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Vorrichtung zur Absperrung von Netzteilen gegen überlagerte Wechselstromenergie.
Es ist vielfach vorgeschlagen worden, in bestehenden Netzen Schalter, Tarifapparate u. dgl. zu bestimmten Zeiten mit Hilfe von Wechselströmen netzfremder Frequenz abzuschalten. Bei derartigen Anlagen ist es häufig erwünscht, bestimmte Leitungsteile gegen das Eindringen von Überlagerungsenergien abzusperren, um entweder zu verhindern, dass in einem bestimmten Leitungsteil Relais ansprechen, oder um mit einem möglichst geringen Energieaufwand auszukommen. Zur Absperrung ist bereits vorgeschlagen worden, Sperrkreise anzuwenden, die aus einer auf die Überlagerungsfrequenz abgestimmten Parallelschaltung von Selbstinduktion und Kapazität bestehen.
Die Sperrkreise sind so zu dimensionieren, dass der Netzblindspannungsabfall einen gewissen Wert nicht überschreitet. Die Grösse der Selbstinduktion und damit auch die Grösse der mit ihr in Resonanz zu bringenden Kapazität ist also von dem Netzstrom und dem Netzspannungsabfall abhängig. Ausserdem ist dafür zu sorgen, dass mit Rücksicht auf eine gute Sperrwirkung der Kreis nur eine gewisse Dämpfung hat und dass die Vormagnetisierung der Selbstinduktion durch den Netzstrom die Abstimmung des Kreises nicht ändert.
In manchen Fällen, insbesondere bei Netzströmen etwa über 20 Ampere oder bei Steuerspannungen etwa unter 100 Volt, stösst die Ausbildung von Sperrkreisen mit einem möglichst günstigen Wirkungsgrad auf Schwierigkeiten.
Mit Rücksicht auf die erforderliche geringe Dämpfung und auf die Erwärmung müsste in Netzteilen, die starke Netzströme führen, der Kupferquerschnitt der Drosselspulenwieklung des Sperrorgans sehr gross gewählt werden, so dass sich bei höheren Frequenzen der Überlagerungsspannung eine unerwünschte Widerstandszunahme der Wicklung infolge Stromverdrängung stark bemerkbar macht. Mit dem Widerstand wächst aber auch die Dämpfung und infolge davon verringert sich die Sperrwirkung. Durch noch grössere Kupferquerschnitte lässt sich der Fehler nicht beseitigen, da die Widerstandszunahme durch
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metern angegeben.
Wie aus der Kurve zu entnehmen ist, wird für die kleineren Querschnitte das Verhältnis nahezu 1, während es für die grösseren Querschnitte bald sehr hohe Werte annimmt. Die Widerstandszunahme durch Stromverdrängung steigt mit dem Querschnitt also rascher an als dieser selbst.
In Niederspannungsanlagen ist auch die Überlagerungsspannung der Netzspannung entsprechend klein, so dass an den Kondensatoren der Sperrorgane nur sehr kleine Belagspannungen liegen. Infolge davon sind die Kondensatoren, die im allgemeinen kaum für eine Belegspannung unter einer gewissen Mindestgrösse betriebssicher hergestellt werden können, nur sehr schlecht ausgenutzt.
Um die angeführten Nachteile zu beseitigen, ist erfindungsgemäss zur Absperrung von Netzteilen beliebiger Spannung gegen die Steuerenergie vor dem abzusperrenden Teil wenigstens ein auf die Steuerfrequenz abgestimmter Sperrkreis mit wenigstens einem Netzleiter transformatorisch gekoppelt.
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Relais vorgesehen, mittels der, wie bereits erwähnt, Schalter, Tarifapparate u. dgl. zu bestimmten Zeiten umgeschaltet werden.
Die verschiedenen Frequenzen-können beispielsweise von einem Generator erzeugt werden, der zu bestimmten Zeiten einen gewissen Frequenzbereich oder ein gewisses Frequenzband durchläuft. Der Generator wird, sobald er bestimmte Frequenzen erreicht, mit Hilfe von sogenannten Frequenzwählern auf das Netz geschaltet.
Es hat sich aber gezeigt, dass die Resonanzpunkte der meisten Relais, die auf die gleiche Frequenz ansprechen sollen, aus fabrikationstechnischen Gründen und infolge von Temperatureinflüssen nicht mit der gesendeten Frequenz übereinstimmen. Um diese Relais jedoch alle gleichzeitig zum Ansprechen zu bringen, muss daher an Stelle einer starren Frequenz ein Frequenzbändchen überlagert werden, das man durch bekannte Massnahmen aus dem grösseren, aus den Frequenzen 1 und 2 bestehenden Frequenzband aussiebt.
Es muss nun dafür gesorgt sein, dass die Sperrorgane nicht nur für die eigentliche Resonanzfrequenz, sondern auch für den gesamten Bereich des erwähnten Frequenzbändchens sperrend wirken.
Die Erfahrung hat ergeben, dass die auftretenden Verschiedenheiten der Resonanzpunkte einer grösseren Anzahl Relais innerhalb eines Bereiches von etwa 1-2% der Resonanzfrequenz liegen. Die Sperrorgane müssen also so dimensioniert sein, dass sie noch in einem Bereich von etwa 1-2% über oder unter der eigentlichen Resonanzfrequenz genügend Sperrwirkung aufweisen.
Durch Einführung von Verlustwiderständen in die Sperrorgane lässt sich zwar eine beliebige Verbreiterung ihrer Resonanzkurve erzielen, doch tritt dabei auch eine Senkung des Sperrwiderstandes ein, die nur durch Verwendung grösserer und damit wesentlich teuerer Blindwiderstände wieder ausgeglichen werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erhält man ein Sperrorgan, das diesen Nachteil nicht hat und doch den gestellten Anforderungen genügt, wenn man dem Sperrorgan. Verluste gibt, die etwa einem logarithmischen Dekrement von der 0'13-0'1-fachen Breite des Frequenzbändchens, ausgedrückt in Prozenten der Resonanzfrequenz entsprechen.
Das logarithmische Dekrement lässt sieh mit Hilfe der Zahl der notwendigen Frequenzen zur Erfassung aller Relais für einen Schaltvorgang und der eigentlichen Resonanzfrequenz ermitteln.
Es bedeutet b die Zahl der notwendigen Frequenzen zur Erfassung aller Relais und f die Resonanzfrequenz. Das logarithmische Dekrement {} ergibt sich dann zu :
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In der Fig. 2 sind einige Widerstandskurven zur Darstellung gebracht. Die Sperrkreiswiderstände sind in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. d bedeutet den Frequenzbereich des Frequenzbändchens. Ein Sperrorgan mit der strichliert angedeuteten Kurve 1 erfüllt zwar den gleichen Zweck wie Sperrorgane mit den ausgezogenen Kurven, erfordert aber einen wesentlich grösseren Selbstinduktionsoffizienten und damit erheblich mehr Aufwand an Kupfer und Eisen sowie einen entsprechend verteuerten Kondensator.
Sperrorgane mit der strichpunktierten Kurve 2 erfüllen einerseits den beabsichtigten Zweck nicht, weil sie nicht für genügend Sperrwirkung innerhalb des Bändchen sorgen. Ausserdem ist zur Erzielung einer derartig schwachen Dämpfung ebenfalls ein höherer Materialaufwand notwenig. Am wirtschaftlichsten erweisen sich die Sperrkreise, die innerhalb des Frequenzbereiches d einen Verlauf der Widerstandskurve (ausgezogene Kurven) aufweisen, der innerhalb 10-15% (e) des Resonanzwiderstandes (g) bleibt.
Wenn die Frequenzen aus einem grösseren Frequenzband ausgesiebt werden, so bestimmt man zweckmässig das Dekrement für die kleinsten auftretenden Frequenzen. Man dimensioniert also den Sperrkreis für den ungünstigsten Fall. Wird die Abstimmung des Kreises mit Hilfe zweier gegeneinander beweglicher Spulen vorgenommen, dann kann für die höheren Frequenzen durch Einschaltung von Ohmschen Widerständen die Dämpfung auf dem gleichen Wert gehalten werden. Das Einschalten von Ohmschen Widerständen wird erspart, wenn man zum Abstimmen eine Drossel mit Anzapfungen verwendet und an der Drossel die erforderlichen Windungszahlen abgreift.
Statt das Dekrement für die kleinsten auftretenden Frequenzen zu bestimmen, kann man aber auch das Sperrorgan so gestalten, dass für die verschiedenen Resonanzfrequenzen die erforderlichen Dekremente vorhanden sind.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Fig. 3 und 4 für ein zweiphasiges Netz dargestellt.
In Fig. 3 ist 3 die Ankopplungswicklung und 4 die Sperrkreisdrosselspule. 5 ist ein der Wicklung 4 parallel geschalteter Kondensator und 6 ist der Netzleiter. Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses lässt sich für den eigentlichen Sperrkreis jede beliebige Stromstärke und Spannung erreichen. Man kann also z. B. durch Hoehtransformieren den Sperrkreisstrom bei gleichzeitiger Erhöhung der Spannung vermindern. In diesem Falle können kleinere Kupferquerschnitte für die Sperrkreiswieklung verwendet
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