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Im Blocksymbol für das Verzögerungselement--l--ist dessen Übergangsfunktion eingezeichnet, die den zeitlichen Verlauf der Spannung U5 an Klemme--5--bei einem Spannungssprung an der Eingangsklemme --4-- darstellt. Änderungen der überwachten Messspannung U4 an der Eingangsklemme --4-- erscheinen mit einer der Übergangsfunktion entsprechenden Verzögerung am Eingang des Grenzwertmelders--2--. Der Grenzwertmelder--2--wird daher erst dann ansprechen und ein Schutzsignal erzeugen, wenn die überwachte Messspannung U4 seinen Grenzwert Ua bereits für eine gewisse, von der Grösse der Überspannung entsprechend der Übergangsfunktion abhängige Zeitdauer überschritten hat.
Im Blocksymbol für das Schwellenwert-Schaltungselement--3--ist dessen Widerstandswert R3 in Abhängigkeit von der angelegten Messspannung U4 eingezeichnet, die zugleich die Eingangsspannung für das Schwellenwert-Schaltungselement darstellt. Unterhalb einer Schwellenwertspannung Ud ist der Widerstand - des Schwellenwert-Schaltungselementes praktisch unendlich gross und oberhalb der Schwellenwertspannung sehr klein. In der Praxis sind Schwellenwert-Schaltungselemente verwendbar, deren Widerstandswert oberhalb der Schwellenwertspannung wesentlich grösser ist als unterhalb.
Als Schwellenwert-Schaltungselement kann insbesondere eine Zenerdiode eingesetzt werden, die jenseits einer Zener- oder Durchbruchsspannung einen konstanten Spannungsabfall aufweist. Übersteigt die Messspannung U4 die Summenspannung aus der Durchbruchsspannung der Zenerdiode und dem Grenzwert des Grenzwertmelders, so erzeugt der Grenzwertmelder --2-- unverzögert ein Schutzsignal.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung weist die in Fig. 2 dargestellte Auslösecharakteristik auf, bei der die Bildung eines Schutzsignals an der Ausgangsklemme --6-- in Abhängigkeit von der Messspannung U4 und der Zeit t in einer doppelt logarithmischen Darstellung veranschaulicht ist. Im schraffierten Bereich wird ein Schutzsignal gebildet. Man erkennt, dass bei einer die Summenspannung Ud + Ua übersteigenden Messspannung U4 das Schutzsignal praktisch unverzögert erscheint. Bei einer Messspannung unterhalb der Summenspannung Ud + Ua erfolgt die Ausgabe eines Schutzsignals mit einer der Übergangsfunktion des Verzögerungselementes entsprechenden Verzögerung. Dieser Bereich ist durch den linear fallenden Teil der Auslösecharakteristik gekennzeichnet.
Bleibt die Messspannung U4 unterhalb des Grenzwertes Ua des Grenzwertmelders--2--, so wird kein Schutzsignal gebildet.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine erfindungsgemässe elektronische Schaltung dargestellt, mit der eine Messspannung im Hinblick auf die Überschreitung eines positiven und eines negativen Grenzwertes
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erzeugt ein Schutzsignal, wenn seine Eingangsspannung einen positiven oder einen negativen Grenzwert übersteigt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist das Verzögerungselement --1b-- als aktives Filter dritter Ordnung
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entsprechend seiner Übergangsfunktion. Der Grenzwertmelder --2b-- enthält einen als Kippverstärker beschalteten Operationsverstärker --14-- mit einem Mitkopplungswiderstand--15--und einem an einem Potentiometer --16-- einstellbaren Grenzwert. Das Potentiometer --16-- liegt zwischen einem positiven Potential P und Masse. An Stelle eines Potentiometers kann auch ein Spannungsteiler vorgesehen sein. Das
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Verzögerungselementes--lb--werdenDurchbruchsspannung der Schwellenwertdiode--8-und dem Grenzwert des Grenzwertmelders--2b--, so wird der Grenzwertmelder--2b--unter Umgehung des Verzögerungselements --1b-- unverzögert angesteuert.
Bleibt die Überschreitung der Messspannung unterhalb dieser Summenspannung, so wird der Grenzwertmelder -- 2b-- mit einer Verzögerung angesteuert, die sich aus der Übergangsfunktion des aktiven Filters--lb--ergibt. Bei einem aktiven Filter lässt sich die gewünschte Übergangsfunktion exakt realisieren.
In der dargestellten Beschaltung der Schwellenwertdiode--8--und der Einstellung des Grenzwertes dem Grenzwertmelder--2b--ist die Schaltungsanordnung der Fig. 4 zur Überwachung von positiven Messspannungen geeignet. Zur Überwachung von negativen Messspannungen kann die Schwellenwertdiode-8-- umgepolt und ein entsprechender negativer Grenzwert im Grenzwertmelder vorgegeben werden.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, den Grenzwert des Grenzwertmelders nicht fest vorzugeben, sondern in Abhängigkeit von einer geeigneten Grösse zu führen, insbesondere vom Absolutwert der Messspannung. Dies kann im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 dadurch erreicht werden, dass das Potentiometer --16-- nicht an ein festes Potential-P-angeschlossen wird, sondern an ein veränderliches Potential. Dieses kann beispielsweise die Ausgangsspannung eines Messwandlers sein, der eine geeignete Grösse überwacht. Bei der Überwachung eines elektrischen Verbrauches kann man auf diese Weise den Grenzwert des Grenzwertmelders in Abhängigkeit von der Stromaufnahme führen. Dadurch ist ein besonders guter Schutz im Teillastbetrieb gegeben.
Es ist auch möglich, zur Führung des Grenzwertes den Abgriff am Potentiometer--16--zu verstellen.
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Im Gegensatz zu elektromechanischen Anordnungen mit ähnlichen Auslösecharakteristiken ermöglicht die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Messspannung eine definierte Vorgabe der Verzögerungszeiten, des Grenzwertes und der Schwellenwertspannung auch im Bereich sehr kleiner Zeiten und sehr kleiner Spannungen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zum Schutz elektronischer Schaltungen vor Überspannungen. Bei elektronischen Schaltungen sind häufig zwei Spannungsgrenzen für die Versorgungsspannung gegeben. Die niedrigere Spannungsgrenze ist durch die thermische Belastbarkeit der elektronischen Bauelemente gegeben. Diese thermisch bedingte Grenze darf kurzzeitig überschritten werden. Eine höhere Spannungsgrenze ist durch die Durchbruchsspannung der elektronischen Bauelemente gegeben. Diese höhere Grenze darf niemals-auch nicht kurzzeitig-überschritten werden.
Für derartige elektronische Schaltungen lässt sich eine Schutzeinrichtung aufbauen, die eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung enthält, deren Schutzsignal ein Auslöseglied steuert. Der Grenzwert Ua des Grenzwertmelders in der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung entspricht der niedrigeren Spannungsgrenze, während die Spannung Ua+Ud die höhere Spannungsgrenze darstellt.
Fig. 5 zeigt die prinzipielle Anordnung einer derartigen Schutzeinrichtung. Zwischen einem Versorgungsgerät --17-- und einer elektronischen Schaltung --18-- als Verbraucher ist eine
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--20-Überwachungsstufe--19--0dasSchütz--21--aus.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Innenschaltung einer geeigneten Schutzeinrichtung zwischen den Klemmen--al, a2 und bl, b2--. Die Schutzeinrichtung enthält ein Verzögerungselement mit Widerständen
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eines Thyristors-Tri--als Auslöseglied verbunden ist. Beim Überschreiten der Summe der Durchbruchspannungen der Zenerdioden--ZI und Z2--wird der Thyristor--Tri--gezündet und schliesst die Klemmen--al, a2--kurz. Wenn die Spannung zwischen den Klemmen --1l und a2--die Summe der Durchbruchspannungen der Zenerdioden --Z1 und Z2--übersteigt, so wird der Thyristor--Tri-unverzögert gezündet. Bei Überspannungen unterhalb der Summe der Durchbruchsspannungen der Zenerdioden
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Grenzwertmelders die untere Zündgrenze der Zündspannung des Thyristors--Tri--zu wählen.
Hiebei ist jedoch der Streubereich der unteren Zündgrenze und ihre Abhängigkeit von der Temperatur und der anliegenden Anoden-Kathoden-Spannung zu berücksichtigen.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer derartigen Schutzeinrichtung zwischen den Klemmen --al, a2 und bl, b2--in Fig. 5. Als Verzögerungselement dient ein RC-Glied mit einem Widerstand--r5--, dem Innenwiderstand eines Relais --d1-- und einem Kondensator--c3--. Als Schwellenwert-Schaltungs-
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zweckmässigerweise ein Relais mit sehr kurzer Ansprechverzögerung gewählt, beispielsweise ein Relais mit hermetisch abgeschlossenen Kontakten.
Mit den Kontakten des Relais--dl--können entweder die Klemmen
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Vorteil der Schaltung nach Fig. 7 besteht darin, dass beim Verschwinden der Überspannung, welche das Relais --dl-- zum Ansprechen gebracht hat, das Relais --d1-- wieder entregt wird und somit der Verbraucher selbsttätig wieder zugeschaltet wird.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Schutzeinrichtung, die wieder zwischen die Klemmen-al, a2 und bl, b2-in Fig. 5 geschaltet werden kann. Als Verzögerungselement ist die Widerstandskombination aus einem NTC-Widerstand--r6--mit einem negativen Temperaturkoeffizienten-*, einem ohmschen Widerstand - und dem Innenwiderstand eines Relais --d2-- vorgesehen. Das Schwellenwert-Schaltungselement wird von einer Zenerdiode --Z4- gebildet. Die Ansprechspannung des Relais --d2-- bildet den Grenzwert eines Grenzwertmelders. Im Verzögerungselement wird die thermische Zeitkonstante des NTC-Widerstandes - ausgenutzt.
Beim Ansteigen der Spannung über-r6, r7-wird der NTC-Widerstand-r6-- allmählich erwärmt. Hiedurch wird sein ohmscher Widerstandswert kleiner. Damit ändert sich das
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Spannungsteilerverhältnis und die Spannung am Mittelpunkt zwischen den Widerständen --r6 und r7-steigt an und kann die Ansprechspannung des Relais --d2-- übersteigen. Bei grossen Überspannungen wird die Zenerdiode-Z4--leitend und bringt das Relais --d2-- unmittelbar zum Ansprechen.
Fig. 9a zeigt eine Ausführungsform einer Schutzeinrichtung, die wieder zwischen die Klemmen-al, a2 und bl, b2-in Fig. 5 geschaltet werden kann. Als Verzögerungselement ist eine Widerstandskombination mit
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Spannungsteilerverhältnisses steigt die Spannung am Mittelpunkt zwischen den Widerständen --r8 und r9--an und kann die Ansprechspannung des Relais --d3-- übersteigen. Bei Überspannungen, welche die Durchbruchspannung einer Zenerdiode --Z5-- als Schwellenwert-Schaltungselement übersteigen, wird das Relais --d3-- unverzögert zum Ansprechen gebracht.
Fig. 9b zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 9a, bei der an Stelle eines PZC-Widerstandes eine Glühlampe-L-angeordnet ist. Da auch der Widerstandswert einer Glühlampe mit wachsender Temperatur grösser wird, zeigt eine Glühlampe ein sehr ausgeprägtes PTC-Verhalten. Die Glühlampe-L-kann gleichzeitig zur Störungsanzeige herangezogen werden.
Fig. 10 zeigt ein äusserst einfaches Ausführungsbeispiel einer Schutzeinrichtung, die wieder zwischen die Klemmen-al, a2 und bl, b2- in Fig. 5 geschaltet werden kann. Als Verzögerungselement ist eine Reihenschaltung zwischen einem NTC-Widerstand--rl0-mit einem negativen Temperaturkoeffizienten- und dem Innenwiderstand eines Relais--d4--vorgesehen. Das Schwellenwert-Schaltungselement wird von
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Ansprechspannung übersteigen. Bei sehr grossen Überspannungen wird die Zenerdiode--Z6--leitend und betätigt unmittelbar das Relais--d4--.
PATENTANSPRÜCHE :
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; la ; Ib ;Cl ; C3 ; C4 ; C5 ; C6) überbrückt ist, insbesondere von einer Gasentladungsröhre (7) oder von einer Zenerdiode (8 ; Cl ; C3 ; C4 ; C5 ; C6).
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