CH651428A5

CH651428A5 - Leistungsunterbrecheranordnung.

Info

Publication number: CH651428A5
Application number: CH10223/79A
Authority: CH
Inventors: Yoichiro Takagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-01-17
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1985-09-13
Also published as: SE8600929L; NL181537C; SE7909572L; FR2447088A1; DE2945382C2; GB2040614B; SE463490B; SE447184B; GB2040614A; NL181537B; FR2447088B1; DE2945382A1; US4236186A; SE8600929D0; NL7908103A

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsunterbrecheranordnung mit einem mit einer Stromquelle verbundenen Hauptunterbrecher mit Kurzzeitverzögerungscharakteristik nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits Leistungsunterbrecheranordnungen gemäss den Figuren 1 und 2 bekannt. Bei der Leistungsunterbrecheranordnung gemäss Fig. 1 liegt ein Hauptunterbrecher ACB zwischen einem Stromquellenanschluss 1 und einer Vielzahl von abzweigenden Lastkreisen 2\ bis 2n, welche

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jeweils Unterbrecher Bt bis B„ umfassen sowie elektromagnetische Schalter MSi bis MSn und Lasten Li bis L„, z.B. Induktionsmotoren.

Wenn in der Schaltung z.B. an der Stelle Fi des Lastkreises 2i ein Kurzschluss eintrifft, so ist es erforderlich, nur diesen mit dem Kurzschluss behafteten Lastkreis zu unterbrechen und die Einspeisung des Stroms in die anderen Lastkreise 2i bis 2n fortzusetzen. Demzufolge hat der Hauptunterbrecher ACB eine Kurzzeit-Verzögerungsfunktion, so dass der Unterbrecher Bi betätigt wird, bevor der Hauptunterbrecher ACB betätigt wird. Auf diese Weise erzielt man eine selektive Unterbrechung.

Mit der bekannten Leistungsunterbrecheranordnung erzielt man zwar eine selektive Unterbrechung, jedoch fehlt bei dieser Anordnung eine Fehlerstrombegrenzungsfunktion. Sobald ein übermässiger Fehlerstrom fliesst, kommt es zu einer Zerstörung des Unterbrechers in dem zugeordneten Lastkreis. Daher bildet der Schutz der Unterbrecher der einzelnen Lastkreise ein schwerwiegendes Problem der herkömmlichen Systeme.

Fig. 2 zeigt eine weitere herkömmliche Leistungsunterbrecheranordnung. Hierbei wird anstelle des Hauptunterbrechers ACB eine Strombegrenzungssicherung F mit grosser Unterbrecherkapazität verwendet. Hierdurch wird eine Strombegrenzungsfunktion verwirklicht. Die Strombegrenzungssicherung F schmilzt, sobald eine übermässige elektrische Energie übertragen wird. Wenn gemäss Fig. 3 ein Fehlerstromm Ai fliesst, so kommt es an der Stelle A2 zu einem Durchschmelzen der Sicherung, und zwar aufgrund der Speicherung der Energiemenge E (strichpunktierte Fläche) in der Sicherung F. Daher werden die Unterbrecher in den einzelnen Lastkreisen durch die Sicherung F geschützt, wenn die Energie für das Durchschmelzen der Sicherung geringer ist als die maximal zulässige Energiebeaufschlagung der einzelnen Unterbrecher.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Stromverteilung auf allen Lastkreisen unterbrochen wird, wenn die Sicherung F durchschmilzt (Punkt Pi in Fig. 3). Daher kann bei dieser bekannten Anordnung zwar ein Schutz der einzelnen Unterbrecher erwartet werden, jedoch keine selektive Unterbrechung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und eine Leistungsunterbrecheranordnung zu schaffen, welche eine Strombegrenzungsschaltung umfasst. Diese Strombegrenzungsschaltung entfaltet bei einem abnormalen Zustand eine Strombegrenzungsfunktion, und sie ist in Reihe geschaltet mit einem Hauptunterbrecher mit einer Kurzzeitverzögerungscharakteristik.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Leistungsunterbrecheranordnung gelöst, welche nach dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausführungsformen davon sind durch die abhängigen Ansprüche 2 bis 19 definiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer herkömmlichen Leistungsunterbrecheranordnung mit einem Hauptunterbrecher;

Fig. 2 eine Schaltung einer weiteren herkömmlichen Leistungsunterbrecheranordnung mit einer Strombegrenzungssicherung in der Hauptschaltung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Strombegrenzungssicherung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Leistungsunterbrecheranordnung ;

Fig. 5 Impulsdiagramme bezüglich des durch den nichtlinearen Widerstand N und den linearen Widerstand R der erfindungsgemässen Leistungsunterbrecheranordnung fliessenden Stroms;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Leistungsunterbrecheranordnung ;

Fig. 7 eine Detailschaltung eines Steuerteils der Leistungsunterbrecheranordnung gemäss Fig. 6 und

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform eines Teils der Steuereinrichtung der erfindungsgemässen Leistungsunterbrecheranordnung gemäss Fig. 6.

Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Leistungsunterbrecheranordnung. Diese umfasst einen Hauptunterbrecher M mit einem Kurzzeit-Verzögerungsmechanismus sowie eine Strombegrenzungsschaltung 3, welche zwischen dem Hauptunterbrecher M und den Lastkreisen 2i bis 2n liegt. Die Strombegrenzungsschaltung umfasst einen nicht-linearen Widerstand N, welcher zu einem linearen Widerstand R parallel geschaltet ist. Der nichtlineare Widerstand N hat einen solchen Aufbau, dass der spezifische Eigenwiderstand auf einen sehr hohen Wert ansteigt, wenn der Widerstand im Falle eines hohen Stromflusses erhitzt wird. Alternativ kann es sich um einen nicht-linearen Widerstand handeln, dessen spezifischer Widerstand durch einen reversiblen Phasenübergang auf einen hohen Wert steigt, und zwar wiederum verursacht durch eine Erhitzung. Als Phasenübergang kommt z.B. ein Übergang des eingeschlossenen Materials vom Festzustand in den gasförmigen Zustand in Frage. Dieser Fall liegt bei Permanentsicherungen vor, welche ein Alkalimetall, z.B. Natrium, Kalium, Natrium-Kalium-Metall oder Quecksilber als Strombegrenzungsmaterial enthalten. Der Widerstand R ist ein linearer Widerstand.

Im Normalzustand ist der spezifische Widerstandswert des nicht-linearen Widerstandes N wesentlich niedriger als derjenige des Widerstandes R, so dass der Strom in der Hauptsache durch den nicht-linearen Stromwiderstand N fliesst. Im abnormalen Zustand, z.B. im Falle eines Kurzschlusses steigt der Widerstandswert des nicht-linearen Widerstandes N wesentlich stärker an, als der Wert des Widerstandes R, so dass der Strom nun durch den Widerstand R fliesst. Der Strom, bei dem diese Kommutierung eintritt, kann eingestellt werden durch entsprechende Auswahl des Widerstandswertes R.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Leistungsunterbrecheranordnung erläutert werden. Wenn an der Stelle F2 in Fig. 4 eine Störung eintritt, so fliesst der in Fig. 5a gezeigte Fehlerstrom, falls kein Unterbrecher vorgesehen ist. In der Erfindung fliesst der Fehlerstrom jedoch durch den nichtlinearen Widerstand N, und der Widerstandswert dieses nicht-linearen Widerstandes N steigt in nicht-linearer Weise an, und zwar aufgrund der Wärmeentwicklulng durch den Fehlerstrom. Hierdurch wird der Strom im wesentlichen auf den Stromstärkewert an der Stelle Pi (Fig. 5) begrenzt, und man erhält die in Fig. 5b gezeigte Wellenform. Nun wird der Fehlerstrom auf den linearen Widerstand R kommutiert, welcher parallel zum nicht-linearen Widerstand N liegt (zum Zeitpunkt Pi), und man erhält die in Fig. 5c gezeigte Wellenform. Wenn somit an der Stelle Fi (Fig. 4) ein Fehlerzustand eintritt, so wird die Begrenzung des Fehlerstroms durch den nicht-linearen Widerstand N eingeleitet, und der Strom wird auf den Widerstand R umgeleitet und fliesst über diesen Widerstand R in normaler Weise zu allen Lastkreisen bis der Lastkreis, in dem der Fehlerzustand Fi vorliegt, durch den Unterbrecher MCCBi unterbrochen wird. Der Hauptunterbrecher M liegt zwischen der Stromquelle und der Parallelschaltung des nicht-linearen Widerstandes N und des Widerstandes R. Der Hauptunterbrecher führt zu einer Stromunterbrechung im Bereich grosser Ströme, und die Zeitverzögerungsfunktion dieser Unterbrechung ist so gewählt, dass man eine selektive Unterbrechungsfunktion erreicht.

Im Falle eines Fehlerzustandes in einer gemeinsamen Leitung an der Stelle F2 wird der Strom ebenfalls nach vorheriger

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Begrenzung der Stromstärke unterbrochen, und zwar nach der vorbestimmten Verzögerungszeit durch den Hauptunterbrecher.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Unterbrecheranordnung mit einem Hauptunterbrecher M mit einer Kurzzeitverzögerungsfunktion. Der Hauptunterbrecher M umfasst eine nebengeschiossene Auslösespule T, welche bei Erregung den Unterbrechervorgang auslöst. Die Auslösespule T wird durch ein Ausgangssignal einer Steuerschaltung CC angesteuert, welche in den Figuren 7 und 8 im einzelnen gezeigt ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Steuerschaltung CC anhand der Fig. 7 näher erläutert werden.

Wenn der Widerstandswert des nicht-linearen Widerstandes N durch den Fehlerstrom erhöht wird, so wird der Strom auf den Widerstand R umgeleitet, und dieser Strom wird nun durch einen Stromtransformator CT (Fig. 6) erfasst. Der Strom mit der Stromwellenform wird in einen Impuls mit Rechteckwellenform umgewandelt, und zwar in der Impulsformschaltung Pi. Durch diesen Impuls mit rechteckiger Wellenform wird ein Filpflop FF getriggert, und hierdurch wird eine Torschaltung oder Gatterschaltung GC geöffnet. Andererseits ist ein Transformator PT (Fig. 6) vorgesehen, dessen Ausgangsspannung einer Impulsformschaltung Pa zugeführt wird. Diese bildet einen Impuls mit Rechteckwellenform. Dieser Impuls fliesst durch das Tor GC, und zwar aufgrund des Ausgangssignals des Stromtransformators CT während der Zeitdauer der Öffnung des Tors GC. Die durch die Torschaltung GC fliessenden Impulse werden in einem Zähler CR gezählt. Wenn der Zählwert einen durch eine Zeiteinstellschaltung TS voreingestellten Wert erreicht, so gelangt das Ausgangssignal zu einer Ausgabeschaltung DC. Diese führt zur Erregung der Auslösespule T des Hauptunterbrechers M, so dass der Vorgang des Unterbrechens des Stroms durch den Hauptunterbrecher M eingeleitet wird.

Bei diesem System wird die Zeit auf einen Wert eingestellt, welcher proportional der Frequenz der Stromquelle ist (etwa mehrere Perioden in einem solchen System). Auf diese Weise wird die Verzögerung des Hauptunterbrechers erreicht.

Das Flipflop FF wird durch das Ausgangssignal einer ODER-Schaltung OR zurückgesetzt, und zwar im Falle der Stromunterbrechung durch den Hauptunterbrecher M. Alternativ wird das Flipflop FF über die ODER-Schaltung OR 5 auch dann zurückgestellt, wenn der Lastkreisunterbrecher MCCBn betätigt wird, oder wenn der Unterbrecher von Hand zurückgesetzt wird. Sodann wird die Zählschaltung CR zurückgestellt, und zwar durch das Signal für die Zurückstellung des Flipflops FF.

io Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Steuerschaltung CC. Der Detektorstrom des Stromtransformators CT wird durch eine Gleichrichterschaltung REC gleichgerichtet, und die Ausgangsgleichspannung derselben wird einer Widerstands-Kondensator-Integrierschaltung INT 15 zugeführt. Die Ausgangsspannung der Integrierschaltung INT wird einer Spannungsvergleichsschaltung COM zugeführt und hier mit einer Spannung verglichen, welche in der Vergleichsschaltung COM vorgegeben wird.

Wenn das von der Integrierschaltung INT kommende 20 Eingangssignal grösser ist als der vorbestimmte Signalwert, so wird ein Ausgangssignal einer Ausgabeschaltung DC zugeführt, und zwar nach einer Verzögerungszeit, welche durch eine Zeitgeberschaltung TS festgelegt wird. Die Ausgangsschaltung DC erregt sodann die Auslösespule T des Hauptun-25 terbrechers M, und dadurch wird der Hauptunterbrecher M geöffnet.

Die Steuerschaltung CC kann auch einen anderen Aufbau haben. Die erfindungsgemässe Leistungunterbrecheranordnung kann mit der Stromanschlussseite einer Schalttafel oder 30 einer zentralen Steuertafel verbunden werden. Hierdurch kann die Kapazität der einzelnen Unterbrecher in den einzelnen Lastkreisen herabgesetzt werden, da die erfindungsgemässe Unterbrecheranordnung eine Strombegrenzungsfunktion aufweist, wodurch die Unterbrecher in den Lastkreisen 35 im Normalzustand (ausser dem Fehlerzustand) geschützt werden. Eine selektive Unterbrechungsfunktion kann erzielt werden, da wegen der Strombegrenzungsfunktion eine genügend lange Verzögerungszeit eingestellt werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE.

1. Leistungsunterbrecheranordnung mit einem mit einer Stromquelle verbundenen Hauptunterbrecher mit Kurzzeit-verzögerungscharakteristik; mit einer Strombegrenzungsschaltung zur Begrenzung eines Fehlerstroms, welche mit dem anderen Ende des Hauptunterbrechers verbunden ist und mit Zweigunterbrechern, welche mit dem anderen Ende der Strombegrenzungsschaltung verbunden sind und andererseits jeweils mit Lastkreisen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (3) eine Parallelschaltung aus einem linearen Widerstand (R) und einem nicht-linearen Widerstand (N) in Form einer Permanentsicherung mit eingeschlossenem Alkalimetall oder Quecksilber als Strombegrenzungsmaterial umfasst.
2. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalimetall Natrium, Kalium oder Natrium-Kalium-Metall ist.
3. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptunterbrecher eine nebengeschlossene Auslösespule für die Betätigung des Unterbrechermechanismus umfasst.
4. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nebengeschlossene Auslösespule des Hauptunterbrechers (M) Strom durch den linearen Widerstand (R) der Strombegrenzungsschaltung (3) schickt.
5. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke im Strombegrenzungszustand durch Auswahl des Widerstandswertes des linearen Widerstandes (R) der Strombegrenzungsschaltung (3) auf einen gewünschten Wert eingestellt ist.
6. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (CT) zur Erfassung eines Strombegrenzungsbetriebs der Strombegrenzungsschaltung (3) aufgrund eines Fehlerstroms ; und eine Steuereinrichtung (CC), welche auf das Ausgangssignal der Einrichtung (CT) anspricht und ein Ausgangssignal abgibt, nach dessen Aufrechterhaltung während einer vorbestimmten Zeitdauer der Hauptunterbrecher (M) betätigt wird.
7. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (CT) zur Erfassung eines Strombegrenzungsbetriebs der Strombegrenzungsschaltung (3) auf den durch den linearen Widerstand (R) der Strombegrenzungsschaltung (3) fliessenden Strom anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt.
8. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (CT) zur Erfassung des Strombegrenzungsbetriebs der Strombegrenzungsschaltung (3) ein Stromtransformator ist, welcher mit der Seite des linearen Widerstandes (R) der Parallelschaltung des linearen Widerstandes (R) und des nicht-linearen Widerstandes (N) verbunden ist.
9. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (CC) einen Impulsgenerator (P2) umfasst, welcher periodisch Ausgangsimpulse erzeugt sowie einen Zähler (CR), welcher die Anzahl dieser Impulse zählt und ein Signal für die Betätigung des Hauptunterbrechers (M) abgibt, wenn der Zählstand einem vorbestimmten Referenzzählwert entspricht, wobei eine Torschaltung (GC) zwischen dem Impulsgenerator (P2) und dem Zähler (CR) liegt und durch das Ausgangssignal der Einrichtung (CT) zur Erfassung des Strombegrenzungsbetriebs geöffnet wird.
10. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung (GC) durch das Ausgangssignal der Einrichtung (CT) zur Erfassung des Strombegrenzungsbetriebs aufsteuerbar ist und durch Empfang eines Signals geschlossen werden kann, welches bei der Stromkreisunterbrechung durch den Hauptunterbrecher (M) erzeugt wird, oder bei einer Betätigung eines Zweigunterbrechers (MCCBi - MCCBn) oder durch ein manuell eingegebenes Rückstellsignal.
11. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (CR) nach dem Zählvorgang durch ein Signal zurückstellbar ist, welches durch die Stromkreisunterbrechung durch den Hauptunterbrecher (M) erzeugt wird oder durch die Betätigung eines Zweigunterbrechers (MCCBi - MCCBn) oder durch ein manuell eingegebenes Rückstellsignal.
12. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (P2) in Abhängigkeit von der Wechselstromwellenform der Stromquelle periodische Ausgangsimpulse bildet.
13. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zähler (CR) ein Referenzzählwert eingesetzt wird, welcher mehreren Perioden der Schwingungsfrequenz der Stromquelle entspricht.
14. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (CC)

eine Integrierschaltung (INT) zum Integrieren des Ausgangssignals der Einrichtung (CT) zur Erfassung des Strombegrenzungsbetriebs umfasst sowie einen Komparator (COM), welcher den Integrierwert der Integrier-Schaltung (INT) mit einem vorbestimmten Referenzwert vergleicht und bei Gleichheit der verglichenen Signale ein Signal für die Betätigung des Hauptunterbrechers (M) abgibt.
15. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptunterbrecher (M) eine Auslösespule (T) für das Starten des Unterbrecherbetriebs umfasst, der das Ausgangssignal der Steuereinrichtung (CC) zugeführt wird.
16. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Widerstand (N) eine Permanentsicherung ist, welche als Strombegrenzungsmaterial ein eingeschlossenes Alkalimetall umfasst.
17. Leistungsunterbrecheranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalimetall Natrium, Kalium oder Natrium-Kalium-Metall ist.
18. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Widerstand (N) eine Permanentsicherung ist, welche als Strombegrenzungsmaterial eingeschlossenes Quecksilber umfasst.
19. Leistungsunterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke des Strombegrenzungsbetriebs auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist durch Auswahl des Widerstandswertes des linearen Widerstandes (R) der Strombegrenzungsschaltung (3).