DE633442C

DE633442C - Sicherheitsschaltung zur Begrenzung des Stromes bei steigender Spannung

Info

Publication number: DE633442C
Application number: DEE42950D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Bechtlin
Original assignee: ELEK ZITAETS ACT GES VORM W LA
Current assignee: ELEK ZITAETS ACT GES VORM W LA
Priority date: 1932-06-23
Filing date: 1932-06-23
Publication date: 1936-08-03

Description

In elektrischen Anlagen soll die Stromstärke vielfach bei! wachsender Spannung begrenzt werden, so daß der Strom einen bestimmten Wert nicht übersteigt. Unter Umständen soll die Stromstärke sogar mit wachsender Spannung sinken. Für diese Zwecke wurden bisher spannungsabhängige Widerstände, z. B. Eisenlampen, oder eisengesättigte Drosseln in Reihenschaltung! mit einem Kondensator verwendet. Mit spannungsabhängigen Widerständen in technischer Ausführung erreicht man eine Widerstandsvergrööerung um das Fünffache und eine entsprechende Begrenzung des Stromes. Bei den eisengesättigten Drosseln in Parallelschaltung und den eisengesättigten Drosseln in Reihenschaltung mit einem Kondensator ist eine noch stärkere Begrenzung des Stromes möglich, jedoch tritt hierbei eine große Phasenverschiebung zwi-

ao sehen Strom und Spannung auf, die vielfach störend wirkt.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Schwingüngskreis, bestehend aus der eisenhaltigen Drossel D₁, dem Kondensator C und dem Widerstand R gemäß Abb. 1 gebildet und parallel dazu eine Drossel D_s mit konstanter oder veränderlicher Induktivität geschaltet. Der Eisenkern der Drossel D₁ ist bei kleinem Strom wenig gesättigt, so daß der magnetische Fluß und die Induktivität verhältnismäßig groß sind. Bei großem Strom sättigt sich das Eisen, der magnetische Fluß und damit die Spannung nehmen also kaum noch zu, und die Induktivität wird kleiner. Bei kleinem Strom hat also die Drossel D₁ eine große Reaktanz und bei großem Strom eine kleine Reaktanz. Abb. 2 zeigt die idealisierte Widerstandskennlinie der Drossel D₁. Die Kapazität C ist so zu bemessen, daß Spannungsresonanz auftritt, solange der Strom in der Drossel D₁ klein ist. Nach außen wirkt dann nur der Ohmsche Spannungsabfall R, da der induktive und kapazitive Abfall sich aufheben. Übersteigt die Stromstärke den in Abb. 2 mit A gekennzeichneten Wert, so herrscht keine Spannungsresonanz mehr. Der kapazitive Widerstand überwiegt; der Stromkreis kann bei der Rechnung durch einen Kondensator und einen Ohmschen Widerstand ersetzt werden. Die 5<> Paralleldrossel D₂ ist so zu bemessen, daß sie mit diesem Ersatzkondensator in Stromresonanz arbeitet. Dann fließt innerhalb der gesamten Anordnung ein großer .Strom J_s (Abb. 1), der im Widerstand einen hohen Spannungsabfall verursacht, während außen nur ein kleiner Strom J₀ fließt, nämlich der Differenzstrom zwischen Drossel D₂, J_p und Kondensatorstrom /_s, der bei genauer Abgleichung rein Ohmschen Charakter hat. Bei kleinerem äußerem Strom J₀ ist also nach Überschreiten des Spannungsresonanzpunkfes

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Walter Bechtlin in Mannheim.

der Spannungsabfali sehr groß, was, einerVergrößerung des Widerstandes gleichkommt Rechnerisch ausgedrückt ist der Widerstand gleich der Impedanz des Schwingungskreises_i; im Quadrat dividiert durch den Ohmschefj! Widerstand. Legt man die idealisierte Wider^ standskennlinie gemäß Abb. 2 zugrunde, so ■ ergibt sich für die gesamte Anordnung eine Stromspannungskurve gemäß Abb. 3. Nach ίο Überschreitung der Spannungsresonanzlage steigt der Strom nicht mehr an, sondern fällt sehr stark ab und ändert sich dann weiter linear mit der Spannung. Das Prinzip der Anordnung beruht also darauf, daß bei kleinem Strom die in ihrer Wirkungsweise bekannte Spannungsresonanz und bei großem Strom die in' ihrer Wirkungsweise gleichfalls bekannte Stromresonanz herrscht. Der Übergang von dem einen zu dem anderen Zustand erfordert eine Änderung der Induktivität der Drossel D₁. Diese wird automatisch durch die Sättigung der Drossel bewirkt. Neu ist bei der Anordnung der Übergang von Spannungs- auf Stromresonanz durch Einschaltung einer veränderlichen Induktivität.

Die Induktivität muß sich möglichst so, wie die idealisierte Kurve in Abb. 2 ändern. Eine normale, eisengesättigte Drossel erfüllt diese Forderung nur unvollkommen und verursacht außerdem starke Verzerrungen der Strombzw. Spannungskurve.

Durch besondere Ausbildung des Eisenkernes ist diesem Mißstande abzuhelfen. Abb. 4 zeigt ein Beispiel dafür. Die Drossel hat zwei Kerne; der schwache Kern mit kleinem Luftspalt bestimmt die große Induktivität bei kleinem Strom und' der große Kern mit großem Luftspalt die kleine Induktivität no bei großem Strom.

Mit .einer solchen Drossel erreicht man eine Widerstandskennlinie gemäß Abb. 5 und eine Stromspannungskennlinie der gesamten ■ Anordnung gemäß Abb. 6. Der äquivalente Widerstand bei großem Strom ist somal so groß wie bei kleinem Strom und der Leistungsfaktor meist in der Nähe von 1,0.

Für die beschriebene Anordnung ergeben sich verschiedene Arbeitsgebiete: i. Erdschlußschutz von Generatoren.

Für einen hochwertigen Erdschlußschutz ist es bekanntlich erforderlich, den Generator G über einen veränderlichen Widerstand zu erden, der bei kleinem Strom einen kleinen Widerstand hat und damit einen kleinen Spannungsabfall verursacht, 'und bei großer Spannung einen großen Widerstand hat und dadurch den Erdschlußstrom abdrosselt und Verbrennungen bei Erdschluß verhindert. Die angegebene Schaltung ist hierzu sehr gut geeignet, da sie eine bis jetzt noch nicht mögliche Vergrößerung des äquivalenten Widerstandes im Verhältnis 1 : 30 bringt. .,..Der Schwingungskreis kann durch Zwi-/s<|ienschaltung eines Transformators T als ,^fed>erspannungskreis ausgeführt werden, er i|£änn-:aber auch ganz oder teilweise als Hoch-'■^p'äfmungskreis gebaut werden. Abb. 7 zeigt eine Ausführung auf der Niederspannungsseite. Zur Erzeugung der Vorspannung im Nullpunkt ist der schon bekannte Pohlsche Vorspannungswandler P angewendet. Abb. 8 zeigt eine äquivalente Schaltung, bei welcher der Kondensator C in Reihe mit einem Wandler W liegt. Der letztere hat außer der Primärwicklung eine zweite, die an zwei Phasen des Generators G liegt, und eine dritte, welche durch den Widerstand R und die Drossel D₁ belastet ist. In Abb. 9 ist die Paralleldrossel D₂ nicht einphasig im Nullpunkt angeschlossen, sondern als dreiphasiger Spannungswandler an die drei Phasen gelegt. Die Wirkungsweise ist unverändert. In allen Fällen beruht die Wirkung auf dem Übergang von Spannungs- auf Stromresonanz.

2, Steigerung der Empfindlichkeit von Relais.

In vielen Relaisschaltungen wird ein einwandfreies Arbeiten der Relais über einen großen Strom- bzw. Spannungsbereich gefordert. Durch Vorschalten der angegebenen Anordnung wird ein großer Spannungsbereich in einen kleinen Strombereich zusammengeschoben, wobei der Strom durch passende Wahl der Abstimmungsglieder in ganz verschiedene Abhängigkeit von der Spannung, was Größe und Phasenlage anbetrifft, gebracht werden kann. Die angegebene Anordnung steigert also die Empfindlichkeit der Relais und schützt sie vor Überlastung. Die Schaltung gibt Abb. 10 an, in der die Relais mit ReI bezeichnet sind.

Claims

Patentansprüche:

i. Sicherheitsschaltung zur Begrenzung des Stromes bei steigender Spannung, gekennzeichnet durch einen Schwingungskreis (R, C und D₁ in Abb. 1) und eine parallel zu ihm liegende Drosselspule (D.,) mit solcher Abstimmung, daß der Schwingungskreis bei kleiner Spannung in Spannungsresonanz arbeitet, während er bei höherer Spannung infolge der veränderlichen Induktivität der Drossel (D₁) im Schwingungskreis verstimmt wird und nun mit der Paralleldrossel (D₂) in Stromresonanz arbeitet.
2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 in Verbindung mit Relais zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Relais und Begrenzung des durch das Relais fließenden Stromes.
3· Sicherheitsschaltung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (D₁) im Schwingungskreis durch Verwendung von Materialien verschiedener Permeabilität in Reihen- und Parallelschaltung bei geringer Sättigung eine hohe· Induktivität hat, die bei größerer Sättigung auf einen kleinen Wert sinkt (Abb. 4).
4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Nullpunkt eines Generators, Transformators oder eines anderen zu schützenden Apparates und Erde liegt und als Erdschluß schutz verwendet wird, wobei Teile der Schaltung auch über Transformatoren angeschlossen werden können (Abb. 7 bis 9).
5. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Paralleldrossel (D₂) durch einen dreiphasigen Spannungswandler mit geerdetem Nullpunkt in Drehstromanlagen, durch einen zweiphasigen Spannungswandler mit geerdetem Nullpunkt in Einphasen anlagen-ersetzt wird (Abb. 9).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen