DE102005031833A1 - Verfahren und elektronische Stromversorgungsvorrichtung zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung gesicherten Niederspannungslast - Google Patents

Verfahren und elektronische Stromversorgungsvorrichtung zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung gesicherten Niederspannungslast Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Stromversorgungseinrichtung, insbesondere ein Schaltnetzteil zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung gesicherten Niederspannungslast sowie ein Verfahren hierzu. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Sicherung einer Niederspannungslast gegen einen Überstrom sowie eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung zur Verwendung mit einer solchen Sicherungsvorrichtung. DOLLAR A Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, Maßnahmen bereitzustellen, die dafür sorgen, dass nach Erfassen eines Fehlerfalls, zum Beispiel eines ausgangsseitigen Kurzschlusses, für eine kurze Zeitdauer, beispielsweise 15 ms, ein derart hoher Strom geliefert wird, dass eine Schutzeinrichtung sicher und schnell ausgelöst werden kann. Die Zeitdauer wird hierbei so gewählt, dass elektronische Bauteile, angeschlossene Verbraucher und Zuleitungen nicht beschädigt und zerstört werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Stromversorgungseinrichtung, insbesondere ein Schaltnetzteil zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung gesicherten Niederspannungslast sowie ein Verfahren hierzu. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Sicherung einer Niederspannungslast gegen einen Überstrom sowie eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung zur Verwendung mit einer solchen Sicherungsvorrichtung.
  • In industriellen Anlagen werden Niederspannungsverbraucher, wie z.B. Steuerungen, Verstärker und dergleichen mit einer für den Menschen ungefährlichen Gleichspannung von vorzugsweise 24 Volt versorgt. Geeignete Stromversorgungseinrichtungen, die eine solche Gleichspannung bereitstellen, können Ausgangsströme von 20 A und mehr liefern. Bei derart hohen Strömen müssen Sicherungseinrichtungen, wie z.B. Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter, in Reihe mit den jeweiligen Verbrauchern geschaltet werden, um diese und insbesondere die Zuleitungen gegen thermische Überlastung und Kurzschlussströme zu sichern. Um Leitungsschutzschalter bei Auftritt eines elektrischen Störfalls, beispielsweise eines Kurzschlusses, sicher magnetisch auslösen zu können, sind Auslöseströme erforderlich, die etwa das 7,5-fache des hinsichtlich der Stromversorgungseinirchtung angegebenen Nennstroms betragen. Das Auslöseverhalten von Leitungsschutzschaltern ergibt sich aus deren Zeit-Strom-Auslösekennlinie, wie zum Beispiel der B-Charakteristik. Klassische 50 Hz-Transformator, die als Stromversorgungseinrichtungen verwendet werden, können bei üblicher Dimensionierung in einem Kurzschlussfall derart hohe Auslöseströme für Leitungsschutzschalter liefern.
  • Aufgrund hoher elektrischer Verluste und des großen Gewichtes werden derartige 50 Hz-Transformatoren in der Industriestromversorgung immer häufiger durch elektronische Stromversorgungseinrichtungen, wie z.B. Schaltnetzteile und mit hoher Frequenz getaktete Transformatorstromversorgungen ersetzt. Elektronische Stromversorgungseinrichtungen begrenzen jedoch üblicherweise den Ausgangsstrom bei Auftritt einer elektrischen Störung sehr schnell, das heißt zwischen 10 und 100 μsec, auf den 1,1- bis 1,5-fachen Wert des Nennstroms, um Verbraucher und Zuleitungen gegen thermische Überlastungen und Kurzschlussströme zu schützen. Zwar sind elektronische Stromversorgungseinrichtungen auf dem Markt, die auch kurzzeitig, das heißt bis zu 4 Sekunden einen Ausgangsstrom bis zum 2,5-fachen des Nennstroms erzeugen können. Doch reichen diese niedrigen Ströme nicht aus, Leitungsschutzschalter zuverlässig und sicher magnetisch auszulösen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Stromversorgungseinrichtung, eine Sicherungsvorrichtung, eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung gesicherten Niederspannungslast bereitzustellen, die auch bei Verwendung elektronischer Stromversorgungseinrichtungen ein schnelles Auslösen von Schutzeinrichtungen, insbesondere elektromagnetischen Leitungsschutzschaltern ermöglichen.
  • Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, Maßnahmen bereitzustellen, die dafür sorgen, dass nach Erfassen eines Fehlerfalls, zum Beispiel eines ausgangsseitigen Kurzschlusses, für eine kurze Zeitdauer, beispielsweise 15 ms, ein derart hoher Strom geliefert wird, dass eine Schutzeinrichtung sicher und schnell ausgelöst werden kann. Die Zeitdauer wird hierbei so gewählt, dass elektronische Bauteile, angeschlossene Verbraucher und Zuleitungen nicht beschädigt und zerstört werden.
  • Das oben genannte technische Problem löst die Erfindung zum einen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Danach ist eine elektrische Stromversorgungseinrichtung, insbesondere ein Schaltnetzteil oder eine mit hoher Frequenz getaktete Transformatorstromeinrichtung zur Energieversorgung eine Niederspannungslast vorgesehen. Die elektronische Stromversorgungseinrichtung weist einen Übertrager, eine Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stör- oder Fehlerfalls, wie zum Beispiel einen Kurzschluss, sowie eine der Erfassungseinrichtung zugeordneten Einrichtung zum begrenzen des Ausgangsstroms der Vorrichtung auf einen ersten vorbestimmten Wert, d. h. etwa auf das 1,1 bis 2-fache des Nennstroms der Stromversorgungseinirchtung, auf. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die unter Ansprechen das Erfassen eines Störfalls den Ausgangsstrom für eine vorbestimmte Zeitdauer auf einen zweiten vorbestimmten Wert, der größer als der erste vorbestimmte Wert ist, einstellt, und zwar derart, dass ein sicheres Auslösen einer der Vorrichtung zugeordneten Schutzeinrichtung erfolgen kann. Die Begrenzungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie nach Ablauf der vorbestimmten Zeit den Ausgangsstrom auf den ersten vorbestimmten Wert begrenzt.
  • Die Schutzeinrichtung ist in an sich bekannter Weise extern an die elektronische Stromversorgungseinrichtung angeschlossen und liegt somit in Reihe zu der Niederspannungslast. Um eine kompakte elektronische Stromversorgungseinrichtung zur Energieversorgung einer gesicherten Niederspannungslast realisieren zu können, kann die Schutzeinrichtung auch in der elektronischen Stromversorgungseinrichtung angeordnet sein.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Schutzeinrichtung um einen elektromagnetisch auslösbaren Leitungsschutzschalter.
  • Um eine sichere und zuverlässige Auslösung der Schutzeinrichtung bei Auftritt eines Fehlerfalls zu erreichen, liefert die Stromeinstellungseinrichtung einen Ausgangsstrom, der etwa zwischen dem 5- bis 10-fachen des Nennstroms der Stromversorgungseinrichtung liegt. Die Begrenzungseinrichtung liefert in der Regel einen ersten vorbestimmten Stromwert, der etwa zwischen dem 1,1- bis 1,5-fachen des Nennstroms der elektronischen Stromversorgungseinrichtung liegt.
  • Um zu verhindern, das die Niederspannungslast und die Zuleitungen bei Auftritt eines Fehlerfalls, beispielsweise eines Kurzschlusses, überlastet werden, liefert die Stromeinstellungseinrichtung einen erhöhten Ausgangsstrom etwa für 5 bis 15 ms. Der erhöhte Ausgangsstrom kann aber auch eine kürzere oder längere Zeit fließen.
  • Schaltungstechnisch betrachtet kann die Stromeinstellungseinrichtung, die für den erhöhten Ausgangsstrom sorgt, zusammen mit der Begrenzungseinrichtung eine Stromregeleinrichtung bilden. In diesem Fall kann die Lösung des oben genannten technischen Problems auch darin gesehen werden, dass die in einer elektronischen Stromversorgumgseinrichtung herkömmlicherweise eingesetzte Stromregeleinrichtung eine zweistufige Strombegrenzungskennlinie aufweist. Die Stromregeleinrichtung sorgt dann dafür, dass bei Auftritt einer elektrischen Störung zunächst kurzzeitig ein erhöhter Ausgangsstrom von beispielsweise dem 7-fachen des Nennstroms und anschließend der „normal" begrenzte Ausgangsstrom mit etwa dem 1,1-fachen des Nennstroms fließt.
  • Die Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Störfalls weist vorzugsweise einen ersten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung unter einen Schwellwert und/oder einen zweiten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Eingangsspannung unter einen Schwellwert auf. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss erfasst werden. Denn bekanntlich fällt die Spannung bei Auftritt eines Kurzschlusses ab.
  • Das oben genannte technische Problem wird ferner durch eine Vorrichtung zur Sicherung einer Niederspannungslast gegen einen Überstrom gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Danach weist die Sicherungsvorrichtung eine Hauptenergieversorgungseinrichtung, die einen Übertrager, eine Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Störfalls sowie eine der Erfassungseinrichtung zugeordnete Einrichtung zum Begrenzen des Ausgangsstroms unter Ansprechen auf einen erfassten Störfall auf. Ferner ist der Hauptenergieversorgungseinrichtung eine zuschaltbare Hilfsenergieversorgungseinrichtung zugeordnet, welche eine Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Störfalls, insbesondere des Abfalls der Ausgangsspannung der Hauptenergieversorgungseinrichtung unter einen Schwellwert, sowie eine Einrichtung zum Bereitstellen eines vorbestimmten Stroms für eine einstellbare Zeit aufweist. Ferner ist eine mit der Hilfsenergieversorgungseinrichtung elektrisch verbindbare Schutzeinrichtung vorgesehen, wobei der von der Hilfsenergieversorgungseinrichtung bereitgestellte Strom derart bemessen ist, dass beim Erfassen eines Störfalls eine sichere Auslösung der Schutzeinrichtung erfolgt.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist die Hilfsenergieversorgungseinrichtung in der Hauptenergieversorgungseinrichtung implementiert oder extern an der Hauptenergieversorgungseinrichtung angeschaltet.
  • Bei der Hilfsenergieversorgungseinrichtung kann es sich um jeden Energiespeicher, vorzugsweise aber um wenigstens einen kapazitiven und/oder induktiven Energiespeicher handeln.
  • Um ein automatisches Zuschalten der Hilfsenergieversorgungseinrichtung bei Auftritt eines Fehlerfalls zur Hauptenergieversorgungseinrichtung zuschalten zu können, weist die Hilfsenergieversorgungseinrichtung eine Schalteinrichtung auf, die unter Ansprechen auf einen erfassten Störfall, insbesondere den Abfall der Ausgangsspannung der Haupteneergieversorgungseinrichtung unter einen Schwellwert, aktiviert wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Hilfsenergieversorgungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufladen des kapazitiven und/oder induktiven Energiespeichers aufweist. Die Aufladeeinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie den Energiespeicher zu den Zeiten auflädt, in denen kein Fehlerfall aufgetreten ist.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Hauptenergieversorgungseinrichtung um ein Schaltnetzteil.
  • Die Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Störfalls weist vorzugsweise einen ersten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung unter einen Schwellwert und/oder einen zweiten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Eingangsspannung unter einen Schwellwert auf. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss erfasst werden.
  • Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung zur Verwendung mit einer Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 gelöst.
  • Die Hilfsenergieversorgungseinrichtung weist eine Einrichtung zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung eine Hauptenergieversorgungseinrichtung unter einen Schwellwert sowie eine Einrichtung, die unter Ansprechen auf einen erfassten Abfall der Ausgangsspannung einen vorbestimmten Strom für eine einstellbare Zeit liefert auf, so dass eine Schutzeinrichtung sicher ausgelöst werden kann.
  • Darüber hinaus wird das oben genannte technische Problem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 18 gelöst.
  • Danach wird mit Hilfe einer elektronischen Stromversorungsvorrichtung, insbesondere einem Schaltnetzteil, eine durch eine Schutzeinrichtung gesicherte Last mit einer Niederspannung versorgt. Nach dem Verfahren wird die Eingangs- und/oder Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung überwacht, um einen Abfall der Eingangs- und/oder Ausgangsspannung unter einen Schwellwert zu erfassen. Wird ein Abfall der Ein- und/oder Ausgangsspannung unter den Schwellwert erfasst, wird ein Strom für eine vorbestimmte Zeit bereitgestellt wird, dessen Größe derart bemessen wird, dass die Schutzeinrichtung sicher ausgelöst werden kann. N ach Ablauf der vorbestimmten Zeit wird der Strom auf einen niedrigeren Wert begrenzt.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Energieversorgungssystem zur gesicherten Stromversorgung einer Niederspannungslast gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine zweistufige Strombegrenzungskennlinie für den in 1 dargestellten Stromregler,
  • 3 ein alternatives Energieversorgungssystem zur gesicherten Speisung einer Niederspannungslast,
  • 4 eine kapazitive Hilfsenergieversorgungseinrichtung, die in einem Energieversorgungssystem nach 3 zum Einsatz kommt, und
  • 5 eine induktive Hilfsenergieversorgungseinrichtung, die in einem Energieversorgungssystem nach 3 zum Einsatz kommt.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Energieversorgungssytem mit einer elektronischen Stromversorgungseinrichtung 10, an deren Ausgangsklemmen 20 und 21 eine Niederspannungslast, die symbolisch durch einen Widerstand 30 dargestellt ist, angeschaltet ist. Der Widerstand der Zuleitung zur Niederspannungslast 30 ist durch den Widerstand 40 berücksichtigt. Ferner ist in Reihe mit der Niederspannungslast 30 eine Schutzeinrichtung, im vorliegenden Beispiel ein elektromagnetischer Leitungsschutzschalter 50 geschaltet. Die elektronische Stromversorgungseinrichtung 10 stellt an den Ausgangsklemmen 20, 21 beispielsweise eine Gleichspannung ua von 24 V bereit. Obwohl in 1 nur eine Niederspannungslast 30 an die elektronische Stromversorgungseinrichtung 10 angeschlossen ist, können natürlich mehrere Lasten vorzugsweise parallel an die elektronische Stromversorgungseinrichtung 10 angeschlossen werden. Jeder Last kann dann ein eigener Leitungsschutzschalter zugeordnet sein.
  • Bei der elektronischen Stromversorgungseinrichtung 10 kann es sich um ein Schaltnetzteil handeln, welches über eine Netzspannung UN versorgt wird. In herkömmlicher Weise enthält die Stromversorgungseinrichtung 10 einen den Eingangsklemmen 70 und 71 zugeordneten Netztransformator 60, eine Gleichrichterschaltung 70 und einen Leistungsschalter 80. Ferner ist ein Stromregler 90 vorgesehen, der entsprechend der Erfindung modifiziert sein kann. Der Stromregler 90 dient in herkömmlicherweise dazu, bei Auftritt eines Fehlers, beispielsweise eines ausgangsseitigen Kurzschlusses, den Ausgangsstrom ia auf das 1,1- bis 1,5-Fache des Nennstroms der Stromversorgungseinrichtung 10 zu begrenzen. Dieser begrenzte Ausgangsstrom wird in Einklang mit der in 2 gezeigten Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie des modifizierten Stromreglers 90 mit ikmin bezeichnet.
  • Der Leitungsschutzschalter 50 dient dazu, die durch den Widerstand 40 dargestellte Zuleitung sowie die Niederspannungslast 30 vor thermischer Überlastung oder Kurzschlussströmen zu schützen. Ein Problem herkömmlicher elektronischer Stromversorgungseinrichtungen besteht darin, dass im Fehlerfall, zum Beispiel bei einem Kurzschluss, die Ausgangsspannung ua der Stromversorgungseinrichtung 10 zusammenbrechen kann, so dass der vom Stromregler 90 herkömmlicherweise gelieferte begrenzte Ausgangsstrom ikmin nicht ausreicht, den Leitungsschutzschalter 50 magnetisch auszulösen.
  • Ziel der Erfindung ist somit, eine herkömmliche Stromversorgungseinrichtung derart zu verändern, dass sie bei Auftritt eines Fehlers, insbesondere bei Auftritt eines ausgangsseitigen Kurzschlusses, kurzzeitig einen Ausgangsstrom liefern kann, der etwa das 5- bis 7-fache des Nennstroms beträgt. Dieser begrenzte Ausgangsstrom wird in Einklang mit der in 2 gezeigten Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie des modifizierten Stromreglers 90 mit ikmax bezeichnet. Weiterhin muss die Stromversorgungseinrichtung 10 derart ausgebildet sein, dass der überhöhte Ausgangsstrom ikmax nur solange fließen darf, dass die Zuleitung 40 und die Niederspannungslast 30 nicht beschädigt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird hierzu der Stromregler 90 modifiziert, und zwar derart, dass er eine zweistufige Kennlinie aufweist, die den in 2 gezeigten Verlauf hat. Die Stromversorgungseinrichtung 10 ist hierzu derart implementiert, dass sie bei Auftritt eines Fehlers, insbesondere eines Kurzschlusses, kurzfristig – etwa 5 bis 15 ms – die Ausgangsspannung auf der Betriebsspannung ua hält, um den Strom ikmax bereitstellen zu können. Dieser Ausgangsstrom ikmax ist erforderlich, um den Leitungsschutzschalter 50 sicher und schnell auslösen zu können. Die Zeit, während der der erhöhte Ausgangsstrom ikmax fließt, kann durch entsprechende RC-Glieder eingestellt werden. Je nach Dimensionierung des Leitungsschutzschalters 30, der Niederspannungslast und der Zuleitungen kann diese Zeit auch kürzer oder länger gewählt werden. Nach Ablauf dieser Zeitspanne tritt der Strombegrenzer 90 in seinen üblichen Schutzmechanismus ein und begrenzt den Ausgangsstrom ia auf den Ausgangsstrom ikmin, der, wie gesagt, etwa dem 1,1- bis 1,5-fachen des Nennstroms entspricht. Diese Funktionalität ist schematisch durch den Funktionsblock 95 in 1 dargestellt.
  • Vielfältige schaltungstechnische Modifikationen hinsichtlich der elektronische Stromversorgungseinrichtung 10 und insbesondere des Stromreglers 90 sind zur Verwirklichung der in 2 gezeigten Kennlinie denkbar. Die zweistufige Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie kann beispielsweise durch eine Erweiterung der analogen Regelstrecke eines herkömmlichen Stromreglers um zusätzliche Operationsverstärker für eine Begrenzung des Ausgangsstroms auf den Wert ikmax und durch die Integration weiterer Verzögerungsglieder erreicht werden, die dafür sorgen, dass die Begrenzung des Ausgangsstroms im Fehlerfall wieder auf den üblichen Wert ikmin reduziert werden. Da elektronnische Stromversorgungseinrichtungen heutzutage auch Mikroprozessor-gesteuert arbeiten, kann die in 2 dargestellte Strom-Spannungs- Ausgangskennlinie auch durch geeignete Software realisiert werden. Ein Mikroprozessor erzeugt hierbei in der Regel das Sollsignal für den maximalen Ausgangsstrom ikmax.
  • Durch den nur wenige Millisekunden andauernden Stromimpuls der Größe ikmax wird die Niederspannungslast 30 sowie die angeschlossenen Leitungen thermisch nicht überlastet. Auch die Bauteile der Stromversorgungseinrichtung 10, wie zum Beispiel der Schalter 80 und die Gleichrichterdioden der Gleichrichterschaltung 70 sind ebenfalls derart ausgewählt, dass eine kurzzeitige Stromerhöhung keine nennenswerte thermische Belastung der Bauteile und Verkabelungen nach sich zieht. Wird der Stromregler 90 periodisch angesteuert, so können durch die periodische Belastung der Bauteile durch den überhöhten Kurzschlussstrom ikmax jedoch die Bauteile überlastet werden. Durch einen Mikroprozessor, der nicht dargestellt ist, können beispielsweise die periodischen Trigger-Zeitpunkte für den Stromregler 90 entsprechend eingeschränkt oder gesteuert werden.
  • Ein Fehlerfall, zum Beispiel ein ausgangsseitiger Kurzschluss, wird im vorliegenden Beispiel mittels eines an den Ausgangsklemmen 20 und 21 angeschlossenen Detektors 100 festgestellt. Der Detektor 100 ist derart implementiert, dass er die Ausgangsspannung ua der Stromversorgungseinrichtung 10 überwachen und dem Stromregler 90 mitteilen kann, wenn die Ausgangsspannung ua unter einen vorbestimmten Schwellwert abgefallen ist. Vorzugsweise wird auch die an den Eingangsklemmen 70 und 71 anliegende Eingangsspannung uN der Stromversorgungseinrichtung 10 mittels eines Detektors 105 überwacht. Der Detektor 105 ist beispielsweise derart ausgebildet, dass er feststellen kann, wenn die Eingangsspannung uN unterhalb eines Schwellwertes sinkt. Sobald das Unterschreiten des Schwellwertes vom Detektor 105 erfasst wird, wird der Stromregler 90 aktiviert.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der in 1 dargestellten elektronischen Stromversorgungseinrichtung 10 in Verbindung mit 2 näher erläutert.
  • Angenommen sei, dass der Spannungsdetektor 105 am Eingang der Stromversorgungseinrichtung 10 einen Kurzschluss im Versorgungsnetz festgestellt hat, da die Eingangsspannung uN unterhalb des eingestellten Schwellwertes gesunken ist. Daraufhin aktiviert der Detektor 105 den Stromregler 90, der entsprechend seiner Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie den Ausgangsstrom ikmax bereitstellt. Der Ausgangsstrom ikmax wird etwa 5 bis 15 ms bereitgestellt und sorgt dafür, dass der elektromagnetische Leitungsschutzschalter 50 sicher ausgelöst wird, wodurch die Niederspannungslast 30 von der Stromversorgungseinrichtung 10 abgetrennt wird. Anschließend setzt die herkömmliche Regelung des Stromreglers 90 ein, die den Ausgangstrom auf den Wert ikmin begrenzt.
  • 3 zeigt ganz allgemein ein alternatives System zur Energieversorgung einer Niederspannungslast 30, wobei für Bauteile, die den in 1 gezeigten Komponenten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Danach ist eine herkömmliche elektronische Stromversorgungseinrichtung 110 wiederum eingangsseitig an eine Netzspannung uN angeschlossen. An den Ausgangsklemmen 20 und 21 der elektronischen Stromversorgungseinrichtung 110 sind in Reihe ein Leitungsschutzschalter 50 sowie eine Niederspannungslast 30 angeschlossen. Die Zuleitung zur Niederspannungslast ist symbolisch durch den Zuleitungswiderstand 40 dargestellt. Mit dem in 3 dargestellten alternativen System soll wiederum das Ziel erreicht werden, dass bei Auftritt eines elektrischen Störfalls, insbesondere eines Kurzschlusses, der Leitungsschutzschalter 50 schnell und sicher ausgelöst werden kann. Zunächst sei erwähnt, dass die an sich bekannte elektronische Stromversorgungseinrichtung 110, wie in 1 bereits gezeigt, einen Netztransformator, eine Gleichrichterschaltung, einen Leistungsschalter und als Strombegrenzer einen entsprechenden Stromregler aufweist. Ferner können Detektoren ähnlich der in 1 gezeigten Detektoren 100 und 105 in der elektronischen Stromversorgungseinrichtung vorgesehen sein, die elektrische Störfälle, beispielsweise Kurzschlüsse erfassen. Um bei Auftritt eines elektrischen Störfalls ein sicheres magnetisches Auslösen des Leitungsschutzschalters 50 gewährleisten zu können, ist parallel an die Ausgangsklemmen 20 und 21 der elektronischen Stromversorgungseinrichtung 110 eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 geschaltet. Schematisch dargestellt enthält die Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 eine Energiespeichereinrichtung 121, die einen oder mehrere Kondensatoren und/oder Induktivitäten aufweisen kann, eine Ladeeinrichtung 122 zum Laden der Energiespeichereinrichtung 121 und eine Schalteinrichtung 123, die beim Erfassen einer elektrischen Störung den Speicher 121 entlädt, um kurzzeitig einen so hohen Summenstrom is erzeugen zu können, dass der Leitungsschutzschalter 50 ausgelöst wird. Vorzugsweise beträgt der Summenstrom is das 5- bis 7-fache des Nennstroms der Stromversorgungseinrichtung 110.
  • 4 zeigt eine technische Realisierung der in 3 gezeigten Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120. Danach weist die Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 als Schalteinrichtung eine Diode 130 auf. Über einen Schalter 131 ist ein Kondensator 132 parallel zu den Eingangsklemmen geschaltet. Über einen weiteren Schalter 133 ist eine Spule 134 als Energiespeicher parallel zum Kondensator 132 geschaltet. Die Spule 134 kann mittels eines Schalter 135 über die Diode 130 entladen werden.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der in 3 gezeigten Anordnung in Verbindung mit der in 4 gezeigten Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 näher erläutert.
  • Im normalen Betrieb ist der Schalter 135 geschlossen. Der Schalter 131 wird im Wechselspiel mit dem Schalter 132 geschlossen und geöffnet, so dass zunächst der Kondensator 132 über die Ausgangsspannung ua der Stromversorgungseinrichtung 110 aufgeladen und anschließend durch Schließen des Schalters 133 in die Spule 134 entladen wird. Der geschlossene Schalter 135 sorgt dafür, dass der Spulenstrom lediglich in der Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 fließt. Ein zwischen die Eingangsklemmen der Hilfsenergieversorgungseinirchtzung 120 geschalteter Detektor 136 überwacht die Ausgangsspannung ua der Stromversorgungseinrichtung 110. Sobald der Detektor 136 feststellt, dass die Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung 110 unter einen Schwellwert gefallen ist, veranlasst der Detektor 136 das Öffnen des Schalters 135, so dass die Spule 134 entmagnetisiert werden kann, wodurch die gespeicherte Energie als Hilfsstrom ih zum Leitungsschutzschalter 30 abfließen kann. Unter Ansprechen auf den Spannungsabfall an den Ausgangsklemmen 20 und 21 begrenzt der Stromregler 90 der Stromversorgungseinrichtung 110 in an sich bekannter Weise den Ausgangsstrom ia auf das 1,1- bis 1,5-fache des Nennstroms. Dank der Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 wird jedoch für eine kurze Zeit ein Summenstrom is, der durch den begrenzten Ausgansgstrom ikmin und den Hilfsstrom ih der Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 gebildet wird, bereitgestellt. Der Summenstrom is reicht aus, den Leitungsschutzschalter 30 sicher auszulösen. Nach etwa 15 ms der Schalter 135 der Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 wieder geschlossen und die Spule 134 entsprechend aufgeladen. Im Bedarfsfall kann die Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 zyklisch zugeschaltet werden.
  • Die in 3 dargestellte Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 kann ferner durch einen kapazitiven Energiespeicher realisiert werden. 5 zeigt hierzu eine entsprechende Schaltungsanordnung. Danach ist ein Kondensator 140 über eine Diode 141 an die Ausgangsklemmen 20 und 21 der Stromversorgungseinrichtung 110 angeschlossen. Die Zuleitung zum Kondensator 140 wird symbolisch durch einen Zuleitungswiderstand 142 dargestellt. Eine Ladeeinrichtung 143 dient zum entsprechenden Aufladen des Kondensators 140. Um die zum sicheren Auslösen des Leitungsschutzschalters 50 erforderlichen Ströme bereitstellen zu können, werden Kondensatoren mit einer hohen Kapazität, beispielsweise mit einer Kapazität von etwa 350 F verwendet. Die Diode 141 wirkt als gesteuerter Schalter, der dafür sorgt, dass der Kondensator 140 entladen wird, sobald die Ausgangsspannung ua der Stromversorgungseinrichtung 110 kleiner wird als die im Kondensator 140 anliegende Spannung. Damit sorgt die Diode 141, deren Kathode mit der Ausgangsklemme 20 der Stromversorgungseinrichtung 110 und deren Anode mit dem Kondensator 140 verbunden ist dafür, dass beim Erfassen eines Kurzschlusses am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung 110 der Kondensator 140 automatisch zur Stromversorgungseinrichtung 110 zugeschaltet wird. Gleichzeitig verhindert die Diode 141, dass im Normalbetrieb der Kondensator 140 entladen wird. Wichtig ist darauf hinzuweisen, dass die beiden in den 4 und 5 dargestellten Schaltungsvarianten der in 3 gezeigten Hilfsenergieversorgungseinrichtung 120 derart ausgebildet sind, dass sie nach dem Erfassen einer elektrischen Störung kurzzeitig, das heißt etwa für 5 bis 15 ms der Stromversorgungseinrichtung 110 zugeschaltet werden, um einen Summenstrom is hervorzurufen, der etwa das 5- bis 7-fache des Nennstroms der Stromversorgungseinrichtung 110 beträgt, um im Störfall ein sicheres Auslösen des Leitungsschutzschalters 50 zu gewährleisten.

Claims (18)

  1. Elektronische Stromversorungsvorrichtung (10), insbesondere ein Schaltnetzteil, zur Energieversorgung einer Niederspannungslast (30), mit einem Übertrager (60), einer Einrichtung (100, 105) zum Erfassen eines elektrischen Störfalls, einer der Erfassungseinrichtung (100, 105) zugeordneten Einrichtung (90) zum Begrenzen des Ausgangsstroms der Vorrichtung auf einen ersten vorbestimmten Wert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (95) vorgesehen ist, die unter Ansprechen auf das Erfassen eines elektrischen Störfalls den Ausgangsstrom für eine vorbestimmte Zeit auf einen zweiten vorbestimmten Wert, der größer als der erste vorbestimmte Wert ist, einstellt, derart, dass ein sicheres Auslösen einer der Vorrichtung (10) zugeordneten Schutzeinrichtung (50) erfolgen kann, und dass die Begrenzungseinrichtung (90) zum Begrenzen des Ausgangsstroms auf den ersten vorbestimmten Wert nach Ablauf der vorbestimmten Zeit ausgebildet ist.
  2. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (50) in der Vorrichtung angeordnet oder extern an die Vorrichtung anschaltbar ist.
  3. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (50) ein elektromagnetisch auslösbarer Leitungsschutzschalter ist.
  4. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorbestimmte Stromwert etwa zwischen dem 1,1 bis 1,5-fachen des Nennstroms der Vorrichtung und der zweite Stromwert etwa zwischen dem 5 bis 10-fachen des Nennstroms liegt.
  5. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinstellungseinrichtung (95) den erhöhten Ausgangsstrom etwa für 5 bis 15 ms liefert.
  6. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung und die Stromeinstellungseinrichtung Bestandteil einer Stromregeleinrichtung (90) sind.
  7. Elektronische Stromversorungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung einen ersten Detektor (100) zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung unter einen Schwellwert und/oder einen zweiten Detektor (105) zum Erfassen eines Abfalls der Eingangsspannung unter einen Schwellwert aufweist.
  8. Vorrichtung zur Sicherung einer Niederspannungslast (30) gegen einen Überstrom, mit folgenden Merkmalen: – einer Hauptenergieversorgungseinrichtung (110), die einen Übertrager, eine Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Störfallsund eine der Erfassungseinrichtung zugeordnete Einrichtung zum Begrenzen des Ausgangsstroms unter Ansprechen auf einen erfassten elektrischen Störfall aufweist; – einer der Hauptenergieversorgungseinrichtung (110) zugeordneten, zuschaltbaren Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120), welche eine Einrichtung zum Erfassen (136; 141) eines elektrischen Störfalls und eine Einrichtung (134; 140) zum Bereitstellen eines vorbestimmten Stroms für eine einstellbare Zeit aufweist, und – einer mit der Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) elektrisch verbindbaren Schutzeinrichtung (50), wobei der von der Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) bereitgestellte Strom derart bemessen ist, dass beim Erfassen eines elektrischen Störfalls eine sichere Auslösung der Schutzeinrichtung (50) erfolgt.
  9. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) in der Hauptenergieversorgungseinrichtung (110) angeordnet oder extern an der Hauptenergieversorgungseinrichtung (110) angeschaltet ist.
  10. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombereitstellungseinrichtung der Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) wenigstens einen kapazitiven und/oder induktiven Energiespeicher (134; 140) enthält.
  11. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) eine Schalteinrichtung (135; 141) aufweist, die unter Ansprechen auf einen erfassten elektrischen Störfall die Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) automatisch zuschaltet.
  12. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergieversorgungseinrichtung (120) eine Einrichtung (132; 143) zum Aufladen des kapazitiven und/oder induktiven Energiespeichers aufweist.
  13. Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptenergieversorgungseinrichtung (110) ein Schaltnetzteil ist.
  14. Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung einen ersten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung unter einen Schwellwert und/oder einen zweiten Detektor zum Erfassen eines Abfalls der Eingangsspannung unter einen Schwellwert aufweist.
  15. Hilfsenergieversorgungseinrichtung zur Verwendung mit einer Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (136; 141) zum Erfassen eines Abfalls der Ausgangsspannung einer Hauptenergieversorgungseinrichtung unter einen Schwellwert und eine Einrichtung (134; 140), die unter Ansprechen auf einen erfassten Abfall der Ausgangsspannung einen vorbestimmten Strom für eine einstellbare Zeit liefert, so dass eine Schutzeinrichtung (50) sicher ausgelöst werden kann.
  16. Hilfsenergieversorgungseinrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch wenigstens einen kapazitiven und/oder induktiven Energiespeicher (134; 140).
  17. Hilfsenergieversorgungseinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (132; 143) zum Aufladen des kapazitiven und/oder induktiven Energiespeichers.
  18. Verfahren zur Energieversorgung einer durch eine Schutzeinrichtung (50) gesicherten Niederspannungslast (30) mit Hilfe einer elektronischen Stromversorungsvorrichtung (10; 110), insbesondere einem Schaltnetzteil, nach dem die Eingangs- und/oder Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung überwacht wird, um einen Abfall der Eingangs- und/oder Ausgangsspannung unter einen Schwellwert zu erfassen; dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen eines Abfalls der Ein- und/oder Ausgangsspannung unter den Schwellwert ein Strom für eine vorbestimmte Zeit bereitgestellt wird, dessen Größe derart bemessen wird, dass die Schutzeinrichtung (50) sicher ausgelöst wird; und dass nach Ablauf der vorbestimmten Zeit der Strom auf einen niedrigeren Wert begrenzt wird.
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