-
-
Schaltungsanordnung zur elektronischCn Sicherungsüberwachung
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektronischen
Sicherungsüberwachung in einer Stromversorgungsanlage, bei der Verbraucher über
Sicherungen aus einem Wechselstromnetz gespeist werden, wobei jeder Sicherung eine
Meldeeinrichtung über einen Gleichrichter parallelgeschaltet ist, die Meldeeinrichtungen
über Optokoppler an eine gemeinsame, mit einem steuerbaren Halbleiterschalter ausgerüstete
Steuerelektronik zur Auslösung einer Schalthandlung angeschlossen sind und jede
Meldeeinrichtung eine mit einem hochohmigen Strombegrenzungswiderstand in Reihe
liegende optische Anzeigeeinrichtung enthält.
-
Sie kann beispielsweise Anwendung finden bei der Überwachung von Hauptanschlußsicherungen
eines Wechselstrom- oder Drehstrommotors oder eines mehrpoligen Netzes.
-
Bei einer bekannten derartigen Schaltungsanordnun~zur elektronischen
Sicherungsüberwachung liegen die Sicherungen in parallelen Diodenzweigen, über die
ein gemeinsamer Verbraucher gespeist wird (DE-AS 25 33 182). Beispielsweise sind
im bekannten Fall für den Betrieb von Wirbelstromgleisbremsen im Eisenbahnwesen,
bei denen Ströme in der Größenordnung von einigen Kiloampere fließen können, die
Erregerwicklungen jeder Bremse über eine Vielzahl einzeln abgesicherter Dioden zu
speisen, von denen jede nur für einen Bruchteil des von der Bremse aufzunehmenden
Stromes ausgelegt ist. Zum Schutz der Dioden gegen allzu hohe Ströme werden diese
mit Sicherungen in Reihe geschaltet. Löst eine der Sicherungen aus, so lösen wegen
des Stromanstieges die nachfolgenden Sicherungen nacheinander ebenfalls aus. Im
bekannten Fall wird bereits das Auslösen der ersten Sicherung registriert, indem
jeder Diode ein RC-Glied parallel geschaltet ist, über das die zugehörige Meldeeinrichtung
während der Sperrichtungsbeanspruchung der Diode bei ausgelöster Sicherung Strom
zieht. Wegen der Energieentnahme aus dem Kondensator des RC-Gliedes kommt die bekannte
Anordnung ohne gesonderte Spannungsquellen in den Steuerkreisen der Meldeeinrichtung
aus. Jedoch liegen voraussetzungsgemäß die Dioden mit ihren RC- Bein den Netzzweigen,
so daß eine Anwendung der bekannten Schaltung auf die Stromversorgung beliebiger
Verbraucher bzw. direkt an ein Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossener Verbraucher
nicht möglich ist.
-
Eine weiterhin bekannte Schaltungsanordnung zur elektronischen Sicherungsüberwachung
ist ebenfalls speziell auf Schaltungen zur Speisung mehrerer parallelgeschalteter,
einzeln abgesicherter Verbraucher oder auf Stromrichter mit parallel geschalteten
Ventilen ausgerichtet (DE-OS 19 33 942). Dabei liegt ebenfalls in Reihe zu jeder
Sicherung eine mit einer RC-Beschaltung versehene Diode in Reihe, und es wird die
während der Sperrichtungsbeanspruchung der Diode bei ausgelöster Sicherung an der
Sicherungsstrecke auftretende Sperrspannung zur Durchsteuerung
eines
in der Meldeeinrichtung befindlichen Transistors benutzt. Dies führt im weiteren
zr Durchschaltung eines Thyristors, der eine optische Anzeigeeinrichtung mit einer
gesonderten Spannungsquelle verbindet.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der eingangs beschriebenen
Schaltungsanordnung, die elektronische Sicherungsüberwachung für einzeln abgesicherte
Verbraucher beliebiger Anzahl bzw. von in den Netzleitungen liegenden Sicherungen
zu erreichen, ohne daß auf die jeweilige Netzspannung abgestimmte Bauelemente zusätzlich
zu den Sicherungen in den Netzleitungen vorhanden sind oder in diese eingeschaltet
werden müssen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß jede über eine als Gleichrichter
dienende Diode an die Sicherung angeschlossene Meldeeinrichtung aus der Reihenschaltung
einer Glimmlampe als optischer Anzeigeeinrichtung mit dem zugehörigen Optokoppler
und dem jeweiligen Strombegrenzungswiderstand besteht und daß jeder Optokoppler
mit seinen beiden Ausgängen direkt an die Steuerelektronik angeschlossen ist.
-
Wie bei der eingangs beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung bestehen
die Optokoppler vorzugsweise aus einer Leuchtdiode und einem Fototransistor und
sorgen für die galvanische Trennung zwischen Netz einerseits und Steuerelektronik
andererseits. Im Gegensatz zur bekannten Schaltung liegt vor dem jeweiligen Optokoppler
keine Zweiwegschaltung, sondern nur eine Diode. Diese Diode schützt die Leuchtdiode
im Optokoppler vor einer zu hohen Sperrspannung bei Beanspruchung durch die negative
Halbwelle. Die Glimmlampe übt vorteilhaft drei Funktionen aus: 1. Sie übernimmt
einen Teil des Gesamtspannungsabfalles.
-
2.. Sie erhöht die Ansprechgrenze der Meldeeinrichtung auf die Zündspannung
der Glimmlampe. Dadurch wird
erreicht, daß die Meldeeinrichtung
beim beutriebsmäßigen Spannungsabfall der Sicherung nicht ansprechen kann.
-
3. Sie dient zur Leuchtanzeige der angesprochenen Sicherung.
-
Die Steuerelektronik enthält eine Spannungsquelle und parallel zu
dieser eine Reihenschaltung aus einem Relais und der Arbeitsstrecke des steuerbaren
Halbleiterschalters, wobei der Steuereingang des Halbleiterschalters über einen
Anpassungswiderstand an die anderen Ausgänge der Optokoppler angeschlossen ist und
zwischen diesen Verbindungspunkt und dem an einen Pol der Spannungsquelle angeschlossenen
Hauptanschluß des steuerbaren Halbleiterschalters eine Parallelschaltng aus einem
Widerstand und einem Glättungskondensator liegt.
-
Da die Optokoppler bei durchgeschmolzener bzw. ausgelöster Sicherung
jeweils in der positiven Halbwelle der eingangsseitigen Wechselspannung durchgesteuert,
also im Pulsbetrieb betrieben werden, ist die durch den Glättungskondensator bewirkte
Glättung und Zeitverzögerung für die Signalübertragung vom Ausgang der Optokoppler
zum steuerbaren Halbleiterschalter vorteilhaft; denn ansonsten könnten bereits einzelne
Störimpulse zur Durchsteuerung des steuerbaren Halbleiterschalters und damit zur
Auslösung einer unerwünschten Schalthandlung führen.
-
Die Basisstrecken der Transistoren in den Optokoppler sind jeweils
mit einem Kondensator gegen kapazitive Wechselspannungseinstreuungen entkoppelt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Die Zeichnung zeigt drei zu den Verbrauchern führende Netzleitungen
1, 2 und 3, die auch die zu den Wicklungen eines Drehstrommotors führenden Phasen
sein können. In diesen Netzleitungen liegen Sicherungen 4, 5 und 6, z.B. Sicherungsautomaten.
An jede der Netzleitungen 1 bis 3 ist eine Diode 7 bis 9 angeschlossen. In Reihe
zu jeder Diode 7 bis 9 liegen je eine Glimmlampe 10 bis 12, je ein Optokoppler 13
bis 15 und je ein Strombegrenzungswiderstand 16 bis 18.
-
Das andere Ende jeder dieser Reihenschaltungen ist wieder an die zugehörige
Netzleitung 1 bzw. 2 bzw. 3 angeschlossen.
-
Jeder Optokoppler 13 bis 15 besteht aus eine Leuchtdiode 19 bis 21
und einem Fototransistor 22 bis 24. Ein erster Ausgang jedes Optokopplers 13 bis
15, d.h. der Kollektor jedes Fototransistors 22 bis 24 ist an einen gemeinsamen
ersten Verbindungspunkt 28 angeschlossen. Jeder andere Ausgang jedes Optokopplers
13 bis 15, d.h.-der Emitter jedes Fototransistors 22 bis 24 ist an einen gemeisamen
zweiten Verbindungspunkt 29 angeschlossen. Die Verbindungspunkte 28 und 29 dienen
zum Anschluß der Steuerelektronik 30. Die Basis jedes Fototransistors 22 bis 24
ist über je einen Kondensator 25 bis 27 wechselstromäßig entkoppelt.
-
Die Steuerelektronik 30 enthält eine Spannungsquelle 31 und parallel
zu dieser eine Reihenschaltung aus einem Relais 34 mit Freilaufdiode 35 und der
Arbeitsstrecke eines steuerbaren Halbleiterschalters 36, vorzugsweise eines Transistors.
-
Der Steuereingang 37 des Transistors 36 ist über einen Anpassungswiderstand
38 mit dem zweiten Verbindungspunkt 29 verbunden. Zwischen diesem zweiten Verbindungspunkt
29 und dem an einem Pol 39 der Spannungsquelle 31 angeschlossenen Hauptanschluß
des steuerbaren Halbleiterschalters, in diesem Fall dem Emitter des Transistors
36, liegt eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 40 und einem Glättungskondensator
41. Zwischen dem ersten Verbindungspunkt 28 und dem anderen Pol 42 der Spannungsquelle
31 liegt ein weiterer Widerstand 43.
-
Die Schaltungsanordnung hat folgende Wirkungsweise: Bei Auslösen einer
Sicherung 4,5 oder 6 wird während der positiven Halbwelle der Wechselspannung die
wie vorbeschrieben im wesentlichen durch die Zündspannung der Glimmlampe 10, 11
oder 12 bestimmte Ansprechspannung der Meldeeinrichtung überschritten, d.h., die
durchgeschaltete Leuchtdiode 19, 20 oder 21 steuert den zugehörigen Fototransistor
22, 23 oder 24 auf. Bei durchgeschaltetem Fototransistor 22, 23 oder 24 kann ein
Strom vom Pol 42 der Spannungsquelle 31 über den Widerstand 43, den Fototransistor
22, 23 oder 24 und den Widerstand 40 zum Pol 39 fließen. Da der Optokoppler 13,
14 oder 15 nur während der positiven Halbwelle der Wechselspannung durchgeschaltet
ist, entsteht ein pulsierendes Ausgangssignal. Dieses Signal ist am Widerstand 43
oder am Widerstand 40 abgreifbar. Es wird durch den Glättungskondensator 41 geglättet.
Der Glättungskondensator 41 bewirkt außerdem eine Zeitverzögerung des Signalspannungsanstieges
am Steuereingang 37 des Transistors 36, so daß erst nach einer definierten Anzahl
von Impulsen eine Durchschaltung des Transistors 36 erfolgt. Durch den Anpassungswiderstand
38 wird die Signalspannungsgröße an die Schaltstufe aus dem Transistor 36 und dem
Relais 34 angepaßt. Das Relais 34 kann in Anzugs- oder Abfallbetrieb arbeiten.
-
Die Schaltungsanordnung ist auf eine beliebige Anzahl von zu überwachenden
Verbrauchern erweiterbar.
-
Optokoppler ermöglichen Betriebsspannungen bis z.B. 660 V, ohne daß
die galvanische Trennung zwischen Leuchtdiode und Fototransistor gestört wird oder
ein ungewünschter Durchbruch über die Fotodiode erfolgt.
-
Die Strombegrenzungswiderstände 16 bis 18 sind auf die Optokoppler
13 bis 15 abgestimmt. Da Optokoppler einen großen
Diodenstrombereich
haben, ist die Realisierung großer Betriebsspannungsbereiche möglich. Vorzugsweise
sind die Strombegrenzungswiderstände 16 bis 18 als Widerstände ausgeführt,die auch
als Sicherungen wirken.
-
Leerseite