Impedanzschutzeinrichtung mit Halbleiterelementen Es ist ein Impedanzschutz bekannt, welchem je nach der Fehlerart die Spannung und der Strom ver schiedener Phasen als Phasenwerte bzw. verkettete Werte zugeführt werden. Bei den bisher verwendeten elektromechanischen Relais sind solche Umschaltun gen seit langem bekannt. Bei Fehlern zwischen den ein zelnen Phasen werden beispielsweise die verketteten Werte der Spannung und des Stromes benutzt. Für Fehler mit Erdberührung, also einpolige oder zwei polige Fehler in geerdeten Netzen, oder bei Doppelerd- schlüssen in nicht geerdeten Netzen, werden die Pha senwerte an die Relais gelegt.
Man hat auch in den so genannten Einrelais-Schaltungen die Umschaltung so durchgeführt, dass bei Verwendung nur eines einzigen Messrelais, je nachdem zwischen welchen Phasenleitern der Fehler auftritt, die richtigen Werte der Spannung und des Stromes angeschaltet werden. Diese Umschal tungen wurden bei den elektromechanischen Relais mit Hilfe von Anwurfrelais und im Nulleiter vorgese hene Nullstrom-Relais durchgeführt. Diese Umschal tungen brauchen nun immer eine bestimmte Zeit, so dass die Eigenzeit solcher Schutzeinrichtungen einen bestimmten Wert nicht unterschreiten kann.
Die Anforderungen an die Auslösezeiten der Impe- danzschutzeinrichtungen sind nun aber wesentlich er höht worden, die Schutzeinrichtung soll möglichst während einer einzigen Periode auslösen können. Dies konnte mit mechanischen Relais bisher nur dadurch erreicht werden, dass jede Umschalteinrichtung ver mieden worden ist. Schutzeinrichtungen, welche bei allen Kurzschlussarten richtig arbeiten sollen, müssten daher mit 6 Messrelais ausgerüstet werden, welche zu gleich Anwurfmessrelais wären und unmittelbar auf die Schalterauslösung wirkten.
Diese Ausführung erfordert einen grossen Aufwand an teuren Messrelais, so dass sie, abgesehen vom Preis, auch einen grossen Platzbedarf verlangt. Es ist nun bekannt, dass man mit der Verwendung elektronischer Schaltungen bedeutend schnellere Um schaltungen erreichen kann, da diese praktisch unver- zögert arbeiten, insbesondere bringt die Verwendung von Halbleiterdioden oder Transistoren anstatt mecha nischer Relais eine bedeutende Verkürzung der Um schaltzeit mit sich.
Nun ergibt sich aber bei der Anwendung solcher Halbleiterdioden oder Transistoren als Umschalter die Schwierigkeit, dass diese in einen Strakstromkreis ein geschaltet werden müssen und zugleich zur Steuerung Gleichspannungen benötigen. Dazu kommt, dass bei Transistoren nicht wie bei mechanischen Relais der Ansprechkreis und der Auslösekreis galvanisch ge trennt sind, sondern über die Gleichspannung und im Transistor selbst miteinander verbunden sind. Ausser dem muss darauf geachtet werden, dass sie bei Einbau in Wechselstromkreise während der Zeit der Durch lässigkeit beide Halbwellen durchlassen müssen. Dies erfordert besondere Massnahmen, da Transistoren immer nur in einer Richtung Strom durchlassen.
Ein einfacher Ersatz mechanischer Relais durch Transisto ren ist daher bei solchen Umschaltungen nicht möglich, sondern es stellt sich die Aufgabe, besondere Schal tungen anzuwenden, bei denen eine gegenseitige Be einflussung der Kreise möglichst vermieden oder we nigstens unschädlich gemacht wird und bei denen die Schaltung beider Halbwellen wieder ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nun erfindungs gemäss vorgeschlagen, dass ein Hilfswandler vorgesehen ist, dem die Messwerte über die Halbleiterelemente zu geführt werden, wobei die Elemente einerseits mit einem die die Umschaltung bewirkende Messgrösse führenden Stromwandler über eine Kippschaltung, anderseits mit den zu schaltenden Messgrössen verbun den sind, und dass für beide Halbwellen je ein Halb leiterelement vorgesehen ist. Die doppelte Ausführung ermöglicht hierbei, beide Halbwellen in gleicher Weise durchzulassen.
Die Ver bindung der Halbleiterelemente über einen Strom wandler mit den Messgrössen ermöglicht eine galvani sche Trennung zwischen den umzuschaltenden und den die Umschaltung bewirkenden Messgrössen. Die Ver bindung mit der notwendigen Gleichstromquelle wird zweckmässigerweise über Widerstände hergestellt, wel che so geschaltet sind, dass sie den Wechselstrom selbst nicht beeinflussen. In der Fig. 1 ist ein Beispiel der Anordnung mit Transistoren gezeigt. Hierbei ist die Umschaltung der Phasenspannung auf die verkettete Spannung darge stellt, welche durch das Auftreten des Nullstromes be wirkt wird.
Fliesst ein Nullstrom, so muss die Phasen spannung an das Messrelais gelegt werden, fliesst aber keiner, so muss die verkettete Spannung am Relais lie gen. Im Beispiel liegt normalerweise die Spannung UR an der Wicklung 1, während an der Wicklung 2 die Spannung Us zugeschaltet werden soll, wenn im Wand- ler 3 kein Strom fliesst. In der Wicklung 4 entsteht dann die verkettete Spannung<I>UR-</I> Us. Der Strom 10 liegt hierbei also nicht an einem Relais, sondern an dem Wandler 3, von dort wird der Strom an eine Kipp- schaltung 5 geführt,
in welcher von einer bestimmten Höhe des Stromes I, an ein positives Ausgangssignal erzeugt wird. Bei kleineren Spannungen entsteht in der Kippschaltung ein negatives Ausgangssignal. Als sol che Schaltungen können in bekannter Weise Multivi- bratoren verwendet werden. Die Signale werden dann über ein Verzögerungsglied 6 geführt, welches nur so lange verzögert, bis die Einschaltvorgänge beim Auf treten des Fehlers abgeklungen sind, also eine Verzö gerung von höchstens einer halben Periode.
Von dort gelangt das Signal an den Transistor 7, welcher durch lässig ist, wenn das Signal negativ ist (pnp-Transistor), also wenn kein Strom im Wandler 3 fliesst; dann ist der Sekundärkreis des Hilfswandlers 8 geschlossen, so dass an der Wicklung 2 die Spannung Us liegt. Zunächst gilt dies nur für die eine Halbwelle, die andere Halb welle wird an einen entsprechenden Transistor 9 ge führt, welcher ebenfalls durchlässig ist, wenn kein Strom im Wandler 3 fliesst. Die Einrichtungen 5 und 6 können hierbei beiden Halbwellen gemeinsam sein.
Es sei noch erwähnt, dass diese Schaltung auch bei Einrelaisschaltungen angewendet werden kann, bei denen dann der umschaltende Strom ein Phasenstrom ist, also statt I, beispielsweise Is an den Wandler 3 angelegt wird. In diesem Falle könnte die Spannung Us an der Wicklung 1 und UT an der Wicklung 2 liegen. Eine Umschaltung der Spannung beispielsweise von UT auf UR an derselben Wicklung 2 kann dadurch leicht bewerkstelligt werden, dass die Wicklung 2 über so viel Transistoren an die betreffenden Spannungen angeschlossen ist, als solche Spannungen vorhanden sind. Es muss dann jeweils ein Transistor leitend sein.
Diese Umschaltung ist im einzelnen bereits bei mecha nischen Relais bekannt, so dass hierfür keine weitere Beschreibung und Figur erforderlich sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass keine Umschalter, son dern für jede Spannung ein gesonderter Transistor ver wendet wird, man kann aber auch Umschalttransisto ren benutzen (pnpn).
Auf die gleiche Weise können auch Ströme umge schaltet werden, wobei die Ströme vorher in ebenfalls bekannter Weise, aber im Gegensatz zur Schaltung mit mechanischen Relais über Impedanzen in Spannungen umgewandelt werden.
Eine andere Ausführung zeigt Fig. 2, dort sind statt der Transistoren mehrere als Modulator geschaltete Halbleiterdioden 10 vorgesehen, welche mit den vom Messstrom erzeugten Impulsen moduliert werden. Der Modulator lässt den Wechselstrom nur durch, wenn Impulse vorhanden sind.
Der Vorteil der Anordnung ist neben der gewonne nen kurzen Zeit, die sich aus der Anwendung von Tran sistoren ergibt, dass die Kreise der einzelnen Messgrö- ssen nicht galvanisch miteinander verbunden sind und die für die Steuerung der Transistoren nötige Gleich spannung sich nicht auf die Wechselstromkreise aus wirken kann, so dass trotz der Richtwirkung der Tran sistoren beide Halbwellen in gleicher Weise geschaltet werden können.