DE1062801B - Kontaktloser UEberstromzeitschutz - Google Patents

Description

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DESDEUTSCHfN PATENTAMTES

Die bekannten Überstromzeitschutzeinrichtungen für elektrische Maschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren, weisen Strom- und Zeitrelais der üblichen Bauform auf. Diese mit Kontakten versehenen Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie gegen Erschütterungen und gegebenenfalls gegen Schräglagen empfindlich und daher nicht immer betriebssicher sind in Anlagen, die den genannten Einflüssen ausgesetzt sind, κ. B. in elektrischen Schiffsanlagen.

Ferner weisen die mit Kontakten ausgerüsteten bekannten Schutzeinrichtungen den Nachteil auf, daß sie infolge Verschmutzung der Kontakte oder Verharzung des Öles an den Lagerstellen nach längerem Ausbleiben von Fehlern bei einem neu auftretenden Fehlerfall unter Umständen nicht ansprechen können, oder es besieht bei sehr häufigem Auftreten von Fehlern die Gefahr der Abnutzung der Kontakte und damit eine Beschränkung der Lebensdauer der Schutzeinrichtungen.

Darüber hinaus sind die üblichen Meßrelais und Zeitrelais verhältnismäßig teuer, und es ist bei den bekannten Schutzeinrichtungen, z. B. bei Drehstrom, für jeden der drei Leiter ein gesondertes Meßrelais, d. h. ein Überstromrelais vorzusehen.

Eine Schutzeinrichtung ohne Kontakte, gegebenenfalls nur mit Ausnahme von Schaltrelais als Schaltmittel, und ohne die genannten Nachteile zu schaffen, bei der darüber hinaus schon mit einem einzigen Meßglied die Überströme sämtlicher Leiter erfaßt und diese gegen Überströme geschützt werden können, ist Aufgabe der Erfindung.

Die Lösung besteht darin, daß den Leiterströmen proportionale geglättete Gleichspannungen unter Einfügung von Sperrgliedern untereinander parallel geschaltet sind und die beiden gemeinsamen Gleich-Spannungspole an Steuerkreise eines oder mehrerer. Überströme in Steuersignale umformender kontaktloser Signalformer mit gegebenenfalls verschiedenen Ansprechempfindlichkeiten angeschlossen sind, deren Ausgangssignale gegebenenfalls über kontaktlose Verzögerungsstufen einer oder mehreren ebenfalls kontaktlosen Verstärkerstufen zur Betätigung von Schaltmitteln zugeführt sind.

Das gemeinsame Potential der parallel geschalteten Gleichspannungen ist somit von der größten Gleichspannung bestimmt, so daß die Zahl der parallel geschalteten Gleichspannungsquellen, die der Zahl der zu überwachenden Leiter entspricht, für die Betätigung des Schutzes unerheblich ist. Somit kann schon mit einer einzigen Schutzeinrichtung eine beliebige Zahl von Leitungen auf Überstrom überwacht, werden.

Ferner ist es möglich, mit verschiedenen eingestellten Schutzeinrichtungen allen vorkommenden Störungsfällen zu begegnen.

Kontaktloser überstromzeitschutz

Anmelder:

Siemens-Sctiuck ertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. Willy Zieten, Viktor Hofmann, Werner Vogler und Heinz Lütge, Erlangen, sind als Erfinder genannt worden

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung schematisch dargestellt.

Es sollen die abgehenden Leitungen R, S, T eines nicht dargestellten Drehstromgenerators auf Über·^ strom überwacht und bei Auftreten eines bestimmten Überstromes in einer oder mehreren Leitungen der Generator mit einer bestimmten Verzögerung abge-¹ schaltet, entregt, in seiner Erregung vermindert oder z. B. nur ein Warnsignal gegeben werden.

Hierzu sind in jeder Leitung Stromwandler W₁, W₂, W_s mit jeweils nachgeschalteten Anpassurigstransformatoren angeordnet. Die Sekundärseiten dieser Anpassungstransformatoren sind mit je einer Bürde B belastet und speisen parallel angeordnete Brückengleichrichter G₁, G₂ und G₃, die jeweils an ihren Gleichstrompolen mit einer Grundlast Gi? beschaltet sind. Die negativen Gleichstrompole aller Brückengleichr richter sind in Sternschaltung zum Punkt α zusammengefaßt. Die positiven Gleichströmpole aller Brückengleichrichter sind ebenfalls sternförmig zusammengeschaltet und gemeinsam mit dem Nullpotential eines Netzspeisegerätes NE verbunden, dessen Wirkungs·- weise und Aufgabe weiter unten.noch näher erläutert ist. ■ ' . /'··■

Zwischen den beiden Sternpunkten ist ein Glät· tungskondensator C vorgesehen, der den am Ausgang der Brückengleichrichter, auftretenden welligen Gleichstrom praktisch vollkommen glättet. Die Glättung dient dazu, die Ansprechwerte von der Zahl dergleich¹ gerichteten Wechselströme unabhängig zu machen. Uni jede Rückwirkung von einem Gleichrichterzweig-zum

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anderen und die Entladung des Kondensators C. über die Grundlast GR zu verhindern, werden die Dioden D₁, D₂, D₃ in die Gleichstromzweige gelegt.

Durch die vorgenannte Zusammenschaltung der Brückengleichrichter mit ihren Grundbelastungen Gi? wird erreicht, daß bei gleich großen Strömen in den Leitern R₁ S₁ T an den Ausgängen der Brückengleichrichter gleich große Gleichströme auftreten, die an ihren untereinander gleichen Grundlasten GR gleiche Spannungsabfälle hervorrufen, so daß die negativen Ausgänge alle gleiches Potential haben, das auch am Knotenpunkt α liegt. Durch dieses Potential ist ein Stromfluß bestimmter Größe über die Leitung L und einen verstellbaren Vorwiederstand R_v gegeben, der als Steuersignal dem Eingang eines kontaktlosen Signalformers SF zugeführt wird Der Signalformer besteht aus einer an sich bekannten Kippschaltung aus steuerbaren Halbleiterelementen und Widerständen, der vom Netzspeisegerät NE gespeist wird und an seinem Ausgang ein konstantes Ausgangssignal abgibt, solange das dem jeweiligen Überstrom entsprechende Steuersignal einen bestimmten Wert überschreitet. Das hierbei rechteckige Ausgangssignal wird dem Steuerkreis einer Verzögerungsstufe Z zugeführt, die gleichfalls aus einer an sich bekannten Kippschaltung aus steuerbaren Halbleiterelementen, Widerständen und Kondensatoren besteht.

Am Ausgang dieser Verzögerungsstufe, die ebenfalls vom Netzspeisegerät NE gespeist wird, tritt demnach ein um die Verzögerungszeit verkürztes Rechtecksignal auf, das mit dem Ausgangssignal des Signalumformers endet. Wenn demnach der Überstrom kürzere Zeit auftritt, als der Verzögerungszeit entspricht, tritt kein Ausgangssignal an der Verzögerungsstufe Z auf. Wenn dagegen der Überstrom langer als die Verzögerungszeit dauert, tritt ein Ausgangssignal rechteckiger Form und konstanter Amplitude auf, das über eine nachgeschaltete Verstärkerstufe V₁ die ebenfalls durch eine an sich bekannte Schaltungsanordnung aus steuerbaren Halbleiter elementen gebildet ist und ebenfalls vom Netzspeisegerät NE gespeist ist, ein am Ausgang der Verstärkerstufe angeschlossenes Relais RE betätigt, d'as seinerseits in nicht näher dargestellter, an sich bekannter Weise den Erregerkreis oder den Hauptstromkreis des Generators beeinflußt, d. h. öffnet, einen Widerstand im Erregerkreis zur Wirkung bringt oder z. B. ein Warnsignal betätigt.

Die Speisung der einzelnen Halbleiterschaltungen erfolgt durch Anschluß der herausgeführten Klemmen O, P, N an die gleichnamigen Klemmen des Netzspeisegerätes. Dieses Netzspeisegerät NE besteht z. B. aus zwei über Transformatoren vom Generator gespeisten Brückengleichrichtern, deren Gleichstrompole hintereinandergesohaltet sind. Die Zusammenschaltung beider Brückengleicbrichter ist als O-Klemme herausgeführt, während die beiden anderen freien Pole zu N- oder P-Klemmen geführt sind.

Durch Veränderung des Vorwidefstandes R_v kann die Anspreehempfmdlichkeit des Signalformers SF eingestellt werdfön. Durch Verändern des Widerstandes R„ kann die Verzögerungszeit der Verzögerungsstufe Z verändert werden.

Da die Schaltabhängigkeit des Signalformers von dem Potential des Knotenpunktesa (bei Verwendung von p-n-p-Transistoren in den Halbleiterschaltungen ist dieses Potential negativ), d.h. von dem größten Strom irgendeines der Brückengleichrichter bestimmt wird, ist die Schutzeinrichtung nach der Erfindung in der Lage, mit einem einzigen Signalformer — der an die Stelle der Überstromrelais bei den bekannten Schaltungen tritt — bei der Überwachung aller Phasenleiter auszukommen.

Es ist ferner möglich, an den einen Signalformer mehrere Verzögerungsstufen anzuschließen, die jeweils über gesonderte Verstärkerstufen zugeordnete Relais betätigen, und zwar nach Maßgabe der an den einzelnen Verzögerungsstufen eingestellten Zeitverzögerungen.
.So kann z.B. mit der kürzer eingestellten Ver-

ίο zögerurigsstufe eine Gruppe unwichtiger Verbraucher ■: •'abgeschaltet'bzw. ein Warnsignal gegeben werden, be-

\ vor die Abschaltung oder Entregung des Generators erfolgt. Diese Abschaltung oder Entregung kann auch ganz entfallen, wenn durch die Abschaltung des Verbrauchers der Überstrom verschwindet. Dem Relais ist in an sich bekannter Weise noch ein Löschgleichrichter G parallel geschaltet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, und zwar nur der die Sig'nalformer, Verzögerungsstufen, Verstärkerstufen und Relais enthaltende Teil der Schaltung. Die Speisequelle für diese Halbleiterschaltungen und die Steuersignal quelle sind die gleichen wie in Fig. 1. Gemäß Fig. 2 ist an den Sternpunkt α die Leitung L angeschlossen, an deren anderes Ende drei veränderbare Vorwiderstände R_n, R₂₁ und R₃₁ angeschlossen sind. Über die genannten Vorwiderstände, die alle voneinander verschieden eingestellt sein können, gelangen die Steuersignale auf die Eingänge der Signalformer SF₁, SF₂ und SF^, An den Ausgang des Signalformers SF₁ sind zwei mit unterschiedlicher Verzögerung arbeitende Verzögerungsstufen Z₁₁ und Z₁₂ angeschlossen, die über nachgeordnete Verstärkerstufen V₁ und V₂ gesondert auf zwei Relais RE₁ und RE₂ wirken. Der Signalformer SF₁ ist dabei so eingestellt, daß er bei einem länger als die eingestellte Zeitverzögerung dauernden Überstrom, der noch keine unmittelbare Gefahr für den-Generator darstellt, nacheinander zwei Gruppen von . weniger wichtigen Verbrauchern abschaltet, so daß gegebenenfalls allein dadurch der Überstrom in einer oder mehreren Leitungen zum Verschwinden gebracht wird. -

Tritt jedoch ein größerer Überstrom auf, der den Generator gefährden kann, dann spricht außer den Relais RE₁ und RE₂, gegebenenfalls mit einer anderen Verzögerung als diese, das Relais RE₃ an, in dem der Signalformer SF₂ seine nachgeordnete Verzögerungsstufe Z₂ und diese über den Verstärker V_s das Relais RE₃ betätigt. Das Relais leitet z. B. in weiter nicht dargestellter, an sich bekannter Weise die Entregung des Generators e/in, schaltet diesen nach erfolgter Entregung od. dgl. ab. Dies tritt ein, wenn der Generator stark überlastet ist und beispielsweise trotz der durch das Relais RE₁ vorher abgeschalteten Verbraucher der Überstrom nicht unter den für die Betätigung des Signalformers 6"-F₂ notwendigen Wert vor Ablauf der Verzögerungszeit der Verzögerungsstufe Z₂ absinkt. Tritt jedoch ein Kurzschluß ein, dann spricht der Signalformer SF₃ an und gibt sein

Ausgangssignal unmittelbar unverzögert auf die Verstärkerstufe V₃, so daß das Relais RE₃ sofort anspricht und den Generator in der vorgenannten Weise entregt und/oder abschaltet. Jedem der Relais ist wiederum ein Löschgleichrichter G₄ bis G₆ parallel geschaltet.

An Stelle der Schaltrelais können selbstverständlich auch kontaktlose Schalttransistoren in Schaltabhängigkeit von den Verstärkerstufen gebracht sein. Durch entsprechende Einstellung der Vorschaltwiderstände R₁₁, R₂₁ und R₃₁ sind die Anspxechemp-

findlichkeiten der Signalformer SF₁,SF₂ und SF_Z durch entsprechende Einstellung der Widerstände R₁₂, R₁₃ •und R₂₂ die Verzögerungszeiten der Verzögerungsstufen Z₁₁, Z₁₂ und Z₂ einzeln verstellbar und somit jedem Schutzfall anpaßbar.

Es kann vorteilhaft sein, zur Erfüllung einer Selektivität den Signalformer SF₃ auf einen verzögert arbeitenden Spannungsrückgangsauslöser wirken zu lassen.

Vorteilhaft werden die als Kästchen gezeichneten SignalfoTmer, Verzögerungs- und Verstärkerstufen in vergossener, vollständig gekapselter luftdichter Ausführung an sich bekannter Art ausgeführt, wobei die Schaltungen gedruckt sein können. Diese Kapselung hat den Vorteil, daß die steuerbaren Halbleiter und Widerstände nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind und somit deren gegebenenfalls schädlichen Einflüssen nicht unterliegen können.

.Bei Wechsel- oder Drehstromanlagen ist durch die Gleichrichtung der Meßgrößen diie Schutzeinrichtung von der Frequenz' der Generatorspannung unabhängig, und sie kann durch die Vorwiderstände auch auf di'e gebräuchlichsten Spannungswerte abgestimmt werden. Somit eignet sich die Einrichtung nach der Erfindung auch aus diesem Grunde insbesondere für Stromanlagen auf Schiffen oder Fahrzeugen, wo häufig unterschiedliche Spannungen und Frequenzen verwendet werden.

Durch die Schutzeinrichtung nach der Erfindung gelingt es somit auf einfache Weise, den Schutz viels ei tig und leicht einstellbar auszuführen und ein gegebenes Exemplar den vielseitigen Anforderungen leicht anzupassen, wobei der Vorteil völliger Wartungslosigkeit und großer Sicherheit auch nach langer Zeit und bei häufigem Gebrauch gegeben ist.

Da als Bauelemente gebräuchliche und daher listenmäßig lieferbare Schaltungselemente benutzt sind, sind die Kosten für eine solche Anordnung außerordentlich gering.

Der Gegenstand d'er Erfindung ist nicht nur auf den Überstromzeitschutz von elektrischen Maschinen beschränkt, sondern kann ganz allgemein zur Feststellung und zum Schutz gegen Überströme eingesetzt werden.

generatoren, bei dem den Leiterströmen proportionale elektrische Größen Meßgeräten zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Leiterströmen proportionale geglättete Gleichspannungen unter Einfügung von Sperrgliedern untereinander parallel geschaltet sind und die beiden gemeinsamen Gleichspannungspole an Steuerkreise eines oder mehrerer, Überströme in Steuersignale umformender kontaktloser Signalformer mit gegebenenfalls verschiedenen Ansprechempfindlichkeiten angeschlossen sind', deren Ausgangssignale gegebenenfalls über kontaktlose Verzögerungsstufen einer oder mehreren ebenfalls kontaktlosen Verstärkerstufen zur Betätigung von Schaltmitteln zugeführt sind.

2. Überstromzeitschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformer Verzögerungsstufen und Verstärkerstufen aus an sich bekannten Transistor- oder anderen steuerbaren Halbleiterschaltungen aufgebaut sind und gegebenenfalls jede dieser Halbleiterschaltungen in an sich bekannter Weise als vergossenes, luftdicht abgeschlossenes Schaltungselement ausgeführt ist.

3. Überstromzeitschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsstufen einstellbar sind und die Stellglieder aus dem Schaltungselement herausgeführt sind.

4. Überstromzeitschutz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für Drehstromgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichrichtung der den Leiterströmen entsprechenden Wandlerströme Doppelweggleichrichter in Brückenschaltung vorgesehen sind, deren eine Gleic'hspannungspole unmittelbar miteinander und deren andere Gleichstrompole über Sperrglieder (D₁ bis D₃) miteinander verbunden sind, und daß im Gleichspannungskreis der Brückengleichrichter Glättungsmittel vorgesehen sind.

5. Überstromzeitschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel Relais oder Schalttransistoren vorgesehen sind, die in Abhängigkeit vom Ausgang der jeweiligen Verstärkerstufe gebracht sind,.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kontaktloser Überstromzeitschutz, insbesondere für elektrische Maschinen, z. B. Drehstrom-

45 In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1000913;
deutsche Auslegeschrift L 14657 VIIIb/21 d³
kanntgemacht am 24. 11. 1955).

(be-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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