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Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Meßinstrumenten und ganz
allgemein von elektrischen Stromkreisen gegen zufällige Unregelmäßigkeiten der Kenngrößen
des sie durchfließenden Stromes
Die elektrischen Meßinstrumente weisen meistens ein
Anzeigesystem auf, welches durch bewegliche Teile gebildet wird, z. B. einen Zeiger
oder einen Rahmen großer mechanischer Empfindlichkeit, sowie durch Hilfskreise,
wie Nebenschlüsse und Reihenwiderstände, die durch Präzis.ionswilder ständ,e gebildet
werden, die keine Überlastungen aushalten können, die merklich über ihrer Normallast
liegen. Insbesondere können Apparate mit vielfachen Meßbereichen durch falsche Bedienung
Überlastungen ausgesetzt werden, die solche Werte erreichen, daß sie fast augenblicklich
sowohl die Zerstörung des beweglichen Teils durch mechanische Kräfte wie der Stromkreise
durch die entwickelte Wärme zur Folge haben.
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Dieselbe Gefahr besteht beil Instrumenten mit großer Empfindlichkeit,
welche in Stromkreise ein geschaltet sind, die eine Stromquelle enthaltn, die kurzzeitig
einen starken Strom liefern kann.
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Schließlich dürfen gewisse für Gleichstrommessungen bestimmte Instrumen,te
auf keinen Fall von dem Gleichstrom überlagerten. Wechselstromkomponenten durchflossen
werden.
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Es sind Schutzsysteme zur Unterbrechung des Stromdurchgangs bekannt,
falls dieser einen solchen Wert erreicht, daß die Gefahr einer Beschädigung
des
Instruments besteht, bei welchen die Aus1lösevorrichtung, die z. B. durch einen
Unterbrechungsrelais gebildet wird, welches anspricht, wenn der Strom zu stark wird,
in Reihe in denselben Stromkreis eingeschaltet ist, den man zu schützen wünscht.
Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß das Schutzorgan beständig von dem
Hauptst.rom durchflossen wird, und daß ein zusätzlicher Widerstand in diesen Stromkreis
eingeführt wird. Andererseits fehlt es diesen Vorrichtungen an Ansprechschärfe.
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Erfindungsgemäß wird das Unterbrechungs relais', welches in einen
sogenannten Sicherheitsstromkreis eingeschaltet ist, der von dem Meß- oder Verbraucherstromkreis
verschieden ist, normalerweise durch gar keinen oder einen vernachläss;igbFaren
Strom durchflossen. Das Arbeiten dieses Sicherheitsstromkreises wird durch ein von
dem Unterbrechungsrelais verschiedenes Organ gesteuert, welches so gewählt werden
kann, daß es bei einer Unregelmäßigkeit sehr verschiedener Art und ganz bestimmter
Größe anspricht. Dieses Sicherheitsorgan kann selbst je nach der Art der Unregelmäßigkeit
entweder mit dem Hauptstromkreis in Reihe oder zu diesem parallel geschaltet werden.
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Die Zeichnung zeigt schematisch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. I und 2 zeigen den Fall eines Stromkreises, der einen elektrischen
Apparat ganz beliebiger Art speist, den man gegen Überspannungen (Abb. I) bzw. gegen
Überströme (Abb. 2) ZU schützen wünscht; Abb. 3 und 4 zeigen einen Sonderfall, bei
welchem das in den Hauptstromkreis eingeschaltete Organ welches man besonders zu
schützen wünscht, ein Meßinstrument ist, und zwar entweder ein gegen Überspannungen
zu schützendes Voltmeter (Abb. 3) oder ein gegen L'berströme zu schützendes Amperemeter
(Abb. 4); Abb. 5 zeigt eine für einen beliebigen Meßapparat verwendbare Abwandlung,
bei welcher der Sicherheitsstromkreis von dem Speisestromkreis vollkommen unabhängig
ist.
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Der zu schützende Stromkreis wird durch zwei Stromzuführungsklemmen
1 und 2 gespeist. Bei 1' und 2' ist die Abgangsstelle des Verbraucherstromkreises
dargestellt, in welchem das elektriche Organ liegt, welches man zu schützen wünscht,
wobei dieses Organ z. B. ein Elektromotor 3 ist.
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Vor den Klemmen I', 2', z. B. in den Leiterabschn,itt 1-1', ist ein
Kontakt 4 eingeschaltet, der normalerweise geschlossen ist und sich unter der Einwirkung
eines Unterbrechungsrelais 5 öffnen kann, wenn die gewünschte Stromstärke in der
Wicklung 6 seines Elektromagneten 7 fließt. In dem dargestellten Beispiel unterliegt
der Kontakt 4 der Einwirkung einer Feder 8, welche normalerweise die Unterbrechung
herbeizuführen sucht, d. h. die Verstellung des Kontakts in der Pfeilrichtung.
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Dieser Kontakt 4 ist andererseits mit einem Finger g starr verbunden,
der sich unter einem Stift 10 verklinken kann, der an einem um einen Festpunkt I2
schwenkbaren Anker ix befestigt ist.
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Man sieht sofort, daß der Stromdurchgang durch die Wicklung 6 die
Anziehung des Ankers II in die gestrichelte Stellung bewirkt, für welche der Einger
g von dem Stift 10 freikommt, was die Feder 8 zur Wirkung bringt. Ein Druckknopf
I13 gestattet, den Kontakt 4 von neuem zu schließen, wenn die normalen Bedingungen
wieder hergestellt sind.
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Es ist wohlverstanden, daß dieses Relaissystem ganz beliebiget Art
ist, und daß das beschriebene Sytem nur beispielshalber gewählt wurde.
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Erfindungsgemäß ist die Wicklung 6 des Relais in eine Leitung 14
eingeschaltet, die im Nebenschluß zu dem Hauptstromkreis liegt und ein oder mehrere
Sicherheitsorgane I5, 15a und I5b enthält, die so gewählt sind, daß sie keinen Strom
durchlassen, wenn der Strom des Hauptstromkreis es normal ist, aber das Fließen
eines Stromes zur Speisung der Wicklung 6 gestatten, wenn der Strom des Hauptstromkreises
eine bestimmte Unregelmäßigkeit zeigt Diese Organe I5, 15a, I5b können z. B. folgende
sein: Eine Entladungslampe 15, deren Zündspannung genau gleich der kritischen Spannung
des Hauptstromkreises gewählt ist, d. h. gleich der Spannung, für welche der Hauptstromkreis
zur Vermeidung der Zerstörung des Organs 3 unterbrochen werden soll; das Organ 15a.
wird durch ein Paar von Trockengleichrichtern gebildet, welches für geringe Spannungen
einen großen. Widerstand aufweist, der beträchtlich abnimmt, wenn die Spannung nur
etwas zunimmt; eine solche Vorrichtung, welche empfindlicher als die Entladungslampe
15 ist, gestattet, die Wicklung 6 bei Überspannungen der Größenordnung von I Volt
zu speisen; es ist zu bemerken, daß die Verwendung von zwei parallel und. entgegengesetzt
geschalteten Gleichrichtern den Durchtritt von Gleichstrom in beiden Rilchtungen
oder von Wechselstrom gestattet; das Organ 15b ist asin Kondensator, der zum Schutz
eines Gleichstromapparates 3 bestimmt ist, fallsl man aus Verstehen diesen Apparat
an Wechselstromldemmen I, 2 anschließen würde; bekanntlich verhindert ein Kondensator
das Fließen von Gleichstrom, gestartet jedoch das Fließen von Wechselstrom; falls
der Hauptstromkreis an Wechselstrom angeschlossen wird, fließt somit ein Strom durch
die Spule 6; der die Auslösung des Relais bewirkt.
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Die Schaltung der Abb. 2 ist zum Schutz des Hauptstromkreises und
seines elektrischen Organs 3 gegen Überströme bestimmt. Man sieht dann in dem Hauptstromkreis
ein Organ 16 vor, welches den Stromdurchgang gestattet, wenn die Stromstärke normal
ist, aber sich dem Stromdurchgang widersetzt, wenn die Stromstärke zunimmt Der Stromkreis
14 der Wicklung 6 liegt dann im Nebenschluß zu diesem Organ I6.
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Man sieht, daß, wenn die Stromstärke normal ist, der Strom unmittelbar
durch das Scherheitsorgan 16 fließt, und daß eine vernachlässigbare Stromstärke
durch die Wicklung 6 fließt, da diese einen größeren Widerstand bietet. Wenn dagegen
die Stromstärke zunimmt, nimmt der Widerstand
des Organs I6 zu,
und ein stärkerer Strom fließt durch die Wicklung 6, welcher das Relais, zum Ansprechen
bringt.
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Dieses Organ I6 kann durch eine Kombination von Trockengleichrichtern
(zwei Gleichrichtern oder zwei Anordnungen von Gleichrichtern) gebildet werden,
die in Reihe geschaltet sind und entgegengesetzte Polarität haben.
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Abb. 3 und 4 zeigen eine besondere Ausführungsform für den Fall,
daß das zu schützende Organ 3 durch ein Meßinstrument 3' gebildet wird, dessen Wicklung
schematisch gestrichelt dargestellt ist.
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In diesem Fall kann das Sicherheitsorgan durch zwei Kontaktpaare
17-17a und 17'-17'a gebildet werden, die durch das bewegliche Organ des Instruments
betätigt werden, z. B. durch den Zeiger 18 des Instruments 3'. Diese Kontakte sind
mit der Wicklung 6 des Relais in dem Stromkreis 14 in Reihe geschaltet, der wie
vorstehend im Nebenschluß zu dem Hauptstromkreis liegt.
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Bei dem Beispiel der Abb. 3 ist das Organ 3' ein Voltmeter, welches
infolgedessen selbst im Nebenschluß zu dem Verbrauchsstromkreis 19 liegt, der beliebige,
bei 20 schematisch dargestellte Verbrauchsapparate enthält. Diese beiden Kontaktgruppen
17-17a und 17'-17'a sind normalerweise offen, während ihre Schließung durch die
Schwingung des Elements 17 oder 17' unter der Einwirkung des Zeigers bewirkt wird,
wenn dieser die eine oder die andere dieser normalen Grenzlagen überschreitet.
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Man sieht sofort, daß die Schließung des einen oder des anderen dieser
Stromkreise den Stromdurchgang durch die Wicklung 6 und die Auslösung des Relais
gestattet.
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Abb. 4 zeigt eine ähnliche Ausführung für den Fall, daß das Meßinstrument
durch ein Amperemeter 3" gebildet wird, welches in Reihe in den Hauptverbrauchskreis
eingeschaltet ist. Die Kontakte 17-17a und 17'-17'a sind gegenüber der Anordnung
der Abb. 3 umgedreht, d. h. sie sind normalerweise geschlossen. Sie liegen ferner
in Reihe in dem die Wicklung des Amperemeters speisenden Hauptstromkreis. Der die
Wicklung 6 des Unterbrechungsrelais enthaltende Stromkreis 14 liegt dann im Nebenschluß
zu dem Hauptstromkreis, und zwar unter dem Beispiel der Abb. 2 vollkommen entsprechenden
Bedingungen. Für die normale Stellung des Zeigers 18 fließt der Strom über die Kontakte
und das Amperemeter. Wenn der Zeiger die eine oder die andere seiner normalen äußersten
Stellungen überschreitet, öffnet er den einen oder den anderen der Kontakte durch
Einwirkung auf den einen oder den anderen der Teile I7 und 17'. Der Strom fließt
dann durch die Wicklung 6, wodurch die Erregung des Relais und die Unterbrechung
des Stromkreises bewirkt werden.
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Die in Abb 5 schematisch dargestellte Ausführungsform zeigt eine
Abwandlung, welche für eine Vorrichtung zur Beherrschung der Betriebsunregelmäßigkeiten
eines beliebigen Meßinstruments verwendbar ist. Die durch den Zeiger betätigten
Sicherheitskontakte sind wie in dem Fall der Abb. 3 angeordnet, d. h. in dem Stromkreis
der Wicklung 6 des Elektromagneten; dieser Stromkreis ist jedoch hier vollständig
unabhängig von dem Hauptstromkreis und weist eine Hilfsstromquelle 2I auf.
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Es ist zu bemerken, daß bei den obiigen Vorrichtungen der Sicherheitsstromkreis
normalerweise keinen Strom oder nur einen sehr geringen Strom führt, und daß eine
Unregelmäßigkeit in dem Hauptstromkreis bewirkt, daß die Gesamtheit des Stromes
des Hauptstromkreises durch diesen Sicherheitsstromkreis fließt. Hieraus ergibt
sich, daß ein größerer Unterschied der Stromwerte in dem Sicherheitsstromkreis zwischen
den Zuständen des normalen Betriebs und der Auslösung des Sicherheitssystems auftritt
als bei den bekannten Systemen, bei welchen der Sicherheitsstromkreis stets von
der Gesamtheit des Hauptstromes durchflossen wird Es ist wohlverstanden, daß die
Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt
ist, welche nur beispielshalber angegeben wurden. So kann man insbesondere eine
oder mehrere der auf den verschiedenen Abbildungen schematisch dargestellten Vorrichtungen
in Kombination benutzen, insbesondere die Vorrichtung der Abb. I und 3 einerseits
und der Abb. 2 und 4 andererseits.
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Ferner können die verschiedenen Organe 15 und 15a entsprechend der
Empfindlichkeit des Meßinstruments gleichzeitig benutzt werden.
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Man kann ferner die Schaltung der Sicherheitsorgane im Nebenschluß
zu dem Hauptstromkreis (Abb. I und 3) oder die Schaltung dieser Sicherheitsorgane
in Reihe mit dem Hauptstromkreis (Anordnung der Abb. 2 und 4) miteinander kombinieren,
wobei das Relais dann zwei Wicklungen enthält, die in zwei Stromkreise 14 eingeschaltet
sind, die wie in Abb. 1 und 3 und/oder wie in Abb. 2 und 4 geschaltet sind. Man
erhält so gleichzeitig eine Sicherheilt gegen Überspannungen und Uberströme.
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Es sei ferner bemerkt, daß man ein System, bei welchem das Sicherheitsorgan
durch Kontakte gebildet wird, auch dann verwenden kann, wenn man nicht im besonderen
ein Meßinstrument schützen will, wobei die Kontakte der Art der Kontakte I7-I7a
z. B. durch ein thermisches Organ der Bauart geschlossen werden können, welche in
Thermostaten benutzt wird, die auf die Temperaturschwankungen ansprechen, die durch
die Änderungen der Stromstärke hervorgerufen werden.