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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.