DE1059095B

DE1059095B - Protection circuit for lines of portable power consumers

Info

Publication number: DE1059095B
Application number: DEL31018A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joseph Gonsior
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-08-07
Filing date: 1958-08-07
Publication date: 1959-06-11

Description

In manchen Betrieben ist es erforderlich, die Leitungen ortsveränderlicher Stromverbraucher auf sämtliche in den Leitungen auftretende Störungen, wie z. B. mechanische Beschädigungen, Bruch des Erdleiters oder Schluß des Erdleiters mit einer Phase od. dgl., zu überwachen. Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Schaltungen entwickelt worden, bei denen außer dem Erdleiter und den Netzleitern noch ein Überwachungsleiter vorhanden ist, der vielfach als metallisches Netzgeflecht oder als eine leitende homogene Masse, welche die isolierten Netzleiter umgibt, ausgebildet ist. Bei bekannten Schaltungen sind der Erdungsleiter, auch Schutzleiter genannt, und der Überwachungsleiter am Ende, der zu überwachenden Leitung durch einen Widerstand oder einen Gleichrichter miteinander verbunden. Am Anfang der Leitung wird über eine Schutzeinrichtung an die von dem Überwachungs- und Schutzleiter gebildete Schleife eine Spannung gelegt, so daß in der Überwachungsschleife ein Strom fließt. Die Schutzeinrichtung ist dann so ausgebildet, daß bei einer Stromänderung in der Überwachungsschleife, die sowohl durch einen Schluß zwischen dem Überwachungs- und Schutzleiter als auch durch einen Bruch des Schutzleiters hervorgerufen werden kann, von der Schutzeinrichtung ein Kommando gegeben wird, das die Ausschaltung der zu schützenden Leitung veranlaßt. Die Schutzeinrichtungen sind meist überdies noch so ausgerüstet, daß auch bei einem Schluß zwischen einem Netzleiter und dem Überwachungsleiter die Anlage ausgeschaltet wird.In some companies it is necessary to connect the lines of portable electricity consumers to all faults occurring in the lines, such as B. mechanical damage, breakage of the earth conductor or the end of the earth conductor with a phase or the like. To monitor. To this end are already Various circuits have been developed in which, in addition to the earth conductor and the power conductors a monitoring conductor is available, often as a metallic mesh or as a conductive homogeneous mass, which surrounds the insulated network conductor, is formed. In known circuits are the grounding conductor, also known as the protective conductor, and the monitoring conductor at the end of the one to be monitored Line connected to one another by a resistor or a rectifier. At the beginning of the line is connected to the loop formed by the monitoring and protective conductor via a protective device a voltage is applied so that a current flows in the monitoring loop. The protective device is then designed so that when a current change in the monitoring loop, both by a No more between the monitoring and protective conductor and a break in the protective conductor can be caused, a command is given by the protective device that the disconnection the line to be protected. In addition, the protective devices are usually equipped in such a way that that even if there is a connection between a network conductor and the monitoring conductor, the system is turned off.

Da zwischen dem Überwachungs- und Schutzleiter eine je nach der Länge der Leitung verschieden große Kapazität vorhanden ist, speist man den Überwachungsstromkreis zweckmäßigerweise mit Gleichstrom ein, um dadurch die kapazitiven Einflüsse der Leitung auszuschalten. In Betrieben, in denen explosible Gase auftreten können, insbesondere in Bergbaubetrieben, besteht noch die Forderung, daß die Schutzeinrichtung eigensicher ausgebildet ist, d. h. daß bei einem Schluß zwischen Überwachungs- und Schutzleiter keine zündfähigen Funken auftreten können. Infolgedessen müssen die Spannung und der Strom in dem Überwachungsstromkreis sehr klein gehalten werden. Daher sind die bekannten Schutzeinrichtungen vielfach mit Verstärkern (z. B. Relais, Elektronenröhren, Ionenröhren, Transistoren) ausgerüstet. Bei manchen bekannten Schutzeinrichtungen ist eine große Anzahl von Bauelementen erforderlich, um den nötigen Verstärkungsgrad zu erreichen.Since between the monitoring and protective conductor there is a different size depending on the length of the line If there is capacity, it is advisable to feed the monitoring circuit with direct current in order to switch off the capacitive influences of the line. In establishments where explosible Gases can occur, especially in mining operations, there is still the requirement that the protective device is designed to be intrinsically safe, d. H. that in the event of a connection between the monitoring and protective conductors no ignitable sparks can occur. As a result, the voltage and the current must are kept very small in the monitoring circuit. Hence the well-known protective devices often equipped with amplifiers (e.g. relays, electron tubes, ion tubes, transistors). In some known protective devices, a large number of components is required to the to achieve the necessary degree of reinforcement.

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist nun eine Schutzeinrichtung, die mit geringen Mitteln zu erstellen ist und die sich im Betrieb als sehr günstig erwiesen hat. In dieser Schaltung ist ein Differential-Schutzschaltung für Leitungen
ortsveränderlicher StromverbraucherThe subject of the main patent application is now a protective device that can be created with limited resources and that has proven to be very cheap in operation. In this circuit is a differential protection circuit for lines
portable electricity consumer

Zusatz zur Patentanmeldung L 27669 VIIIb/21 c
(Auslegeschrift 1 051 367)Addition to patent application L 27669 VIIIb / 21 c
(Interpretation document 1 051 367)

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent - Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent - Administrative - G. m. B. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Joseph Gonsior, Essen-Haarzopf,
_t ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Joseph Gonsior, Essen-Hair Braid,
_t has been named as the inventor

transformator vorhanden, bei dem als Überwachungsstrom ein Wechselstrom verwendet wird, der eine Teilwicklung auf der Primärseite durchfließt und dabei die Amperewindungen einer anderen von Störungen unabhängig gespeisten Teilwicklung aufhebt. Die Beschädigungen und Fehler der zu überwachenden Leitung bewirken eine Störung des Gleichgewichtes auf der Primärseite, und die dadurch hervorgerufene Spannung auf der Sekundärseite wirkt auf das Gitter einer Verstärkerröhre ein und unterbricht dadurch den Anodenstromkreis der Röhre. Als Folge davon wird die Leitung abgeschaltet. Der Strom in der Überwachungsschleife kann bei dieser Schutzeinrichtung ohne Schwierigkeiten so klein gehalten werden, daß die Anlage eigensicher arbeitet. Als Verstärkerelemente sind lediglich der Differentialtransformator und eine Elektronenröhre vorgesehen. Zweck der Erfindung ist es, eine solche Schutzeinrichtung derart zu verbessern, daß als Überwachungsstrom Gleichstrom verwendet wird, um die Leitungskapazitäten auszuschalten. Im übrigen bleibt aber der Aufbau dieser Schutzeinrichtung bestehen.
Erfindungsgemäß ist der aus dem Überwachungs- und Schutzleiter bestehende Überwachungsstromkreis mit zwei gleichsinnigen Teilwicklungen der Primärseite des Differentialtransformators, einer Wechselspannungsquelle und Gleichrichtern derart zusammengeschaltet, daß die beiden Teilwicklungen nacheinander abwechselnd in entgegengesetzter Richtung von Stromhalbwellen durchflossen werden und in der Überwachungsschleife ein Gleichstrom fließt.There is a transformer in which an alternating current is used as the monitoring current, which flows through a partial winding on the primary side and in doing so cancels the ampere turns of another partial winding that is fed independently of disturbances. The damage and faults in the line to be monitored cause a disturbance of the equilibrium on the primary side, and the resulting voltage on the secondary side acts on the grid of an amplifier tube and thereby interrupts the anode circuit of the tube. As a result, the line is switched off. With this protective device, the current in the monitoring loop can be kept so small that the system works intrinsically safely. Only the differential transformer and an electron tube are provided as amplifier elements. The purpose of the invention is to improve such a protective device in such a way that direct current is used as the monitoring current in order to switch off the line capacitances. Otherwise, however, the structure of this protective device remains.
According to the invention, the monitoring circuit consisting of the monitoring and protective conductor is interconnected with two co-directional partial windings on the primary side of the differential transformer, an AC voltage source and rectifiers so that the two partial windings are alternately traversed by current half-waves in opposite directions and a direct current flows in the monitoring loop.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. In der Zeichnung istThe drawing shows two exemplary embodiments of the invention in FIGS. 1 and 2. In the drawing is

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nur das für die Schutzeinrichtung Wesentliche dargestellt. only what is essential for the protective device is shown.

Die zu schützende Leitung, die aus den Phasen UVW besteht, die zu dem Stromverbraucher M führen, ist über den Schalter K an die Netzphasen RST angeschlossen.The line to be protected, which consists of the phases UVW , which lead to the power consumer M , is connected to the network phases RST via the switch K.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Differentialtransformator W₁ auf seiner Primärseite mit drei Teil wicklungen 1, 2, 3 versehen. Die Sekundärwicklung 4 des Differentialtransformators ist über eine Brückenschaltung von Gleichrichtern M₅ bis W₈ mit dem Gitter und der Anode einer Elektronenröhre E verbunden. In dem Anodenstromkreis der Elektronenröhre liegt in Reihe mit einem Gleichrichter G das Überwachungsrelais d. Die Primärwicklung des Einspeisungstransformators Ot₂ ist vor der zu schützenden Leitung an das nicht dargestellte Wechselstromnetz angeschlossen. Die Sekundärwicklung 5 des Transformators m₂ ist mit den Enden der Teilwicklungen 2 und 3 des Transformators Ot₁ direkt verbunden. Der Anfang der Teilwicklung 2 des Transformators M₁ ist über die gegeneinandergeschalteten Gleichrichter W₁ und W₂ mit dem anderen Ende der Wicklung 5 des Transformators Wt₁ verbunden. Der Anfang der Teilwicklung 3 des Transformators Ot₁ ist über die Gleichrichter M₃ und M₄, die einander entgegengeschaltet sind und gegenüber den Gleichrichtern W₁ und M₂ in umgekehrter Durchlaßrichtung angeordnet sind, ebenfalls an das eine Ende der Teilwicklung 5 des Transformators m₂ angeschlossen. Der Überwachungsstromkreis, der aus dem Überwachungsleiter ÜL, dem geerdeten Schutzleiter SL und dem Widerstand T₁ besteht, ist einmal zwischen den Gleichrichtern M₃ und W₄ und zum anderen zwischen den Gleichrichtern M₁ und W₂ angeschlossen. Während des Betriebes ergibt sich nun für den Überwachungskreis folgender Stromfluß:In the embodiment shown in Fig. 1, the differential transformer W _{1 is provided} with three partial windings 1, 2, 3 on its primary side. The secondary winding 4 of the differential transformer is connected to the grid and the anode of an electron tube E _{via a bridge circuit of rectifiers M 5} to W _8. The monitoring relay d is connected in series with a rectifier G in the anode circuit of the electron tube. The primary winding of the feed transformer Ot ₂ is connected to the AC network, not shown, upstream of the line to be protected. The secondary winding 5 of the transformer m ₂ is directly connected to the ends of the partial windings 2 and 3 of the transformer Ot _1. The beginning of the partial winding 2 of the transformer M ₁ is connected to the other end of the winding 5 of the transformer Wt ₁ via the rectifiers W ₁ and W ₂ connected in opposite directions. The beginning of the partial winding 3 of the transformer Ot ₁ is via the rectifier M ₃ and M _4, which are oppositely connected and opposite the rectifiers W ₁ and M ₂ are arranged in reverse conducting direction, also to the one end of the partial winding 5 of the transformer m ₂ connected. The monitoring circuit, which consists of the monitoring conductor ÜL, the grounded protective conductor SL and the resistor T ₁ , is connected on the one hand between the rectifiers M ₃ and W ₄ and on the other hand between the rectifiers M ₁ and W ₂ . During operation, the following current flow results for the monitoring circuit:

Während einer Halbwelle fließt der Strom von der Teilwicklung 5 über die Wicklung 2 durch den Gleichrichter W₁, über den Schützleiter 6"L, den Widerstand V₁ und den Überwachungsleiter ÜL und durch den Gleichrichter w₄ zurück zur Teilwicklung 5. Während der nächsten Halbwelle fließt der Strom von der Teilwicklung 5 durch den Gleichrichter W₂ und in gleicher Weise, wie oben beschrieben, durch die Überwachungsschleife und dann durch den Gleichrichter W₃, durch die Teilwicklung 3 zurück zur Teilwicklung 5.During a half-wave the current flows from the winding part 5 via the winding 2 through the rectifier W ₁ , via the contactor conductor 6 "L, the resistor V ₁ and the monitoring conductor ÜL and through the rectifier w ₄ back to the winding part 5. During the next half-wave the current flows from the partial winding 5 through the rectifier W ₂ and in the same way, as described above, through the monitoring _{loop and then through the rectifier W 3} , through the partial winding 3 back to the partial winding 5.

Mit dieser Anordnung erreicht man, daß in der Überwachungsschleife ein Gleichstrom fließt, während sich am DifEerentialtransformator eine magnetische Durchflutung ergibt, die genauso wirkt, als wenn nur eine der Teilwicklungen von reinem Wechselstrom durchflossen würde. Zur Kompensation der durch die Wicklungen 2, 3 in dem Differentialtransformator hervorgerufenen Durchflutung ist die Teilwicklung 1 vorgesehen, die vom Einspeisungstransformator Ot₁ über die Teilwicklung 6 gespeist wird. Da infolge der Kennlinie der Gleichrichter in den Teilwicklungen 2 und 3 keine reinen Wechselstromhalbwellen fließen, muß auch der in der Teilwicklung 1 fließende Strom diesem angeglichen werden. Das erfolgt dadurch, daß man in der einen Verbindung der beiden Teilwicklungen 1 und 6 zwei Gleichrichter W₉, W₁₀ anbringt, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung einander parallel liegen. Bei Verwendung der Schutzeinrichtung für Beleuchtungsanlagen können zum Zwecke der Signalisierung in dem Überwachungsleiter Tastschalter T vorgesehen sein.With this arrangement it is achieved that a direct current flows in the monitoring loop, while a magnetic flux is produced at the differential transformer, which acts in the same way as if only one of the partial windings were traversed by pure alternating current. To compensate for the flux caused by the windings 2, 3 in the differential transformer, the partial winding 1 is provided, which is fed from the feed transformer Ot ₁ via the partial winding 6. Since, as a result of the characteristic curve of the rectifiers, no pure alternating current half-waves flow in the partial windings 2 and 3, the current flowing in the partial winding 1 must also be adjusted to this. _{This is done by attaching two rectifiers W 9} , W ₁₀ in one connection of the two partial windings 1 and 6, which are parallel to one another with opposite forward direction. When using the protective device for lighting systems, pushbutton switches T can be provided in the monitoring conductor for signaling purposes.

Wird nun infolge eines Fehlers in der Leitung, z. B. durch einen Schluß des Überwachungsleiters ÜL mit dem Schutzleiter SL oder durch einen Bruch des Schutzleiters, das Gleichgewicht des Differentialtransformators Ot₁ in der Primärwicklung gestört, so - wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die durch die Gleichrichter so gerichtet ist, daß am Gitter der Röhre B eine negative Spannung anliegt. Dadurch wird der Anodenstromkreis der Röhre unterbrochen und damit das Relais d stromlos. Das Abfallen des Relais d bewirkt eine Abschaltung derIs now due to an error in the line, z. B. by a closure of the monitoring conductor ÜL with the protective conductor SL or by a break in the protective conductor, the balance of the differential transformer Ot ₁ disturbed in the primary winding, so - a voltage is induced in the secondary winding, which is directed by the rectifier so that on Grid of the tube B a negative voltage is applied. This interrupts the anode circuit of the tube and thus the relay d is de-energized. The dropping out of the relay d causes the

ίο Leitung durch den Schalter K. ίο line through switch K.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Aufbau der Schutzeinrichtung im wesentlichen derselbe wie oben beschrieben. Die Kompensationswicklung 1 des Differentialtransformators m_t ist in gleicherIn the embodiment of FIG. 2, the structure of the protective device is essentially the same as described above. The compensation winding 1 of the differential transformer m _t is the same

Weise über die Gleichrichter M₉ und M₁₀ mit der Teilwicklung 6 des Einspeisungstransformators m₂ verbunden. Auch die Schaltung der Sekundärwicklung 4 des Differentialtransformators Ot₁ mit der Elektronenröhre B ist die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der Unterschied der Schaltung gegenüber der oben beschriebenen besteht im wesentlichen darin, daß die Teilwicklungen 2 und 3 des Differentialtransformators zu einer einzigen Wicklung mit Mittelanzapfung zusammengefaßt sind. Außerdem ist die Teilwicklung 5 des Einspeisungstransformators Ot₂ ebenfalls mit einer Mittelanzapfung versehen. Der Schutzleiter SL ist an die Mittelanzapfung der Teilwicklung 5 des Transformators Ot₂ angeschlossen, während der Überwachungsleiter ÜL mit der Mittelanzapfung der Teilwicklung 2, 3 verbunden ist. Die Enden der Wicklungen 5 und 2, 3 sind über Gleichrichter M₁₁ und M₁₂ aneinandergeschaltet. Dadurch wird die Überwachungsschleife in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vom Gleichstrom durchflossen, während in der Wicklung 2, 3 insgesamt gesehen praktisch Wechselstrom fließt. Auf der Primärseite des Differentialtransformators Ot₁ ist noch eine Wicklung 7 vorgesehen, die mit ihrer Mittelanzapfung an den Schutzleiter SL angeschlossen ist, während das eine Ende über einen Widerstand r_z mit dem Überwachungsleiter. und das andere Ende über einen Widerstand r₄ mit einem freien Sternpunkt des Netzes verbunden ist. Der freie Sternpunkt des Netzes wrid durch die Drosseln 8, 9 und 10 gebildet, jedoch können zur Sternpunktbildung in gleicher Weise Kondensatoren oder ohmsche Widerstände verwendet werden. Die Wicklung 7 ist erforderlich, damit die Überwachungseinrichtung bei einem Erdschluß innerhalb der zu schützenden Leitung sicher anspricht. Bei einem Erdschluß der Leitung wird nämlich durch den Strom in der Wicklung 7 das Gleichgewicht im DifEerentialtransformator gestört und die Anlage — wie beschrieben — abgeschaltet. In dem Schutzleiter SL können in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Tastschalter T zur Signalisierung vorgesehen sein, wenn die Überwachungseinrichtung bei Lichtnetzen verwendet wird.Way connected via the rectifiers M ₉ and M ₁₀ to the partial winding 6 of the feed transformer m ₂ . The circuit of the secondary winding 4 of the differential transformer Ot ₁ with the electron tube B is the same as in the embodiment of FIG. 1. The difference of the circuit compared to that described above is essentially that the partial windings 2 and 3 of the differential transformer form a single winding are combined with center tap. In addition, the partial winding 5 of the feed transformer Ot _{2 is} also provided with a center tap. The protective conductor SL is connected to the center tap of the partial winding 5 of the transformer Ot ₂ , while the monitoring conductor ÜL is connected to the center tap of the partial winding 2, 3. The ends of the windings 5 and 2, 3 are connected to one another _{via rectifiers M 11} and M _12. As a result, direct current flows through the monitoring loop in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, while alternating current flows in the winding 2, 3 as a whole. On the primary side of the differential transformer Ot ₁ , a winding 7 is also provided, which is connected with its center tap to the protective conductor SL , while one end is connected to the monitoring conductor via a resistor r _z. and the other end is connected to a free star point of the network _{via a resistor r 4.} The free star point of the network is formed by the chokes 8, 9 and 10, but capacitors or ohmic resistors can be used in the same way to form the star point. The winding 7 is necessary so that the monitoring device responds reliably to a ground fault within the line to be protected. In the event of a ground fault in the line, the current in the winding 7 disturbs the equilibrium in the differential transformer and the system - as described - is switched off. In the protective conductor SL , in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, pushbutton switches T can be provided for signaling when the monitoring device is used in light networks.

Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele können sowohl für zweipolige Lichtnetze als auch für dreipolige Kraftstromnetze verwendet werden. Bei der Verwendung für Lichtnetze sind statt der drei den Sternpunkt bildenden Drosseln 8, 9 und 10 nur zwei erforderlich. Weiterhin kann von dem Überwachungsleiter zu einer der Netzphasen eine Verbindung vor- gesehen sein, in der ein Ruhehilfskontakt 11 des Schalters K liegt. Bei Abschaltung der Anlage wird dieser Hilfskontakt geschlossen und der Überwachungsleiter mit einer der Netzphasen verbunden. Dadurch ist es bei einem in der Leitung bestehenden Fehler nicht möglich, die Anlage wieder einzuschalten, daThe two exemplary embodiments described can be used both for two-pole lighting networks and for three-pole power networks. When used for lighting networks, instead of the three chokes 8, 9 and 10 forming the star point, only two are required. Furthermore, a connection can be provided from the monitoring conductor to one of the mains phases, in which a rest auxiliary contact 11 of the switch K is located. When the system is switched off, this auxiliary contact is closed and the monitoring conductor is connected to one of the mains phases. This means that if there is a fault in the line, it is not possible to switch the system on again because

•dann in der Wicklung 7 des Transformators W₁ ein Strom fließt, der das Gleichgewicht des Differentialtransformators stört.• then a current flows in the winding 7 of the transformer W ₁ , which disturbs the equilibrium of the differential transformer.

Claims

Patent claims:

1. Protection circuit for lines of portable electricity consumers, especially for businesses underground, with a signal and monitoring loop consisting of a monitoring and a Protective conductor exists and in the undisturbed condition of the system carries a monitoring current that when flowing through windings on the primary side of a differential transformer a Flooding causes and thereby another flooding, which is independent of disturbances Current is caused, cancels, according to patent application L 27669 VIIIb / 21c, thereby characterized in that the monitoring circuit has two part windings in the same direction the primary side of the differential transformer, an AC voltage source and rectifiers is interconnected in such a way that the two partial windings alternate one after the other in opposite directions Direction of current half-waves are flowing through and in the monitoring loop a direct current flows.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that the ends of the two from Monitoring current flowing through the partial windings of the differential transformer directly to the one End of the secondary winding of the supply transformer are connected, while the Start with two rectifiers connected against each other with the other end of the Secondary winding of the feed transformer are connected, with one winding the negative side of the first rectifier and on the other winding the positive side of the first Rectifier is and in each case between the two rectifiers of the protective or monitoring conductor connected.

3. Protection circuit according to claim 1, characterized in that instead of the two partial windings of the differential transformer is a winding with a center tap, the both ends of this winding via rectifier to the one provided with a center tap Secondary winding of the feed transformer are connected and the center taps both windings are connected to the protective and monitoring conductor.

4. Protection circuit according to claim 1 to 3, characterized in that the compensation winding the differential transformer with a special secondary winding of the feed transformer is connected on one side via two parallel rectifiers arranged in opposite directions.

5. Protection circuit according to claim 1 to 4, characterized in that the free star point of the network is formed by chokes and with an auxiliary winding arranged on the primary side of the Differential transformer is connected.

6. Protection circuit according to claim 5, characterized in that to form the free star point of the network, capacitors or ohmic resistors are used instead of chokes can be.

1 sheet of drawings