DE735661C

DE735661C - Arrangement for monitoring the current direction in an electrical circuit

Info

Publication number: DE735661C
Application number: DES133685D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hanke; Dr-Ing Egon Aufschn Huebenburg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-08-30
Filing date: 1938-08-30
Publication date: 1943-05-31

Description

Anordnung zur Überwachung der Stromrichtung in einem elektrischen Stromkreis In vielen Anlagen ist es wünschenswert, daß eine Änderung tder Stromrichtung in irgendeinem Stromkreis sofort mit Sicherheit angezeigt wird oder daß beim Auftreten einer solchen Stromrichtungsumkehr besondere Schutzeinrichtungen zur Wirkung gebracht werden. Dieser Fall liegt beispielsweise bei Stromrichtern mit gas- oder dampfgefüllten Entladungsstrecken vor;- bei denen bekanntlich eine Rückzündung stets eine Umkehr der Stromrichtung in der gestörten Anode zur Folge hat. Die Erfindung -betrifft eine Anordnung zur -Überwachung der Stromrichtung, die gegenüber den bisher für diesen Zweck bekannten mit stromrichtungsabhänggen Relais arbeitenden Einrichtungen den Vorteifi besitzt, daß sie ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet, außerordentlich einfach, dabei aber sehr empfindlich ist und vor allem leicht nachträglich in der Anlage angebracht wenden kann, ohne daß dazu eine Unterbrechung der bestehenden Stromkreise- erforderlich .ist. Die Erfindungbietet weiterhin die Möglichkeit, Stromrichtungsänderungen, die nur vorübergehend erfolgen, mit einfachen Mitteln dauernd anzuzeigen, so daß man beispielsweise bei einem Stromrichter feststellen kann, ob irgendwann vorher einmal eine vorübergehende Rückzündung aufgetreten ist.Arrangement for monitoring the current direction in an electrical Circuit In many systems it is desirable that a change in the direction of the current is indicated immediately with certainty in any circuit or that when it occurs such a reversal of the current direction brought special protective devices into effect will. This is the case, for example, with converters that are gas or steam-filled Discharge paths in front of; - where, as is well known, a flashback is always a reversal the current direction in the disturbed anode. The invention concerns an arrangement for monitoring the current direction, which compared to the previous for known for this purpose with current direction-dependent relays working devices has the advantage that it works without mechanically moving parts, extraordinary simple, but very sensitive and, above all, easy afterwards in the Attachment can turn without interrupting the existing one Circuit is required. The invention also offers the possibility of changes in the direction of current, which are only temporary, to be displayed permanently with simple means, so that you can, for example, determine with a power converter whether at some point beforehand a temporary flashback has occurred once.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung besteht darin, daß eine strom- oder spannungsempfindliche Signal- .oder Schutzeinrichtung an -die gegensinnig hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen zweier Magnetkreise mit verschiedener insbesondere durch verschieden große Luftspalte bedingter Anfangssteilheit der Kennlinie angeschlossen ist, die beide von dem Strom in .dem zu überwachenden Stromkreis erregt werden und außerdem so vormagnetisiert sind, @daß dem Stromwert Null auf den Kennlinien Arbeitspunkte :entsprechen, oberhalb deren div Kennlinien wieder mit annähernd gleicher Neigung verlaufen.- Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In Fig. i sind die beiden Magnetkreise mit i und 2 bezeichnet. Sie werden vorzugsweise mit .gleichen Abmessungen aufgebaut und unterscheiden sich nur dadurch, .daß der. Magnetkreis i völlig geschlossen ist, während der Magnetkreis a, wie durch die Fuge i2 angedeutet, einen Luftspalt besitzt. Es ist auch möglich,, den -Magnetkreis i mit einem Luftspalt zu versehen. Wichtig ist jedoch, daß die Luftspalte der beiden Magnetkreise verschieden groß sind, so daß der Anstieg -der Kennlinie in ihrem= ersten Teil für beide Magnetkreise verschiedene Steilheit erhält.The monitoring device according to the invention is that a current- or voltage-sensitive signal or protective device to the opposing directions series-connected secondary windings of two magnetic circuits with different in particular due to the initial steepness of the characteristic curve caused by air gaps of different sizes is connected, both of which are excited by the current in .the circuit to be monitored and are also premagnetized in such a way that @ the current value is zero on the characteristic curves Working points: correspond, above their div characteristics again with approximately the same Slope. The invention is to be used below with reference to the Drawings are explained in more detail. In Fig. I, the two magnetic circuits with i and 2 denotes. They are preferably built with the same dimensions and differ only in that the. Magnetic circuit i is completely closed, while the magnetic circuit a, as indicated by the joint i2, has an air gap. It is also possible to provide the magnetic circuit i with an air gap. Important is, however, that the air gaps of the two magnetic circuits are of different sizes, so that the rise of the characteristic curve in its = first part is different for both magnetic circuits Maintains steepness.

Auf den Magnetkreisen sind zunächst die Wicklungen 3 bzw. :4 angeordnet, die-in Reihe miteinander in den zu überwachenden Stromkreis .eingeschaltet werden. Weiterhin sind die Wicklungen 5 bzw. 6 vorgesehen, die für die beiden Magnetkreise eine konstante Vormagnetisierung liefern. Zu diesem Zweck sind die genannten Wicklungen durch einstellbare Widerstände 9. bzw. io an ein Hilfsgleichstromnetz ii angeschlossen. Schließlich besitzt jeder Magnetkreis noch-eine Sekundärwicklung 7 bzw. 8, und zwar sind diese Sekundärwicklungen finit entgegengesetztem-Wicklungssinn hintereinandergeschaltet. Es soll im folgenden gezeigt werden, daß an den freien Klemmen dieser in Reihe. geschalteten Sekundärwicklungen 7 und 8 nur dann eine Spannung auftritt, wenn der Strom in den Wicklungen 3 und q. sein Vorzeichen ändert, während Stromänderungen, die keinen Vorzeichenwechsel .mit sich bringen, praktisch I ohne Einfluß bleiben. Es sei an dieser Stelle gleich bemerkt, daß der Begriff Vorzeichen- i Wechsel hier keineswegs nur so aufzufassen ist, daß der Strom die absolute Nullgrenze in der einen oder der anderenRichtung durchläuft. Es sollen hier vielmehr auch diejenigen Fälle umfaßt werden, wo eine willkürlich festgesetzte, von Null verschiedene Strom- i grenze über- oder unterschritten wird. Es .sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die Er--findüng nicht darin gebunden ist, daß, wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i, zwei getrennte Magnetkerne vorgesehen sind. Man kann vielmehr die beiden Magnetkreise in .einem gemeinsamen mehrschenkligen Magnetkern vereinigen, wobei sich auch noch verschiedenartige Möglichkeiten für die Anordnung der Wicklungen ergeben.Windings 3 or: 4 are initially arranged on the magnetic circuits, which are switched on in series with one another in the circuit to be monitored. Furthermore, the windings 5 and 6 are provided for the two magnetic circuits provide a constant bias. For this purpose are the mentioned windings connected to an auxiliary direct current network ii through adjustable resistors 9. or io. Finally, each magnetic circuit also has a secondary winding 7 or 8, namely these secondary windings are connected in series with finite opposite winding directions. It should be shown in the following that at the free terminals these in series. switched secondary windings 7 and 8 only occurs when the Current in windings 3 and q. changes its sign while current changes, which do not bring about a change in sign, remain practically without any influence. It should be noted at this point that the term sign change here is by no means to be understood only in such a way that the current is the absolute zero limit in the goes through one or the other direction. Rather, they should also be here Cases are included where an arbitrarily set non-zero current i limit is exceeded or not reached. It should also be noted that the invention is not bound by the fact that, as in the embodiment according to Fig. I, two separate magnetic cores are provided. Rather, one can do both Combine magnetic circuits in a common multi-limbed magnetic core, whereby There are also various possibilities for the arrangement of the windings result.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung möge zunächst Fig. 2 betrachtet werden. In Fig. 2 sind die Magnetisierungskennlinien 01 und 02 für die beiden Magnetkreise i und a als Funktion der Durchflutung 0 aufgetragen. Durch die verschieden großen Luftspalte in den Magnetkreisen besitzen die beiden Magnetisi.erungsk ennlinien 01 und 02 firn Bereich kleinerer Durchflutungen stark voneinander abweichende Steilheiter.- Die Kennlinie 02 entspricht dabei dem größeren Luftspalt. Im $ereich hoher Sättigungen macht sich die Verschiedenheit der Luftspalte in bezug auf die Neigungen der Kennlinie dagegen praktisch nicht mehr bemerkbar.To explain the mode of operation of the arrangement according to the invention, FIG. 2 should first be considered. In FIG. 2, the magnetization characteristics 01 and 02 for the two magnetic circuits i and a are plotted as a function of the flow rate 0. Due to the different sized air gaps in the magnetic circuits, the two magnetization characteristics 01 and 02 have steepnesses that differ greatly from one another in the area of smaller flows. Characteristic 02 corresponds to the larger air gap. In the area of high saturation, on the other hand, the difference in the air gaps with respect to the slopes of the characteristic curve is practically no longer noticeable.

Durch Wahl entsprechender Vorir_agnetisierungen 0, und 02 sind die ArbeitspunkteA und B, die dem Stromwert Null in der Haupt= erregerwiclclung entsprechen, so gelegt, daß oberhalb dieser Punkte die Neigungen der Kennlinie nahezu .gleich sind. Nun wirken die beiden Sekundärwicklungen 7 und 8 infolge ihrer Gegenschaltung ebenso wie eine einzige Wicklung, die mit ider Differenz der Magnetflüsse in den beiden Magnetkreisen verkettet ist. Maßgebend für die in dem Sekundärkreis induzierte resultierende Spannung ist also der resultierende Fluß 0,= 01-0, Den Verlauf der Kurven des resultierenden Fliesses 0, i Abhängigkeit von der Durchflutung der in den zu überwachenden Stromkreis geschalteten Erregerwicklungen kann man leicht dadurch erhalten, daß man sich die beiden Magnetisicrungskennlinien so gegeneinander verschoben denkt, daß die beiden Arbeitspunkte A und B senkrecht untereinander liegen. Dann gibt der vertikale Abstand der beiden Magnetisierungslinien die jeweilige Größe des resultierenden Flusses ehr an, wobei der Nullpunkt der veränderlichen Durchflutung auf derselben vertikalen Achse liegt wie die Punkte A und B.By selecting appropriate pre-magnetizations 0 and 02, the working points A and B, which correspond to the current value zero in the main excitation winding, are set in such a way that above these points the inclinations of the characteristic are almost equal. Now the two secondary windings 7 and 8 act as a result of their counter-connection just like a single winding which is linked with the difference in the magnetic fluxes in the two magnetic circuits. With respect to the voltage induced in the secondary circuit resulting voltage is thus the resultant flow 0, = 01-0, the shape of the curves of the resulting little river 0, i dependence that of the magnetomotive force in the switched to be monitored circuit excitation windings can easily be obtained by one thinks that the two magnetization characteristics are shifted in relation to one another in such a way that the two working points A and B are perpendicular to one another. Then, the vertical opening gap A of the two magnetization lines, the respective size of the resulting flow of ore, wherein the null point of the variable flux on the same vertical axis located as the points A and B.

In Fig. 2 ist die Kurve 0, unter der Voraussetzung eingetragen, daß der Nullpunkt der veränderlichen Durchflutung um den Wert 0l gegenüber der -Ordinatenachse nach rechts verschoben ist. Man erkennt, daß bei Strömen oberhalb dieses Nullpunktes, der mit C bezeichnet ist, der resultierende Fluß auf einem geringen positiven Wert nahezu konstant bleibt. Unterschreitet jedoch der Strom den Nullpunkt C, ändert sich also glas Vorzeichen, so erreicht der- F1uß 0, rasch einen ziemlich .großen negativen Wert, um bei weiterem Wiederanwachsen des Stromes in der umgekehrten Richtung dann wieder kleiner zu werden.In Fig. 2, the curve 0 is entered, provided that the zero point of the variable flow around the value 0l compared to the ordinate axis is shifted to the right. It can be seen that with currents above this zero point, which is labeled C, the resulting flux is at a small positive value remains almost constant. However, if the current falls below zero point C, changes If the sign changes, the footprint quickly reaches a fairly large one negative value in order to increase the current again in the opposite direction then to get smaller again.

Stromänderungen, bei denen sich die Richtung des Stromes nicht ändert, rufen also keine nennenswerte Änderung des finit dem Sekundärkreis verketteten resultierenden Flusses hervor, während bei der Stromrichtungsumkehr sofort eine beträchtliche Flußänderung in Erscheinung tritt, die eine entsprechende induzierte Spannung in dem Sekundärkreis zur Folge hat. In Fig. 3 sind diese Verhältnisse kurvenmäßig dargestellt, wobei vor4usgesetzt ist; däß sich der Ström in der zu überwachenden Leitung mit konstanter Geschwindigkeit durch Null hindurch nach negativen Werten ändert. .Oben ist die Kurve des resultierenden Flusses 0,. in Abhängigkeit von dem Strom T aufgetragen, wobei der Einfachheit :halber angenommen : st, daß der Fluß 0,: bei positiven Werten des Stromes T etwa gleich Null ist. Der Nullpunkt für die Stromänderung ist wiederum durch den Punkt .C dargestellt. Ändert sich also, von dem Pu kt C ausgehend, der Strom J nach links, .so wird die gesamte negative Welle des Flusses 0,. durchlaufen. Die untere Kurve stellt die Sekundärspannung es - d0,.Current changes, in which the direction of the current does not change, thus do not call any noteworthy change in the resulting finitely chained to the secondary circuit Flux emerges, while with the reversal of the direction of current immediately a considerable change in flux appears that a corresponding induced voltage in the secondary circuit has the consequence. In Fig. 3 these relationships are shown as a curve, whereby is required; that the flow in the line to be monitored is constant Speed changes through zero to negative values. . Above is the Curve of the resulting flow 0 ,. plotted as a function of the current T, where for the sake of simplicity: it is assumed that the flow 0 ,: for positive values of the current T is approximately zero. The zero point for the change in current is again represented by the point .C. So, starting from point C, the Current J to the left, .so the total negative wave of the river becomes 0. run through. The lower curve represents the secondary voltage es - d0 ,.

dt dar: Sie gilt, wie oben erwähnt, nur unter der Voraussetzung, daß sich der Strom linear mit der Zeit ändert. Man, erkennt, idäß, sobald der Strom den Wert Null unterschritten hat, sofort ein starker Spannungsstoß entsteht, der rasch wieder absinkt, seine Richtung umkehrt und dann allmählich verschwindet. Die Größe der von dieser Spannungskurve umschlossenen Fläche ist ein für allemal unabhängig von der Änderungsgeschlvindigket des Stronies durch die Abmessungen der Magnetkreise festgelegt.dt: It applies, as mentioned above, only under the condition that the current changes linearly with time. One recognizes, accordingly, as soon as the current has fallen below the value zero, a strong voltage surge occurs immediately, which quickly falls again, reverses its direction and then gradually disappears. the The size of the area enclosed by this voltage curve is independent once and for all from the speed of change of the Stronies through the dimensions of the magnetic circuits set.

Selbstverständlich sind die in Fig: 2 und 3 dargestellten Kurven nur als Beispiele zu werten, . da es ohne weiteres möglich ist, durch Wahl -ianderer elektrischer und magnetischer Verhältnisse andere Kurvenformen ,zu erzielen und auf diese Weise die Änderungen den jeweilig vorliegenden Verhältnissen anzupassen. -Wenn es sich darum handelt, eine nur vorübergehende Stromrichtungsumkehr bleibend anzuzeigen, so kann die Schaltung so ausgebildet werden, wie das im rechten Teil von Fig. i .dargestellt ist. Dort dient als Anzeigeinstrument eine Glimmlampe 15, die über einen-Gleichrichter 16 nebst den dazugehörigen Glättungseinrichtungen aus dem Transformator 17 gespeist wird. Parallel zu der Glimmlampe 15 liegt- eine Abschmelzsicherung 1q., die über einen Kondensator 13 mit dem Sekundärkreis der beiden Magnetkreise i' Lind 2 in Verbindung" steht. Tritt jetzt infolge einer Stromrichtungsänderung in. den Wickhingen 3- und 4. in dem Sekundärkreis ein Spannungsstoß auf; so bringt dieser die Sicherung 1q. zum Dturchsghmelzen.: Der - Kurz-;schluß für die Glimmlampe wird dadurch aufgehoben, und diese wird gezündet. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen SchutzanQrdnung zur Anzeige von Rückzündungen für Stromrichter. wird man vorteilhaft jeder Anode eine besondere Anzeigeeinrichtung zuordnen. Man erkennt dann beim Auftreten einer Rückzündung sofort, in welcher Anode ,die Störung liegt, so daß man nicht erst lange nach der Störung zu suchen braucht. Vielfach treten bei Stromrichtern auch Rückzündungen auf, die sich nicht voll entwickeln, die aber immerhin schon auf eine künftige Störung hindeuten können. Auch diese unvollständigen Rückzündungen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung sofort bleibend angezeigt, so .daß man rechtzeitig entsprechende Vorsorge gegen eine weitere Störung treffen kann. Wenn man die Magnetkreise geteilt ausführt und sie so bemißt, daß der zu überwachende Leiter lediglich durch Glas Fenster hindurchgeführt zu werden braucht, so ist es möglich, die erfindungsgemäße Anordnung nachträglich in jede Anläge einzubauen, ohne diese dabei außer Betrieb zu setzen. -Eine weitere Möglichkeit, die Erfindung zur Anzeige von Rückzündungen zu benutzen, besteht darin, jeder Anode eine Funkenelektrode zuznördnen, die gemeinsam mit den anderen auf ,eine synchron mit der Wechselspannung bewegte, zur Registrierung von Funkenüberschlägen geeignete Elektrodenflache einwirkt. Wird die Schaltung so gewählt, daß jeder Spannungsstoß in der Sekundärwicklung der Magnetkreise einen Funkenüberschlag in der zugehörigen Funkenelektrode zur Folge hat, so kam! man ohne weiteres aus der Lage -der Überschläge auf der bewegten Elektrodenfläche feststellen, in welchem Zeitmoment innerhalb einer Periode,die Störung aufgetreten ist. Im einfachsten Falle wird man die den Anoden zugeordneten Funkenelektroden auf verschiedenen konzentrischen Kreisen unter den Phasenwinkeln entsprechenden Zentriwinkeln anordnen. Die flächenförmige Gegenelektrode wird dabei- als rotierende Kreisscheibe ausgebildet. Ihre Oberfläche kann mit Ruß geschwärzt oder sonst in geeigneter _ Weise zur Sichtbarmachung von Funkenüberschlägen behandelt -sein.Of course, the curves shown in Figures 2 and 3 are only to be regarded as examples. since it is easily possible by choosing -ianderer electrical and magnetic conditions to achieve other waveforms, and in this way to adapt the changes to the prevailing circumstances. -If it is a question of a temporary reversal of the current direction the circuit can be designed like the one on the right of Fig. i .shown. A glow lamp 15 serves as a display instrument there, via a rectifier 16 along with the associated smoothing devices the transformer 17 is fed. A fuse is located parallel to the glow lamp 15 1q., Which via a capacitor 13 to the secondary circuit of the two magnetic circuits i 'Lind 2 "is connected. Now occurs as a result of a change in the direction of the current in. the Wickhingen 3 and 4 a voltage surge in the secondary circuit; so brings this the fuse 1q. zum Dturchsghmelzen .: The short circuit for the glow lamp is thereby canceled and this is ignited. When using the invention Protection arrangement for displaying reignitions for converters. one becomes advantageous assign a special display device to each anode. One recognizes then when it occurs a re-ignition immediately, in which anode, the disturbance lies, so that one does not takes a long time to look for the fault. Often occur with power converters also backfires that do not develop fully, but at least they do indicate a future disruption. This incomplete re-ignition too are displayed immediately and permanently by the arrangement according to the invention, so that one can take appropriate precautions against further disruptions in good time. if the magnetic circuits are divided and dimensioned in such a way that the one to be monitored Ladder only needs to be passed through glass windows, so it is possible to retrofit the arrangement according to the invention in any system, without putting them out of operation. -Another way the invention Using a spark electrode for each anode to indicate reignition zuznördnen, which together with the other on, one in sync with the alternating voltage Moving electrode surface suitable for registering arcing acts. If the circuit is chosen so that any voltage surge in the secondary winding of the Magnetic circuits result in a sparkover in the associated spark electrode has so came! one can easily find out from the position of the flashovers on the moving electrode surface determine at what point in time within a period the fault occurred is. In the simplest case, the spark electrodes assigned to the anodes are used on different concentric circles under the corresponding phase angles Arrange central angles. The flat counter-electrode is called a rotating one Circular disk formed. Their surface can be blackened with soot or otherwise in _ be treated in a suitable way to make flashovers visible.

Die zur Erzielung des Funkenüberschlages erforderlichen hohen Spannungsstöße können dadurch erzeugt werden, daß auf der Primärseite eines Transformators ein Gas= oder Dampfentladungsrohr angeordnet wird, welches durch .den von den Magnetkreisen gelieferten -sekundären Spannungsimputs gezündet wird. Der scharfe Einschaltstoß bei der Zündung der Röhre liefert dann auf der Sekundärseite des Transformators einen sehr steilen Spannungsanstieg.The high voltage surges required to achieve the sparkover can be generated by placing a on the primary side of a transformer Gas = or vapor discharge tube is arranged, which through .den of the magnetic circuits The secondary voltage input supplied is ignited. The sharp inrush when the tube is ignited then supplies to the secondary side of the transformer a very steep increase in voltage.

-Wie schon erwähnt, ist die Anzeige von Rückzündungen bei Stromrichtern nür ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung. Sie kann jauch in allen anderen Fällen Anwendung finden, wo es sich darum handelt, Signal- -.und Schutzeinrichtungen durch Stromrichtungsänderungen zur Auslösung zu bringen. So kann man beispielsweise den von den Magnetkreisen gelieferten sekundären Spannungsimpuls auch zuf Auslösung eines Rückstromschalters benutzen, beispielsweise in der Art, @daß durch diesen Spannungsimpuls das Haltemagnetfeld des Schalters vorübergehend aufgehoben wird.-As already mentioned, the display of backfires is on converters only one preferred field of application of the invention. She can rejoice in everyone else In cases where it is a question of signaling and protective devices by Bring current direction changes to trigger. For example, you can use the Secondary voltage pulse supplied by the magnetic circuits also for tripping use a reverse current switch, for example in the manner @ that through this Voltage pulse the holding magnetic field of the switch is temporarily canceled.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Arrangement for monitoring the current direction in one. electrical circuit, preferably in the anode lines of power converters, characterized in that a .strom- or voltage-sensitive signal or Protective device on the secondary winding units connected in series in opposite directions two magnetic circuits with different air gaps, in particular due to air gaps of different sizes conditional initial steepness of the characteristic is connected, both of the current are excited in the zri monitoring circuit and also premagnetized in this way are that your current value corresponds to zero on the characteristics operating points, above whose characteristic curve again runs with approximately the same slope.

2. Arrangement according to claim r, characterized in that .that as a signaling device for the display After a reversal of the current direction, one fed from an auxiliary DC source Glow lamp is used to -the one via .ein capacitor to the secondary circuit of the Fuse connected to the magnetic circuits is connected in parallel.

3. Arrangement according to Claim 2, characterized in that in .der use for display Backfires of a converter each anode a special display device assigned. -4. Arrangement according to claim z for displaying backfires in converters, characterized in that spark electrodes are assigned to the individual anodes, those when a signal voltage occurs in the secondary circuit of the associated magnetic circuits a voltage pulse is supplied, the flashover after a synchronous with the Alternating voltage moving, in particular revolving, registering the flashover Electrode surface leads, and that the individual electrodes, preferably on concentric Circles, so offset from one another are arranged that the position of the sparkover shows on the moving electrode in which anode: the re-ignition took place, as well as in what time within a period it occurred.