DE1463006C3 - Auslöseeinrichtung für ein strombegrenzendes Schaltgerät - Google Patents

Description

tenden Stromes sich gerade in einem bestimmten Bereich befindet, oder wenn auf diese Weise zwei verschiedene Summen von Strömen überwacht werden sollen.

Als Vergleichsspannung dient die genau definierte Ansprechspannung eines elektronischen Gerätes, wie z. B. eines Schmitt-Triggers. Die Auslösung des Schaltgerätes soll bisweilen dann unterbleiben, wenn eine der Meßgrößen einen bestimmten Wert überschreitet, wenn beispielsweise der über das Schaltgerät fließende Strom einen so hohen Augenblickswert hat, daß das Schaltgerät bei seiner Auslösung versagen würde und dadurch zerstört würde. Um das zu verhindern, wird auf den Eingang des elektronischen Gerätes ein ihn sperrendes Potential geschaltet, in der Weise, daß die Bildspannung der genannten Meßgröße mit umgekehrter Polarität gegenüber dem Bezugspunkt wie die übrigen Bildspannungen gebildet und über eine Zenerdiode von größerer Zenerspannung als die Ansprechspannung des elektronischen Gerätes direkt auf dessen Eingang gegeben wird. Dadurch wird der Eingang dann gesperrt, wenn die Bildspannung der fraglichen Meßgröße die Differenz zwischen der Zenerspannung und der Ansprechspannung des elektronischen Gerätes überschreitet.

Das Schaltgerät mit der erfindungs'gemäßen Auslöseeinrichtung wird hauptsächlich zur Überwachung von Wechselstromnetzen verwendet, da die positiven und negativen Halbwellen der Meßgrößen getrennt abgebildet und die Bildgrößen der positiven bzw. negativen Halbwellen mehrerer Meßgrößen jeweils getrennt miteinander verknüpft werden. Das hat folgenden Grund: Im allgemeinen sind die Auslösekriterien Augenblickswerte und Steilheiten von Strömen. Soll die Auslösung beispielsweise dann erfolgen, wenn ein Strom zugleich einen bestimmten Augenblickswert und eine bestimmte Steilheit aufweist, dann werden die Bildspannungen der einzelnen Halbwellen solcher Polarität miteinander in »Und«-Verknüpfung verknüpft, daß eine Auslösung nur im ansteigenden Teil der Stromhalbwelle erfolgt; im absteigenden Teil der Stromwelle ist dann zwar die Polarität der Augenblickswerte noch dieselbe, die der Steilheit aber umgekehrt, so daß keine passenden »Und«-Verknüpfungen möglich sind und die Auslösung unterbleibt. Man kann jetzt zur Strommessung einen Stromwandler von beschränkter Uberstromziffer verwenden, d. h. einen solchen, dessen Kern nach Durchlaufen einer gewissen Spannungszeitfläche in Sättigung geht. Denn der entscheidende Anfangsbereich des ansteigenden Astes jeder Stromhalbwelle wird vom Wandler sauber übertragen, und die Sättigung tritt erst dann ein, wenn der Stromaugenblickswert für eine Auslösung sowieso unzulässig hoch geworden ist. Nach Eintritt der Sättigung folgt der Sekundärstrom des Wandlers nicht mehr dem Primärstrom, sondern geht in irgendeinem, von derZeitkonstante der Bürde abhängenden Verlauf wieder zurück. Dieses unter Umständen sehr schädliche Undefinierte Verhalten des gesättigten Stromwandlers wird aber durch das eben erwähnte Merkmal der Erfindung unschädlich gemacht, da hierdurch eine Auslösung nur im ansteigenden Ast der Stromhalbwelle erfolgen kann. Man kann auf diese Weise auf Stromwandler mit extrem hohen Überstromziffern, wie sie andernfalls erforderlich wären, verzichten.

In der Zeichnung ist das Schaltbild einer Auslöseeinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Der Aufbau und die Wirkungsweise werden-im folgenden beschrieben.

Über die Klemmen α und b wird der Sekundärstrom eines Stromwandlers geleitet, der sich in einer Einspeisung einer Wechselstrom-Schaltanlage befindet. In dieser Einspeisung ist ein Sprengtrenner angeordnet. In den weiteren Einspeisungen der Schaltanlage sind Stromwandler angeordnet, deren Sekundärströme (einschließlich des über a-b fließenden) in

ίο geeigneter Weise addiert und über die Klemmen c und d geleitet werden; über c-d kann beispielsweise der Sekundärstrom eines Summenstromwandlers geleitet werden.

Der Sprengtrenner wird ausgelöst, wenn am Meßeingang e des elektronischen Kippgliedes 1, beispielsweise eines Schmitt-Triggers, eine negative Spannung von 12 Volt gegen den geerdeten Bezugspunkt m auftritt. Das Kippglied soll mit pnp-Transistoren bestückt sein; bei Verwendung von npn-Transistoren oder Vakuumröhren wäre eine positive Spannung am Punkt e und demnach eine Umpolung sämtlicher Dioden erforderlich. Die Batterie 2 liefert die negative Versorgungsspannung für das Kippglied 1 und für die unten zu besprechende Verknüpfungsschaltung.

Die Auslösung des Sprengtrenners soll im wesentlichen vom Vorliegen einer gewissen Steilheit des über a-b oder c-d fließenden Stromes abhängig gemacht werden, weil eine solche Steilheit bereits im Entstehen eines Kurzschlusses auf die zu erwartende Kurzschlußleistung schließen läßt. Eine bestimmte über den Sprengtrenner in die Schaltanlage eingespeiste Kurzschlußleistung bedeutet eine bestimmte Steilheit des über a-b fließenden Stromes und damit eine bestimmte Spannung an den Hilfswicklungen 4 und 5 der Drossel 3. Entsprechend bedeutet eine gesamte in die Schaltanlage eingespeiste Kurzschlußleistung eine bestimmte Steilheit des über c-d fließenden Summenstromes und damit eine bestimmte Spannung an den Hilfswicklungen 7 und 8 der Drossel 6. Die Spannungen an den Drosseln 3 und 6 werden mit den einstellbaren Spannungsteilern 9, 10, 11 und 12 in der Weise an die Ansprechspannung am Punkt e angeglichen, daß die Auslösung des Sprengtrenners jeweils bei der gewünschten Kurzschlußleistung erfolgt.

Für weitere Auslösekriterien wird der Strom über den Sprengtrenner selbst herangezogen. Zu diesem Zweck wird der Strom über α und b über die einstellbaren ohmschen Widerstände 13, 14, 15 und 16 geleitet. Ersichtlich gehören immer je zwei der Widerstände 9 bis 16 zu einem Auslösekriterium, und zwar je einer für die positive und die negative Halbwelle. Die Trennung der Halbwellen erfolgt dabei mit den Gleichrichtern 17 bis 24. Die Gleichrichter 17 bis 22 bewirken außerdem, daß alle an den Widerständen 9 bis 14 auftretenden Bildspannungen negativ gegen das geerdete Bezugspotential m sind.

Folgende Konstellationen von Auslösekriterien sollen zur Auslösung des Sprengtrenners führen:

1. Die Auslösung soll erfolgen, wenn die Summe der eingespeisten Kurzschlußleistungen 400 MVA übersteigt, wenn außerdem die über den Sprengtrenner selber fließende Kurzschlußleistung 100 MVA übersteigt und wenn zugleich der Augenblickswert des über den Sprengtrenner fließenden Stromes 3 kA übersteigt.

5 6

2. Die Auslösung soll erfolgen, wenn die über Punkte / und g, über die Dioden 35 und 36, die zu den Sprengtrenner fließende Kurzschlußleistung den vorgenannten Dioden in umgekehrter Durchlaß-400 MVA übersteigt und wenn zugleich der richtung geschaltet sind, dem Kippglied zugeführt Augenblickswert des über den Sprengtrenner werden. Ein Unterschied zu den echten sogenannten fließenden Stromes 3 kA übersteigt. 5 Logik-Schaltungen besteht darin, daß dort einfach

Signalspannungen, also Ja-Nein-Entscheidungen ver-

3. Die Auslösungsoll jedenfalls verhindert werden, knüpft werden, während nach der Erfindung Bildwenn der Augenblickswert des über den Spreng- spannungen, d. h. analoge Werte miteinander vertrenner fließenden Stromes 5 kA übersteigt. knüpft werden.

ίο Entsprechend wird die zweite Auslösebedirigung

Die Einhaltung dieser Auslösebedingungen wird erfüllt. Der untere Schleifer des Spannungsteilers 9

mit Hilfe von Diodengattern erreicht. Es werde die- und der obere des Spannungsteilers 10 werden auf

jenige Stromhalbwelle betrachtet, bei der der Strom 400 MVA eingestellt. Die »Und«-Verknüpfungen er-

von b nach α bzw. von d nach c fließt. Für die erste folgen mit den Dioden 31 und 32 bzw. 33 und 34.

Auslösebedingung wird mit dem Schleifer am Span- 15 Die anschließende Weiterverarbeitung kann mit den

nungsteiler 11 eine Summenkurzschlußleistung von Dioden 37 und 38 und den Widerständen 41 und 42

400 MVA, mit dem oberen Schleifer am Spannungs- einfach durch Erweiterung des bereits die Dioden 35

teiler 9 eine Einzelkurzschlußleistung von 100 MVA und 36 enthaltenden Diodengatters vorgenommen

und mit dem Widerstand 13 ein Stromwert von 3 kA werden, so daß sich ein vollständiges Gatter mit den

eingestellt, d. h., jeweils bei diesen Werten soll die 20 Dioden 35 bis 38 ergibt.

zugehörige Bildspannung 12 Volt betragen. Die drei Die Einhaltung der dritten Auslösebedingung wird Bildspannungen werden auf die Dioden 25,26 und 27 folgendermaßen erreicht: Die Widerstände 15 und 16 gegeben. Über den hochohmigen Widerstand 39 und sind so eingestellt, daß an ihnen jeweils 12 Volt auf-, die Diode 35 ist die Batterie 2 bestrebt, das Kipp- treten, wenn über den Sprengtrenner ein Strom von glied 1 zum Ansprechen zu bringen. Das gelingt aber 25 5 kA fließt. Die an ihnen auftretenden Bildspannicht, solange auch nur eine der drei fraglichen Bild- nungen sind im Gegensatz zu allen übrigen positiv Spannungen, die im Vergleich zum' Widerstand 39 gegen Masse m. Diese positiven Bildspannungen werniederohmig sind, den am Punkt e erforderlichen An- den mit den Dioden 43 und 44 gegeneinander entsprechwert noch nicht erreicht hat. Fließt z. B. über koppelt und über die Zenerdiode 45 direkt auf den den Sprengtrenner erst ein Strom von 1,5 kA, so 30 Meßeingang e des Kippgliedes 1 gegeben. Die Zenertreten am Widerstand 13 nur 6 Volt auf, und es fließt diode 45 hat eine Zenerspannung von 24 Volt. Sie ein Strom über die Diode 27 und den Widerstand 39, bewirkt, daß das positive Potential des Punktes A-der die Spannung des Punktes / gegen Masse m eben- vom negativen Potential des Punktes e; also des Einfalls auf etwa — 6VoIt festhält, so daß das Kipp- gangs des Kippgliedes 1, höchstens 24VoIt entfernt glied 1 noch nicht ansprechen kann. Erst wenn alle 35 sein kann, da sie sonst durchlässig wird und jede drei Bildspannungen mindestens den Wert von höhere Spannung zwischen den genannten Punkten 12VoIt erreicht haben, nimmt auch der Punkt/ die auf 24 Volt begrenzt. Fließen z.B. über den Spreng-Spannung — 12VoIt gegen Masse an und läßt das trenner 6,25 kA, so tritt am Widerstand 15 oder 16 Kippglied 1 ansprechen. (je nach Stromrichtung) eine positive Spannung von Fließt die Stromhalbwelle in umgekehrter Rieh- 40 15 Volt gegen Masse auf, die Spannung des Punktes e tung, d. h. fließen die Sekundärströme von α nach b wird demnach auf höchstens —9 Volt gegen Masse bzw. von c nach d, so sperren die Gleichrichter 17, begrenzt, was zum Ansprechen des Kippgliedes 1 19 und 21, und es treten jetzt Spannungen an den nicht mehr ausreicht. Auch die Widerstände 15 und Spannungsteilern 10 und 12 und am Widerstand 14 16 sind natürlich niederohmig gegen die Widerstände auf, die mit den Dioden 28, 29 und 30 verknüpft 45 39 bis 42.

werden und deren kleinste die Spannung des Punk- Beträgt die Zenerspannung infolge von Exemplar-

tes g gegen Masse bestimmt. Der Punkt / hat keine Streuung beispielsweise nur 23 Volt, so müssen an den

Spannung gegen Masse, aber trotzdem erfolgt die Widerständen 15 und 16 jeweils 11 Volt auftreten,

Auslösung durch den Widerstand 40 und die Diode wenn 5 kA Strom durch den Sprengtrenner fließen,

36, wenn die kleinste der jetzt interessierenden drei 50 d. h., die Bildspannung muß bei dem Wert der Meß-

Bildspannungen und damit der Punkt g 12 Volt er- größe, von dem ab die Auslösung gesperrt wird,

reicht. Dabei sperrt die Diode 35 die Spannung des gleich der Differenz der Zenerspannung der Zener-

Punktes / vom Eingang e des Kippgliedes 1 ab. diode 45 und der Ansprechspannung am Punkt e Ersichtlich erfolgt mit den Dioden 25, 26 und 27 sein. In diesem und auch in allen übrigen Fällen bzw. 28, 29 und 30 jeweils eine Art von »Und«-Ver- 55 wurden die Dioden als ideale Gleichrichter angeknüpfung, während die Ergebnisse dieser beiden nommen, also ohne Spannungsabfall in Durchlaß- »Und«-Verknüpfungen, nämlich die Spannungen der richtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Grenze /„„·„ bis zu einer oberen Grenze imax zu mes- Patentansprüche: sen, damit einerseits höherfrequente Ausgleichsströme von geringer Amplitude nicht zu einer Fehlauslösung

1. Auslöseeinrichtung für ein fremdgesteuertes führen, andererseits das Schaltgerät nicht bei einem strombegrenzendes Schaltgerät, das dann ausge- 5 zu hohen Stromaugenblickswert ausgelöst wird und löst werden soll, wenn mindestens zwei zu über- dadurch versagt.

wachende elektrische Größen (Meßgrößen) dem Eine Auslöseeinrichtung, die diesen Anforderun-Augenblickswert nach vorbestimmte Grenzwerte gen genügt, ist in der deutschen Patentschrift (Einstellwerte) überschreiten, wobei mindestens 1140 268 beschrieben. Sie enthält einen Stromeine Meßgröße die Stromsteilheit ist, dadurch io wandler mit leicht sättigbarem Kern, der konstant gekennzeichnet, daß die Meßgrößen in vormagnetisiert und mit einer induktiven Bürde abanaloge Spannungen umgewandelt werden, daß geschlossen ist. Die Vormagnetisierung ergibt den diese Spannungen getrennt für positive und nega- kleinsten Strom /„,,·„ und die Spannungszeitfläche des tive Polarität der Meßgrößen ermittelt und je- Wandlerkernes den größten Strom i_max, zwischen weils einem aus Dioden aufgebauten Und-Gatter 15 denen eine Auslösung erfolgen darf. Eine der Stromzugeführt werden, deren Ausgänge mit dem Ein- steilheit proportionale Spannung wird an einer Hilfsgang eines elektronischen Kippgliedes mit defi- wicklung der induktiven Bürde abgenommen. Diese nierter Ansprechspannung verbunden sind. Auslöseeinrichtung ist zwar sehr robust und zuver-

2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, da- lässig, hat aber den Nachteil einer geringen Freidurch gekennzeichnet, daß als Meßgrößen ao zügigkeit hinsichtlich der Bemessung und Auswahl Ströme, Spannungen und Summen von Strömen der Ansprechwerte und einer schwierigen Dimensio- oder Spannungen erfaßt werden. nierung, verbunden mit einer Genauigkeit, die stark

3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, von den Eigenschaften des sättigbaren Eisens ab-, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Meß- hängt. Hinzu kommt, daß die Auslösung der Eingrößen gewonnenen analogen Spannungen an 25 richtung nur von der Höhe der an der induktiven einstellbaren Widerständen abgegriffen werden, Bürde auftretenden Spannung abhängt und nicht von so daß je nach Stellung des Widerstandsabgriffs deren Polarität. So kann es zu einer Auslösung die volle Spannung oder nur eine Teilspannung kommen, wenn beispielsweise der Meßbereich bei podem nachgeschalteten Gatter zugeführt wird. sitiven Stromaugenblickswerten mit negativer Strom-

4. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, da- 3° anstiegsgeschwindigkeit durchlaufen wird.

durch gekennzeichnet, daß als Meßgrößen Strom- Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg anzu-

augenblickswert und Stromanstiegsgeschwindig- geben, um die Auslösung vom Vorhandensein

keit verwendet werden. mehrerer verschiedener Meßgrößen abhängig zu

5. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 oder machen, die gegebenenfalls an den verschiedensten einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, 35 Stellen einer zu überwachenden elektrischen Anlage daß die Auslösung dann mit Hilfe einer Zener- auftreten können, wobei die Überwachung weniger diode gesperrt wird, wenn eine Meßgröße einen aufwendig und die Auslösung trotzdem exakter gevorgegebenen Wert überschreitet. macht werden soll.

Zur Lösung sieht die Erfindung bei der eingangs

40 genannten Einrichtung vor, daß die Meßgrößen in

analoge Spannungen umgewandelt werden, daß diese

Spannungen getrennt für positive und negative Polarität der Meßgrößen ermittelt und jeweils einem aus Dioden aufgebauten Und-Gatter zugeführt werden, 45 deren Ausgänge mit dem Eingang eines elektronischen Kippgliedes mit definierter Ansprechspan-

Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für nung verbunden sind.

ein fremdgesteuertes strombegrenzendes Schaltgerät, Als Meßgrößen können Ströme, Spannungen und

das dann ausgelöst werden soll, wenn mindestens Summen von Strömen oder Spannungen erfaßt werden, zwei zu überwachende elektrische Größen (Meß- 50 Die abgebildeten analogen Spannungen der Meßgrößen) dem Augenblickswert nach vorbestimmte größen kann man als Bildspannungen bezeichnen.
Grenzwerte (Einstellwerte) überschreiten, wobei min- Die Tatsache, daß der Augenblickswert einer Meß-

destens eine Meßgröße die Stromsteilheit ist. In erster größe den zugehörigen Ansprechwert über- bzw. Linie ist die Einrichtung für die Auslösung eines unterschritten hat, wird im folgenden als Auslöse-Sprengtrenners gedacht, also eines Schaltgerätes, bei 55 kriterium bezeichnet. Werden mehr als zwei Meßdem ein rohrförmiges Leiterstück mittels einer von größen überwacht und soll die Auslösung nicht nur außen zu zündenden Sprengladung aufgesprengt und bei einer einzigen Konstellation von Auslösekriterien der Strom auf einen dazu parallelgeschalteten erfolgen, so können, nachdem die Augenblickswerte Schmelzleiter kommutiert und gelöscht wird. Mit der Meßgrößen in der beschriebenen Weise abgeeinem solchen Schaltgerät ist es infolge seiner 60 bildet worden sind, mindestens zwei verschiedene Schnelligkeit möglich, einen Kurzschlußstrom noch Konstellationen jeweils einiger der abgebildeten vor dem Auftreten seines sonst möglichen Scheitel- Augenblickswerte nach Art einer logischen »Und«- wertes zu begrenzen und abzuschalten. Allerdings ist Verknüpfung miteinander verknüpft werden. Das es hierzu üblich, nicht den Augenblickswert des Stro- kann z. B. erforderlich sein, wenn nicht nur die Steilmes selbst, sondern den seiner Steilheit zu messen 65 heit eines einzigen Stromes, sondern auch diejenige und von ihm die Auslösung abhängig zu machen. einer Summe von Strömen zur Auslösung führen Dabei ist es erforderlich, die Stromsteilheit nur in sollen, sobald sie bestimmte Werte übersteigen und einem bestimmten Bereich von einer unteren solange außerdem der Augenblickswert des zu schal-