Einrichtung zur Überwachung von Überstromschutzanordnungen Die Erfindung bezieht sich auf oine Einrichtung zur gesonderten Überwachung von gleichartigen, in parallelgeschalteten Stromzweigen liegenden Schal tungselementen, insbesondere Halbleiter-Gleichrich- terzellen, jeweils zugeordneten Überstromschutzanord- nungen.
Bei Geräten, die bausteinartig aus untereinander gleichartigen Elementen aufgebaut sind, hat man den Überstromschutz dieser Elemente bisher in der Weise ausgeführt, dass jedem Element ein besonderer Über stromschutz zugeordnet wurde. Diese Art des Über stromschutzes genügt jedoch dann nicht mehr, wenn die Elemente parallelgeschaltet sind und die Sum menleistung der parallelgeschalteten Elemente grösser ist, als es der Nennleistung des an diese Elemente angeschlossenen Verbrauchers entspricht.
Zur Lösung der sich bei der Auslegung der Geräte für den zuletzt genannten Anwendungsfall ergebenden Fragen ist nach dem Gegenstand der Erfindung jeder Überstromschutzanordnung ein bei ihrem Ausfall an sprechender Selbstschalter parallelgeschaltet und es sind Hilfskontakte der Selbstschalter so in Melde- und Überwachungskreisen angeordnet, dass bei Ansprechen eines Selbstschalters der Meldekreis bei Ansprechen von mehr als einem Selbstschalter der Auslösekreis geschlossen wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Erfindung ist darin zu sehen, dass die Hilfskontakte der Selbst schalter so im Melde- und Auslösekreis angeordnet sind, dass der Auslösekreis erst geschlossen ist, wenn eine die Zahl der Reservestromzweige übersteigende Zahl von Selbstschaltern angesprochen hat.
Auch ist es vorteilhaft, die ersten Hilfskontakte aller Selbstschalter in Parallelschaltung an den Meldekreis und über, mit ihnen in Reihe liegende zweite Hilfskontakte von je weils einem anderen der Selbstschalter an den Aus lösekreis anzuschliessen und in die Verbindung zwi schen dem ersten und dem zweiten Hilfskontakt der Selbstschalter jeweils ein Sperrventil zur Trennung von gleichen Selbstschaltern zugeordneten Melde- und Auslösekontakte anzuordnen.
Bei mehreren, insbeson dere räumlich getrennten Überwachungseinrichtungen, deren Melde- und Auslösekreise eingangsseitig an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, sind mit Vorteil die Meldekreise ausgangsseitig in Reihe und die Auslösekreise untereinander parallel geschaltet.
Die vorstehend bezeichnete Einrichtung :ist vor zugsweise für den Schutz parallel arbeitender Gleich richter, Lüfter, Pumpen od. dgl. geeignet, deren Ge samtleistung so ausgelegt ist, dass über die Nennlei stung hinausgehend zusätzliche Reserveelemente instal liert sind. Beim Ausfall eines dieser Elemente bleiben die übrigen Elemente im Betrieb und erst dann erfolgt eine Abschaltung sämtlicher parallelgeschalteter Ele mente, wenn die Gesamtzahl der angesprochenen Selbst schalter grösser geworden ist, als es der Zahl der über die Nennleistung hinausgehend installierten Re serveelemente entspricht.
Diese Art der Überwachung erlaubt solange einen ungestörten Betrieb, bis mehr Elemente ausgefallen sind als es der Grösse der Re servehaltung entspricht.
Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In Fig. 1 sind als Beispiel für die zu überwachen den elektrischen Geräte Gleichrichteranordnungen ge wählt worden. Vom ganzen Gleichrichtergerät ist in der Zeichnung Jedigl@ich ein Zweig einer an sich be kannten ein- oder mehrphasigen Schaltung dargestellt worden. Jeder Zweig der Gleichrichterschaltung ist aus fünf Zellenreihen zu je zwei Zellen aufgebaut, die untereinander parallel angeordnet sind.
Hierbei ist vorausgesetzt, dass bereits vier Zellenreihen genügen, um die Nennlast, für die die Gleichrichteranordnung ausgelegt ist, zu übernehmen und die fünfte Zellenreihe als Betriebsreserve dient. Mit der Leitung 11 ist der Gleichrichterzweig an die speisende Wechselspannung angeschlossen, während mit der Leitung 12 die Ver bindung mit den nicht dargestellten Gleichstromver brauchern hergestellt wird. Zwischen den Leitungen 11 und 12 sind die fünf Zellenreihen 13, 14, 15, 16, 17 angeordnet. Jede Zellenreihe enthält zwei Gleich richterzellen G und die zum Schutze der Zellen dienen den Sicherungen S als überstromschutz.
Zur Überwachung der Betriebsbereitschaft jeder Zellenreihe sind handelsübliche Selbstschalter 23, 24, 25, 26, 27 eingesetzt. Die Elemente für die Auslösung der Selbstschalter, also Magnetauslöser bzw. Bimetall auslöser sind so einzustellen, dass sie bereits bei einer Stromstärke ansprechen, die weit unterhalb der Nenn stromstärke einer Zellenreihe liegt. Jeder Selbstschal ter hat zwei Hilfskontakte, die beide als Öffner aus gelegt sind. Von diesen Hilfskontakten ist der eine als Meldekontakt mit dem Index m bezeichnet und dient nach dem Ansprechen des Selbstschalters zum Abge ben einer Meldung.
Der andere dieser Hilfskontakte, der mit dem Index a gekennzeichnet ist, liegt im Aus lösekreis eines der Gleichrichteranordnung bzw. der gesamten Anlage vorgeschalteten Selbstschalters. Die nicht näher bezeichneten Hauptkontakte dieser Selbst schalter liegen einerseits an den Zellenreihen zwischen den Gleichrichterzellen und den ihnen zugeordneten Sicherungen an den Punkten a, b, c, d, e und anderer seits an der mit den nicht dargestellten Gleichstrom verbrauchern verbundenen Leitung 12, also parallel zu den Sicherungen S.
Sobald eine Sicherung S anspricht, d.h. die Ver bindung beispielsweise von Punkt a zur Leitung 12 unterbrochen ist, fliesst der volle, normalerweise über die Gleichrichterzellen 13 fliessende Strom über den Selbstschalter 23, der, da er auf einen niedrigeren Stromwert eingestellt ist, auslöst.
Der Meldekontakt 23m, der über die Klemme 28 mit der eine Gleich spannung liefernden Hilfsspannungsquelle 31 verbun den ist, wird infolge des Ansprechens des Selbstschal ters geschlossen, so dass über die aus den Gleichrich tern 33, 34, 35 und 36 aufgebaute Gleichrichterkette auch an der Klemme 29 die Hilfsspannung anliegt und an dieser Klemmung die Spannung zum Auslösen einer Meldung, beispielsweise für ein akustisches Si gnal, abgenommen werden kann.
Mit Ausnahme des Selbstschalters 23 ist bei den übrigen Selbstschaltern auch der Auslösekontakt, der im Falle des Selbstschalters 24 mit 24a bezeichnet ist, in der vorliegenden Schutzschaltung ausgenützt. Jeder Auslösekontakt ist mit dem bezüglich der Klemme 28 davor -liegenden Meldekontakt verbunden, so dass beim Ansprechen eines Meldekontaktes, also bei An sprechen des Meldekontaktes 23m auch am Hilfs kontakt 24a Spannung anliegt.
Fallen nun neben den Sicherungen S in der Zellenreihe 13 auch z.B. die Sicherungen in der Zellenreihe 14 aus, so spricht nach dem Selbstschalter 23 auch der Selbstschalter 24 an und durch die Reihenschaltung der Kontakte 23m und 24a wird neben der Klemme 29 auch eine weitere Klemme 30 unter Spannung gesetzt, durch die ein Abschalten der gesamten Gleichrichteranordnung be wirkt wird.
In welcher Reihenfolge eine oder mehrere der Sicherungen S in den Zellenreihen 13, 14, 15, 16 oder 17 ansprechen, ist für die Wirkungsweise der beschrie benen Schutzschaltung gleichgültig. Wenn beispiels weise die Sicherungen S in der Zellenreihe 17 aus fallen, so wird der Selbstschalter 27 ansprechen und der Meldekontakt 27m schliesst, so dass an Klemme 29 die Messgleichspannung anliegt. Der Auslöse kontakt 27a, der zugleich mit dem Meldekontakt 27m schliesst, bleibt ohne Wirkung solange keiner der vor diesem Auslösekontakt liegenden Meldekontakte ge schlossen hat. Erst wenn das der Fall ist, also wenn auch z.B. der Selbstschalter 25 anspricht, bekommt der bereits geschlossene Auslösekontakt 27a über die Sperrzelle 35 Spannung.
An der Klemme 30 steht dann das Signal an, das sämtliche Deichrichter ab schaltet. In jedem Falle wird durch den zuerst ge schlossenen Kontakt mit dem Index m über die Klem me 29 eine Meldung veranlasst. Das Schliessen jedes weiteren Meldekontaktes bewirkt, dass ein Auslöse kontakt mit dem Index a ebenfalls Spannung erhält, was dann die Abschaltung der hier verwendeten Gleich richter auslöst.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zu überwachenden elektrischen Geräte eben falls Gleichrichter. Vom ganzen Gleichrichtergerät ist in der Zeichung lediglich wieder ein Zweig einer an sich bekannten ein- oder mehrphasigen Schaltung dargestellt worden. Jeder Zweig der Gleichrichter schaltung ist aus 2 X 5 Zellenreihen zu je einer Zelle aufgebaut, die untereinander parallel angeordnet sind. Die Zellenreihen sind in zwei getrennten Baueinheiten I und II - beispielsweise in zwei getrennten Stahl schränken - montiert, die betriebsmässig parallel geschaltet sind.
Hierbei ist vorausgesetzt, dass bereits neun Zellenreihen genügen, um die Nennlast, für die der Gleichrichter ausgelegt ist, zu übernehmen und die zehnte Zellenreihe als Betriebsreserve dient.
In Anlehnung an die Bezeichnungen der Fig. 1 sind mit den Leitungen 11 die beiden Baueinheiten an die speisende Wechselspannung angeschlossen, während mit den Leitungen 12 die Verbindung mit den nicht dargestellten Gleichstromverbrauchern hergestellt wird. Zwischen den Leitungen 11 und 12 sind in jeder Baueinheit die fünf Zellenreihen 13 bis 17 angeord net. Jede Zellenreihe enthält eine Gleichrichterzelle und die zum Schutze der Zellen dienende Sicherung S als Überstromschutz.
Zur Überwachung der Betriebsbereitschaft jeder Zellenreihe sind wieder handelsübliche Selbstschalter eingesetzt, deren Schaltung und Wirkungsweise bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 erläutert sind.
Neu hinzugekommen ist in jeder der getrennten Baueinheiten I und II die Sperrzelle 41 in Serie zu den Sperrzellen 33 bis 36. Diese Sperrzelle ermöglicht die Reihenschaltung der Meldekontakte beider Bauein heiten.
Für den Parallelbetrieb der räumlich getrennten Baueinheiten I und 1I sind die Klemmen 28 über die Leitung 44 verbunden und gemeinsam an die Batterie 31 gelegt. Die Klemme 29 in der Baueinheit I ist über die Leitung 45 mit dem Gleichrichter 41 in der Baueinheit Il verbunden, so dass eine in einer der beiden Baueinheiten ausgelöste Meldung an der Klemme 46 in der Baueinheit<B>11</B> abzugreifen ist. Die beiden Klemmen 30, d.h. die den Meldekontakten ab gewandte Seite der Arbeitskontakte, ist durch die Leitung 42 verbunden. Das Auslösekommando steht gegebenenfalls an der Klemme 43 an.
Die Sperrzelle 41 und der Arbeitskontakt 23a in der Baueinheit 1 haben in der vorliegenden Ausfüh rungsform keine Funktion. Diese beiden Elemente sind nur deswegen in der Schutzschaltung, um die Bauein heiten untereinander beliebig austauschbar zu halten.
Device for monitoring overcurrent protection arrangements The invention relates to a device for separate monitoring of similar circuit elements located in parallel-connected branches, in particular semiconductor rectifier cells, respectively assigned overcurrent protection arrangements.
In the case of devices that are built up as a building block from elements of the same type, the overcurrent protection of these elements has so far been carried out in such a way that each element is assigned a special overcurrent protection. However, this type of overcurrent protection is no longer sufficient if the elements are connected in parallel and the total power of the elements connected in parallel is greater than the nominal power of the consumer connected to these elements.
To solve the questions that arise when designing the devices for the last-mentioned application, according to the subject matter of the invention, each overcurrent protection arrangement is connected in parallel to a speaking self-switch when it fails, and auxiliary contacts of the self-switch are arranged in signaling and monitoring circuits so that when one is triggered Circuit is closed when more than one circuit breaker responds.
An advantageous embodiment of this invention can be seen in the fact that the auxiliary contacts of the self-switch are arranged in the signaling and trip circuit that the trip circuit is only closed when a number of self-switches that exceeds the number of reserve branches has responded.
It is also advantageous to connect the first auxiliary contacts of all automatic switches in parallel to the signaling circuit and via, with them in series second auxiliary contacts of each Weil a different automatic switch to the triggering circuit and in the connection between the first and second auxiliary contacts of the Circuit breakers each have a shut-off valve for separating the same circuit breakers assigned signaling and release contacts.
In the case of several, in particular spatially separated monitoring devices, whose signaling and triggering circuits are connected on the input side to a common DC voltage source, the alarming circuits are advantageously connected in series on the output side and the triggering circuits are connected in parallel with one another.
The device described above: is preferably for the protection of rectifiers, fans, pumps or the like that work in parallel, the total output of which is designed so that additional reserve elements are installed beyond the nominal output. If one of these elements fails, the other elements remain in operation and all elements connected in parallel are only switched off when the total number of self-switches addressed has become greater than the number of reserve elements installed over and above the nominal output.
This type of monitoring allows uninterrupted operation until more elements have failed than the size of the reserve.
Two exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. In Fig. 1, rectifier arrangements have been chosen as an example of the electrical equipment to be monitored. From the whole rectifier device, a branch of a known single or multi-phase circuit is shown in the Jedigl @ I drawing. Each branch of the rectifier circuit is made up of five rows of cells, each with two cells, which are arranged in parallel with one another.
It is assumed here that four rows of cells are sufficient to take over the nominal load for which the rectifier arrangement is designed and that the fifth row of cells serves as an operating reserve. With the line 11 of the rectifier branch is connected to the feeding AC voltage, while with the line 12, the connection with the DC consumers, not shown, Ver is made. The five rows of cells 13, 14, 15, 16, 17 are arranged between the lines 11 and 12. Each row of cells contains two rectifier cells G and the fuses S serve to protect the cells as overcurrent protection.
Commercially available circuit breakers 23, 24, 25, 26, 27 are used to monitor the operational readiness of each row of cells. The elements for triggering the self-switch, i.e. magnetic release or bimetal release, are to be set so that they respond at a current that is far below the rated current of a row of cells. Each self-switch has two auxiliary contacts, both of which are designed as break contacts. Of these auxiliary contacts, one is referred to as a signal contact with the index m and is used after the automatic switch has responded to deliver a message.
The other of these auxiliary contacts, which is marked with the index a, is located in the triggering circuit of a circuit breaker connected upstream of the rectifier arrangement or the entire system. The unspecified main contacts of this self-switch are on the one hand on the rows of cells between the rectifier cells and their associated fuses at points a, b, c, d, e and on the other hand on the line 12 connected to the direct current consumers, not shown, in parallel to the fuses p.
As soon as a fuse S responds, i.e. the connection for example from point a to line 12 is interrupted, the full current, normally flowing through the rectifier cells 13, flows through the circuit breaker 23, which, since it is set to a lower current value, triggers.
The signaling contact 23m, which is connected to the DC voltage supplying auxiliary voltage source 31 via terminal 28, is closed as a result of the response of the automatic switch, so that the rectifier chain made up of rectifiers 33, 34, 35 and 36 is also connected to the Terminal 29, the auxiliary voltage is applied and the voltage for triggering a message, for example for an acoustic signal, can be taken from this terminal.
With the exception of the self-switch 23, the tripping contact, which in the case of the self-switch 24 is designated by 24a, is also used in the present protective circuit in the case of the other self-switches. Each trigger contact is connected to the signaling contact in front of it with respect to terminal 28, so that when a signaling contact responds, i.e. when the signaling contact 23m speaks, voltage is also applied to the auxiliary contact 24a.
If now, in addition to the fuses S in the cell row 13, e.g. If the fuses in the cell row 14 are switched off, the automatic switch 24 also responds after the automatic switch 23 and through the series connection of the contacts 23m and 24a, in addition to the terminal 29, a further terminal 30 is energized, through which the entire rectifier arrangement is switched off is effective.
The sequence in which one or more of the fuses S in the rows of cells 13, 14, 15, 16 or 17 respond is irrelevant to the operation of the protective circuit described. If, for example, the fuses S in the cell row 17 fail, the circuit breaker 27 will respond and the signal contact 27m will close, so that the DC measuring voltage is applied to terminal 29. The tripping contact 27a, which closes at the same time as the signaling contact 27m, remains ineffective as long as none of the signaling contacts upstream of this triggering contact has closed. Only when this is the case, i.e. if e.g. the circuit breaker 25 responds, the already closed release contact 27a receives voltage via the blocking cell 35.
The signal is then present at terminal 30, which switches off all dike judges. In any case, the first closed contact with index m via terminal 29 causes a message. Closing every further signal contact causes a tripping contact with the index a to also receive voltage, which then triggers the shutdown of the rectifier used here.
In the embodiment shown in Fig. 2, the electrical devices to be monitored are also rectifiers if. Of the entire rectifier device, only one branch of a single-phase or multi-phase circuit known per se is shown in the drawing. Each branch of the rectifier circuit is made up of 2 X 5 rows of cells, each with one cell, which are arranged in parallel with one another. The rows of cells are in two separate units I and II - for example in two separate steel cabinets - mounted, which are operationally connected in parallel.
It is assumed that nine rows of cells are already sufficient to take over the nominal load for which the rectifier is designed and that the tenth row of cells serves as an operating reserve.
Based on the designations in FIG. 1, the lines 11 are used to connect the two structural units to the supplying alternating voltage, while the lines 12 are used to establish the connection to the direct current consumers (not shown). Between the lines 11 and 12, the five rows of cells 13 to 17 are net angeord in each unit. Each row of cells contains a rectifier cell and the fuse S, which is used to protect the cells, as overcurrent protection.
To monitor the operational readiness of each row of cells, commercially available automatic switches are used again, the circuit and mode of operation of which have already been explained in the description of FIG.
A new addition is the blocking cell 41 in series with the blocking cells 33 to 36 in each of the separate units I and II. This blocking cell enables the signaling contacts of both Bauein units to be connected in series.
For the parallel operation of the spatially separated structural units I and 1I, the terminals 28 are connected via the line 44 and connected to the battery 31 together. The terminal 29 in the unit I is connected to the rectifier 41 in the unit II via the line 45, so that a message triggered in one of the two units can be tapped at the terminal 46 in the unit <B> 11 </B>. The two clamps 30, i. the side of the working contacts facing away from the signaling contacts is connected by line 42. The trip command may be available at terminal 43.
The blocking cell 41 and the normally open contact 23a in the structural unit 1 have no function in the present embodiment. These two elements are only in the protective circuit in order to keep the Bauein units freely interchangeable.