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Anordnung zur Begrenzung von Überströmen
Das Stammpatent betrifft eine Anordnung zur Begrenzung von Überströmen, insbesondere an der
Kupplungsstelle von Hochspannungswechselstromnetzen, sowie von Ausgleichströmen zwischen diesen
Netzen im Kurzschlussfall in einem dieser Netze oder bei Aussertrittfallen, wobei in die Verbindung eine Reihenschaltung von zwei Blindwiderständen, eine Induktivität und eine Kapazität, eingefügt ist, die verschiedene Vorzeichen und im Normalbetrieb etwa die gleiche Grösse haben, so dass die Resonanz- frequenz dieses Reihenschwingkreises etwa der Netzfrequenz entspricht, wobei parallel zum Kondensator eine nur mit ihrem Kupferwiderstand behaftete eisengeschlossene sättigbare Drosselspule geschaltet ist und wobei mit der sättigbaren Drosselspule ein zusätzlicher Ohmwiderstand in Reihe liegt,
der bei Sättigung der Drossel den resultierenden Leitwert der Anordnung überwiegend bestimmt.
Es ist schon die Verwendung eines Reihenschwingkreises zur Strombegrenzung in Wechselstromnetzen und an der Kuppelstelle zweier Netze bekannt, bei dem der Kondensator durch einen relaisbetätigten Schalter im Kurzschlussfalle überbrückt wird. Bei Wiederkehr normaler Verhältnisse wird über eine Zeitverzögerung die Überbrückung wieder aufgehoben. Da mechanische Schalter mit der bekannten Zeitverzögerung eingesetzt sind, erfüllt diese Anordnung nicht die gestellte Aufgabe der Hauptanmeldung, den dynamischen Stromspitzenwert bereits abzuriegeln.
Eine weitere bekannte Anordnung zur Begrenzung von Kurzschlussströmen in Wechselstromleitungen besteht ebenfalls aus einer Kapazität und einer Induktivität in Reihenschaltung, die einen auf Resonanz abgestimmten Schwingkreis bilden. Hiebei wird die Kapazität im Überstromfalle durch eine Funkenstrecke, einen Gasentladungsableiter oder sonstige Gasentladungsgefässe überbrückt. Durch dieses plötzliche Ansprechen des Nebenschlusses tritt eine ausserordentlich harte kurzzeitige Schalthandlung ein, die bei höheren Leistungen in Wechselstromnetzen sehr unerwünscht ist.
Ausserdem ist es heute noch mit sehr grossen Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht gar unmöglich, solche Elemente wie Funkenstrecken und Gasentladungsableiter zur Überbrückung eines der Blindwiderstände im Kurzschlussfalle für den gewünschten mit der Anmeldung erreichbaren Leistungsbereich herzustellen.
Eine andere Vorrichtung zum Schutz von überstromempfindlichen Verbrauchern, wie z. B. von Geräten mit Siliziumgleichrichtem oder Transistoren, besteht auch aus einem auf Resonanz abgestimmten Reihenschwingkreis, der im Nennbetrieb einen vernachlässigbaren Widerstand aufweist, wobei zur Kapazität eine möglichst verlustarme Sättigungsdrossel parallelgeschaltet ist, deren Induktivität im infolge Überstromes gesättigten Zustand so auf die Parallelkapazität abgeglichen ist, dass die Wirkung eines Sperrkreises eintritt und der durchfliessende Strom sogar unter den Nennstrom herabgedrückt wird.
Auch eine solche Anordnung ist wegen der ausserordentlich hohen Spannungsabfälle in Hochspannungsanlagen wirtschaftlich nicht interessant und wegen der Oberwellenrückwirkung auf die Netze nicht '1. Zusatzpatent Nr. 256218.
2. Zusatzpatent Nr. 256219.
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tragbar.
Eine Vereinfachung und Verbilligung der Elemente der Schaltung wird erreicht, wenn erfindungs- gemäss die Sättigungsdrossel selbst als Träger des ganzen benötigten ohmschen Widerstandes oder eines
Teiles davon ausgebildet ist. Das kann beispielsweise schon dadurch erfolgen, dass die Wicklung ganz oder teilweise aus Widerstandsmaterial gewickelt ist.
Da es in dem vorliegenden Sonderfall nur darauf ankommt, die Dämpfung in dem Parallelstrom- kreis zum Kondensator zu vergrössern, und man daran interessiert ist, die Spannung an der Sättigungs- drossel im Überstromfall möglichst gross zu halten, ist eine Ausführung der Sättigungsdrossel vorteilhaft, bei der sich der ohmsche Widerstand oder die mit entsprechenden ohmschen Verlusten behafteten Stromkreise selbsttätig nur dann ankoppeln, wenn die Sättigung der Drossel erfolgt. Das ist in viel ausge- prägterem Verhalten besonders dann der Fall, wenn erfindungsgemäss der magnetische Kreis der Drossel so ausgebildet ist, dass sich bei Sättigung des Hauptkreises magnetische Nebenkreise bzw. Neben- schlüsse ausbilden, die den ohmschen Widerstand einkoppeln.
Während man bei normalen Transformatoren und Drosselspulen bestrebt ist, sowohl die Wicklungs- ! Verluste als auch die beispielsweise durch Wirbelströme verursachten Zusatzverluste möglichst klein zu halten, wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, genau solche Massnahmen zu ergreifen, mit denen die Zusatzverluste erhöht werden.
Beispielsweise ist der Kern mit einem Streujoch versehen, das eine mit einem ohmschen Widerstand behaftete oder abgeschlossene Wicklung trägt und nur im Sättigungs- fall vom magnetischen Fluss durchflossen wird oder es können in der Nähe des Kerns der Sättigungsdrossel Kontruktionsteile aus Metall oder besonders vorgesehene Metallteile so angeordnet werden, dass sie bei der Sättigung der Kerns vom austretenden magnetischen Fluss durchflossen werden, wobei in diesen
Metallteilen Wirbelströme induziert werden, die entsprechende Verluste zur Folge haben.
Mit diesen erfindungsgemässen Massnahmen kann es je nach Bemessung der Elemente möglich sein, auf einen besonderen ohmschen Widerstand ganz zu verzichten oder mit einem viel kleineren be- sonderen Widerstand auszukommen.
An Hand der Zeichnungen sei ein Beispiel für die Erfindung und die Wirkungsweise erläutert :
Fig. l zeigt in schematischer Darstellung die Grundanordnung gemäss dem Stammpatent. Die lineare
Induktivität L und die Kapazität C bilden die beiden etwa gleich grossen Widerstände mit ver- schiedenem Vorzeichen. Da sie auf die Grundfrequenz abgestimmt sind, weisen sie einen vemach- lässigbaren resultierenden Widerstand auf. Im Nebenschluss zur Kapazität C liegt ein ohmscher
Widerstand R und eine sättigbare Induktivität bzw. Drossel D. Übersteigt der Spannungsabfall an der Kapazität C bei einer Überhöhung des Stromes die Sättigungsspannung der Drossel D, so wird deren Eisenkern gesättigt und ihr Blindwiderstand kleiner. Dadurch kommt der ohmsche Widerstand R im Nebenschluss zum Kondensator zur Wirkung.
In Fig. 2 ist als Beispiel eine Sättigungsdrossel D mit aufgeschnittenen Wicklungen und einer
Widerstandswicklung dargestellt. Der Kern 1 besitzt ein Sättigungsjoch 2 und ein Streujoch 3 und wird von den Wicklungen 4 magnetisiert. Das Streujoch 3 besitzt einen Luftspalt und wird von der Streuflusswicklung 5 umschlossen. Im Normalbetrieb unterhalb der Sättigungsspannung des Sättigungsjoches 2 sind bei diesem Beispiel nur die vernachlässigbaren Wirkverluste der Wicklung 4 wirksam, zudem infolge des nur kleinen Magnetisierungsstromes.
Wird die Sättigungsspannung bei einem Überstrom in der Verbindungsleitung überschritten, so schliesst sich ein Grossteil des magnetischen
Flusses über das Streujoch 3 und in der Wicklung 5, die entweder selbst aus Widerstandsmaterial hergestellt sein kann oder mit einem Widerstand abgeschlossen ist, fliesst ein Strom, durch den rück- wirkend der ohmsche Widerstand dieser Wicklung in der Grundschaltung gemäss Fig. l wirksam wird.
Fig. 3 zeigt eine andere beispielhafte Ausbildung des Nebenschlusses zum Kondensator aus Sätti- gungsdrossel und ohmschem Widerstand gemäss der Erfindung, bei der der Kern der sättigbaren Drossel- spule mit zwei magnetisch parallelgeschalteten, im Normalbetrieb (nicht gesättigtem Zustand) durch einen Luftspalt unterbrochenen Seitenjochen versehen ist, die Träger des ohmschen Widerstandes sind, wobei der Kern so ausgebildet ist, dass bei Eintritt der Sättigung im geschlossenen Kemkreis oder einem
Teil desselben die Seitenjoche durchflutet sind.
Bei Sättigung im geschlossenen magnetischen Haupt- kreis, insbesondere den Jochen 2, als Folge eines Spannungsanstieges über dem Kondensator in Ab- hängigkeit eines Überstromes, wählt sich der magnetische Fluss den Pfad mit dem jetzt niedrigeren ma- gnetischen Widerstand und schliesst sich über die kleinen Luftspalte 6 und über die Seitenjoche 3.
Dadurch werden unmittelbar die Wicklungen 5 der Seitenjoche angekoppelt. Sie können selbst aus
Widerstandsmaterial ausgeführt sein oder mit ohmschen Widerständen 7 abgeschlossen sein, so dass diese bei der Durchflutung der Seitenjoche 3 selbsttätig in den Stromkreis eingekoppelt werden.
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An die Stelle der Streukerne mit ihren Belastungswicklungen können auch ganz oder teilweise der Kessel oder andere, mit Wirbelstromverlusten behaftete Konstruktionsteile treten.
Mit Hilfe einer so ausgebildeten Sättigungsdrossel ist die Gefahr der Stromresonanz mit den unerwünschen Stromkurvenverzerrungen und Spannungsspitzen so gut wie ganz zu beseitigen, da ein Aufschaukeln durch die sich selbst ankoppelnden Dämpfungen verhindert wird. Desgleichen kehrt die Drossel nach Störungsabschaltung selbst aus dem Sättigungsbereich in den Normalbetrieb am raschesten zurück, da die zusätzlichen Belastungen auf den Streukernen auch oder im Streuweg der Kraftlinien direkte Belastungen der übersättigten Sättigungsspule darstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
EMI3.1
Begrenzung von Überströmen nach dem Patent Nr. 249153, d ad urch g ek enn-zeichnet, dass die Sättigungsdrossel selbst als Träger des ganzen ohmschen Widerstandes oder eines Teiles davon ausgebildet ist.