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Schutzvorrichtung für gleichmäßig belastete elektrische Drehstromverbraucher
Zum Schutze eines Drehstromverbrauchers gegen überlastung oder Körperschluß werden
Schutzvorrichtungen gebaut, welche auf thermischem oder magnetischem Wege die
Ab-
schaltung desselben vom Netz bei unzulässigen Betriebszustqnden vornehmen.
Um den Anlaßvorgang ohne Auslösung aufnehmen zu können, müssen derartige Schutzschalter
immer überdimensioniert werden. Als Folge davon sprechen vielfach zuerst die Sicherungen
an. Dadurch wird oft ein Zustand geschaffen, welcher gerade bei Drehstromanlagen
Anlaß zu größeren Schäden ist, das ist das Laufen von Motoren auf zwei Phasen. Der
Strom in den beiden restlichen Phasen reicht nicht aus, um das überlastungsrelais
zum Ansprechen zu bringen.
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Ferner ist es erwünscht, bei Antrieben z. B. von Rotationskompressoren,
Baggerwerken oder Gurtförderungen eine unverzögerte Abschaltung schon bei einem
geringen überstrom erfolgen züi lassen. Im Betrieb soll bei diesen Maschinen überhaupt
keine überlastung auftreten. Tritt sie aber auf, so liegt bestimmt eine Störung
irgendwelcher Artvor. Um diesem übelstande abzuhelfen, ist vorgeschlagen worden,
die Phasen des Verbrauchers über eine Art Ringtransformator zu führen, dessen Spulen
gleich groß bemessen sind. Die Ströme wirken gemeinsam auf den Ringkern und erzeugen
im Kern, da sie um i2o' in der Phase-versetzt sind, ein resultierendes magnetisches
Feld, welches Null ist, wenn die Ströme gleich groß sind. In einer auf denselben
Kern aufgebrachten sel,-undären Wicklung wird also keine EMK erzeugt. Das ist leider
auch der Fall, wenn die Ströme auf ein unzulässiges Maß bei gleichmäßiger überlastung
angewachsen sind.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, die Phasen über ein Spulensystem
zu führen, dessen eine Spule mit verschiedenen Amperewindungen ausgeführt ist. Hierbei
setzten sich die sekundären Spannungen in den sekundären Spulen, welche hintereinandergeschaltet
sind, zusammen und ergeben eine resultierende sekundäre Spannung, welche um so größer
ist, je größer der primäre Strom wird. Dieses Anwachsen der sekundären Spannung
bringt dann ein Relais zum Auslösen.
Die vorgeschlagenen Schutzsysteme
haben jedoch wesentliche Mängel, welche ihrer Einführung in die Praxis entgegenstehen.
Das erste System versagt vollkommen bei gleichmäßiger überlastung des Stromverbrauchers
und auch beiZ-#veiphasenlauf; daszweite führt stets einen sekundären Strom und versagt
auch bei Zweiphasenlauf.
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Die Erfindung soll diese übelstände beseitigen und die Konstruktion
einer brauchbaren Schutzvorrichtung ermöglichen. Sie vereinigt vier verschiedene
Schutzvorrichtungen in sich, und zwar i. den Schutz gegen überlastung, 2. den Schutz
gegen Kurzschluß, 3. den Schutz gegen Zweiphasenlauf und 4. den Schutz gegen
Körperschluß des Stromverbrauchers. Ferner hat das neuartige Schutzverfahren den
Vorteil, daß es entweder mit dem Auslöseschalter vereinigt werden kann odereinen
Apparat für sich allein bildet oder in Verbindung mit dem Stromverbraucher gebaut
werden kann. Es lassen sich somit die verschiedensten Kombinationen herstellen und
für jeden Verwendungszweck anpassen. Ferner sind keine empfindlichen Teile vorhanden.
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Für das neue Schutzverfahren wird die bekannte Tatsache benutzt, daß
bei gleichmäßig belastetenDrehstromverbrauchern die Summe der Stromwerte in jedem
Augenblick gleich Null ist. Wird nun jede Phase über einen Stromwandler geführt,
so wird in der sekundären Wicklung desselben eine Spannung erzeugt, welche dem Primärstrom
entspricht. Vereinigt man nun diese drei Stromwandlersysterne auf einem gemeinsamen
Magnetjoch und schaltet die sekundären Spulen hintereinander, so ist die sekundäre
EMK gleich Null, wenn die Summe aller primären Ströme gleich Null ist. Tritt nun
in irgendeiner Phase eine Störung ein, sei es durch Kurzschluß oder Windungsschluß
oder Wegbleiben einer Phase, so wird das magnetische Gleichgewicht gestört. Als
Folge davon wird in den hintereinandergeschalteten sekundären Spulen eine Rest-EMK
erzeugt, welche einen Auslösemagneten zum Sprechen bringt und so den gefährdeten
Verbraucher selbsttätig vom Netz abschaltet.
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Bei gleichmäßiger überlastung des Verbrauchers wachsen die primären
Ströme in gleichem Maße an. Infolgedessen bleibt auch die - sekundäre Spannung
gleich Null. Die Vorrichtung würde in diesem, Falle nicht ansprechen, ebenfalls
beim Wegbleiben deiner Phase, wenn der Verbraucher in Stern ohne geerdeten Nullpunkt
oder in Dreieck geschaltet ist. Durch die erfindungsgemäß verschieden starke Bemessung
des Querschnittes der Schenkel des Magnetjoches wird jedoch auch hier Wandel geschaffen.
Die primären Spulen arbeiten dann auf verschieden bemessene Jochschenkelquerschnitte
und erzeugen in jedem Schenkel, da I X w#konstant ist, eine verschieden große magnetische
Induktion. jeder einzelne Jochschenkel arbeitet somit in einem anderen Arbeitspunkt
der Magnetisierungslinie. Der Gesamtfluß 0 ist je-
doch im Normalfall
in jedem Schenkel gleich groß. Wachsen nun die primären Ströme bei gleichmäßiger
überlastung gleich an, so wird das magnetische Gleichgewicht gestört, da im kleinsten
Schenkelquerschnitt Sättigung eintritt. 0 wächst nicht in gleichem Maße wie
in den anderen Schenkeln. Es tritt daher eine sekundäre EMK auf, welche den Auslösemagneten
zum Ansprechen bringt. Das gleiche gilt für den Zweiphasenlauf.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. i eine Anordnung der Schutzvorrichtung
in Verbindung mit einem Schalter. Das dreischenklige Magnetjocha mit den verschieden
ausgeführten Schenkeln trägt die Primärspulen bl, b2 und b,3 und die
hintereinandergeschalteten sekundären Spulen cl, c. und cs. Die letzteren
sind in Reihe mit dem Auslösemagneten d geschaltet, welcher den Schalter
e zum Auslösen bringt. Der Verbraucher/, welcher in Stern oder Dreieck geschaltet
sein kann, liegt somit über die primären Spulen bl, b2 und b3 und
über den Schalter e an dem Netz.
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Schaltet man ferner parallel zur Auslösespule des Auslösemagneten
zwei Leitungen und führt die eine an eine Hilfserde H oder an den Nulleiter des
Netzes und die andere an den Körper I( des Verbrauchers, so spricht der Auslösemagnet
an, wenn der Verbraucher Körperschluß hat und eine unzulässige Berührungsspannung
führt.
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Beim Einschalten z. B. eines Motors nimmt jedoch derselbe einen erhöhten
Strom auf, den Anlaufstrom. Dieser beträgt etwa das Fünffache des Nennstromes
je nacli den Anlaufverhältnissen und der Bauart des Motors.
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Eine Schutzvorrichtung nach der Erfindung würde beim Einschalten solcher
Motoren sofort und ohne jede Verzögerung abschalten. Um nun denAnlaufvorgangzuüberbrücken,
wird durch eine besondbre Einrichtung nach Abb. 2 der mit der Auslösespule
in Reihe geschaltete Widerstand g während des Anlaufens als Vorschaltwiderstand
eingeschaltet gelassen. Ist der Anlaufvorgang beendet, welches nach einer bestimmten
Zeit der Fall sein wird, so tritt der durch die Heizwicklungh beheizte Bimetallkontakti
in Tätigkeit und schließt den Widerstandg kurz, wie in Abb.3 dargestellt ist. Nun
ist die Anlage wieder hochempfindlich -und beim Auftreten eines Fehlers zum Abschalten
bereit.