DE1023128B - Als Richtungsrelais dienende Einrichtung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine als Richtungsrelais dienende Einrichtung, die insbesondere für den Selektivschutz elektrischer Leitungen bestimmt ist. Die bisher hierzu verwendeten Richtungsrelais, die bei zweiseitig eingespeisten Leitungen die Richtung des Kurzschluß-Stromes ermitteln, bedingen einen erheblichen Aufwand an Schaltkontakten, so daß sie verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen und wegen ihrer Störanfälligkeit einer vermehrten Wartung bedürfen. Ferner sind bei den bekannten Richtungsrelais in Gleichstromausführung Gleichrichter für die Gleichrichtung der Wechselmeßgrößen sowie Glättungsmittel notwendig, die die Ansprechgeschwindigkeit solcher Relais herabsetzen.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile dient die Einrichtung nach der Erfindung.

Bei der neuen, als Richtungsrelais dienenden Einrichtung wird eine Umwandlung von Wechselgrößen in konstante Größen unter Fortfall von die Ansprechgeschwindigkeit herabsetzenden Gleichrichtungs- und Glättungsmitteln gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwei magnetfeldabhängige Widerstände, vorzugsweise Hallgeneratoren, in an sich bekannter Weise in zwei getrennten Magnetfeldern angeordnet sind, von denen das eine proportional dem zu überwachenden und das andere proportional dem um 90^c phasen verschobenen Strom erregt ist und die der zu überwachenden Spannung proportionalen Steuerströme der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände ebenfalls um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

Es sind zwar bereits auf der Ausnutzung des Halleffektes beruhende Frequenzmesser durch die USA.-Patentschrift 2 545 369 bekanntgeworden, bei denen Wechselströme mit Hilfe zweier Hallelemente durch Addition der Hallspannungen beider Elemente in Gleichstromgrößen umgewandelt werden, jedoch sind hierbei nur entweder die Magnetfelder oder die Steuerströme beider Hallelemente um 90° gegeneinander phasenverschoben. Es wird hierbei nur ein pulsierender Gleichstrom im gemeinsamen Hallkreis beider Hallelemente erzielt. Die Umwandlung von Wechselgrößen in eine völlig konstante elektrische Größe ist hierbei weder beabsichtigt noch möglich, da es sich bei der bekannten Anordnung, wie erwähnt, um einen Frequenzmesser und nicht um ein Richtungsrelais handelt und zur Erzeugung völlig konstanter elektrischer Größen im Hallkreis nach der Erfindung sowohl die Magnetfelder als auch die Steuerströme beider Hallelemente jeweils um 90° gegeneinander phasenverschoben sein müssen.

Als magnetfeldabhängige Widerstandskörper werden vorzugsweise Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm^a/Vs verwendet. Im Gegensatz zu anderen bekannten Hallspannungserzeugern, wie beispielsweise Germanium, mit einer Trägerbeweglichkeit von etwa 3000 cm²/Vs und darunter haben die Halbleiterkörper mit höherer Trägerbeweglichkeit nicht nur Als Richtungsrelais dienende
Einrichtung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

den Vorteil erheblich größerer Empfindlichkeit (größerer Hallspannung bei gleicher Steuergröße), sondern sind auch mit wesentlich größeren Ausgangsleistungen zu belasten. Es können daher an die Hallspannung derartiger Halbleiterkörper ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers anzeigende Meßgeräte, Relais od. dgl. direkt angeschlossen werden. Zu den Halbleitern mit derartig hohen Trägerbeweglichkeiten gehören Widerstandskörper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere der Form AmBv, 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 Indiumantimonid und Indiumarsenid erwiesen, bei denen Trägerbeweglichkeiten bis zu 60 000 cm²/Vs und mehr erreicht werden. Da, wie oben ausgeführt wurde, die Hallspannung bei diesen halbleitenden Verbindungen relativ hoch belastbar ist, werden derartige Hallspannungserzeuger als Hallgeneratoren bezeichnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Hallgeneratoren beschränkt, sondern schließt auch andere Hallspannungserzeuger ein. In der Zeichnung ist ein schematisches Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung näher erläutert. Die dort gezeigte Anordnung ergibt im Hallkreis einen reinen Gleichstrom. Hierzu sind zwei Hallgeneratoren 21 und 22 in zwei getrennten Magnetfeldern 23 und 24 angeordnet, von denen das Magnetfeld 23 proportional dem zu überwachenden Strom W₁ = M ■ sin α und das Magnetfeld 24 proportional einem Strom m₂ == M · sin (α + 90) erregt wird, welcher gegenüber dem zu überwachenden Strom M₁ um 90° phasenverschoben ist. M bedeutet hierbei den Scheitelwert des betreffenden Stromes. Diese Phasenverschiebung kann beispielsweise durch das dargestellte i?C-Glied mit dem Kondensator 241

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und dem Widerstand 242 erreicht werden. In Abhängigkeit von der zu überwachenden Spannung sind die Steuerströme der Hallgeneratoren gebracht. Die Steuerströme S₁ = S- sin (α - β) und s₂ = S · sin (α — β + 90) der beiden Hallgeneratoren 21 und 22 sind, um eine weitgehende Glättung des durch die Steuereinrichtung 3 fließenden Hallstromes zu erreichen, ebenfalls um 90° phasenverschoben, beispielsweise in der Art, daß im Kreis des Steuerstromes s₂ in Reihe zum Hallgenerator 22 eine Kapazität 25 geschaltet wird. Es bedeutet S wiederum den Scheitelwert des betreffenden Steuerstromes und β einen bestimmten Phasenwinkel, um den m_x gegen S₁ bzw. m_% gegen S₂ verschoben ist.

Im Hallkreis des Hallgenerators 21 tritt demnach die dem Produkt Wi₁ ■ S₁ und im Hallkreis des Hallgenerators 22 die dem Produkt m_z ■ S₂ entsprechende Größe auf.

Nach dem Vorigen ergibt sich dabei also

^mi' ^si ⁼ M' ^sm α * S · sin (α — β)

= M · S · (sin²acos/3 — cos α sin α sin ß) undm₂ · s₂ = M sin (α + 90) · S · sin (α — β -f 90)

-M-S- (cos² α cos β + cos α sin α sin ß).

Durch die Reihenschaltung beider Hallkreise werden die Produkte W₁ · S₁ und m₂ · S₂ addiert, und es tritt in der Steuereinrichtung 3 eine Größe

M-S- (sin² α + cos² α) · cos β = M ■ S ■ cos β

auf, die konstant ist, da die Scheitelwerte M und S und die Phasenverschiebung cos β konstante Faktoren sind.

Es ist noch nachzuholen, daß bei einer praktischen Ausführung selbstverständlich in an sich bekannter Weise eine galvanische Trennung von Steuer- und Hallkreisen vorzusehen ist, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht auf den Selektivschutz elektrischer Leitungen beschränkt, sondern kann überall da angewendet werden, wo die Richtung eines Energieflusses überwacht werden soll, beispielsweise bei der Lieferung elektrischer Energie von einem Kraftwerksnetz in ein anderes.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Als Richtungsrelais dienende Einrichtung, insbesondere für den Selektivschutz elektrischer Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetfeldabhängige Widerstände, vorzugsweise Hallgeneratoren in an sich bekannter Weise in zwei getrennten Magnetfeldern angeordnet sind, von denen das eine proportional dem zu überwachenden und das andere proportional dem um 90° phasenverschobenen Strom erregt ist und die der zu überwachenden Spannung proportionalen Steuerströme der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände ebenfalls um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 545 369;
   Elektropost, 1955, S. 113, 114.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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