DE967625C - Device serving as a percentage or blocking relay - 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.The invention relates to a device serving as a percentage relay or blocking relay, as it is used in particular for the current differential protection of electrical systems. To explain the invention, the known basic scheme of the current differential circuit is shown in Fig. Ι first. At the beginning and end of a section to be protected, protective section i, for example a busbar, a transformer winding or the like, a current transformer 2 or 3 measures the primary current I ₁ and I _2, respectively. The secondary windings of the current transformers are connected in series. In the middle, the two lines are short-circuited via a comparison device 4. The secondary currents flow through an auxiliary converter 5, at the center of which the diagonal connection with the comparison device 4 is connected. So there are two secondary circuits. The current I ₁ flows back to the current transformer 2 via the left half of the auxiliary converter 5 and via the comparison device 4, while the current i _{2 flows} in the opposite direction to I ₁ via the comparison device 4 and in the same direction as J ₁ via the other half of the auxiliary converter 5 flows. The geometric difference 1 1 ₁ −i ₂ | is thus obtained in the comparison device 4. The two AW numbers | are added in the auxiliary converter 5 aw _x + aw ₂ 1. Thus, on the secondary side of this auxiliary converter 5, not shown, a current is obtained which is proportional to the geometric sum 1 1 ₁ + i _% \.

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 dieAs long as the protective path 1 is undisturbed, J _{1 will be} at least approximately equal to J ₂ and thus the geometric difference | flowing over the comparison device I ₁ -I ₂ I approximately equal to zero. If, on the other hand, a disturbance occurs in the protective section 1, the equilibrium is disturbed. Through the

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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.Comparison device 4 will then flow a fault current iA = 1 1 ₁ - i ₂ I, which can be used to display the fault. Such a device has therefore been used for a long time for differential protection, for example in the form of the balance beam relay which has been known for several years. Two electromagnets attack the balance beam, one of which is influenced by the geometric sum of the currents in the blocking sense and the other is influenced by the geometric difference in the triggering sense. Depending on the direction of an additional return spring arranged on the balance beam, such a relay can be used as a percentage relay or a blocking relay. Over the years, numerous modifications of this relay have become known, which pursue the purpose of increasing the response accuracy of the percentage or blocking relay and largely eliminating malfunctions, but on the other hand this has significantly increased the effort required, for example by arranging transformers with downstream rectifiers, Smoothing devices and the like.

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. The present invention provides a device serving as a percentage or blocking relay, in particular for the current differential protection of electrical systems, which are based on the original simple circuit goes back, any additional rectifier od. The like. Avoids and still a high accuracy and immunity to interference results. According to the invention, two Hall generators are arranged in two separate magnetic fields, one of which is a magnetic field proportional to the geometric sum, the other proportional the geometric difference between the two currents to be compared is excited. The reverb voltages are switched against each other via a comparison device.

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.Up to now, Hall generators have been used to determine, for example, the creation of products for electrical quantities . of the torque of DC motors and for the electrical transmission of the movement a transmitting organ provided on a receiving organ. You either only have the the ability of the Hall generator to multiply two quantities or the possibility the conversion of a portable magnetic field that sweeps past the Hall generator into a corresponding electrical size utilized.

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.However, this has nothing in common with the subject matter of the invention, since there is a special one Circuit arrangement of two cooperating Hall generators a comparison of the takes place both Hall voltages for the purpose of actuating a relay arrangement of the type mentioned.

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.An embodiment of the invention is shown in FIG. 2 shown. A magnetic field is generated by a winding 21, which is proportional to the geometric sum of the two. Currents U ₁ -TI ₂ I. This winding is thus comparable to that shown in FIG ι shown winding of the auxiliary transformer 5. From a center tap of the winding 21 of the diagonal circuit goes from which the error current i = 1 1 ₁ -. I ₂ 1 lead. A magnetic field is generated by this current in a winding 22, which in turn is proportional to II ₁ -I ₂ ! is. A Hall generator 23 or 24 is arranged in each of these two magnetic fields, the control current of which in this case is proportional to the associated magnetic fields. This is achieved in the exemplary embodiment in that the control current is taken from an additional winding 25 or 26 influenced by a magnetic field. A Hall voltage is thus obtained at the Hall generator 23 which is proportional! J ₁ + i ₂ \ - and at the Hall generator 24 a Hall voltage is proportional | i _t - i ₂ | ² . These two Hall voltages are connected to one another via a comparator 27. Depending on whether the sum or the difference is greater, a current flows in different directions through this comparison device 27, which can be a polarized relay, for example. Instead, however, an amplifier of a type known per se can also be used which is controlled by the Hall voltage difference.

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.For the present invention, a resistance body which consists of a semiconductor with a carrier mobility of at least 6000 cm ² A ⁷ S is advantageously suitable for generating the Hall voltage. In contrast to other Hall voltage generators known per se, such as germanium with a carrier mobility below 6000 cm ² / Vs, the semiconductor bodies with higher carrier mobility not only have the advantage of significantly greater sensitivity (greater Hall voltage with the same control variable), but are also significant to load larger output powers. The semiconductors with such high carrier mobilities include resistance bodies made of semiconducting compounds, in particular of the form A ₁₁₁ By, that is to say compounds of an element A of III. Group with an element B of Group V of the Periodic Table. For the present purpose, the compounds of indium antimonide and indium arsenide have proven to be particularly advantageous, in which carrier mobilities of up to 60,000 cm ² / Vs and more are achieved. Since, as stated above, the Hall voltage can withstand relatively high loads in the case of the semiconducting connections mentioned, Hall voltage generators of this type are referred to as Hall generators. For the sake of simplicity, only Hall generators are spoken of in the present invention, although the invention is not restricted to Hall generators, but also includes other Hall voltage generators.

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-The invention is also not limited to the illustrated embodiment. This is how it is, for example basically possible, instead of the Hall effect, the change in resistance under the influence of the To use the magnetic field. Furthermore, it is not necessary that the control current of the Hall generators 23 and 24 is proportional to the associated magnetic fields. Instead, a con-

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.constant control current can be used, or a variable control current, if only the change of the control current takes place simultaneously in both Hall generators, for example in the manner that the control current electrodes of the two Hall generators are connected in series in a control circuit are.

Claims (2)

Patentansprüche·.Claims ·. 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.ι. Device serving as a percentage relay or blocking relay, especially for current differential protection electrical systems, characterized in that two Hall generators are arranged in two separate magnetic fields of one proportional to the geometrical sum, the other proportional to the geometrical sum Difference between two currents to be compared is excited, and that the two Hall voltages are clialtet against each other via a comparison device. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerströme der Hallgeneratoren proportional den zugehörigen Magnetfeldern sind.2. Device according to claim i, characterized in that that the control currents of the Hall generators are proportional to the associated magnetic fields are. Hierzu ι Blaitt Zeichnungen,For this ι Blaitt drawings, ©609580/369 8.56 (709781/15 11.57)© 609580/369 8.56 (709781/15 11.57)