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Schutzeinrichtung für Stromwandler Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung
für Stromwandler, die das Auftreten von Überspannungen verhindern soll. Ein Stromwandler
ist normalerweise auf der Sekundärseite praktisch kurzgeschlossen. Die Sekundärspannung
ist nur so groß, wie erfö.rderlich ist, um den jeweiligen Strom durch die verhältnismäßig
kleinen Widerstände des Sekundärkreises zu treiben. Wenn z. B. durch Beschädigung
oder andere unbeabsichtigte Unterbrechung der Sektmdärkneis offen ist, so treten
an den Klemmen des Stromwandlers sehr hohe Spannungen auf, da jetzt der Primärstrom
allein auf den Eisenkern magnetisierend einwirkt. Mit diesen hohen Spannungen kann
die Isolation des Wandlers zerstört werden.
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Zum Schutz von Stromwandlern hat man der Sekundärseite Widerstände
parallel geschaltet, die bewirken, daß auch für den Fall einer Störung die Sekundärspannung
verhältnismäßig klein bleibt. E,s ist auch bekannt, Schaltvorrichtungen anzuordnen,
durch die beim Öffnen des Sekundärkreises dieser kurzgeschlossen wird oder die einen
Widertand, der der üblichen Belastung entspricht, einschalten.
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Erfindungsgemäß ist die Schutzeinrichtung für Stromwandler mit einem
der Sekundärseite parallel geschalteten Widerstand mit nichtlinearer Stroms.pannungscharakteristik
so ausgeführt, daß dem den eigentlichen Schutz des Stromwandlers, bildenden Widerstand
eine entsprechend dem in dem Widerstand fließenden Strom wirksame Schaltvorrichtung
zur Vermeidung unzulässiger Erwärmung des Widerstandes zugeordnet ist.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Schutzeinrichtung für den
Stromwandler nur geringe Ausmaße und ein geringes Gewicht aufweist. Die Schutzvorrichtung
spricht, da sie rein @elektrisch arbeitet, urverzögert an. Der Wandlersichutz ist
unabhängig von dem richtigen Arbeiten irgendwelcher Schaltvorrichtungen. .Selbst
wenn sehr beträchtliche Überlastungen auftreten und für den Fall, daß auch die Schaltvorrichtung
versagen sollte, ist immer noch nicht der Wandler gefährdet, sondern zunächst nur
das billige und
leicht ersetzbare, den Wandlerschutz unmittelbar
bewirkende Widerstandselement.
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Der Widerstand setzt sich aus zwei in beiden Seiten eines metallischen
Tragkörpers angeordneten Scheiben zusammen, und durch eine von der im Innern dieser
Anordnung herrschenden Temperatur beeinflußte Schaltvorrichtung wird ein Momentschalter
betätigt, der den Widerstand bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur kurzschließt.
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In der Zeichnung gibt Fig. i eine Ansicht wieder; Mg. 2 ist Bein Schnitt
entlang der .Linie 2-2 von Fig. i, gesehen in Rüchtung der eingezeichneten Pfeile;
Fig.3 ist eine perspektivische Ansicht eines Tragorgans; Fig.4 ist ein Schnitt des
rechten Endes vom unteren Teil des in Fig.3 gezeigten Tragorgans entlang der Linie,
4-4 der Fig. 2, und Fig. 5 -neigt die Schaltung der Schutzeinrichtung.
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Gemäß Fig. 5 besteht der Stromwandler i i aus der Primär%vicklung
12 und der Sekundärwicklung 13, an deren Ausgangsklemmen 14 ein Sitrommesser oder
der Strompfad eines Leistungsmessers, ein Relais oder irgendeine andere vom Strom
beeinflußte Einrichtung angeschlossen ist. Um die Wicklung 13 vor Überspannungen
zu schützen, ist ein Widerstand 15 mit nichtlinearer Sitromspannungscharakteristik
parallel zu der Sekundärwicklung 13 angeschlossen. Um eine Beschädigung oder Zerstörung
des Widerstandes 15 durch zu starke Erivärm:ung zu vermeiden, ist ein temperaturempfindlicher
Schalter 16 angeordnet. Die. Teile der Schutzeinrichtung sind auf einem Metallteil
17 gelagert, und die ganze Einrichtung ist wiederum an einem eine nichtleitende
Platte 18 enthaltenden Rahmen befestigt.
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Der Widerstand 15 enthält zwei Scheiben 19 und 2o, die zu beiden Seihen
der Platte 2 i des Teils 17 befestigt sind. Die Scheiben ig und 2o bestehen
aus einem Widerstandsmaterial, dessen Widerstandswert mit steigender Spannung wesentlich
sinkt. Zu diesem Zweck kann ein Widerstandsmaterial mit einer hyperbolischen Widerstandscharakteristik
verwendet werden. Mathematisch ausgedrückt ergibt sich diese Charakteristik durch
Rla=C (i) ,was auch umgeformt w .erden kann zu
oder I= I<#Ev (3)
Dabei drücken R, I und E Widerstand, Strom und
Spannung aus, während a, C, I\' und b
Konstanten sind, deren Wert vom
.der Charakteristik des Materials abhängt. Ein derartiges Material ist bekannt und
kann so hergestellt oder behandelt werden, daß der Exponent a nahezu 1, z. B.
o,g, beträgt. Dadurch wird der Exponent b sehr groß und gestattet einen erheblichen
Anstieg des Stromes bei geringer Spannungserhöhung. Vorzugsweise besteht das zur
Anfertigung der Scheiben 18 und i g verwendete Material aus einer Mischung von S,iliciumcarbid
und Kohlenstoff, die durch ein entsprechendes Bindemittel vereinigt sind, oder von
S,:liciumcarbid und einem anderen Material, z. B. Wolfram und Molybdän u. dgl. Ein
gut zu verwendendes Material ist unter dem Namen Thyrite bekannt. Es ist jedoch
auch irgendein anderes :Material mit nichtlinearer Widerstandsstromicharakte.ristik
anwendbar. Die Oberflächen der Scheiben i g und 2o sind z. B. durch Aufspritzen
von Kupfer metallisiert. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Leitfähigkeit sowohl
hinsichtlich des Stromes als auch der Wärme.
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Die beiden Scheiben ig und 2o werden mit der metallischen Kontaktplatte
2 i mittels der Kontaktplatten 22 und 23 durch den Bolzen 24 verbunden, der gleichzeitig
dazu dienest kann, den Widerstand an, der Isolierplatte i 8 zu befestigen. Eine
Isolierbuchse 25 dient dazu, den Bolzen 24, die Platte 21 und die inneren Flächen
i g und 2o voneinander zu isolieren. Eine isolierende Elektrode 26 kann zwischen
der Platte 18 und der Kontaktscheibe 22 angeordnet sein.
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Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist in der Platte 21 eine Nut 27 vorgesehen,
in der ein Bimetallstreifen 28 untergebracht ist. Dieser Bimetallstreifen besteht
aus zwei Bändern verschiedener Stoffe mit verschiedenem Temperaturko,effizienten,
z. B. aus Messing und Invar oder einer Nickel-Chrom-Legierung und Invar. Wie aus
den Fig. i und 2 hervorgeht, befindet sich der größere Teil des Bimetallstreifens
28 innerhalb des Widerstandes 15 zwi.sChen den beiden Scheiben i9 und 20 Durch das
vorstehende freie Ende 29 kann ein Kurzschließerko.ntakt 16 betätigt werden.
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Am unteren Ende der Platte 17 ist ein waagerecht verlaufender Tei13o
angeordnet, an dessen Vorderseite ein Schalter befestigt ist, der in einem Gehäuse
3 i untergebracht ist und einen Betätigungsstift 32 enthält, der durch die Wand
des Gehäuses ragt und an dem freien Ende 29 des Bimetalls.treifens 28 anliegt. Es
wird vorzugsweise ein mit Momentwirkung arbeitender Schalter verwendet, der schon
bei einer geringen Verschieibung des freien Endes i9 des Bimetallstreifens 28 eine
Öffnung oder Schließung des Stromkreises vornimmt. So kann z. B. @ ei:n an sich
bekannter Schalter verwendet werden. bei dem eine E-förmige Metallfeder an ihrem
Jochstück
einen beweglichen Kontakt trägt, wobei: die Schenkel mit
ihren, offenen Enden starr an dem festen Teil der Schalteinrichtung biefestigt .sind.
Die beiden äußeren Arme, 33 (Fig.2) sind gebogen und in einer anderen Ebene vom
Mittelarm 34 gelagert, so daß ein leichter Druck und Bewegung gegen den Mittelarm
34 in der Nähe :seiner 1,#agersfielle bewirkt, daß das Joch von der einen in. die
andere Stellung überspringt. .Der feste Kontakt ist gegenüber dem am Joch der E-förmigen
Feder befindlichen beweglichen Kontakt angebracht. Zwecks Isolierung ist der Stift
32 in dem Isolierflansch 35 gelagert. Damit ist bei einer derartigen Schaltvorrichtung
bereits eine äußerst geringe Lagenveränderung des freien Endes 29 dies Bimetallstreitens
28 zur Betätigung des Schalters ausreichend. .
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Die Lage des Schaltergehäuses 31 zum, Bimetallstreiden 29 bei einer
gegebenen Temperatur bestimmt diejenige Temperatur des Widerstandes 15, bei: der
eine Betätigung des Schalters 16 erfolgt. Der Schalter 16 ist einstellbar so gelagert,
daß. die Verstellungen leicht vorgenommen werden können. Hierzu ist das untere Ende
des Gestells. 3o gemäß Fig.3 so ausgeführt, daß es eine verhältnismäßig kräftige
Feder mit den Armen 36 und 37 darstellt. Dien Arme können leicht verstellt lverden;
eine Eigenverstellung ist aber nicht möglich. Der Schalter ist auf denn vorderen
Arm 36 befestigt. Die Einstellung erfolgt mittels der Schrauben 39 und 40.- Die
Schraube 39 geht- durch ein Loch des Armes 37 und greift in ein Gewinde des Armes
36 ein. Die Schraube 40 wird durch ein Gewinde des Armes 3 7 geführt und tritt in
ein Loch des. Armes 36. Mittels der Schraube 39 kann der Arm 36 gegen den: Arm 37
gezogen werden, wodurch bewirkt wird, daß die Schalterbetätigung bei: einer geringeren
Temperatur stattfindet. Mittels einer auf der Schraube 40, sitzenden Mutter 41,
die gegen den Arm 36 drückt, können die Arme 36 und 37 voneinander entfernt werden,
was auch eine Vergrößerung des Abstandes des Schalters 16 vom Bimetallstreifen 28
bewirkt, so daß hierdurch erst bei einer höheren, vom Widerstand entwickelten Temperatureine
Schalterbetätigung erfolgt. Es, ist klar, daß bei der Anordnung von zwei Einstellmitteln
39 und 40,eine gelöst werden muß, wenn die andere betätigt wird, und daß nach, erfolgter
Einstellung das andere Einstellmittel festgelegt werden muß, um eine Änderung zu
vermeiden. Wenn. z. B. die Arme 36 und 37 mittels der Schraube 39 zusammengezogen
werden sollen, so muß hinterher die Mutter 41. gegen den Arm 36 gedreht werden,
damit sich an der Einstellung nichts ändert. Der BimetallstreHen 28 ist mittels
des Nietes 42 in der Nut 27 befestigt. Das obere Ende ist noch mit der Platte 21
verlötet oder verschweißt.
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In Fig. 5 ist die Schaltanordnung lediglich schematisch wiedergegeben,
so. daß der Bimetallstreifen 28 ,nicht unmittelbar zur Kont a 'ktg abe dient, sondern
auf einen Schalter einwirken. muß.
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Die Wirkungsvmise der Vorrichtung gestaltet sich wie folgt: Für den
Fall, daß der Stromwandler i r erregt wird -oder erregt bleibt, nachdem eine Bürde
von den Klemmen 14 entfernt ist, wird die Spannung an der Wicklung 13 steigen. Dadurch
wird der Strom, der durch den Widerstand 15 geht, erhöht. Der Stromkreis verläuft
dabei von der Wicklung 13 über den Leiber 43, den Bolzen 24, Kontaktplatten 22,
23, parallel ge,sichaltete Scheiben i.9 und 2o, Platte a i, Klemm@enbolzen 44, Leiter
45 zum anderen Pol der Wicklung 13. Der durch die Scheiben 19, 2o fließende Strom
hat eine Erwärmung zur Folge, gemäß der der B'imetallstreifen 28 ausschlägt, dabei
auf den Stift 32 trifft und Schließung des Schalters 16 liew@rkt. @ D,er Widerstand
ist darmkurzgeschlossen idurch einen Parallelkreis, der durch den Klemm;enbolven
24, Leiter 46, Schalter 16, Leiter 47, Klemme 44 .(Fig.2) gebildet wird. Nach dem
Kurzschließen des Widerstandes kann. sich dieser abkühlen; der Schalter 16 öffnet
sich wieder und bleibt offen, bis die Spannung an den Enden der Wicklung 13 wiederum
unzulässige Werte .hat und der Schalter zum Schutz des Widerstandes erneut geschlossen
wird. Falls die Bürde abgetrennt bleibt, setzt sich das Öffnen und Schließen des
Schalters 16 fort, wobei die Schließzeit lang genug ist, um zu vermeiden, daß die
Temperatur der Scheiben i9 und 2o unzulässige Werte erreicht.