DE1248791B - Über wachungseinnchtung, insbesondere zur Überwachung der Temperatur m elektrischen Maschinen und Geraten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

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Int. Cl.:

H02h

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Deutsche Kl.: 21 d3 - 2

Nummer: 1248 791

Aktenzeichen: S. 95663 VIII b/21 d3

Anmeldetag: 25. Februar 1965

Auslegetag: 31. August 1967

Elektrische Überwachungsstromkreise enthalten sogenannte Fühler, die durch mechanische, thermische oder sonstige physikalische Größen beeinflußt werden und auf Grund von Ein- und Ausschaltung des Stromkreises oder der Änderung von Widerständen auf Meß-, Signal- oder Steuergeräte wirken. Hierdurch können Regelvorgänge oder ein Schutz gegen unerwünschte Werte der betreffenden Größe erreicht werden.

Zur Erhöhung der Funktionssicherheit sind Überwachungsstromkreise im allgemeinen als Ruhestromkreise ausgebildet, damit sowohl bei Ausbleiben der Versorgungsspannung als auch bei fehlerhafter Unterbrechung des Stromkreises die gleiche Wirkung eintritt, wie sie von der beeinflussenden Größe hervorgerufen werden soll. Bei derartigen Anordnungen bleibt jedoch der Nachteil bestehen, daß sie bei einem Kurzschluß der Verbindungsleitungen zwischen den Fühlern und den von diesen abhängigen Meß-, Signal- oder Steuerorganen, die oftmals große Länge erreichen können und dadurch in hohem Maße gefährdet sind, funktionsunfähig werden, wenn die Wirkung auf einer Reihenschaltung von Fühlern und abhängigem Organ beruht.

Zur Abhilfe hat man bereits den Überwachungsstromkreis als Zweig einer Brückenschaltung ausgebildet, unter Verwendung von Fühlern, deren Widerstände gegebenenfalls durch Parallel- oder Reihenschaltung zusätzlicher Widerstandselemente derart bemessen sind, daß ihr Widerstand oder ihre Stromaufnahme bei Normalbetrieb innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen. Störungen im Uberwachungsstromkreis, z. B. durch Kurzschluß an den Verbindungsleitungen oder durch deren Unterbrechung, erhöhen oder erniedrigen den Strom so weit, daß das in der Brückendiägonale angeordnete Stromempfindliche Gerät infolge der Verstimmung der Brücke zum Ansprechen oder zur Anzeige kommt. Mit einer derartigen bekannten Schaltung, bei der drei Festwiderstände und ein Fühler, bestehend aus der Parallelschaltung von einem Heißleiter und einem Kaltleiter, eine Brücke bzw. zwei parallele Spannungsteiler bilden, kann mit einer entsprechend eingeschalteten Meßeinrichtung ein maximales und ein minimales Signal relativ genau erfaßt werden. Alle Brücken- und dieser gleichwertige Spannungsteilerschaltungen haben aber den Nachteil, daß nur ein geringer Bruchteil des im Uberwachungskreis fließenden Stromes zur Speisung des Meß-, Signal- oder Steuerorgans abgezweigt werden kann. Es sind also relativ empfindliche und daher Überwachungseinrichtung^ insbesondere zur
Überwachung der Temperatur in elektrischen
Maschinen und Geräten

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt: ■ ": 1 ■ ■ ■
Dr. phil. Hans Johann, Krumbach

aufwendige Vorrichtungen an dieser Stelle erforderlich.

Der letztere Nachteil fehlt zwar bei der Verwendung unverzweigter Rühestromkreise, da der volle Strom des Überwachungskreises das Überwachungsgerät durchfließen kann. Jedoch sind derartige Stromkreise, wie bereits erwähnt, bei Kurzschluß der Verbindungsleitungen oder der Fühler funktionsunfähig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen mit unverzweigten Ruhestromkreisen so zu verbessern, daß der. genannte Nachteil entfällt. . _v

Es ist also das abhängige Meß-, Signal- oder Steuergerät in bekannter Weise unmittelbar, gegebenenfalls auch in äquivalenter Weise transformatorisch oder unter Verwendung eines Nebenschlußwiderstandes, aber in jedem Fäll leistungsmäßig mit dem· Fühler in Reihe geschaltet, und der Fühlerstromkreis wird mit Gleichstrom betrieben oder der Fühlerstrom gleichgerichtet.

Jedoch werden abweichend von üblichen Ruhestromschaltungen die Fühler ähnlich wie bei bekannten Brückenschaltungen so gewählt und ausgebildet, daß sie innerhalb, des· normalen Arbeitsbereiches Widerstände zwischen einem definierten Mindestwert und einem definierten Höchstwert besitzen. Diese Maßnahme allein ergibt jedoch noch nicht die angestrebte Steigerung der Funktiönssicherheit. ; 'i ,

Gegenstand der Erfindung ist eine Überwachungseinrichtung, insbesondere zur Überwachung der Temperatur in elektrischen Maschinen und Geräten, unter Verwendung von an der Tkleßstelle angeordneten Fühlern, die innerhalb des normalen Arbeits-

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bereiches Widerstände zwischen einem definierten gerätes geschwächt. Der Stromkreis der Hilfsspan-Mindest- und einem definierten Höchstwert besitzen nungsquelle ist sowohl im Normalzustand als auch und die in einem Ruhestromkreis über Meßleitungen bei normalem Ansprechen durch die gleichrichtenmit einer Stromquelle und mit auf Stromänderung den Organe verriegelt, solange in den mit ihr verbunansprechenden Meß-, Signal- oder Steuergeräten in 5 denen Meßleitungen ein höheres Potential besteht. Reihe geschaltet sind. Die Erfindung ist dadurch ge- Der Ansprechwert der Überwachungsorgane wird kennzeichnet, daß ein Hilfsstromkreis, bestehend aus also nicht gestört.

einer Hilfsspannungsquelle mit nicht umkehrbarer Die Erfindung ist auch bei Überwachungsstrom-

Stromrichtung sowie aus einem oder mehreren zu- kreisen anwendbar, deren Fühler bei der entspresätzlichen Meß-, Signal- oder Steuergeräten oder zu- io chenden Steuer- oder Regelgröße ihren Widerstand sätzlich steuernden Strompfaden, vorgesehen ist und vermindern, z. B. aus sogenannten Heißleitern oder daß diese Hilfsspannung mit der Spannung am An- aus Festwiderständen mit eng benachbarten und pafang der Verbindungsleitungen zwischen Meß-, Si- rallel zu diesen liegenden Schaltkontakten bestehen, gnal- oder Steuerorgan und Fühler derart zusammen- Es ist dann erforderlich, die Widerstandswerte der geschaltet ist, daß ein Stromfluß in dem Hilfsstrom- 15 Wicklung des Relais und der Fühler oder die den kreis nur stattfindet, wenn die Spannungsdifferenz Schaltkontakt parallelliegenden Widerstände so zu am Anfang der beiden zu den Fühlern führenden wählen, daß im Normalzustand ein ausreichender Verbindungsleitungen kleiner als ein im normalen Ruhestrom fließt, bei dem für eine normale Funktion Betriebszustand der Fühler oder der Verbindungs- vorgesehenen Wert der Steuergröße jedoch der Spanleitungen möglicher Mindestwert ist. Besonders vor- 20 nungsabfalL am Fühler und dadurch die Spannung teilhaft ist es, wenn im Hilfsstromkreis diesen nor- am Anfang der Verbindungsleitungen unter den Wert malerweise absperrende Gleichrichter vorgesehen der Hilfsspannung sinken. Nunmehr wird aus der sind, die einen Stromfluß aus den Verbindungsleitun- Hilfsspannungsquelle ein Strom in ausreichender gen in den Hilfsstromkreis verhindern und ihn nur Höhe z. B. in eine Gegenströmwicklung des Ruheerlauben, wenn die Spannung an den Verbindungs- 25 stromrelais. fließen.

leitungen zwischen Fühler oder Fühlern und den auf An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeinormale Änderung des Fühlerwiderstandes anspre- spiele der Erfindung unter Erläuterung ihrer Wirchenden Meß-, Signal- oder Steuergeräten kleiner als kungsweise sowie weitere Einzelheiten der Erfindung die Hilfsspannung wird. Es empfiehlt sich, die Hilfs- beschrieben. ,

Spannungsquelle in räumlicher Nähe der Versor- 30 Die Fig. 1 bis 6 zeigen in vereinfachter Darstelgungs- bzw. Betriebsspannungsquelle für den Fühler- lung Überwachungsschaltungen, bei denen innerhalb Stromkreis anzuordnen. Die Hilfsspannung kann auch der nicht dargestellten Wicklung eines schematisch von der Versorgungsspannung abgezweigt werden. angedeuteten Motors M oder an einer anderen ther-Der eine Pol der Hilfsspannungsquelle wird mit misch gefährdeten Stelle eine Serienschaltung von demjenigen Pol der Hauptstromquelle verbunden, 35 Kaltleitern K angeordnet ist. Wie eingangs erwähnt, der unmittelbar zum Fühler verläuft; der andere Pol können an Stelle von Kaltleitern auch andere Fühler der Hilfsspannungsquelle ist mit dem Anfang der verwendet werden, beispielsweise die in den F i g. 6 a, anderen Verbindungsleitung verbunden. 6 b und 6 c schematisch, dargestellten Fühler, wobei

Die Wirkungsweise einer derartigen Schaltung ist mit F_a ein Fühler bezeichnet ist, bei dem zu einem z. B. bei einem Kurzschluß der Meßleitungen derart, 40 Widerstand R_n ein Schließer parallel geschaltet ist, daß die Spannung zwischen den Meßleitungen niedri- mit F₆ ein Fühler, bei dem in Reihe zu einem ohmger als die der Hilfsspannung wird, so daß letztere sehen Widerstand R_b ein Öffner geschaltet ist, und einen Strom liefert, der die im Hilfsstromkreis an- mit F₄. ein Heißleiter, wobei die Bezeichnung > <3 geordneten Geräte oder Geräteteile zum Ansprechen bedeutet, daß der Widerstand des Heißleiters mit bringt. Hierbei kann z. B. eine Steuerwicklung auf 45 wachsender Umgebungstemperatur abnimmt. Gleiche ein besonderes Hilfsrelais einwirken, sie kann aber Teile tragen gleiche Bezugszeichen. Wie aus F i g. 1 auch gemäß einer. Weiterbildung der Erfindung als ersichtlich, sind an die PoIeP, JV einer Gleichstrom-Gegenerregung auf das Hauptrelais einwirken und quelle in Reihenschaltung ein Rubestromrelais 4, die dadurch den durch dessen Hauptwicklung fließenden Verbindungsleitungen 1, 2 des Überwachungsstrorn- und durch ihren Widerstand begrenzten.Kurzschluß- 50 kreises 3 und die bereits erwähnten Kaltleiter K anstrom kompensieren, so daß die gleiche magnetische geschlossen. Dieses Ruhestromrelais fällt dann ab, Wirkung auftritt wie bei Wegbleiben der Versor- wenn die Wicklungstemperatur des Motors M und gungsspannung oder Unterbrechung der Verbin- damit die Temperatur der als Kaltleiter ausgebildedungsleitungen. ten Fühler K einen höchstzulässigen Wert überschrei-

Für die Ausbildung der Fühler sind vielerlei Aus- 55 tet, wobei sich der Widerstand der Kaltleiter stark führungsformen denkbar. Dieses Überwachungs- vergrößert;, oder aber, wenn durch einen Leitungsorgan kann in bekannter Weise einen sich stetig oder bruch der Meßleitungen 1, 2 oder an den Kaltleieinen sich plötzlich vermindernden Widerstand haben, tern K der Strom für das Relais 4 wegfällt. In diez. B. bei temperaturempfindlichen Fühlern aus einem sem Fall bringt das Ruhestromrelais in bekannter halbleitenden Material bestehen, das bei Tempera- 60 Weise über nicht dargestellte Kontaktglieder einen turzunahme seinen Widerstand erhöht (z.B. Kalt- nicht dargestellten Netzschalter für den Schützling M leiter). Es kann auch aus einem Festwiderstand in unmittelbar oder mittelbar über Verstärkungsglieder Verbindung mit einem eng benachbarten und in zum Abfall. An die Pole P, JV der Spannungsquelle Reihe liegenden Schaltkontakt bestehen, der durch ist der Spannungsteilers angeschlossen, von dessen die Wirkungsgröße geöffnet wird. In beiden Fällen 65 Abgriff 6 über den Gleichrichter 7 eine Einspeisewird bei der normalen Funktion der anfänglich vor- möglichkeit über eine Anzeigelampe 8 oder ein Rehandene Ruhestrom in beabsichtigter Weise bis unter lais 9 oder eine Parallelschaltung beider in den Anden Ansprechwert des Meß-, Signal- und Steuer- fang der Verbindungsleitung 1 zwischen der Relais-

wicklung 4« und den Kaltleiterfühlern K gegeben ist. Zwischen Abgriff 6 und Meßleitung 2 ist die Hilfsspannung U_H angedeutet, die mit der Meßspannung U_M, wie ersichtlich, verglichen wird. Die Hilfsspannung Uη ist kleiner als die auch bei normaler Temperatur der Kaltleiter K an diesen auftretende Spannungsabfall. In diesem Zustand verhindert der Gleichrichter 7 einen Strom durch den Hilfsstromkreis 3 α auf dem Wege 1, 8, 9, 7, 6, 2. Die Messung des die Kaltleiterfühler K durchfließenden Ruhestromes mittels des Relais 4 α bleibt also völlig unbeeinflußt. Erst im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Meßleitungen 1, 2 (durch PfeillO angedeutet), oder an den Fühlern K sinkt die Spannung zwischen den Anfängen der Meßleitungen 1, 2 unter den Wert der Hilfsspannung U_H ab, so daß diese nunmehr Strom liefert. Im Hilfsstromkreis 3 a kann die Signallampe 8 und/oder das Relais 9 angeordnet werden, das entweder als Arbeitsstromrelais den Motor mit Hilfe eines Schützes oder auch nur den Uberwachungsstromkreis 3 ausschalten kann, was ebenfalls zur Abschaltung des Motors führt. Für den Hilfsstromkreis 3 α steht eine verhältnismäßig hohe Leistung zur Verfügung, so daß robuste und billige Geräte verwendet werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der der Hilfsstromkreis über eine zusätzlich zur Ruhestromwicklung 4 α vorhandene zweite Wicklung 4 b des Relais 4 geführt wird, wobei die Wicklung Ab so zu bemessen ist, daß die magnetischen Wirkungen beider Wicklungen 4 a, 4 b im Fall eines Kurzschlusses zwischen den Meßleistungen 1, 2 sich wenigstens so weit aufheben, daß das Relais abfällt und dadurch die Ausschaltung des Motors eingeleitet wird. Auch hierbei kann zusätzlich ein Signal, z. B. über eine Lampe 8, erfolgen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist die Stromversorgung für den Meßkreis 3 und den Hilfsstromkreis 3 a so getroffen, daß jedem dieser Kreise eine gesonderte Wicklung 11 bzw. 11a eines Transformators 12 und gesonderte Gleichrichterbrücken 13 bzw. 13 a zugeordnet sind. Der Transformator 12 ist mit seiner Primärwicklung 14 an die KlemmenR, S einer Wechselstromquelle, angeschlossen. Im übrigen entspricht die Anordnung der F i g. 2, wobei allerdings eine Signallampe 8 weggelassen ist. Durch die

. strichpunktierte Linie 15 in den F i g. 1 bis 3 ist angedeutet, daß die Elemente des Meß- und Hilfsstromkreises in einer gesonderten Baueinheit in einiger Entfernung vom Schützling M, z. B. an einer Schalttafel zusammengefaßt angeordnet werden, wobei von der Baueinheit 15 die Meßleitungen 1, 2 über mehr oder weniger große Entfernung (angedeutet durch die Strichlinierung 16) zu den Kaltleitern geführt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat insofern eine Abwandlung erfahren, als die Hilfsspannung U_H größer als die Meßspannung U_M ist, da nunmehr die Meßleitung 2 an dem Abgriff 6 eines Spannungsteilers angeschlossen ist. Im Hilfsstromkreis 3 α ist in Reihe zu der Parallelschaltung der Elemente 8, 9 eine Zenerdiode 18 und ein zusätzlicher Schutzgleichrichter 19 angeordnet, wobei im Normalbetrieb die an der Zenerdiode liegende Spannung nicht ausreicht, um diese durchlässig zu machen. Tritt jedoch ein Kurzschluß an den Kaltleitern K oder an den Meßleitungen 1, 2 auf, so nimmt die Leitung 2 hinter . dem Relais 4 im wesentlichen das Potential der Leitung! an, so daß nunmehr die volle Spannung der beiden äußeren Enden P', N des Spannungsteilers 5 einen Strom durch die Zenerdiode und damit die Anzeige- oder Schaltelemente des HUfsstromkreises treiben kann,

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sowohl die Fühler K als auch das Überwachungsrelais 4 mit Gleichstrom beaufschlagt werden, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Anordnung so

ip getroffen, daß das Relais 4 vor den beiden Gleichrichterbrücken 15a und 15 b im Stromkreis der beiden Sekundärwicklungen 11 und XXa des Transformators 12 liegt. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Relais 4 ist ein

*5 kompensiertes Wechselstromrelais mit zwei im Kurzschlußfall gegensinnig erregten Wicklungen 16 a, 16 b, zu denen Kondensatoren 17 a und 17 & parallel geschaltet sind. Der Anzug des Relais 4 kann mit Hilfe einer dritten nicht gezeichneten Wicklung bewirkt werden, die gleichzeitig mit dem Einschaltbefehl des Motorschützes erregt wird. Die beiden an den Sekundärwicklungen 11 und 11a des Transformators 12 abgenommenen Wechselspannungen U₁ und U₂ haben sinngemäß zu den bisherigen Ausführangsbeispielen verschiedene Größe. Beispielsweise ist U₁ kleiner als U₂, so daß sich bei einem Kurzschluß zwischen den Meßleitungen 1, 2 bzw. an den Fühlern die oben beschriebene Wirkungsweise ergibt.
Bei allen Beispielen können selbstverständlich alle gleichrichtenden Bauteile und gegebenenfalls alle Spannungsquellen gleichzeitig umgepolt werden, ohne daß sich die angestrebte Wirkung ändert. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen

■ Anordnung liegt darin, daß die zusätzliche Sicherheit gegen relativ leicht mögliche Fehler in der Schutzanordnung ohne Beeinflussung der Meßgenauigkeit und mit besonders geringem Aufwand erzielt werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung, insbesondere zur Überwachung der Temperatur in elektrischen Maschinen und Geräten, unter Verwendung von an der Meßstelle angeordneten Fühlern, die innerhalb des normalen Arbeitsbereiches Widerstände zwischen einem definierten Mindest- und einem definierten Höchstwert besitzen und die in einem Ruhestromkreis über Meßleitungen mit einer Stromquelle und mit auf ihre Widerstandsänderung ansprechenden Meß-, Signal- oder Steuergeräten in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsstromkreis (3 a), bestehend aus einer Hilfsspannungsquelle (6, 2) mit nicht umkehrbarer Stromrichtung sowie aus einem oder mehreren zusätzlichen Meß-, Signal- oder Steuergeräten (8, 9) oder zusätzlich steuernden Strompfaden, vorgesehen ist und daß diese Hilfsspannung (U_H) mit der Spannung am Anfang der Verbindungsleitungen (1, 2) zwischen Meß-, Signal- oder Steuerorgan und Fühlern (K) derart zusammengeschaltet ist, daß ein Stromfluß in dem Hilfsstromkreis (3 α) nur stattfindet, wenn die Spannungsdifferenz am Anfang der beiden zu den Fühlern (K) führenden Verbindungsleitungen (1, 2) kleiner als ein im normalen Betriebszustand der Fühler (K) oder der Verbindungsleitungen (1, 2) möglicher Mindestwert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsstromkreis (3 a) Gleichrichter (7) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U_H) kleiner als die bei normaler Wirkungsweise mögliche Spannung am Anfang der Verbindungsleitungen (1, 2) ist und daß in diesem Zustand der Stromfluß von, höherem zum niedrigeren Potential durch die Gleichrichter (7) gesperrt ist, die beim Äbsinken der betreffenden Spannung unter die Hilfsspannung (Uj₁) stromdurchlässig sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U_H) größer als die Versorgungsspannung des Fühler-Stromkreises (3) ist und daß in Reihe zu den Gleichrichtern (19) so bemessene Durchlaßschwellen, z.B. Zenerdioden (18), geschaltet sind,

daß erst die sich im Fall des Kurzschlusses der Verbindungsleitungen (1, 2) vergrößernde Differenz zwischen beiden Spannungen einen Strom im Hilfsstromkreis (3 d) verursacht.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U_H) von einem Spannungsteiler (5) der Versorgungsspannung abgezweigt ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U_n) von der Hilfswicklung (lie) eines Transformators (12) abgenommen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 151 314.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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