Schatzeinrichtung an Umrichtern mit elektrischen Ventilen. Durch elektrische Ventile mit Steuer gittern kann man die Frequenz eines pri mären Wechselstromes in eine andere Fre quenz umwandeln. Zu diesem Zwecke werden Umriehter verwendet. Ein bekanntes Anwen dungsbeispiel dafür bietet die Umwandlung von 50 periodischem Wechselstrom in einen solchen von 16 2/, )?erioden, wie er für Bahn betriebe gebräuchlich ist. Zur Erläuterung der Wirkungsweise eines solchen Umri?.hters und von Ausführungsbeispielen der Schutz einrichtung nach der Erfindung diene die Zeichnung.
In Fig. 1 bedeutet 1 die Primärwicklung cines Transformators, welcher an einer Stromquelle für 50 periodischen Drehstrom angeschlossen sein mag. Der Transformator ruft in den Sekundärwicklungen 2, 3, 4 bezw. 5, 6, 7 dreiphasige Sekundärspannungen her vor. Die Wicklungen 2 und 5, 3 und 6, 4 und 7 gehören paarweise zur gleichen Phase. In den äussern Stromkreisen der Sekundärwick- lungen 2 des Transformators liegen Ventile 20, 30, 40, 50, 60 und 70. Durch die Pfeil richtung sei die Durchlassrichtung der Ventile gekennzeichnet.
Bei den Sekundärwicklungen des speisenden Transformators sind ebenfalls Pfeile gezeichnet, welche die Richtung an geben, in welcher Ströme fliessen können. Der gemeinsame Verbraucherkreis ist durch einen Widerstand 80 angedeutet. Die Ventile ent halten Steuergitter 21, 31., 41, 51, 61 und 71.
Solange die Steuergitter ein genügend hohes Potential bezogen auf die Kathode be sitzen, lassen die betreffenden Ventile keinen Strom durch.
Die Stromdurchlässigkeit der Ventile kann man aber dadurch beeinflussen, dass man den Steuergittern 21-71 geeignete periodisch schwankende Potentiale aufdrückt. Man kann auf diese Art erreichen, dass der gesamte Strom über die Ventile 20, 30 und 40, einer Halbwelle eines Wechselstromes anderer Frequenz, beispielsweise der Fre- qüenz 16 2/3 Perioden pro Sekunde, entspricht, wenn die primärseitige Energie des Trans formators 1 einem Wechselstromnetz mit 50-periodischem Strom entnommen wird.
Die Kurvenform des gewonnenen Wechselstromes geringerer Frequenzen wird dabei der Sinus form umso näher kommen, je grösser .die Phasenzahl ist. Mit einem zwölfphasigen Um richter wird man bessere Kurven erzielen können als mit einem dreiphasigen, welcher lediglich der besseren Übersichtlichkeit wegen im Ausführungsbeispiel gewählt ist.
Der Be trieb der Umrichter erfolgt durch Steuerung der Ventilgruppen 20-40 bezw. 5'0---70 im Gegeptakt,_ wodurclh die beiden TIaibweilen des umgerichteten Wechselstromes gebildet werden.
An diesem Umrichter sind nun Schutz- relaiseinrichtungen vorgesehen, welche dar auf beruhen, dass die Durchgangsströme min destens zweier elektrischer Ventile oder auch zweier Gruppen von Ventilen miteinander hinsichtlich ihrer Grösse, ihrer Phasenlage oder ihrer Mittelwerte verglichen werden. Diese Ventile können beispielsweise die Ven tile 40 und 70 sein oder auch die Ventile 20, 30 und 40, welche eine erste Gruppe bilden, einerseits und die Ventile 50, 60 und 70, wel- ehe eine zweite Gruppe bilden, anderseits.
Der Strom in der Wicklung 4 fliesst in Pfeilrichtung über das Ventil 40, den Bela stungskreis 80 und eine Rückleitung 90 zu rück. Der entsprechende Stromkreis der Spule 7 verläuft in Pfeilrichtung über das Ventil 70, über Belastungswiderstand 80 und zurück über eine Rückleitung 100. Die Rückleitung 90 ist den Ventilen 20, 30 und 40, die Rück- leitung 100 den Ventilen 50, 60 und 70 ge meinsam.
Kurzschlussähnliche Erscheinungen kön nen dadurch hervorgerufen werden, dass bei spielsweise die Ventile der einen Gruppe und der andern Gruppe in gewissen Augenblicken beide gleichzeitig Strom führen. Dies ist bei spielsweise möglich, wenn die Steuerpoten. tiale, welche den Gittergruppen 21T-41 und 51.-71 gleichzeitig aufgedrückt werden zu hoch sind. Eine andere Fehlerart äussert sich darin, dass die Ströme über der gleichen Phase an gehörigen Ventile etwa 40 und 70 oder 30 und<B>60</B> nicht gleich gross sind.
Sie können voneinander in ihrem Effektivweit oder auch in. ihrem zeitlichen Mittelwert abweichen. Im letzteren Falle entsteht ein Gleichstrom der sich im Belastungskreis 80 dem Wechsel strom überlagert. Der Gleichstrom kann zur Beschädigung von Maschinen des Belastungs kreises und auch zur Beschädigung des Um richters führen.
In der Figur sind die Messstellen, wo die auftretenden Ströme erfasst werden können, um sie in geeigneter Weise zur Beeinflussung von Relais zu verwenden, durch kleine Kreise angedeutet.
Der Durchgangsstrom des Ventils 40 ist in voller Höhe an den Messstellen 42 und 46 zu erfassen. In entsprechender Weise fliesst an den Stellen 72 und 76 der Durchgangs strom des Ventils 70 und an entsprechenden Messstellen die Durchgangsströme der andern Ventile. An den Messstellen 43 und 73 tritt die Gesamtstromstärke der Ventilgruppe 20, 30, 40 resp. 50, 60, 70 auf.
Neben der Relais einrichtung, auf die Ströme einwirken, die von Ventilen herrühren, die für verschiedene Halbwellen vorgesehen sind, kann auch eine solche angeordnet sein, die darauf beruht, dass während der Zeit in welcher die Ventil gruppe 20, 30, 40 stromdurchlässig ist, an den Messstellen 43, 45, 75 und 74 die gleiche Stromstärke herrschen muss. Analog mass.
wenn die Ventilgruppe 50, 60, 70 durch lässig ist, an den Messstellen 73, 75, 45 und 44 die gleiche Stromstärke herrschen. :Die Stromstärken können an diesen Messstellen nur dann voneinander abweichen, wenn eine Störung vorliegt. Diese Störung kann darin bestehen, dass die Ventilgruppen 20, 30, 40 <B>und 50,</B> 60, 70 gleichzeitig stromdurchlässig sind. Die Ströme an den Stellen 43, 74 resp. 73, 44 müssen in jedem Augenblick einander gleich sein.
An den Messstellen 43 und 73 sollen ferner die Mittelwerte der Ströme gleich gross sein, dementsprechend auch die Mittelwerte der Ströme an den Messstellen-45, i5 und 44, 74. Man kann durch Differential relais, welche die Momentanwerte oder die Mittelwerte der Ströme in der angegebenen Weise miteinander vergleichen, das einwand freie Arbeiten des Umrichters überwachen und bei Ansprechen dieser Relais den Um richter abschalten oder die Steuerpotentiale cler Gitter 21-27 selbsttätig ändern.
Zur Abschaltung des Umrichters kann zum Bei spiel die Primärenergie des Transformators abgeschaltet werden; wenn an Stelle des Transformators 1 ein Generator verwendet ist, würde dieser abzuschalten sein, ge gebenenfalls unter gleichzeitiger Entregung. Ausserdem können die Verbindungsleitungen, die von der Energiequelle zu den Ventilen 20-70 führen, geöffnet werden. Statt dessen können auch Schalter geöffnet werden, die an den Messstellen 43 und 73 liegen.
Die Ven tile können auch selbst als Schaltorgane be nutzt werden, indem man ihren Steuergittern ein solches Potential gibt, dass die Ventile vollkommen stromundurchlässig werden. Zu dem Zweck kann man ihnen durch Anschal- tung an eine Gleichstromduelle ein unbedingt sperrendes negatives Potential erteilen.
Das gleichzeitige Auftreten eines Durch gangsstromes bei der Gruppe der Ventile 20, 30, 40 und der Ventilgruppe 50, 60, 70 kann ferner durch ein wattmetrisches Relais fest gestellt werden, dessen eine Spule von den Strömen der einen Ventilgruppe und dessen andere Spule von den Strömen der zweiten Ventilgruppe erregt wird. Ein derartiges Re lais kann die Ströme des Messstelle 44 und 74 oder mit Rücksicht auf die vorhandenen Potentialunterschiede zweckmässiger an den Stellen 43 und 44 bezw. 73 und 74 führen.
Wenn durch die Reihenfolge der Spulen 2, 3, 4 auch ihre Phasenfolge richtig wieder begeben ist, dann folgt auf einen Strom im Ventil 40 ein Strom im Ventil 50. Es besteht, wie bereits erörtert, die Gefahr, dass sich die Ströme von den Ventilen 40 und 50 zeitlich überlappen. Zur Erfassung dieses Fehlers kann ebenfalls ein wattmetrisches Relais ver wendet werden, das einerseits vom Strom des Ventils 40 und anderseits vom Ström des Ventils 50 oder von den Strömen - beider Ventilpaare erregt wird. In entsprechender Weise lassen .sich auch die Ströme der Ven tilpaare 30 und. 60 bezw. 20 und 50 zu Schutzzwecken heranziehen.
Das wattmetrisehe Relais spricht auch bei Rückzündungen eines Ventils an. Für diesen Fehlerfall sind. bereits Schutzeinrichtungen bekannt.
Gleichzeitig auftretende Ströme an -den 3iessstellen 44, 43 oder 73, 74 oder 43, 73 oder 44,74 können auch dadurch hervorge rufen sein, dass die Rückleitungen 90 und 100 miteinander leitende Verbindung bekommen haben, sei es über Erde, sei es unmittelbar. Der Fall, dass ein Kurzschluss zwischen den beiden Rückleitungen auftritt ist namentlich bei Bahnanlagen leicht denkbar, weil dort das eine Ende des Belastungszweiges 80 mit dem Schienenstrang, das heisst also mit Erde ver bunden ist,
so dass ein einfacher Erdschluss auf der nicht geerdeten Rückleitung zu einem Kurzschluss beider Rückleitungen führt.
An Stelle des Stromes an der Messstelle 73 kann in der Relaiseinrichtung auch ein Strom treten, der aus den einzelnen Strömen an den Messstellen 52, 62, 72 gebildet ist. Das gleiche gilt für die entsprechenden Mess- stellen in der andern Ventilgruppe. Wenn die verwendeten Ventile Gasentladungsventile insbesondere Quecksilberdampfventile sind mit gemeinsamer Kathode und gemeinsamem Gefäss, geht der Strom nicht gleichzeitig über mehrere dieser Ventile der einen oder andern Gruppe über.
Infolgedessen ist der in den Messstellen 43 und 74 einerseits und den Mess- stellen 73 und 44 anderseits fliessende Strom in jedem Augenblick identisch mit -dem Strom eines der Ventile der einen oder andern Ven tilgruppe. Mit dem Strom der Messstelle 74 können deshalb auch die Ströme der Mess- stellen 22, 32 und 42 einzeln durch differen tiale Relais verglichen werden, wobei die Momentanwerte miteinander verglichen wer den müssen. Eine Differenz darf sich dabei nicht ergeben.
Ein wattmetrisches Relais mit mehreren miteinander gekuppelten Systemen, wobei jeweils eine Spule jedes Systemes von dem Strom an der Messstelle 44 die zweite Spule jedes Systemes von dem Strom an je einer der Messstellen 22, 32 oder 42 erregt wird, darf kein Drehmoment entwickeln. An Stelle eines wattmetrischen Relais mit meh reren mechanisch gekuppelten Systemen kann auch ein solches mit mechanisch unab hängigen wattmetrischen Systemen ange wendet werden, die beispielsweise parallel ge schaltete Kontakte in einem Auslöse- oder Regelstromkreis steuern.
Solange der Um richter ordnungsmässig arbeitet, spricht keins der Relais an.
Im ordnungsmässigen Betrieb werden im allgemeinen auch die Durchgangsströme der Ventile 40-70, 30-60, 20-50 paarweise in ihrem Mittelwert gleich sein. Die Gesamt ströme der Ventilgruppen 20, 30, 40 und 50, 60, 70 sollen im Mittelwert ebenfalls ein ander gleich sein.
Daher lassen sich Differen tialrelais vorsehen, welche den Effektiv- oder den zeitlichen Mittelwert der Ströme an den 3Zessstellen 42-72, 32-62; 22-52 oder die Gruppenströme 22, 32, 42 (bezw. insge samt 43) und 52, 62, 72 (bezw. insgesamt 73) oder die Ströme bei 43-45 oder 73-75 mit einander vergleichen.
Der Effektivwert der Ströme an den Messstellen 45 bezw. 75 muss doppelt so gross sein, wie der Effektivwert der Ströme an den Messstellen 43 bezw. 73 oder 74 bezw. 44. An Stelle .eines Differen tialrelais kann auch ein Verhältnisgerät, zum Beispiel ein Kreuzspulengerät gesetzt werden, welches nicht nur das Vorhandensein einer Ungleichheit zwischen beiden Strömen, son dern. auch das Mass dieser Ungleichheiten an zuzeigen vermag.
An Stelle eines Kreuz spulengerätes kann auch ein sonstiges Gerät treten, das geeignet ist, das Verhältnis zweier Stromstärken anzuzeigen oder das so beschaf fen ist, dass es erst dann eine Bewegung aus führt, wenn dieses Verhältnis einen bestimm ten Wert überschreitet oder unterschreitet.
Da es nicht so sehr auf die Effektivwerte der Durchgangsströme der Ventile ankommt als vielmehr auf ihren zeitlichen Mittelwert, eignen sich als Differentialinstrumente vor allem Gleichstrominstrumente oder fremd erregte dynamometrische Relais.
Dabei kön nen von den Ventilströmen entgegengesetzte Drehmomente hervorgerufen werden, indem beispielsweise ein Instrument mit zwei Spulen versehen ist, die sich in demselben oder in gleichen Feldern drehen oder aber die Ventil ströme rufen ein gemeinsames Feld hervor, dessen zeitlicher Mittelwert der Differenz der Mittelwerte der Ströme entspricht, und wel ches in Verbindung mit einem permanenten Feld oder von einem Gleichstrom hervorge rufenen Feld ein Drehmoment hervorruft, dessen Mittelwert dann ebenfalls dem Mittel wert der Ventilströme gleich ist.
Als Differentialinstrument wird auch ein an den Messstellen 45, 7.5, eingeschaltetes Gleichstromrelais geeignet sein, denn dieses kommt nur dann zum Ausschlag, wenn dem Wechselstrom über den Belastungskreis 80 ein Gleichstrom überlagert ist, das heisst wenn der Mittelwert der Ströme der Ventil gruppe 20, 30, 40 einerseits und der Ventil gruppe 50, 60, 70 anderseits ungleich gross ist. Aus der Ausschlagsrichtung des Gleich stromrelais ergibt sich dabei sofort über welche Ventilgruppe der Strom mit dem grö sseren Mittelwert fliesst.
Von dem Relais kann entweder eine Abschaltung des Umrichters herbeigeführt werden, oder eine Regelvorrich tung gesteuert werden, welche die Strom durchlässigkeit der Ventilgruppe, Idie den grösseren Strom führt, herabsetzt bezw. die der andern erhöht.
Auch mit Hilfe eines wattmateischen Relais, das von den Durchgangsströmen der einen und andern Ventilgruppe erregt wird, kann man eine Regelung der Gitterpotentiale herbeiführen lassen, indem man das watt metrische Relais einerseits von den Strömen einer Ventilgruppe direkt, von den Strömen der andern Ventilgruppe dagegen entspre chend der zeitlichen Änderung dieser Ströme erregt, beispielsweise unter Zwischenschal tung eines Stromwandlers.
Die Überlappung des Durchgangsstromes der einen Ventil gruppe und des Durchgangsstromes der an dern Ventilgruppe kann- dadurch zustande kommen, dass der Strom der negativen Halb welle des durch den Umrichter erzeugten Wechselstromes niedrigerer Frequenz schon einsetzt, bevor der Strom der positiven Halb welle erloschen ist. Der Differentialquotient des Stromes der positiven Halbwelle ist dann zu Zeiten der Stromüberlappung negativ. Die Durchlässigkeit der Ventilgruppe für die negativen Halbwellen muss dann in der Phase um ein entsprechendes Zeitmass verzögert werden.
Die Überlappung kann aber auch dadurch zustande kommen, dass die Stromdurchlässig keit der Ventile für die positive Halbwelle bereits einsetzt, ehe die negative Halbwelle des durch Umrichtung gewonnenen Wechsel stromes beendet ist. Im Augenblick der Stromüberlappung ist dann zeitlich der Dif ferentialquotient der positiven Halbwelle posi tiv. Zur Erfassung des Fehlers kann dann beispielsweise die Steuerspannung des Gitters des für die negative Halbwelle durchlässigen Ventils in der Phase früher gelegt werden. Das wattmetrische Relais, das von dem Strom.
einer Ventilgruppe direkt, von dem Strom der andern Ventilgruppe dagegen über einen WTandler erregt wird, schlägt bei den beiden skizzierten Fehlerfällen in entgegengesetzter Richtung aus und kann demnach dazu dienen, Pegelvorgänge die entgegengesetzt auslösen, hervorzurufen.
An Stelle des wattmetrischen Relais kann in jedem Anwendungsfalle auch eine Anord nung mit Elektronen-Röhren oder Ionenröh- ren oder auch mit Trockengleichrichtern oder mechanischen Gleichrichtern treten, weil sich mit diesen Anordnungen ebenfalls das zeit liche Zusammenfallen zweier Ströme oder Spannungen erfassen lässt. Für die zusätz liche Einrichtung zur Erfassung des gleich zeitigen Stromdurchganges durch solche Mess- stellen, durch welche ordnungsgemäss. niemals gleichzeitig Strom fliessen darf, eignen sich grundsätzlich vor allem trägheitslose Relais, von welchen Elektronenröhren und Ionen röhren nur als Beispiele genannt sind.
Für die Zwecke des Differentialschutzes können die auf beiden Seiten des Umrichters auftretenden Ströme oder von ihnen abge leitete Ströme auf eine gemeinsame Frequenz gebracht werden. Es ist an sich nicht wesent lich, welche Frequenz benutzt wird, jedoch erscheint es zweckmässig, entweder beide . Ströme auf die Frequenz 0 zu bringen, das heisst in Gleichstrom umzuwandeln oder nur die Ströme von einer Seite der Ventile durch einen Frequenzumformer auf die gleiche Fre quenz mit den Strömen auf der andern Seite zu bringen. Die Verwendung von Gleich richtern ergibt eine sehr einfache und sehr zuverlässige Anordnung.
Fremdgesteuerte Gleichrichter, zum Beispiel mechanische Gleichrichter, ermöglichen nicht nur die Grössenbeträge, sondern auch die Momentan werte der Ströme miteinander zu vergleichen. Dadurch, dass man nur die Ströme der einen Seite auf die Frequenz der an der andern Seite der Ventile fliessenden Ströme bringt, kommt man mit der Anwendung eines ein zigen Frequenzumformers aus.
Auf etwas anderer Grundlage beruht ein Differentialschutz, bei dem eine Relaisein richtung dann in Tätigkeit tritt, wenn die Ströme der beiden Richtungen des durch die Umformung gewonnenen Wechselstromes ge meinsam einen Strom oder eine Spannung von der Betriebsfrequenz hervorrufen.
Der Strom im Belastungskreis 80 der Fig. 1 hat die Frequenz, welche durch die Umrichtung gewonnen wird. Die eine Halb welle dieses Wechselstromes fliesst dabei über die Messstelle 43, die zweite Halbwelle fliesst über die Rückleitung 100, also durch die Messstelle 44.
Fasst man diese beiden Halb wellen des Belastungsstromes an den Mess- stellen 43 und 44 derart zusammen, dass beide Halbwellen in gleichem Sinne auf ein gemeinsames Anzeigegerät einwirken, so steht dieses Anzeigegerät unter der Einwir kung eines Stromes, der die doppelte Fre- cjuenz des Stromes im Belastungskreise 80 hat.
Solange die Steuerung der Ventilgruppen 20, 30 und 40 einerseits und 50, 60, 70 ander seits derart ist, dass die Ströme an den Mess- stellen 43 und 44 gleiehgross sind und sich zeitlich nicht überlappen, steht das gemein- tame Messgerät unter der Einwirkung eines Stromes (oder Spannung), der nur die dop pelte Frequenz des Stromes im Belastungs kreis 80, aber keine Komponente von Be triebsfrequenz besitzt.
Dies ändert sich jedoch, sobald die von den beiden elektrischen Ventilgruppen aus gehenden Halbwellen nicht die richtige Phasenverschiebung gegeneinander besitzen, so dass also kurzzeitig ein Strom gleichzeitig an der Messstelle 43 und auch an der Mess- stelle 44 auftritt oder auch, wenn die beiden Halbwellen ungleich gross sind. Es wirkt dann auf das Anzeigegerät oder Relais auch ein Strom oder eine Spannung mit der Be triebsfrequenz des Belastungskreises 80. Das Auftreten eines Stromes, dessen Frequenz kleiner als die doppelte Betriebsfrequenz ist, kann also als Kriterium für eine Störung be nützt werden.
Zum Speisen eines solchen Gerätes kann man den Strom an den Messstellen 43 und 44 Tiber je einen Widerstand leiten und das Mess- gerät so schalten, dass die von den beiden Halbwellen des Stromes in den Widerständen hervorgerufenen Spannungsabfälle gleich sinnig das Xessinstrument oder Relais beein flussen.
Die beiden Messstellen 43 und 44 sind lediglich als Beispiel zu betrachten, denn es ist ohne weiteres einzusehen, dass zum Bei spiel die Messstellen 73 und. 74 ebenso gut zum Anschluss des Relais oder Anzeige gerätes verwendet werden können. Da ander seits der an der Messstelle 44 fliessende Strom bei ordnungsmässigem Betrieb identisch ist mit dem an der Messstelle 45, 73 oder 75 flie ssenden Strom und der an der Messstelle 74 fliessende.
Strom auch an den Messstellen 43, 45<U>-und</U> 75 erfasst werden kann, ist es auch möglich, den Strom an der Messstelle 43 mit dem Strom an der Messstelle 73 oder die Ströme an den Messstellen 44 und 74 oder noch andere Zusammenstellungen der Mess- stellen zu wählen;
es muss dabei nur beachtet werden, dass man den Strom zweier solcher Stellen erfasst, an denen nur die eine Halb welle oder nur -die ändere 13albwelle des Wechselstromes auftritt, andernfalls muss man dafür sorgen, wenn man zum Beispiel den Strom an der Messstelle 45 mit dem Strom an der Stelle 43 vergleichen will, dass man von dem Strom an der Messstelle 45 nur die eine Halbwelle benutzt, die ordnungs mässig niemals gleichzeitig mit einem Strom an der Messstelle _ 43 auftreten darf.
Ge gebenenfalls kann man beide $albwellen des Stromes an der Messstelle 45 verwenden, muss dann aber die eine Halbwelle für die Schutz einrichtung in der Richtung umkehren.
Zur Erläuterung sind einige Ausfüh rungsmöglichkeiten in den Fig. 2, 4, 5 und 6 dargestellt.
Zum Verständnis der Fig. 3a sei auf Fig.1 bezw. Fig. 2 verwiesen. An der Messstelle 43 ist die eine Halbwelle und an der Messstelle 44 die andere Halbwelle des Stromes im Be lastungskreis zu erfassen. Der Strom im Be lastungskreis ist insgesamt an .der Messstelle 45 zu erfassen. Die Schaltung des Schutz relais 308 ist nun derart, dass diejenige Halb welle des Belastungsstromes, welche an der Messstelle 43 auftritt, einen ihrem Span nungsabfall in dem Widerstand<B>39</B> propor tionalen Strom durch das Relais 308 schickt.
Dabei fliesst der Strom von der Messstelle 43 zum Knotenpunkt 310 hin. Auch der Strom (.ler Messstelle 44 erzeugt im Relais einen Strom, dessen Grösse durch den Spannungsab fall am Widerstand 311 gegeben ist. Dieser fliesst vom Knotenpunkt 310 fort. Infolge dessen rufen die Ströme, die an der Messstelle 43 und an der Messstelle 44 auftreten, gleich gerichtete Erregerströme im Relais 30$ her vor.
Dies ist in Fig. 3a bis 3c dargestellt. Der Strom an der Messstelle 43 sei beispielsweise durch die stark ausgezogene Kurve 312 dar gestellt, der Strom über die Messstelle 44 ,dementsprechend durch die gestrichelte Kurve 318. Beide sind positiv gezeichnet. Der Strom, welcher das Relais 308 durchfliesst, ist etwa durch die Kurve 314 wiedergegeben. Infolge der Verschleifungen wird die Strom kurve- 314 nur eine gewisse Welligkeit be sitzen. Ganz bis zum Betrage lull wird der Strom dagegen nicht periodisch absinken.
Dieser Strom hat aber eine Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Betriebsfrequenz des Stromes an der Messstelle 45; denn inner halb der Zeit 'f, das ist innerhalb der Zeit einer Periode des Betriebsstromes im Be lastungskreis, liegen zwei Perioden des durch die Kurve 314 wiedergegebenen Er regerstromes des Relais 308.
Sobald nun eine Ordnungswidrigkeit auf tritt, die beispielsweise darin besteht, dass die beiden Halbwellen des Belastungsstromes un gleich gross sind, tritt in dem Erregerstrom- kreis-des Relais 308 dieselbe Frequenz auf, die auch der Betriebsstrom hat.
Dies wird durch Fig. 3b erörtert, in der die Kurven 312, 313 und 314 wiederum die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 3a. Wenn die Amplitude des Stromes an der _NIessstelle 44 (Kurve 313) kleiner ist als die Amplitude des Stromes an der Messstelle 43 (Kurve 31.2), dann weist die Kurve 314 ,starke Einsattelungen zu Zeiten der einen Halbwelle des Betriebsstromes auf. Der Ab stand dieser Einsattelungen entspricht der Zeitlänge einer vollen Periode des Betriebs stromes.
Eine Ordnungswidrigkeit würde auch vor liegen, wenn die Ströme der Ventilgruppen 20, 30, 40 bezw. 70, 60, 50 (Fig. 1) sich zeitweilig überlappen. Dies würde auf eine falsche Einstellung der Steuerungsspannun gen der Ventilgruppen hindeuten. Wie aus Fig. 3c hervorgeht, treten dann ebenfalls Einsattelungen der Kurve 314 auf, welche sich im Abstand einer vollen Periode des Be triebsstromes wiederholen.
Die in Fig. 3b und 3c erläuterten Fehlererseheinungen können er fasst werden durch ein Relais, das bei Auf treten der Grundfrequenz im. Erregerstrom- kreis3 des Relais anspricht.
In Fig. 2 hat deshalb das Relais 308 einen aus einer Drosselspule 315 und einer Kapazität 316 bestehenden Vorschal twider- stand bekommen, der den Widerstand des Relaiskreises für Ströme der Grundfrequenz klein, für alle andern Frequenzen dagegen wesentlich grösser macht. Gemäss Fig. 4 ist Glas Relais 308 über einen Zwischenwandler 317 angeschlossen. Der Relaiskreis kann auf diese Weise auf Erdpotential gebracht werden. Ein Resonanz kreis kann etwa in gleicher Weise wie bei Fig. 2 angewendet werden.
In Fig. 5 ist das Relais 308 ein watt metrisches Relais. Seine Stromspule kann wie in Fig. 2 oder in Fig. 4 oder nachher in Fig. 6 dargestellt wird, angeschlossen sein. Die zweite Spule wird von einer Fremdspan nung 319 erregt. Diese Fremdspannung be sitzt die Frequenz der Betriebsspannung. Sie kann beispielsweise direkt von den Span nungsquellen entnommen werden, die für die Steuerung der Gitterpotentiale der Ventile vorgesehen sind.
Das wattmetrische Relais besitzt. die Möglichkeit, durch Ausschlag nach rechts oder links bei einem Fehler, wie er in Fig. 3b dargestellt ist, sofort anzu geben, welche Stromhalbwelle im Belastungs strom grösser ist.
Gemäss Fig. 6 wird das Relais 308 über Einen Zwischenwandler mit zwei Primär wicklungen erregt, von denen jede durch eine andere Halbwelle des Betriebswechselstromes erregt wird. Die beiden Halbwellen wirken wie zwei gleichgerichtete Halbwellen eines Gleichstromes auf den Magnetkreis ein, an dessen Sekundärwicklungen das Relais liegt. Die Sekundärspannung enthält bei ordnungs mässigem Betriebe keine Komponente der Grundwelle. Diese Komponente tritt nur bei Ungleichheit in der Grösse oder in der Phasen lage der beiden Halbwellen auf.
In Fig. 1 ist der Belastungskreis durch einen Widerstand 80 dargestellt, welcher un mittelbar an die Kathode der Ventilgruppen angeschlossen ist. Zweckmässiger ist es, an Stelle des in Fig. 1 gezeichneten Wider standes 80 die Primärwicklung eines Trans formators zu setzen, an dessen Sekundärseite ,der Belastungskreis angeschlossen ist. Die Primärwicklung des Transformators erhält, zweckmässig zwei gleichgrosse Teile und die Rückleitungen 90 und 100 werden vereinigt und führen zu dem gemeinsamen Sternpunkt der Wicklungen 2, 3, 4 und 5, 6, 7.
Es kön nen dann in bequemer Weise die Ströme in den beiden Wicklungshälften der Primär wicklung des Lasttransformators miteinander verglichen werden, das heisst die Schutzrelais werden von den Strömen an den Stellen 44 und 74 erregt. Das Schutzrelais kann dann so ausgeführt werden, dass es zwei Systeme besitzt, von denen das eine durch den Strom in der einen Primärwicklungshälfte des Lasttransformators und der zweite durch den Strom der andern Wicklungshälfte des Last transformators erregt wird. Die Feldwick lung der beiden Relaissysteme kann, wie bei Fig. 5, von einer Fremdspannung, die etwa den Steuergeneratoren der Ventile entnom men wird, und die .
Frequenz !des Be lastungsstromes besitzt, erregt werden. Die Schutzeinrichtung des Umrichters kann noch durch einen momentan wirkenden Wider- standsschutz und einen Überstromschutz mit Zeitverzögerung ergänzt werden. Es ergibt sich dabei insgesamt die Schaltung gemäss Fig. 7. In dieser stellt 411 die Sekundärseite des Lasttransformators für den durch die Umrichtung gewonnenen Wechselstrom dar. Die Belastung ist durch einen Schalter 413 ausschaltbar.
Der Transformator besitzt zwei Primäruricklungshälften 413 und 414. Die MTicklungshälfte 413 liegt in Reihe mit dem fremdgesteuerten Gleichrichter 415. Die Wicklungshälfte 414 liegt mit dem fremdge steuerten Gleichrichter 416 in Reihe. Von der Verbindungsstelle der beiden Wicklungs hälften 413 und 414 führt eine gemeinsame Rückleitung 417 zum Sternpunkt des Primär- transformators 418. Für die Abschaltung des Primärtransformators ist ein Schalter 419 vorgesehen.
Die Schutzeinrichtung umfasst noch Span nungsbruchrelais 420 und Minimalimpedanz relais 421. Die Minimalimpedanzrelais 421 können nur ansprechen, wenn wenigstens eines der Spannungsbruchrelais 420 ebenfalls angesprochen hat. Über ein Hilfsrelais 422 wird dann die AL1slösung des Schalters 419 und die Auslösung des Schalters 412 unver züglich bewirkt. Ausser der Impedanzschutz- einrichtung 420, 421 ist- noch ein Schutz relais 423 vorgesehen, welches bei Fehlern der in Fig. 3b und 3c dargestellten Art an spricht.
Dieses Schutzrelais besitzt zwei be wegliche Systeme, von denen eines an einen Widerstand 424 und das andere - an einen Widerstand 42,5 angeschlossen ist, so dass je des von ihnen von einer andern Halbwelle ,des Erregerstromes des Lasttransformators 411 erregt wird. Das Relais 423 ist nun ein dynamometrisches Relais und seine Feldspulen sind an den Generator 42,6 angeschlossen, der ,die Steuerspannung für die Gleichrichter 415 und 416 liefert. Die Erregerspannung des Re lais 423 besitzt also die Frequenz des Be lastungsstromes auf der Sekundärseite des Lasttransformators 411.
Das Relais vermag also nur dann Kontakt zu geben, wenn ein Strom dieser Frequenz auftritt. Wenn das Relais Kontakt macht, bewirkt es mit Hilfe des bereits genannten Relais 422 die sofortige Abschaltung des Umrichters. Zum Schutz gegen Überlastungen ist dann noch ein Über stromzeitrelais 427 vorgesehen. Der Schutz bereich der Widerstandsrelais erstreckt sich bis etwa in die Mitte der Wicklung des Last transformators 411. Kurzschlüsse innerhalb dieses Bereiches sowie Ungleichheiten im Ar beiten der Ventile 415 und 416 führen zur sofortigen Abschaltung des ganzen Aggre gates etwa mit 0,1 oder 0,2 Sek. Zeit verzögerung.
Im Belastungskreis liegende Störungsursachen führen zum Ansprechen des Überstromzeitrelais und nur dann zur Abschaltung des Aggregates, wenn nicht der Fehlerstelle näherliegende Leitungsschutz relais schneller ansprechen als das Über stromzeitrelais der Umriehteranlage.