DE1089864B

DE1089864B - Command device for monitoring electrical circuits

Info

Publication number: DE1089864B
Application number: DES64035A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Techn Samuel Haemmerli
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-07-22
Filing date: 1959-07-22
Publication date: 1960-09-29

Description

Mit der Entwicklung sehr schneller Schaltgeräte, deren Schaltzeit oft nur kleine Bruchteile einer Millisekunde beträgt, ist es notwendig geworden, entsprechend schnelle Kommandogeräte zu entwickeln, die in der Lage sind, beispielsweise Stromwerte in der Umgebung des Stromnulldurchganges oder vorgegebene Momentanwerte beim Stromanstieg zu erfassen. Im allgemeinen liegen die Verhältnisse so, daß durch ein relativ zu den Schnellschaltern und Kommandogeräten langsames Überstrom- oder Impedanzrelais die Ausschaltung durch Schließen eines Kontaktes vorbereitet wird. Das Kommandogerät übernimmt dann die Aufgabe, innerhalb einer Stromhalbwelle die Auslösung bei einem bestimmten Wert oder Bereich der zu überwachenden Größe wirksam werden zu lassen.With the development of very fast switching devices whose switching time is often only a small fraction of a millisecond it has become necessary to develop correspondingly fast command devices, which are able, for example, to measure current values in the To capture the environment of the current zero crossing or specified instantaneous values when the current increases. In general, the situation is such that by a relative to the quick switches and command devices slow overcurrent or impedance relay, the switch-off by closing a contact being prepared. The command device then takes over the task within a current half-wave the Triggering at a certain value or range of the monitored variable will take effect permit.

Man hat bereits vorgeschlagen, mit Hilfe magnetisch betätigter Geräte das Auslösekommando in gewissen Strombereichen zu sperren und nur kurz vor dem Stromnulldurchgang freizugeben, um eine sogenannte Vorauslösung zu bewirken. Geräte dieser Art haben sich aber für die neuen extrem schnellen Schalter als zu langsam erwiesen; zudem haben sie im allgemeinen den Nachteil, daß sie im Bereich kleiner Stromwerte nicht mehr sicher arbeiten.It has already been proposed that the trip command in certain with the help of magnetically operated devices To block current ranges and only to release shortly before the current zero crossing, in order to create a so-called To effect pre-release. Devices of this type have become extremely fast in favor of the new switch proved too slow; in addition, they generally have the disadvantage that they are smaller in range Current values no longer work safely.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommandogerät zur Überwachung elektrischer Stromkreise und bezweckt, die genannten Mangel zu vermeiden.. Sie ist gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler, bestehend aus einem von der zu überwachenden elektrischen Größe magnetisch beeinflußten Halbleiterwiderstand und einem von der zu überwachenden elektrischen Größe magnetisch nicht beeinflußten Widerstand, wobei die Kömmändogabe bei einem vorgegebenen Spannungsteilerverhältnis erfolgt. Durch die Verwendung von Halbleitern läßt sich eine praktisch trägheitsfreie Messung der zu überwachenden elektrischen Größe erreichen. Die für gewisse Anwendungen störende Wirkung des negativen Temperaturkoeffizienten elektrischer Halbleiter kann dadurch kompensiert werden, daß der Spannungsteiler neben dem magnetisch beeinflußten Halbleiterwiderstand noch einen zweiten magnetisch nicht beeinflußten Halbleiterwiderstand in thermischer Kopplung mit dem ersteren aufweist; insbesondere kann es zweckmäßig sein, diesen zweiten Widerstand aus gleichem Material wie den magnetisch beeinflußten Widerstand herzustellen.The invention relates to a command device for monitoring electrical circuits and aims to avoid the mentioned deficiency .. It is characterized by a voltage divider, consisting of from a semiconductor resistance magnetically influenced by the electrical variable to be monitored and one not magnetically influenced by the electrical variable to be monitored Resistance, the Kommändogabe takes place at a given voltage divider ratio. By the use of semiconductors allows a practically inertia-free measurement of the to be monitored electrical size. The adverse effect of the negative temperature coefficient for certain applications electrical semiconductor can be compensated that the voltage divider in addition to the magnetically influenced semiconductor resistor, a second one that is not magnetically influenced Has semiconductor resistor in thermal coupling with the former; in particular it can be expedient, this second resistor made of the same material as the magnetically influenced Establish resistance.

Es ist oft wünschenswert, die Auslösung nicht bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Strom- oder Spannungswertes herbeizuführen, sondern ein beispielsweise durch ein Überstrom- oder Impedanzrelais ausgelöstes Kommando nur innerhalb eines bestimmten vorgegebenen Bereiches der zu über-Kommandogerät zur überwachung
elektrischer StromkreiseIt is often desirable not to initiate the triggering when a certain current or voltage value is reached or not reached, but rather a command triggered, for example, by an overcurrent or impedance relay only within a certain predetermined range of the command device to be monitored
electrical circuits

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Techn. Samuel Hämmerli,Dipl.-Techn. Samuel Hämmerli,

Oberengstringen (Schweiz),
ist als Erfinder genannt wordenOberengstringen (Switzerland),
has been named as the inventor

wachenden Größe wirksam werden zu lassen. Soll z. B. in der Nähe des Stromnulldurchganges eine Auslösung erfolgen, so kann diese in gewissen Fällen bei Unterschreiten eines Momentanwertes des abfallenden Stromes eingeleitet werden. Nun kommt es aber vor, daß der Strom nicht wie erwartet auf Null geht, sondern vor Erreichen des Stromnulldurchganges wieder ansteigt. In diesem Falle kann es wünschenswert sein, daß beim Austritt des Stromes aus dem Bereich kleiner Stromwerte ein zweites Kommando gegeben wird, das die sofortige Wiedereinschaltung oder Überbrückung des Schalters bewirkt. Die gleichen Verhältnisse liegen vor, wenn der Stromnulldurchgäng zwar erreicht wird, jedoch eine Neuzündung desLichtbogens auftritt. Bei willkürlicher Ausschaltung eines elektrischen Schaltgerätes, das z. B. nur einen Strom in der Größe des Nennstromes führt, ist es ohne weitere Steuermittel durchaus möglich, daß vom Zeitpunkt, da das willkürliche Kommando gegeben wird, bis zum nächsten Stromnulldurchgang ein sehr starker Stromanstieg auftritt, der zu einer Gefährdung des Schalters führt. Verwendet man hingegen ein Kommandogerät, das ein Kommando nur in einem Intervall von vorgegebenen kleinen Stromwerten wirksam werden läßt, so ist diese Gefahr beseitigt. Ein weiterer Vorteil derartiger Kommandogeräte besteht darin, daß der Schalter willkürlich bei beliebig kleinen Strom werten und auch im stromlosen Zustand ausgeschaltet werden kann.to let growing greatness take effect. Should z. B. tripping in the vicinity of the current zero crossing take place, this can be done in certain cases when falling below an instantaneous value of the falling Current can be initiated. Now it happens, however, that the current does not go to zero as expected, but instead increases again before reaching the current zero crossing. In this case it can be desirable be that when the current leaves the range of low current values, a second command is given that causes the switch to be switched on again immediately or bypassed. The same conditions occur when the current zero crossing is reached, but the arc is re-ignited occurs. If an electrical switching device is switched off arbitrarily, the z. B. only one stream leads to the size of the nominal current, it is quite possible, without further control means, that from the time since the arbitrary command is given, a very strong one until the next current zero crossing Current rise occurs, which puts the switch at risk. On the other hand, if you use a command device, that a command is only effective in an interval of predetermined small current values this danger is eliminated. Another advantage of such command devices is that that the switch will evaluate arbitrarily at any small current and will also be switched off in the de-energized state can be.

In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Kommandogerätes nach der Erfindung dargestellt. Darin bedeutet 1 den Primärleiter eines zu überwachenden elektrischen Stromkreises. Er ist umgeben von einem Magnetsystem 2 mit einem Luft-In Fig. 1 an example embodiment of a command device according to the invention is shown. 1 means the primary conductor of an electrical circuit to be monitored. He is surrounded of a magnet system 2 with an air

009 609/334009 609/334

Γ 089Γ 089

spalt 3, in. dem sich eine Öoppelfeldsdieibe 4 befindet, deren Widerstand von der magnetischen Induktion im Luftspalt abhängig ist. In Reihe mit der Feldscheibe 4 ist ein Widerstand 5 angeordnet, der aus einem Material; z.B. Ihdium-Antimonid (In Sb), besteht, dessen Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes sich in gleicher Weise mit der Temperatur ändert wie derjenige der Feldscheibe 4. Mit 6 ist der Auslösekontäkt bezeichnet, der beispielsweise beim Ansprechen des Selektivschutzes geschlossen wird; 7 ist ein entsprechender Kontakt für Handauslösung. An dem Spannungsteiler, bestehtend aus der Feldscheibe4 und dem Widerstand 5, liegt eine konstante Teilspannung, die durch die Widerstände 8 und 9 gegeben ist. Parallel zum Widerstand 8 befindet sich noch ein Kondensator 10, der für eine ausreichende Konstanz der am Spannungsteiler 4, 5 liegenden Teilspannung sorgt. Die unter dem Namen Schmitt-Triggerschaltung bekannte Anordnung 12 enthält als hauptsächliche Bauelemente die beiden Transistoren 13 und 14 mit den Kollektorwiderständen 15, 16. Mit 17 ist der den beiden Transistoren gemeinsame Emitter-Vorwiderstand bezeichnet. 18; 19 ist ein weiterer Spannungsteiler. Parallel zum Teilwiderstand 19 liegt der Kondensator 20. Ein entsprechender Spannungsteiler ist durch den Widerstand 5 und den Widerstand 21 gegeben, zu welch letzterem der Kondensator 22 parallel geschaltet ist. In Reihe mit der Primärwicklung 23 der Zündspule 24 liegt der Impulskondensator 25. Die Sekundärwicklung 26 der Zündspule 24 ist mit einer nicht dargestellten Kaltkathodenröhre verbunden.gap 3, in which there is an oil field die 4, whose resistance depends on the magnetic induction in the air gap. In line with the field disc 4 a resistor 5 is arranged, which is made of a material; e.g. ihdium antimonide (In Sb), whose temperature coefficient of electrical resistance changes with the temperature in the same way as that of the field disk 4. With 6 the release contact is denotes, which is closed, for example, when the selective protection is triggered; 7 is a corresponding contact for manual release. At the voltage divider, consisting of the field disc4 and the resistor 5, there is a constant partial voltage, which is given by the resistors 8 and 9 is. In parallel with the resistor 8 there is also a capacitor 10, which ensures sufficient constancy the voltage divider 4, 5 provides partial voltage. The one under the name Schmitt trigger circuit known arrangement 12 contains the two transistors 13 and 14 as the main components the collector resistors 15, 16. With 17 is the emitter series resistor common to the two transistors designated. 18; 19 is another voltage divider. The capacitor is parallel to the partial resistor 19 20. A corresponding voltage divider is given by the resistor 5 and the resistor 21, to which the latter the capacitor 22 is connected in parallel. In series with primary winding 23 The ignition coil 24 is the pulse capacitor 25. The secondary winding 26 of the ignition coil 24 is with a unillustrated cold cathode tube connected.

Die Wirkungsweise des Kommandogerätes ist folgende: Liegt der Momentanwert des Hauptstromes im Primärleiter 1 oberhalb einer gewissen Grenze, so ist die Induktion im Luftspalt 3 des Magnetsystems 2 und damit der Widerstand der Feldscheibe 4 groß. Dies hat zur Folge, daß die Steuerspannung am Eingang der Triggerschaltung, die mit dem Spannungsabfall am Widerstand 5 übereinstimmt, klein ist. In diesem Zustand ist die Basis des Transistors 13 auf Grund einer passenden Wahl des Widerstandsverhältnisses des Spannungsteilers 5, 21, sowie infolge des durch den Emitterstram des Transistors 14 am gemeinsamen Emitter-Vorwiderstand 17 positiv vorgespannt, der Transistor 13 also gesperrt. Der Kortdensator 25 wird auf die entsprechend hohe Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 13 aufgeladen. Das obere Ende des Teilwiderstandes 18 des Spannungsteilers 18, 19 weist eine negative Spannung auf, die der Basis des Transistors 14 zugeführt wird. Dieser wird demnach gut leitend.The mode of operation of the command device is as follows: Is the instantaneous value of the main current in the primary conductor 1 above a certain limit, the induction in the air gap 3 of the magnet system 2 is and thus the resistance of the field disc 4 is large. This has the consequence that the control voltage at the input the trigger circuit, which corresponds to the voltage drop across the resistor 5, is small. In this state is the base of the transistor 13 due to a suitable choice of the resistance ratio of the voltage divider 5, 21, as well as due to the common by the Emitterstram of the transistor 14 Emitter series resistor 17 is positively biased, the transistor 13 is therefore blocked. The Kortdensator 25 is set to the correspondingly high collector-emitter voltage of the transistor 13 charged. The upper end of the partial resistor 18 of the voltage divider 18, 19 has a negative voltage which is fed to the base of the transistor 14. This will therefore be a good conductor.

Nähert sich der Strom und damit die Induktion im Luftspalt 3 mit beliebiger Steilheit dem Nullwert, so nimmt der Widerstand der Feldscheibe 4 bei einem vorgegebenen Wert des Hauptstromes im Primärleiter 1 einen so kleinen Wert an, daß am Eingang der Triggerschaltung eine Steuerspannung auftritt, durch die die Triggerschaltung in den instabilen Zustand umgesteuert wird. Die im stabilen Schaltzustand positive Basis-Emitter-Spannung des Transistors 13 ändert infolge des vergrößerten Spannungsabfalles am Widerstand 5 ihr Vorzeichen; der Transistor 13 wird leitend. Bei dieseetn Vorgang wird aber die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 14 positiv, so daß dieser in den gesperrten Zustand übergeht. Die Geschwindigkeit des beschriebenen Umschaltvorganges wird durch die Wirkung der Ladeströme der Kondensatoren 20 und 22 erhöht. Bei der Stromübernahme durch den Transistor 13 setzt die Entladung des Kondensators 25 und damit die Ummagnetisierung der Zündspule 24 ein. Dabei entsteht in der Sekundärwicklung 26 ein Spannungsimpuls, der auf die erwähnte Kaltkathodenröhre einwirkt, wodurch die Ausschaltung des zugehörigen Schalters veranlaßt wird.If the current and thus the induction in the air gap 3 approaches the zero value with any slope, so the resistance of the field disk 4 increases at a given value of the main current in the primary conductor 1 shows such a small value that a control voltage appears at the input of the trigger circuit, by which the trigger circuit is reversed into the unstable state. The ones in the stable switching state positive base-emitter voltage of transistor 13 changes as a result of the increased voltage drop at resistor 5 its sign; the transistor 13 becomes conductive. In this process, however, the Base-emitter voltage of transistor 14 is positive, so that it goes into the blocked state. the The speed of the switching process described is determined by the effect of the charging currents of the capacitors 20 and 22 increased. When the current is taken over by the transistor 13, the discharge continues Capacitor 25 and thus the magnetization reversal of the ignition coil 24. This arises in the secondary winding 26 a voltage pulse which acts on the aforementioned cold cathode tube, whereby the switch-off the associated switch is initiated.

In gewissen,Fällen kann es zweckmäßig sein, das Magnetsystem 2 durch eine zusätzliche Wicklung 11 in der Weise vorzumagnetisieren, daß die resultierende Durchflutung und damit der magnetische Fluß des Magnetsystems 2 zu einem anderen Zeitpunkt, z. B. früher als der Hauptstrom im Primärleiter 1, den Wert Null erreicht. Wird durch eine geeignete Dimensionierung dafür gesorgt," daß das Magnetsystem 2 außerhalb des für die Auslösung maßgebenden Strombereiches gesättigt ist; so kann eine besonders hohe Änderungsgeschwindigkeit der Induktion im Luftspalt des Magnetsystems und damit eine entsprechend hohe zeitliche Genauigkeit der Auslösung erreicht werden.In certain cases it may be useful to do this Magnet system 2 by an additional winding 11 vorumagnetize in such a way that the resulting Flooding and thus the magnetic flux of the magnet system 2 at a different time, e.g. B. earlier than the main current in primary conductor 1, reaches the value zero. Is made by suitable sizing ensured "that the magnet system 2 is outside the current range that is decisive for triggering is saturated; so can be a particularly high Rate of change of the induction in the air gap of the magnet system and thus a corresponding high temporal accuracy of the release can be achieved.

In Fig. 2 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Kommandogerätes ausgebildet als Vorauslösung dargeteilt. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 ist hier ein zusätzliches Magnetsystem 31 mit dem Luftspalt 32 und der Sekundärwicklung 33 vorhanden. Durch den in der gemeinsamen Primärwicklung 36 fließenden Strom I₁ werden sowohl in der Wicklung 33 des Magnetsystems 31 als auch in der Wicklung 35 des Mägnetsystems 34 Spannungen induziert, deren Differenz den Strom I₂ erzeugt. Wird der magnetische Widerstand des Magnetsystems 31 wesentlich kleiner, z. B. ein Fünftel bis ein Zehntel desjenigen des Systems 34, gemacht und wählt man zudem das Windungsverhältnis der Wicklungen 33 und 35 etwa zu 1:2, so kann unabhängig von der Steilheit des Stromes I₁ eine immer gleiche Phasenvoreilung des magnetischen Flusses irrt System 34 von beispielsweise 0,5 bis 2 ms je nach Wahl des Widerstandes der Wicklungen erreicht werden. Dieser Fluß wirkt auf die Feldscheibe 37 ein und verändert ihren Widerstand dementsprechend. Mit 38 ist der Spannungsteilerwiderstand, der am Triggereingang liegt (s. Fig. 1), bezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 entspricht im übrigen vollständig derjenigen von Fig. 1 mit dem einen Unterschied, daß das Instabilwerden des Triggers nun bei einem Zeitpunkt oder Zeitbereich erfolgt, der um eine vorgegebene mittlere Zeit vor dem Nulldurchgang des zu überwachenden Stroines liegt.In Fig. 2, an example embodiment of a command device designed as a preliminary release is shown. Compared to the arrangement according to FIG. 1, an additional magnet system 31 with the air gap 32 and the secondary winding 33 is present here. The current I ₁ flowing in the common primary winding 36 induces voltages both in the winding 33 of the magnet system 31 and in the winding 35 of the magnet system 34, the difference between which generates the current I ₂ . If the magnetic resistance of the magnet system 31 is much smaller, z. B. one fifth to one tenth of that of the system 34, and if the turns ratio of the windings 33 and 35 is also selected to be about 1: 2, then, regardless of the steepness of the current I ₁ , the same phase lead of the magnetic flux can always be wrong of, for example, 0.5 to 2 ms can be achieved depending on the choice of the resistance of the windings. This flow acts on the field disk 37 and changes its resistance accordingly. The voltage divider resistor which is connected to the trigger input is denoted by 38 (see FIG. 1). The mode of operation of the arrangement according to FIG. 2 corresponds completely to that of FIG. 1 with the one difference that the trigger now becomes unstable at a point in time or time range which is a predetermined mean time before the zero crossing of the stroke to be monitored.

Claims

Patent claims:

1. Command device for monitoring electrical circuits, marked by a Voltage divider, consisting of a magnetically influenced by the electrical variable to be monitored Semiconductor resistance and one of the electrical variable to be monitored is magnetic unaffected resistance, the command being given at a given voltage divider ratio or takes place within a predetermined range of the voltage divider ratio.

2. Command device according to claim 1, characterized in that the magnetically unaffected Resistance has the same temperature dependence of the resistance as the magnetically influenced semiconductor resistance and is thermally coupled with this.

3. command device according to claim 2, characterized in that the magnetically not influenced Resistor a semiconductor resistor

the same material as the magnetically influenced semiconductor resistor.

4. Command device according to claim 1, characterized in that the semiconductor in one Magnet system is arranged and that the command is given when the induction Assumes values within a specified range.

5. Command device according to claim 4, characterized in that the command is given when the magnet system is magnetized.

6. Command device according to claim 4, characterized in that the magnet system is outside of the area of the electrical variable to be monitored that is decisive for triggering is saturated.

1 sheet of drawings