DE1513157A1 - UEberstromzeitrelais fuer elektrische Einrichtungen - Google Patents

Description

General ElectricCompany, New York

Nr. Sz 46/025

Oberstromveltrelais für elektrische Einrichtungen

Gegenstand der Erfindung iet ein öberatronzeitreleis, insbesondere ein statisches Überetromseitrelais, für elektrisch* Einrichtungen alt einem von eine» Zeitglied gesteuerten Schaltelement, dae bei Vorliegen eines bestimmten Überströmt* ein Auagangssignal abgibt, und mit einer Einrichtung zur Abgabe eines dem »u überwachenden Stron proportionalen öleicnetroBiBignalee.

Ee ist bekannt, daß elektrische Einrichtungen ohne Schaden Überströmen nur für eine bestimmte Zeit auegesetzt werden dürfen» wobei die. Zelt dem reziprc-ken Wert des Quadrates des Überstromes etwa proportional 1st* Sine Abhängigkeit der Ansprechzeit eines Überstromzeitrelais von einer Potenz des reziproken Wertes des die Einrichtung durchfließenden Stromes ist daher wünschenswert. Mit anderen Worten, das Produkt der η-ten Potenz des die Einrichtung durehflleSenden Stromes I ■it der Ansprechzeit.t soll gleich einer Konstanten K sein (Iⁿ-t β X), Der Exponent η let im allgemeinen gleich 2» Bei einem derartigen Aneprechverhalten nimmt die Ansprechgesehwindigkeit des Relais mit der Wahrscheinlichkeit des Auftretens

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θίαββ Schadens in der zu schützenden Einrichtung zu. Ferner ist ee zweckmäßig, ein Überstromzeitrelais mit statisehen statt mit mechanischen oder elektromechanischen Bauelementen auszuführen«

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe sugrunde, ein einfaches statisches Überstromzeitrelais su erstellen, das ngherungsweise ein Ansprechvsrhalten 1 »t » Konstant aufweist*

Bisse Aufgabe wird bei einem Überstromzeitrelais für elektrische Einrichtungen mit einem von einem Zeitglied gesteuerten Schaltelement * das bei Vorliegen eines bestimmten Überstromes ein Auegangesignal abgibt, und mit einer Einrichtung zur Abjgäbe eines dem su überwachenden Strom proportionalen dleichstromslgnalts arfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das stromproportionale eieichstrottsignal einen etromabhängigen Widerstand beaufschlagt und daS das durch den stromabhängigen Widerstand modifizierte Signal dem Zeitglied zugeführt wird.

Bas Schaltelement wird sweckoäßigerweise von einem Halbleiterbauelement mit drei Elektroden, insbesondere von einer Boppeltasisdlode, gebildet. - Zs 1st günstig, das dem su überwachenden Strom proportionale Qleichstromsignal einem Spannungsteller susuführen, wobei ein Widerstand desselben niohtlinear ist und swar derart, dad sein Widerstandswert sich in Abhängigkeit von dem ihn durehflieSenden Strom ändert. Dadurch ent-

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steht an dem Verbindungepunkt des nichtlinearen Widerstandes alt einem weiteren Widerstand des Spannungsteilere eine Kodifizierte Spannung, die eich stärker ale die strosproportionals Spannung ändert« An dieses Verbindungspunkt ist »weokseßigerweise ein B(MJIicd engeachloaeen. Die a« Kondensator desselben abfallende Spannung steuert das Halbleiterbauelement an, sobald si« einen vorgegebene]! Wert erreicht hat. Da das den 2eitglled lugsfUhrte sodlf leierte Steuerslgruu. sieh stärker als proportional sit der Größe eines Überstrom·* ändert, erreicht auch M die as Kondensator des Zeltgliedes abfallende Spannung bei größeren überströsen entsprechend schneller als bei kleineren den vorgegebenen Anspreehwert für das Halbleitersohalteiesent· Auf diese Weise wird das gewünschte Anspreohverhalten Iⁿ*t Konstant erreicht.

Ia folgenden soll die Erfindung anhand dee in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden«

Figur 1 zeigt sohematiech eine bevorzugte Auaführungeform des erfindungageioaBen statischen Überstromzeitrelais. In Figur 2 1st die Aneprechkennlinie des erfindungsgesäBen Oberstrosseitrelais is Vergleich su weniger gebräuchlichen Ansprechkennlinien dargestellt. - Das vortelhafte Anepreehverhalten dee erfindungegesäfien Oberetrosseitrelaie wird dabei durch einen besonderen nichtlinearen Widerstand ercielt.

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Wie Figur 1 zeigt, ist zur Erfassung dee «u überwachenden in einer Leitung S fließenden Stromes I ein Wandler 1 alt Mittelanzapfung vorgesehen, in die Wicklungsenden dea Wandler· eind Gleichrichter J, 4 angeschlossen und in Mittelpunkt· ichaltung geechaltet, ao defl eich eine Vollweg-Gleichrichtung ergibt. D*e gleichgerichtete iuagangaalgnal dea Wandler· 1 «teilt dae etromproportionale Qlelonstroaaignal dar· Es beaufschlagt einen ereten und »weiten Spannungeteiler. Der a erste Spannungsteiler wird von eines Wideretand R^ und einer Zenerdiode 5 gebildet« in de« Verbindungepunkt dee Widerstandes R₁ und der Zenerdiode 5 wird eine konstante Besugaapannung angegriffen. Der »weite Spannungsteiler beateht au« den Widerstünden Bg und IL* Ia gezeigten Aueführungebeiepiel lat der Widerstand R, nicht line ar. Er beateht aua einem Material» dessen ohmseher Widerstandawert sich alt dea ihn durchfließenden Strom ändert. Torteilnafterweise let dleaer Wideretand R* in einea evakuierten Gehäuse 23 angeordnet, wobei ferner wäraeableitende Elemente 22 vorgesehen sind.

An dem Verbindungepunkt der Widerstände R₂^ R, iet ein RC-2eltglled engeschlössen, das aus der Reihenaohaltung eines Wider* standee R^ und eines Kondensators O^ besteht. Der Verbindungepunkt des Widerstandes H^ alt dea Kondensator C₁ 1st an den Emitter 6 der Doppelbasisdiode T₁ angeschlossen. Die am Kondensator O₁ abfallende Spannung steuert somit die Doppelbasisdiode T^e Die erste Basis 7 von T^ ist an die vom ereten Spasteiler R₁, 5 gelieferte Bezugsspannung angescHöeeen,

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während die »weite Baals 8 Über ein elektrisch·· Betätigung·« element - im Aaeführungsbeiaplel die Spule eine· Relais 9 alt der Hittelancehpfung dee Wandler» 1 verbunden iit.

Heiale 9 wird bei einem Zünden der Doppelbaeiediode T₁ erregt. Dadurch werden Kantate 10, 11 in einmm Ausläaekreie 12 und damit ein Stromkreis für die Batterie 13 geschlossen. Bas im Auslusekreis 12 vorgesehene Sehaltelement 14 wird erregt und gibt die Verklinkung des Leistungsschalter* 15 frei« so daß dieser öffnet und die Leitung 2 abschaltet, Außerdem werden dabei Xontakte 16, 1? geöffnet, womit der Strom im AuslBsekreis 12 wieder unterbrochen wird·

Bas erfindungsgemaBe statische Überstromzeitrelais arbeitet wie folgt.

Der Strom I in der Leitung 2 induziert eine Spannung im Wandler Diese Spannung wird durch die Dioden 5, 4 gleichgerichtet und den beiden Spannungsteilern. %p 5 beziehungsweise B₂* % sugeführt. Das eo abgeleitete stromproportionale Gleichstromslgaal 1st dem Strom I in der Leitung 2 direkt proportional. Die Spannung am Terbindungspunkt des Widerstandes R^ mit der Zenerdiode 5 wird in bekannter Weise durch nicht dargestellte .Mittel geglättet und auf einem konstanten Besugswert gehalten, unabhängig davon, daß sich die an diesem Spannungsteiler anliegende Spannung mit dem Lei^fcuagsetrom X ändert. BIe ebenfalls

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en des »weiten Spannungsteiler B₂* H, anliegende strompropor* tionale Spannung bestimmt den durch B* fließenden Strom· Der ohmsche Wideretandswert von B, nimmt mit den inn durchfließenden Strom zu, womit sich der Spannungsabfall an B* ändert· Für •in bestimmte proeentuale Änderung der an dem Spannungeteiler anliegenden Spannung ändert sich daher die Spannung an dem Verbindungepunkt von Bg mit B* um einen größeren Prosentsats, well der Wideretand von R, gegenüber Bg zunimmt_f An dem Verbindungepunkt von B₂ mit B, ergibt sieh somit ein modifiziertes Signal.

Von dieser modifisierten gleichpolaren Steuerspannung wird der Kondensator C₁ über den Widerstand B^ geladen· Sobald der Kondensator C₁ auf eine vorgegebene Spannung geladen ist, Bündet die Doppelbasisdiode T₁, womit in deren Emitterbasis· kreis ein Strom fließt, durch den das Belals 9 erregt wird. Der Auslösekreis 12 wird dann geschlossen» das Sehaltelement err-egt und die Leitung 2 abgeschaltet.

Sa die Basis ? der Doppelbasisdiode T₁ an den Verbindungapunkt von Widerstand und Zenerdlode 5 angeschlossen ist, liegt R₁ die vorstehend erwähnte Besugsspannung an T^ an. Wie bereits ausgeführt, ist diese Spannung konstant. Sie ändert sich nicht B-it dem Lelstungsstrom. Da somit die Basis-Basls-Spannung von (fy konstant ist, bleibt ebenfalls die Zündspannung von T₁ konstant. Infolge der gleichbleibenden Zündspannung von T₁

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wird die nach Vorliegen eines überstromes bis zum Zünden von T* ablaufende Zeit umgekehrt proportional asu der Größe der eich ergebenden Zunahme des modifizierten, an de» Zeitglied B^, C₁ anliegenden Signalee. Wie vorstehend auegeführt ändert sieh das modifizierte Signal - infolge dee nichtlinearen Widerstandes R, - bei einer Änderung des Leitungaatroaee I starker ale dieser, Durch zweckmäßige Wahl von R, ISlBt sich daher eine Aufladung des Kondensators C₁ auf die Zündspannung von T^ in einer Zeit erreichen, bei der diese in einen aus» M reichenden Ub ere trombe reich etwa zur »weiten Potenz des reziproken Wertes des Leitungsstromes X proportional ist.

In einer vorteilhaften Ausführungeform des erfindungsgemäßen Überstromzeitrelais wird der stromabhangige Widerstand H₃ von einem Wolfrao&draht gebildet, dessen Widerstand sich etwa um 210 Prozent erhöht, sofern der ihn durchfließende Strom um den Paktor 6 zunimmt <, Diese Wideretandssunahme ergibt bei entsprechender Wahl der weiteren verwendeten Bauelemente für einen ausreichenden Oberstrombereich eine gute Annäherung an die Kennlinie I »t »Konstant. Um den Temperaturanstieg von S, entsprechend der erstrebten Widerstandezunahme zu begrenzen, wurde der dem Einetellwert Ig des Stromes X ent» sprechende den Wolframdraht durchfließende Strom derart gewählt, daß sich eine Anfangstemperatur ergibt, bei der die WärmeIeitongs- und Strahlungsverluste von R₅ etwa in gleicher Weise wie die im Draht umgesetzte Wärmeleistung zunehmen«

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um Konvektionaverluate sowie Korroaionaeiaflüeae bei höheren Temperaturen au verringern, ist de* Wolfraadraht in «inta Gehäuae 23 ait einer Schutzgasatmosphäre angeordnet. Damit sich eine schneller« thermiache Einstellung dea Wideretandewertea entsprechend dem jeweiligen Leltungaatrom X ergibt, wird ein dünner Draht verwendet. Durch wärmeableitende Elemente 22 läflt eich weiter eine eohnelle Wftraesurückatallung nach Torliegen eines Überatromea erreichen. Infolge der relativ hohen Betrlebatemperatur und der geringen Masse dee Wolframdrahtea haben Schwankungen der Umgebungstemperatur keinen nennenswerten Einfluß auf daa Zeit verhalten.

In Figur 2 let in doppelt lögarithmiaohem Maßstab der Strom I in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt, wobei neben der Anapreehkennlinie dee erfindungagemä£en Überstromzeitrelais auch die Kennlinie I «t ■ Konstant und außerdem weniger gebräuchliche Kennlinien angegeben wurden. Die Kennlinie I *t · Konstant ist mit 18, die weniger gebräuchliche Kennlinie I*t « Konstant mit 19 bezeichnet. Die Kurve 20 gibt die An» aprechkennlinie des erfindungagemäBen Überatromseitrelaia wieder. Die Kurve 21 zeigt die Anspachkennlinie der erfindungagemäfien Schaltungaanordnung, eofera der nichtlinieare Videratand B. durch einen linearen Widerstand eraetst wird. Den Kurven ist au entnehmen, dafi sich durch Wahl eines nichtlinearen Widerstände« für Η, eine gute Annäherung an die Kennlinie I^2#t » Konstant ergibt, wobei der Wideretandwert von R, von dem Vert des ihn durchfließenden Stromes und damit von dem zu

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überwachenden Strom I abhängt.

Durch das örfindungsgemäSe Überstrofiuseitrelais wird - wie gezeigt*- alt Erfolg eine gute Annäherung an die gewünschte Kennlinie I²*t * Konstant erreicht. Ba das Beiais auüerde» im wesent« Hohen alt statischen Bauelementen ausgeführt ist, ergeben eich vorteilhafterweise weiter ein geringer Leiatungsbedarf und darüberhinaus eine große Lebensdauer. Infolge der groSen Einfachheit des Beiais ist ee insbesondere dann eincusetsen, wenn £ keine sehr große Genauigkeit in einen praktisch unbegrenzten Überatrombereich gefordert wird·

Das ©rfindungegemäSe Überstromzeitrelais läflt eioh in mancher Hinsicht weiter ausgestalten. Z.B. kann die geselgte Schaltungsanordnung dadurch verfeinert werden» daß unter Verwendung bekannter Hafinahmen eine gesteuerte Anregung und eine schnelle Rückstellung des Helaie vorgesehen wird. Außerdem läßt sich in Abwandlung der gezeigten Schaltungsanordnung der Spannungsteiler R_<?, R^ mit einem linearen Widerstand B« und einem nichtlinearen Wideretand E₂ ausführen« wobei sich dann der ^ohosche Widerstandswert von R^ mit dem reziproken Wert des ihn durchfließenden Stromes ändern müßte. ·

9 Seiten Besohrelbang

8 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit 1 figur

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Claims (8)

1. Patentansprüche; " "' * * - 1 ¹^ 1 11 ζ

   Überstromzeitrelais für elektrische Einrichtungen, mit einem von einem Zeitglied gesteuerten Schaltelement, da· bei Vorliegen eines bestirnten Oberstromes ein Ausgangs«· signal abgibt, und mit einer Einrichtung zur Abgabe eines dem su Überwachenden Strom proportionalen Qieiohttromeignales» dadurch gekennzeichnet, daB das stromproportionale aieiohetromeignal einen atroaabhangigen Viderstand (H,) beaufschlagt und dafi das durch den stromabhängigen Wider* stand (Rx) modifizierte Signal dem Zeitglied (R^, C₁) sugeführt wird.
2. 2. Überstroaseit^elais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schal täement (T₁) von einem Halbleiterbauelement »it drei Elektroden gebildet wird·
3. 3. überstromzeitrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafi das Schaltelement (T₁) von einer Doppelbasisdiode gebildet wird.
4. 4« Überstromzeitrelais nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der atromabhängige Wider· stand (H,) in Reihe mit einem weiteren Widerstand (Bg) S*~ schaltet ist, «o daß das modifizierte Signal an einem dieser Widerstände abgegriffen werden kann.

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5. 5« überstromzeitrelais nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daS an dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände (Rg, R,) als Zeitglied ein RC-Glied (E^, C^) angeschlossen ist.
6. 6. überstromzeitrelais nach Anspruch 4 oder 5 t dadurch gekennzeichnet, daßparallel tu der Reiheneehaltung des atroaabhängigen Widerstandea (R,) mit einem Widerstand (R₂) eine weitere Reihenschaltung aus zwei Widerständen (R₁^, 5) angeordnet iet, wobei ein Wideretand der weiteren Reihenschaltung von einer Zenerdiode (5) gebildet wird und daß die erste Basis (7) der Doppelbasisdiode (T^) an dem Verbindungspunkt der Zenerdiode (5) mit dem Widerstand (R^.) angeachloesen ist·
7. 7. Überatromseitrelais nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,dadurch gekenneeichnet, daß der stromabhängig© Vidtrstand (Rx) Ton einem Wolframdraht gebildet wird.
8. 8. überstromseitrelais nach Anspruch % dadurch gekennaeichnet, daß der Wolframdraht in einem evakuierten Gehäuse (25) angeordnet ist und daß wärmeableitende Elemente (22) vorgeeehen sind.

   Ii 1 c β ο t i a Fatent-Verwaltunge-QmbB.

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