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DE1023128B - Device serving as a direction relay - Google Patents

Device serving as a direction relay

Info

Publication number
DE1023128B
DE1023128B DES44278A DES0044278A DE1023128B DE 1023128 B DE1023128 B DE 1023128B DE S44278 A DES44278 A DE S44278A DE S0044278 A DES0044278 A DE S0044278A DE 1023128 B DE1023128 B DE 1023128B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hall
current
sin
monitored
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES44278A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Ing Hermann Neugebauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DES44278A priority Critical patent/DE1023128B/en
Publication of DE1023128B publication Critical patent/DE1023128B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/42Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

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.The subject matter of the invention is a device serving as a directional relay, in particular for selective protection electrical lines is intended. The directional relays used so far for this purpose, the two-sided The lines fed in to determine the direction of the short-circuit current require considerable effort on switching contacts, so that they have relatively large dimensions and because of their susceptibility to failure require increased maintenance. Furthermore, the known directional relays are of direct current design Rectifiers for the rectification of the alternating measurands as well as smoothing means necessary for the response speed reduce such relays.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile dient die Einrichtung nach der Erfindung.The device according to the invention serves to avoid the aforementioned disadvantages.

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 90c phasen verschobenen Strom erregt ist und die der zu überwachenden Spannung proportionalen Steuerströme der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände ebenfalls um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.In the new device serving as a directional relay, a conversion of alternating quantities into constant quantities is achieved with the elimination of rectification and smoothing means which reduce the response speed according to the invention by arranging two magnetic field-dependent resistors, preferably Hall generators, in two separate magnetic fields in a manner known per se of which one is excited proportionally to the current to be monitored and the other proportionally to the current shifted by 90 c and the control currents of the two magnetic field-dependent resistors, which are proportional to the voltage to be monitored, are also phase-shifted by 90 ° with respect to one another.

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.There are already frequency meters based on the utilization of the Hall effect by the USA patent 2 545 369 became known, in which alternating currents with the help of two Hall elements by adding the Hall voltages of both elements are converted into direct current quantities, but here only either the Magnetic fields or the control currents of both Hall elements out of phase with each other by 90 °. It will be here only a pulsating direct current is achieved in the common Hall circuit of both Hall elements. The conversion of Alternating quantities in a completely constant electrical quantity is neither intended nor possible because it is in the known arrangement, as mentioned, is a frequency meter and not a direction relay and for generating completely constant electrical quantities in the Hall circuit according to the invention, both the magnetic fields as well as the control currents of both Hall elements 90 ° out of phase with each other.

Als magnetfeldabhängige Widerstandskörper werden vorzugsweise Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cma/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
Semiconductors with a carrier mobility of at least 6000 cm a / Vs are preferably used as magnetic field-dependent resistance bodies. In contrast to other known Hall voltage generators, such as germanium, for example, with a carrier mobility of about 3000 cm 2 / Vs and below, the semiconductor bodies with higher carrier mobility not only have directional relays
Facility

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden
Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
has been named as the inventor

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 241the advantage of significantly greater sensitivity (greater Hall voltage with the same control variable), but must also be loaded with significantly greater output powers. It is therefore possible to directly connect measuring devices, relays or the like to the Hall voltage of such semiconductor bodies without the interposition of an amplifier. The semiconductors with such high carrier mobilities include resistance bodies made of semiconducting compounds, in particular of the form AmBv, that is to say compounds of an element A of III. Group with an element B of Group V of the Periodic Table. For the present purpose, the compounds indium antimonide and indium arsenide have proven to be particularly advantageous, in which carrier mobilities of up to 60,000 cm 2 / Vs and more are achieved. Since, as explained above, the Hall voltage in these semiconducting connections can withstand a relatively high load, such Hall voltage generators are referred to as Hall generators. However, the invention is not restricted to the use of Hall generators, but also includes other Hall voltage generators. In the drawing, a schematic embodiment of the object according to the invention is explained in more detail. The arrangement shown there results in a pure direct current in the Hall circuit. For this purpose, two Hall generators 21 and 22 are arranged in two separate magnetic fields 23 and 24, of which the magnetic field 23 is proportional to the current to be monitored W 1 = M ■ sin α and the magnetic field 24 is proportional to a current m 2 == M · sin (α + 90) is excited, which is phase-shifted by 90 ° with respect to the current M 1 to be monitored. M here means the peak value of the relevant current. This phase shift can be achieved, for example, by the illustrated i? C element with the capacitor 241

709 850/342709 850/342

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 mx gegen S1 bzw. m% gegen S2 verschoben ist.and resistor 242 can be reached. The control currents of the Hall generators are brought in as a function of the voltage to be monitored. The control currents S 1 = S- sin (α- β) and s 2 = S · sin (α- β + 90) of the two Hall generators 21 and 22 are also used in order to achieve an extensive smoothing of the Hall current flowing through the control device 3 phase shifted by 90 °, for example in such a way that a capacitance 25 is connected in series with the Hall generator 22 in the circuit of the control current s 2. S again means the peak value of the relevant control current and β a specific phase angle by which m x is shifted from S 1 or m % from S 2.

Im Hallkreis des Hallgenerators 21 tritt demnach die dem Produkt Wi1S1 und im Hallkreis des Hallgenerators 22 die dem Produkt mzS2 entsprechende Größe auf.In the Hall circuit of the Hall generator 21, the quantity corresponding to the product Wi 1 S 1 and in the Hall circuit of the Hall generator 22 the variable corresponding to the product m z S 2.

Nach dem Vorigen ergibt sich dabei alsoAccording to the previous one, it follows

mi' si = M' sm α * S · sin (α — β) m i ' s i = 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 (sin 2 acos / 3 - cos α sin α sin ß) and m 2 s 2 = M sin (α + 90) S sin (α - β -f 90)

-M-S- (cos2 α cos β + cos α sin α sin ß). -MS- (cos 2 α cos β + cos α sin α sin β).

Durch die Reihenschaltung beider Hallkreise werden die Produkte W1 · S1 und m2 · S2 addiert, und es tritt in der Steuereinrichtung 3 eine GrößeBy connecting the two Hall circuits in series, the products W 1 · S 1 and m 2 · S 2 are added, and a variable occurs in the control device 3

M-S- (sin2 α + cos2 α) · cos β = M ■ S ■ cos β MS- (sin 2 α + cos 2 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.which is constant since the peak values M and S and the phase shift cos β are constant factors.

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. It still has to be made up that in a practical implementation, of course, in a manner known per se a galvanic separation of control and Hall circuits is to be provided in order to avoid mutual interference.

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.The device according to the invention is not limited to the selective protection of electrical lines, but can be used wherever the direction of an energy flow is to be monitored, for example when delivering electrical energy from one power plant network to another.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: 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.Device serving as a direction relay, in particular for the selective protection of electrical lines, characterized in that two magnetic field-dependent resistors, preferably Hall generators in on are known to be arranged in two separate magnetic fields, one of which is proportional the current to be monitored and the other is excited proportionally to the current shifted by 90 ° and the control currents proportional to the voltage to be monitored of the two magnetic field-dependent ones Resistors are also out of phase with each other by 90 °. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 545 369;
Elektropost, 1955, S. 113, 114.
Considered publications:
U.S. Patent No. 2,545,369;
Elektropost, 1955, pp. 113, 114.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 850/342 1>.709 850/342 1>.
DES44278A 1955-06-10 1955-06-10 Device serving as a direction relay Pending DE1023128B (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2545369A (en) * 1949-03-09 1951-03-13 Gen Electric Hall effect frequency meter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2545369A (en) * 1949-03-09 1951-03-13 Gen Electric Hall effect frequency meter

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