Überstromschutz Es ist bekanntgeworden, zur Erfassung kurzzeiti ger kurzschlussartiger Vorgänge, deren Dauer nur Millisekunden oder Bruchteile davon beträgt, an stelle mechanischer Schalter Kaltkathodenröhren als Schaltmittel in Schaltrelaiskreisen zu verwenden.
Hierzu werden diese Kaltkathodenröhren über Wider stände und Gleichrichter von einem Stromwandler gesteuert, der in dem zu überwachenden Stromkreis liegt. SolcheKaltkathodenröhren arbeiten sehr schnell, so dass es mit ihnen möglich ist, auch wischerartige Überstromspitzen zu erfassen und auszuwerten. Der artige grosse Ansprechgeschwindigkeiten weisen aber mechanische Schaltmittel in Form von Relais mit kleinem Verbrauch und ausreichender Ansprechge- nauigkeit nicht auf.
Ein grosser Nachteil der Kaltkathodenröhren be steht aber in der hohen Zündspannung, die über 100 V liegt, und ferner in der grossen Widerstands änderung zwischen dem Sperrzustand und dem ge zündeten Zustand, der sich praktisch von dem Wider standswert unendlich bis auf wenige Ohm vermindert. Diese grosse Widerstandsänderung bedeutet nun in Verbindung mit Stromwandlern, die ja mit einge prägtem Strom arbeiten, eine entsprechend grosse Spannungsänderung.
Da die Sekundärspannung des Stromwandlers bzw. der Spannungsabfall an einem vom stromwandlergespeisten Widerstand zur Zündung der Röhre benutzt ist, hat die Widerstandsvermin derung bei Zünden der Röhre einen entsprechend grossen Spannungsrückgang zur Folge, der an sich die Röhre wieder in den stromsperrenden Zustand bringen würde, wenn nicht besondere Mittel zur Verhinderung dieses Nachteiles vorgesehen werden. Diese Mittel, die zur Erfassung kurzzeitiger Strom spitzen notwendig sind, bestehen einmal in der sehr genauen Auslegung des Stromwandlers, ferner in einer entsprechend genau abgepassten Bemessung der Widerstände unter Einfügung von Dioden und in der Notwendigkeit der Verwendung von Konden satoren.
Gerade die Verwendung von Kondensatoren bedingt aber wiederum eine Zeitverzögerung, die die Erfassung sehr kurzer überströme auf diese Weise unmöglich macht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, mit einfachen Mitteln die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen überstromschutz zu schaffen, der die einwand freie Erfassung auch kürzester überstromspitzen er möglicht.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäss der Erfindung darin, dass der Spannungsab fall eines stromwandlergespeisten Belastungswider standes als pulsierende Gleichspannung über einen Widerstand der Steuerstrecke eines Vierschichthalb- leiters zugeführt ist, der als spannungsabhängiges Schaltmittel in dem an eine pulsierende Spannung gelegten Relaiskreis dient.
Durch eine niederohmige Dimensionierung des Belastungswiderstandes ergibt sich die Möglichkeit, einen entsprechend kleinen Stromwandler zu verwenden und die Spannung am Belastungswiderstand klein zu machen, da Vier schichthalbleiter schon mit wenigen Volt Steuerspan nung zum Zünden gebracht werden können.
Dies schliesst jedoch die Vorschaltung eines hochohmigen Widerstandes im Zündkreis nicht aus, so dass sich der bei Zündung des Vierschichthalbleiters ebenfalls verringernde Widerstandswert wegen des hohen Vor- Widerstandes auf den Gesamtwiderstand des Steuer kreises nur so wenig eingeht, dass eine Sperrung des Schaltmittels nicht eintreten kann. Um eine entspre chende Wirkungsweise der gesamten Anlage zu er möglichen, ist es bei Verwendung von Vierschicht halbleitern notwendig,
dass der Relaiskreis von Wechselspannung oder von einer pulsierenden Gleich- spannung betrieben wird, die nicht geglättet sein darf. Auf diese Weise kehrt der Vierschichthalbleiter bei Wegfall der Zündspannung wieder in den stromsper renden Zustand zurück, sobald die - Speisespannung Null wird. Ein in den Speisekreis eingeschaltetes Schutzrelais hat dabei ausreichend Zeit zum Anspre chen.
Die vorbeschriebene Wirkungsweise des Über stromschutzes nach der Erfindung setzt nun voraus, dass die der Steuerstrecke zugeführte pulsierende Gleichspannung und die den Relaiskreis beaufschla- gende Speisespannung gleiche Frequenz und etwa übereinstimmende Phasenlage haben.
Wenn das nicht zutrifft, d. h. wenn die Phasenlage beider Spannungen sehr voneinander verschieden ist, dann kann dennoch ein einwandfreies Arbeiten des Schutzes dadurch er möglicht werden, dass durch Anordnung an sich bekannter Phasenverschiebungsmittel wiederum eine Phasenübereinstimmung herbeigeführt wird.
An Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele ist nachfolgend das Wesen der Erfindung noch näher dargelegt. Gleiche Bezugszei chen sind hierbei in beiden Ausführungsfällen für gleiche Schaltelemente benutzt.
Gemäss Fig. 1 soll der Wechselstrom I in der Leitung 1 überwacht werden. Hierzu ist im Strom kreis 1 ein Stromwandler 2 angeordnet, der einen Doppelweggleichrichter 3 speist. Die nicht geglättete pulsierende Gleichspannung des Gleichrichters 3 wird einem niederohmigen Belastungswiderstand 4 zugeführt, dessen Abgriff über einen hochohmigen Widerstand 5 mit dem Steuerkreis eines Vierschicht halbleiters 7 verbunden ist. Parallel zur Steuerstrecke des Halbleiters ist ein Widerstand 6 angeordnet.
Der besagte Vierschichthalbleiter 7 ist in Reihe mit einem Schutzrelais 8 an einen Doppelweggleichrichter 9 an geschlossen, der von der Wechselspannungsspeise- quelle versorgt wird. Sobald der Strom I in der Leitung 1 einen solchen Wert annimmt, dass der Spannungsabfall am Belastungswiderstand 4 einen zum Zünden des Vierschichthalbleiters 7 ausreichen den Wert erreicht, wird dieser Vierschichthalbleiter 7 stromdurchlässig und lässt das Relais 8 ansprechen.
Bei Nullwerden der Speisespannung und der Steuer spannung wird dieser Vierschichthalbleiter wieder stromsperrend und kann dann bei Vorliegen entspre chender Betriebsverhältnisse erneut gezündet werden. Für das einwandfreie Arbeiten der Anordnung ist hierbei vorausgesetzt, dass die den Gleichrichter 9 speisende Wechselspannung und der Wechselstrom in der Leitung 1 frequenz- und phasengleich sind.
Wenn dies nicht der Fall ist, dann muss gemäss Fig. 2 dafür gesorgt werden, dass der Spannungsab fall am Belastungswiderstand, der vom Wechselstrom herrührt, der Speisespannung des Relaiskreises pha- sengleich gemacht wird. Hierzu ist ein niederohmiger Belastungswiderstand 41 an den Stromwandler 2 angeschlossen und dem Belastungswiderstand ein ohmisch kapazitiver Spannungsteiler 10, 11 parallel gelegt.
An den Spannungsteiler ist seinerseits dann der Gleichrichter geschaltet, der über den hochohmi- gen Widerstand 5 den Steuerkreis des Vierschicht halbleiters beeinflusst. Durch entsprechende Bemes sung des gegebenenfalls verstellbaren Spannungsteilers kann erreicht werden, dass die auf die Steuerstrecke des Vierschichthalbleiters gegebene Steuerspannung phasengleich der das Relais betreibenden Speisespan nung wird. Mit der Anordnung nach der Erfindung wird eine schnell und sicher arbeitende und aus ein fachen und robusten Schaltelementen bestehende Schutzschaltung gewonnen.
Overcurrent protection It has become known to use cold cathode tubes as switching means in switching relay circuits instead of mechanical switches to detect short-term short-circuit-like processes whose duration is only milliseconds or fractions thereof.
For this purpose, these cold cathode tubes are controlled via resistors and rectifiers from a current transformer, which is located in the circuit to be monitored. Such cold cathode tubes work very quickly, so that it is possible with them to detect and evaluate even wiper-like overcurrent peaks. However, mechanical switching means in the form of relays with low consumption and sufficient response accuracy do not have such high response speeds.
A major disadvantage of cold cathode tubes is the high ignition voltage, which is above 100 V, and also in the large change in resistance between the blocking state and the ignited state, which practically decreases from the resistance value infinitely to a few ohms. This large change in resistance means a correspondingly large change in voltage in connection with current transformers, which work with impressed current.
Since the secondary voltage of the current transformer or the voltage drop across a resistor fed by the current transformer is used to ignite the tube, the decrease in resistance when the tube is ignited results in a correspondingly large voltage drop, which in itself would bring the tube back into the current-blocking state if no special means are provided to prevent this disadvantage. These means, which are necessary to detect short-term current peaks, consist in the very precise design of the current transformer, and also in a correspondingly precisely matched dimensioning of the resistors with the insertion of diodes and the need to use capacitors.
However, the use of capacitors in turn causes a time delay that makes it impossible to detect very short overcurrents in this way.
The object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages by simple means and to create an overcurrent protection that allows the correct detection of even the shortest overcurrent peaks.
According to the invention, the solution to the problem is that the voltage drop of a current transformer-fed load resistor is fed as a pulsating DC voltage via a resistor to the control path of a four-layer semiconductor, which serves as a voltage-dependent switching means in the relay circuit connected to a pulsating voltage.
A low-resistance dimensioning of the load resistor makes it possible to use a correspondingly small current transformer and to make the voltage at the load resistor low, since four-layer semiconductors can be ignited with just a few volts of control voltage.
However, this does not exclude the upstream connection of a high-ohmic resistor in the ignition circuit, so that the resistance value, which is also reduced when the four-layer semiconductor is ignited, has so little effect on the total resistance of the control circuit due to the high series resistance that the switching means cannot be blocked. In order to enable the entire system to work properly, it is necessary when using four-layer semiconductors
that the relay circuit is operated by alternating voltage or by a pulsating direct voltage, which must not be smoothed. In this way, the four-layer semiconductor returns to the current blocking state when the ignition voltage fails, as soon as the supply voltage becomes zero. A protective relay switched on in the supply circuit has enough time to respond.
The above-described mode of operation of the overcurrent protection according to the invention now presupposes that the pulsating DC voltage supplied to the control path and the supply voltage applied to the relay circuit have the same frequency and approximately the same phase position.
If this is not the case, i. H. if the phase position of the two voltages is very different from one another, the protection can still work properly by arranging phase shifting means known per se in turn to bring about a phase match.
The essence of the invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments shown in the drawing. The same reference characters are used in both embodiments for the same switching elements.
According to FIG. 1, the alternating current I in line 1 is to be monitored. For this purpose, a current transformer 2 is arranged in the circuit 1, which feeds a full-wave rectifier 3. The unsmoothed pulsating DC voltage of the rectifier 3 is fed to a low-resistance load resistor 4, the tap of which is connected to the control circuit of a four-layer semiconductor 7 via a high-resistance resistor 5. A resistor 6 is arranged parallel to the control path of the semiconductor.
Said four-layer semiconductor 7 is connected in series with a protective relay 8 to a full-wave rectifier 9, which is supplied by the AC voltage supply source. As soon as the current I in the line 1 assumes such a value that the voltage drop across the load resistor 4 reaches a value sufficient to ignite the four-layer semiconductor 7, this four-layer semiconductor 7 becomes current-permeable and allows the relay 8 to respond.
When the supply voltage and the control voltage become zero, this four-layer semiconductor again blocks the current and can then be re-ignited if the operating conditions are appropriate. In order for the arrangement to work properly, it is assumed that the alternating voltage feeding the rectifier 9 and the alternating current in the line 1 are of the same frequency and phase.
If this is not the case, then, as shown in FIG. 2, care must be taken that the voltage drop across the load resistance, which results from the alternating current, is made in phase with the supply voltage of the relay circuit. For this purpose, a low-resistance load resistor 41 is connected to the current transformer 2 and an ohmic capacitive voltage divider 10, 11 is placed in parallel with the load resistor.
The rectifier, which influences the control circuit of the four-layer semiconductor via the high-resistance resistor 5, is then connected to the voltage divider. By appropriate dimensioning of the optionally adjustable voltage divider, it can be achieved that the control voltage applied to the control path of the four-layer semiconductor is in phase with the supply voltage operating the relay. With the arrangement according to the invention, a fast and safe working and a multiple and robust switching elements existing protective circuit is obtained.