DE907096C

DE907096C - Anordnung zur UEberwachung der Groesse bzw. Richtung eines Stromes in einem elektrischen Stromkreis

Info

Publication number: DE907096C
Application number: DES4291D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Tschermak
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1943-03-26
Filing date: 1943-03-26
Publication date: 1954-03-22
Also published as: JPS33009395B1

Description

Anordnung zur Überwachung der Größe bzw. Richtung eines Stromes in einem elektrischen Stromkreis Es ist bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden zur Überwachung der Stromrichtung in einem elektrischen Stromkreis, vorzugsweise in den Anodenleitungen von Stromrichtern, welche auf dem Prinzip beruht, daß der zu überwachende Strom nur beim Durchschreiten eines bestimmten Wertes bzw. nur bei einer Richtungsänderung eine Änderung eines mit einem Anzeigestromkreis verketteten Magnetflusses bewirkt. Dies wird bei der vorgeschlagenen Anordnung dadurch erreicht, daß eine strom- oder spannungsempfindliche Signal-oder Schutzeinrichtung an die gegensinnig hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen zweier Magnetkreise mit verschiedener Anfangssteilheit der Kennlinie angeschlossen ist, die beide von dem Strom in dem zu überwachenden Stromkreis erregt werden und außerdem so vormagnetisiert sind, daß dem Ansprechstromwert auf den Kennlinien Arbeitspunkte entsprechen, oberhalb deren die Kennlinien wieder mit annähernd gleicher Neigung verlaufen. Man kann die Wirkung dieser vorgeschlagenen Differenzschaltung so auffassen, daß der die Signal- oder Schutzeinrichtung enthaltende Stromkreis mit einem resultierenden Fluß verkettet ist, der sich nur in einem eng begrenzten Bereich des zu überwachenden Stromes mit diesem ändert, im übrigen aber konstant oder Null bleibt.
Die Erfindung baut sich auf dem gleichen Grundprinzip auf, erreicht aber die beabsichtigte Wirkung insofern mit einfacheren Mitteln, als nur ein einziger Magnetkreis vorgesehen zu sein braucht. Gemäß der Erfindung ist der Meldestromkreis nur an dieSekundärwicklung dieses einzigen, von dem zu überwachenden Strom erregten Magnetkernes angeschlossen, welcher aus einem Material mit scharf geknickter Kennlinie hoher Anfangspermeabilität besteht. Wegen ihrer Einfachheit ist die Erfindung besonders dann geeignet, wenn es sich um die Überwachung einer größeren Anzahl von Stromkreisen, beispielsweise sämtlicher Anodenkreise eines mehrphasigen Stromrichters, handelt, wobei noch der weitere Vorteil besteht, daß die Stromkreise der einzelnen Meldegeräte zum Teil zusammengefaßt werden können.
Die Erfindung möge zunächst an Hand des in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. 5 ist der Leiter, in welchem der Strom in der Weise überwacht werden soll, daß die Melde- oder Schutzeinrichtung anspricht, sobald dieser Strom einen bestimmten Wert durchläuft oder seine Richtung umkehrt. Zu diesem Zweck ist der Magnetkern ,4 vorgesehen, der, wie gesagt, aus einem Material besteht, welches eine scharf geknickte magnetische Kennlinie hoher Anfangspermeabilität besitzt, welcher also im Sättigungsbereich keine nennenswerte Induktionsänderungen mehr aufweist. Als Material kommt Silicium- oder Nickel-Eisen in Betracht, und zwar vorzugsweise in Form eines Bandkernes oder eines Kernes aus geschlossenen ringförmigen Blechschnitten.
Der Magnetkern 4 trägt drei Wicklungen. Die Wicklung i mit der Windungszahl yzl wird von dem Strom der zu überwachenden Leitung 5 durchflossen. Die Wicklung 2 mit der Windungszahl n.2 dient zur konstanten einstellbaren Vorerregung und ist zu diesem Zweck über einen Regelwiderstand 6 an ein Gleichstromnetz 8 angeschlossen. Eine Drosselspule 7 verhütet, daß bei Änderungen des Stromes in der Wicklung i infolge der magnetischen Kopplung zwischen den Spulen i und 2 in der letzteren ebenfalls Stromänderungen auftreten. Die Sekundärwicklung 3 ist an das eigentliche Meldegerät angeschlossen, welches hier die Form einer Glimmentladungsstrecke9 mit einer Steuerelektrode zo besitzt. Die Glimmentladungsstrecke 9 liegt über einem im Normalzustand geschlossenen Schalter i i ebenfalls an dem Gleichstromkreis B. Widerstände 12 und 13 bewirken eine Spannungsteilung derart, daß die Steuerelektrode io gegenüber den Hauptelektroden der Glimmentladungsstrecke 9 eine gewisse Vorspannung erhält. Dadurch wird !erreicht, :daß nur Spannungsimpulse eines ganz bestimmten Vorzeichens eine Zündung der Glimmentladungsstrecke 9 bewirken können.
Die Erregung der Wicklung 2 wird so eingestellt, claß bei demjenigen Wert des Stromes in der Wicklung i, bei dessen Durchlaufen die Glimm-Lampe 9 zünden soll, sich die Amperewindungen der Wicklungen i und 2 gegenseitig aufheben. Bezeichnet man den Stromwert, bei welchem die Schutzeinrichtung ansprechen soll, mit J, und mit 12 den entsprechenden Ström, der in der Wicklung :2 eingestellt werden muß, so muß sein 1i # 14 = T2' 112. Solange der Strom in der Leitung 5 von dem so festgelegten Wert J1 merklich abweicht, ist der Magnetkern 4 infolge der voraussetzungsgemäß vorhandenen, besonderen magnetischen Eigenschaften voll gesättigt, so daß bei Änderungen des Stromes in der Wicklung i in- diesen Bereichen keine nennenswerte Flußänderung in dem Magnetkern 4 auftritt. Sobald jedoch der Strom in der Wicklung i den festgelegten Wert J1, der sowohl im Positiven als auch im Negativen liegen kann, durchschreitet, erfolgt eine plötzliche Ummagnetisierung des Kernes 4, die zur Folge hat, daß in der Sekundärwicklung 3 ein Spannungsstoß induziert wird. Dieser Spannungsstoß bewirkt eine Zündung der Entladungsstrecke- 9, vorausgesetzt, daß er mit dem durch die Vorspannung der Steuerelektrode io bestimmten richtigen Vorzeichen erfolgt. Man kann durch die Vorspannung der Steuerelektrode io beispielsweise erreichen, daß eine Auslösung nur erfolgt, wenn sich der Strom: in der Leitung 5 von positiven in der Richtung auf negative Werte hin ändert, wie es erwünscht ist, wenn es sich um die Überwachung von Stromrichteranoden auf etwaige Rückzündungen handelt. Ist die Glimmentladungsstrecke 9 erst einmal gezündet, so brennt sie so lange weiter, bis durch Öffnen des Schalters i i die Störungsmeldung quittiert wird.
Die Steuerelektrode io der Glimmentladungsstrecke 9 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als metallischer Belag auf der äußeren Wandung des Entladungsgefäßes gedacht. Man kann natürlich auch eine Innenelektrode als Steuerelektrode benutzen. Die Verhütung des Ansprechens bei falscher Richtungsänderung des Stromes in der Wicklung i kann man anstatt durch eine Vorspannung, die man der Steuerelektrode der Glimmentladungsstrecke erteilt, auch dadurch erreichen, daß man eine Glimmentladungsstrecke mit Gleichrichterwirkung benutzt. Eine solche Glimmentladungsstrecke weist in den beiden Durchlaßrichtungen erheblich voneinander verschiedene Zündspannungen auf. Die Bemessung der Wicklung 3 muß so erfolgen, daß die Höhe des Spannungsstoßes, welche die Zündung des Glimmrohres 9 auslöst, auch bei den langsamsten praktisch vorkommenden Stromänderungen einen sicheren Einsatz der Zündung ergibt.
Wenn es nur darauf ankommt, eine Richtungsänderung des zu überwachenden Stromes zu erfassen, wobei schon bei ganz kleinen Stromwerten in der verkehrten Richtung ein Ansprechen erfolgen soll, so kann die Vormagnetisierungswicklung 2 und der zugehörige- Stromkreis auch fortgelassen werden. Hiervon kann man Gebrauch machen bei der Überwachung von Stromrichtern auf Rückzündungen oder von Kollektormaschinen auf Rundfeuer. Man muß dann für den Magnetkern 4. eine Eisensorte verwenden, die außer den vorher erwähnten Eigenschaften eine verhältnismäßig hohe Remanenz besitzt. Die Kennlinie eines solchen Eisenkerns kann beispielsweise die in Fig. 2 wiedergegebene Form besitzen. Solange der Betriebspunkt in dem rechten oberen Quadranten liegt, bewirkt eine Änderung der Erregung des Kernes, also eine Änderung des zu überwachenden Stromes, praktisch keine Änderung des magnetischen Flusses. Erst wenn der Strom seine Richtung umkehrt und einen negativen Wert erreicht, der dem linken oberen Knie der Magnetisierungskennlinie entspricht, erfolgt plötzlich eine Ummagnetisierung, die in der Sekundärwicklung einen entsprechenden Spannungsstoß zur Folge hat.
Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Schaltung, bei der drei verschiedene Stromkreise 5, 5' und 5" überwacht werden, ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Es sind hier keine besonderen Erregerwicklungen auf den Magnetkernen 4, 4' und q." vorgesehen, sondern diese umschließen einfach den gestreckten Leiter, in welchem der zu überwachende Strom fließt. Jeder Magnetkern ist mit einer Sekundärwicklung 3, 3' und 3" ausgerüstet, und diese Sekundärwicklungen sind einpolig miteinander verbunden. Die andere Klemme jeder der drei Sekundärwicklungen führt zu je einer Steuerelektrode der drei Glimmentladungsstrecken 9, g', 9". Letztere liegen wiederum an einem Gleichstromkreis 8 unter Zwischenschaltung eines Schalters i i. Die gemeinsame Verbindung der drei Sekundärwicklungen 3, 3', 3" führt an einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 14 und 15, der zwischen den Polen der Gleichstromquelle 8 liegt und somit den Steuerelektroden eine bestimmte Vorspannung gegenüber den Kathoden der Glimmentladungsstrecken 9, 9' 9" erteilt. Diese Vorspannung ist so gewählt, daß nur eine Stromänderung von positiven nach negativen Werten hin eine Zündung der zugehörigen Glimmentladungsstrecke auslösen kann. Tritt an einer der Anoden des Gleichrichters eine Rückzündung auf, so spricht die zugehörige Glimmentladungsstrecke an und brennt so lange, bis wiederum der Schalter i i geöffnet wird. Ein Durchlaufen der Hystereseschleife des Magnetkernes in umgekehrter Richtung führt dagegen wegen der Vorspannung der Steuerelektroden der Glimmentladungsstrecken zu keiner Zündung. Auch hier kann dieses Ziel dadurch erreicht werden, daß man die Glimmentladungsstrecken mit Gleichrichterwirkung versieht.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Schaltung nach Fig. i nicht nur für die Überwachung von Gleichstromkreisen, sondern auch dann angewendet werden kann, wenn in dem überwachten Stromkreis Wechselstrom fließt und es darauf ankommt, ein Ansprechen zu erreichen, wenn dieser Wechselstrom eine bestimmte Größe über- bzw. unterschreitet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Überwachung der Größe bzw. Richtung eines Stromes in einem elektrischen Stromkreis, bei welcher der zu überwachende Strom nur beim Durchschreiten eines bestimmten Wertes bzw. einer Richtungsänderung eine Änderung eines mit einem Anzeigestromkreis verketteten Magnetflusses bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meldestromkreis nur an die Sekundärwicklung eines einzigen von dem zu überwachenden Strom erregten Magnetkernes angeschlossen ist, welcher aus einem Material mit scharf geknickter magnetischer Kennlinie hoher Anfangspermeabilität besteht. a. Anordnung nach Anspruch i zur Anzeige einer Richtungsänderung des überwachten Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß der ausschließlich von dem überwachten Strom magnetisierte Magnetkern aus einem Material von hoher Remanenz besteht. 3. Anordnung nach Anspruch i zur Anzeige des Durchschreitens eines beliebig einstellbaren Wertes durch den überwachten Strom, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Magnetkern eine zusätzliche Erregung einwirkt, die so eingestellt ist, daß sie die von dem überwachten Strom herrührende Erregung aufhebt, wenn dieser Strom den Wert besitzt, bei dessen Durchlaufen die Anzeige erfolgen soll. 4. Anordnung nach Anspruch i bis 3 mit einer Glimmentladungsstrecke als Anzeige-Organ, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer fremden Spannungsquelle liegende Glimmentladungsstrecke mit einer an die Sekundärwicklung des Magnetkernes angeschlossenen Steuerelektrode ausgerüstet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladungsstrecke Gleichrichterwirkung besitzt. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektrode der Glimmentladungsstrecke eine Vorspannung aufgedrückt ist, so daß nur Spannungsimpulse eines bestimmten Vorzeichens eine Zündung der Glimmentladungsstrecke bewirken können.