DE1563661C3 - Auslöseeinrichtung für elektrische Schalter - Google Patents

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.

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 in

ίο Gleichstromnetzen aus, deren Auslösung von dem statischen und dem dynamischen Anteil des Stromes abhängig ist.

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.

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.

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. 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.

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 Transistors

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.

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.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes einer Überstromauslösevorrichtung für elektrische Schnellschalter näher erläutert.

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.

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.

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.

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.

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 eingeschaltet

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.

Zur Steuerung einer nicht dargestellten Kippstufe, die bistabil, monostabil oder verzögert zurückkippend

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

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.

2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Widerstand (2) im Luftspalt eines von dem Strom erregten Eisenkernes (1) angeordnet ist.

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.

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).

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.

6. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zenerdiode (13) ein Kondensator (14) parallel geschaltet ist.