DE3638935A1 - Signalanpassungsschaltung fuer elektronische ausloeseschalter - Google Patents

Description

Die Anwendung von digitalen Verarbeitungstechniken bei Schutz­ schaltern hat die Verwendung einer Effektivwert-Abtastung für eine Überstromermittlung gestattet. Die Verwendung von effektiven Stromwerten für die Zeit-Überstromermittlung reduziert das Auf­ treten einer sogenannten "Störauslösung", die auftritt, wenn ein Spitzenstrom abgetastet wird. Die Spitzenstromwerte tragen nicht zur harmonischen Verzerrung der Netzfrequenz bei, die aus Stromkreisunterbrechungen resultieren, wenn der tatsächliche Effektivwert des Stromes innerhalb zulässiger Pegel liegt.

In einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelde­ rin P ... (Anwaltszeichen 9903.6-41PS-6360) werden die Vorteile, die bei der Verwendung der Effektivwert-Probenentnahme (Sampling) bei Überlastzuständen für eine genaue Zeit-Überstromermittlung und der Spitzenstrom-Probenentnahme (Sampling) bei Kurzschluß­ zuständen entstehen, beschrieben. Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 18 874.3 ein Mittel offenbart für Effektiv­ wert-Berechnungen, ohne daß ein digitaler Signalprozessor er­ forderlich ist.

Ferner ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 00 172.4 ein digitaler Überstromschalter angegeben, der Spitzenstrom-Proben­ entnahmetechniken verwendet. Dort ist die Verwendung von Strom­ transformatoren näher erläutert für eine Probenentnahme (Samp­ ling) einzelner Phasenströme für die Zeit-Überstromermittlung und zum Liefern von Betriebsleistung an den digitalen Prozessor.

Eine bekannte Einrichtung für die Effektivwert-Probenentnahme für die Überstromermittlung erfordert getrennte Stromtransfor­ matoren für jede Phase zum Liefern von Betriebsleistung an den Signalprozessor zusammen mit getrennten Stromtransformatoren für jede Phase zu Liefern von Effektivwerten an den Signal­ prozessor für die Überstromermittlung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Effektivwert-Probenentnahme­ einrichtung für elektronische Auslöseschalter zu schaffen, ohne daß irgendwelche Stromhilfstransformatoren erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung verwendet eine Effektivwert-Signalanpassungs­ schaltung für elektronische Auslöseschalter bzw. Schnellschalter drei Stromtransformatoren, und zwar einen für jede Phase einer drei­ phasigen Leistungsschaltung, wobei drei getrennte Bürde-Wider­ stände vorgesehen sind zum Entwickeln einzelner Phasensignale zur Zeit-Überstromermittlung innerhalb eines Signalprozessors. Die gleichen Stromtransformatoren liefern Betriebsleistung an die Leistungseinspeisung des Schalters zum Speisen des digitalen Prozessors und auch an die aktiven Schalterkomponenten.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an­ hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Effektivwert- Signalanpassungsschaltung innerhalb einer elektronischen Auslöseeinheit gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Komponenten inner­ halb des Schalters gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer anderen An­ ordnung der Komponenten innerhalb des Schalters gemäß Fig. 1.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Schaltungs­ anordnung gemäß Fig. 3, die für zusätzliche Schutz­ funktionen angepaßt ist.

Fig. 1 zeigt einen Schalter 10, der aus drei trennbaren Kontakt­ stücken 11 besteht, die in jeweils eine Phase A, B, C eines drei-phasigen Netzes geschaltet sind, wobei die Phasenströme durch Stromtransformatoren CT ₁ bis CT ₃ abgetastet bzw. gesampelt und in einem Gleichrichter 17 gleichgerichtet werden, bevor durch Bürde-Widerstände R _b Spannungen erzeugt werden, die jeden der drei-phasigen Ströme darstellen. Die Phasenströme liefern auch die Betriebsleistung für die Einspeisung 19, die die IC- Auslöseeinheit 15 und auch die Treiberschaltung 14 durch eine Verbindung über die Leitung 16 speist. Die Treiberschaltung betätigt die Auslösespule 12 über einen Thyristor 13, um die Kontaktstücke durch die Verbindungsleitung 7 zu trennen. Der Schalter sorgt für eine ähnliche Funktion wie die, die in der bereits genannten deutschen Patentanmeldung P 36 00 172.4 be­ schrieben ist, abgesehen von den drei Leitern 18 A bis 18 C, die für drei getrennte Stromsamples für die Bürde-Widerstände R _b sorgen, die über eine Leitung 8 mit Erde bzw. Masse und über die Leitung 9 mit der Einspeisung 19 verbunden sind. Die Span­ nungsdarstellungen für die drei getrennten Phasenströme werden über die Leitungen 18 A bis 18 C zur Effektivwert-Ermittlung an den I _A -I _C -Eingang an die Auslöseeinheit in der gezeigten Weise angelegt. Die andere Seite der Einspeisung 19 ist mit dem Ein­ gang der Auslöseeinheit für die negative Spannung verbunden. Mehrere digitale Schalter 30, die über Leitungen 21 bis 29 mit der Auslöseeinheit verbunden sind, liefern die erforderlichen digitalen Eingangseinstellungen an den digitalen Prozessorab­ schnitt der Auslöseeinheit, wie es in der deutschen Patent­ anmeldung P 36 00 172.4 näher erläutert ist. Während der dort beschriebene Schalter eine Spitzenstrom-Probenentnahme verwen­ det zur Ermittlung von Überstrom-Zuständen, wird erfindungs­ gemäß die Effektivwert-Probenentnahme für derartige Zeit-Über­ stromermittlungen verwendet. Die Effektivwert-Signalanpassungs­ schaltung 6 innerhalb des Schalters 10 ist in Fig. 2 gezeigt und besteht aus Stromtransformatoren CT ₁ bis CT ₃ für eine Probenentnahme bzw. das Sampeln der Phasenströme I _A bis I _C . Der Gleichrichter 17 besteht aus drei Brückengleichrichtern, wie beispielsweise Dioden D ₁ bis D ₄ für die Phasenströme I _C , Dioden D ₅ bis D ₈ für die Phasenströme I _B und Dioden D ₉ bis D ₁₂ für Phasenströme I _A . Die Bürde-Widerstandsschaltung R _b weist drei getrennte Widerstände R _A bis R _C auf, die an dem einen Ende gemeinsam mit der Leitung 9 verbunden sind, die direkt mit der Einspeisung 19 in Verbindung steht. Das andere Ende von jedem Phasenwiderstand ist mit der Auslöseeinheit 15 durch getrennte Leitungen 18 A bis 18 C verbunden zum Sampeln jedes einzelnen Effektivwertsignals für jede der drei Phasen. Die Einspeisung 19 kann einen ähnlichen Aufbau besitzen, wie er in der US-PS 42 71 447 beschrieben ist. Die Einspeisung bzw. Versorgung weist im wesentlichen einen Darlington-Leistungs­ transistor 35 auf, dessen Emitter mit den Anoden der Dioden D ₃, D ₄ über eine Leitung 33 verbunden ist. Der Emitter des Darlington-Leistungstransistors ist auch mit den Anoden der Dioden D ₇, D ₈ über eine Leitung 34 und mit den Anoden der Dioden D ₁₁, D ₁₂ über eine Leitung 20 verbunden. Die Steuerbasis des Leistungstransistors ist mit dem Kollektor eines bipolaren Steuertransistors Q ₁ verbunden, dessen Basis mit einer Steuer­ leitung 32 verbunden ist. Der Kollektor des Leistungstransistors und der Emitter des Steuertransistors sind gemeinsam mit der Leitung 9 und mit dem positiven Ausgangsanschluß 30 verbunden. Der negative Ausgangsanschluß 31 ist über eine Diode D ₁₃ mit dem Emitter des Leistungstransistors und mit Leitungen 20 und 33 verbunden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Komponenten innerhalb der Effektivwert-Signalanpassungsschaltung gemäß der Erfindung ist bei 5 in Fig. 3 gezeigt, wo die Stromtransformatoren CT ₁ bis CT ₃ und die Dioden D ₁ bis D ₁₂ elektrisch mit dem positiven Bus 37 verbunden sind, der über die Sperrdiode D ₁₃ an dem positiven Anschluß 39 endet, und über die Bürde-Widerstandsschaltung R _b mit dem negativen Bus 38 verbunden sind, der an dem negativen Busanschluß 41 endet. Der Bürde-Widerstand R _a ist elektrisch zwischen den negativen Bus und die Leitung 39 geschaltet, um die Effektivspannungsdarstellung V _A des Stroms durch die erste Phase der Schaltungsanordnung zu liefern. Die Bürde-Widerstände R _b , R _c sind mit dem negativen Bus verbunden, um die Effektiv­ spannungsdarstellungen durch Leitungen 40, 41 des Stromes durch die übrigen zwei Phasen zu liefern. Der Darlington-Leistungs­ transistor 35 ist mit dem positiven Bus an seinem Kollektor­ anschluß und mit dem negativen Bus durch seinen Emitter verbun­ den. Der Steuertransistor Q ₁ ist an seiner Basis mit der Steuer­ leitung 32 und dem Anschluß 40 verbunden, und sein Kollektor ist mit der Basis des Leistungstransistors verbunden. Alle drei Anschlüsse 39 bis 41 sind mit der Einspeisung in der in Verbin­ dung mit Fig. 2 beschriebenen Weise verbunden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4, in der zusätzliche Bürde- Widerstände R _{A 2} bis R _{C 2} und zusätzliche Anschlüsse V _{A 2} bis V _{C 2} vorgesehen sind, sorgt für eine zusätzliche Schutzfunktion für das Netzsystem. Durch richtige Anordnung der Stromtransformatoren in bezug auf die Bürde-Widerstände können sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen-Stromwerte genau ermittelt werden. Dies ist nützlich, wenn eine Meßfunktion erforderlich ist neben den Leistungsfaktor- und Leistungsumkehr-Ermittlungen. Die Verwendung von getrennten Bürde-Widerständen, um den Halb­ wellenstrom zur Leistungsumkehr-Ermittlung zu überwachen, ist ein wichtiges Merkmal bei dem industriellen Stromnetzschutz, da die meisten Überstrom-Schutzeinrichtungen nicht in der Lage sind, das Auftreten einer Leistungs- bzw. Stromumkehr zu ermit­ teln, wodurch Strom von der Last zurück zur Quelle geleitet wird ohne eine meßbare Erhöhung des Stromes.

Die Effektivwert-Signalanpassungsschaltung gemäß der Erfindung liefert also unabhängige Effektivspannungswerte, die den abge­ tasteten Strom durch jede der Phasen für eine Effektivwert- Probenentnahme auf einer kontinuierlichen Basis darstellen, während Arbeitsleistung an den Signalprozessor und die Unter­ brechungskomponenten geliefert werden, ohne daß drei zusätzliche Phasenstromtransformatoren erforderlich sind. Die Erfindung ist anwendbar in Verbindung mit einem Mikrocomputer für die Zeit- Überstromermittlungen, wie es in der gleichzeitig eingereichten P... (Anwaltszeichen 9903.6-41PS-6360) angegeben ist, oder mit Aufwärts/Abwärts-Zählern, wie sie in der digitalen integrierten Auslöseschaltung verwendet werden, die in der deutschen Patent­ anmeldung P 36 00 172.4 beschrieben ist.

Claims (6)

1. Signalanpassungsschaltung für elektronische Auslöseschalter gekennzeichnet durch: Stromabtastmittel (CT ₁-CT ₃) zum Liefern von Stromwerten, die einen Stromfluß durch jede der drei Phasen eines elektrischen Netzsystems darstellen, Schaltmittel (11-14), die mit den drei Phasen verbunden sind zum Unterbrechen des Stromflusses, wenn die Stromwerte vorbe­ stimmte Überstromwerte überschreiten, einen Signalprozessor, der mit den Stromabtastmitteln und den Schaltmitteln verbunden ist, zum Vergleichen der Stromwerte mit den vorbestimmten Überstromwerten und zum Betätigen der Schalt­ mittel auf Befehl, eine Einspeisung (9), die mit den Stromabtastmitteln zum Empfan­ gen von Betriebsleistung verbunden ist und die mit den Schalt­ mitteln und dem Signalprozessor verbunden ist zum Liefern von Betriebsleistung an die Schaltmittel und den Signalprozessor, und eine Bürde-Widerstandsschaltung (R _A -R _C ), die mit den Stromab­ tastmitteln und dem Signalprozessor verbunden ist, zum Liefern einer Spannungsdarstellung der Stromwerte, wobei die Bürde- Widerstandsschaltung drei getrennte Widerstände aufweist, die jeweils in eine der drei Phasen geschaltet sind, um eine ge­ trennte Spannungsdarstellung für jede der drei Phasen zu liefern.

2. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Stromabtastmitteln (CT ₁-CT ₃) ver­ bundene Gleichrichter (17) vorgesehen sind für eine Vollweg- Gleichrichtung der Stromwerte.

3. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Widerstände ein getrenntes Paar erster und zweiter Verbindungen aufweist, wobei eine erste Verbindung von jedem Paar mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist und eine zweite Verbindung von jedem Verbindungspaar ge­ trennt mit dem Signalprozessor verbunden ist zum Liefern einer getrennten Darstellung von jedem Stromwert für jede der drei getrennten Phasen.

4. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung (9) einen Leistungstransistor (35) oder einen anderen Halbleiter aufweist, wobei der Kollektor oder Emitter des Leistungstransistors mit den drei Widerständen an dem gemeinsamen Punkt verbunden ist.

5. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabtastmittel drei getrennte Strom­ transformatoren aufweisen.

6. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürde-Widerstandsschaltung drei zusätz­ liche Widerstände (R _{A 2} -R _{C 2} ) aufweist, wobei jeder zusätzliche Widerstand in jeweils eine der drei Phasen geschaltet ist für eine Meß- und eine zusätzliche Schutzfunktion der Schalter.