DE890094C

DE890094C - Safety circuit for isolating and protective transformers

Info

Publication number: DE890094C
Application number: DEB15508A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr-Ing Behne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-06-22
Filing date: 1951-06-22
Publication date: 1953-09-17

Description

Sicherheitsschaltung für Isolier- und Schutztransformatoren Bei der Verwendung von Isolier- und Schutztransformatoren zur Speisung von Elektrowerkzeugen und anderen ortsveränderlichen Stromverbrauchern, wie beispielsweise Motoren zum Antrieb von Kesselreinigungsgeräten, Rohrwalzmaschin:en, Bohrmaschinen. od. dgl., kann es infolge des häufigen Wechsels der Baustelle leicht vorkommen, daß. ungeschultes oder unachtsames Personal die Primärseite des Transformators an. eine zu hohe Netzspannung anschließt.Safety circuit for isolating and protection transformers Use of isolating and protective transformers to feed power tools and other portable power consumers, such as motors for Drive of boiler cleaning devices, pipe rolling machines, drilling machines. or the like, It can easily happen due to the frequent change of the construction site that. untrained or careless personnel touch the primary side of the transformer. too high a line voltage connects.

Ist beispielsweise der Isoliertransformator primär umschaltbar von 22o Volt Dreieck auf 380 Volt Stern und wird er in der ersterwähnten Schaltung an 380 Volt Drehstrom gelegt, so steigt seine Sekundärspannung auf das r,73fache des aus Sicherheitsgründen zulässigen Wertes, wodurch der Bedienungsmann in Gefahr gebracht wird. Ferner steigt durch die erhöhte Eisensättigung und den dadurch bedingten hohen Mehrbedarf an Magnetisierungsstrom die Erwärmung soweit an, daß binnen kurzem die Wicklung verschmort. Wirtschaftliches. Interesse und Rücksicht auf Unfallverhütung rufen gleicherweise den Wunsch nach selbsttätigem Abschalten hervor.For example, if the isolating transformer is primarily switchable from 220 volts triangle to 380 volts star and if it is connected to 380 volts three-phase current in the first-mentioned circuit, its secondary voltage rises to r.73 times the value permitted for safety reasons, which puts the operator in danger. Furthermore, due to the increased iron saturation and the resulting high demand for magnetizing current, the heating rises to such an extent that the winding scorches within a short time. Economic. Interest in and consideration for accident prevention also evoke the desire to switch off automatically.

Mitunter gelingt es, diese Aufgabe durch passend gewählte Schmelzsicherungen zu lösen. Voraussetzung ist dabei, daß der Leerlaufstrom des an die zu hohe Spannung gelegten Transformators den Nennstrom weit genug übersteigt, um eine Sicherung, die den durch Anfahren eines sekundär angeschlossenen Kurzschlußläufermotors bedingten primären Stromstoß verträgt, zum sofortigen Durchschmelzen. zu bringen.Sometimes it is possible to accomplish this task with appropriately chosen fuses to solve. The prerequisite is that the no-load current of the to the too high voltage placed transformer exceeds the rated current far enough to create a fuse, caused by starting a secondary connected squirrel cage motor tolerates primary electric shock, for immediate melting. bring to.

In. Fig. r der Zeichnung sind I, 1I und III die Primärspulen eines Drehstromtransformators. N sei der Nennstrom bei 380 Volt Sternschaltung. Bei Dreieckschaltung dürfte jede Phase I, II und III nur an 22o Volt liegen und mit dem Nennstrom iN belastet werden. Der Leitungsstrom I würde dann 473 - iN sein. Wird aber der in Dreieck geschaltete Transformator fahrlässigerweise an 380 Volt angeschlossen, so verlangt die jetzt um 73'/o erhöhte Phasenspannung einen um 73 % erhöhten magnetischen Fluß. Dazu gehört nun eine so. hohe Amperewindungszahl, daß der Leerlaufstrom je Schenkel erheblich größer ist als der Nennstrom, beispielsweise m - iN, wobei die Zahl mi i ist. Je nach der Transformatorausbildung hat m einen. Wert von etwa 7 bis io. In den drei Zuleitungen ist dann die Stromstärke 1,73 - m - iN. Es scheint also der Weg gangbar, die Schmelzsicherungen s so zu bemessen, daß sie einen Strom von 1,73 - m - iN schnell abschalten, jedoch den bei richtigem Anschluß an 22o Volt auftretenden Anfahrstrom eines Kurzschlußläufermotors, der beispielsweise 1,73 - n - iN beträgt, wo. n= 5 bis 6 ist, aushalten.In. Fig. R of the drawing I, 1I and III are the primary coils of a three-phase transformer. Let N be the rated current for a 380 volt star connection. With a delta connection, each phase I, II and III should only be at 220 volts and be loaded with the nominal current iN. The line current I would then be 473 - iN. If, however, the transformer connected in a triangle is negligently connected to 380 volts, the phase voltage now increased by 73% requires a magnetic flux increased by 73%. This now includes one like that. high number of ampere-turns so that the no-load current per leg is considerably greater than the nominal current, for example m - iN, where the number mi is i. Depending on the transformer training, m has one. Value from about 7 to io. The amperage in the three supply lines is then 1.73 - m - iN. So the way seems to be feasible to dimension the fuses s in such a way that they quickly switch off a current of 1.73 - m - iN, but the starting current of a squirrel cage motor that occurs when correctly connected to 22o volts, for example 1.73 - n - iN is where. n = 5 to 6, withstand.

Da aber nie damit gerechnet werden. kann, daß alle drei oder wenigstens .zwei. Sicherungen genrau gleichzeitig ansprechen, vielmehr bestimmt eine den Anfang machen: wird, so tritt im gleichen Augenblick eine merkliche Entlastung der beiden anderen Sicherungen ein, die dann nur wenig mehr als den Strom m - TN führen, da von den primären Spulen jetzt zwei in Reihe an 380 Volt liegen. Es ist also nicht damit zu rechnen, daß das gewünschte Abschalten auch der anderen Sicherungen eintritt. Da dann ein Schenkel primär volle 380 Volt bekommt, wird zumindest in einer sekundären, Phase eine unzulässig hohe Spannung entstehen.But since it is never expected. can that all three or at least two. Fuses respond exactly at the same time, rather one will definitely make the start: If, at the same moment, there will be a noticeable relief of the other two fuses, which then carry only a little more than the current m - TN, since two of the primary coils are now in series are at 380 volts. It is therefore not to be expected that the desired shutdown of the other fuses will also occur. Since then one leg primarily gets a full 380 volts, an impermissibly high voltage will arise at least in a secondary phase.

Es. ist bereits bekannt, zur Vermeidung dieses Nachteiles nach Fig.2 die Sicherungen in die Phasenzweige zu legen und sie so zu wählen, daß sie bei einem Strom m - iN durchbrennen. Dann müssen sie alle drei ansprechen, da das Abschalten der zufällig als erste unterbrochenen Phase keinen Einfluß auf die Stromverteilung in den anderen Phasen hat. Es ist aber zu bemängeln, daß jede Spule mit einem Ende am Netz angeschlossen bleibt. Daraus können Unfälle entstehen, wenn der Bedienungsmann entgegen einer etwa gegebenen Betriebsvorschrift das Umschalten von Dreieck auf Stern: vornehmen will, ohne vorher den Stecker aus der Netzsteckdose herausgezogen zu haben.It. is already known to place to avoid this drawback by 2 shows the fuses in the phase branches and they choose so that they m in case of power - blowing iN. Then they have to address all three, since switching off the first phase that happens to be interrupted has no effect on the current distribution in the other phases. However, it is to be criticized that one end of each coil remains connected to the network. This can lead to accidents if the operator wants to switch from triangle to star, contrary to a given operating regulation, without first pulling the plug out of the mains socket.

Beide Schaltungsarten sind in ihrer Anwendungsmöglichkeit beschränkt, weil die Schmelzsicherungen durchaus nicht immer so gestuft-sind, daß einerseits die Trägheit gegenüber dem Motoranlaufstrom ausreichend ist, andererseits bei erhöhtem Magnetisierungsstrom eine schnelle Abschaltung erfolgt. Dazu kommt nun noch, daß der ganze Sicherungszweck vereitelt wird, wenn der Benutzer fahrlässigerweise andere als, die gerade den Verhältnissen entsprechenden Schmelzeinsätze einlaut.Both types of circuit are limited in their possible applications, because the fuses are by no means always so graded that on the one hand the inertia with respect to the motor starting current is sufficient, on the other hand with increased Magnetizing current a fast shutdown takes place. In addition, there is now that the entire security purpose is thwarted if the user negligently other than, the fusible links that just correspond to the circumstances.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß ein Schalter mit der Zahl der Netzleitungen. entsprechenden Polen, z. B. ein dreipoliger Schalter bei einem Drehstromnetz, vorgesehen ist, der selbsttätig ausgelöst wird, wenn der magnetische Fluß im Transformator den Wert, der zur Induzierung der höchstzulässigen Sekundärspannung erforderlich ist, um. ein bestimmtes Maß übersteigt. Der unmittelbare Anschluß einer solchen spannungsabhängigen Auslösespule an. die Sekundärseite des Transformators ist im allgemeinen nicht zu empfehlen, da sonst die bei solchen Transformatoren sorgsam vermiedene Gefahr des Übertritts von Netzspannung in den Sekundärkreis in den Bereich der Möglichkeit gerückt würde. Man müßte in solchen Fällen besondere Schutzmaßnahmen zur Vermeidung- eines solchen Übertritts der Primärspannung in die Sekundärseite treffen. Man wird also zweckmäßig die Auslösespule an die Phasenspannung oder eine Anzapfung der Primärseite . legen. Sie erhält dann beispielsweise immer nur 22o Volt, wenn der Transformator primär in: Dreieck an 22o Volt oder in Stern an 380 Volt angeschlossen wird. Verbindet man aber den in Dreieck geschalteten Transformator mit einem 380-Volt-Netz, so löst die Spule den Schalter sofort aus. Die Auslösespule kann selbstverständlich auch so bemessen sein, daß sie bereits bei geringfügigen Spannungserhöhungen, wie sie z. B. in Überlandnetzen mitunter auftreten können (5 bis i0%), auslöst.According to the invention, these disadvantages are avoided in that a switch with the number of power lines. corresponding poles, e.g. B. a three-pole switch in a three-phase network is provided, which is automatically triggered when the magnetic flux in the transformer reaches the value required to induce the maximum permissible secondary voltage. exceeds a certain level. The immediate connection of such a voltage-dependent trip coil. the secondary side of the transformer is generally not recommended, as otherwise the risk of mains voltage transferring into the secondary circuit, which is carefully avoided with such transformers, would be brought into the realm of possibility. In such cases, special protective measures would have to be taken to avoid such a transfer of the primary voltage to the secondary side. It is therefore expedient to connect the trip coil to the phase voltage or to tap the primary side. place. It then only receives 22o volts, for example, if the transformer is primarily connected in: triangle to 22o volts or in star to 380 volts. But if you connect the delta-connected transformer to a 380-volt network, the coil triggers the switch immediately. The trip coil can of course also be dimensioned so that it is even at slight increases in voltage, as they occur, for. B. can sometimes occur in overland networks (5 to i0%), triggers.

Bei den geringen Leistungen der meisten Isolieruni Schutztransformatoren muß der Aufwand für den. selbsttätigen Schalter so klein wie möglich werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindun- wird deshalb an einem Pol eines üblichen dreipoligen Selbstschalters eines der stromabhängigen, die thermische oder sofortige Abschaltung veranlassenden Elemente, wie Bimetallauslöser, Kurzschlußauslöser od. dgl. aus dem Leitungszuge des Netzstroms im Schalter herausgetrennt und entweder unverändert oder unter Änderung der Windungszahl oder des Querschnitts oder der Justierfeder oder irgendeiner anderen Konstruktionsgröße dem Einfluß einer Spannung unterworfen, die unmittelbar oder mittelbar von der Spannung einer Primärspule abhängt, derart, daß .die thermische oder sofort wirkende Auslösung des Schalters erfolgt, .sobald dem Transformator eine unzulässig hohe Spannung aufgedrückt wird. Beispielsweise könnte man den Bimetallauslöser einer Phase unter Vorschaltun.g eines passend bemessenen Widerstandes unmittelbar mit Anfang und Ende einer primären Schenkelspule verbinden, wie in Fig. 3 dargestellt. In. dieser sind die Netzleitungen. wieder mit R, S und T, die primären Klemmen des Transformators mit U, Tl und W bezeichnet. Der Selbstschalter Sch spricht an, wenn die Auslöser A, B oder C ihre Ansprechstr0mgrenze erreicht haben. Der Auslöser A, der ursprünglich in dem Leitungszug R-U des Schalters Sch. vorgesehen war, ist herausgenommen. und über den Widerstand Z an die Primärspule I geschaltet worden. Statt des Auslösers A ist in dem Selbstschalter Sch die Brücke D eingesetzt.With the low power of most Isolieruni protection transformers, the effort for the. automatic switch should be as small as possible. According to one embodiment of the invention, one of the current-dependent elements causing the thermal or immediate disconnection, such as bimetallic release, short-circuit release or the like, is therefore separated from the mains current in the switch at one pole of a conventional three-pole circuit breaker and either unchanged or with a change in the The number of turns or the cross-section or the adjusting spring or any other construction size is subject to the influence of a voltage that is directly or indirectly dependent on the voltage of a primary coil, such that .the thermal or instantaneous tripping of the switch occurs as soon as the transformer has an impermissibly high voltage is pressed. For example, the bimetallic release of a phase could be connected directly to the beginning and end of a primary leg coil, as shown in FIG. In. these are the power lines. again with R, S and T, the primary terminals of the transformer with U, Tl and W. The circuit breaker Sch responds when the releases A, B or C have reached their response current limit. The release A, which was originally in the line RU of the switch Sch. was intended is removed. and switched to the primary coil I via the resistor Z. Instead of the release A , the bridge D is used in the circuit breaker Sch.

Anstatt den Auslöser unmittelbar an eine-Primärspule anzuschalten, können auch eine Spannungsteilerschaltung oder eine Anzapfung der Primärspule oder ein. Spartransformator vorgesehen. sein, mit deren Hilfe eine der Primärspannung proportionale Teilspannung dem Auslöser A zugeführt wird.Instead of connecting the trigger directly to a primary coil, can also use a voltage divider circuit or a tap on the primary coil or a. Auto transformer provided. be, with the help of which one of the Partial voltage proportional to the primary voltage is fed to release A.

Es kann auch eine besondere Hilfsspule um einen der Transformatorschenkel herumgelegt sein., die eine oder mehrere Windungen aufweist und mit dem Auslöser A verbunden ist.There can also be a special auxiliary coil around one of the transformer legs be lying around., which has one or more turns and with the trigger A is connected.

In jedem Fall ist die Anordnung so zu treffen, daß das Auslöseorgan vom einem Strom durchflossen ist, dessen Stärke sich. nach der vom Schenkelfluß induzierten Windungsspannung richtet und schnell zum Abschalten führt, insbesondere, falls der Transformator in Dreieckschaltung an eine Spannung gelegt wird, die ihm nur in Sternscha,ltun.g zugeführt werden darf.In any case, the arrangement is to be made in such a way that the trigger element is traversed by a current, the strength of which is increasing. after that of the thigh flow induced winding voltage and quickly leads to shutdown, in particular, if the transformer in delta connection is connected to a voltage that suits it may only be supplied in Sternscha, ltun.g.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Safety circuit for isolating and protection transformers, characterized in that a switch corresponding to the number of power lines Poland, e.g. B. a three-pole switch in a three-phase network is provided. is, which is triggered automatically when the magnetic flux in the transformer den Value that is required to induce the maximum permissible secondary voltage, exceeds by a certain amount.

2. Circuit according to claim z, characterized in that the existence. usual circuit breaker is provided and that one of the current-dependent Elements of this circuit breaker from the line of the mains current in the circuit breaker separated out and the influence of an indirect or direct from the tension the voltage dependent on the primary coil is subjected.

3. Circuit according to claim 2, characterized in that the release is under a phase of the self-switch Upstream connection of a suitable resistor directly connected to the primary coil is and that instead of the release a short-circuit bridge is built into the circuit breaker is.

4. A circuit according to claim 2, characterized in that the line from the line Separated release on the primary side to a voltage divider circuit, a Autotransformer, a tap or an auxiliary coil connected to one of the legs is.