DE966036C

DE966036C - Circuit breakers, especially circuit breakers or high-speed switches, for direct current systems

Info

Publication number: DE966036C
Application number: DEL12737A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Joachim Freese; Dipl-Ing Adolf Pfeiffer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-07-01
Filing date: 1952-07-01
Publication date: 1957-07-04

Description

Die Erfindung betrifft einen Selbstschalter, wie er als Leistungs- oder Schnellschalter in Gleichstromanlagen, vorzugsweise im Bahnbetrieb, Anwendung finden soll. Es ist bekannt, derartige Selbstschalter mit einer zusätzlichen Stromauslösung auszustatten, mittels welcher das Abschalten der Anlage auch dann erzwungen wird, wenn der Strom den statischen Ansprechwert des Schalters nicht erreicht. Eine solche zusätzliche Stromauslösung wirkt in Abhängigkeit von dem Stromanstieg oder dem Stromstärkenunterschied im Verfolg eines außergewöhnlichen Ereignisses, wie z. B. eines Kurzschlusses.The invention relates to a circuit breaker, as it is used as a circuit breaker or high-speed switch in DC systems, preferably in rail operations. It is known such To equip the self-switch with an additional current release, by means of which the shutdown the system is also forced if the current exceeds the static response value of the switch not reached. Such an additional current trip acts as a function of the increase in current or the difference in amperage in the course of an extraordinary event, such as B. a short circuit.

Zur stromanstiegsempfindlichen Auslösung verwendet man einen Eisenkernwandler mit zwei Wicklungen, deren eine vom überwachten Strom gespeist wird, beispielsweise durch den zu überwachenden Stromleiter selbst gebildet wird, und deren andere bei einer Änderung des überwachten Stromes einen transformatorisch in ihr hervorgerufenen Spannungsstoß liefert. Die Größe der in ihr induzierten Spannung ist der zeitlichen Änderung des Stromes proportional. In manchen Fällen empfiehlt es sich, die Auslösung nicht von dem Stromanstieg abhängig zu machen, sondern von der Differenz der Stromstärken unmittelbar vor und nach dem außergewöhnlichen Ereignis. Werden die Enden der zweiten Wicklung des Wandlers über geeignet dimensionierte ohmsche Widerstände und Induktivitäten, geschlossen, so er-An iron core converter with two is used for tripping which is sensitive to a rise in current Windings, one of which is fed by the monitored current, for example by the one to be monitored Conductor itself is formed, and the other when there is a change in the monitored Stromes supplies a transformer-induced voltage surge in it. The size of the the voltage induced in it is proportional to the change in the current over time. In some In cases it is advisable not to make tripping dependent on the increase in current, but rather on the difference in the currents immediately before and after the extraordinary event. The ends of the second winding of the transducer are ohmic over suitably dimensioned Resistors and inductances, closed, so

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hält man je nach der Wahl dieser Widerstandsgrößen entweder eine mehr Stromanstiegs- oder stromhöhenunterschiedsempfindliche Auslösung.one holds, depending on the choice of these resistance values, either a more current increase or Tripping sensitive to current level differences.

Der Sekundärkreis des Eisenkernwandlers wird im wesentlichen gebildet durch das Auslöseglied, das vorzugsweise in einem polarisierten Relais besteht. Erfindungsgemäß werden die elektrischen Daten des Wandlers mit denen des Auslösegliedes so aufeinander abgestimmt, daß die Amperewindungszahl im Auslöseglied möglichst groß wird. Dies erreicht man durch eine derartige Wahl von ohmechem Widerstand R₁ und Induktivität L₁ der Sekundärwicklung des Wandlers und von ohmschem Widerstand R₂ und Induktivität L₂ des im Sekundärkreis des Wandlers liegenden Auslösers, daß das Produkt R₁ χ L₁ gleich oder annähernd gleich dem Produkt R₂ X L₂ wird. Bei Beachtung der angegebenen Gleichung wird der im Sekundärkreis des Wandlers auftretende Stromstoß eine besonders große Amperewindungszahl im Auslöseglied bewirken, so daß somit die optimale Anpassung des Auslösegliedes erreicht ist. Damit ist aber auch eine große Empfindlichkeit auf Stromstärkeunterschiede erzielbar. Man ist ferner in der Lage, unempfindlichere Relais oder kleinere Wandler zu verwenden. An sich spricht das Auslöseglied in gleicherweise bei zunehmendem wie bei abnehmendem Strom an. Da aber in der praktischen Anwendung in den meisten Fällen eine Auslösung nur entweder bei größer oder bei kleiner werdendem Strom gefordert wird, läßt man zweckmäßig den Wandler auf ein polarisiertes Relais wirken. Mittels der angegebenen Anpassungsbedingung ist es möglich, auch besonders ungünstige Kurzschlußverhältnisse zu beherrschen.The secondary circuit of the iron core converter is essentially formed by the trip element, which preferably consists of a polarized relay. According to the invention, the electrical data of the converter and those of the release element are coordinated with one another in such a way that the number of ampere-turns in the release element is as large as possible. This is achieved by selecting the ohmic resistance R ₁ and inductance L _{1 of} the secondary winding of the converter and of the ohmic resistance R ₂ and inductance L ₂ of the trigger located in the secondary circuit of the converter such that the product R ₁ χ L _{1 is} equal to or approximately the same the product R ₂ XL ₂ becomes. If the given equation is observed, the current surge occurring in the secondary circuit of the converter will cause a particularly large number of ampere-turns in the release element, so that the optimal adjustment of the release element is achieved. However, this also makes it possible to achieve great sensitivity to differences in current strength. It is also possible to use less sensitive relays or smaller converters. As such, the release element responds in the same way with increasing and decreasing current. However, since in most cases tripping is only required either when the current is greater or when it is decreasing in practical use, the converter is expediently allowed to act on a polarized relay. By means of the specified adaptation condition, it is possible to master even particularly unfavorable short-circuit conditions.

Zur Rückholung des Relais wird weiter erfindungsgemäß dieses mit zwei Wicklungen versehen, deren einer ein beim Ein- und Ausschalten des Schalters betätigter Wischkontakt zugeordnet ist. Auf diese Weise entfallt die Notwendigkeit der Anordnung eines zweiten Relais. Die andere Wicklung des Relais kann zur Erzielung einer bequemen Einstellung der Ansprechempfindlichkeit ausgenutzt werden, indem man parallel zu dieser Wicklung . einen Regelwiderstand schaltet.To retrieve the relay is further according to the invention this is provided with two windings, one of which is assigned a wiper contact that is actuated when the switch is switched on and off is. This eliminates the need to arrange a second relay. The other winding of the relay can be used to achieve a convenient setting of the response sensitivity be by going parallel to this winding. switches a rheostat.

Bei großen Kurzschlußströmen mit steilen Stromanstiegen in der Nähe der Speisestelle sind hohe Spannungen am Wandler zu erwarten, die gegebenenfalls die Isolation der Wicklung gefährden können. Zur Begrenzung dieser Spannungen wird erfindungsgemäß der Eisenkernwandler so bemessen, daß der Arbeitspunkt des verwendeten Bleches bei Auslösung des Schalters infolge Überstrom dicht unter dem Sättigungsknick liegt, so daß nach Erreichen einer bestimmten Stromstärke oberhalb der Auslösestromstärke bei Überstromauslösung die Sättigung des Wandlers erreicht wird.With large short-circuit currents with steep increases in current In the vicinity of the feed point, high voltages are to be expected at the converter can endanger the insulation of the winding. To limit these tensions is According to the invention, the iron core converter is dimensioned so that the operating point of the sheet metal used is at Tripping of the switch due to overcurrent is just below the saturation kink, so that after reaching a certain amperage above the tripping amperage in the event of overcurrent tripping Saturation of the converter is reached.

Unerwünscht hohe Spannungen können auch bei ■sehr großen Windungszahlen in der Sekundärwicklung des Wandlers auftreten, während andererseits bei sehr geringen Windungszahlen große Leitungsquerschnitte zur Führung des Auslösestromes erforderlich sind und der Übelstand in Kauf genommen werden müßte, daß das Auslöseglied nicht weit vom Eisenringkern entfernt angeordnet werden kann, da andernfalls der Widerstand im Auslösekreis zu groß würde. Es wird daher zweckmäßig eine mittlere Windungszahl von etwa 100 bis 2000 Windungen für die Sekundärseite des Eisenkernwandlers gewählt und dieser nach der oben an- gegebenen Beziehung die Windungszahl des Auslösers angepaßt.Unwanted high voltages can also occur with ■ a very large number of turns in the secondary winding of the converter occur, while on the other hand, with a very small number of turns, large cable cross-sections are required to carry the tripping current are and the disadvantage would have to be accepted that the trigger link is not can be placed far away from the iron ring core, otherwise the resistance in the trip circuit would be too big. An average number of turns of about 100 to 2000 is therefore expedient Windings selected for the secondary side of the iron core converter and this according to the above given relationship, the number of turns of the release is adjusted.

An Hand der Fig. 1, 2 und 3 wird die Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung nachstehend erläutert.1, 2 and 3, the operation of the arrangement according to the invention is shown below explained.

Fig. ι stellt das Prinzipschaltbild der Schutzeinrichtung dar. In dem zu schützenden Gleichstromkreis liegen der Selbstschalter 1 und der Eisenkernwandler 2. Bei einer Stromänderung im Hauptstromkreis wird in der Sekundärwicklung 3 des Eisenkernwandlers eine Spannung induziert, die durch die Erregerspule 4 des polarisierten Relais einen Strom hindurchtreibt. Der zu dieser Spule 4 parallel liegende Widerstand 7 dient zur Einstellung der Empfindlichkeit des Sekundärkreises. Desgleichen kann mit dem mit der Spule 4 in· Reihe liegenden Widerstand J_a die Empfindlichkeit des Relais geändert werden. Durch den durch die Spule 4 fließenden Strom wird der Kontakt von der Stellung α in die Stellung b umgelegt und der Auslöser 8 an Spannung gelegt, die aus dem überwachten Netz oder einem besonderen Netz entnommen werden kann, so daß gleichzeitig die Verklinkung des Schalters 1 geöffnet wird. Die auf dem polarisierten Relais zusätzlich vorhandene Spule 5 dient zur Rückführung des Kontaktes von der Stellung b in die Stellung a. Diese Rückführung findet statt durch kurzzeitiges Schließen des Kreises über einen Wischkontakt 6 am Selbstschalter 1, und zwar kann die Betätigung der Spule 5 über den Wischkontakt entweder beim öffnen oder Schließen des Schalters 1 bzw.- in beiden Fällen vorgenommen werden.Fig. Ι shows the basic circuit diagram of the protective device. In the DC circuit to be protected are the circuit breaker 1 and the iron core converter 2. When the current in the main circuit changes, a voltage is induced in the secondary winding 3 of the iron core converter, which a current through the excitation coil 4 of the polarized relay drifts through. The resistor 7 lying parallel to this coil 4 is used to adjust the sensitivity of the secondary circuit. Likewise, the resistance of the relay can be changed with the resistor J _a lying in series with the coil 4. Due to the current flowing through the coil 4, the contact is switched from position α to position b and the trigger 8 is connected to voltage that can be taken from the monitored network or a special network, so that the latching of switch 1 is opened at the same time will. The additional coil 5 on the polarized relay serves to return the contact from position b to position a. This feedback takes place by briefly closing the circuit via a wiping contact 6 on the automatic switch 1, namely the actuation of the coil 5 via the wiping contact either when opening or closing the switch 1 or in both cases.

Fig. 2 stellt den Eisenkernwandler mit Primär- und Sekundärkreis schematisch dar. Bei Änderung des im Prknärkreis I fließenden Stroms J₁ wird im Sekundärkreis I ein Strom J₂ erzeugt. Der Sekundärkreis besteht aus der Sekundärwicklung des Eisenkernwandlers mit einer Selbstinduktion L₁ und einem ohmschen Widerstand R₁ sowie dem Auslöseglied, bestehend- aus 4, 7 und y_a der Fig. 1, welches dargestellt ist durch die Selbstinduktion L₂ (Windungszahl W₂) sowie dem ohmschen Widerstand R₂. 2 shows the iron core converter with primary and secondary circuit schematically. When the current J ₁ flowing in the primary circuit I changes, a current J _{2 is} generated in the secondary circuit I. The secondary circuit consists of the secondary winding of the iron core transformer with a self-induction L ₁ and an ohmic resistance R ₁ as well as the release element, consisting of 4, 7 and y _a of Fig. 1, which is represented by the self-induction L ₂ (number of turns W ₂ ) as well as the ohmic resistance R ₂ .

Bei bestimmten Werten der vorgenannten Induktivitäten und ohmschen Widerstände erreicht der bei Stromänderung im Primärkreis im Sekundärkreis auftretende Stromstoß seinen Größtwert. Die Fig. 3 stellt diesen Anpassungsfall dar. Das Produkt J_2max X W₂ ist dabei in Abhängigkeit vonWith certain values of the aforementioned inductances and ohmic resistances, the current surge occurring in the secondary circuit when the current changes in the primary circuit reaches its maximum value. 3 shows this adaptation case. The product J _2max X W ₂ is a function of

dem Quotienten -~—~ aufgetragen. Dieser Quoti-applied to the quotient - ~ - ~ . This quoti-

ent ist auf Grund einer Rechnung gefunden worden. Rechnung und Versuche haben ergeben, daß bei einer Abstimmung der Widerstandswerte der Sekundärwicklung und des Auslösegliedes, die Ampere-ent was found on the basis of an invoice. Calculation and tests have shown that a coordination of the resistance values of the secondary winding and the release element, the ampere

windungszahl im Sekundärkreis am größten, d. h. eine optimale Anpassung vorhanden ist. Diese größte Amperewindungszahl tritt aber dann auf, wenn L₁ χ R₁ = L₂ X R₂ oder ^] * ' = ι ist.number of turns in the secondary circuit is greatest, ie an optimal adaptation is available. This largest number of ampere-turns occurs when L ₁ χ R ₁ = L ₂ XR ₂ or ^] * '= ι.

Claims

PATENT CLAIMS:
IO

i. Circuit breaker, in particular power switch or high-speed switch, for DC systems with tripping depending on the magnitude of the current change over time or the magnitude of the current intensity difference immediately before and after an extraordinary event via an iron core converter excited by the monitored current, characterized in that the product (R ₁ χ L ₁ ) from ohmic and inductive

tive resistance of the secondary winding (3) of the iron-core converter (2) and the product (R ₂ X L ₂ ) of a trigger or relay located in the secondary circuit of the iron-core converter is chosen to be the same or approximately the same.

2. Automatic switch according to claim 1, characterized in that the in the secondary circuit of the Converter located relay is provided with an additional winding (5), which is a and / or switching off the switch actuated wiper contact (6) is assigned.

3. Circuit breaker according to claim 2, characterized in that a regulating resistor (7) is connected in parallel with the winding (4) of the release located in the secondary circuit of the converter.

4. circuit breaker according to claim 1 to 3, characterized in that the converter is dimensioned is that its operating point is tight when the circuit breaker (1) is triggered due to overcurrent is below the saturation kink.

5. circuit breaker according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the secondary winding (3) of the converter has about 100 to 2000 turns having.

Publications considered: Extrait du Bulletin de la Societe fra ^ aise des Electriciens, 1951, pp. 76 to 80.

1 sheet of drawings