CH405478A

CH405478A - Schutzeinrichtung für elektrische Stromkreise

Info

Publication number: CH405478A
Application number: CH1037362A
Authority: CH
Inventors: E Glassburn William
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1961-09-08
Filing date: 1962-08-31
Publication date: 1966-01-15
Also published as: JPS39027407B1; US3133230A

Description

Schutzeinrichtung für elektrische Stromkreise Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für elektrische Stromkreise und bezieht sich insbesondere ,auf zeitverzögerte Schutzrelais zur Verwendung in ,derartigen Einrichtungen.

Zemtverzögerungsgeräte werden in .grossem Masse zum Schutz elektrischer Anlagen verwendet. In ihren betriebsmässigen Verkörperungen verwenden derar tige Geräte mit der Regel eIcktrisch betätigte Teile und sind entworfen, um durch allgemein bekannte Zeitkurven gekennzeichnete Ansprechwerte zu haben.

Obwohl Gesichtspunkte ider Erfindung in ver- schiodenen Arten von Schutzrelais, wie beispielsweise Spannungsrelais, verwirklicht werden können, äst die Erfindung speziell für zeitverzögerte Überstrom- Schutzrelais ,geeignet,

idie für den Schutz von elek trischen Wechselstrom,anondnungen bestimmt sind. Die Erfindung soll in Verbindung mit einem solchen üiberstromred@ais beschrieben werden.

Diese Erfindung betrifft eine :Schutzeinrichtung für elektrische Stromkreise .und ist ,gekennzeichnet durch eine Anordnung,

ideren Engangsklemmen eine einer Grösse des zu schützenden Netzes proportionale Gleichspannung zugeführt .wind und die an Iden Aus- gangsklemmen eine Gleichspannung liefert, deren Po larität bei kleinen Werten ,

der überwachten Grösse ,der Polarität bei grösseren Werten entgegengesetzt ist, und eine von (der Ausgangsgleichspannung dieser Anordnung psteuerte Speichervorrichtung zur Spei cherung einer elektrischen Menge nur, wenn die Gleichspannung die grösseren Werten der überwach ten Grösse entsprechende Polarität hat,

sowie einen Steuerstromkreis mit von ider .gespeicherten Menge abhängigen übersetzungsmitteln zur Einleitung einer Steuerfiunktion.

Durch die Erfindung wird eine nasche Rück- stellung oder Zeitmesseinheit erleichtert. Andere Vorteile und Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, in der Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung mit einem zugeordneten zeitverzögerten Schutzrelais ist.

Fsg. 2 bis 4 sind graphische Darstellungen, die .zum Verständnis der Aufgabe und icter Wirkung des in Fig. 1 dargestellten Relais denen.

Unter Verweis auf die Zeichnung zeigt Fig. 1 einen zu schützenden elektrischen Stromkreis oder Anlage. Der Stromkrems nach Fvg. 1 ist repräsentativ für Beine Vielzahl von Stromkreisen, die geschützt werden sollen. Beispielsweise kann ein solcher Strom kreis ein @Gleichstrorakrems,

ein mehrphasiger Wech- selstromkreis oder ein Einphasenwechselstromkreüs isein. Für vorliegende Zwecke isoll angenommen wer den, dass ider Stromkrems nach Fig. 1 ein Einphasen- wechselstromkreis isst,

ider zwei Leiter L1 und L2 hat, die einen Wechselstrom IL führen, und mit einer üblichen Frequenz von 60 Hz arbeitet.

Ein. Selbstschalter CB ist vorgasehen, um bestimmte Teile des elektrischen Stromkreises ,abzutrennen, die durch ,die Leiter L1 und L2 idargesteldt sind.

Dieser Selbst schalter hat eine ,Auslösespule TC und einen Hilfs- schalter CB1, Ader ist, wenn ider Schalter mit geschlossener Stellung ist, und der offen ist, wenn der Schalter CB in offener Steillung ist.

Der Schalter ist in geschlossener Stellung dargestellt.

Eine @Gleichspannung wird idem zu schützenden Stromkreis entnommen, und diesle Gleichspannung ist ,an die Klemmen A undB @angelegt. Zudiesem Zweck wird die Primärwicklung :

des Stromwandlers T1 in Abhängigkeit von dem Strom IL erregt, und seine Sekundärwicklung ,ist ,mit ider Primärwicklung eines zweiten Wandlers T2 verbunden. Die Primärwicklung des Wandlers T2 ist vorzugsweise regelbar, um eine einstellbare Anzahl von Windungen für in der folgen den Beschreibung erläuterte Zwecke zu schaffen.

Die ser Wandler hat einen sättigbaren magnetischen Kern.

Die Sekundärl.eistungdes Wandlers T2 ist in ge eigneter Weise .gleichgerichtet, und die erhaltene Gleichspannung wird an den KlemmenA undB abgegeben.

In der Speziellen Anordnung nach Fig. 1 hat die Sekundärwicklung des Wandlers T2 zwei Endklemmen T2A und T2B mit einer Mittelpunkt anzapfung oder Klemme T2C, die zwischen Aden erst- ge.nannten Endklemmen liegt.

Die zwei Klemmen T2A und T2B sind je für sich durch in einer Rich tung leitende Mittel oder Gleichrichter REl und RE2 an die Klemme B angeschlossen. Die Mittel- anzapfung oder Klemme T2C ist mit (der Klemme, A verbunden.

Mit Rücksicht auf die Sättigungscharak- teristik des Wan@3lers T2 ergibt .sich eine Spannung Vn.@ .an den Klemmen A undB, die in der durch ,die voll .ausgezogene Kurve in Fig. 2 dargestellten Weise in Beziehung zu dem Netzstrom IL steht. In dieser Figur bedeuten die Ordinaten Spannungen und die Abszissen Werte des Netzstromes IL.

Die Kurve kann durch Veränderung der Primärwicklung des Wandlers T2 verändert wenden.

Falls gewünscht, kann eine Gasentladungsröhre S1 parallel zu einer Verlängerung der Sekund'änwick- lungdes Wandlers T2 geschaltet werden.

Falls ausser- ordentlich hohe Spannungsspitzen in der Sekundär- wicldun,g des Wandlers T2 auftreten, bewirken diese Spitzen eine Zündung der Gasentladungs- oder Neon röhre S1 zum Zwecke der Begrenzung der an der Sekundärwicklung auftretenden Spannungsspitzen.

Von der an den KlemmenA undB auftretenden Gleichspannung wird eine Gleichspannung .an den Klemmen D und E erzeugt, die ihre Polarität wech- selt, wenn der Netzstrom IL durch einen vorbe- stimmten Wert geht. Diese Änderung der Polarität ist durch die strichlinierte Kurve VDE in Fig. 2 an gedeutet.

Bei Prüfung dieser Figur ist zu beachten, .dass die Spannung VDE die Polarität wechselt, wenn sie durch einen einer Einheit des Stromes IL ent sprechenden Punkt hindurchgeht.

Die gewünschte Spannung VDE wird in der An ordnung nach Fig. 1 mit Hilfe einer Brücke mit vier Zweigen erreicht. Die KlemmenA und B dienen als Eingangsklemmen für die Brücke, wähnend die Klem- men D :und E als Ausgangsklemmen der Brücke ;

dienen. Wenigstens einer der Zweige der Brücke ent hält einen Widerstand mit einem Widerstandswert, der als Funktion der Spannung an dem Widerstands- körper der als Funktion des Aden Widerstand durch- fliessenden Stromes sich ändert. In der speziellen Anordnung nach <RTI

ID="0002.0120"> Fi,g. 1 ist ein solcher Wi@ders@tand RK für einen der Brückenzweige verwendet. Die restlichen Zweige der Brücke enthalten Widerstände R1 und R2 mit Widerstandswerten, die ran wesent lichen unabhängig von dem siedurchfliessenden Strom sind.

Einer dieser Widerstände R2 ist regelbar, um das Gleichgewicht der Brücke einstellen zu können. Ein regelbarer Belastungswiderstand R3 ist an die Klemmen D und E angeschlossen. Es ist zu beachten, @dass zwei Zweigemder Brücke glrichc Widerstände R1 haben.

Es sind verschiedene Widerstände bekannt, die als Funktion des sie durchfliessenden Stromes wech- szInde Widerstandswerte haben. Der Widerstand RZ kann beispielsweise die Gestalt eines Kupferoxyd- gleichnichters .annehmen. Dieser hat eine Wider :stands urve,die durch die voll ausgezogene Linie R1 in Fig. 3 @dargestellt wird.

In dieser Figur sind Wider- standswerte als Ordinaten und Werte der Spannung Vs:a als Abszissen eingetragen. Widerstandswerte für die Widerstände R1 .und R2 :sind Nebenfalls in Fig. 3 gezeigt. Die Widerstandswerte sind so gewählt, @dass sich eine mit der Kurve VDE in Fig. 2 vergleichbare Kurve ergibt.

Der Widerstand R2 wird eingestellt, .um die Brücke zwecks Erzeugung einer Ausgangs- spannung gleich Null an den Klemmen D und E .abzugleichen, wenn der Netzstrom IL den Wert ei ner Einheit hat.

Eine Zeitverzögerung beim Ansprechen des Relais wird (durch Anlegender an ,den Klemmen D und E auftretenden Spannung ;an einen einstellbaren Wider stand R4 und einen Kondensator C in Reihenschal tung eingeführt. Eine in einer Richtung leitende Einrichtung oder ein Gleichrichter RE3 ist ,

dem Kon- densator C parallel geschaltet und eine ähnliche Ein richtung oder Gleichrichter RE4 ist einem einstell baren Teil des Widerstandes R4 parallel geschaltet. Der Lade- ,und Entladungsvorgang des Kondensators C soll nun betrachtet wenden.

Es sei angenommen, dass der Netzstrom IL Null ist und dass die Spannung VDE ebenfalls Null ist. Wenn der Netzstrom IL zu steigen beginnt, hat die Spannung VDE, wie durch die gestrichelte Kurve in Fig. 2 ;angedeutet, zunäscht -negative Werte.

Unter diesen Umständen ist die Klemme E positiv mit Bezug sauf die Klemme D, und @die Spannung an ,diesen Klemmen erzeugt einen Stromfl:

uss in einer Richtung, die durch den voll ausgezogenen Pfeil IG dargestellt wind. Dieser Strom fliesst von der Klemme E durch Aden Gleichrichter RE3, den unteren Teil des Widerstandes R4 und den Gleichrichter RE4 zu der Klemme D.

In diesem Abschnitt wird jede .in dem Kondensator C verbleibende Ladung nasch ,abgeleitet und Beine im wesentlichen Null betnagende Spannung tritt ,an dem Kondensator,auf.

;Sobald Ader Netzstrom IL durch einen dem Ein- heitswert entsprechenden Wert hindurchgeht, wech selt die Spannung VDE die Polarität. Das bedeutet, @dass die Klemme D positiv wind in bezug auf die Klemme E,

und die Spannung an diesen Klemmen erzeugt einen Strom 1c. @in Richtung des gestrichelten Pfeiles. Dieser Strom wird durch die Gleichrichter RE3 und RE4 ,gesperrt.

Der Strom wird daher ge- zwungen, duroh Aden wirksamen Teil des Widerstan des R4 und Aden in Reihe geschalteten Kondensator C zu fliessen. Die -Spannung an dem Kondensator C beginnt au steigen in einem Masse, abhängig von der Grösse der Spannung VDE,

dem wirksamen Wider- standsivert ides Widerstandes R4 und der Bemessung ,des Kondensators C. Die Spannung an idem Kon densator C ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Ordi- naten Spannung und die Abszissen den Netzstrom IL darstellen.

Falls der Netzstrom IL sinkt, nachdem der Kondensator C i@m wesentlichen die Höchstla dung für ,den fliess:en@den Netzstrom erreicht hat, wird die Ladung zu einem neuen Wert entsprechend dem gesunkenen Netzstrom rasch .abnehmen infolge (dies niederohmiigen Entladungspfades,

(der durch den Gleichrichter RE4 mit Nebenschluss .eines wesentli chen Teiles (des Widerstandes R4 gebildet wird.

Falls der Netzstrom (danach Ibis zu einem Wert unterhalb ,des in Fig. 2 idargestellten Einheitswertes absinkt, gewährleistet,die Umkehr (der Polarität der Spannung VDE, eine ,sofortige Entladung des Kondensators C.

Die Auslösung :des Selbstschalters CB wird durch ,die Spannung= (dem Kondensator C gesteuert. Vor zugsweise wird ;eine solche .Auslösung nur eingeleitet, wenn (die Spannung ;

an ,dem Kondensator C einen vorbestimmten Wert Vr überschreitet, ,der in Fig. 4 angedeutet ist. In (der bevorzugten Ausbildung der Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Spannung an dem Kondensator an einen Widerstand R5 in Reihe mit :

einer Anordnung gelegt, die den Stromfluss verhindert, solange nicht (die daran an stehende -Spannung einen beistimmten Wert über- schreitet. Für Spannungswerte über dem vorbestimm ten Wert bietet,die Anordnung einen verhältnismässig niedrigen Widerstandswert für den Fluss des Stromes.

Anordnungen dieser Art sind dem Fachmann bekannt und sind in Fig. 1 durch eine Zenerdiode Z und eine Gasentladungsröhre S2 angedeutet. Wenn ein Schalter SW in .der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist, ist die Zenerdiode Z in Reihe mit ,dem Widerstand R5 dem Kondensator C parallel geschaltet.

Wie .dem Fachmann bekannt, brietet eine Zener- ,diodeeinen gewissen Widerstand für den Fluss des Stromes, sollange die (anstehende ,Spannung nicht ei nen (bestimmten Wert überschreitet. Oberhalb ,dieses Spannungswertes bietet die Zenerdiode einen ver hältnismässig geringen Widerstand für den Strom iluss.

Diese Wirkungsweise der Zenerdiode ist nicht zerstörend, und wenn die Spannung unter den vor bestimmten Wert ,absinkt, bietet (die Zenendiode wie- ider einen hohen Widerstand für Iden Stromiluss. Die Zenerdiode Eist .so bemessen, dass sie (durchschlägt, wenn die anstehende Spannung den Wert VF in Fig. 4 ,überschreitet.

Wenn die Spannung ,an dem Kondensator C zu :steigen beginnt, bietet (die Zenerdiade zunächst einen hohen Widerstand für Iden Stronvdurchiluss. Dia her ist der Spannungsabfall an (dem Widerstand R5 in diesem Stand :

im wesentlichen Null. Dieser Zustand hält solange an, solange die Spannung an dem Kon- densator C den Wert Vr nicht überschreitet, an dem die Zenerdiode (durchschlägt.

Als Folge dieses Durchschlageis entlädt sich (der Kondensator C über ,den Widerstand R5 und (erzeugt ,einen bestimmten Spannungsabfall hierin. Dieser Spannungsabfall wird verwendet,

um feinen Auslösevorgang des Selbstschal- ters CB einzuleiten.

Wenn der Schalter SW nach linksgelegt wird, wie in .Füg. 1 :angeideutet, legt er eine GasentIadungs- röhre S2 in Reihe mit idem Widerstand R5 an den Kondensator C.

Diese Entladungsröhre ist so bemes- sen, dass sie einen hohen Widerstand für iden Strom- fluss ibietet,

solange idie Spannung an Iden Kondensator C den in Fig. 4 (angedeuteten Wert VF .nicht über- schreitet. In diesem Punkt zündet (die Gasentladungs- röhre und (der Kondensator entlädt sich über den Widerstand R5,

um einen Auslösevorgang einzulei- ten. Die Entladung über die Röhre S2 ist nicht zer störend.

Daher wird nach (der Entladung d es Konden- ,sators C (die Röhre S2 wieder instand .gesetzt, einen Widerstand für Iden Stromfluss ,zu (bieten, solange die Spannung nicht wieder einten Wert erreicht, der aus reicht,

(die Röhre zu (zünden. Röhren dieser Art sind dem Fachmann wohl (bekannt.

Während (der Spannungsabfall ,an dem Wider stand R5 unmittelbar :benutzt werden kann, um Iden Selbstschalter CB ,auszulösen, wird (der Spannungs- abfall R5 vorzugsweise (dazu verwendet, einen Ver- stärker zu steuern,

!der seinerseits (die Auslösung des Selbstschalters CB steuert. Zn der bevorzugten Aus- führung mach Fmg. 1 erhält (der Verstärker die Ge stalt :

eines Transistors TR mit seinem Emitter TRE, einem Kollektor TRC -und ,einer Basis TRB. Der Widerstand R5 ist dem Emitter und der Basis des Transistors über feinen Gleichrichter RE5 und einen Widerstand R6 parallelgeschaltet.

Wenn die Zenerdiode Z (durchschlägt, leitet der Spannungsabfall an dem Widerstand R5 einen Strom über den Gleichrichter RE5, Ideen Emitter TRE und den Widerstand R6.

Dieser Strom öffnet Iden Tran- sistor und fein Strom wird jetzt durch eine Gleich- stromquelle, wie z.

B. eine Batterie BA, über einen Hilfsschalter CB1 (der geschlossen ist, wenn der Selbstschalter CB igeschlossen ist) (die Auslösespule TC,

Iden Emitter TRE und Iden Kollektor TRC zurück zu der Batterie geschaltet.

Dies bewirkt einten Auslösevorgang des Selbstschalters CB. Es ist zu (beachten, idass der Gleichrichter RE5 den Stromiluss von der BatterieBA durch den Gleichrichter sperrt.

Die fallgemeine Wirkungsweise (der Anordnung nach Fig. 1 soll nun .kurz betrachtet wenden.

Wenn zunächst eine Spannung ,an die Leiter L1 und L2 an- gelegt wird, wird eine negative Spannung VDE an den Stromkreis (des Kondensators C (gelegt,

um einte Entladung oder Rückstellung des Kondensators si- cherzustellen. Wenn fder Netzstrom IL steigt, ändert die Spannung VDE ihre Polsanität und beginnt,

den Kondensator C aufzuladen. Sobald der Spannungs wert ran (dem Kondensator C (die Spannung VF, (die :

zum Durchbruch (der Zenerdiode nötig ist, über- schreitet, (entlädt sich (dar Kondensator über den Widerstand R5.

Der Spannungsabfall ran dem Wider- ;stand R5 öffnet Iden Transistor TR, um Iden Selbst schalter CB auszulösen. Die -Beziehungen zwischen dem Netzstrom IL und der Zeit, die von oder Spannung benötigt wird, einen für den Durchbruch oder Zenerdiode Z aus reichenden Wert :

an dem Kondensator C zu erreichen, ist .in zig. 5 .dargestellt. In dieser Figur bedeuten Ordinaten nie Zeit und Abszissen Werte des Netz stromes IL.

Obwohl (die Erfindung in bezug auf bestimmte spezielle Einzelheiten aderselben beschrieben wurde, sind verschiedene unter den Sinn und den Umfang der Erfindung fallende Abänderungen möglich.

Claims

PATENTANSPRUCH Schutzeinrichtung fürelektrische Stromkreise, ge kennzeichnet durch :eine Anordnung, deren Eingangs klemmen(A, B) ein-. einer Grösse des zu schützenden Netzes proportionale Gleichspannung zugeführt wird und die an den Ausgangsklemmen (D, E) eine Gleich- spannung liefert, :

deren Polarität bei kleinen Werten der überwachten Grösse der Polarität bei grösseren Werten -entgegengesetzt ist, und eine von oder Aus gangsgleichspannung :

dieser Anordnung gesteuerte Speichervorrichtung (C) zur Speicherung einer elek trischen Menge nur, wenn die Gleichspannung die grösseren Werten (der überwachten Grösse entspre chende Polarität hat, sowie .einen Steuerstromkreis mit von der gespeicherten Menge abhängigen Über- setzungsmitteln zur Einleitung einer Steuerfunktion.

UNTERANSPRüCHE 1. Schutzeinrichtung nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet durch die Verwendung eines Konden- sators für die Speicherung der elektrischen Menge, ,dem ein nur in einer Richtung leitendes Element derart parallel geschaltet ist, dass der Kondensator nur .aufgeladen wird,

wenn die Ausgangsgleichspan nung oder Gleichriohteranordnung eine grösseren Wer ten der üb.arwachten Grösse entsprechende Polarität hat. 2. Schutzeinrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, @dass die Anordnung zur Er- zeu,gung einer Gleichspannung mit wechselnder Po larität aus einer Brücke mit vier Zweigen besteht, wobei ein Zweig einen Widerstand enthält, ;

dessen Widerstandswert bei steigender Spannung sinkt und die von der Sekundärwicklung eines Wandlers mit sättigbarem Kern über Gleichrichter gespeist wird. 3. :

Schutzeinrichtung nach Unteranspruch 2, ge kennzeichnet durch Mittel zur Abstimmung der Brücke derart, @dass (die Ausgangsspannung bei einem bestimmten Wert oder Eingangsspannung Null ist. 4. Schutzeinrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, :

dass mit dem Kondensator ein Widerstand .in Reihe liegt, wobei -einem Teil dieses Widerstandes ein nur meiner Richtung leitendes Ele ment parallel :geschaltet ist. 5. Schutzeinrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass oder Steuerstromkreis in Reihe mit einem Widerstand ein nichtlineares Glied enthält, :das einen Stromfluss nur oberhalb eines be stimmten Spannungswertes gestattet.