Überlastzeitrelais zur Überwachung von technischen Betriebsgrössen, insbesondere zur Überwachung des Laststromes von elektrischen Apparaten oder Maschinen. Die Erfindung bezieht sich auf Über- la@stzeitr.eIais zur Überwachung von techni- schen. Betriebsgrössen, insbesondere zur Über- wachung des Laststromes von elektrischen Apparaten oder Maschinen, wie z.
B. elek trischen Entladungsapparaten mit Gas- oder Dampffüllung, bei welchen Relais die Aus- lösekont.akte über ein thermisches Glied be tätigt werden, dessen Aufheizung in Ab hängigkeit von der zu überwachenden Grösse erfolgt.
Bei elektrischen Apparaten und Ma schinen ist in vielen Fällen eine zeitlich be grenzte Überlastung überdie zudäs:sige Dauer last hinaus erlaubt. Die Dauer der Über lastung, die ohne Schaden für die Maschine oder den Apparat ausgehalten werden kann, ist ausser von der Grösse der Überl@astunb selbst auch davon abhängig, wie hoch die Belastung während der Zeit war, die dem Beginn der Überlastung unmittelbar voraus ging.
Irn allgemeinen wird eine um so grö ssere Dauer der Überlastung gestattet sein, ji kleiner ihr Wert ist und je geringer die Belastung vor ihrem Eintritt war und um gekehrt.
Um bei derartigen Maschinen und Appa raten zu verhindern, dass die Grenze der gerade noch zulässigen Überlastung über schritten wird, hat man bisher Relais vor gesehen, die auf Überstrom ansprechen und zeitlich so verzögert sind, dass die Verzöge- rungszeit in der gewünschten Weise von der Höhe der Überlastung abhängig ist.
In einfacher Weisse hat man die lastab hängige Ansprechzeit z.. B. dadurch ver wirklicht, dass man ein thermisch wirken des Relais angeordnet hat. Die Wärmekapa zität des thermischen Gliedes des Relais und seine Ankopplung an den wärmeerzeu genden Teil sind dabei so gewählt worden, dass die gewünschte Abhängigkeit der An sprechzeit von der Grösse der Überlastung erreicht wurde.
Ein solches mit Zeitverzöge rung arbeitendes Relais, Überlastzeitrelais genannt, stellt sozusagen ein thermisches Abbild der zu schützenden Maschine bezw. des zu schützenden Apparates dar. Dieses Relais erfüllt natürlich auch die Forderung, dass die Ansprechzeit davon abhängig ist, wie hoch die Belastung der Maschine bezw. des Apparates in der Zeit unmittelbar vor Eintritt der Überlastung war.
Es gibt nun aber auch elektrische Ma schinen bezw. Apparate, von deren Über wachungsrelais gefordert wird, dass ihre An sprechverzögerung nur von der Grösse und dem zeitlichen Verlauf der Überlastung ab hängt, dagegen nicht von der Grösse der Be lastung vor Eintritt der Überlastung. Solche Verhältnisse liegen z.
B. beim Betriebe von Stromrichtern mit Metallgefässen (Eisen gleichrichtern) vor, deren zulässige Über- laetung :in einschlägigen Vorschriften unab hängig davon vorgeschrieben ist, ob der Gleichrichter vor Eintritt mit Nennlast oder kleinerer Last gefahren wurde.
Diese Forderung kann das vorerwähnte thermisch verzögerte Relais ohne weiteres nicht erfüllen, weil sein thermischer Zustand und damit auch die Ansprechverzögerung von der Vorbelastung abhängig ist.
Um die geforderte Unabhängigkeit der Ansprechverzögerung vor der Vorbelastung mit einem eingangs erwähnten Überlastzeit- relais zu erreichen, ist erfindungsgemäss das thermische Glied des Relais mit einer Zu satzheizung versehen, die so geregelt wird, dass der Mittelwert der resultierenden, dem thermischen Glied zugeführten Wärmemenge pro Schaltperiode der Zusatzheizung so lange unverändert gleich bleibt,
als in einem in Abhängigkeit von der zu überwachenden Grösse beheizten Element des thermischen Gliedes der Strom eine vorbestimmte, dem maximal zulässigen Wert der zu über wachenden Grösse zugeordnete Intensität nicht überschreitet und als die Umgebungs temperatur gleich bleibt. Dadurch wird er reicht, dass der thermische Zustand des Re lais im Mittel konstant ist, solange z. B. eine Überlast eines. Apparates nicht vorhanden ist und wird ermöglicht, dass die Ansprechzeit des Relais ausschliesslich von dem Betrag und dem zeitlichen Verlauf z.
B. einer auf tretenden Überlast abhängt. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass der vorerwähn ten Ausbildung eines auf thermischer Grund lage arbeitenden Überlastzeitrelais der all gemeine Zweck zu Grunde liegt, bei einer Überwachungsvorrichtung für eine technische Betriebsgrösse das Ansprechen nur von dem den vorbestimmten,
maximal zulässigen Wert übersteigenden Betrag der zu überwachenden Grösse und dessen zeitlichem Verlauf ab hängig zu machen und den Einfluss des Be trages und des zeitlichen Verlaufes der zu überwachenden Grösse vor Eintritt dieses Überbetrages auszuschalten. Den folgenden beispielsweisen Ausführungen ist die Vor aussetzung zu Grunde gelegt, dass die zu überwachende Betriebsgrösse elektrischer Natur, insbesondere ein elektrischer Strom ist. Da es bei andersartigen zu überwachen den Betriebsgrössen, z.
B. bei der Tempe- raturüberwachung eines Ofens, möglich ist, von diesen einen proportionalen .Strom durch einfache und bekannte Mittel abzuleiten, ge schieht die Überwachung solcher Betriebs grössen in grundsätzlich derselben Weise wie die nachstehend beschriebene Über- ,vachung des Laststromes eines elektrischen Apparates, wie z. B. eines Eisengleichrich ters, die das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung darstellt.
Bei dem Überlastzeitrelais gemäss der Er- Endung kann nun die Regelung der Zusatz- lieizung in einfacher Weise durch einen Hilfskontakt, z. B. einen Ausschaltkontakt des thermischen Gliedes selbst erreicht wer den; dieser wird vorteilhaft so eingestellt, dass er gerade öffnet und die Zusatzheizung abschaltet, wenn der momentane thermische Zustand des Relais z.
B. der Dauerlast einer Maschine entspricht, und die Zusatzheizung wieder einschaltet, wenn der thermische Zu stand des Relais wieder unter diesen Wert sinkt. Ist also die Belastung der Maschine klein, so äst die Einschaltdauer der Zusatz heizung gross und umgekehrt.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführunb Beispiele des Erfindungsgegen standes schematisch dargestellt.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausf#'-hrungsbei- spiel ist ein sogenanntes Bimetallrelais, bei welchem also ein Bimetallstreifen- als ther misches Glied in Abhängigkeit :. B. von dem Laststrom eines zu überwachenden Apparates aufgeheizt wird und bei welchem die Kontakte des Relais durch den infolge der Aufheizung sich durchbiegenden Bime- tallstreifen betätigt werden.
Dagegen zeigt die Einrichtung nach Fig. 2 ein Relais, des sen Kontakte durch einen Schaltarm betätigt werden, der an einem zwischen den Polen eines Magneten drehbar gelagerten Anker be festigt ist. Die Grösse des Magnetfeldes wird dabei über ein thermisches Glied in Abhän gigkeit von dem zu überwachenden Last strom des zu schützenden elektrischen Appa- rates oder der zu schützenden Maschine be einflusst.
In Fig. 1 bedeuten 1 und 2 den zu über wachenden Hauptstromkreis, (La.ststrom- kreis), in den der zu schützende Apparat 3, z. B. ein Eisengleichrichter, geschaltet ist. In dem Hauptstromkreis 1, 2 ist ausserdem der Nebenwiderstand 4 angeordnet, an des sen beiden Klemmen 5 und 6 die Spannung zur Speisung der Heizwicklung 7 (Haupt heizwicklung) des B:imetallstreifens 8 abge griffen ist.
Am freien Ende des Bimetall- streifens sind die beweglichen Kontakte 9 und 10 vorgesehen, die. mit je einem der festen Kontakte 11 und 12 zusammenarbeiten.
Das Kontaktpaar 9-, 11 ist dem e gent- li.chen Überwachungsstromkreis 13 zugeord net, der über den Bimetallstreifen 8 von der Spannungsquelle 14 gespeist ist und in den die bei 15 angedeutete Überwachungsvor richtung, z. B. eine Alarmglocke, geschaltet ist.
Sobald das Kontaktpaar 9, 11 geschlos sen wird, tritt die Überwwhung,svorrichtung 15 in Tätigkeit, die selbstverständlich, gege benenfalls zusätzlich und mit Zeitverzöge rung, auch einen Schalter betätigen kann, der den Laststromkreis 1, 2 von seiner nicht dar gestellten Speisespannung abschaltet.
Das Kontaktpaar 1:0, 12' ist der von der Spannungsquelle 16 aus über den Stromkreis 17 gespeisten Zusatzheizwicklung 1,8 zuge- ordnet. hisse Heizwicklung 18 dient zur Aufheizung des. Bi- meta'llstreifens 8;
die zusätzliche Aufheizung durch div Wicklung 18 findet statt, sobald und solange das Kontaktpaar 10,<B>12</B> geschlos- sen ist. Der Streifen biegt sich bei genügen der Beheizung derart, dass eich sein freies Ende von rechts nach links bewegt. Wenn der Laststromkreis 1, 2einen kleineren Strom führt als dem varbes:timmten, maximal zu lässigen Laststrom für Dauerbetrieb, d. h.
hier dem Nennstrom entspricht, so wird das Kontaktpaar 10, 12 periodisch geschlossen. und geöffnet,. ohne dass sich die Kontakte 9, 1'1 berühren. Wenn der thermische Zustand des Bimetallstreifens 8 derartig ist, dass der Kontakt 10, 12 geöffnet wird, so entspricht dieser Zustand demjenigen bei Nenustrom im Hauptstromkreis 1, 2, wenn nur die Wick lung 7 heizen würde.
Ist der Hauptstrom kleiner als der Nenustram, so schliessen sieh die Kontakte 10, 12 wieder, und die Zusatz- heizwicklung 18 wird wieder eingeschaltet. Je kleiner die im Laststromkreis 1, 2 vorhan dene Stromstärke isst, um so weniger häufig erfolgt dieses Aussetzen der Zusatzheizung des Bimetallstreifens B.
Diese Heizung des thermischen Gliedes 8 des Relais wird so:mi <I>4 -</I> ,automatisch so geregelt, dass der Mittelwert der resultierenden, d. h. von den Heizungen 7 und 18 an den Streifen 8 abgegebenen Wärmemenge pro Schaltperiode der Zusatz- heizung so lange unverändert gleich bleibt. als im beheizten Element 7 des Streifens 8 der .Strom eine vorbestimmte, dem Nennstrom im Hauptstromkreis 1, 2 zugeordnete Inten sität nicht überschreitet, vorausgesetzt, dass sich die Umgebungstemperatur nicht ändert.
Wenn also ein Überstrom im Laststrom kreis 1, 2 auftritt, dann findet dieser den um eine Mittellage pendelnden Bimetall-strei- fen 8 immer in einem Zustande vor, der im Mittel der Wirkung des Nennstromes im Laststromkreis 1, 2, ohne Zusatzheizung, ent- spricht. Die Wärnäekapazität des Bimetall- streifens 8,
die thermische Kopplung zwi schen dem Bimetal'lstreifen 8 und der Haupt- heizwicklung 7, die zweckmässig zusammen mit der Zusatzheizwicklung 18 in einem bei 19 angedeuteten Gehäuse angeordnet werden und das Abkühlunbverh:
a'lten .des Bimetall streifens sind so bemessen, d'ass der beim Auf treten von Überströmen erfolgende Wert der Durchbiegung des Bimetallstreifenu 8, der jeweils den Schiuss des Kontaktpaares 9, 11 und demzufolge :
das, Auslösen der Über wachungsvorrichtung 15 bewirkt, sich in Ab hängigkeit von der Grösse des Überlasststro- mes jeweils nach einer solchen Zeit einstellt, .die der maximal zulässigen Überlastzeitkurve des zu schützenden Apparates entspricht. Du- bei geschieht gemäss bestehenden Vorschrif ten das Schliessen des Kontaktpaares 9,
11 allein in Abhängigkeit von der Grösse und dem zeitlichen Verlauf des Überlaststromes unabhängig davon, ob der Laststrom un mittelbar vorher gleich dem Nennstrom war oder gleich einem kleineren Wert als dem Werte des Nennstromes entspricht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach r'ig. 1 erfolgt die Speisung der Hauptheizwick- lung 7 des BimetulIstreifens 8 über einen in .den Laststromkreis geschalteten Neben widerstand 4. Selbstverständlich kann die Hauptheizwieklung 7 auch direkt in. den Laststromkreis 1, 2' geschaltet sein.
Weiter ist bei diesem Ausführunb beispiel für die Nebenheizwicklung 18 eine besondere Speise stromquelle 16 vorgesehen, was auch nicht unbedingt erforderlich ist. Es kann die Nebenheizwicklung 18 z. B. auch durch die Batterie 14 des Überwachungsstromkreises 13 oder durch Wechselstrom über einen Hilfstransformator gespeist werden, dessen Primärwicklung von dem den zu überwachen den Gleichrichter 3 speisenden Netz gespeist wird.
Schliesslich ist zu diesem Ausführungs- beispiel noch zu bemerken, dass, um das schleichende Öffnen der Kontaktpaare, ins besondere des Kontaktpaares 10, 12 zu ver meiden, b1agnete, z. B. Magnete mit Luft spalt, vorgesehen werden können, durch welche ein momentanes bffnen der Kontakt paare gewährleistet wird.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sind wieder mit 1, 2 der Last- stromkreis, mit 3 der zu überwachende elek trische Apparat, für den auch hier ein Gleich richter gewählt ist, mit 4 .der in den, Last stromkreis 1, 2 geschaltete Widerstand, mit 5, 6 dessen Klemmen- und mit 7 die an das Klemmenpaar 5, 6 geschaltete Hauptheiz- wicklung bezeichnet.
Die Hauptheizwickl:ung 7 ist mit einem Widerstand 21 au s# einem Metall mit möglichst grossem Widenstands- temperaturkoeffizienten und einer Zusatz heizung 18 zusammengebaut. Dieser Wider stand 21, der wieder zweckmässig in einem Gehäuse 19 angeordnet wird, stellt das ther- mische Glied des Überstromzeitrelais dar.
Der Widerstan d 21 liegt zusammen mit einem gleichartigen Widerstand 2(2, der der Aussen- temperatur ausgesetzt isst und demzufolge eine Temperaturkompensation darstellt, und zusammen mit zwei Wieklungen 23 und 24, die auf dem einen Schenkel des Magneten 25 angeordnet sind, in einer über die Gleich richteranordnung 26 und den Transformator 2.7 gespeisten Schaltung.
Zwischen den bei den Polen 2'8 und 2'9, des Elektro- oder per manenten Magneten 25 ist der drehbar ge lagerte Anker 30 angeordnet, der durch die Zugfeder 31 in der Gleichgewichtslage ge halten ist und an dem der Zeiger 32' mit den beweglichen Kontakten 33, 34, 35 und 36 be festigt ist.
Die beweglichen Kontakte 35 und 36 des Zeigers 32 arbeiten mit den festen Kontak ten 37 und 38 des eigentlichen Überwachungs stromkreises 13 zusammen, der von der Bat- terie 14 gespeist ist und in den die mit 15 angedeutete Überwachungsvorriehtung ge schaltet ist. Die Überwachungsvorrichtung 15 wird ausgelöst, sobald die beweglichen Kon takte 35 und 36 mit den festen Kontakten 37 und 38 in Verbindung stehen.
Die beiden andern beweglichen Kontakte 33 und 34 des Zeigers 32 arbeiten mit den festen Kontakten 39 und 40 zusammen. Die beiden Kontaktpaare 33, 3-9 und 34, 40 sind in ähnlicher Weise wie das Kontaktpaar 10, 12 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der von der Stromquelle 16 aus über den Stromkreis 17 gespeisten Zusatzheizwi.cklung 18 zugeordnet.
Die Wärmekapazität des Ther mischen Gliedes, die thermische Kopplung zwischen der Heizwicklung 7 und dem Wider stand 2.1 und das Abkühlungsverhalten des thermischen Gliedes sind so bemessen, dass es als thermisches Abbild des zu schützenden Apparates diesem möglichst weitgehend ent spricht und weiter die gewünschte Abhän gigkeit der Ansprechzeit des Relais von der Grösse und dem Verlauf des Überlastetromec vorhanden ist.
Ferner ist die aus den Wider ständen 21, 22 und den Magnetwieklungen 23, 2'4 des Magneten 25 bestehende Schal- tung so ubgegliehen, dass, solange der Last stromkreis 1, 2 den Nennstrom führt, der drehbare Anker 30 in seiner Nullstellung ist.
Die festen Kontakte 37 und. 3,8, 3,9 und 40 sind schliesslich so, angeordnet, dass in der Nullstellung des Ankers 30 bezw. des Zeigers 3'2 keiner dieser festen Kontakte mit den ihnen entsprechenden beweglichen Kontak ten des Zeigers 32 in Verbindung steht.
So lange der Strom im Hauptstromkreis 1, 2 gleich dem Nennstrom ist, ist demzufolge weder der Überwachungsstromkreis. 13 noch dien der Zusatzheizwicklung 18 .eigene Strom kreis 17 geschlossen.
Führt dagegen der Laststromkreis 1, 2 einen kleineren Strom als dem Nennstrom entspricht, .dann wird das thermische Glied 21 weniger beheizt, der Widerstand 21 wird kleiner, so dass in der Magnetwicklung 24 ein grösserer Strom fliesst, der .den Drehanker 30 und damit den Zeiger 32' aus seiner Ruhe lage herausdreht, und zwar in Richtung auf die fersten Kontakte -39, 40 zu,
wodurch die Zusatzheizwicklung 18 nach Kurzsehliess,en der beiden Kontaktpaare 33, 39 und 34, 40 an Spannung gelegt wird. _ Die Zusatzheiz- wicklung 18 bleibt so lange in Betrieb, bis der Widerstand 21 als thermisches Glied auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die .der durch den Nennstrom im Laststromkreis 1, 2:
be wirkten entspricht, wenn nur die Wicklhwvg 7 heizen würde. Daher ist auch bei dieser Einrichtung gewährleistet, dass beim Auf treten .eines Überstromes im Laststromkreis 1, 2 das thermische Glied 19 des. Relais im Mit tel sich immer in .einem solchen thermischen Zustand befindet, der dem des Nennstromes im Laststromkreis 1, 2 entspricht, unabhän gig .davon, welchen Wert der Strom im Last stromkreis 1,
2 vor Auftretendes Überstro- mes inne hatte. Das rührt daher, dass auch hier die Zusatzheizung so geregelt wird, dass der Mittelwert der resultierenden, .d. h. der von den Wicklungen 7, 18 sowie dem eigenen Strom dem Widerstand 21 zugeführten Wärmemenge pro Schaltperiode .der Zusatz heizung so lange unverändert gleich bleibt, bei gleicher Umgebungstemperatur des Ge häuses 19, als in der in Abhängigkeit des Hauptstromes beheizten Wicklung 7 der Stromeine vorbestimmte, dem Nennstrom im T1auptkreis entsprechende Intensität nicht überschreitet.
Beim Auftreten eines Überstromes im Laststromkreis 1, 2 tritt nun .durch .die er höhte Temperatur .des Widerstandes 21 -eine Vergrösserung von dessen Ohmwert ein, wo durch die Wicklung 24 weniger Strom erhält, wonach der Anker 30 bezw. der Zeiger 32 in Richtung auf die festen Kontakte 37, 38 aus der Nullage herausgedreht wird und zu letzt ein Kurzschliessen der dem Über wachungsstromkreis angehörigen Kontakt paare 35, 37 und 36, 38, d. 'h. ein Auslösen der Alarmvorrichtung 15 bewirkt.
Dieses Auslösen der Alarmvorrichtung 15 bei Auf treten eines Überstromes im Laststromkreis 1, 2 ist auch hier allein durch die Grösse und den zeitlichen Verlauf des Überstromes, be- c stimmt, da durch die Zusatzheizwicklung sichergestellt ist, dass .die An.sprechverzöge- rung ,der beiden Kontaktpaare 35, 37 und 36,
318 unabhängig von der Vorbelastung des Apparates 3 ist.
Hinsichtlich der Speisung der Haupt\heiz- wicklung 7 und der Zusatzheizwicklung 18 des thermischen Gliedes 19 gilt .auch für die ses Ausführungsbeispiel das in Verbindung mit dem Ausfülhrungsbeispiel nach Fig: 1 Gesagte. Das Gleiche gilt auch für den Auf bau Üer Alarmvorrichtung 15.
Die Erfindung ist sowohl hinsichtlich ihres Anwendungsbereiches als auchhinsicht- lich des konstruktiven und schaltungsgemä ssen Aufbaues des thermischen Gliedeis und der Heizvorrichtungen .des thermischen Glie des nicht auf die in den beiden Fig. 1 und 2. .dargestellten Ausführungsbeispiele be schränkt.
Im besonderen sei darauf hingewie- sen, dass sie belastungsabhängige Regelung der Zusatzheizung des thermischen Gliedes auch in anderer Weise als .durch einen Iffilfs- kontakt erfolgen kann.
Beispielsweise ist es möglich, die Zusatzheizwicklung <B>118</B> 'an den Brückenzweig einer Brückenschaltung zu legen, die im Gleichgewicht ist, wenn der Laststromkreis Nennstrom führt.
In bevorzugter Weise finden die-beschrie- benen Relais, wie bereits erwähnt, Anwen- dung zum Überstromsehutz von .Stromriclh- tern mit Metallgefässen, insbesondere Eisen gleiehrichtern. Die Relais können jedoch auch zum Schutze von Stromrichtern mit Glas- oder Keramikgefässen 'herangezogen werden.
ferner von Transformatoren, Röntgen- oder Senderöhren und bei elektrischen Maschinen, wie z. B. Motoren oder Generatoren, und schliesslich zur Überwachung von Betriebs grössen, die nicht von elektrischem Natur sind, beispielsweise der Temperatur eines Ofens, wobei als "Überlast" Temperaturen anzu sehen sind, die einen vorbestimmten, maximal zulässigen Wert übersteigen.