DE849271C

DE849271C - Elektromagnetisches Geraet, insbesondere als Ansprechzaehler fuer den Nachstrom bei UEberspannungsableitern

Info

Publication number: DE849271C
Application number: DEL3495D
Authority: DE
Inventors: Paul Fehr
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1944-11-30
Filing date: 1945-03-02
Publication date: 1952-09-11
Also published as: GB619765A; FR916762A; CH242730A; NL63711C

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Gerät, welches sich im wesentlichen dadurch auszeichnet, daß mittels verschiedener magnetischer Sättigung einzelner Flußpfade Stromimpulse von verschiedenem Zeit- und Intensitätsverlauf getrennt erfaßbar sind. Das Gerät soll also z.B. Stromstöße von kurzer Dauer und hoher Intensität und solche von längerer Dauer und kleiner Intensität getrennt feststellen können.

Das Gerät kann vorzugsweise bei sogenannten Ansprechzählern, d. h. Apparaten Verwendung finden, die zur zahlenmäßigen Feststellung der Beanspruchungen ve η Überspannungsableitem durch Übsrspannungen auf Freileitungen dienen. In Verbindung mit solchen Ansprechzählern hat das Gerät die Aufgabe, nach erfolgter Ableitung der Überspannung jedes Auftreten eines nachfließenden Netzstromes auf ein Zählwerk zu übertragen.

Die Zeichnung veranschaulicht den Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel, welches zur Verwendung für Ansprechzähler dient.

Fig. ι zeigt die schaltungsmäßige Verbindung des Gerätes mit einem Ansprechzähler;

Fig. 2 zeigt unmaßstäblich den Verlauf eines Überspannungsstiomstoßes J₅ und des nachfließenden Netzstromes /„; Fig. 3 zeigt ein weiteres Diagramm;

Fig. 4 stellt das' Gerät in schaubildlicher Ansicht dar, und

Fig. 5 ist ein weiteres Diagramm. Gemäß dem zu erläuternden Beispiel ist das den Gegenstand vorliegender Erfindung betreffende Ge rät ι in einen Ansprechzähler 2 (Fig. i) für Überspannungen eingebaut und ist mechanisch mit einem besonderen Zählwerk 3 verbunden, welches nach erfolgter Ableitung der Überspannung den nachfließenden Netzstrom, kurz Nachstrom genannt, anzeigt. Dieses Zählwerk 3 wird durch das elektromagnetische Gerät gemäß der Erfindung, welches vom Nachstrom durchflossen und im folgenden mit Nachstromrelais bezeichnet wird, jeweils um eine Zahleneinheit fortgeschaltet; es zählt somit laufend die Anzahl der in Verbindung mit Überspannungen auftretenden Nachströme.

Im Ansprechzähler 2 ist das erfindungsgemäße Relais ι parallel zum spannungsabhängigen Widerstand 4 geschaltet, welcher vom Überspannungsstromstoß /j durchflossen wird. Ebenfalls parallel zum Widerstand 4 liegt der Heizwiderstand 5, der mit den* Zählwerken 6 zur stoßzählenden Seite des Ansprechzählers gehört. Mit 7 ist der Ableiter und mit 8 der Netzleiter bezeichnet.

Die einwandfreie Zählung des Nachstromes bedingt, daß das Nachstromrelais 1 die Bedingungen erfüllt, bei Ableitung eines Stromstoßes infolge einer Überspannung nicht anzusprechen, hingegen bei einem nachfließenden Netzstrom eine Zählung auf dem ihm zugeordneten Zählwerk 3 zu bewirken. Das Nachstromrelais 1 muß somit den Nachstrom /„ vom Stoßstrom J_s (Fig. 2) getrennt erfassen können. Während der Ableitung eines Überspannungsstromstoßes verläuft der Strom i„ im Relais 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3 oben. Er erreicht einen Scheitelwert von einigen hundert Ampere (etwa 200 bis 300 A) während einer Zeitdauer τ₅ von meist weniger als 2 m/sec.

Nach Abklingen des Stoßstromes J₅ (Fig. 2 und 3) fließt infolge der Netzspannung ein Nachstrom J_n durch den Ableiter 7 nach Erde. Der Höchstwert des Nachstromes wird durch den Ableiter 7 begrenzt und beträgt bei neueren Ausführungen etwa ΐσ bis 120 A. Im Ansprechzähler ist nun die Impedanz des Relaiskreises so gewählt, daß praktisch der gesamte Nachstrom /„ über das Nachstromrelais 1 nach Erde fließt. Es ist also /„ ^ i„. Die maximale Dauer des Nachstromes /„ beträgt r„ = ¹J₃ Periode (Fig. 2). Das elektromagnetische Gerät bzw. Relais 1 (Fig. 1), welches zur Zählung der Nachströme dient, ist in der Fig. 4 im einzelnen dargestellt.

Das Relais 1 besteht aus einem dreischenkligen lameliierten Eisenkern, wobei der Querschnitt des Schenkels 9 gegenüber denjenigen der Schenkel 10 und 11 wesentlich kleiner ist. Der mittlere Schenkel 10 weist einen Lagerpunkt io₀ für einen Schwinganker 12 auf und trägt zugleich die Spule 13. Der Ankerquerschnitt ist auf der Seite des großen Schenkelquerschnittes 11 wesentlich größer, etwa doppelt so groß als auf der andern Seite des Lagerpunktes io₀. Dies kann in konstruktiv einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, daß bei durchgehend gleichem Querschnitt des Ankerstückes 12 selbst auf der betreffenden Ankerseite der eine Schenkel eines U-förmigen Eisens am Anker 12, z. B. durch Vernietung, befestigt ist. Am andern Schenkel dieses U-Eisens greift dann die Ankerfeder 15 an, die bestrebt ist, den Anker 12 stets gegen einen auf der andern Seite angeordneten verstellbaren Anschlag 16 anzudrücken, der zur Verstellung des dortseitigen Luftspaltes L₁ dient. Auf der Seite· des dünnen Ankerquerschnittes ist an einem mit dem Anker 12 fest verbundenen Winkel 17 ein Auslösestift 18 angeordnet, mit welchem nach Anziehen des Ankers das Zählwerk 3 (Fig. 1) freigegeben wird.

Der Luftspalt L₂ auf der Seite des großen Eisenquerschnittes kann durch Verschieben und Feststellen mittels der Schraube 19 verändert werden.

Die Arbeits- und Wirkungsweise des Relais 1 sei nachstehend wie folgt erläutert: Wird das Relais erregt, so wird der gesamte magnetische Fluß θ im Schenkel 10 in zwei Flüsse O₁ und Q₂ geteilt, die durch die Schenkel 9 bzw. 11 fließen. Der Luftspalt L₁ wird gegenüber dem Luftspalt L₂ klein eingestellt.

Bei steigender Erregung wird infolge des kleineren magnetischen Widerstandes des Flußpfades 9 beinahe der ganze erzeugte Fluß θ über den dünneren Ankerteil fließen, und zwar so lange, bis das Eisen 9 gesättigt ist. Ist dieser Zustand erreicht, so wächst von nun an bei fortschreitender Erregung der Fluß Q₂ an, der jedoch infolge des großen Luftspaltes L₂ und des großen Eisenquerschnittes im Schenkel 11 und Anker 12 nur bei sehr hoher Erregung dem Sättigungszustande zustreben kann.

Die Flüsse Q₁ und Q₂ erzeugen die Zugkräfte P₁ bzw. p_%, die entgegengesetzte Momente um den Lagerpunkt io_a des Ankers bilden. Die Zugkraft p_x wächst bis zu einem Höchstwert, dei bei Sättigung im Sehen- ioo kel 9 erreicht wird, während die Zugkraft p₂ auf ein Mehrfaches vom P₁ anwachsen kann.

Durch Ändern des Luftspaltes L₂ ist die Möglichkeit gegeben, die Zugkraft p₂ langsamer oder rascher gegenüber der Zugkraft p_x anwachsen zu lassen.

Die Größe der maximalen Zugkraft p_x wird so gewählt, daß sie dem Anker eine Laufzeit zu geben vermag, die etwas kleiner ist als die kürzeste Zeitdauer von etwa 2 m/sec des noch zu zählenden Nachstromes. UO

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Relais sei zunächst diejenige Hälfte betrachtet, die von O₁ durchflossen wird. Wird das Relais sehr kurzzeitig :rregt, z. B. durch einen Überspannungsstoß, so daß die Stromdauer bedeutend kürzer ist als die Laufzeit des Ankers, so erhält die rechte Seite des Ankers unter Wirkung der Kraft P₁ einen Impuls J₁, dessen röße von der Kraft p_x und der Zeit τ, während welcher diese gewirkt hat, abhängt. Der Impuls J₁ ist somit gleich dem Integral der Kraft p_x über die Zeit τ.

Dem Impuls J₁ entgegen wirkt die Zugfeder 15 (Fig. 4), so daß für den Ankerweg L₁, bei welchem eine Auslösung des Zählwerkes 3 stattfindet, der Impuls J₁ einen bestimmten Minimalwert erreichen muß.

Derselbe Vorgang spielt sich nun auf der vom

Fluß O₂ durchflossenen Hälfte ab, nur mit dem Unterschied, daß der entsprechende Impuls J₂, der durch die Kraft p₂ erzeugt wird, dem Impuls J₁ entgegenwirkt. Das Kippen des Ankers 12 nach rechts oder nach links bzw. das Stillstehen am Anschlag 16 ist durch den resultierenden Impuls J_R aus J₁ und J₂ bedingt. Die Funktion des Relais ist somit durch die allgemeine Beziehung

_T _τ

Jr= J1-J2= fpidt— Jp₂dt

H H

charakterisiert.

Das Verhalten des Relais 1 bei einem überspannungsstoßstrom ist nun so, daß der Relaisstrom i„ hierbei hohe Werte (von einigen hundert Ampere) erreicht, aber von verhältnismäßig kurzer Dauer ist (meist kleiner als 2 m/sec). In Fig. 3 ist der Strom i„ dargestellt, und aus dem unteren Teil des Diagrammes ist zu ersehen, daß die Summe der (positiven) Impulse J₁, die während der Zeiten T₁ und T₃ zur Wirkung kommen, bedeutend kleiner ist als die Summe der (negativen) Impulse J₂, die während der Zeit T₂ zur Wirkung kommen. In diesem Fall wird der Anker 12 des Relais 1 gegen den Anschlag 16 angedrückt, und es erfolgt keine Auslösung des Zählwerkes 3.

Bei einem Nachstrom ist das Verhalten des Relais 1 hingegen so, daß bei geeigneter Wahl des Luftspaltes L₂ entsprechend den in der Praxis auftretenden Nachströmen von z. B. 10 bis 120 A die Kraft p₂ im Vergleich zu der Kraft p_x klein ist. Da nun aber die Zeit τ, während welcher die Kraft P₁ wirkt, verhältnismäßig groß ist und etwa 3 bis 4 m/sec beträgt, überwiegt die Summe der Impulsgrößen J₁ die Summe der Impulsgrößen J₂, wie dies in Fig. 5 im Gegensatz zu Fig. 3 zum Ausdruck gebracht ist, so daß der Anker 12 auf die Seite des Schenkels 9 angezogen und damit durch den Stift 18 das Zählwerk 3 (Fig. 1) um einen Schritt weitergeschaltet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektromagnetisches Gerät, insbesondere als Ansprcchzähler für den Nachstrom bei Überspannungsableitern, dadurch gekennzeichnet, daß mittels verschiedener magnetischer Sättigung einzelner magnetischer Flußpfade Stromimpulse von verschiedenem Zeit- und Intensitätsverlauf getrennt erfaßbar sind.

2. Gerät nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung zweier Flußpfade verschiedener Sättigung ein Eisenkern mit drei Schenkeln vorgesehen ist, von denen mindestens einer einen geringeren Eisenquerschnitt als die anderen aufweist.

3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern mit einem auf dem mittleren Schenkel des Kernes gelagerten Schwinganker zusammenarbeitet.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker auf der dem Außenschenkel geringeren Querschnittes entsprechenden Seite einen wesentlich kleineren Querschnitt aufweist als auf der andern Seite.

5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch eine ihn in Richtung des Außenschenkels mit großem Querschnitt ziehende Feder in seiner Ruhelage gehalten wird.

6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule auf dem Mittelschenkel des Eisenkerns angeordnet ist.

7. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Luftspalte zwischen den Außenschenkeln und dem Anker verstellbar ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an demjenigen Außenschenkel, zwischen dem und dem Anker der Luftspalt verstellbar ist, ein verschiebbares und feststellbares Eisenstück angeordnet ist.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker auf der Seite des kleineren Querschnittes ein Auslöseorgan trägt, welches nach jedmaligem Anziehen dieses Ankerteiles auf die Seite des Außenschenkels von geringerem Querschnitt ein Zählwerk um eine Einheit fortschaltet.

10. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zur Vergrößerung seines Querschnittes auf der Seite des Kernaußenschenkeis mit größerem Querschnitt mit dem einen Schenkel eines U-förmigen Eisens fest verbunden ist, an dessen anderem Schenkel die Ankerfeder angreift.

11. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es parallel zum spannungsabhängigen Widerstand eines Ansprechzählers geschaltet ist, der zur zahlenmäßigen Feststellung der Beanspruchungen von Überspannungsableitern durch Überspannungen auf Freileitungen dient.

12. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine Impedanz zusammen mit derjenigen des Kreises, in den es eingeschaltet ist, einen derartigen Wert aufweist, daß praktisch der ganze Nachstrom eines Überspannungsstromstoßes über das Gerät nach Erde fließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen