Als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung Das Patent bezieht sich auf eine als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung, sowie auf die Ver wendung desselben für den Stromdifferentialschutz elektrischer Anlagen. Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 zunächst das bekannte Grundschema der Stromdifferentialschaltung dargestellt. Am Anfang und Ende einer zu schützenden Strecke 1, beispiels weise einer Sammelschiene, einer Transformator wicklung oder dergleichen, misst je ein Stromwandler 2 bzw. 3 den Primärstrom I bzw. 12.
Die sekundären Wicklungen der Stromwandler sind zusammen mit einem Hilfswandler 5 hintereinandergeschaltet. Die Mitte des Hilfswandlers 5 ist mit der Verbindungs leitung zwischen beiden Stromwandlersekundärwick- lungen im Punkt C durch eine Vergleichseinrichtung 4 verbunden. Es sind also zwei sekundäre Stromkreise vorhanden.
Der Strom il (Vektorgrössen seien durch Überstreichen gekennzeichnet) fliesst über die linke Hälfte des Hilfswandlers 5 und über die Vergleichs einrichtung 4 zum Stromwandler 2 zurück, während der Strom 1.2 in entgegengesetzter Richtung zu il über die Vergleichseinrichtung 4 und in gleicher Richtung wie il über die andere Hälfte des Hilfswandlers 5 fliesst. Man erhält also in der Vergleichseinrichtung 4 die geometrische Differenz il 1.2. Im Hilfswandler 5 addie ren sich die beiden AW-Zahlen
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und wobei
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n die gesamte Windungszahl von 5 ist.
Man erhält somit auf der nicht dargestellten Sekundärseite dieses Hilfs- wandlers 5 einen Strom, der der geometrischen Summe 1.1-+-i2 proportional ist, entsprechend dem Fluss
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Solange die Schutzstrecke 1 ungestört ist, wird il mindestens annähernd gleich 1.2 sein und somit die über die Vergleichseinrichtung fliessende geometrische Diffe- renz il z'2 annähernd gleich Null sein. Tritt dagegen in der Schutzstrecke 1 eine Störung auf, so ist das Gleich gewicht gestört.
Durch die Vergleichseinrichtung 4 wird dann ein Fehlerstrom 1.a <I>=</I> 11=i2 fliessen, der zur Anzeige des Fehlers verwendet werden kann. Eine derartige Einrichtung wird daher bereits seit langem für den Differentialschutz verwendet, beispielsweise in Gestalt des seit mehreren Jahren bekannten Waage balkenrelais. An dessen Waagebalken greifen zwei Elektromagnete an, von denen der eine von der geo metrischen Summe der Ströme im sperrenden Sinn und der andere von der geometrischen Differenz im aus lösenden Sinne beeinflusst wird. Je nach der Richtung einer zusätzlichen, an dem Waagebalken angeordneten Rückzugsfeder kann ein derartiges Relais als soge nanntes Prozent- oder als Sperrelais verwendet werden.
Im Verlaufe der Jahre sind dann zahlreiche Abände rungen dieses Relais bekanntgeworden, die den Zweck verfolgen, die Ansprechgenauigkeit des Prozent- oder Sperrelais zu erhöhen und Störungen weitgehend aus zuschliessen; dadurch wurde aber anderseits der ei forderliche Aufwand wesentlich vergrössert, beispiels weise durch Anordnung von Transformatoren mit nachgeschalteten Gleichrichtern, Glättungseinrichtun- gen und dergleichen.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine als Prozent- oder Sperrelais dienende Einrichtung ins besondere für den Stromdifferentialschutz elektrischer Anlagen geschaffen, welche auf die ursprüngliche ein fache Schaltung zurückgeht, jegliche zusätzlichen Gleichrichter oder dergleichen vermeidet und dennoch eine hohe Genauigkeit und Störsicherheit ergibt.
Er- findungsgemäss sind zwei magnetfeldempfindliche Kör per in zwei getrennten Magnetfeldern angeordnet, von denen das eine proportional der geometrischen Summe, das andere proportional der geometrischen Differenz zweier miteinander zu vergleichender Ströme erregt ist, und wobei die durch die magnetfeldabhängigen Zu standsänderungen der beiden Halbleiterkörper beding ten Spannungsänderungen im einander entgegengesetz ten Sinne eine Vergleichseinrichtung beeinflussen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Klemmen<I>A, B</I> und C sind an die gleich namigen Klemmen in der Fig. 1 angeschlossen zu denken. Von einer Wicklung 21 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches proportional der geometrischen Summe (i,. -1-f2) der beiden Ströme il und 172 ist. Diese Wicklung ist also zu vergleichen mit der in Fig. 1 dar gestellten Wicklung des Hilfstransformators 5. Von einer Mittelanzapfung der Wicklung 21 geht der diago nale Stromkreis ab, welcher den Fehlerstrom 17a =ü172 führt.
Von diesem Strom wird in einer Wicklung 22 ein Magnetfeld erzeugt, welches nun seinerseits propor tional (17,-Q ist. In jedem dieser beiden Magnetfelder ist ein Hallspannungserzeuger 23 bzw. 24 angeordnet, dessen Steuerstrom in diesem Fall proportional den zugehörigen Magnetfeldern ist. Es wird dies beim Aus führungsbeispiel dadurch erreicht, dass der Steuerstrom je einer zusätzlichen, von dem betreffenden Magnetfeld beeinflussten Wicklung 25 bzw. 26 entnommen wird.
Man erhält, auf Grund des ihm eigenen Multiplika tionseffektes, an dem Hallspannungserzeuger 23 eine Hauspannung, die proportional 1 i, + i212 ist, und an dem Hallspannungserzeuger 24 eine Hallspannung proportional 111-1212. Diese beiden Hallspannungen sind über eine Vergleichseinrichtung 27 gegeneinander geschaltet.
Da der Strom il sich aus dem Strom 172 und dem Fehlerstrom 17a geometrisch zusammensetzt, ist bei einem aussenliegenden Fehler stets (171-1-i2) > 17e oder auch 11-1-i2 > 11-i2.
Somit ist auch das Quadrat 1i1-1-1212 > i i,-i212. Bei einem innenliegenden Fehler ist dagegen die Summe (il+i2) kleiner oder höchstens gleich (bei ein seitiger Speisung) dem Fehlerstrom 17a. Somit ist auch das Quadrat 111 + <B>1212</B> I il-i212- Durch die Vergleichseinrichtung 27 fliesst somit ein Differenzstrom, dessen Richtung davon abhängt, ob das Quadrat der Summe grösser ist als das Quadrat der Differenz und umgekehrt.
Eine Rückzugfeder sorgt dafür, dass die Vergleichs einrichtung den Schutz nur dann auslöst, wenn der Differenzstrom eine Richtung hat, die sich ergibt, wenn das Quadrat der Summe höchstens gleich dem Quadrat der Differenz beider Ströme il und 172 ist. Als Ver gleichseinrichtung kann hierbei ein polarisiertes Relais dienen. Statt dessen kann aber auch ein Verstärker an sich bekannter Art verwendet werden, der von der Differenz der Hallspannungen beider Hallspannungs- erzeuger 23 und 24 gesteuert wird.
Für die vorliegende Erfindung eignet sich zur Er zeugung der Hallspannung vorteilhaft ein Widerstands körper, der aus einem Halbleiter mit einer Träger beweglichkeit von mindestens 6000 cm2/Vs besteht. Im Gegensatz zu andern, an sich bekannten Hall spannungserzeugern, wie beispielsweise Germanium mit einer Trägerbeweglichkeit unter 6000 cm2/Vs, haben die Halbleiterkörper mit höherer Trägerbeweg lichkeit nicht nur den Vorteil erheblich grösserer Emp findlichkeit (grössere Hauspannung bei gleicher Steuer grösse), sondern sind darüber hinaus mit wesentlich grösseren Ausgangsleistungen zu belasten.
Zu den Halbleitern mit derartig hohen Trägerbeweglichkeiten gehören Widerstandskörper aus halbleitenden Ver bindungen, insbesondere aus der Form AIIiBv, d. h. also Verbindungen eines Elementes A der III. Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe des periodischen Systems. Für den vorliegenden Zweck haben sich als besonders vorteilhaft die Verbindungen von Indium- Antimonid und Indium-Arsenid erwiesen, bei denen Trägerbeweglichkeiten bis 60000 cm2/Vs und mehr erreicht werden.
Die Erfindung ist auch nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispiels weise grundsätzlich möglich, statt des Halleffektes die Widerstandsänderung unter dem Einfluss des Magnet feldes zu verwenden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass der Steuerstrom der Hallspannungserzeuger 23 und 24 proportional den zugehörigen Magnetfeldern ist. Statt dessen kann auch ein konstanter Steuerstrom verwendet werden bzw. ein veränderlicher Steuerstrom, sofern nur die Änderung des Steuerstromes in beiden Hallspannungserzeugern gleichzeitig erfolgt, beispiels weise in der Art, dass die Steuerstromelektroden der beiden Hallspannungserzeuger in einem Steuerkreis in Reihe geschaltet sind.