DE1100161B

DE1100161B - Protection circuit for electrical measuring instruments against overload

Info

Publication number: DE1100161B
Application number: DES60714A
Authority: DE
Inventors: Helfried Saebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-11-24
Filing date: 1958-11-24
Publication date: 1961-02-23

Description

Schutzschaltung für elektrische Meßinstrumente gegen Überlastung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für elektrische Meßinstrumente gegen Überlastung mittels eines von einem gittergesteuerten Entladungsgefäß gesteuerten Schutzschalters, der bei Auftreten von Übertrömen das Meßinstrument ab schaltet. Protection circuit for electrical measuring instruments against overload The invention relates to a protective circuit for electrical measuring instruments against overload by means of a discharge vessel controlled by a grid Circuit breaker which switches off the measuring instrument if an overcurrent occurs.

Es ist zum tSberlastungsschutz von Meßgeräten mit kleiner Stromaufnahme ein Sellbstschalter mit einem möglichst leichten, in den Meßstromkreis eingeschalteten Kontakt bekanntgeworden, dessen Ausiösespule in die Hauptleitung seLbst oder einen von ihr abhängigen Stromkreis von gegenüber dem Meßstromkreis erhöhter Stromstärke eingeschaltet ist. Hierbei ergibt sich im ersteren Falle im Arbeitsstromkreis ein Spannungsabfall, der stromabhängig verschieden ist und daher in unerwünschter Weise die Spannung des Verbrauchers beeinflußt. Im zweiten Fall muß ein Nebenwiderstand von relativ hohem Widers tandswert benutzt werden, um eine ausreichende Spannung für die Betätigung der elektromagnetischen Schutzeinrichtung zu liefern, was ebenfalls einen unerwünschten Leistungsverlust im Verbraucherkreis bedeutet. It is used for overload protection of measuring devices with low power consumption a self switch with as light a switch as possible, switched into the measuring circuit Contact has become known, its release coil in the main line itself or a dependent on it, the current intensity is increased compared to the measuring circuit is switched on. In the former case, this results in a in the working circuit Voltage drop that is different depending on the current and therefore in an undesirable manner affects the voltage of the consumer. In the second case there must be a shunt resistance of relatively high resistance value can be used to ensure sufficient tension for the actuation of the electromagnetic protection device, which also means an undesirable loss of performance in the consumer circuit.

Bei einer anderen bekannten Schutzschaltung für gefährdete Meßinstrumente, wie Galvanometer in Hochspannungsmeßlbrücken, wurde Idem Meßinstrument ein empfindliches Relais parallel geschaltet, welches durch seinen Anschluß über eine Doppelweg-Gleichrichterschaltung unabhängig von der Stromrichtung anspricht und das Meßinstrument beim Auftreten von gefährdenden Übterströmen oder Spannungen abschaltet. Mit einer solchen Schaltung können offenbar nur Messungen vorgenommen werden, bei denen die Schweliwertspannung der an der Bildung der Brücke beteiligten Gleichnichter überschritten wird, denn der über die Gleichrichter der Brücke fließende Strom ist gleichzeitig der Relaisstrom, der den Arbeitsvorgang am Relais für die Öffnung der Speiseleitung des Meßinstrumentes herbeiführen soll. In another known protective circuit for endangered measuring instruments, like galvanometers in high-voltage measuring bridges, it became a sensitive measuring instrument Relay connected in parallel, which by its connection via a full-wave rectifier circuit responds regardless of the current direction and the measuring instrument when it occurs switches off dangerous overcurrents or voltages. With such a circuit apparently only measurements can be made for which the threshold voltage the level not involved in the formation of the bridge is exceeded, because the current flowing through the rectifier of the bridge is also the relay current, the operation on the relay for the opening of the feed line of the measuring instrument should bring about.

Bei einer weiteren bekannten Schaltung zum Schutz eines Stromzeigers wird zur Steuerung eines Thyratrons, welches im Stromkreis der Wicklung des Relais liegt, welches beim Schließen eines seiner Kontakte das Meßinstrument überbrückt, mit einer Differenzspannung aus einer konstanten Spannung, die von einem mittels einer besonderen Batterie gespeisten Potentiometer geliefert wird, und dem entgegengeschalteten, am Meßinstrument entstehenden Spannungsabfall gearbeitet. In another known circuit for protecting a current pointer is used to control a thyratron, which is in the circuit of the winding of the relay which bridges the measuring instrument when one of its contacts closes, with a differential voltage from a constant voltage generated by a means a special battery-powered potentiometer is supplied, and the counter-connected, voltage drop occurring on the measuring instrument.

Es ergibt sich dabei die Notwendilgkeit, eine Hilfseinrichtung mit einem durch eine besondere Batterie bzw. Spannungsquelle aufgeladenen Kondensator zu benutzen, damit beim Ansprechen -des Relais-tberbrückungskontaktes das Gitter des Thyratrons über einen besonderen Umschalter auf positives Potential gebracht wird. Diese Anordnung arbeitet im Steuerkreis mit beweglichen Kontakten, was zu mechanischen und elektrischen Fehlern Anlaß geben kann. This results in the need to have an auxiliary device a capacitor charged by a special battery or voltage source to be used so that when the relay bridging contact responds, the grid is opened of the thyratron to positive potential via a special switch brought will. This arrangement works in the control circuit with moving contacts, leading to mechanical and electrical errors can give rise.

Durch das Arbeiten mit einem überbrückungskontakt für das Meßinstrument kann außerdem, wenn der Überbrückungsschalter nur einen mangelhaften Nebenschluß von noch relativ hohem Wildenstand: zum Meßgerät entstehen läßt, dieses immerhin noch gefährdet werden.By working with a bypass contact for the meter can also if the bypass switch has a poor shunt of a relatively high level of savagery: lets arise for the measuring device, this at least are still at risk.

Bei einer anderen bekannten Schutzschaltung wird bei einem Entladungsgefäß, in dessen Anodenkreis das gesteuerte Relais liegt, sowohl der Gitterkreis als auch der Anodenkreis mit Wechselstrom von je einer Spannungsquelle gespeist. Die Speisung der Gitterkathodenstrecke erfolgt dabei über einen ohmschen Widerstand, an welchem außerdem durch den zu überwachenden, über den Schaltkontakt des Relais geführten Gleichstrom ein Gleichspannungsabfall erzeugt wird, so daß die Steuerung des Entladungsgefäß es abhängig von der Summenwirkung der einanker überlagerten Gleichspannung und Wechselsptannung erfolgt und das Ansprechen im Anodenkreis abhängig von dem Vorhandensein einer vorbestimmten Halbwelle der speisenden Anodenwechselspannung ist. In another known protective circuit, a discharge vessel, in whose anode circuit the controlled relay is located, both the grid circuit and the anode circuit is supplied with alternating current from one voltage source each. The feeding the grid cathode path takes place via an ohmic resistor on which also by the one to be monitored via the switching contact of the relay Direct current a direct voltage drop is generated, so that the control of the discharge vessel it depends on the total effect of the single armature superimposed direct voltage and alternating voltage takes place and the response in the anode circuit depending on the presence of a predetermined Half-wave of the feeding anode alternating voltage.

Nach der vorliegenden Erfindung iist bei einer Schutzschaltung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß an das Meßinstrument bzw. an einen Reihenwiderstand zum Meßinstrument ein Transistor mit seiner Steuerelektrode derart angeschaltet, daß bei Überschreiten des maximal aulässigen Meßwertes die Zündung des mit Anodengleichspannung betriebenen Gasentladungsgefäßes dadurch den Transistor ausgelöst wind und liegt im Anodenkreis des Entladung sgefäßes die Erregerspule eines t;berstromselbstschalters, der mittels eines Schaltkontaktes die Meßstromleitung unterbricht, wobei der Schaltkontakt vorzugsweise so ausgebildet ist, daß er r;uf bedienungsmäßig wieder geschlossen wer;den kann. According to the present invention, in a protection circuit, the initially specified type according to the invention to the measuring instrument or to a series resistor A transistor with its control electrode connected to the measuring instrument in such a way that that when the maximum permissible measured value is exceeded, the ignition of the DC anode voltage operated Gas discharge vessel thereby triggered the transistor wind and lies in the anode circuit of the discharge vessel the excitation coil of an overcurrent circuit breaker, which interrupts the measuring current line by means of a switching contact, the switching contact is preferably designed so that it is closed again in terms of operation can be.

Bei einer solchen Schaltung ist unmittelbar der Absolutwert, oder dem Strom oder der Spannung des Meßinstrumentes proportionalen Grobe für die Steuerung der Schutzeinrichtung benutzt. Das Stromnic;htergefäß ist gleichstromgespeist.unid kommt also unmittelbar mit dem Auftreten einer Steuerwirkung an ihm zum Ansprechen und nicht eventuell im Zeitraum einer zweiten Halbwelle eines speisenden Wechselstromes. Die gefährdete Anlage wird auf jeden Fall abgeschaltet. In such a circuit, the absolute value is immediately, or the current or the voltage of the measuring instrument proportional coarse for the control the protective device is used. The power supply vessel is supplied with direct current unid so it is addressed immediately with the occurrence of a tax effect and not possibly in the period of a second half-wave of a feeding alternating current. The endangered plant is shut down in any case.

Nach einer WeiterbiLdiuXnjgZder Erfindung kann der t}berstromselbstschalter außer einem Schaltkontakt in der Meßstromleitung noch einen weiteren S;zhaltkc;ntakt innerhalb der Schutzeinrichtung betätigen, so daß diese nach Erfüllen ihrer Schutzfunktion wieder selbsttätig ganz oder teilweise abgeschaltet wind. According to a further development of the invention, the overcurrent self-switch in addition to a switching contact in the measuring current line, another S; zhaltkc; ntakt Operate inside the protective device so that this after fulfilling its protective function automatically completely or partially switched off again.

Die Erfindung geht bei ihren Lösungen von der Überlegung aus, daß bei jedem elektrischen Meßgerät für die Messung einer Spannung oder eines Stromes der zulässige Grenzwert der Beanspruchung ,des Meßinstrumentes durch einen Stromwert bestimmt ist. The invention is based in its solutions on the consideration that in any electrical measuring device for measuring a voltage or a current the permissible limit value of the stress of the measuring instrument by a current value is determined.

Liegt ein Spannungs-Meßgerät vor, so entspricht sinngemäß dem größten, von dem Meßgerät übernehmbaren Spannungs wert ein bestimmter Höchststrom. Liegt ein Strommeßgerät vor, so entspricht dem größten, über das Meßinstrument zulässigen Strom an dessen Klemm.en ein bestimmter Sparrnungs -wert. Sinngemäß wird nach der Erfindmg zum Schutze eines Spannungs-M,eßgerätes der größte zulästige Strom gemessen und zum Schutze eines Strommeßgerätes die entsprechende, dem größten Strom über das Meßinstrument an dessen Klemmen entspre chende Spannung gemessen. Der jeweils festgestellte Wert wird für die Steuerung der Schutzeinrichtung benutzt. Hierbei kann es sich im Falle des Schutzes eines Splannungs-Meßgerätes empfehlen, den gemessenen Strom nicht unmittelbar zur Steuerung zu be nutzen, sondern diesen erst über einen Widerstand zu führen und den an diesem entstehenden Spannungsabfall für die Steuerung der Schutzeinrichtung zu benutzen. Dieser Reihenwiderstand kann dabei entweder für die Meßanzeige des Instrumentes besonders berücksichügt werden, oder er kann auch vernachlässigt werden, wenn sein Wert im Verhältnis zu demjenigen des Meßinstrumentes, wie es meistens der Fall sein wird, relativ gering ist.If there is a voltage measuring device, then correspondingly corresponds to the largest, voltage value that can be accepted by the measuring device is a certain maximum current. Lies If an ammeter is available, then corresponds to the largest one permitted by the measuring instrument Current at its terminal a certain saving value. After the In accordance with the invention, the greatest permissible current is measured to protect a voltage meter and to protect an ammeter, the corresponding, the largest current over the measuring instrument measured the corresponding voltage at its terminals. Each The determined value is used to control the protective device. Here In the case of protection of a tension measuring device, it may be advisable to use the measured Not to use electricity directly for control, but only via one To lead resistance and the resulting voltage drop for the control to use the protective device. This series resistance can either be for the measuring display of the instrument can be given special consideration, or he can neglected if its value in relation to that of the measuring instrument, as it will mostly be the case, is relatively small.

Die Anwendung der Erfindung ist sowohl für Gleichst.rommessungen als auch für Wechselstrommessungen geeignet. The invention can be used for DC current measurements as well as suitable for alternating current measurements.

Eine beispielsweise Schaltung für die Anwendung der Erfindung bei einem Strommeßgerät veransohaulicht die Figur der Zeichnung. In dieser bezeichnet 1 das Stromzeigerinstrument. Dieses zist mit seinen Klemmen 2 und 3 an die Klemmen 4 und 5 augeschlossen, an denen der Stromkreis liegt, dessen Strom gemessen werden soll. An die Klemmen 4 und 5 ist außerdem mit seiner Emifter-Basis-Strecke der als ein solcher der p-n-p-Type fiangenommene Transistor 6 angeschlossen, dessen Emitter mit 6 a, dessen Basis mit 6b und dessen Kollektor mit 6 c 1wezeichnet sind. An die B'asis-Kollektor-Strecke des Transistors 6 ist über den Widerstand 7 ,die als Batterie angedeutete Spannungsquelle 8 angeschlossen. An example circuit for the application of the invention at an ammeter illustrates the figure of the drawing. In this designated 1 the current pointer instrument. This zist with its terminals 2 and 3 on the terminals 4 and 5 excluded, on which the circuit is located, the current of which is measured target. The as is also connected to terminals 4 and 5 with its Emifter base line such a transistor 6 of the p-n-p type is connected, its emitter with 6 a, its base with 6b and its collector with 6 c 1we. To the The base-collector path of the transistor 6 is via the resistor 7, which acts as a battery indicated voltage source 8 connected.

An oder Kol'lekto'r-Basis-Strecke -des Transistors 6 liegt die Paralleischaltung aus dem Kondensator 9 und idem ohmschen Widerstand 10. Diese Parallelschaltung aus dem VViiderstand 10 und dem Kondensator 9 bildet zusammen mit dem Widerstand 7 einen Spannungsteiler, dessen Teilwiderstand 9-10 an der Steuergitter-Kathodenstrecke 11 a-11 b eines Gasentladungsgefäßes bzw. Stromtores 11 liegt. Das Entladungsgefäß 11 besitzt einen Heizfaden 11 d. Dessen elektrische Speisung erfolgt von der Sekundärwicklung 12 b des an das Wechselstromnetz 13 angeschlossenen Transformators 12. Parallel zu dem Heizfaden 11 d liegen die beiden SynDmetrierwi,derstände 14, zwischen denen die Kathode 11 b des Gefäßes 11 angeschlossen ist. Der Anodenkreis des Rohres 11 wird von der Sekundärwicklung 12 c Ides Transformators 12 über die Gleichrichterbrückenschaltung 15 gespeist, deren GLeichstrom-Aus,gang der Glättungskondensator 16 parallel liegt. Im Anodenstromkreis des Rohres 11 Liegt die Erregerspule 17 a eines Überstromautomaten. Vor diesem liegt ein Schaltkontakt 17 b in der Speiselleitung zwischen der Klemme 5 und dem Stromzeigerinstrument 1 und ein Schaltkontakt 17 c in Reihe mit der Erregerspule 17 a. Diese Sohaltkontakte werden nach dem Zünden der Anoden-Kathoden-Strecke des Rohres 11 und der Speisung der Erregerspule 17 a geöffnet. Damit wird das Stromzeigergerät 1 bei Ansteigen der Spannung an den Klemmen 2 und 3 auf einen Wert oberhalb desjenigen Spannungswertes, der dem Maximalstrom über das Meßinstrument 1 entspricht, selbsttätig abgeschaltet, indem der Schaltkontakt 17 b unterbrochen wird.The parallel circuit is connected to or collector-base path of the transistor 6 from the capacitor 9 and idem ohmic resistor 10. This parallel connection from the resistor 10 and the capacitor 9 together with the resistor 7 form one Voltage divider, the partial resistance of which is 9-10 at the control grid-cathode path 11 a-11 b of a gas discharge vessel or current gate 11 is located. The discharge vessel 11 has a filament 11 d. Its electrical supply comes from the secondary winding 12 b of the transformer 12 connected to the alternating current network 13. In parallel to the filament 11 d are the two SynDmetrierwi, resistors 14, between which the cathode 11 b of the vessel 11 is connected. The anode circle of the tube 11 is from the secondary winding 12 c Ides transformer 12 via the rectifier bridge circuit 15 fed, whose DC current output, the smoothing capacitor 16 is parallel. In the anode circuit of the tube 11 is the excitation coil 17 a of an overcurrent automat. In front of this there is a switching contact 17 b in the feed line between the terminal 5 and the current pointer instrument 1 and a switching contact 17 c in series with the excitation coil 17 a. These holding contacts are activated after the anode-cathode path of the Tube 11 and the supply of the excitation coil 17 a open. This becomes the current pointer device 1 when the voltage at terminals 2 and 3 rises to a value above that Voltage value, which corresponds to the maximum current through the measuring instrument 1, automatically switched off by the switching contact 17 b is interrupted.

Der gesamte Vorgang ist in.drieser Hinsicht der folgende: Steigt die Spannung an den Klemmen 2 und 3 über den höchsten zulässigen Wert an, so erfolgt eine solche Speisung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 6, daß dessen Kollektor-Basis-Streclçe durchlässig wird und von dem über Idie Spannungsquelle 8 gespeisten, aus den Teilwiderständen 7 und 9, 10 bestehenden Spannungsteiler, der normalerweise an die Gitter-Eathoden-Strecke des Gefäßes 11 ein Potential zur Sperrung des Gefäßes l.iWefert, den Teilwiderstand 10 kurzschließt Hierdurch wird das Potential des Gitters 11 ci in positiver Richtung angehoben, so daß das Gefäß 11 an seiner Anoden-Kathoden-Strecke zündet. Es wird dadurch die Erreger--spu.lel7a des Überstromautomaten gespeist, so daß dieser, wie angegeben, seine Schaltkontakte 17 b -und 17 c öffnet. Mit der Öffnung von 17 b wird, wie bereits angeführt, die elektrische Speisung des Stromzeigers 1 abgeschaltet, mit der Öffnung von 17 c die Speisung des Anodenstromkreises des Stromrichtergefäßes 11. Sall die Meßeinrichtung 1 wieder wirksam werden, so muß die Anordnung erst bedienungsmäßig von Hand wieder eingeschaltet werden, was normalerweise nur erfolgen wird, nachdem der Bedienende festgestellt hatte, was die Ursache zu der eventuellen Überlastung des Stromzeigergerätes gewesen sein konnte. Jedenfalls ist das Stromzeigergerät 1 vor einer unerwünschten Überlastung gieschützt worden. Die bedienungsmäßige Einschaltung des Überstromautomaten ist in der Zeichnung nicht besonders angedeutet worden. The whole process in this respect is as follows: Increases the voltage at terminals 2 and 3 is above the highest permissible value, then takes place such a supply of the emitter-base path of the transistor 6 that its collector-base path becomes permeable and fed by the voltage source 8 via I, from the partial resistors 7 and 9, 10 existing voltage divider, which is normally connected to the grid-cathode route of the vessel 11 a potential for blocking the vessel 1.iWefert, the partial resistance 10 short-circuits As a result, the potential of the grid 11 ci is in the positive direction raised so that the vessel 11 ignites at its anode-cathode path. It will thereby the exciter - spu.lel7a of the overcurrent automats fed, so that this how indicated, its switching contacts 17 b and 17 c opens. With the opening of 17 b as already mentioned, the electrical supply of the current pointer 1 is switched off, with the opening of 17 c the supply of the anode circuit of the converter vessel 11. If the measuring device 1 becomes effective again, the arrangement must first be operationally be switched back on manually, which will normally only be done after the operator had determined what was causing the eventual overload of the current pointer device could have been. In any case, the current pointer device is 1 has been protected from undesired overload. The operational activation of the automatic overcurrent device is not particularly indicated in the drawing.

D'as Stronizeigergerät braucht kein Instrument um Ablesen eines - Stronawertes zu sein, sondern kann auch ein Gerät sein, welches einen Strommeßwert liefert, der in einer Gesamteinrichtung für 5 teuerzwecke, Regelzwecke oder der,leichen benutzt wird. D'as Stroni pointer device does not need an instrument to read a - It can also be a device that measures a current supplies, which in a total facility for 5 expensive purposes, control purposes or the, cadaver is used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Protection circuit for electrical measuring instruments against overload by means of a gas discharge vessel controlled by a grid Circuit breaker which switches off the measuring instrument in the event of overcurrents, characterized in that to the measuring instrument or to a series resistor to the measuring instrument a transistor with its control electrode switched on in this way is that when the maximum permissible measured value is exceeded, the ignition of the with DC anode voltage operated gas discharge vessel is triggered by the transistor and that in the anode circuit of the discharge vessel the excitation coil of an overcurrent circuit breaker lies, which interrupts the measuring current line by means of a switching contact, the Switching contact is preferably designed so that it can only be operated again can be closed.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that when the measuring device is switched off, the protective device is also completely or partially removed is switched off again by the overcurrent switch.

Considered publications: German Patent Specifications No. 854 824, 636 835; U.S. Patent No. 2,451,953; Electronic Engineering magazine, January 1948, p.26/27.