DE3149827C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bei der Anwendung sehr schneller elektrischer Schaltgeräte zum Schutz von Gleich- oder Wechselstromkreisen der Starkstrom­ technik im Kurzschlußfall soll vielfach das Schaltgerät dann ausgelöst werden, wenn der Strom einen vorgegebenen Augen­ blickswert erreicht oder überschreitet. Die kurze Eigenzeit der Schaltgeräte, die in der Größenordnung einer Millisekunde liegt, verbietet dabei die Anwendung trägheitsbehafteter elek­ tromechanischer Relais. Die Überwachung des Stromes und die Erteilung des Auslösekommandos muß vielmehr ausschließlich mit elektronischen Mitteln erfolgen. Normalerweise darf dabei aus Sicherheitsgründen die Auslöse- und Überwachungsschaltung nicht mit dem Potential des zu überwachenden Stromkreises galvanisch verbunden sein.

Soll der Strom in einem Wechselstromkreis überwacht werden, so kann ein normaler Stromwandler mit einem Kern aus leicht mag­ netisierbarem Eisen, einer Primär- und einer Sekundärwicklung zur Potentialtrennung verwendet werden, der mit einem ohmschen Widerstand bebürdet ist. Die Spannung an diesem Widerstand ist ein genaues Abbild des Primärstromes und läßt sich leicht mit einem elektronischen Kippglied auf das Überschreiten eines be­ stimmten Augenblickswertes überwachen. Zur Überwachung eines Gleichstromkreises ist dieses Prinzip jedoch nicht geeignet, weil der Wandler keinen Gleichstrom übertragen kann.

In der DE-AS 10 89 864 ist eine vorausgesetzte Anordnung zur Überwachung elektrischer Stromkreise beschrieben, die vom Prin­ zip her geeignet ist, auch Gleichstromkreise zu überwachen. Da­ bei ist in einem von dem zu überwachenden Strom erregten Magnet­ feld, und zwar im Luftspalt eines von dem Strom erregten Eisen­ kernes, ein magnetfeldabhängiger Widerstand angeordnet, der Be­ standteil eines an einer konstanten Spannung liegenden Span­ nungsteilers ist. Ein Auslösekommando wird erteilt, wenn ein vorgegebenes Spannungsteilerverhältnis erreicht ist. Um die be­ kannte Temperaturabhängigkeit von magnetfeldabhängigen Wider­ ständen zu kompensieren, wird in der bekannten Schrift vor­ geschlagen, daß der magnetisch nicht beeinflußte Widerstand des Spannungsteilers die gleiche Temperaturabhängigkeit des Wi­ derstandes aufweist oder ein Halbleiterwiderstand aus dem gleichen Material ist wie der magnetisch beeinflußte Halbleiter­ widerstand.

Bei der Anwendung elektronischer Auslöseschaltungen in Anlagen der Starkstromtechnik hat die Erfahrung gezeigt, daß es im Interesse hoher Störsicherheit zweckmäßig ist, den Ab­ stand zwischen der bei Nennstrom am Auslöseglied vorhandenen Signalspannung und der Signalspannung beim Auslösestrom mög­ lichst groß zu halten. In dieser Hinsicht ist die bekannte Schaltung nicht optimal, da sich bei einer Änderung des zu überwachenden Stromes das Spannungsteilerverhältnis stets weniger ändert als der Wert des magnetfeldabhängigen Widerstandes selbst. Überdies wird durch diesen Umstand auch die erreichbare Ge­ nauigkeit negativ beeinflußt

Außerdem läßt es sich nicht vermeiden, daß der magnetisch steuerbare Widerstand nicht nur vom Feld des zu überwachenden Stromes beeinflußt wird, sondern auch von dem Feld des Rückleiters oder eines anderen stromführenden Leiters in der Nähe. Die Folge ist eine Verfälschung des Meßergebnisses.

Das Ansteuern von Feldplatten mit Konstantstrom ist an sich bekannt (ATM, Nov. 1968, Seite R 133-R 135).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung elektrischer Stromkreise auf Überschreiten eines be­ stimmten Stromaugenblickswertes aufzuzeigen, die gegenüber der bekannten Lösung einen größeren Störabstand und größere Genauig­ keit besitzt sowie eine genauere Temperaturkompensation er­ möglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Verwendung einer Konstantstromquelle gewährleistet diese Anordnung größtmöglichen Spannungshub an dem magnetisch steuerbaren Widerstand bei einer Änderung des zu überwachenden Stromes und insofern auch größtmöglichen Störabstand und größt­ mögliche Genauigkeit der Auslösung.

Durch die Aufteilung des magnetisch steuerbaren Widerstandes in zwei elektrisch in Reihe ge­ schaltete Feldplatten und Anordnung dieser Feldplatten in zwei Teilluftspalten eines von dem zu überwachenden Strom erregten Eisenkerns, die räumlich einander gegenüberliegen, wird der Einfluß von Fremdfeldern beträchtlich herabgesetzt. Diese Wirkung läßt sich im Bedarfsfall noch verbessern, wenn die Zahl der in Reihe geschalteten Feldplatten noch weiter erhöht wird, die dann in einer entsprechenden Zahl von gleichmäßig am Umfang des Eisenkerns verteilten Luftspalten untergebracht werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den magnetisch steuerbaren Widerstand in an sich bekannter Weise im Luftspalt eines von dem zu überwachenden Strom erregten Eisen­ kerns anzuordnen. Dabei soll der Magnetkreis so bemessen sein, daß die Flußdichte B an der Feldplatte bei Erreichen des Aus­ lösestromwertes in einem Bereich liegt, in dem die Widerstands­ änderung in Abhängigkeit von der Flußdichteänderung möglichst groß ist, vorzugsweise um etwa B = 1 T (T = Tesla). Bei einer solchen Bemessung ist die Empfindlichkeit der Anordnung am größ­ ten. Überdies bewirkt eine solche einschränkende Festlegung, daß damit eine genauere Temperaturkompensation möglich wird, da so auch die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten der Feld­ platte von der Flußdichte mit berücksichtigt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist die Temperaturkompensation des Feld­ plattenwiderstandes in der Weise vorgesehen, daß der von der Konstantstromquelle gelieferte Strom im gleichen Maße, jedoch in entgegengesetztem Sinn, verändert wird, wie sich der Feld­ plattenwiderstand unter dem Einfluß der Temperatur ändert. Auf diese Weise läßt sich die bei der Auslösestromstärke an der Feldplatte auftretende Spannung konstant halten. Praktisch ist dies beispielsweise durch einen in gutem thermischen Kontakt mit der Feldplatte angeordneten Heißleiter (NTC-Widerstand) zu erreichen, der Bestandteil der Konstantstromquelle ist und deren Ausgangsstrom in der gewünschten Weise beeinflußt.

Schließlich ist bei der vorgeschlagenen Schaltung auch leicht der Umstand zu berücksichtigen, daß Feldplatten nur mit relativ groben Toleranzen des Grundwiderstandes, beispielsweise ±20%, erhältlich sind. Diese Unterschiede lassen sich ebenso wie die Exemplarstreuungen in der Abhängigkeit des Widerstandes von der Flußdichte leicht durch eine entsprechende Einstellung des von der Konstantstromquelle gelieferten Stromes ausgleichen, so daß bei Erreichen des Auslösestromes in dem zu überwachenden Strom­ kreis stets ein vorgegebener Spannungswert an der Feldplatte erreicht wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, das nachgeschaltete Kippglied stets für dieselbe Kippspannung zu bemessen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin­ dung dargestellt. Darin ist 1 ein Eisenkern mit einem Luft­ spalt 2, in dem die Feldplatte 3 angeordnet ist. Der Eisen­ kern 1 umschließt den Leiter 4, in dem der zu überwachende Strom fließt. Die Feldplatte 3 wird von der Konstantstromquelle 5 mit einem Strom gespeist, dessen Größe sich mit dem Schleifer des Potentiometers 6 einstellen läßt. Bestandteil der Konstant­ stromquelle 5 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 7, der nahe bei der Feldplatte 3 und ebenso wie diese in engem ther­ mischen Kontakt mit dem Eisenkern angeordnet ist und den Strom der Konstantstromquelle 5 so steuert, daß der Temperaturgang des Feldplattenwiderstandes beim Ansprechwert i _a kompensiert wird. Unter i _a ist dabei ein vorbestimmter Augenblickswert des Stromes im Leiter 4 zu verstehen, bei dessen Erreichen die er­ findungsgemäße Schaltung ein Signal zur Auslösung eines Schalt­ gerätes liefern soll. Die an der Feldplatte 3 abfallende Span­ nung wird dem Eingang des elektronischen Kippgliedes 8 zuge­ führt, das beispielsweise in Form eines Schmitt-Triggers ausge­ führt ist.

Wenn der Strom im Leiter 4 ansteigt, vergrößert sich der Wi­ derstand der Feldplatte 3. Wegen der Speisung mit konstantem Strom vergrößert sich in gleichem Maße die Spannung an der Feldplatte. Der von der Konstantstromquelle 5 gelieferte Strom wird so eingestellt, daß die Spannung an der Feld­ platte 3 die Ansprechspannung des Kippgliedes 8 erreicht, wenn der Strom im Leiter 4 auf den Ansprechwert i _a angestiegen ist. Das Ausgangssignal des Kippgliedes 8 wird in nicht dargestell­ ter Weise dazu benutzt, ein Schaltgerät auszulösen und/oder das Erreichen von i _a zu signalisieren.

Claims (3)

1. Anordnung mit einem im Luftspalt eines Eisenkerns angeordneten, magnetisch steuerbaren Widerstand und einem elektronischen Kippglied zur Überwachung elektrischer Stromkreise auf Überschreiten eines vorbestimmten Stromaugenblickswertes, wo­ bei eine bestimmte Änderung des magnetisch steuerbaren Widerstan­ des dazu verwendet wird, das Kippglied anzusteuern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der magnetisch steuerbare Widerstand (3) von einer einstellbaren, elektronischen Konstantstromquelle (5) gespeist wird und die über diesem Widerstand (3) abfallende Spannung dem Ein­ gang des elektronischen Kippgliedes (8) zugeführt wird, und daß der magnetisch gesteuerte Widerstand (3) in mindestens zwei elektrisch in Reihe geschaltete derartige Widerstände aufgeteilt ist, die in der entsprechenden Anzahl von gleichmäßig am Umfang des Eisenkerns verteilten Luftspalten unterge­ bracht sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der den magnetisch steuerbaren Widerstand (3) durchfließende Konstantstrom durch einen Heißleiter, der in engem thermischen Kontakt mit dem magnetisch steuerbaren Widerstand (3) angeordnet ist, so gesteuert wird, daß die Temperaturabhängigkeit des magnetisch steuerbaren Wider­ standes (3) kompensiert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung eines solchen Magnetkreises, bei dem die Flußdichte bei Erreichen des Auslösestromwertes etwa 1 Tesla erreicht.