DE1513283C3 - Schaltungsanordnung zur Betätigung eines zur überstromabhängigen Abschaltung eines Netzes dienenden Schalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Betätigung eines zur überstromabhängigen Abschaltung eines Netzes dienenden Schalters, bestehend aus einem an die Sekundärwicklung wenigstens eines mit dem Netz verbundenen Stromtransformators angeschlossenen Gleichrichter und einer auf diesen folgen-; den Verzögerungszelle, die mit _.einem elektrischen Speicherorgan verbunden ist, das mit seiner einen Ausgangsklemme direkt und mit seiner anderen Ausgangsklemme unter Zwischenschaltung eines elektronischen Schwellwertschalters jeweils an einem der Anschlüsse der Erregerwicklung einer Einrichtung zur Auslösung ,des Schalters liegt.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der DT-AS 1170 518 bekannt. Mittels einer derartigen Schaltungsanordnung ist es möglich, eine Ansprechverzögerung des Schalters zu erreichen, die im umgekehrten Verhältnis zu der Schwere eines Fehlers in dem zu schützenden Stromkreis steht, wobei es insbesondere möglich ist, innerhalb praktisch brauchbarer Grenzen eine Ansprechcharakteristik zu erzielen, die sich umgekehrt zum Quadrat des Stromes ändert.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung besteht jedoch darin, daß ein Betrieb ohne Hilfsenergie nicht möglich ist, die zumindest zur Betätigung der als Relais ausgeführten Auslöseeinrichtung erforderlich ist. Abgesehen davon, daß diese erforderliche Hilfsenergie zu einem zusätzlichen Aufwand führt, wird auch die Funktionssicherheit der Schaltungsanordnung prinzipiell beeinträchtigt, da sich zwangläufig eine Abhängigkeit von der Hüfsenergiequeüe ergibt.

die zur Gewährleistung einer ausreichenden Betriebssicherheit unter Umständen sogar noch gesondert überwacht werden muß.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie ohne Hilfsenergie arbeitet und dabei gleichzeitig eine Ansprechempfindlichkeit aufweist, die im umgekehrten Verhältnis zu dem auftretenden Fehlerstrom in dem zu schützenden Stromkreis steht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der elektronische Schwellwertschalter ein ohne Hilfsenergie arbeitender elektronischer Schwellwertschalter ist und daß die Auslöseeinrichtung allein durch die vom Speicherorgan gelieferte Energie betätigbar ist.

Durch diese Maßnahmen wird in überraschender Weise eine völlige Unabhängigkeit von jeglicher Hilfsenergie erreicht, was zu einer wesentlichen Vereinfachung der Schaltungsanordnung und zu einer Erleichterung des praktischen Einsatzes führt. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß durch den ohne Hilfsenergie ar^ beitenden elektronischen Schwellwertschalter elfte automatische Anpassung an praktisch alle Arten von Auslöserelais erreicht werden kann, da der Auslöse- . strom, der von dem sich entladenden Speicherorgan. geliefert wird, stets umgekehrt proportional zur Impe-/ danz des jeweiligen Relais ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung' zeichnet sich dadurch aus, daß an den Klemmen des Speicherorgans, parallel zum Anlegekreis des. Überlastungssignals, wenigstens ein weiterer Anlegekreis für ein zusätzliches Schutzsignal angeschlossen ist und daß in die einzelnen Anlegekreise Dioden derart geschaltet sind, daß im Sinne einer ODER-Kopplung die Auslöseeinrichtung jeweils nur durch das stärkste der durch die verschiedenen Anlegekreise zugeführten Signale betätigbar ist.
Auf diese Weise kann/fein Überlastschutz auf besonders einfache Weise mn.'einem Schutz gegen auftretende Unsymmetrien sowie gegen andere Arten von Störungen kombiniert werden, und es ist auch dabei von entscheidender Bedeutung, daß zur Betätigung der Auslöseeinrichtung keine zusätzliche Fremdenergie be-

nötigt wird. - "" "" *'^-

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Betätigung eines zur überstromabhängigen Abschaltung eines Netzes dienenden Schalters, die ·

F i g. 2 und 3 zwei Ausführungsformen einer Verzögerungszelle, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 verwendet ist,

F i g. 4 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die sowohl Schutz gegen Überstrom als auch gegen Erdschluß gewährleistet,

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 und

F i g. 6 ein Anwendungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung in einer mehrphasigen Anordnung.

Nach F i g. 1 speist ein einphasiges Leitungsnetz 1 eine Last 3 über einen Schalter D, der dann eine Abschaltung bewirken soll, wenn der von der Last 3 aufgenommene Strom unzulässige Werte annimmt. Ein in die

Leitung 1 eingefügter Stromwandler 4 speist über seine Sekundärwicklung 5 ein als Kondensator ausgebildetes Speicherorgan 6 über eine Verzögerungszelle T, der ein Gleichrichter 8 vorgeschaltet ist.

Diese Verzögerungszelle Tbesteht aus einem Widerstands-Serienzweig S und einem kapazitiven Parallelzweig P. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Serienzweig aus einem einfachen Widerstand 7 und der Parallelzweig aus einem Kondensator 6.

An die Klemmen des Kondensators 6 ist ein Entladekreis angeschlossen, in dem eine einen Spannungsschwellwert aufweisende Diode 9 mit der Erregerspule 10 eines Auslöserelais des Schalters Din Reihe geschaltet iSt. ' . ;

Der Wandler 4 ist bezüglich der Last 3 so berechnet, daß bei Nennstrom die von der Sekundärwicklung 5 gelieferte Spannung unterhalb der Durchlaßspannung der Diode 9 liegt. Bei Auftreten von Überstrom wächst die an den Klemmen des Kondensators 6 auftretende Spannung an und erreicht den Schwellwert der Diode 9. Die Folge davon ist, daß sich der Kondensator 6 über das Relais 10 entladen kann und damit ein Öffnen des Schalters D bewirkt wird.

Die Verzögerungszelle T übernimmt bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 allein die Aufgabe der Regelung der Verzögerung der Auslösung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Überlaststrom, da sie die Bedingungen der Ladung des Speicherorgans 6 festlegt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausgestaltungen dieser Verzögerungszelle.

Nach F i g. 2 ist ein Schwellelement, wie eine Zenerdiode 16, in den Serienzweig eingefügt. Der Schwellwert dieser Diode ist beispielsweise auf einen Wert festgelegt, der einer Belastung mit 110% des Nennstroms entspricht. Bei diesen Bedingungen kann das Laden des Kondensators 6 erst von diesem Wert an beginnen und erfolgt dann mit einer Zeitkonstante, die durch die übrige Verzögerungszelle festgelegt ist.

Nach F i g. 3 ist in den Serienzweig der Verzögerungszelle ein linearer Widerstand 7 geschaltet, dem ein nichtlineares Element 21 parallel geschaltet ist, dessen Widerstand kleiner wird, wenn die an seinen Klemmen anliegende Spannung zunimmt.

Ein derartiges Element kann aus einer Zenerdiode oder aus einem spannungsabhängigen Widerstand bestehen. Dadurch wird noch eine mit der Spannung veränderliche Zeitkonstante erhalten, welche eine Verringerung der Ansprechzeit im Falle eines großen Überstroms, wie er z. B. durch Phasenkurzschluß entstehen kann, mit sich bringt.

Es können jedoch auch praktisch gleiche Ansprechzeiten unabhängig von der Stromstärke erreicht werden, die in dem Kreis vor dem Zeitpunkt des Auftretens eines Überstroms vorhanden war. Tatsächlich kann die Auslösung des Schalters »kalt« geschehen, d.h. daß der z. B. auf 1,3 In festgelegte Auslösestrom sofort angelegt werden kann. Der Kondensator 6 (der bisher zugleich die Rolle des Speicherorgans und die Rolle des Verzögerungskondensators spielt) befindet sich dann während der ganzen Zeit, in der der Widerstand des nichtlinearen Elements 21 durch die an seinen Klemmen entstandene Spannung verringert wird, in einem erhöhten Ladebetrieb. Dieser beschleunigte Ladebetrieb kann bis auf eine Ladespannung führen, die drei Vierteln oder der Gesamtgröße z. B. der Nennlast In entspricht. Über diesem Wert wird die Spannung an den Klemmen des nichtlinearen Elements 21 genügend gering, damit dieses wieder einen erhöhten Widerstand annimmt Der Rest der Ladung wird dann verlangsamt, und diese letzte Zeit macht das Wesentliche der Verzögerung aus. .

Wenn man dagegen von 7 = In ausgeht, wirkt allein diese zweite Phase verlangsamter Ladung, und man findet praktisch wieder die gleiche Verzögerung wie im vorhergehenden Fall vor. :

Es ist in allgemeiner Weise möglich, durch Veränderungen der Werte oder Charakteristiken der Elemente der Verzögerungszelle eine »Formung« der, Kurven der Auslösezeit als Funktion der Überlastung für einen eingebauten Schalter zu erhalten. Dies ist von Bedeutung, wenn ein Problem der Koordination von Abschaltungen, die von verschiedenen Schaltern einer gleichen geschützten Einrichtung ausgeführt werden, besteht. '.'.

Die Anordnung nach F i g. 3 weist ferner einen

Widerstand 20 auf, der einen mit dem Parallelzweig der Verzögerungszelle verbundenen. Verlustzweig bildet.

Dieser Verlustzweig ist dazu geeignet, die Leistungen der Vorrichtung zu verbessern, insbesondere durch Vermeidung der Scheitelgleichrichtung und durch Verringerung der Wirkung möglicher Veränderungen als Funktion der Temperatur, der Spannung und der Fehlerströme, welche ihrerseits die Schwellwert-Diode 9 vor ihrer Zündung durchschalten können.

F i g. 4 zeigt eine kombinierte Schutzvorrichtung gegen Überströme, verbunden mit einer Differential-Schutzvorrichtung eines bereits bekannten Typs gegen Erdschlüsse. Jedes Speiseleitung 1, 2 weist jeweils eine Serienwicklung 11 bzw. 12 auf, welche die Rolle der Primärwicklung eines Differentialtransformators.^ 13 spielt. Dieser Transformator hat gleichermaßen eine Sekundärwicklung 14, die auf den von den Wicklungen 11 und 12 herrührenden differentiellen Fluß anspricht.

Diese Wicklung 14 dient, über einen Gleichrichter 15, zur Ladung des von dem Kondensator 6 gebildeten Speicherorgans. Die Funktion des Verzögerungskondensators wird hier von einem getrennten Kondensator 17 ausgeführt. Eine mittels Dipfie gerichtete Kopplung, verwirklicht durch eine Diode 18, und ein Widerstand 19 sind zwischen dem Verzögerungskondensator 17 und dem Speicherkondensator 6 vorgesehen.

Diese Vorrichtung hat in erster Linie den Vorteil, daß die Kapazität des Speicherkondensators 6 gering bleiben kann. Dies ermöglicht den im Falle von Erdschlußströmen den immer erwünschten schnellen Betrieb. Die Kapazität des Verzögerungskondensators 17 kann z. B. 50mal größer sein als diejenige des Kondensators 6, wodurch der Widerstand 7 sehr stark verkleinert werden kann, was die Schaltung viel weniger temperaturempfindlich macht. Das Vorhandensein der Diode 18 verhindert, daß die Differential-Schutzvorrichtung den Kondensator 17 lädt und auf diese Weise die Verzögerung des Schutzes gegen die Überströme beeinflußt. Der Widerstand 19 begrenzt andererseits den Entladestrom des Kondensators 17 in der Erregerwicklung des Relais 10, wenn die Diode 9 leitend wird.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Schutzvorrichtung gegen Überlastungen, gleichgültig, ob sie mit einer Differential-Schutz-Vorrichtung verbunden sind oder nicht, wurden nur für einen gegebenen Nennstrom beschrieben. Die Mehrfacheichung der vorgeschlagenen Schaltungen kann auf einfache Weise erhalten werden, z. B. durch Spannungsanschlüsse an der Sekundärwicklung des Transformators 5, Veränderung der Stärke eines Luftspalts, Shunts an den Primärwicklungen, Shunts an der Sekundärwicklung.

Die letztere, in der Praxis besonders interessante Lö-

1 O 1 D ZOD

sung ist in F i g. 5 dargestellt. ...■■·.

,.Ein Umschalter 22, der einen toten Kontakt für den Grundwert besitzt, ermöglicht das Anschalten von Miniaturwiderständen geringer Leistung, wie 23, 24 und 25, an die Klemmen der Sekundärwicklung 5. Jeder dieser Widerstände hat eine verschiedene: Größe, mit Werten in der Größenordnung von einigen 1000 Ohm und läßt eine geringe Belastung zu. Damit sind die von der .!Umschaltung herrührenden Kontaktwiderstände ■relativ.bedeutungslos., '. . _t . ... .. . . . . .·

Des weiteren, kann durch diese Art der Mehrfacheichung dank eines kleinen Potentiometers 26, das ebenfalls im Nebenschluß der Sekundärwicklung 5 des Stromtransformators, liegt, eine Einstellung, verwirklicht.werden, welche .verschiedenen Schwellen und anfänglich verschiedenen Fehlerströmen der Dioden 9 mit Spannungsschwelle Rechnung trägt. ■.

Es ist offensichtlich, daß diese verschiedenen Schaltungen einfach an eine mehrphasige Einrichtung, z. B. eine zweiphasige, angepaßt werden können, wie es in der F i g. 6 dargestellt ist. ,

Für jede Phase 1,2 wird ein auf die Stromstärke ansprechendes Element, wie z. B. die Transformatoren 4, vorgesehen. Die Sekundärspannungen werden durch die Gleichrichter 8 gleichgerichtet, bevor sie parallel in einen Kreis der vorher beschriebenen Art gegeben werden. Jede Phase hat ihr unabhängiges Potentiometer 26, und die Umschalter 22 werden dann in der Weise festgelegt, daß für alle geschützten Phasen, die gleiche Einstellgröße erhalten wird. , ........; . , . .

Des weiteren ist es möglich, bei der Messung, bei der die Stromtransformatoren 4 identische Ausgangscharakteristiken aufweisen, die vorhergehende Schaltung dadurch zu vereinfachen, daß nur ein einziges Potentiometer 26 und eine einzige Anordnung von Widerständen 23, 24, 25 verwendet wird, welche dann hinter dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden 8 angebracht werden. ... ...

Auf diese Weise kann eine einheitliche Einsteilung erhalten werden, obgleich die Vorrichtung mehrpolig sein kann

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Betätigung eines zur überstromabhängigen Abschaltung eines Netzes dienenden Schalters, bestehend aus einem an die Sekundärwicklung wenigstens eines mit dem Netz verbundenen Stromstransformators angeschlossenen Gleichrichter und einer auf diesen folgenden Verzögerungszelle, die mit einem elektrischen Speicherorgan verbunden ist, das mit seiner einen Ausgangsklemme direkt und mit seiner anderen Ausgangsklemme unter Zwischenschaltung eines elektronischen Schwellwertschalters jeweils an einem der Anschlüsse der Erregerwicklung einer Einrichtung zur Auslösung des Schalters liegt, d a durch gekennzeichnet, daß der elektronische Schwellwertschalter ein ohne Hilfsenergie arbeitender elektronischer 'Schwellwertschalter (Diode 9) ist und daß die Auslöseeinrichtung (10) allein durch die vom Speicherorgan (6) gelieferte Energie betätigbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Klemmen des Speicherorgans (6), parallel zum Anlegekreis des Überlastungssignals, wenigstens ein weiterer Anlegekreis für ein zusätzliches Schutzsignal angeschlossen ist und daß in die einzelnen Anlegekreise Dioden (15, 18) derart geschaltet sind, daß im Sinne einer ODER-Kopplung die Auslöseeinrichtung (10) jeweils nur durch das stärkste der durch die verschiedenen Anlegekreise zugeführten Signale betätigbar ist.