DE400320C

DE400320C - Elektromagnetischer UEberstrom- und Rueckstromschalter

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Publication number: DE400320C
Application number: DER58073D
Authority: DE
Original assignee: Individual
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Priority date: 1923-03-17
Filing date: 1923-03-17
Publication date: 1924-08-11

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 11. AUGUST 1924

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

(R 58073

Hugo Ring in Hamburg.

Elektromagnetischer Überstrom- und Rückstromschalter. Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. März 1923 ab.

Ein bedeutsamer Nachteil der Überstrom-Rückstromschalter bisheriger handelsüblicher Ausführung mit auf einem Elektromagnetkern befindlicher Strom- und Spannungsspule, die bei normaler Stromrichtung einander entgegenwirken, bei Rückstrom aber in gleichem Sinne, besteht darin, daß die beiden Auslösestromstärken, Auslösehöchststrom normaler Richtung und Auslöserückstrom, voneinander abhängig sind. Dieser Abhängigkeit zufolge ergibt sich

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vielfach, daß der Auslösehöchststrom dem zulässigen Höchststrome des Generators auch nicht annähernd angepaßt werden kann. Angenommen, ein Generator von 1500 Kilowatt und 440 Volt solle durch einen Überstrom- und Rückstromschalter geschützt werden. Der Dauerstrom dieses Generators beträgt rund 3400 Ampere. Listenmäßig steht für diesen Dauerstrom ein Überstrom- und Rückstromausschalter für 4000 Ampere Dauerstrom zur Verfügung.

Der Auslösehöchststrom dieses Über- und Rückstromschalters ist nahezu unveränderlich und beträgt bei normaler Richtung etwa 8000 Ampere. Es kann nun keine Rede mehr davon sein, einen Über- und Rückstromschalter, der bei 8000 Ampere Höchststrom auslöst, noch als einen genügenden Schutz für einen Generator von 3400 Ampere Normalstrom anzusehen. Gern würde man den maximalen Auslösestrom des Über- und Rückstromschalters den Vorschriften gemäß auf 40 Prozent über Normalstrom des Generators, also auf etwa 5100 Ampere, einstellen, wenn es nur ginge. Wie wenig j sich aber der Auslösehöchststrom normaler Rieh- ' tung ändert, wenn der listenmäßige Rückstrom soweit wie möglich herabgesetzt würde, zeigt folgende Rechnung: Es bedeute χ die Ampere-Windungszahl der Hauptstrom- j wicklung bei normaler Stromrichtung, I

y die Ampere-Windungszahl der Spannungs- ' spule,

ζ die Ampere-Windungszahl der Hauptstromwicklung bei Rückstrom,

r die resultierende Ampere-Windungszahl, bei welcher der Anker des Auslösemagneten anzieht und auslöst.

Dann gilt für den erwähnten listenmäßigen Über- und Rückstromschalter mit 8000 Ampere Auslösehöchststrom normaler Richtung und 400 Ampere Auslöserückstrom, wenn ferner die Hauptstromwicklung des Über- und Rückstromschalters aus einer halben Windung besteht :

= 8000 · 0,5 = 4000 Amp.-W.; ₁ = 400 · 0,5 = 200 Amp.-W.

II.

X₁ Z

- = 1900 Amp.-W.

r = Z₁ + J₁ = 2100 Amp.-W.

Mit 100 Ampere Auslöserückstrom ergibt sich ein Auslösehöchststrom normaler Richtung, wenn r durch geringe Veränderung des Luftraumes zwischen Anker und Kern des Auslösemagneten geändert wird, zu 7700 Ampere wie folgt: Es ist z₂ = 100 · 0,5 = 50 Ampere-Windungszahl; y_a = y_x = 1900 Ampere-Windungszahl, also r₂ = Z₂ -f y₂ = 1950 Ampere-Windungszahl. Dies in Gleichung I eingesetzt, ergibt : x₂ = r₂ + y₂ = 1950 -j- 1900 = 3850 Ampere-Windungszahl, entsprechend einem Strome von 7700 Ampere. Es ist somit auf diese Weise zur Herabsetzung des zu hohen Auslösestromes normaler Richtung nichts zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch Vermieden, daß noch eine dritte Spule auf dem Elektromagnetkern angebracht ist, welche der Hauptstromwicklung über einen zweckmäßig regelbaren Widerstand parallel liegt und mit ihr gleichsinnig wirkt.

Der bedeutsame Vorteil des Über- und Rück-Stromschalters mit dieser dritten Spule besteht darin, daß jetzt auf jeden gewünschten Auslösehöchststrom normaler Richtung innerhalb der Grenzen des listenmäßigen Auslösehöchststromes und des Normalstromes des zu schützenden Generators eingestellt werden kann, ohne daß der listenmäßige Auslöserückstrom unzulässig verändert wird. Schaltung und Wirkungsweise des neuen Über- und Rückstromschalters sind aus der Abbildung ersichtlich. Ein Blick auf die Abbildung lehrt, daß die Einwirkung der »Korrektionsspule« auf die Auslösestromstärke bei normaler Richtung unvergleichlich größer ist als bei Rückstrom, ja, daß die Einwirkung der Korrektionsspule bei Rückstrom infolge des sowieso geringen Betrages fast gar nicht, dagegen bei dem vielfach größeren Strome normaler Richtung ganz beträchtlich ins Gewicht fällt. Bei Schaltung der Korrektionsspule nach der Abbildung gilt für den bereits in die Betrachtung gezogenen Über- und Rückstromschalter Von 4000 Ampere Dauerstrom:

(V -f X
(*' + z

— y = r

+ y = r

Ia. Ha.

Dabei ist:

χ' die Ampere-Windungszahl der Hauptstromwicklung bei normaler Stromrichtung,

z' die Ampere-Windungszahl der Hauptstromwicklung bei Rückstrom,

Xh die Ampere-Windungszahl der Korrektionsspule bei normaler Stromrichtung,

Zk die Ampere-Windungszahl der Korrektionsspule bei Rückstrom.

Da sonst alles am listenmäßigen Über- und Rückstromschalter unverändert ist, sind auch r und y unverändert gleich 2100 und 1900 Ampere-Windungszahl. Dann muß in Gleichung Ia

x' -j- Xk -X₁- 4000 Amp.-W. i. und in Gleichung Ha

z' + Zk = Z₁ = 200 Amp.-W. 2.

wie ohne Korrektionsspule sein. Denn der Über- und Rückstromschalter löst nur aus bei r — 2100

Ampere-Windungszahl, weil sonst alles am Über- und Rückstromschalter unverändert geblieben ist. Es gilt weiter für Gleichung ι:

4000 = //, ■ nii -+-

ia.

Darin ist:

Ju der Strom in der Hauptstromwicklung,
Jk der Strom in der Korrektionsspule,
nji die Windungszahl der Hauptstromwicklung,

%k die Windungszahl der Korrektionsspule.
Es wird nun auf Grund der Überlegung, daß der Strom in der Korrektionsspule nicht zu groß ausfällt, gewählt:

also

Jh _ 1000

Ju ~ ι

4000 = 1000/fe · 0,5 -j- Jk nie

3·

Mit Gleichung 3 ergibt sich bei 5100 Ampere Betriebsauslösestrom, statt 7700 Ampere ohne Korrektionsspule:

//,+ //£= 5100 Amp.

und da

Jh-Jk = 1000:1

ist, so ist
30

Jh- =

5100
100 r

icoo = 5095 Amp.; J_k = 5 Amp.

Dies in Gleichung 4 eingesetzt, ergibt:

»t ■

4000 = 500-5 + 5-n_k;
4000 - 2500

= 300 Windungen.

Nach Gleichung 1 muß sein:

χ' + Xk = 4000;

diese Bedingung wird erfüllt, da

x' = 5095 · 0,5 = 2547 Amp.-W.
x_k — 300 · 5 = 1500 Amp.-W.

Bei Rückstrom ergibt sich mit der Korrektionsspule folgendes:

Gemäß Gleichung Ha ist:

darin sind nach dem oben Gesagten unverändert

y = 1900 Amp.-W. und r = 2100 Amp.-W.,
also

z' -+- zu = 2100 — 1900 = 200 Amp.-W.

Da auch bei Rückstrom dasselbe Verhältnis zwischen dem Strom in der Hauptspule und dem Strom in der Korrektionsspule besteht wie beim Strome normaler Richtung, so gilt:

JkK

XOOO

JkR I

Ferner ist jetzt:

; JhR= 1000J_kR 5.

z'r + Z]₁ = JhR ■ n_h -j- Jk
= 200 Amp.-W.

6.

Mit Hilfe der Gleichung 5 ergibt sich für Gleichung 6

1000 JkR ■ 0,5 + J_JlR ■ 300 = 200,

200

200
Ji-B — γ— = 0,25 Amp. und./_/iÄ = 250 Amp.

Der Betriebsauslöserückstromj ist 250,25 Ampere statt 400 Ampere ohne Korrektionsspule.

Mit Hilfe eines in die Abzweigung zur Korrektionsspule eingebauten Justierwiderstandes kann das Verhältnis J]₁ '■ Jk jederzeit leicht geändert und damit der Ausschalter auf jeden gewünschten Auslösehöchststrom über dem Normalstrom eingestellt werden. Die Korrektionsspule kann ohne jede sonstige Änderung des listenmäßigen Über- und Rückstromausschalters, also ohne große Kosten, leicht eingebaut werden.

Claims

Patent-Anspruch:
Elektromagnetischer Überstrom-

und

Rückstromschalter mit auf dem Magnetkern befindlicher Strom- und Spannungsspule, die bei normaler Stromrichtung einander entgegen, bei Rückstrom aber gleichsinnig wirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnetkern noch eine dritte Wicklung trägt, die der Hauptstromwicklung über einen zweckmäßig regelbaren Widerstand parallel geschaltet ist und mit ihr gleichsinnig wirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.