DE2404048A1

DE2404048A1 - Elektronische abtast- und ausloeseschaltung fuer einen stromkreisunterbrecher

Info

Publication number: DE2404048A1
Application number: DE2404048A
Authority: DE
Inventors: Alan B Shimp
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1974-11-07
Also published as: CA984950A; AR200905A1; JPS49105145A; AU6495074A; DE2404048C2; ZA739531B; GB1426855A; JPS5529931Y2; IT1005744B; US3818275A; BR7400574D0; BE810342A; ES422449A1; FR2215737B1; FR2215737A1; JPS54101457U

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

.. ..- .Düsseldorf, 23. Jan. 1974

Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, USA

Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung für" einen Stromkreisunterbrecher

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromkreisunterbrecher und insbesondere auf solche mit Verzögerungsschaltkreisen.

Bei manchen Arten von elektrischen Geräten, beispielsweise denen, die in den US Patentschriften 3 327 171; 3 334 272; 3 416 035; 3 434 011 und 3 444 434 erläutert sind, sind verschiedene statische, mit Zeitverzögerungs-Schaltkreisen versehene Steuerungssysteme für Stromkreisunterbrecher enthalten. In allen diesen Fällen wird ein Strommeßfühler, gewöhnlich ein Stromwandler zum Erfassen des Stromes in einem Leiter eines zu schützenden elektrischen Systemes verwendet. Diese Information wird einer elektrischen Schaltung zugeführt, in welcher eine Aufeinanderfolge von Vorgängen ausgelöst wird, nachdem ein bestimmter Pegel des Überlaststromes in der zu schützenden Leitung erfaßt worden ist. Danach wird eine Auslösemagnetspule eines Stromkreisunterbrechers erregt und dadurch bewirkt, daß die Hauptkontakte des Stromkreisunterbrechers zum Schutz der Leitung geöffnet werden. Die in den vorgenannten Patentschriften beschriebenen Anordnungen haben jedoch unter anderem den Nachteil, daß die Steuerungsschaltungen Information und Energie von der Leitung erfordern. Die Informa-

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Telefon (O211) 32 08 58 Telegramme Custopat

tion wird dazu verwendet, die zeitliche Reihenfolge der Vorgänge einzuleiten, und die Energie wird dazu verwendet, den Stromkreisunterbrecher auszulösen. In allen Fällen wird Energie sowohl dem Signalerfassungsabschnitt der Schaltung als auch der Auslösemagnetspule zugeführt, nachdem eine Auslöseperiode begonnen hat. In einigen Fällen sind Sättigungsstromwandler erforderlich, so daß der Teil der Schaltung, welcher zum Erfassen des Überlastzustandes des Stromes verwendet wird, geschützt wird, wenn der Leitungsstrom einen unzulässig hohen Wert übersteigt, wie es in Katastrophenfällen, beispielsweise Erdungsfehlern oder direkten Kurzschlüssen der Fall ist. Ein anderer Nachteil liegt in der Tatsache begründet, daß der Widerstand oder eine andere Einrichtung zum Erfassen des Überlaststromes nicht einfach geändert oder in der Schaltung ersetzt werden kann, um den oder die Werte des Überlaststromes zu ändern, bei denen der Stromkreisunterbrecher wirksam werden soll. In einigen Fällen ist es erforderlich, daß spezielle Speicherkondensatoren als Teil des Steuerungssystemes für den Stromkreisunterbrecher eingeführt werden, so daß eine Energiequelle verfügbar ist, welche die Auslösespule des Stromkreisunterbrechers speist, nachdem einmal der Auslösevorgang eingeleitet worden ist.

Demgegenüber beruht die Erfindung unter anderem auf dem Grundgedanken, daß nach der Einleitung des Auslösevorganges des Stromkreisunterbrechers die gesamte Energie der Auslösespule und nicht dem Meßfühlerabschnitt der Schaltung zugeführt wird. Auch ist es vorteilhaft, einen Stromkreisunterbrecher mit einem verbesserten Steuerungssystem vorzusehen, bei welchem ein einziger Widerstand oder ein Widerstandselement in einfacher Weise ersetzt werden könnte, um den Effektivwert des Stromkreisunterbrechers zu ändern.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, einen Strorakreisunterbrecher zu schaffen, welcher im wesentlichen die gesamte gespeicherte und zugeführte Energie verwendet, um den Stromkreisunterbrecher nach dem Erfassen eines Überlastzustandes auszulösen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine elektronische Abtast- und Auslöseschaltung für einen Stromkreisunterbrecher wenigstens einen Meßfühler zum Erfassen des Stromes in wenigstens einer durch den Stromkreisunterbrecher zu schützenden Leitung erfaßt, ein Komparator diesen oder jeden abgetasteten Strom mit einer vorbestimmten Zeit- und Amplitudenfunktion des Stromes vergleicht und ein Auslösesignal abgibt, wenn der abgetastete Strom den vorbestimmten Funktionswert übersteigt, der Meßfühler einen Betriebsstrom an den Komparator abgibt und die Auslöseschaltung auf das Auslösesignal zum Auslösen des Stromkreisunterbrechers anspricht, der Komparator eine Einrichtung zum übertragen des Betriebsstromes vom Komparator zur Auslöseschaltung aufweist und deren Betrieb auslöst, wenn das Auslösesignal abgegeben worden ist.

Es wird also gemäß der Erfindung ein Stromkreisunterbrecher mit einem Steuerungssystem für einphasige oder mehrphasige elektrische Leitungen vorgesehen, bei welchem Stromwandler ein elektrisches Signal oder elektrische Energie abgeben, die für den Pegel des Stromes signifikant sind, der in einer der zu überwachenden Leitungen zu einer Gleichrichter-Brückenschaltung fließt. Die Ausgangsklemmen der Brückenschaltung geben Energie an eine Steuerungsschaltung ab, welche derart aufgebaut ist, daß sie Information über den Pegel des Stromes in der zu schützenden Leitung lediglich an eine Taktgebersehaltung und im wesentlichen keine Energie an die zugeordnete Auslösemagnetspule abgibt. Nachdem ein Auslösesignal am Ausgang des Zeitverzögerungsabschnittes der vorher beschriebenen Schaltung abgegeben worden ist und die Auslösemagnetspule ursprünglich gespeist worden ist, wird andererseits kein Strom oder keine Information mehr an den Abtastabschnitt der Schaltung abgegeben, sondern im wesentlichen die ganze Energie wird der Auslösemagnetspule zugeführt, so daß der Auslösevorgang des Stromkreisunterbrechers unterstützt wird. Diese Funktion wird erfüllt, indem eine Abtastleitung zwischen dem Informationsteil der Steuerungsschaltung und der Auslösemagnetspule vorgesehen ist.

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Es wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Schaltung einer Leitung einer einzigen Phase sowie einen Stromkreisunterbrecher mit einer Steuerungsschaltung nach der Erfindung zum Schutz dieser Leitung;

Fig. 2 schematisch eine Schaltung eines Abschnittes der Schaltung gemäß Fig. 1, in welchem die Information für das Zeitglied gemäß Fig. 1 erzeugt wird;

Fig, 3 schematisch einen anderen Abschnitt der Schaltung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des Schaltungsabschnittes, der die Energie für die Auslösemagnetspule bereitstellt;

Fig. 4 schematisch einen Abschnitt des Schaltkreises in Fig· I, welcher den Katastrophen-Überlastschutz für die Schaltung gemäß Fig. 1 ergibt und

Fig. 5 schematisch eine Drei-Phasenanordnung zur Verwendung bei dem Steuerungssystem gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 enthält ein elektrisches System 10 eine Leitung Ll einer einzigen Phase, einen Stromkreisunterbrecher CB und ein überwachungssystem oder eine Energieabtasteinrichtung 11, welche elektrisch mit einem Festkörper-Steuerungssystem 12 verbunden ist. Der Ausgang des Steuerungssystemes 12 ist mit einem Zeitglied 30 verbunden, welches Energie zur Betätigung eines statischen Schalters oder einer Steuerungseinrichtung Q3 abgibt, wodurch eine Auslösemagnetspule TCl des Stromkreisunterbrechers CB gespeist wird und einen Hauptkontakt FF zum Schutz der Leitung Ll öffnet. Die Schaltung 12 und das Zeitglied 30 definieren eine vorbestimmte Amplitude und Verzögerungszeitfunktion zum Auslösen des Stromkreisunterbrechers CBl.In der Leitung Ll fließt ein Wechselstrom IL. Die Spannung zwischen der Leitung Ll und der

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gemeinsamen Gerätemasse G ist mit VL bezeichnet. Es sind mögliche Kurvenformen des Stromes IL und der Spannung VL der Leitung Ll dargestellt. Der Strom IL und die Spannung VL können sinusförmig verlaufen oder miteinander in Phase sein oder sie können nicht-sinusförmig und/oder außer Phase verlaufen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Meßfühler oder nicht in Sättigung befindlicher Stromwandler CTl magnetisch mit der Leitung Ll verbunden. Die Ausgangsklemmen des Stromwandlers CTl sind mit den Eingangsklemmen eines Zweiweg-Brückengleichrichters DBl verbunden, der Dioden Dl, D2, D3 und D4 aufweist. Die Ausgangsklemmen A, A* des Gleichrichters DBl sind mit den Leitungen 15 bzw. 16 verbunden. Den Leitungen 15 und 16 wird zwischen den Klemmen A-A¹ eine Spannung VB zugeführt, und es fließt in diesen ein Strom II, wenn der Schaltkreis 12 angeschlossen ist. In Fig. 1 ist der pulsierende Verlauf des Stromes Il in einer Richtung dargestellt.

Die kombinierte Abtast- und Speiseschaltung 12 enthält eine Zenerdiode oder eine ähnliche Spannungsregeleinrichtung ZDl, deren Kathode mit einem Widerstand Rl verbunden ist, der seinerseits mit der Leitung 15 verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode ZDl ist mit dem Basisanschluß eines Transistors oder Verstärkerelementes Q2 verbunden. Ein Ende eines Widerstandes R ist mit der Leitung 15 verbunden, während das andere Ende des Widerstandes R mit den Kollektoranschlüssen des Transistors Q2 und des anderen Transistors oder Verstärkerelementes Ql verbunden ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Widerstand R veränderlich oder lösbar mit den Klemmen TT verbunden sein, so daß ein anderer Widerstand an den Klemmen TT angeschlossen werden kann und der Effektivwert des Stromes verändert wird, bei welchem der Stromkreisunterbrecher Hauptkontakte FF öffnet. Der Widerstand R kann auch ein einstellbares Zweipunkt-Potentiometer sein. Zum Zwecke der Spannungskonstanthaltung ist eine Zenerdiode ZD2 über ihre Kathode mit dem Emitteranschluß des Transistors Ql verbunden. Die Anode der Zenerdiode ZD2 ist mit der Anode der Zenerdiode ZDl verbunden, die mit dem Basisanschluß des

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Transistors Q2 verbunden ist. Der Emitteranschluß des Transistors Q2 ist mit einem gemeinsamen Punkt D verbunden, der ein Teil der negatives Potential führenden Leitung 16 ist. Die Kombination
der Transistoren Ql und Q2 und der Zenerdiode ZD2 kann als eine
kombinierte Regel-Schalteinrichtung 20 angesehen werden, deren
eine Eingangsklemme mit dem einen Ende des Widerstandes R verbunden ist und die einen gemeinsamen Massepunkt D und eine Ausgangsklemme am Punkt C enthält, der dem Basisanschluß des Transistors Ql entspricht.

Zwischen der Leitung 36 und dem Basisanschluß des Transistors Ql ist ein Kondensator Cl angeschlossen, der ebenfalls als Klemme C bezeichnet ist. Der Kondensator Cl ist allgemein parallel mit der Reihenschaltung des Widerstandes R und der Kollektor/Basisstrecke des Transistors Ql verbunden und hat die Funktion, den Maximalwert einer pulsierenden Spannung zu erfassen, die dem Widerstand R durch den pulsierenden Strom Il eingeprägt wird. Das kapazitive Element Cl wirkt ebenfalls als Quelle eines elektrischen Stromes oder als Last für den Basisanschluß des Transistors Ql, wie noch erläutert wird. Mit der Klemme C und dem Basisanschluß des Transistors Ql und der unteren Seite des Kondensators Cl ist ebenfalls die Anode einer Diode oder ein in einer Richtung Strom
führendes Element D5 verbunden, deren Kathode durch eine Leitung 32 mit einer Leitung 38 verbunden ist. Diese ist mit einer Seite der Auslösemagnetspule TCl des Stromkreisunterbrechers CB und der Anode eines Thyristors oder einer ähnlichen Schalteinrichtung Q3 verbunden. Die Auslösemagnetspule TCl ist an ihrem anderen Ende
mit der Leitung 36 verbunden. Ein Teil der elektrischen Schaltung 10 enthält ein Zeitglied 30, welches eine Zeitverzögerungsund Sofortauslöseschaltung darstellt. Das Zeitglied 30 hat ein
Paar Eingangsklemmen, die mit dem kapazitiven Element Cl verbunden sind. Das Zeitglied 30 hat eine Ausgangsklemme E, welche mit der Steuerelektrode des Thyristors Q3 verbunden ist. Der Widerstand R ist derart gewählt, daß ein vorbestimmter Wert des Stromes Il in der Leitung Ll eine Auslösung der Zeitperiode in dem
Zeitglied verursacht, so daß der Thyristor Q3 durchgeschaltet
wird und dadurch die Auslösemagnetspule TCl gespeist und der

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Kolben oder das mechanische Gelenk 34 zur öffnung der Kontakte FP des Stromkreisunterbrechers CB bewegt werden. Eine Zenerdiode ZD3 kann an ihrem Regelanschluß zwischen einem Ende des Widerstandes Rl und dem Anschluß A und an ihrem anderen Ende mit der Steuerelektrode des Thyristors Q3 verbunden werden, so daß bei einem ausnehmend hohen Wert des Stromes durch den Widerstand Rl wegen eines Fehlers in dem System 10 der Stromkreisunterbrecher CB geöffnet wird, weil die Zenerdiode ZD3 leitet· Diese stellt also in dem System 10 ein Sicherheitselement dar.

Im Betrieb bewirkt der Strom IL in der Leitung Ll eine Speisung eines nicht in der Sättigung arbeitenden Stromwandlers CTl, wodurch wiederum ein Wechselstrom IT hervorgerufen wird, der den Eingangsklemmen der Brückenschaltung DBl zugeführt wird. An deren Ausgangsklemmen wird ein proportionaler, nur in einer Richtung fließender Ausgangsstrom Il erzeugt. Der Strom Il wird der kombinierten Abtast- und Speiseschaltung 12 zugeführt, wenn ein Informationssignal dem Widerstand R eingeprägt wird, welches dem Pegel des Stromes Il proportional ist. Dieses Informationssignal stellt an den Klemmen B und C des Zeitgliedes 30 Information bereit. In diesem Zeitpunkt ist der Thyristor Q3 im wesentlichen nicht-leitend, und praktisch die gesamte elektrische Energie des Stromwandiers TCl von der Leitung Ll wird verwendet, um Signaloder Informationsenergie an das Zeitglied 30 durch die kombinierte Abtast- und Speiseschaltung 12 zu liefern.

Die Regelungseigenschaften der kombinierten Regel- und Schalteinrichtung 20 stellen sicher, daß die Spannung VD zwischen den Klemmen B und D, welche der Spannung zwischen den Klemmen A und A¹ entspricht, eine vorbestimmte Gleichspannung ist, deren Pegel zunimmt, wenn der Spitzenwert des Stromes Il in der Leitung Ll zunimmt. Die Regeleigenschaften dieser Schaltung 20 werden nun im einzelnen beschrieben. An den Klemmen C und D des Netzwerkes 12 wird ein vorbestimmter Referenzspannungspegel eingeprägt, gegen welchen die Spannung zwischen den Klemmen B und C gemessen und verglichen wird, welche proportional dem Pegel des Stromes Il in

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der Leitung Ll schwanken kann. Folglich wird beim überschreiten eines vorbestimmten Wertes durch den Strom Il eine Reihenfolge von Vorgängen innerhalb der Schaltung 30 ausgelöst, welche dann zu der Speisung des Thyristors Q3 führt, wodurch ein Schaltkreis zwischen den Klemmen B und D der kombinierten Abtast- und Speiseschaltung 12 geschlossen wird, so daß Strom durch die Auslösemagnetspule TCl fließt. Gleichzeitig wird über die Leitung 32 und die Diode D5 an die kombinierte Regel- und Schalteinrichtung 2O ein Signal abgegeben, durch welches die Einrichtung 20 den Strom durch den Widerstand R abschaltet oder in anderer Weise unterbricht· Das bedeutet, daß bevor der Schaltvorgang ausgelöst wird, die gesamte Energie in der Leitung Ll in irgendeinem Zeitpunkt zum Abtasten verwendet wird und nach der Auslösung im wesentlichen die gesamte Energie in irgendeinem Zeitpunkt verwendet wird, um die Auslösemagnetspule TCl zu speisen, während keine Energie mehr für Abtastzwecke verwendet wird. Der Abtastabschnitt des Netzwerkes 12 ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt·

Der Betrieb des Abschnittes der Schaltung 12, welcher den Pegel des Stromes Il in der Leitung Ll erfaßt, wird im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert. Der Strom Il fließt in die Klemme A der Leitung 15 und aus der Klemme A' der Leitung 16. Dieser Strom Il ist in Fig. 2 dargestellt. Die Spannung zwischen den Punkten A-A¹ oder zwischen den Leitungen 15 und 16 ist als Spannung VB dargestellt und hat im allgemeinen den konstanten Pegel Kl. Der Grund für diese Konstanz der Spannung VB wird nachfolgend erläutert.

Der Strom Il fließt im wesentlichen vollständig durch den Widerstand R, weil der Thyristor oder die Schalteinrichtung Q3 in diesem Zeitpunkt abgeschaltet ist, so daß im wesentlichen kein Strom durch die Auslösemagnetspule TC in Fig. 1 fließen kann. An dem Widerstand R und den Klemmen TT wird daher eine Spannung anstehen. Diese Spannung VR ist im wesentlichen proportional dem Betrag der Größe des Stromes Il durch den Widerstand R. Die Kurvenform der Spannung VR ist dargestellt. Der

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Spitzenwert der Spannung VR ist mit K2 bezeichnet. Dieser Spitzenwert der Spannung VR ist im wesentlichen proportional dem Betrag des Stromes IL in der Leitung Ll. Ein Element RH mit einem relativ hohen Widerstandswert verbindet den Basisanschluß des Transistors Ql mit der Klemme B. Wegen des relativ hohen Widerstandswertes des Widerstandselementes RH im Vergleich mit dem Wert des Widerstandes R fließt der größte Anteil des Stromes Il durch den Widerstand R.

Ein Teil des Stromes Il fließt durch den Kollektor-Emitterabschnitt des Transistors Ql und dann durch die Zenerdiode ZD2 in den Basisemitterabschnitt des Transistors Q2 und von dort zu dem gemeinsamen Punkt D der Leitung 16. Unabhängig von dem Betrag des Stromes Il ist der Spannungsabfall VQ2BE an dem Basis/ Emitterabschnitt des Transistors Q2 im wesentlichen konstant. In ähnlicher Weise ist auch der Spannungsabfall VZD2 an der leitenden Zenerdiode ZD2 konstant oder hat im wesentlichen eine*vorbestimmten Wert. Schließlich ist auch der Spannungsabfall VQlBE an der Basisemitterstrecke des Transistors Ql im wesentlichen konstant. Folglich ist der Spannungsabfall zwischen der Klemme C oder dem Basisanschluß des Transistors Ql und der Klemme D oder der Leitung 16 oder dem Emitteranschluß des Transistors Q2 im wesentlichen konstant bzw. hat einen vorbestimmten Wert und dient als Referenzspannung für das Zeitglied 30. Da der Kondensator Cl mit der Reihenschaltung des Widerstandes R und der Emitter-Basisstrecke des Transistors Ql verbunden ist, ist der Wert der Spannung an dem Kondensator Cl im allgemeinen gleich dem Spitzenwert der Spannung VR, d.h. ein Im wesentlichen konstanter Gleichspannungswert gleich dem Wert K2 in Kurve VC. Wenn der Spitzenwert der pulsierenden Spannung VR des Meßwiderstandes oder Abtastelementes R zunimmt oder abnimmt, nimmt folglich der Pegel K2 oder die Spannung VC am Kondensator Cl im wesentlichen proportional zu oder ab. Diese Spannung, die auch gleich der Spannung an dem Widerstandselement RH ist, ist mit VSlG bezeichnet und bildet das Eingangssignal für das Zeitglied 30 und wird mit dem anderen Eingangssignal VRF verglichen, um festzustellen,

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wann dl· Aufeinanderfolge der Vorgänge beginnen soll.

Ba ist ersichtlich, da» mit Zunahme des Scheitelvertee des Strom IX» in des Leiter 1.1 der Wert des Stroms Zl Ober einen vorgegebenen Bereich im wesentlichen proportional ansteigt, so da» der Scheitelwert K2 der Spannung VR zuniemt und somit die Spannung VC am Kondensator CI proportional wSchst. Die Spannung VC ist daher Ik wesentlichen proportional de» Scheitelwert des Stroms Il i» Leiter LI. Die Spannung VC kann auf einen vorgegebenen Wert voreingestellt werden, so daß der Seltkreis 30 darauf reagiert oder anspricht und somit an seinen Ausgangsklemmen eine Spannung VO auftreten laßt, um den Strorakreisunterbrecher CB anschließend auszulosen· Wie zuvor beschrieben, ist die Spannung VB 1» wesentlichen eine Gleichspannung mit den Niveau K1, obwohl der Verlauf des Stroms Σ1 unidirectional und pulsierend 1st. Der Wert Kt kann SU- oder abnehmen, ist jedoch im Vergleich sua Strom ti la wesentlichen nicht pulsierend. Die Spannung K1 1st 1» wesentlichen gleich der Spannung VBF plus der Spannung VC. Bs 1st wichtig* daft die Spannung VB im wesentlichen feststeht und nicht pulsiert« weil die Spannung VB die Spannungsversorgung fflr die Elemente des Zeltkreises 30 bildet und es unangebracht ist, dall die Energieversorgung für statische oder Halbleiter-Oberwachungsschaltungen nennenswert schwankt oder pulsiert. Vielmehr ist anzustreben, das die Versorgungsspannung sich auf einest feststehenden oder vorgegebenen Niveau befindet. On dies jedoch su gewlhrleisten, d. h. daß der Strom Il sinusförmig und pulsierend 1st, wlhrend die Spannung VB sich zumindest Ober kürzere Zeitdauern gesehen im wesentlichen auf einem festen Miveau Kl ' befindet, ist es notwendig, das d$e Spannung VCQ2 oder die Spannung zwischen de« unteren Ende des Widerstands R und dem Anschluß D einen speziellen Verlauf hat, wie das mit dem Diagram» VC02 veranschaulicht ist. Wie ersichtlich, wird damit eine Spannung wiedergegeben, die sich for jede Halbperiode des Wechselstrom Xl sinusförmig von einem höheren Wert X1 auf einen niedrigeren Wert K1-X2 und wieder zurück auf einen höheren Wert X1 ändert* worauf die Spannung verschwindet,

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wShrend der nächsten Halbperiode wieder zurückzukehren* Das Abschalten oder Abfallen der Spannung VCQ2 für jede Halbperiode erfolgt im Hinblick darauf, daß die Spannungsabfllle an den Bauelementen QT, Q2 und ZD2 für jede Halbwelle abnehmen, wenn der Strom Xl auf Hull absinkt. Andererseits leitet jedes dieser Elemente mit einem im wesentlichen festen daran abfallenden Spannungswert, wie das zuvor beschrieben wurde· Um de* Spannungsabfall VCQ2 an der Kollektor~/Emltterstrecke des Transistors Q1 den in dem entsprechend bezeichneten Diagramm wiedergegebenen Verlauf zu erteilen, ist es notwendig, daß der Basisstrom IBQ1 von de» Kondensator C1 abfenommen wird, um so der Basis des Transistors Q2 den Basisstrom IBQ2 zuzuführen· Der aus dem Emitter des Transistors QI austretende Strom oder der Strom IBQ2 muß abnehmen, wenn der Strom Xl abnimmt« Wenn dies der Fall ist, muß weniger Strom von dem Kondensator C1 in die Basis des Transistors QI geführt werden, um für einen Ausgleich der Abnahme des Stroms Xl zu sorgen· Das llßt die Spannung der KoIlektor-/E»itterstreck» des Transistors Q2 entsprechend der Verringerung des Spannungsabfalls am Widerstand Xt, der von Xl abhängig ist, zunehmen, so daß insgesamt ein Spannungsabfall VB geliefert wird, der im wesentlichen konstant ist und In einer bestimmten Besiehung zum Wert K1 stellt bzw, diesem gleich 1st. Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn der Strom Xi sich auf seinem Höchstwert befindet, dl« Spann nung VCQ2 sich auf ihrem niedrigsten Wert befindet, außer bei vollständiger Sperrung, die je Ralbperiode einmal auftritt« Xn gleicher Welse 1st der Wert des Basisstroms IBQ2 des Transistors Q2 auf seinen niedrigsten Wert, wenn der Strom Xl sich auf seinem niedrigsten Wert befindet, und dementsprechend befindet sich der Spannungsabfall an der Kollektor~/Bmitterstrecke (VCQ2) auf seinem höchsten Wert.

Insgesamt ergibt sich, daß der Betrag des Stromes XBQ1, der vom Kondensator C1 abgenommen wird, stets ausreicht, um die Änderungen des Stromes Xl auszugleichen, so daß dl» Spannung VCQ2 derart verändert wird, daß sie Spannungsinderungen am widerstand 8 ausgleicht, wenngleich der Spannungswert VB im wesentlichem konstant

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sein au&, well er dee festen Spannungsabfall VQ2BE an der Basis-/ Eaitterstrecke de« Transistor« Q2 plus de« festen Spannungsabfall VXD2 an der tenerdlode ZD2 sowie den festen Spannungsabfall VQfBS an der &asis-/Smitterstrecke des Transistors QI und de» la weseifclichen festen Spannungsabfall VC an de» Kondensator C1 gleich 1st. nachdem ein»al die Ausgangsspannung VO zwischen den K lernten S and D des Zeitkreises 30 wirksa» geworden ist_r oder anders ausgedrückt, nachdem einaal der Thyristor Q3 leitet, mo fSllt die Spannung an der Anode des Thyristors Q3 von derSpannung am Funkt 36 oder die Spannung des Leiters 15 1» »resentliehen auf die Spannung des Leiters 16 ab» Infolgedessen wird die Diode D5 der Fig. 1 leitend« Das bewirkt eine Vorspannung der Basls-ZEmitterstrecke des Transistors Q1 in Sperrichtung und ein Sperren desselben, so daß die BasiS'/Baitterstrecke des Transistors Q2 sperrt end somit das Fliesen von Stro» durch den Widerstand R verhindert. Daher steht nunmehr der gesaate Stroe, der durch den Widerstand K flofl, zur Erregung äcr AuslSsespule TCI zur Verfügung, oder, anders ausgedruckt, die gesamte Energie, die von de» Stro» Xl ge' liefert wird, der In des Leiter Lt filefit und dann durch den Stromwandler CT1 und in Vollweg-Brückengleichrichter DB1 uage~ formt wird, wird la wesentlichen ausschließlich abgegeben, ta* die AuslSsespule TCI su erregen· Die Spannung ArA* 1st jetzt gleich de« Stro« Xl »al dem Widerstand der Auslösespule TCI · Die Senerdiode Z01 leitet laaer, wenn der Wert des Stroms Xl aal dem Widerstand der Auslösespule TC1 gleich der Durchbruchsspanmuag der tenerdiode K)I 1st. Die lenerdlode S01 kann somit dazu gebrecht werden, die Spannung VB auf einem Wert festzuhalten, der unterhalb der maximalen sicheren Arbeitsspannung von Q1 und Q2 liegt.

Mit FIg*. 3 ist der Teil des elektrischen Leitungssystems 10 wiedergegeben, auf den sieh der FIuB elektrischer Energie oder elektrischen Stroms durch die AuslOsespule TCI bezieht. Kormalerwelse greift zwischen den Leitern 32 und U ein Spannungsabfall V32 an, oder, anders ausgedruckt, der Spannungsabfall V32 beaufschlagt die Anoden-ZKathodenstreeke des Thyristors Q3. Diese Spannung fällt vom Wert JE1A praktisch auf Null ab, wenn der

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Thyristor über seine Gate-BXektrode E eingeschaltet wird. Bs fliefit dann Strom Xl durch die AuslOsejSpule TCt ausschließlich, um die Auslösespule TCt tu erregen. Die Spannung VB hat jetst einen Wert, der gleich dem Produkt aus dem Strom IX und dem Widerstand der Spule TC1 ist, weiX der regelnde TelX der Schaltung die Transistoren Qt und Q2 enthält und die Zenerdiode ZD2 von dem übrigen Teil der Schaltung praktisch abgetrennt bzw, durch den Einfluß der leitenden Diode D5 gesperrt worden ist. Wenn die Spannung VB die Durchbruchsspannung der Zenerdiode ZDt Infolge hoher Werte für den Strom Xl erreicht, so wird die Spannung VB dann auf einem Maximalwert festgehalten. Hohe Werte des Stroms XX entsprechen hohen Werten des Leitungestroms IL, da für hohe Werte von XL der Stromwandler CTt sucht, einen proportionaXen Sekundarstrom IT und damit IX su erzeugen, unabhängig von der den Stromwandler CTt beaufschlagenden SekundSrlast. Das Leiten der Zenerdiode ZDt versorgt den Transietor Q2 mit Basisstrom, so das dieser leitend wird und somit eine» weiteren NebenschXuß für den überschüssigen Anteil des Stroms IX über R und 02 schafft. Daher kann der Leitungs-Nennwert der Zenerdiode ZDt erheblich ~ kleiner gemacht werden, als dies notwendig wäre, wenn ZDt den gesamten überschüssigen Strom leiten müete.

Mit Fig. 5 ist veranschaulicht, wie eine dreiphasige Schaltung mit Leitern Lt, L2 und L3 entsprechend Phasen 01, 02 bsw. 03 mit dwtT vorerwlhnten statischen überwachungsschaltung 12 ά·η elektrischen Leitungssystems IO zusammenarbeiten kann. Der Stromkreieunterbrecher CB2 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie zuvor besehrieben, mit dem unterschied, daft er drei trennbare Hauptkontakte XX, YY und ZZ für die Leiter Lt, L2 bsw. L3 aufweist. Die Aueidaespule TC2 hat Anschlüsse 36* und 38% die den Leitungen 36 und 38 der Fig. 1 entsprechen. Die Stromwandler CTt, CT2 und CT3 überwachen die magnetisch mit ihnen gekoppelten Leiter Lt, L2 bsw. L3 und sind mit ihren Ausgangsklemmen an die HingangskXemmen von VoXXweg-BrüokengXeichricbtern DBt, DB2 bsw. DB3 angeschlossen. Die AusgangskXemmen dieser VolXweg-BrückengXeichrlchter Xiegen in Reihen- bxw. einer den jewelXlgen Höchstwert unter einer

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Mehrzahl von Werten ermittelnden elektrischen Schaltungszuordnung, so daß ein Strom Il^f abgegeben wird, der durch den Widerstand R und in die zuvor erläuterte überwachungsschaltung 12 (nicht dargestellt) fließt· Der Spannungsabfall VB ist Ihnlieh, jedoch nicht genau gleich wie zuvor beschrieben. Jedoch gelten dieselben Arbeitsbedingungen und dynamischen elektrischen Gesichtepunkte. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Spannung VR, d. h. die Spannungskurve am Widerstand R, 1» Verlauf einer festen Gleichspannung nSher kommt, weil sie aus der Oberlagerung der von den verschiedenen Gleichrichterbrücken DB1, DB2 und DB3 abgegebenen Strumen gebildet wird, wobei diese seitlich um jeweils t2O elektrische Grade versetzt sein können* so dall sie den Widerstand R als daraus zusammengesetztes, resultierendes Signal erreichen. Der Strom II* ist als Diagramm wiedergegeben* Der Strom Il* fließt Ober die Klemmen A und A* wie zuvor beschrieben· DieSpannung VB kann einen Wert KK annehmen, der im wesentlichen feststehend oder vorgegeben ist und sieh im Hinblick auf die Amplitude oder den Betrag des höchsten Stroms, der in den verschiedenen Leitern LI, L2 und L3 fließt» andern kann.

Wird der Widerstand R der Flg. 1 entfernt, so kann der Strom Il nur in den Kondensator C1 fließen, da der widerstand R entfernt worden ist und der Thyristor Q3 sowie die Senerdiode SDI nicht leiten. Wenn dann Il auch nur einen sehr kleinen Wert hat, entsprechend einem sehr kleinen Wert for IL, so lädt sich der Kondensator CI rasch auf eine hohe Spannung auf, die nur durch die Klemmwirkung der Senerdiode SDI begrenzt wird* Diese hon« Spannung as Kondensator CI liefert ein sehr hohes Spannungesignal an den Seitkreis 30, um so einen scheinbaren großen überlas te treat It anzuzeigen . Der Seitkreis 30 sorgt daher für eine Einschaltung des Thyristors 03, so daß die Auslösespule TCI erregt wird und den Stromkreisunterbrecher auslöst* Insgesamt verursacht dl« Entfernung des Widerstands R eine ätörungesichere Auslösung des Stromkreisunterbrechers, selbst wenn nur ein kleiner Laststrom durch den Stromkreisunterbrecher fließt.

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Bs versteht «loh, daß der Zeitkreis 30 jede geeignet« Bauart haben kann, vorausgesetzt, das damit den Ausgangswerten der öberwachungsschaltung 12 und den Eingangsworten der Schalteinrichtung des Thyristors Q3 genügt wird, Ebenso versteht sich, daß durch das erläuterte überwachungssystem »ehr als ein Stromkrelsunter brecher gleichseitig gesteuert werden können. Auch braucht der

zu Leitungsstrom Zl bzw. die Spannung VL nicht sinusförmig/sein, sondern sie können auch jede andere gewünschte Kurvenform haben, vorausgesetzt, daß die verschiedenen lmelektrlsehen Leitungssystem to verwendeten Elemente so angepaßt werden, das sie entsprechend reagieren oder ansprechen. Ferner können die Bauelemente Rt und SD3 unter bestimmten Umstanden fehlen und der öbrlge Teil der Schaltung oder des Systems dennoch wirksam arbeiten»

Die Anordnung nach der Erfindung halb verschiedene Vorteile· Es wird !damit ein System zur Verfügung gestellt, das' die in de» Leiter oder den Leitern verfügbare Energie wirksam auswertet, indem ein Xnformationsslgnal nur vor dem Auslosen des Stromkreis-Unterbrechers abgegeben wird, während Energie ffir die Auslösespul« des Stroakreisunterbrechers nur geliefert wird, nachdem der Auslösezyklus eingeleitet oder nachdem die Auslösespule anfing* Höh aktiviert worden ist. Gesonderte Bnergleapelcherelnrichtungen wie ein energiespeichernder Kondeniator sind for die Betätigung der Auslösespule nicht erforderlich, wobei daran zu erinnern ist, daß ^Mt Kondensator Ct in erster Linie zur Filterung und Informationsspeicherung und nicht siar Speicherung von Energie ffir die Energieversorgung einer Auslösespule dient, sin weiterer vorteil besteht darin, daft das System wegen der Geschwindigkeit des An-Sprechens oder der Arbeitweise der verwendeten Halbleiter-Bauelement« nahezu augenblicklich auf Änderungen im Laststrom wie de« Strom IL im Leiter Lt ansprechen kann« CIn weiterer Vorzug ist darin zu sehen, daß überschüssige Spannungen, die sonst zu einer Beeinträchtigung der Auslöseschaltung fOhren könnten. Infolg· der Hegelwirkung der Senerdiode SDt nicht in die Schaltung eindringen können. ISs stellt auch einen Vorzug dar, daß «in hohes WlndungsverhSltnls (H|t) ffir den Stromwandler verwendet werden

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kann, u» so den Leistung*verlust in der Auslosesehaltung auf einest Minimum zu halten. Ein weiterer Vorteil ist es, daß die Arbeitsweise der Schaltung durch Kurvenverzerrung nur geringfügig beeinträchtigt und soeit gegenüber einer Xurvenverzerrung verhältnismäßig unempfindlich ist. Ferner besteht die &SgHenkelt, für bestimmte Stronwerte zwei oder sehr Stromwandler entsprechend etwa dem Stroewandler CT1 in Kaskade zu schalten, uhi eine angesessene Verringerung des Stroras XT für die Auswertung in der überwachungsschaltung 12 vorzusehen.

Patentansprüche t

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Claims

Patentansprüche :

1. J Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung für einen Stromkreisunterbrecher, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Meßfühler (CTl) den Strom in wenigstens einer durch den Stromkreisunterbrecher zu schützenden Leitung (Ll) erfaßt, ein Komparator (30) jeden erfaßten Strom mit einer vorbestimmten Zeit- und Amplitudenfunktion des Stromes vergleicht und ein Auslösesignal abgibt, wenn der erfaßte Stromwert den Wert der vorbestimmten Funktion überschreitet, der Meßfühler einen Betriebsstrom an den Komparator abgibt und die Auslöseschaltung (TCl) auf das Auslösesignal anspricht und den Stromkreisunterbrecher auslöst, der Komparator eine Einrichtung zum übertragen des Betriebsstromes vom Komparator an die Auslöseschaltung aufweist und deren Betrieb bei der Abgabe des Auslösesignales bewirkt.

2. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Komparator ein Zeitglied (30) zum Erzeugen einer Zeitverzögerung während eines vorbestimmten Zeitintervalles der vorbestimmten Zeit- und Amplitudenfunktion erzeugt.

3. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßfühler wenigstens einen Stromwandler (CTl) aufweist.

4. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßfühler wenigstens einen Gleichrichter (DBl) aufweist.

5. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,

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daß eine Einrichtung zur Veränderung des Zeitintervalles der vorbestimmten Zeit- und Amplitudenfunktion vorgesehen ist.

6. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung den Amplitudenabschnitt der vorbestimmten Zeit- und Amplitudenfunktion verändert.

7. Elektronische Abtast- und Auslöseschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromwandler nicht in der Sättigung betrieben ist.

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