DE1075202B - Überspannungs- bzw. Überstromschutz mit Auslösung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung ist ein Überspannungsbzw. Überstromschutz mit Auslösung unter Verwendung einer Kaltkathodenröhre, in deren Anodenstromkreis ein zu betätigendes Schaltmittel liegt, das bei Öffnen der Röhre durch sein in Schaltabhängigkeit von einem von der zu überwachenden elektrischen Wechselgröße gespeisten Wandler gebrachtes Steuergitter bei Überschreiten eines bestimmten einstellbaren Wertes der Wechselgröße betätigt wird. Bei bekannten Schutzeinrichtungen dieser Art wird die zu überwachende Größe entweder von einem in diesem Stromkreis angeordneten Widerstand unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators abgenommen. Im ersteren Fall entfällt die Möglichkeit einer Anpassung der zu überwachenden Strom- bzw. Spannungsgrößen an die Kaltkathodenröhre. Die Anwendung ist daher auf Fälle beschränkt, bei denen die überwachte Größe gerade mit den Ansprechwerten der Röhre übereinstimmt. Im zweiten Falle ist der Transformator so ausgelegt, daß er stets außerhalb des Sättigungsgebietes arbeitet, damit eine Proportionalität zwischen der Primärgröße und der Sekundärgröße des Transformators besteht, um eine Auslösung der Röhre bei Ereichen einer bestimmten Überspannung bzw. eines bestimmten Überstromes zu erreichen. Der verwendete Transformator muß wegen der geforderten Eigenschaften einen Kern entsprechenden Materials und mit verhältnismäßig großem Volumen haben. Dies verteuert eine solche Anordnung jedoch beträchtlich,

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile mit einfachen Mitteln und auf billige Weise eine leicht an jeden FaIt anpassungsfähige Schutzeinrichtung zu schaffen. Dies gelingt nach der Erfindung durch die Verwendung eines betriebsmäßig im Sättigungsbereich arbeitenden kleinen Wandlers, bei dem zwischen der primären Eingangsgröße und dem Scheitelwert der sekundären Ausgangsgröße Proportionalität besteht. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß bei einem Stromwandler eine Linearität zwischen Primärstrom und Sekundärstrom bzw. Sekundärspannung erreichbar ist, wenn der Stromwandler hoch in Sättigung betrieben wird, d. h. wenn er seine Überstromkennziffer überschreitet. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen werden also beim Gegenstand der Erfindung gerade möglichst kleine Wandler Verwendung finden, damit die vorgenannten Bedingungen erfüllt sind,

Es ist zwar bekannt, zum Schutz von Stromkreisen gegen das Auftreten von Überströmen bzw. Über-Spannungen Wandler vorzusehen, die aus einem Material bestehen, das schon bei kleinem Feldwert in Sättigung gelangt. Hierbei wird erreicht, daß keine Polarität zwischen dem Strom auf der Primärseite überspannungs- bzw. überstromschutz
mit Auslösung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

des Wandlers und der Spannung auf der Sekundärseite ist, bzw. auf diese Weise wird der zu schützende Stromkreis sofort bei geringfügiger Überschreitung des Nennwertes abgeschaltet. Im Gegensatz dazu soll jedoch beim Gegenstand der Erfindung ein Schaltvorgang erst bei Überschreiten eines bestimmten Überstromes bzw. einer bestimmten Überspannung erfolgen.

Die Verwendung eines kleinen Wandlers beim Gegenstand der Erfindung wird dadurch ermöglicht, daß zum Zünden der Kaltkathodenröhre nur eine verschwindend kleine Energie benötigt wird, die von der den Endspannungswert der Röhre überschreitenden Wert und nur eine geringe Energie enthaltenden Sekundärstromspitze geliefert werden kann. Vorteilhaft wird die Sekundärgröße des Wandlers in an sich bekannter Weise nicht unmittelbar auf das Steuergitter der Kaltkathodenröhre gegeben, sondern es wird über einen Gleichrichter ein Kondensator gespeist, der in seiner Kapazität so bemessen ist, daß er praktisch jederzeit die Sekundärspannung des Wandlers aufweist.

Sobald eine die Zündspannung überschreitende Spannungsspitze erscheint, die nach dem vorher Gesagten wegen der vorhandenen Proportionalität von einer Überspannung bzw. einem Überstrom herrührt, bringt die an dem Steuergitter der Kaltkathodenröhre anliegende Kondensatorspannung die Röhre zum Zünden. Durch das Zünden der Röhre wird der Anodenstromkreis der Röhre, in dem die Einschaltspule eines schnell schaltenden Kipprelais vorgesehen werden kann, geschlossen, so daß ein Stromfluß durch die Röhre über das Relais möglich ist. Das Relais wird seinerseits eine im Auslösestromkreis liegende Schal t-

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einrichtung einschalten und dadurch den Auslöser zur Wirkung bringen, der dann seinerseits den von der Überspannung bzw. Überstrom betroffenen Anlageteil abschaltet. Ein Hilfskontakt des Auslösers unterbricht nach erfolgtem Ansprechen desselben den Auslöser-Stromkreis wieder in an sich bekannter Weise. Das Kipprelais wird dann in an sich bekannter Art durch geeignete Mittel wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. -- ■- ■ :.'■

Einzelheiten der Erfindung sind an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. :

Gemäß Fig. 1 ist in einem zu schützenden Anlageteil enthaltenen Stromkreis 1 die Primärwicklung eines kleinen, im Sättigungsgebiet arbeitenden Wandlers 2 angeordnet, deren Sekundärwicklung über einen Gleichrichter 3 die Parallelschaltung eines vorzugsweise verstellbaren Widerstandes 4 mit einem Kondensator 5 speist. An den Kondensator 5 ist weiterhin einerseits über einen Schutzwiderstand 6 das Steuergitter der Kaltkathodenröhre 7 und andererseits un- -. mittelbar die Kathode der Röhren angeschlossen. An die beiden äußeren Elektroden der Röhre ist in Reihe mit der Einschaltspule 9 eines Kipprelais ein Speisekondensator 8 angeschlossen, der von einer Wechselstromquelle 12 über einen Vorwiderstand 11 und einen Gleichrichter 10 langsam aufgeladen wird. Die Einschalfspule 9 wirkt auf die Schalteinrichtung 14 im Gleichstromauslösekreis 13 des Auslösers 16, der seinerseits in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise auf die Schalteinrichtung des Schützlings einwirkt. Im Gleichstromkreis 13 ist außerdem noch ein Ruhekontakt 15 des Auslösers angeordnet.

Im Normalbetrieb wird der Speicherkondensator 5 von der Sekundärwicklung des Wandlers 2 entsprechend der im Stromkreis 1 auftretenden elektrischen Wechselgröße so aufgeladen gehalten, daß seine Spannung nicht zum Zünden der Röhre 7 ausreicht. Die Ladegeschwindigkeit kann durch Verändern des parallel geschalteten Widerstandes 4 entsprechend eingestellt werden. Sobald im Stromkreis 1 eine Überspannung bzw. ein Überstrom auftritt, führt dies sekundärseitig zu einer entsprechenden Vergrößerung des Ladestromes und damit zu einer entsprechenden Spannungssteigerung am Kondensator 5., der nun seinerseits die Zündung der Röhre 7 einleitet. Beim Zünden der Röhre 7 kann sich der im aufgeladenen Zustand befindliche Speicherkondensator 8 über den nunmehr geschlossenen, die Einschaltspule 9 enthaltenden Stromkreis entladen und durch den auftretenden Stromstoß das Schließen des Schalters 14 bewirken, so daß der Auslöser 16 anspricht." Dieser schaltet den zu schützenden Anlageteil und stellt sich durch öffnen seines Stromkreises mittels eines Ruhekontaktes 15 wieder in seine Ausgangslage zurück. Nach erfolgtem Auslösen kann, wie bereits erwähnt, in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise durch eine ebenfalls nicht dargestellte Äusschaltspule der Schalter 14 wieder geöffnet werden, so daß sich die Anlage wieder in ihrem Ausgangszustand befindet, da die gezündete Röhre 7 nach Entladen des Kondensators 8 selbsttätig erloschen ist.

Zur Vergrößerung der Ansprechgeschwindigkeit durch schnelleres Aufladen des Kondensators 5 kann gemäß Fig. 2 jede Halbwelle ausgenutzt werden, indem der Kondensator 5 und der parallel geschaltete Widerstand 4 mit der Sekundärwicklung des Wandlers 2 über zwei Gleichrichter 3 a und 3& in einer an sich bekannten Mittelpunkts.schaltung verbunden sind, wobei die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung mit der Kathode der Röhre 7 und die Verbindungsstelle der beiden Gleichrichter mit dem einen Kondensatorbelag über den Schutzwiderstand 6 mit dem Steuergitter der Röhre 7 verbunden ist. Die Wirkungsweise ist sonst die gleiche wie im vorgenannten AusfüKrungsbeispiel.

Dadurch wird (in Fig. 3 gestrichelt dargestellt) die Zahl der Ladestromstöße verdoppelt, so daß bei Auftreten eines Überstromes bzw. einer Überspannung die Kondensatorspannung schneller der Wechselspannung nachfolgen kann und somit eine schnelle Ansprechbereitschaft erreicht wird. Eine auf den gleichen Prinzipien beruhende Einrichtung unter Verwendung einer Kaltkathodenröhre und eines im Elektrodenkreis liegenden, von dem Entladestrom eines Kondensators gespeisten Relais kann auch als zeitabhängiger Überstromzeitschutz verwendet werden, wenn an Stelle des Parallelwiderstandes zum Speicherglied eine Parallelschaltung aus einem weiteren Speicherglied mit einem Widerstand tritt und in der Verbindungsleitung zwischen beiden Speichergliedern ein Regelwiderstand angeordnet ist.

Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Die mit den vorherigen Figuren übereinstimmenden Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zum Schutz von Überströmen in elektrischen Wechselstrom- oder Drehstromleitungen sind in jeder Phase 17 die Primärwicklung 18 eines Wandlers und ein Überströmrelais 19 angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Wandlers 18 speist über einen Gleichrichter 3 die Parallelschaltung eines Widerstandes 23 mit einem Speicherkondensator 24, an den über einen Regelwiderstand 25 der Speicherkondensator 5 angeschlossen ist. Mit dem Speicherkondensator 5 ist in bereits genannter Weise über den Schutzwiderstand 6 das Steuergitter der Kaltkathodenröhre 7 ihrerseits und die Kathode unmittelbar andererseits verbunden. Ferner liegt parallel zur Sekundärwicklung des Wandlers 18 ein einstellbarer Widerstand 22, der zum Einstellen des Ansprechwertes dient. Der Kondensator 5 kann durch eine Leitung 21 überbrückt werden, in dem der Kontakt 20 des Überstromrelais 19 angeordnet ist. Das Überstromrelais 19 und die Überbrückungsleitung 21 können auch aus den nachfolgend noch näher angegebenen Gründen in Fortfall kommen.

Im Anodenstromkreis der Röhre liegt in Reihe mit einem Relais 9 ein Speisekondensator 8, der von der Wechselstromquelle 12 über einen Vorwiderstand 11 und Gleichrichter 10 aufgeladen wird. Der Kontakt 14 des Relais 9 ist wiederum im Gleichstromkreis des Auslösers 16 zusammen mit dem Hilfskontakt 15 des Auslösers angeordnet. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist dabei folgende:

Beim Auftreten eines Überstromes wird entsprechend der Größe des Widerstandes 22 der Kondensator 24 auf eine dem Scheitelwert des Stromes verhältnisgleiche Spannung aufgeladen und entlädt sich seinerseits entsprechend der Größe des Widerstandes 25 mehr oder minder schnell über den Kondensator 5, wenn die Überbrückungsleitung 21 geöffnet oder nicht vorhanden ist. Bei einem großen Überstrom wird die Spannung am Kondensator 5 dementsprechend schneller auf den Zündwert der Kaltkathodenröhre 7 ansteigen und diese^Kur Zündung bringen als bei einem kleinen Überstrom, so daß auf diese Weise eine Zeitabhängigkeit von der Größe des Überstromes erreicht wird. Durch die bereits vor Auftreten des Überstromes vorhandene Ladung des Kondensators 5 kann somit die Vorbelastung, die für thermische Belastbarkeit mit maßgebend ist, ohne weiteres berücksichtigt werden.

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Dies ist insbesondere bei einzelnen Anlagen nützlich. Für den Fall von Selektivschutzeinrichtungen ist es jedoch vorteilhaft, eine derartige Vorbelastung unberücksichtigt zu lassen, da unabhängig von der Vorbelastung nur der vom Überstrom durchflossene Teil 5 ausgeschaltet werden soll bzw. früher als andere Teile ausgeschaltet werden soll. Zu diesem Zweck ist die bereits genannte Überbrückungsleitung 21 vorgesehen, die im Normalbetrieb durch den geschlossenen Kontakt 20 den Kondensator 5 kurzschließt. Bei Auftreten eines Überstromes bestimmter Größe spricht das Überstromrelais 19 an und öffnet den Überbrückungsstromkreis 21, so daß nunmehr das Erreichen der Zündspannung am Kondensator 5 in genau definierter Abhängigkeit von der Größe des Überstromes gebracht ist.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 4 kann für mehrphasige Leitungen in der Weise abgeändert werden, daß in jeder Phase ein Wandler und ein Überstromrelais vorgesehen sind und daß sämtliche Sekundär-Seiten über je einen Gleichrichter auf die gemeinsame Parallelschaltung des Widerstandes 23 mit den Kondensatoren 24 und 5 sowie auf eine einzige Röhre arbeiten. Des weiteren kann, wie nicht näher dargestellt ist, an dem Widerstand 23 eine Teilspannung abgenommen werden, die zum Zünden einer zweiten Kathodenröhre dient für den Fall, daß extrem hohe Überleistungen ein sofortiges Ausschalten voraussetzen. Diese zweite Röhre würde ebenfalls auf den Auslöser 16 wirken, der dann ein- oder mehrpolig die betreffenden Anlageteile stillsetzen wird.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Überspannungs- bzw. Überstromschutz mit Auslösung unter Verwendung einer Kaltkathodenröhre, in deren Anodenstromkreis ein zu betätigendes Schaltmittel liegt, das bei öffnen der Röhre durch sein in Schaltabhängigkeit von einem von der zu überwachenden elektrischen Wechselgröße gespeisten Wandler gebrachtes Steuergitter bei Überschreiten eines bestimmten einstellbaren Wertes der Wechselgröße betätigt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung eines betriebsmäßig im Sättigungsbereich arbeitenden kleinen Wandlers, bei dem zwischen der primären Eingangsgröße und dem Scheitelwert der sekundären Ausgangsgröße Proportionalität besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (2) sekundärseitig über Halbwellen-Gleichrichter (3 bzw. 3 a und 3b) die Parallelanordnung aus einem veränderbaren Widerstand (4) mit einem Kondensator (5) speist, an die über einen Schutzwiderstand (6) die Gitter-Kathoden-Strecke der Kaltkathodenröhre (7) angeschlossen ist. (Fig. 1 und 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 2 zur Verwendung als stromabhängiger Überstrom-Zeitschutz, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des veränderbaren Widerstandes eine Parallelanordnung eines Widerstandes (23) mit einem zweiten Kondensator (24) vorgesehen ist und in der Verbindungsleitung zwischen beiden Kondensatoren (5 und 24) ein Regelwiderstand (25) angeordnet ist (Fig. 4).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärwicklung des Wandlers (18) ein veränderbarer Widerstand (22) parallel geschaltet ist (Fig. 4).

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Kondensator (5) ein Nebenschluß zugeordnet ist, der bei Auftreten eines Überstromes unterbrochen wird.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für mehrphasige Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärseiten der Wandler in den einzelnen Phasen über Gleichrichter eine einzige Kaltkathodenröhre mit einer einzigen Kondensatorwiderstandsanordnung im Gitterkreis angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kaltkathodenröhre in Einschaltabhängigkeit vom Spannungsabfall an dem dem zweiten Kondensator zugeordneten Parallelwiderstand gebracht ist und beide Röhren auf einen gemeinsamen Auslöser wirken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 088 964;
»Elektronik«, Novemberheft 1955, S. 263 bis 266.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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