DE1513571A1

DE1513571A1 - Geraet zum UEberwachen von Stromdifferenzen in zwei elektrischen Leitern

Info

Publication number: DE1513571A1
Application number: DE19651513571
Authority: DE
Inventors: Johann Lachner; Peter Svec
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 1965-12-22
Filing date: 1965-12-22
Publication date: 1970-03-12
Also published as: DE1513571B2; BE691463A

Description

Gerät zum Überwachen von Stromdifferenzen in zwei elektrischen Leitern Der vorliegenden Erfindung liegtcüe Aufgabe zugrunde, die in zwei Leitern fließenden Ströme miteinander zu vergleichen, insbesondere aber anzuzeigen, falls sich zwischen diesen beiden Strömen eine Differenz einstellt. Dies kann sich in geschlossenen Stromkreises, die aus einer Spannungsquelle und einem Verbraucher bestehen, dann ereignen, wenn in einer der Leitungen zwischen Spannungsquelle und Verbraucher ein Leck auftritt. Besonders schwierig gestaltet sich die Überwachung von Differenzströmen, wenn die überwachten Leitungen Hochspannung führen oder die zur Überwachung benutzten Geräte hohen Beanspruchungen hinsichtlich Rüttelfestigkeit und Schockfestigkeit sowie in extremen Bereichen schwankenden Betriebstemperaturen ausgesetzt sind.
Es ist bekannt, mit Hilfe von Differenzrelais einen solchen Vergleich durchzuführen. Dabei wird der Anker dieser Relais vom entstehenden Differenzfluß betätigt. Dieser Fluß bildet sich aus den gegensinnig wirkenden Kraftflüssen, die durch den Eingangsstrom und den Ausgangsstrom hervorgerufen werden. Es ist ersichtlich, daß bei solchen Geräten auf die Isolation der Spulenwicklungen bei Verwendung in Kreisen mit hohen Spannungen besonderer Wert gelegt werden muß. Es ist weiterhin ersichtlich, daß solche Geräte hinsichtlich der Rüttelfestigkeit besonders empfindlich sind. Es ist auch bekannt, in jede der überwachten Leitungen einen Shunt einzulegen, die an den Shunts entstehenden -Spannungsabfälle mit Hilfe eines Meßwandlers zu zerhacken und an-.schl_ießend zu vergleichen. Auch hier spielt wieder das Isolationsproblem bei Verwendung in Hochspannungskreisen eine bedeutende Molle. Weiterhin müssen die Shunte sehr genau abgeglichen werden. Die vorliegende Erfindung geht ähnlich wie beim Differenzrelz:is von der Tatsache aus, daß zwei Leiter, die von gleichen Strömen durchflossen werden, einen Magnetkern gegensinnig magnetisieren können und ein entstehender magnetischer Fluß nach Größe und Richtung ein Maß für die in den Leitern auftretende Stromdifferenz ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum Überwachen von Stromdifferenzen in zwei elektrischen Leitern, in welchem die durch die Leiter fließenden Ströme einen Magneten gegensinnig magnetisieren und ein etwa entstehender magnetischer Fluß nach seiner Größe ein Maß für die in den Leitern auftretende Stromdifferenz ist. Gemäß der Erfindung ist in dem Gerät ein Oszillator vorgesehen, dessen Schwingkreisinduktivität und dessen Rückkopplungsinduktivität ebenfalls auf den Magneten aufgewickelt sind und daß Mittel zur Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhanden sind. Tritt nun eine Veränderung in der Magnetisierung des Kernes ein, so ist die daraus folgende Bedämpfung des Schwingkreises ein Maß und ein etwaiges Aussetzen der Schwingungen ein Signal für eine Stromdifferenz. In der erfindungsgemäßen Anordnung kann sich die weitere Schwierigkeit ergeben, daß die von den zu überwachenden Strömen durchflossenen Wicklungen auf dem Kern mit den anderen Bauteilen zusammen Schwingkreise unterschiedlicher Schwingungseigenschaften ergeben, so daß selbst bei normalen Betriebsverhältnissen die Induktion aus dem Schwingkreis auf diese jetzt als Sekundärkrei$e wirkenden Kreise ,zum Auftreten von Spannungsuifferenzen und damit Stromdifferenzen in den zu überwachenden Kreisen führen kann, die bei genügend hoher Empfindlichkeit der ganzen Anordnung bereits eine Bedämpfung des Schwingkreises verursachen,ohne daß im eigentlichen Sinne eine Spannungs- und damit eine Stromdifferenz in den zu überwachenden Leiter auftritt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind deshalb zwei Magnetkerne vorhanden, die räumlich derart angeordnet sind, daß sie einander magnetisch nicht beeinflussen. Weiterhin wird jeder Kern von den in den Leitern fließenden Strömen kompensierend magner tisiert und sowohl die Schwingkreisinduktivität als auch die Rückkopplungsinduktivität sind unterteilt und je ein Teil ist je einem Magnetkern derart zugeordnet, daß ein beide Teile der betreffenden induktivität durchfließender Strom beide Ifagnet- kerne gegensinnig magnetisiert. Die Geräte nach der vorliegenden Erfindung weisen eine ganze Reihe von Vorteilen auf. So ist zunächst dzls Problem der Iiochspannungsisolation einfach gelöst, da nur einige Sättigungswindungen auf' dem Kern notwendig sind und Hochspannungsleitungen verwendet werden können. Durch die sehr kleine lnduktivität werden Ein-schwindungsvorgänge oder sonstige das Gerät bzw. den Laststromkreis ungünstig beeinflussende Eigenschaften Vermieden. Selbst bei großen Nennströmen tritt wegen des kleinen Ohm'schen Widerstandes der Sättigungswicklung keine nennenswerte Ohm'sche Verlustleistung und damit Erwärmung auf. Eine Beeinflussung durch den Ahschlußwiderst<and tritt bei der Verwendung von zwei. Kernen ebenfalls nicht auf. Die galvanische Trennung des liochspannungslastkreises vom Niederspannungskreis läßt sich einfach verwirklichen. Die Anordnung arbeitet im lhießteil mit Wechselspannung (Osziliatorspannung), so daß keine empfindlichen frigger- oder Gleichspannungsverstärker notwendig sind. Es ist möglich. mit ein uiid demselben Gerät nur durch Änderung der Windungszahlen die Nefbereiche einfach zu verändern bzw. durch Ausführen von leilwindungen mehrere )lellbereiche zu schaffen. jzIilieblich werden im Oszillator keine mechanisch arbeitenden Teile, die durch Abnutzung Störungen mit sich bringen, verwendet. Ein besonderer Vorteil des Gerätes mit zwei Magneten ist jedoch darin zu sehen, dali jeder Einfluh. der von: etwaigen kapazitiven Unterschieden in den überwachten preisen herrühren kann, izuf dein Oszillator unterbunden ist, weil die von dem uszillL.tor in die überwachten Kreise induzierten ßMh sich wegen der verwendung zweier Ringkerne und der gegensinnigen :@i;:giietisieruiig durch die lnduktivitäten des Oszillators gegenseitig aufheben. Mit besonderem Vorteil werden als Magnetkerne Ringkerne verwendet, <<eil diese einen durch Luftspc;lten nicht behinderten magnetischen Fluß ergeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden auf dem Kern oder auf den Kernen ggf. hintereinandergeschaltete Wicklungen vorgesehen, mit deren Hilfe von dem Oszillator erzeugte Energie, die

ein Maß für die Bedämpfung des Oszill:tors darstellt, ausgekoppelt

wird und einen gegebenen Zustand einer Schutzhaltung aufrecht er-

hält. In einer besonderen Ausführungsform wird die ausgekoppelte Energie einem Gleichrichter- zugeführt und als Gleichspannung der Betriebsspannung eines elektrischen Schaltelementes überlagert, dass das. Schaltelement sperrt. Zu einer besonders bei.riebssicheren Ausführungsform gelängt man, wenn gemäß einer tyeiterbil.dung der Irrfindung dem Ausgangskreis des Schaltelementes mittelbar oder unmittelbar ein Relais parallel geschaltet ist, das ein Überwr:.cliungsschütz betätigt.

Die Figur zeigt in zum Teil schematischer Darste.t.lung ein Aus-

führungsbeispiel- für die Schaltung eines Gerätes nach der vorl.ie-

,gendten Li-findung mit zi.ehernea. Unter normi.len Betriebsbedingungen

entsteht in den Kernen 1 und 1' keine Vormagnetisierung, da die

durch die 'rri ckl urie"en u , 6' und 7, -("erzeugten magnetischen Flüsse

sich gegenseitig r.ufheben. her @szill_:@tor, dessen li:.;uptbestaiidteil

der Sclii#-iiiglcreiskondensr:tor 13 die lnduktivitäten 3 und 10, die

j J Transistor 11 sind, ird

.#ücl#kopp.Lungsi-;icl,:ltin,#,en 11 und 9 sowrie der 1 w

induktiv über die Wicklur2gen 11 und 2 ;:usgekoppel.t und kann also

schi:ingen. Die entstehende Selcuildärsürani»ing wird durch die 1>onderi-.

s;:toren -1 und -1' :;o@ai.e die Dioden 22 und 23 gleichrichtet, c;(',siebt

und verdo,it)elt. Diese Spi@nnune, welche etwa die doppelte Grüße der

dem Ladekreis bestehend aus 'tiiderstand 25 und `L,.6 und Londensator

2d zig Verfügung 5 sehenden Spannung hat, und durch dr.@s t'otentio-

meterYreguliert werden kann, wird hin j,i.derstand 26 in den Ladekreis

eingekoppelt. Dabei stellt sich am Kondensator 2$ und damit auch rin der j#mittor-Basis 1 - Strecke des Einschi(Jittransistors 31 eine negative Vorsp annung eüi. Der Linschichttransistor 31 ist also

sicher gesperrt. Auch der Thyristor 38 ist in diesem Zustand

gesperrt. Das Relais 39 ist angezogen. Die ffiderstandskonden-

satorkombination 15, 16, 17 dient zur Arbeitspunktstabilisierung

des Oszillators und stellt zugleich eine kleine Gegenkopplung

dar.@Die Widerstände 18, 19 und 20 dienen der Arbeitspuniztein-

stellung, das Potentiometer 1`1 zur Empfind-Lichkeitseinstellung

des Oszillators. Die Widerstände 27 und 3''-' st`;bi_Li.sieren den

ßmittor-Basis 1-Widerstand bzw. den Widerstand zwischen den

beiden Basen des Einschich-ttransistors 31. Der Widerstand 33

bestimmt die Spannung zwischen den beiden Basetr am Einschicht-

transistor 31. Die Betriebsspannung wird durch die Zehnerdioden

34 bzw. 40, deren Arbeitspunkt mit Widerstand 35 bzt.-. 36 ein-

gestellt wird, konstant geh-ra ten.

Tritt nun in dem zu überwachenden Kreis, der <aus den Teilen 6, 6',

47, 5 und 7' besteht, eine Störung :iuf, so werden die Kerne 1 und

1' .-_b einem gewissen vorgegebenen Stromunters;:hied gesättigt.

Der Oszillator setzt aus und gibt keine Spannung mehr ab. Konden-

sator 28 kann sich nun entsprechend seiner Zeitkonstante umladen.

Der firisclri_clrttransistor 31, dessen Emittor-Basis 1-Charakteristik

ähnlich einer Tunneldiode einen Höcker besitzt, :,rird nun bei Er-

reichen eines gewissen Stromes zwischen Basis 1 und Emittor nieder-

ohraig, äer kondensator 28 entläd sich und der am iii(terstand "9, 30

entstehende Impuls schaltet den Thyristor 38 durch. Das Relais 39

wird kurzgeschlossen und fällt ab. Dadurch fällt auch Schütz 44 ab

und trennt den Heizstromkreis auf. Da der Umschaltkontakt 41 gleich-

zeitig beiiir <@bf;ill des ltel-is 39 umgelegt wird, iaird die Störungs-

lampe 46 eingeschaltet. Durch die Diode 37 steigt der Strom durch

cuen `t'hyr.istor auf einen so grollen Wert, daß dieser bei jeder Be-

triebssi),arrrlurrg sicher durchgeschaltet bleibt und damit diesen Zu-

st-inci cies Gerätes aufrecht erhält, also eine Verriegelung bewirkt.

iiol.1 die Verriegelung wieder rückgängig gemacht werden, muß voll

Lland der Niederspannungskreis kürz abgeschaLtet werden. Die Kom-

h i.n., r ic@tt 'sei dc@r:-: tattd 43 , Kondensator 42 s te L i t ei.titea @< izti@ien@öse@r-

Icrei:r c1.@r. Uer 't@ei1 45 stellt eitle Schutzerdini;; :#cviac@herr den floch-

st@@tnrrwt ;::- und Niederspannungshetz dar.

Claims

Patentansprüche #,Gerät zum Überwachen von Stromdifferenzen in zwei elektrischen Leitern, in welchem die durch die Leiter fließenden Ströme einen 'i-:zignetlcern gegensinnig magnetisieren und ein etwa ent- stehender magnetischer fluß nach seiner Größe ein Hall für dIeb in den Leitern i"uftretenden Stromdifferenzen ist, dadurch geketin- Leichnet, daß ein Oszillator vorgesehen ist, dessen S hwingkreis- c induktivität und dessen itückkopplciiigsinduktivität ebenfalls auf den Magnetkern aufgewickelt sind und daß Mittel zur Bestimmung der Dämpfung des Oszillators vorhanden sind.

@:. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hiugnet- kerne vorhanden sind, die räumlich derart angeordnet sind, daß sie ein nder ma.gtletisch nicht beeinflussen, dan jeder Kern von den in den Leitern fließenden Strömen kompensierend magnetisiert wird, dal5 sos,ohl die Schr.ingkreisinduktivität als i;uch die Rück- kopplungsinduLtivität des Oszill:xtors unterteilt und je ein 'feil je einem Magnetkern zugeordnet ist und ditl,' ein beide Teile . der betreffenden lnduktivität durchfliehender Strom beide M:zg- netkerne gegensinnig magnetisiert.

3. Gerät nrich rinspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetkerne i:ingizerae verwendet sind.

4. Gerät n;ch Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn- zeichnet, daß auf dem Kern bzw. auf den Kernen ggf. hinterein- andergeschr.ltete :Wicklungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe die vom Osziliator erzeugte Energie, die ein Maß für die De- dämpfiing des Oszillators dargestellt, uusgeLoppelt wird und (,inen gegebenen Zust.ind einer Schutzschaltung raufrecht erhält.

(i . Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, d<=ß dem Ausgangskreis des Schaltelementes ein Relais mitielbar oder Unmittelbar parallel geschaltet ist, das ein Überwachungsschütz betätigt. 5. Geräte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgekoppelte Energie einem Gleichrichter zuge- führt und als Gleichspannung der Betriebsspannung eines elektrischen Schaltelementes derart überlagert wird, daß das Schaltelement sperrt.