DE1563661C3 - Trip device for electrical switches - Google Patents

Trip device for electrical switches

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DE1563661C3 DE1563661A DES0101800A DE1563661C3 DE 1563661 C3 DE1563661 C3 DE 1563661C3 DE 1563661 A DE1563661 A DE 1563661A DE S0101800 A DES0101800 A DE S0101800A DE 1563661 C3 DE1563661 C3 DE 1563661C3
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Description

Zum Abschalten elektrischer Leitungen in Abhängigkeit vom Strom werden Schalter verwendet, deren Auslöser auf einen bestimmten Ansprechwert einstellbar sind. Ist die abzuschaltende elektrische Leitung jedoch verhältnismäßig lang und treten beispielsweise Kurzschlüsse erst am Ende der Leitung auf, so kann es vorkommen, daß der Kurzschlußstrom am Ende der Leitung einen Wert annimmt, der unter dem Betriebsstrom am Anfang der Leitung liegt. Ein solcher Fall tritt beispielsweise bei Gleichstrombahnanlagen auf. Um dennoch die erwünschte Abschaltung des Schalters herbeizuführen, ist es erforderlich, neben der Höhe des über den Schalter fließenden Stromes auch seine Steilheit als auslösende Größe heranzuziehen. Auslöseeinrichtungen, die sowohl den statischen Wert des Stromes als auch seinen zeitlichen Anstieg berücksichtigen, sind durch die deutsche Patentschrift 7 02 079 bekanntgeworden.To switch off electrical lines depending on the current, switches are used, their Trigger can be set to a specific response value. Is the electrical line to be switched off However, it can be relatively long and, for example, short circuits only occur at the end of the line it can happen that the short-circuit current at the end of the line assumes a value which is below the operating current at the beginning of the line. Such a case occurs for example in DC railway systems. In order to still switch off the switch to bring about, it is necessary, in addition to the level of the current flowing through the switch, also his Use steepness as the triggering variable. Tripping devices that have both the static value of the The German patent 7 02 079 known.

In der Praxis bereitet es Schwierigkeiten, in Gleichstromnetzen den Strom und seine zeitliche Änderung meßtechnisch zu erfassen. Es sind bereits Schalter gebaut worden, in deren Strompfad eine Drosselspule eingebaut ist, an der bei Stromänderungen eine Spannung entsteht, die zur Auslösung herangezogen werden kann. Da solche Drosselspulen für die volle Belastung bemessen sein müssen, sind sie groß und aufwendig. Außerdem ist die erforderliche Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse sehr umständlich. Die Erfindung geht von einer Auslöseeinrichtung für elektrische Schalter, insbesondere für Schnellschalter inIn practice it causes difficulties in direct current networks the current and its time Change to be recorded by measurement. Switches have already been built with a A choke coil is installed, at which a voltage is generated when the current changes, which is used for tripping can be. Since such reactors must be sized for the full load, they are large and laborious. In addition, the necessary adaptation to the respective operating conditions is very cumbersome. The invention is based on a release device for electrical switches, in particular for high-speed switches in

ίο Gleichstromnetzen aus, deren Auslösung von dem statischen und dem dynamischen Anteil des Stromes abhängig ist.ίο DC networks whose triggering is from the static and the dynamic part of the current is dependent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auslöseeinrichtung dieser Art an die Betriebsverhältnisse des Netzes leichter anpaßbar zu gestalten und die zur Auslösung benötigten elektrischen Meßgrößen ohne Unterbrechnung des Hauptstrompfades des Schalters zu gewinnen.The invention is based on the object of adapting a release device of this type to the operating conditions of the network to make it easier to adapt and the electrical measurands required for triggering without To gain interruption of the main current path of the switch.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem von dem Strom erregten Magnetfeld in an sich bekannter Weise ein magnetfeldabhängiger Widerstand angeordnet ist und eine von diesem abgeleitete Spannung an zwei parallelgeschalte- jj te, den statischen und den dynamischen Anteil unabhängig voneinander erfassende Schaltungszweige angelegt ist. Damit entfällt der Einbau von Geräten in die Hauptstrombahn des Schalters. Von dem magnetfeldabhängigen Widerstand kann bei geeigneter Schaltung eine Spannung abgenommen werden, in der — von dem Gleichstromnetz galvanisch getrennt — der statische und der dynamische Anteil enthalten sind. Diese Auslöseeinrichtung erlaubt nicht nur auf verhältnismäßig einfache Weise die Einstellung der gewünschten Auslösewerte, sondern ist auch so raumsparend herstellbar, daß sie sich in den üblichen Schalteraufbau einfügen läßt.According to the invention, this object is achieved in that in one of the current excited Magnetic field is arranged in a manner known per se, a magnetic field-dependent resistor and one of voltage derived from this at two parallel-jj te, the static and the dynamic portion of the circuit independently of one another is applied. This eliminates the need to install devices in the main circuit of the switch. From the magnetic field dependent Resistance, with a suitable circuit, a voltage can be picked up in which - from galvanically separated from the direct current network - the static and dynamic components are included. This release device not only allows the desired setting to be set in a relatively simple manner Trip values, but can also be produced in such a space-saving manner that they can be incorporated into the usual switch design can be inserted.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann der magnetfeldabhängige Widerstand im Luftspalt eines Eisenkernes angeordnet sein, der von dem zu überwachenden Strom erregt wird. Dadurch wird eine Verstärkung des Magnetfeldes erreicht, die es gestattet, einen magnetfeldabhängigen Widerstand verhältnismäßig geringer Empfindlichkeit und guter Temperaturkonstanz zu verwenden. ιIn an advantageous embodiment of the invention, the magnetic field-dependent resistance in the air gap of a Be arranged iron core, which is excited by the current to be monitored. This creates a Enhancement of the magnetic field achieved, which allows a magnetic field-dependent resistance relatively low sensitivity and good temperature constancy. ι

Durch die deutsche Auslegeschrift 10 89 864 ist es bei ; einem Kommandogerät zur Überwachung elektrischer Stromkreise bekannt, in einem von dem Strom erregten Magnetfeld einen magnetfeldabhängigen Widerstand anzuordnen, und zwar im Luftspalt eines von dem Strom erregten Eisenkernes.By the German Auslegeschrift 10 89 864 it is at ; a command device for monitoring electrical circuits known to arrange a magnetic field-dependent resistance in a magnetic field excited by the current, namely in the air gap of an iron core excited by the current.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Widerstandsänderung des magnetfeldabhängigen Widerstandes praktisch trägheitslos erfolgt und daß an dem Widerstand somit eine Ausgangsgröße abnehmbar ist, die stets die absolute Höhe des Stromes widerspiegelt, in der die stationäre Größe und vorübergehende Anstiege enthalten sind. Die unabhängige Bewertung des statischen und des dynamischen Anteiles des Stromes kann in weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung auf folgende Weise geschehen: Der Schaltungszweig für den statischen Anteil des Stromes enthält ein Potentiometer, während der Schaltungszweig für den dynamischen Anteil die Reihenschaltung ; eines Kondensators und eines Widerstandes enthält An den Abgriff des Potentiometers ist die Basis eines Transistors angeschlossen. In gleicher Weise ist auch der Verbindungspunkt des Kondensators und des Widerstandes an die Basis eines weiteren TransistorsAn advantage of the invention is that the change in resistance of the magnetic field-dependent Resistance takes place practically without inertia and that an output variable can thus be removed from the resistor is, which always reflects the absolute level of the current, in which the stationary magnitude and transient Increases are included. The independent evaluation of the static and dynamic part of the Current can take place in a further advantageous embodiment of the invention in the following way: The circuit branch for the static component of the current contains a potentiometer, while the circuit branch for the dynamic component contains the series connection; a capacitor and a resistor contains At the tap of the potentiometer is the base of a Transistor connected. In the same way, the connection point of the capacitor and the Resistance to the base of another transistor

angeschlossen. Hierbei sind das Potentiometer und die Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand parallel zu dem magnetfeldabhängigen Widerstand geschaltet. Im Kollektorstromkreis der Transistoren stehen auf diese Weise dem statischen und dem dynamischen Anteil des Stromes entsprechende Größen zur Verfugung.connected. Here are the potentiometer and the series connection of capacitor and resistor connected in parallel to the magnetic field-dependent resistor. In the collector circuit of the transistors In this way there are quantities corresponding to the static and dynamic components of the current available.

Die Auslösung des Schalters kann zweckmäßig in Abhängigkeit von der Summe der Ausgangsgrößen der erwähnten Transistoren erfolgen. Hierzu können die Transistoren einen gemeinsamen Kollektorwiderstand erhalten, und die auf diese Weise gebildete Summengröße kann einer Zenerdiode zugeführt werden, deren Ansprechen die Auslösung des Schalters vermittelt. Damit nicht vorübergehende Spannungsanstiege eine ungewollte Auslösung bewirken, kann der Zenerdiode ein Kondensator parallel geschaltet werden.The triggering of the switch can expediently depending on the sum of the output variables of the mentioned transistors take place. For this purpose, the transistors can share a common collector resistance obtained, and the sum size formed in this way can be fed to a Zener diode whose Triggering the switch mediates. So that there are no temporary increases in voltage cause unwanted tripping, a capacitor can be connected in parallel to the zener diode.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes einer Überstromauslösevorrichtung für elektrische Schnellschalter näher erläutert.The invention is based on the circuit diagram of an overcurrent release device shown in the drawing for electrical quick switches explained in more detail.

Im Luftspalt eines Eisenkernes 1, der von dem zu überwachenden Strom erregt wird, ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand 2, eine sogenannte Feldplatte, deren ohmscher Widerstand sich in einem Magnetfeld ändert, angeordnet. So bedingt das unter dem Einfluß beispielsweise eines Kurzschlußstromes sich ändernde Magnetfeld eine Änderung des Widerstandswertes des magnetfeldabhängigen Widerstandes 2. Der magnetfeldabhängige Widerstand 2 bildet zusammen mit einem Widerstand 3, der von einer nicht dargestellten Spannungsquelle mit einer konstanten Spannung von beispielsweise 24 V gespeist wird, einen Spannungsteiler. Damit entsteht am magnetfeldabhängigen Widerstand 2 eine mit steigendem Kurzschlußstrom ansteigende Spannung. Wählt man dabei den Widerstand 3 sehr groß gegenüber dem magnetfeldabhängigen Widerstand 2, dann entsteht am magnetfeldabhängigen Widerstand 2 eine seinem Widerstandswert proportionale Spannung.In the air gap of an iron core 1, which is excited by the current to be monitored, there is a magnetic field-dependent Resistor 2, a so-called field plate, whose ohmic resistance is in a magnetic field changes, arranged. Thus, under the influence of a short-circuit current, for example, it causes it to change Magnetic field a change in the resistance value of the magnetic field dependent resistor 2. The magnetic field dependent Resistor 2 forms together with a resistor 3, which is of a not shown Voltage source is fed with a constant voltage of, for example, 24 V, a voltage divider. This creates a resistor 2 that is dependent on the magnetic field and increases as the short-circuit current rises Tension. If you choose the resistance 3 very large compared to the magnetic field-dependent Resistance 2, then a resistance value proportional to its resistance value arises at the resistance 2, which is dependent on the magnetic field Tension.

Die von dem zu überwachenden Strom abhängige Spannung an dem magnetfeldabhängigen Widerstand 2 wird hinsichtlich ihres statischen Anteiles und ihres dynamischen Anteiles mittels zweier parallelgeschalteter Schaltungszweige ausgewertet. Für den statischen Anteil ist ein als Potentiometer 4 ausgebildeter Widerstand vorgesehen, der parallel zum magnetfeldabhängigen Widerstand 2 angeordnet und dessen Abgriff mit der Basis eines Transistors 5 verbunden ist. Ist die am Potentiometer 4 abgegriffene Spannung groß genug, wird der Transistor 5 leitend, und es fließt ein Kollektorstrom, der durch einen Emitterwiderstand 6 und durch Kollektorwiderstände 7 und 12 begrenzt ist. Dieser Kollektorstrom, erzeugt an den Widerständen 7 und 12 einen Spannungsabfall. Durch Einstellen eines Spannungswertes an dem Potentiometer 4 läßt sich der statische Ansprechwert der Auslösung festlegen.The voltage across the magnetic field-dependent resistor 2, which is dependent on the current to be monitored is determined with regard to its static part and its dynamic part by means of two parallel-connected Circuit branches evaluated. A potentiometer 4 designed as a potentiometer is used for the static component Resistance provided, which is arranged parallel to the magnetic field-dependent resistor 2 and its tap is connected to the base of a transistor 5. If the voltage tapped at potentiometer 4 is large enough, the transistor 5 becomes conductive, and a collector current flows through an emitter resistor 6 and is limited by collector resistors 7 and 12. This collector current is generated at the resistors 7 and 12 a voltage drop. By setting a voltage value on the potentiometer 4, the Define the static response value of the tripping.

Die Auswertung des dynamischen Anteiles des von dem magnetfeldabhängigen Widerstand 2 an die Auslöseeinrichtung abgegebenen Spannungswertes erfolgt mittels eines aus einem Kondensator 8 und einem einstellbaren Widerstand 9 bestehenden Schaltungszweiges, der zum magnetfeldabhängigen Widerstand 2 ebenfalls parallel geschaltet ist. Zur Umwandlung des am Widerstand 9 anfallenden Spannungswertes in einen entsprechenden Stromwert dient ein Transistor 10, der über einen Widerstand 11 an die nicht dargestellte Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 10 ist mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 8 mit dem Widerstand 9 verbunden. Die Spannung an der Basis des Transistors 10 hängt damit im wesentlichen von der Form der von dem magnetfeldabhängigen Widerstand 2 gelieferten Spanis nung ab. Wird bei einem bestimmten Spannungswert der Transistor 10 stromführend, dann fließt ein Kollektorstrom über den Widerstand 11, den Transistor 10 und die beiden Widerstände 7 und 12. Durch die beiden Einstellglieder, d. h. den einstellbaren Widerstand 9 und das Potentiometer 4, ist es möglich, die Ansprechwerte der Auslöseeinrichtung, d. h. den statischen und den dynamischen Anteil, getrennt den jeweiligen Erfordernissen anzupassen.The evaluation of the dynamic portion of the magnetic field-dependent resistance 2 to the Triggering device output voltage value takes place by means of a capacitor 8 and a adjustable resistor 9 existing circuit branch, which leads to the magnetic field-dependent resistor 2 is also connected in parallel. To convert the voltage value occurring at the resistor 9 into a corresponding current value is used by a transistor 10, which is connected to the, not shown, via a resistor 11 Voltage source is connected. The base of the transistor 10 is connected to the connection point of the Capacitor 8 connected to resistor 9. The voltage at the base of transistor 10 thus depends essentially on the shape of the spanis delivered by the magnetic field-dependent resistor 2 decrease. If the transistor 10 is energized at a certain voltage value, then flows in Collector current through the resistor 11, the transistor 10 and the two resistors 7 and 12. Through the both adjusting members, d. H. the adjustable resistor 9 and the potentiometer 4, it is possible to adjust the Response values of the release device, d. H. the static and the dynamic part, separately the to adapt to the respective requirements.

Die von den beiden Transistoren 5 und 10 gelieferten Kollektorströme fließen durch den gemeinsamen Widerstand 7. Somit entsteht an den Widerständen 7 und 12 eine der Summe der Steuerspannungen proportionale Spannung. Diese Spannung ist um so größer, je größer die Steilheit der am magnetfeldabhängigen Widerstand 2 anfallenden Spannung ist.The collector currents supplied by the two transistors 5 and 10 flow through the common Resistor 7. This creates one of the sum of the control voltages at resistors 7 and 12 proportional voltage. This voltage is greater, the greater the steepness of the magnetic field-dependent Resistor 2 is applied voltage.

Die Spannung an den Widerständen 7 und 12 wird mittels einer Zenerdiode 13 gemessen, deren Schwellspannung passend gewählt ist. Zur Anpassung ist im Ausführungsbeispiel der Widerstand 7 einstellbar ausgebildet. Parallel zur Zenerdiode 13 ist ein Kondensator 14 angeordnet, der ein Ansprechen der Zenerdiode 13 verhindert, wenn kurzzeitig Spannungsspitzen auftreten. Dieser Kondensator kann aber auch in die gestrichelt angedeutete Lage eingeschaltetThe voltage across the resistors 7 and 12 is measured by means of a Zener diode 13, its threshold voltage is chosen appropriately. In the exemplary embodiment, the resistor 7 can be adjusted for adaptation educated. In parallel with the Zener diode 13, a capacitor 14 is arranged, the response of the Zener diode 13 prevents short-term voltage peaks. But this capacitor can also switched into the position indicated by dashed lines

to werden. Das hat den weiteren Vorteil, daß die Durchschaltung der Zenerdiode 13 erst erfolgen kann, nachdem der Kondensator geladen ist, so daß beim Zuschalten des Schalters und Einschalten der Spannung für die Transistorschaltung die Weitergabe eines gegebenenfalls erfolgten Auslösekommandos unterbleibt. Als Vorwiderstand dient hierbei ein Widerstand 15.to be. This has the further advantage that the Switching through the Zener diode 13 can only take place after the capacitor is charged, so that when Turning on the switch and turning on the voltage for the transistor circuit passing on a any tripping commands that have taken place are omitted. A resistor is used as a series resistor 15th

Zur Steuerung einer nicht dargestellten Kippstufe, die bistabil, monostabil oder verzögert zurückkippendTo control a flip-flop (not shown) that tilts back bistable, monostable or with a delay

so ausgebildet sein kann, ist der Ausgang der Zenerdiode 13 an die Basis eines weiteren Transistors 16 und an einen Widerstand 17 angeschlossen. Der Transistor 16 gibt entsprechend der jeweiligen Schaltstellung der Zenerdiode 13, also durchlässig oder gesperrt, einen Steuerstrom auf die nachgeschaltete, nicht dargestellte Kippstufe ab und veranlaßt damit die Steuerung eines Relais und schließlich die Auslösung des Schalters.can be designed in this way, is the output of the zener diode 13 is connected to the base of a further transistor 16 and to a resistor 17. The transistor 16 gives according to the respective switching position of the Zener diode 13, that is, permeable or blocked, a Control current to the downstream, not shown flip-flop and thus causes the control of a Relay and finally the triggering of the switch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Auslöseeinrichtung für elektrische Schalter, insbesondere für Schnellschalter in Gleichstromnetzen, deren Auslösung von dem statischen und dem dynamischen Anteil des Stromes abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem von dem Strom erregten Magnetfeld ein magnetfeldabhängiger Widerstand (2) angeordnet ist und eine von diesem abgeleitete Spannung an zwei parallelgeschaltete, den statischen und den dynamischen Anteil unabhängig voneinander erfassende Schaltungszweige (4,5; 8,9,10) angelegt ist.1. Tripping device for electrical switches, especially for high-speed switches in direct current networks, the triggering of which depends on the static and dynamic component of the current, characterized in that a magnetic field dependent in a magnetic field excited by the current Resistor (2) is arranged and a voltage derived from this is applied to two parallel-connected, the static and the dynamic portion of the circuit independently of each other (4,5; 8,9,10) is applied. 2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Widerstand (2) im Luftspalt eines von dem Strom erregten Eisenkernes (1) angeordnet ist.2. Tripping device according to claim 1, characterized in that the magnetic field-dependent Resistance (2) is arranged in the air gap of an iron core (1) excited by the current. 3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungszweig für den statischen Anteil des Stromes ein Potentiometer (4) und der Schaltungszweig für den dynamischen Anteil eine Reihenschaltung eines Kondensators (8) und eines Widerstandes (9) enthält, wobei das Potentiometer (4) und die Reihenschaltung aus dem Kondensator (8) und dem Widerstand (9) parallel zu dem magnetfeldabhängigen Widerstand (2) geschaltet sind, und daß an den Abgriff des Potentiometers (4) bzw. an den Verbindungspunkt des Kondensators (8) und des Widerstandes (9) jeweils die Basis eines Transistors (5;10) angeschlossen ist.3. Tripping device according to claim 1, characterized in that the circuit branch for the static component of the current a potentiometer (4) and the circuit branch for the dynamic Part contains a series connection of a capacitor (8) and a resistor (9), the Potentiometer (4) and the series connection of the capacitor (8) and the resistor (9) in parallel the magnetic field-dependent resistor (2) are connected, and that to the tap of the potentiometer (4) or at the connection point of the capacitor (8) and the resistor (9) in each case the base of one Transistor (5; 10) is connected. 4. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abhängigkeit der Auslösung des Schalters von der Summe der Ausgangsgrößen der beiden Schaltungszweige (4,5; 8,9,10).4. Triggering device according to claim 1, characterized by the dependence of the triggering Switch on the sum of the output variables of the two circuit branches (4,5; 8,9,10). 5. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Ausgangsgrößen der beiden Schaltungszweige (4,5; 8,9,10) einer Zenerdiode (13) zugeführt ist, deren Ansprechen die Auslösung des Schalters veranlaßt.5. Tripping device according to claim 2, characterized in that the sum of the output variables of the two circuit branches (4,5; 8,9,10) one Zener diode (13) is supplied, the response of which causes the switch to trip. 6. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zenerdiode (13) ein Kondensator (14) parallel geschaltet ist.6. Tripping device according to claim 5, characterized in that the Zener diode (13) is a Capacitor (14) is connected in parallel.
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