch nichts gemein, da dort mittels einer besonderen Schaltungsanordnung zweier zusammenarbeitender Hallgeneratoren ein Vergleich der beiden Hallspannungen zwecks Betätigung einer Relaisanordnung der genannten Art erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig·. 2 dargestellt. Von einer Wicklung 21 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches proportional der geometrischen Summe der beiden. Ströme U₁-T-I₂I ist. Diese Wicklung ist also zu vergleichen mit der in Fig. ι dargestellten Wicklung des Hilfstransformators 5. Von einer Mittelanzapfung der Wicklung 21 geht der diagonale Stromkreis ab, welcher den Fehlerstrom iA = 11₁ —i₂ 1 führt. Von diesem Strom wird in einer Wicklung 22 ein Magnetfeld erzeugt, welches nun seinerseits proportional II₁-I₂! ist. In jedem dieser beiden Magnetfelder ist ein Hallgenerator 23 bzw. 24 angeordnet, dessen Steuerstrom in diesem Fall proportional den zugehörigen Magnetfeldern ist. Es wird dies beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Steuerstrom je einer zusätzlichen, von einem Magnetfeld beeinflußten Wicklung 25 bzw. 26 entnommen wird. Man erhält somit an dem Hallgenerator 23 eine Hallspannung, die proportional ! J₁ + i₂ \ - ist und an dem Hallgenerator 24 eine Hallspannung proportional | i_t —i₂ |². Diese beiden Hallspannungen sind über eine Vergleichseinrich tung 27 gegeneinandergeschaltet. Je nachdem die Summe oder die Differenz größer ist, fließt ein Strom in verschiedener Richtung durch diese Vergleichseinrichtung 27, die beispielsweise ein polarisiertes Relais sein kann. Statt dessen kann aber auch ein Verstärker an sich bekannter Art verwendet werden, der von der Hallspannungsdifferenz gesteuert wird.

Für die vorliegende Erfindung eignet sich zur Erzeugung der Hallspannung vorteilhaft ein Widerstandskörper, der aus einem Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 Cm²A⁷S besteht. Im Gegensatz zu anderen, an sich bekannten Hallspannungserzeugern, wie beispielsweise Germanium mit einer Trägerbeweglichkeit unter 6000 cm²/Vs, haben die Halbleiterkörper mit höherer Trägerbeweglichkeit nicht nur den Vorteil erheblich größerer Empfindlichkeit (größere Hallspannung bei gleicher Steuergröße), sondern sind darüber hinaus mit wesentlich größeren Ausgangsleistungen zu belasten. Zu den Halbleitern mit der- artig hohen Trägerbeweglichkeiten gehören Widerstandskörper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere aus der Form A₁₁₁By, d. h. also Verbindungen eines Elementes A der III. Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe des Periodischen Systems. Für den vorliegenden Zweck haben sich als besonders vorteilhaft die Verbindungen von Indium-Antimonid und Indium-Arsenid erwiesen, bei denen Trägerbeweglichkeiten bis 60 000 cm²/Vs und mehr erreicht werden. Da, wie oben ausgeführt no wurde, die Hallspannung bei den genannten halbleitenden Verbindungen relativ hoch belastbar ist, werden derartige Hallspannungserzeuger als Hallgeneratoren bezeichnet. Der Einfachheit halber wird bei der vorliegenden Erfindung nur von Hallgeneratoren gesprochen, obgleich die Erfindung nicht auf Hallgeneratoren beschränkt ist, sondern auch andere Hallspannungserzeuger einschließt.

Die Erfindung ist auch nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise grundsätzlich möglich, statt des Halleffektes die Widerstandsänderung unter dem Einfluß des Magnetfeldes zu verwenden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß der Steuerstrom der Hallgeneratoren 23 und 24 proportional den zugehörigen Magnetfeldern ist. Statt dessen kann auch ein kon-

stanter Steuerstrom verwendet werden, bzw. ein veränderlicher Steuerstrom, sofern nur die Änderung des Steuerstromes in beiden Hallgeneratoren gleichzeitig erfolgt, beispielsweise in der Art, daß die Steuerstromelektroden der beiden Hallgeneratoren in einem Steuerkreis in Reihe geschaltet sind.

Claims (2)

1. Patentansprüche·.

   ι . Als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung, insbesondere für den Stromdifferentialschutz elektrischer Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hallgeneratoren in zwei getrennten Magnetfeldern angeordnet sind, von denen das eine proportional der geometrischen Summe, das andere proportional der geometrischen Differenz zweier miteinander zu vergleichender Ströme erregt ist, und daß die beiden Hallspannungen über eine Vergleichseinrichtung gegeneinandergesclialtet sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerströme der Hallgeneratoren proportional den zugehörigen Magnetfeldern sind.

   Hierzu ι Blaitt Zeichnungen,

   ©609580/369 8.56 (709781/15 11.57)