DE1065068B

DE1065068B - UEberlastungsschutz fuer elektrische Anlagen mit grosser UEberlastungsempfindlichkeit

Info

Publication number: DE1065068B
Application number: DES60098A
Authority: DE
Inventors: Ekehard Gradnitzer; Dipl-Ing Alfred Lackner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-09-30
Filing date: 1958-09-30
Publication date: 1959-09-10
Also published as: CH375427A; GB909006A; FR1244330A

Description

Bei Geräten mit einer so großen Gefährdungszeitkonstanten, daß die erforderliche kürzeste Auslösezeit noch groß gegen die Abschaltzeit der zugeordneten Abschaltvorrichtung ist und bei denen die Gefährdungsgröße, das ist die zu überwachende Größe, dem linearen Speicherintegral — dieser Begriff ist unten an Hand der Zeichnung erläutert — der Meßgröße entspricht, kann ein Überlastungsschutz mit einem linearen Zeitglied, bei dem die Speichergröße als Abschaltkriterium dient, gebildet werden. Als Zeitglieder kommen z. B. RC-Glieder mit konstantem Rund C-Wert in Frage. Solche Zeitglieder sind jedoch unbrauchbar, wenn die vorgenannten Voraussetzungen nicht erfüllt sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Xjberlastungsschutz für elektrische Anlagen mit großer Überlastungsempfindlichkeit, insbesondere für Halbleiter-Gleichrichteranlagen, mit einem Zeitglied, bei dem der Speicherwert der Meßgröße als Abschaltkriterium dient, für Auslösezeiten, die in der Größenordnung der Abschaltzeit der zugeordneten Abschaltvorrichtung liegen, und/oder für Anlagen, deren Gefährdungsgröße nicht dem linearen Speicherintregal der Meßgröße entspricht. Die Lösung, durch die der Verzicht auf die eingangs erwähnten Voraussetzungen erreicht wird, besteht darin, daß als Zeitglied ein nichtlineares Speicherglied vorgesehen ist. Das Zeitglied kann z. B. aus einem 7?C-Glied bestehen, dessen Ladewiderstand durch ein nichtlineares Netzwerk gebildet ist. Dieses kann z. B. aus konstanten (ohmschen) und spannungsabhängigen (nicht ohmschen) Widerständen oder aus mehreren in bezug auf den Ladekreis parallelen Ketten aus je einem ohmschen Widerstand und einer Diode, die über einen Spannungsteiler an Teilspannungen der Meßspannung angeschlossen sind, aufgebaut sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung hingewiesen; es zeigt

Fig. 1 eine Relaisanordnung mit einem linearen Zeitglied,

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele für Relaisanordnungen mit nichtlinearen Zeitgliedern, wie sie beim Überlastungsschutz gemäß der Erfindung verwendet sind,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Überlastungsschutzes gemäß der Erfindung, Fig. 5 und 6 Diagramme zum Beispiel der Fig. 4.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Widerstand, mit 2 ein Kondensator, mit 3 eine Schaltröhre und mit 4 ein Schaltrelais bezeichnet. Bei 5 ist die Zuführung der Meßgröße angedeutet. Der Widerstand 1 und der Kondensator 2 bilden ein i?C-Glied, durch das die Meßgröße gespeichert wird. Das Abschaltkriterium ist dadurch gegeben, daß durch die Aufladung des Kondensators 2 durch den Ladewiderstand 1 die Zündüberlastungsschutz
für elektrische Anlagen mit großer
üb erlastungs empfindlichkeit

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Ekehard Gradnitzer und Dipl.-Ing. Alfred Laclaier₁ Erlangen, sind als Erfinder genannt worden

spannung der Schaltröhre 3 erreicht wird. Die Spannung am Kondensator stellt das »lineare Speicherintegral« der Meßgröße dar. Eine solche Anordnung kann als Zeitrelais für einen Überlastungsschutz dienen, wenn die eingangs aufgeführten Voraussetzungen erfüllt sind, jedoch nicht, wenn die erforderliche kürzeste Auslösezeit in der Größenordnung der Abschaltzeit liegt und diese daher von der dem ursprünglichen linearen Speicherintegral entsprechenden Auslösezeit abgezogen werden muß oder wenn die Gefährdungsgröße nicht dem linearen Speicherintegral der Meßgröße entspricht. Dies ist z. B. der Fall, wenn die zu überwachende Größe vom Quadrat der Meßgröße, wie bei einer Leistungsüberwachung vom Stromquadrat, abhängig ist.

In Fig. 2 sind mit 11 und 12 konstante und mit 13 und 14 spannungsabhängige Widerstände angegeben. Mit 15 ist ein Kondensator und mit 16 eine Schaltröhre bezeichnet.

In Fig. 3 sind mit 21 bis 26 konstante Widerstände und mit 27 und 28 Dioden bezeichnet, bei 29 ist ein Kondensator und bei 30 eine Schaltröhre angegeben.

Die Zeitglieder der Fig. 2 und 3 sind im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 1 nichtlinear. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Nichtlinearität des Zeitgliedes durch die sich mit der Spannung ändernden Werte der Widerstände 13 und 14 gegeben. Bei der Anordnung nach Fig. 3 tritt die Änderung des Ladewiderstandes dann ein, wenn die Dioden 27 bzw. 28 leitend sind, und zwar dann, wenn die Spannung am Knotenpunkt der Widerstände 21, 22 und 25 bzw. 22,

909 627/327

Claims

23 und 26 größer ist als die Spannung, am Kondensator 29. Eine Anordnung nach Fig. 3 hat gegenüber einer Anordnung nach Fig. 2 den Vorteil, daß sie exakt reproduzierbar ist. In Fig. 4 ist der Eingang des Überlastungsschutzes durch die Buchsen bei 31 dargestellt. Mit 32 bis 35 sind Dioden und mit 41 bis 52 Widerstände bezeichnet. Bei 53 und 54 sind Meßbuchsen, bei 59 Buchsen zum Anschluß der Stromversorgung für den Anodenkreis, bei 55 eine Schaltröhre und bei 56 und 57 Kondensatoren angegeben. 58 ist ein Relais. In den Diagrammen der Fig. 5 und 6 ist jeweils in logarithmischem Maßstab auf der Abszisse der Überlastfaktor und auf der Ordinate die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Das Diagramm der Fig. 5 stellt die Überleitkurve eines Halbleiter-Gleichrichters dar, sie gibt in Abhängigkeit von dem Überlastfaktor die zulässige Überlastzeit an. Das Diagramm der Fig. 6 zeigt die sich aus der Überlastkurve gemäß Fig. 5 durch Abzug der Abschaltzeit der zugeordneten Abschaltvorrichtung ergebende erforderliche Auslösekurve des Überlastschutzes. Hierbei ist eine Abschaltzeit von 100 ms zugrunde gelegt, z. B. die Abschaltzeit eines Expansionsschalters. Aus dem Diagramm entnimmt man, daß bei einem Überlastfaktor von etwa 3 die Grenze des Wirkungsbereiches des zeitlich verzögerten Überlastschutzes liegt. Bei höherer Uberlast ist eine Schnellauslösung erforderlich. Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten Überlastschutzes ist die folgende: Zur Steuerung des Überlastschutzes dient der Spannungsabfall an den Widerständen 41 und 42. Zur Einstellung eines vorgegebenen Istwertes beim Sollwert der Meßgröße ist der Widerstand 42 variabel ausgeführt. Für die Überprüfung der Einstellung sind die Meßbuchsen 53 zum Anschluß eines hochohmigen Voltmeters vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß die Sollspannung IlOV sein soll. Über den Widerstand 48 wird der Kondensator 56 entsprechend dem jeweiligen Lastzustand aufgeladen. Die Spannung am Kondensator 56 wird über die Diode 35 und den Widerstand 51 dem Starter der Schaltröhre zugeführt. Im vorliegenden Beispiel betrage die Zündspannung 130 V. Erreicht die Kondensatorspannung diesen Wert, so wird der Auslösekreis durch das Relais geschlossen und durch dieses das Abschaltsignal gegeben. Dieser Schaltmechanismus ist ausreichend, solange die Abschaltzeit klein ist gegenüber der Auslösezeit. Wie man aus dem Diagramm der Fig. 6 entnimmt, ist dies bei Überlastungen bis zum etwa l,7fachen des Nennstromes der Fall, wenn man eine Abschaltzeit der zugeordneten Abschaltvorrichtung von 100 ms annimmt; dann ist nämlich die Auslösezeit etwa um eine Größenordnung größer als die Abschaltzeit. Die weitere Dimensionierung des Uberlastschutzes ist nun so gewählt, daß bei Überlastungen bis zum l,6fachen der Nennlast die Diode 32 gesperrt ist und erst beim Überschreiten dieses Wertes leitend wird. Dann erfolgt die Aufladung des Kondensators 56 außer über den Widerstand 48 auch über den Widerstand 49, und zwar so lange, bis der Kondensator 56 die gleiche Spannung wie der Knotenpunkt der Widerstände 45, 46 bis 49 erreicht hat. Die Dimensionierung ist weiter so gewählt, daß bei einer Überlast vom 2fachen der Nennlast die Diode 33 leitend wird und dann die Aufladung des Kondensators 56 zusätzlich noch über den Widerstand 50 erfolgt. Für den Fall, daß die Überlastung das 3 fache der Nennlast überschreitet, erfolgt über den durch die Widerstände 43 und 44 gebildeten Spannungsteiler und über die Diode die sofortige Zündung der Schaltröhre und damit die sofortige Abschaltung der zu schützenden Einrichtung. Über den Widerstand 52 wird der Kondensator 57 aufgeladen, im vorliegenden Beispiel auf 220 V. Er liefert die Anodenspannung für die Schaltröhre. Zur Überprüfung dieser Spannung sind die Meßbuchsen vorgesehen. Der Überlastschutz ist in einem Gehäuse angeordnet. Patentansprüche:

1. Überlastungsschutz für elektrische Anlagen mit großer Überlastungsempfindlichkeit, insbesondere für Halbleiter-Gleichrichteranlagen, mit einem Zeitglied, bei dem der Speicherwert der Meßgröße als Abschaltkriterium dient, für Auslösezeiten, die in der Größenordnung der Abschaltzeit der zugeordneten Abschaltvorrichtung liegen, und/oder für Anlagen, deren Gefährdungsgröße nicht dem linearen Speicherintegral der Meßgröße entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein nichtlineares Speicherglied vorgesehen ist.

2. Überlastungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein i?C-Glied vorgesehen ist, dessen Ladewiderstand aus einem nichtlinearen Netzwerk besteht.

3. Überlastungsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Ladewiderstand bildende nichtlineare Netzwerk aus konstanten (ohmschen) und spannungsabhängigen (nicht ohmschen) Widerständen aufgebaut ist (Fig. 2).

4. Überlastungsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Ladewiderstand bildende nichtlineare Netzwerk aus mehreren in bezug auf den Ladekreis parallelen Ketten aus einem ohmschen Widerstand und einer Diode, die über einen Spannungsteiler an Teilspannungen der Meßspannung angeschlossen sind, aufgebaut ist (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen