DE640243C - Anordnung zur selbsttaetigen Abschaltung eines fehlerhaften Teiles einer elektrischen Anlage - Google Patents

Description

Es sind Anordnungen zum selbsttätigen Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen vorgeschlagen, wobei der Anodenstrom einer Elektronenröhre zur Betätigung der Ausschaltvorrichtung dient und erst bei einer störenden Veränderung einer Betriebsgröße der Leitung entsteht. Erfindungsgemäß erfolgt die Einwirkung auf die Elektronenröhrenschaltung zwecks Erzielung einer ab-

to hängigen Verzögerungszeit indirekt durch mittelbare Beeinflussung eines Steuerwider-

' Standes eines Elektronenröhrenkreises. Man erreicht dadurch, daß die Abschaltung der Leitung nach einer vorauszubestimmenden Zeit erfolgt. Ein besonderes Zeitrelais kann dann also in Fortfall kommen. Der Zwi·^ schenkreis, auf den erfindungsgemäß Betriebsgrößen der zu schützenden Leitung einwirken, enthält beispielsweise einen Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten, der durch Strom oder Spannung¹ der Leitung geheizt wird. Bei Anwendung eines regelbaren Heizwiderstandes, der den temperaturabhängigen Steuerwiderstand heizt, kann die Stromstärke oder auch die Spannung bestimmt werden, bei welcher die Elektronenröhre anspricht, d. h. die Empfindlichkeit der Röhre kann durch Bemessung des Heizwiderstandes eingestellt werden.

- Der Heizwiderstand kann auch einstellbar gemacht werden, um die Zeiteinstellung der Röhre beliebig verändern zu können. Wenn keine Heizwicklung vorgesehen ist, muß der S teuer wider stand so bemessen werden, daß er durch den durchfließenden Strom entsprechend erhitzt wird. Die Steuerung der Röhre kann auch durch Anordnung einer dritten Elektrode, eines Gitters, erreicht werden, das von def Spannung des zu schützenden Stromkreises beeinflußt wird. Es entsteht ein zum Auslösen des Stromunterbrechers ausreichender Strom, wenn eine bestimmte Potentialdifferenz zwischen dem Gitter und der Kathode herrscht. Eine Verzögerung beim Ansprechen wird erfindungsgemäß durch mittelbare, beispielsweise thermische Steuerung eines Stromkreises der Röhre erreicht.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung für verschiedene störende Veränderungen in dem zu schützenden Stromkreis dargestellt.

In Fig·, ι ist in den Gleichstromkreis 1 ein Stromunterbrecher 2 eingeschaltet, dessen Auslösespule 3 durch eine mit dem Stromkreis 1 verbundene Elektronenröhre 4 gesteuert wird. Beim Auftreten eines Überstromes soll der Stromunterbrecher 2 aus-

gelöst werden. Die Fadenkathode 8 der Elektronenröhre 4 ist mit den Klemmen eines Nebenschlusses io im Stromkreis und in Reihe mit einem veränderlichen Steuerwiderstand 11 verbunden, der einen verhältnismäßig hohen negativen Temperaturkoeffi.-zienten besitzt. An die Klemmen des Neben--Schlusses io ist ferner ein Heizwiderstand 12 angeschlossen, um die Temperatur des Steuer-Widerstandes 11 bis zu einem bestimmten Wert zu erhöhen, wenn ein Überstrom durch den Nebenschluß 10 hindurchfließt. Die beiden Widerstände 11 und 12 sind mit Anzapfungen versehen, um die Eigenschaften der Röhre nach Belieben ändern zu können. Die Größe des Widerstandes 11 bestimmt den Strom, der erforderlich ist, um die Kathode auf die zur Elektronenemission erforderlichen Temperatur zu erhitzen, während die Größe des Heizwiderstandes 12 die Zeiteinstellung der Einrichtung bestimmt. Die Auslösespule 3 des Stromunterbrechers 2 ist zwischen den positiven Leiter des Stromkreises ι und die Anode 9 geschaltet. Die Fadenkathode 8 der Elektronenröhre 4 ist mit dem negativen Leiter des Stromkreises verbunden, um den Stromkreis der Auslösespule 3 zu schließen. In Reihe mit der Auslösespule 3 kann ein Widerstand 15 eingeschaltet sein, um den Strom zu begrenzen, der durch die Elektronenröhre und die Auslösespule, abhängig von der Spannung des Stromkreises ι, hindurchfließt. Wenn der Strom im Stromkreis 1 über einen bestimmten Wert hinausgeht, fließt ein ausreichender Strom durch den Heizwiderstand 12, um den Widerstand 11 auf die Arbeitstemperatur zu erhitzen. Wenn der Widerstand 11 durch Steigen seiner Temperatur einen genügend geringen Wert angenommen hat, erreicht die Kathode die Emissionstemperatur. Infolgedessen fließt ein Strom durch die Elektronenröhre 4. Dieser erregt die Auslösespule 3 und öffnet den Stromunterbrecher 2.
In Fig. 2 ist die Schaltung so getroffen, daß bei einem Sinken der Spannung im Gleichstromkreis der Stromunterbrecher 2 ausgelöst wird. Die Fadenkathode 8 ist an den negativen Leiter des Stromkreises 1 angeschlossen, wobei sie durch eine Hilfsstromquelle 16 von konstanter Spannung in Reihe mit einem Widerstand 17 erhitzt wird, der einen verhältnismäßig hohen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Der Heizwiderstand 12 ist über einen Begrenzungswiderstand 18 an den Stromkreis 1 angeschlossen. Solange die Spannung des Stromkreises 1 normal ist, erhält der Heizwiderstand 12 den Widerstand 17 auf einer so hohen Temperatür, daß dessen Widerstand sehr groß ist und daß die Kathode 8 die Emissionstemperatur infolgedessen nicht erreichen kann. Sinkt jedoch die Spannung im Stromkreis 1, so wird der Heizwiderstand 12 und der Widerstand 17 abgekühlt, der Widerstand wird kleiner, und der durch die Kathode 8 ■fließende Strom kann die Kathode jetzt auf •^;"-die Emissionstemperatur erhitzen, so daß ein Strom durch die Elektronenröhre und durch die Auslösespule 3 hindurchfließt, der den Stromunterbrecher 2 öffnet.

In Fig. 3 ist die Schaltung so getroffen, daß der Unterbrecher bei Unterbelastung ausgelöst wird. Die Teile sind im wesentlichen dieselben wie in Fig. 1 und 2 mit der Ausnähme, daß der Steuerwiderstand im Anodenstromkreis der Röhre liegt. Die Kathode 8 ist über einen Begrenzungswiderstand 20 an den Gleichstromkreis 1 gelegt. Im Anodenstromkreis liegt der Steuerwiderstand 21 mit der Auslösespule in Reihe. Der veränderliche Steuerwiderstand 21 hat einen verhältnismäßig hohen positiven Temperaturkoeffizienten. An die Klemmen des Nebenschlusses 10 ist der Heizwiderstand 22 gelegt und so angeordnet, daß die Temperatur des Steuerwiderstandes 21 abhängig von dem im Stromkreis ι fließenden Strom ist. Solange der durch den Stromkreis 1 fließende Strom einen bestimmten Wert hat, ist die Temperatur go des Widerstandes 21 und des Heizwiderstandes 22 so hoch, daß der durch die Auslösespule 3 hindurchfließende Strom nicht ausreicht, um den Stromunterbrecher auszulösen. Wenn der Strom auf einen bestimmten Wert gesunken ist, kühlen sich die Widerstände 21 und 22 ab, und ihr Widerstand wird so gering, daß der durch die Auslösespule 3 hindurchfließende Strom ausreicht, um den Stromunterbrecher 2 auszuschalten. Selbstverständlich kann die dargestellte Anordnung als Überlastungsschutzeinrichtung benutzt werden, wenn der Widerstand 21 einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt.

In Fig. 4 ist eine mit Wechselstrom arbeitende Schutzeinrichtung gegen Überlast dargestellt, die ähnlich 'arbeitet, wie die in Fig. ι dargestellte Gleichstromanlage. Der Heizfaden 8 ist zu einem veränderlichen Widerstand 38 im Nebenschluß geschaltet, der einen sehr hohen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, um den durch die Kathode 8 fließenden Strom zu vermindern, bis der Widerstand einen bestimmten Wert erreicht hat. Zu dem Widerstand 38 gehört ein Heizwiderstand 40, der an die Sekundärwicklung des Sättigungstransformators 41 gelegt ist. Der Sättigungstransformator 41 begrenzt die Heizung auf einen bestimmten Maximalwert. 31 ist ein Hilfstransformator mit drei parallelen Schenkeln 32, 33 und 34, auf denen

die Wicklungen 35, 36 und 37 liegen. Die Wicklung 35 ist an den Stromwandler 30 in Reihe mit der Primärwicklung des Sättigungstransformators 41 angeschlossen. Die Wicklung 36 ist mit der Kathode verbunden. Der Querschnitt des Transformatorschenkels 33, auf dem 'die Wicklung¹36 liegt, kann so, wie dargestellt, geschwächt sein, so daß er durch verhältnismäßig niedrige Stromwerte gesättigt wird, um eine Beschädigung der Kathode 8 zu verhindern. Die Wicklung 37 ist in den Anodenstromkreis der Elektronenröhre 4 eingeschaltet. Die Spannung des Anodenstromkreises wird entweder durch Sättigung des Schenkels 34 des Transformators. 31 oder durch Benutzung; einer Spannungsquelle konstant erhalten, so daß keine Veränderungen in der Anodenspannung eintreten, die die Tätigkeit der Röhre beeinflussen würden. In Fig. 5 ist eine Wechselstromunterbrecheranlage dargestellt, die bei Überspannung den Stromkreis ausschaltet. Ein Widerstand 39 mit einem verhältnismäßig hohen negativen Temperaturkoeffizienten ist in Reihe mit der Kathode 6 geschaltet. Ein zu dem Widerstand 39 gehöriger Heizwiderstand 40 ist in Reihe mit der Wicklung 35 des Transformators 31 an den Stromkreis 1 gelegt. Die Elektronenröhre 4 ist mit zwei Anoden 9 versehen, die so mit der Wicklung 37 und dem Anodenstromkreis verbunden sind, daß eine Vollwellengleichrichtung des Stromes in dem Anodenstromkreis erzielt wird. Wenn 'die Spannung wächst, wird der Widerstand 3,9 kleiner und die Elektronenröhre spricht an, so daß der Stromunterbrecher 2 ausgelöst wird.

In Fig. 6 ist eine Schaltung gezeigt, bei der ein Energierichtungsrelais 46 mit einer Elektronenröhre 4 in Verbindung steht, die nur auf Erd- oder Reststrom anspricht. Die Kathode 8 der Elektronenröhre 4 und" eine Wicklung 47 des Relais sind an die in Stern geschalteten Stromwandler 30 in dem Gleich-Stromkreis so angeschlossen, daß sie nur dann von Strom durchflossen werden, wenn ein Erd- oder Reststrom den Leiter des Stromkreises durchfließt. Die zweite Wicklung 48 des Richtungsrelais 46 ist parallel zu einem Widerstand 49 geschaltet, der zwischen dem Sternpunkt eines Hilfstransformators 50 und Erde Hegt. Da die Erregung des Relais 46 von der Phasenbeziehung der Ströme 47 und 48 abhängt, die ihrerseits von der Richtung des Erdschlußstromes abhängt, so arbeitet das Relais nur dann, wenn der Erdstrom in einer bestimmten Richtung fließt. Das Relais 46 kann an sich die Eigenschaft haben, augenblicklich anzusprechen. Eine Zeiteinstellung wird aber durch Anwendung einer Elektronenröhre erzielt, indem die Stromkreise der Elektronenröhre 4 geeignete thermisch ansprechende Vorrichtungen¹ enthalten, wie sie in den vorhergehenden Abbildungen verschiedentlich dargestellt sind. *

In Fig. 7 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Verzögerung beim-,Auslösen des Unterbrechers von dem Abstand der Fehlerstelle abhängig ist. Die Elektronenröhre 4 ist so angeordnet, daß sie auf den durch den Stromkreis Mndurchfließ enden Strom sowie auf die im Stromkreis herrschende Spannung anspricht. Da der den Stromkreis durchfließende Strom kleiner und die Spannung an dem Stromkreis größer werden wird, je größer der Abstand bis zur Fehlerquelle ist, ist die Elektronenröhre 4 so angeordnet, daß sie eine Zeiteinstellung besitzt, die umgekehrt proportional zum Strom und direkt proportional zu der Spannung des Stromkreises ist. Die Kathode 8 ist an die Klemmen eines Stromwandlers-30 angeschlossen. Im Nebenschluß zur Kathode 8 kann eine Sättigungsdrosselspule 44 eingeschaltet sein. Der zu dem Heiz widerstand gehörige Steuerwiderstand 53, der einen verhältnismäßig hohen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, ist" in Reihe mit der Auslösespule 3 des Stromunterbrechers 2 in den Anodenstromkreis der Elektronenröhre 4 eingeschaltet. Im Anoden-Stromkreis ist eine Batterie 54 als Stromquelle eingeschaltet. Die Kathode 8 der Elektronenröhre 4 wird auf die zur Elektronenemission erforderliche Temperatur erhitzt, wenn ein bestimmter Strom den Stromkreis 1 durchfließt. Die Röhre kann aber erst dann ansprechen und die Auslösespule 3 genügend erregen, wenn der Widerstand 53 genügend klein geworden ist, so daß die Spannung der Batterie 54 ausreicht, um einen Stromkreis im Anodenstromkreis herzustellen. Der Widerstand 53 wird nur dann klein genug, wenn der Heizwiderstand 52 genügend abgekühlt ist, d. h. wenn die Spannung im Stromkreis auf einen bestimmten Wert gesunken ist. Es ist ersichtlich, daß, je geringer die Spannung des Stromkreises und je stärker der Strom ist, bis die Sättigungsdrosselspule 44 gesättigt ist, um so kürzer die Verzögerung beim Auslösen des Stromunterbrechers ist. Bei Mehrphasenstromkreisen sind Stromwandler in jeder Phase des Stromkreises wie angedeutet vorgesehen, wobei mehrere Elektronenröhren 4 erforderlich werden. Zwei V-förmig verbundene Spannungswandler 51 sind für den vollständigen Schutz jeder Phase des Gleichstromkreises vorgesehen. Die in jeder Phase liegende Elektronenröhre wird in der gleichen Weise wie die für Einphasenstrom oben beschriebene geschaltet. Wenn die Relais auf Sternspannung ansprechen, so dient diese Schaltung als Eridschlußschutz.

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In Fig. 8 und-9 sind andere Ausführungen der in Fig. 7 dargestellten Anlage veranschaulicht, wobei die Verzögerung beim Ansprechen der Elektronenröhre 4 durch Widerstände 55 herbeigeführt wird, die einen, verhältnismäßig hohen negativen Temperaturkoeffizienten haben. Außerdem sind Heizwiderstände 56 angeordnet, die entsprechend der Spannung erhitzt werden. In Fig. 8 ist die Kathode 8 der Elektronenröhre direkt mit dem Stromwandler 30 verbunden, während in Fig. 9 ein Hilfstransformator 31, ähnlich den in Fig. 4 und 5 dargestellten, vorgesehen ist. Die Arbeitsweise dieser Einrichtungen ist entsprechend den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ohne weiteres ersichtlich. Der Schenkel 34 des Transformators 31 ist im Querschnitt so geschwächt, daß die Spannung des Anodenstromkreises selbst bei niedrigen Strömen im wesentlichen konstant ist. Die Wirkung einer Veränderung des Stromes im Anodenstromkreis ist daher verringert. Es ist ein Schalter 57 vorgesehen, um den Stromwandler 30 kurzzuschließen, entweder wenn ein übermäßiger Strom durch den Stromkreis fließt oder die Spannung¹ des Stromkreises auf einen bestimmten Wert gesunken ist. Dies kann durch Verwendung eines Überstrom- und Unterspannnungsrelais der üblichen Bauart erreicht werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Röhre auf einen geringeren als Vollaststrom eingestellt werden kann.

In den Fig. 10 und 11 sind weitere abgeänderte Ausführungsbeispiele für die in den Fig. 7 bis 9 beschriebenen Anordnungen dargestellt. Hier sind die Elektronenröhren mit drei Elektroden versehen. Bei beiden Anordnungen hängt die Spannung der Gitterelektrode 25 von der Spannung des Stromkreises ι ab, mit dem die Röhre verbunden ist. In Fig. 10 wird der Heizstrom und in Fig. 11 auch die Anodenspannung dadurch konstant gehalten, daß der betreffende magnetische H5 Kreis gesättigt ist. Bei beiden Ausführungsbeispielen kommt die Röhre zum Ansprechen, wenn die Spannung des Stromkreises 1 auf einen genügend niedrigen Wert abfällt und die Anodenspannung eine genügende Größe besitzt. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß die Röhre nur dann anspricht, wenn sich die Fehlerstellen innerhalb des durch die Unterbrecheranlage geschützten Abschnittes befinden.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   • i. Anordnung zur selbsttätigen Abschaltung eines fehlerhaften Teiles einer elektrischen Anlage mittels einer vom Betriebszustand des Anlageteiles abhängigen Elektronenröhrenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Elektronenröhrenschaltung zwecks Erzielung einer abhängigen Verzögerungszeit indirekt, z. B. durch mittelbare Beeinflussung' eines Steuerwiderstandes (11), über einen Heizwiderstand (12), der die Temperatur des Steuerwiderstandes und damit dessen spezifischen Widerstand verändert, in einem der Elektronenröhrenkreise erfolgt (Fig. 1 bis 11).
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfstransformator (31) mit drei Schenkeln (32, 33, 34) angeordnet ist, dessen drei Wicklungen (35, 36, 37) mit dem zu schützenden Wechselstromkreis, der Elektronenröhre, dem Heiz- und Steuerwiderstand und der Steuervorrichtung derartig verbunden ist, daß die Röhre auf einen bestimmten Strom anspricht und die Steuervorrichtung betätigt (Fig. 4).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Elektronenröhre mit zwei Anoden zur Gleichrichtung des Stromes des an die Anoden angeschlossenen Stromkreises versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Wicklungen (35, 36, 37) eines Hilfstransformators (31) mit der Elek- go tronenröhre, dem zu schützenden Wechselstromkreis, dem Heiz- und Steuerwiderstand und der Steuervorrichtung derartig verbunden sind, daß die Röhre bei einer bestimmten Spannung anspricht (Fig. 5).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schenkel (33) des Hilfstransformators (31) einen verminderten Querschnitt besitzt, so daß er bei verhältnismäßig niedrigem Strom gesättigt ist und dadurch die Röhre vor Beschädigungen schützt (Fig. 4 und 5).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis des Heizwiderstandes (40) ein Sättigungstransformator (41) zwischengeschaltet ist, der die Erhitzung des Heizwiderstandes (40) auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt (Fig. 4).
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Richtungsrelais (46) derart mit der Elektronenröhre und dem zu schützenden Wechselstromkreis verbunden ist, daß die Röhre nur anspricht, wenn der durch einen Überstrom hervorgerufene Kraftfluß eine bestimmte Richtung und der Überstrom einen bestimmten Wert hat (Fig. 6).
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Richtungsrelais (46) derart mit der Elektronen-

   röhre und dem zu schützenden Drehstromkreis und mit einem im Sternpunkt geerdeten Hilfstransformator (50) verbunden ist, daß die Röhre nur bei Erd- oder Reststrom bestimmter Größe anspricht (Fig. 6).
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 und folgenden mit einer Gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung derartig getroffen ist, daß die Röhre nur bei einem bestimmten Größenverhältnis zwischen Strom und Spannung eines Wechselstromkreises anspricht, wodurch die Verzögerung der Steuervorrichtung in · Abhängigkeit von "der Entfernung der Fehlerstelle von der Schutzeinrichtung gebracht wird (Fig. 7 bis 11).
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Elektronenröhre an den Ausgleichsstromkreis, der die beiden Seiten eines zu schützenden Apparates verbindet, derart geschaltet ist, daß die Kathode durch den Ausgleichsstrom auf die Emissionstemperatur erhitzt wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen