DE2651050A1

DE2651050A1 - Schaltung zur ueberwachung der temperatur von kontakten einer elektrischen schalteinrichtung

Info

Publication number: DE2651050A1
Application number: DE19762651050
Authority: DE
Inventors: David Richard Boothman; Everett Charles Elgar; Robert Henry Rehder
Original assignee: General Electric Canada Co
Current assignee: General Electric Canada Co
Priority date: 1975-12-18
Filing date: 1976-11-09
Publication date: 1977-06-23
Also published as: JPS5276980A; FR2335975A1; FR2335975B3; US4072997A; GB1534569A; CA1059629A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur überwachung der Temperatur von Kontakten einer elektrischen Schalteinrichtung.

Bei den meisten elektrischen Anordnungen ist die Temperatur der die Lebensdauer der Schalteinrichtungen oder Leistungsschalter begrenzende Faktor. Wenn die Temperaturen die Werte überschreiten für welche ein Leistungsschalter konzipiert ist, verschlechtert sich die Isolierung, die in dem Leistungsschalter verwendet wird und es tritt eine Zerstörung der Kontaktglieder, z.B. der Kontakte auf. Durch Überwachung der Temperatur eines Leistungsschalters kann eine angemessene Wirkung erreicht werden, um zu gewährleisten, daß die Temperatur des Leistungsschalters nicht die Konstruktionsgrenzen oder berechneten Grenzen

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ORIGINAL INSPECTEP

überschreitet.

Die direkte Messung der Temperatur an den Kontakten eines Leistungsschalters ist nicht immer möglich, insbesondere wenn hohe Spannungen vorliegen und die Integrität der Isolierung des Leistungsschalters beibehalten werden muß. Demzufolge müssen verschiedene Arten indirekter Temperaturüberwachung erstellt werden, um Situationen dieser Art gerecht zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Temperaturüberwachung zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Überwachungsmethoden vermeidet« Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Schaltung zur Überwachung der Temperatur einer elektrischen Schalteinrichtung, beispielsweise eines Leistungsschalters_/ weist erfindungsgemäß eine elektrische Analogschaltung auf, die zur Lieferung der thermischen Eigenschaften der zu überwachenden Schalteinrichtung vorgesehen ist. Die Analogschaltung weist Widerstands- und Kapazitätselemente auf, die derart miteinander verbunden sind, daß sie ein elektrisches Muster bzw. Modell für die Wärmeflußwege bzw. -kapazitäten in dem Leistungsschalter liefern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforra der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Umgebungstemperatur der Schalteinrichtung überwacht und der Analogschaltung ein Spannungssignal zuführt, dessen Größe der Außentemperatur proportional ist. Die Analogschaltung liegt in Serienschaltung mit einer Strora-Steuerschaltung. Die Strom-Steuerschaltung steuert den Stromwert des durch die Analogschaltung fliessenden Stroms. Die Strom-Steuerschaltung

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wird ihrerseits durch ein Spannungs-Steuersignal gesteuert, dessen Größe dem Wert des Stromes proportional ist, der an dem Leistungsschalter auftritt bzw. der vom Leistungsschalter übertragen wird. Die Strom-Steuerschaltung wird derart betrieben, daß der von ihr durch Analogschaltung durchgelassene Strom proportional dem Quadrat des Spannungs-Steuersignals ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung weist somit eine Analogschaltung für das thermische System der Schalteinrichtung auf, wenigstens einen Schalter zur Änderung der Analogschaltung, damit die Analogschaltung unterschiedlichen Kühlmethoden bezüglich der Schalteinrichtung Rechnung trägt, eine Strom-Steuerschaltung, die in Serie zur Analogschaltung vorgesehen ist, so daß der durch die Analogschaltung fliessende Strom gesteuert wird. Außerdem ist eine die Last erfassende Einrichtung vorgesehen, die ein Steuersignal empfängt, welches proportional der Größe desjenigen Stromes ist, der an der Schalteinrichtung vorliegt; außerdem legt diese Sensoreinrichtung das Spannungssignal an die Strom-Steuereinrichtung an, um den Strom-Leitzustand der Strom-Steuerschaltung zu steuern. Wenigstens ein Spannungspegel-Detektor ist an die Kapazität der Analogsehaltung angeschlossen, um deren Spannungswert zu messen, wobei dieser Spannungswert für die Temperatur der Kontakte der Schalteinrichtung repräsentativ ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Erfindung,

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Schaltung, die als Analogschaltung anwendbar ist, und

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Erfindung dargestellt, die eine Analogschaltung 10 aus Widerstandsund Kapazitäts-Bauelementen aufweist, welche in Serienschaltung zu einer Strom-Steuerschaltung 11 geschaltet ist. An die Steuer- oder Kontrollschaltung 11 ist eine Sensoreinrichtung 12 angeschlossen, die eine Last erfaßt; die Analogschaltung 10 ist mit einem Spannungswert-Detektor 13 verbunden.

Die Analogschaltung 10 stellt ein elektrisches Netzwerk dar, welches eine Kapazität und einen Widerstand enthält und derart konzipiert ist, daß auf elektrische Weise die thermische Kapazität und der thermische Widerstand eines zu überwachenden Schalters nachgebildet werden. Die Analogschaltung 10 wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 eingehender erläutert.

Die Steuerschaltung 11 verändert den Wert des Stroms, der durch die Analogschaltung 10 fließt. Eine Gleichspannungsquelle, die durch eine gemeinsame Leitung bzw. Masseleitung 50 und eine negative Speiseleitung 51 gebildet wird, liegt parallel zur Serienschaltung aus der Analogschaltung 10 und der Steuerschaltung 11, so daß durch diese Serienschaltung ein Strom geschickt werden kann. Die Sensoreinrichtung 12

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überwacht den Strom, der bei dieser Ausführungsform dreiphasig ist und durch die dreiphasige Schaltung eines nicht gezeigten Schalters bzw. Leistungsschalters fließt und erzeugt eine negative Gleichspannung, deren Größe proportional dem größten Wechselstrom ist, d.h. dem großen Strom in den drei Phasen. Die negative Gleichspannung wird der Steuerschaltung Π zugeführt und erzeugt somit ein Steuersignal 40. Die Steuerschaltung 11 ist derart aufgebaut, daß sie einen Strom hindurchläßt und somit wegen der Serienschaltung auch durch die Analogschaltung 10, mit einer Rate bzw. Größe, die proportional dem Quadrat des Steuersignals 40 ist; das Steuersignal 40 ist wiederum proportional dem höchsten Strom im Leistungsschalter.

Die Analogschaltung 10 liefert einen elektrischen Analogwert der thermischen Eigenschaften des Leistungsschalters. Der Strom I, der durch die Analogschaltung 10 (d.h. vom Anschluß 24 zum Anschluß 25) über die Steuerschaltung 11 hindurchgeht, simuliert den Wärmeeffekt des Leistungsschalters aufgrund des durch den Leistungsschalter fliessenden Stromes. Dies bedeutet, daß die Analogschaltung 10 eine Kapazität aufweist, um den Strom zu speichern und somit ein für die im Leistungsschalter gespeicherte Wärme repräsentatives Signal abzugeben, sowie einen Widerstand, der parallel zur Kapazität geschaltet ist und den Wärmeverlust aufgrund der Kühlung des Leistungsschalters darstellt. Der Detektor 13 für den Spannungswert mißt den Spannungspegel oder die Spannungsgröße an der Kapazität in der Analogschaltung 10 und liefert eine Anzeige, wenn die Spannung an der Kapazität einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

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Fig. 2 zeigt schematisch und in vereinfachter Darstellung eine mögliche Schaltung 10a für die Analogschaltung 10 gemäß der Erfindung, wobei die Analogschaltung 10 der Schaltung 10a gegenüber bevorzugt wird. Die Schaltung 10a nach Fig. 2 ist einfacher als die Schaltung 10; es ist dabei zu beachten, daß mit 10 allgemein eine Widerstands- und Kondensatorelemente enthaltende Analogschaltung bezeichnet ist, während mit 10a eine spezielle Ausführungsform angegeben ist; eine weitere zweite, bevorzugte Ausführungsform der Schaltung 10 ist mit 10b bezeichnet und in Fig. 3 dargestellt.

Die Schaltung 10a nach Fig. 2 enthält einen Kondensator 14, der in Serie mit einem impulsartig angesteuerten Schalter 15, einer Diode 16 und einem Widerstand 17 geschaltet ist; ein Widerstand 18 liegt parallel zur Serienschaltung aus der Diode 16 und dem Widerstand 17. Die Serienschaltung eines Schalters und eines Widerstands 20 liegt parallel zum Widerstand 18. Ein Widerstand 21 liegt parallel zur Serienschaltung aus dem Kondensator 14, dem Schalter 15, der Diode 16 und dem Widerstand 17. Eine Serienschaltung,· bestehend aus einem Schalter 22 und einem Widerstand 23 liegt parallel zum Widerstand 21. Ein Anschluß 24 ist mit dem Null-Spannungspotential, d.h. dem Nulleiter bzw. der gemeinsamen Leitung 50 verbunden und ein Anschluß 25 ist an die Strom-Steuerschaltung 11 angeschlossen.

Die Schaltung 10a hat solche Wirkung, daß die thermischen Eigenschaften eines Leistungsschalters elektrisch nachgebildet bzw. dargestellt werden. Der Kondensator 14 repräsentiert somit die thermische Kapazität des Leistungsschalters. Da die thermische Kapazität des Leistungsschalters groß ist, sollte der Kondensator 14 ebenfalls eine große Kapazität haben. Diese Wahl des

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Kondensators ist jedoch nicht immer vorteilhaft. Gemäß Fig. wird ein Kondensator 14 mit kleinerer Kapazität verwendet, jedoch ist dessen effektive Kapazität durch die Verwendung des pulsierenden Schalters 15 viel größer. Der Schalter 15 wird durch einen nicht dargestellten Impulsgenerator ein- und ausgeschaltet, und zwar derart, daß die "Aus"-Zeitdauer sehr viel größer als die "Ein"-Zeitdauer ist (z.B. 1000:1). Die Zeitkonstante der Schaltung 10a wird mit diesem Faktor (d.h. lOOO) multipliziert und die effektive Zeitkonstante der Schaltung 10a entspricht somit dem 1000-fachen gegenüber derjenigen Zeitkonstanten, die sich ohne Verwendung des Schalters 15 ergibt. Die Anwendung eines pulsierenden Schalters ist bereits in der CN-PS 958 082 vorgeschlagen worden.

Die Diode 16 und der Widerstand 17 sind dafür vorgesehen, verschiedene Zeitkonstanten für das Erwärmen und Kühlen des Leistungsschalters zu schaffen. Wenn der Leistungsschalter aufgeheizt wird, fließt ein Strom Ia durch die Schaltung 10a, wie dies dargestellt ist, und die Diode 16 wird in den Leitzustand vorgespannt und leitet somit während des Stromflusses durch den Widerstand 17. Während des Kühlens des Leistungsschalters fließt kein Strom Ia; die Diode 16 ist in den Sperrzustand vorgespannt und der Widerstand 17 hat somit keine Wirkung auf die Schaltung 10a, weshalb der effektive Widerstand und die Zeitkonstante der Schaltung sich erhöhen.

Die Schalter 19 und 22 sind zur Modifizierung der Schaltung 10a vorgesehen und ermöglichen somit unterschiedliche Methoden der Kühlung des Leistungsschalters. Wenn der Leistungsschalter durch Abstrahlung und natürliche Konvektion, d.h. ohne Kühlung durch ein Gebläse gekühlt wird, ist der Schalter 19 normalerweise offen, was in Fig. 2 durch ¹¹N.0." angedeutet ist,

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während der Schalter 22 normalerweise geschlossen ist, was in Fig. 2 durch ¹¹N.C." angegeben ist. Wenn ein Gebläse eingeschaltet wird, was dann der Fall ist, wenn der Leistungsschalter eine vorbestimmte obere Temperaturgrenze erreicht, schließt der Schalter 19 und der Schalter 22 wird geöffnet. Demzufolge werden sowohl die Zeitkonstante als auch der Wert für den stabilen Zustand der Schaltung 10 derart eingestellt, daß sie den thermischen Eigenschaften für die Betriebsart während der Gebläsekühlung und ohne Gebläsekühlung entsprechen.

Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Analogschaltung 10, die mit 10b angegeben ist und in Serienschaltung zur Strom-Steuerschaltung 11 vorgesehen ist. Mit dem zusätzlichen Buchstaben "b" sind in Fig. 3 diejenigen Bauteile bezeichnet, die im wesentlichen die gleiche Funktion haben, wie die betreffenden Bauelemente in Fig. 2. Die Last-Sensoreinrichtung 12 ist an die Steuerschaltung 11 angeschlossen und der Detektor 13 ist mit der Analogschaltung 10b verbunden. Außerdem ist ein Widerstand-Temperatur-Detektor (RTD) 26 vorgesehen, der in Serie zu einer RTD Resistance temperature detector)-Schaltung 27 vorgesehen ist, wobei sich diese Serienschaltung aus dem Detektor 26 und der Schaltung 27 zwischen der Leitung 50 (für Massepotential) und der Analogschaltung 10b (Fig. 3) befindet. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Analogschaltung 10b der Analogschaltung 10a nach Fig. 2 ähnlich ist. In der Analogschaltung 10b sind ein Kondensator 14b, ein Schalter 15b, eine Diode 16b und ein Widerstand 16b in einer Serienschaltung vorgesehen. Ein Widerstand 18b liegt parallel zur Serienschaltung aus der Diode 14b und dem Widerstand 17b. Ein Schalter 19b und ein Widerstand 20b liegen in Serie zueinander, wobei diese Serienschal-

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tung parallel zum Widerstand 18b geschaltet ist. Ein Widerstand 21b ist jedoch an die RTD-Meßschaltung 27 angeschlossen, wogegen der Widerstand 21 nach Fig. 2 direkt an die Leitung 50 angeschlossen ist. Die Serienschaltung aus einem V/iderstand 23b und einem Schalter 22b liegt parallel zum Widerstand 21b und eine Diode 28 liegt zwischen der Verbindung zwischen dem Schalter 15b und der Diode 16b einerseits und der RTD-Meßschaltung 27 andererseits, wobei die Polung der Diode 28 aus Fig. 3 hervorgeht.

Die Analogschaltung 10b arbeitet im wesentlichen auf gleiche V/eise wie die Analogschaltung 10a nach Fig. 2. Der Hauptunterschied der Analogschaltung !Ob zur Analogschaltung 10a ist darin zu sehen, daß nunmehr der Schalter 22b und der Widerstand 21b an die RTD-Meßschaltung 27 und nicht an die Leitung 50 angeschlossen sind. Darüber hinaus ist zusätzlich eine Diode 28 vorgesehen. Die Diode 28 dient dazu, daß bei Anlegen einer Leistung an die Analogschaltung 10b sich der Kondensator 14b schnell auf die Spannung am Ausgang der RTD-Meßschaltung 27 auflädt. Auf diese Weise wird das Merkmal einer "unverzüglichen Einschaltung" ermöglicht.

Die Arbeitsweise des Detek.tors26 und der Schaltung 27 sind in der CN-PS 962 088 beschrieben.' Der Detektor 26 ist grundsätzlich ein Widerstand, beispielsweise eine Kupferstange, deren Widerstand sich nahezu linear mit der Temperatur ändert. Die Schaltung 27 arbeitet als Strom-"Senke¹¹, so daß der Strom von der Leitung 50 über den Detektor 26 zur Schaltung 27 und gegebenenfalls zum negativen Spannungsanschluß 51 fließt. Darüber hinaus mißt die Schaltung 27 den Spannungsabfall am Detektor 26, um den Widerstand des Detektors 26 zu messen und eine entsprechende Anzeige der Temperatur des

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Detektors 26 zu liefern. Der Ausgang der Schaltung 27 liefert eine negative Gleichspannung (relativ zur gemeinsamen Leitung 50), deren Größe proportional der Temperatur des Detektors 26 ist. Für die Schaltung nach Fig. 3 kann das Ausgangssignal der Schaltung 27 derart gewählt werden, daß Null Volt einer Temperatur von 0 C entsprechen, während -IV einer Temperatur von +20 C entsprechen und der Spannungsausgang der Schaltung 27 nahezu linear gegenüber der Temperatur ist.

Im folgenden wird auf die Strom-Steuerschaltung 11 näher eingegangen, die in Serie zur Analogschaltung 10b zwischen die Leitung 50 und den negativen Spannungsanschluß 51 geschaltet ist. Die Strom-Steuerschaltung 11 regelt den Stromfluß Ib, der von der Leitung 50 durch die Analogschaltung 10b und über die Schaltung 11 selbst zum negativen Spannungsanschluß 51 fließt. Die Steuerschaltung -11 regelt den Strom Ib derart, daß er proportional dem Quadrat des größten Stromes ist, der von dem Sensor 12 erfaßt wird.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß die Steuerschaltung 11 drei Funktionsverstärker 29,30,31 aufweist. Die Ausgänge dieser Funktionsverstärker sind mit einer zugeordneten Basiselektrode von Transistoren 32,33 und 34 verbunden. Die Kollektorelektroden dieser Transistoren sind zusammengeschaltet und an den Anschluß 25 angeschlossen, der wiederum mit dem Widerstand 18b der Analogschaltung 10b in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors^ liegt über einen Widerstand 35 an der negativen Spannungs-Speiseklemme 51 an. Der Emitter des Transistors 32 ist außerdem an den invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 29 angeschlossen.

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Der Emitter des Transistors 33 liegt über einen Widerstand 36 an dem negativen Spannungsanschluß 51an und ist außerdem an den invertierenden Eingang (~) des Verstärkers 30 angeschlossen. Der invertierende Eingang des Verstärkers 30 steht außerdem über einen Widerstand 37 mit der Leitung 50 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 34 ist über einen Widerstand 38 an den Anschluß 51 sowie an den invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 31 angeschlossen. Der invertierende Eingang des Verstärkers 31 steht über einen Widerstand 39 mit der Leitung 50 in Verbindung. Die nicht invertierenden Eingänge (+) der Verstärker 29,30,31 sind zusammengeschaltet und an die Sensoreinrichtung 12 angeschlossen, so daß sie ein Steuersignal 40 empfangen, welches für den maximalen Stromfluß durch eine der Phasen des Leistungsschalters Indikativ ist.

Die Steuerschaltung 11 spricht auf das Signal 40 derart an, daß anfänglich nur der Transistor 32 den Strom durchläßt, während die Transistoren 33 und 34 in den AUS- oder Sperr-Zustand vorgespannt sind und somit den Strom nicht durchlassen. Der Transistor 32 ist der einzige Transistor in der Steuerschaltung 11, der den Strom durchläßt, bis das Signal 40 einen Wert erreicht, der anzeigt, daß der Leistungsschalter mit dem 0,7-fachen seiner berechneten Kapazität beaufschlagt wird, d.h. dessen Kapazität ist auf 2500 A im Falle keiner Kühlung durch Gebläse bei dieser Ausführungsform berechnet. Zu diesem Zeitpunkt beginnt auch der Transistor 33 zu leiten und somit sind beide Transistoren 32 und 33 leitend, während der Transistor 34 in den Sperrzustand vorgespannt verbleibt und demzufolge nichtleitend ist. Wenn das Signal 40 einen Wert erreicht, der anzeigt, daß der Leistungsschalter mit dem

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1,2-fachen der berechneten Kapazität beaufschlagt wird, beginnt auch der Transistor 34 zu leiten und somit sind alle drei Transistoren 32,33,34 der Steuerschaltung 11 stromleitend. Wie bereits vorstehend festgestellt wurde, besteht die durch die Steuerschaltung 11 erzeugte Wirkung darin, daß der Strom Ib nahezu proportional dem Quadrat des Steuersignals 40 ist. Das Steuersignal 40 ist wiederum nahezu proportional dem größten Strom, der in einer der Phasen des Leistungsschalters auftritt. Diese Näherungen haben ihre Gültigkeit bzw. werden mit zufriedenstellender Genauigkeit bis zum Dreifachen der Stromkapazität des Leistungsschalters eingehalten.

Die Sensoreinrichtung 12 überwacht den Strom durch jede Phase des dreiphasigen Leistungsschalters und erzeugt ein einziges Ausgangssignal, nämlich das Steuersignal 40, welches nahezu proportional dem größten Strom ist, der durch eine der drei Phasen bzw. Zweige des Leistungsschalters fließt. Ein Anschluß 41 ist an einen nicht gezeigten Stromwandler angeschlossen, der ein negatives Spannungssignal erzeugt, das dem Stromfluß durch einen Zweig des Leistungsschalters proportional ist. Anschlüsse 42 und 43 sind in ähnlicher Weise jeweils mit dargestellten Stromwandlern verbunden, die negative Spannungssignale erzeugen, welche proportional dem durch jede der beiden übrigen Phasen bzw. Zweige des Leistungsschalters fliessenden Ströme ist.

Die Anschlüsse 41,42 und 43 sind an entsprechende Kathoden von Dioden 44,45,46 angeschlossen, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Anoden der Dioden 44,45,46 sind zusammengeschaltet und an ein Ende eines Widerstandes 47 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 47 ist an die Anode einer Zenerdiode

48 angeschlossen, deren Kathode mit dem negativen Spannungsan-

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Mb ^

Schluß 51 verbunden ist. Ein Elektrolyt-Kondensator 49 . ist parallel zur Zenerdiode 48 vorgesehen, deren Polung aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Serienschaltung aus einem Widerstand 52 und einem Potentiometer 53 ist parallel zum Kondensator 49 geschaltet. Der Schleifkontakt des Potentiometers 53 liefert das Steuersignal 40 zur Steuerschaltung Ii.

Die Dioden 44,45 und 46 halten somit am Kondensator 49 eine Spannung aufrecht, die dem größten Strom proportional ist, welcher durch eine der drei Phasen bzw. Zweige des Leistungsschalters hindurchfließt. Die Diode 48 dient als Schutzelement für die elektronische Schaltung gegenüber hohen Spannungsspitzen, die bei industrieller Anwendung in der Umgebung auftreten können. Die Zenerdiode 48 begrenzt die maximale Größe der Eingangsspannung zur Strom-Steuerschaltung 11. Die Serienschaltung aus dem Widerstand 52 und dem Potentiometer 53 dient als Spannungsteiler und der Kontakt 54 kann derart verstellt werden, daß eine Einstellung für die Größe des Steuersignals 40 erfolgt.

Der Detektor 13 für den Spannungswert weist einen Funktionsverstärker 55, einen Pegel-Detektor 56 und einen Pegel-Detektor 57 auf. Der Funktionsverstärker 57 ist mit seinem nicht invertierenden Eingang (+) an die Verbindung zwischen dem Kondensator 14b und dem Schalter 15b angeschlossen. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 55 ist dagegen an seinen invertiertenden Eingang (-) rückgekoppelt. Der Zweck des Funktionsverstärkers 55 ist, als "Puffer" mit sehr hoher Eingangsimpedanz zu wirken, so daß die Spannung am Kondensator 14b mit einem vernachlässigbaren Einfluß überwacht werden kann. Der Ausgangsverstärker 55 ist auch an den Detektor 56 und an den Detektor 57 angeschlossen. Der Detektor 56 überwacht den Span-

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nungspegel oder die Spannungsgröße am Kondensator 54b über den Verstärker 55 und liefert ein Ausgangssignal 58, wenn die Größe der Spannung am Kondensator 14b einen vorbestimmten ersten Wert erreicht und demzufolge die Temperatur der Kontakte des Leistungsschalters einen ersten vorbestimmten Wert erreicht hat. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird das Ausgangssignal 58 dazu benützt, den Betrieb eines Gebläses zur Kühlung des Leistungsschalters einzuleiten. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß das Ausgangssignal 58 auch dem Schalter 19b und dem Schalter 22b zugeführt wird. Dies wird zu dem Zweck ausgeführt, daß die Analogschaltung 10b derart modifizierbar ist, daß sie auf die Gebläsekühlung abgestellt ist. Wenn das Ausgangssignal 58 den Betrieb des Gebläses eingeleitet hat, läßt es auch den Schalter 19b schliessen und den Schalter 22b öffnen, wodurch auch die Analogschaltung 10b derart verändert wird, daß der Gebläsekühlung Rechnung getragen wird.

Der Detektor 57 arbeitet in ähnlicher V/eise wie der Detektor 56, jedoch ist er derart eingestellt, daß er ein Ausgangssignal 59 erzeugt, wenn die Größe der Spannung am Kondensator 14b einen vorbestimmten zweiten V/ert erreicht, der größer als der erste Wert ist, wobei letzterer vom Detektor 56 erfaßt wird. Dieser zweite Signalwert zeigt an, daß sich die Kontakte des Leistungsschalters auf einer Temperatur befinden, die über dem berechneten Maximalwert liegt und somit eine Korrektur bzw. ein Ausgleich vorgenommen werden sollte.

Die Erfindung schafft somit eine Schaltung zur Überwachung der Temperatur von Kontakten einer elektrischen Schalteinrichtung, beispielsweise eines Leistungsschalters,, und enthält eine elektrische Analogschaltung für die thermischen Eigenschaften der Schalteinrichtung. Die Analogschaltung enthält Widerstands-

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und Kapazitätselemente, die derart miteinander verbunden sind, daß sie ein elektrisches Signal bzw. einen elektrischen Wert für die Wärmeleitungswege bzw. Kapazitäten in der Schalteinrichtung wiedergeben bzw. bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Temperatursensor vorgesehen, welcher der Analogschaltung ein Spannungssignal zuführt, dessen Größe proportional zur Außentemperatur der Schalteinrichtung ist. Die Analogschaltung ist in Serie zu einer Strom-Stuerschaltung geschaltet. Die Strom-Steuerschaltung steuert den Wert bzw. den Betrag des Stromes, der durch die Analogschaltung fließt. Die Strom-Steuerschaltung wird ihrerseits durch ein Spannungs-Steuersignal gesteuert, welches proportional dem Betrag des Stromes ist, der in der Schalteinrichtung auftritt. Die Strom-Steuerschaltung wird derart gesteuert, daß der von ihr durch die Analogschaltung hindurchgelassene Strom dem Quadrat des Spannungs-Steuersignals proportional ist.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

!.^Schaltung zur Überwachung der Temperatur von Kontakten einer elektrischen Schalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine l/iderstands- und Kapazitätselemente enthaltende Analogschaltung (i0;10a, 10b) vorgesehen ist, die dem thermischen System der Schalteinrichtung zugeordnet ist, daß wenigstens ein Schalter (19,22) zur Änderung der Analogschaltung angeordnet ist, damit die Analogschaltung verschiedenen Methoden zur Kühlung der Schalteinrichtung Rechnung trägt, daß in Serie zur Analogschaltung eine Strom-Steuerschaltung (il) geschaltet ist, welche den durch die Analogschaltung fließenden Strom steuert, daß eine Last-Sensoreinrichtung (12) zum Empfang eines der Größe des von der Schalteinrichtung geführten Stromes proportionalen Steuersignals(40) angeordnet ist und dieses Steuersignal der Steuerschaltung (11) zuführt, wodurch deren Strom-Leitzustand gesteuert wird, daß wenigstens ein Detektor (13) für einen Spannungspegel an die Kapazität (I4;14b) der Analogschaltung zur Messung dessen Spannungswertes angeschlossen ist, wobei dieser Spannungswert für die Temperatur der Kontakte der Schalteinrichtung repräsentativ ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) eine solche Funktion hat, daß der durch sie und somit durch die Analogschaltung (10;TOa;10b) hindurchfliessende Strom proportional dem Quadrat des Steuersignals (40) welches der Sensoreinrichtung (12) zugeführt wird, ist.

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3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (26,27) für die Umgebungstemperatur an der elektrischen Schalteinrichtung vorgesehen ist und ein Spannungssignal erzeugt, dessen Größe der gemessenen Temperatur proportional ist und daß der Temperatursensor das erzeugte Spannungssignal an die Analogschaitung (lOb) anlegt.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogschaltung (lOa) einen Kondensator (14) aufweist, der in Serie zu einem impulsgesteuerten Schalter (15), der zur Erhöhung der Zeitkonstante der Analogschaltung vorgesehen ist, sowie zu einer Diode (16) und einem ersten Widerstand (17) geschaltet ist, daß die erste Serienschaltung (16,17) parallel zu einer zweiten Serienschaltung (22,23) liegt, wobei die zweite Serienschaltung aus einem zweiten Widerstand (23) und einem in Serie dazu geschalteten ersten Schalter (22) besteht, wobei die zweite Serienschaltung zur Änderung der Analogschaltung abhängig von der Kühlungsbetriebsart der Schalteinrichtung angeordnet ist, daß eine dritte Serienschaltung zur Änderung der Analogschaltung abhängig von der Kühlungsbetriebsart der Schalteinrichtung vorgesehen ist und aus einem dritten Widerstand (20) und einem dazu in Serie geschalteten zweiten Schalter (19) besteht, daß die dritte Serienschaltung (19,20) parallel zur Serienschaltung aus der Diode (16) und dem ersten Widerstand (17) der ersten Serienschaltung liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Schalter (22) geschlossen ist, wenn der zweite Schalter (19) geöffnet ist und daß der zweite Schalter bei geöffnetem ersten Schalter geschlossen ist.

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6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogschaltung (lOb) einen Kondensator (14) aufweist, der in Serie zu einem Impulsgesteuerten Schalter (15) zur Erhöhung der Zeitkonstante der Analogschaltung, einer Diode (16b) und einem ersten Widerstand (17b) liegt, daß die erste Serienschaltung (14b bis 17b) parallel zu einer zweiten Serienschaltung liegt, die aus einem zweiten Widerstand 23b und einem dazu in Serie geschalteten ersten Schalter (22b) zur Änderung der Analogschaltung .abhängig von der Kühlungsbetriebsart der Schalteinrichtung, einer RTD-Heßschaltung (27) und einem RT-Detektor(26) besteht, daß eine dritte Serienschaltung (i9b,20b) aus einem dritten Widerstand (20b) und einem dazu in Serie geschalteten zweiten Schalter (19b) zur Änderung der Analogschaltung abhängig von der Kühlungsbetriebsart der Schalteinrichtung besteht und daß die dritte Serienschaltung (19b, 20b) parallel zur Serienschaltung der Diode (16b) und dem ersten Widerstand (17b) der ersten Serienschaltung (14b bis 17b) geschaltet ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (22b) geschlossen ist, wenn der zweite Schalter (19b) geöffnet ist, während der erste Schalter bei geschlossenem zweiten Schalter geöffnet ist.
8. Schaltung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein Leistungsschalter ist.

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