DE1513116B2 - Stromversorgungsschaltung mit einer Stromversorgungsbatterie für einen Überwachungsschaltkreis - Google Patents

Description

Es kommt häufig vor, daß eine elektrische Schaltung ständig mit Strom versorgt werden muß, auch falls die Netzstromversorgung ausfällt. In solchen Fällen kann eine Batterie als Notstromversorgung verwendet werden. Normalerweise wird der Schaltkreis vom Netz mit Strom versorgt und die Batterie aus derselben Quelle aufgeladen. Wenn jedoch das Netz ausfällt, z. B. auf Grund eines Leitungsausfalls, so übernimmt die Batterie die Stromversorgung. Am einfachsten ist es, die Batterie und den mit Strom zu versorgenden Schaltkreis parallel an das Netz anzuschließen, wobei eine Diode in Reihe zur Netzspannungsquelle geschaltet werden kann, um zu verhindern, daß sich die Batterie über das Netz entlädt, wenn dieses ausfällt. Eine solche Batterie muß genügende Kapazität haben, um die Schaltung so lange mit Strom zu versorgen, als die Netzstromversorgung ausgefallen ist oder bis eine andere Stromquelle zur Verfügung steht.

Aus der USA.-Patentschrift 3 116439 ist bereits eine Stromversorgungsschaltung für eine Schutzschaltung für ein Stromübertragungssystem mit einem Leitungsunterbrecher, der bei Auftreten von Überstrom in dem Stromübertragungssystem dieses wiederholt unterbricht und wieder schließt, bekannt. Die Stromversorgungsschaltung besteht aus einem an das Stromübertragungssystem angeschlossenen Stromwandler, einem Gleichrichter und einer Batterie und sorgt dafür, daß die Batterie ständig aus dem Stromversorgungssystem im aufgeladenen Zustand gehalten ist. Die Stromversorgungsschaltung ist ferner über einen normalerweise offenen Relaiskontakt mit der Wicklung eines Elektromagneten verbunden, der den Leitungsunterbrecher bei seiner Einschaltung auslöst. Der Relaiskontakt gehört zu einem Uberstromrelais, das den Stromfluß in dem Stromübertragungssystem überwacht und bei Überstrom den dazugehörigen Relaiskontakt schließt und damit den Leitungsunterbrecher auslöst. Diese Schutzschaltung entnimmt der Stromversorgungsschaltung nur Strom, wenn Überströme auftreten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche bekannte Stromversorgungsschaltung mit einer Stromversorgungsbatterie für einen Überwachungsschaltkreis zur Überwachung eines Stromübertragungssystems, das normalerweise den Überwachungsschaltkreis neben den Meßdaten auch mit Strom versorgt und die Batterie im aufgeladenen Zustand hält, welcher Überwachungsschaltkreis über einen Schalter an die Stromversorgungsschaltung angeschlossen ist.

Eine ganz besondere Lage ergibt sich jedoch im Falle von Schutzvorrichtungen für Stromübertragungssysteme, die ständig Strom verbrauchen. Dies gilt insbesondere für Uberwachungsschaltkreise, die ständig Strom und Spannung in dem Stromversorgungssystem überwachen.

Falls ein Fehler auftritt, der sofort dadurch beseitigt werden kann, daß der Übertragungskreis abgeschaltet wird, so muß der Ubertragungskreis stillgelegt werden, bis der Fehler durch einen Monteur beseitigt ist. Während dieser Zeit kann die routinemäßige Überwachung des Übertragungskreises unterbleiben. Wenn der Übertragungskreis jedoch wieder hergestellt wird, so muß der Überwachungsschaltkreis sofort wieder einsatzfähig sein. Die verwendete Batterie muß daher eine solche Kapazität haben, daß auch nach längeren betriebslosen Perioden dies möglich ist. Dies erfordert eine außerordentlich große Batteriekapazität.

Die vorliegende Erfindung geht von der Überlegung aus, daß der Uberwachungsschaltkreis nur funktionieren muß, einerseits während solcher Zeitabschnitte, während denen das Übertragungssystem funktioniert und die Stromversorgung des Uberwachungsschaltkreises vom Stromübertragungssystem her erfolgt und andererseits während kurzer Zeitabschnitte nach Feststellung eines Fehlers, während denen der Uberwachungsschaltkreis die Art und die Lage des Fehlers auf Grund der Fehlerspannungen und Fehlerströme ermittelt. Wenn das Übertragungssystem abgeschaltet ist, um repariert zu werden, braucht der Uberwachungsschaltkreis nicht mit Strom versorgt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Kapazität einer für einen Uberwachungsschaltkreis benötigten Batterie dadurch herabzusetzen, daß sie nur während der Zeitabschnitte zur Stromversorgung des Überwachungsschaltkreises eingesetzt wird, während der die Funktion des Überwachungsschaltkreises erforderlich ist und die Netzstromversorgung ausgefallen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei der vorgenannten Stromversorgungsschaltung mit einer Stromversorgungsbatterie für einen Uberwachungsschaltkreis zur Überwachung eines Stromübertragungssystems vor, daß der Schalter geöffnet ist,

wenn sowohl die Spannung als auch der Strom in dem Stromübertragungssystem zu Null werden.

Wenn in dem Übertragungssystem sowohl die Spannung als auch der Strom zu Null werden, kann der Überwachungsschaltkreis nichts Nützliches im Zusammenhang mit dem Fehler feststellen und wird daher abgeschaltet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Schaltung eines Strom-Versorgungsgerätes für ein elektrisches Distanz-Schutzrelais; die Beschreibung erfolgt an Hand der Zeichnung; diese zeigt ein Schaltschema der wesentlichen Schaltverbindungen der Netzgeräteschaltung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Schaltung einen Eingangstransformator 10 auf, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Widerstand 11 an Eingatigsklemmen 12 liegt; die Sekundärwicklung ist mit einem Vollweggleichrichter 13 verbunden. Der Gleichstromausgang der Gleichrichterschaltung ist mit den Punkten ^4 und C verbunden. Zwischen den Punkten A und C liegen ein Widerstand 14 und ein Kondensator 15.

Ferner ist ein weiterer Eingangstransformator 16 vorgesehen, dessen Primärwicklung an Eingangsklemmen 17 liegt und dessen Sekundärwicklung mit einem Vollweggleichrichter 18 verbunden ist. Wechselstromseitig ist der Vollweggleichrichter 18 mit einem nicht-linearen Widerstand 19 zur Spannungsbegrenzung verbunden. Über dem Gleichstromausgang des Vollweggleichrichters 18 liegt ein Kondensator 20.

Die positive Klemme des Gleichstromausgangs des Vollweggleichrichters 13 ist mit einem in der Leitung AB liegenden Potentiometer 21 verbunden; eine Anzapfung dieses Potentiometers ist in Reihe mit einer Zener-Diode 22 mit der positiven Klemme des Gleichstromausgangs des Vollweggleichrichters 18 verbunden. Zwischen der positiven Klemme des Vollweggleichrichters 18 und einem zwischen dem Potentiometer 21 und dem Punkte liegenden Punkt liegt ein Kondensator 23. Die negativen Klemmen der Gleichstromausgänge der Vollweggleichrichter 13 und 18 sind mit der Leitung CD verbunden. Zwischen dem Knotenpunkt zwischen der positiven Klemme des Vollweggleichrichters 18 und dem Kondensator 23 einerseits und der Leitung CD andererseits liegt ein Widerstand 24.

Mit dem dem Punkte abgewandten Ende des Potentiometers 21 ist eine Diode 25 verbunden, welche für Ströme in Richtung vom Potentiometer 21 zu dem Widerstand 26 durchlässig ist, welcher mit den Kollektoren zweier Transistoren 27 bzw. 28 verbunden ist. Die Basis des Transistors 27 ist über einen Widerstand 29 mit der positiven Klemme des Vollweggleichrichters 18 verbunden. Der Emitter des Transistors 28 ist mit der Leitung CD, seine Basis mit dem Emitter des Transistors 27 verbunden. Eine Batterie 30 ist mit ihrer positiven Klemme mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 25 und dem Widerstand 26 und mit ihrer negativen Klemme mit der Leitung CD verbunden.

Im Zuge der Leitung AB und mit dem Ende des Potentiometers 21 verbunden ist weiter eine Diode 31 vorgesehen, welche einen Strom in Richtung von dem Potentiometer 21 weg zu einem Widerstand 32 fließen läßt, welcher mit den Kollektoren zweier Transistoren 33 und 34 verbunden ist. Die Basis des Transistors 33 liegt über einen Widerstand 35 an der positiven Klemme des Vollweggleichrichters 18. Der Emitter des Transistors 34 ist mit der Leitung CD und seine Basis mit dem Emitter des Transistors 33 verbunden. Eine Batterie 36 ist mit ihrer positiven Klemme mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 31 und dem Widerstand 32 und mit ihrer negativen Klemme mit der Leitung CD verbunden. Zur Begrenzung der zwischen den Dioden 25 und 31 auftretenden Spannung ist eine Zener-Diode 37 mit der Leitung CD verbunden.

Des weiteren ist eine Sicherheitsschaltung vorgesehen; diese weist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39 zwischen einem hinter der Diode 31 (von dem Punkt A aus gesehen) liegenden Punkt der Leitung AB und dem Kollektor des Transistors 34 auf. Die Basis eines Transistors 40 ist über einen Widerstand 41 mit einer Diode 42 verbunden; die ihrerseits mit dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 38 und dem Kondensator 39 so verbunden ist, daß sie für einen Stromfluß in Richtung vom Transistor 40 durchlässig ist. Mit dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 41 und der Diode 42 ist eine Diode 43 verbunden, welche Strom zu einem Kondensator 44 fließen läßt, der mit der Leitung AB sowie mit einem Widerstand 45 verbunden ist, der seinerseits mit einer ersten Ausgangsklemme 46 verbunden ist. Zwischen dem Punkts und der Basis des Transistors 40 liegt ein ,Stabilisierungswiderstand 47. Zwischen dem Kollektor des Transistors 34 und dem Emitter des Transistors 40 liegt ein Widerstand 48. Zwischen dem Punkt B der Leitung AB und dem Emitter des Transistors 40 liegt eine Zener-Diode 49. Der Kollektor des Transistors 40 ist über eine Diode 51 mit einer zweiten Ausgangsklemme 50 verbunden, wobei die Diode 51 so geschalter ist, daß sie für Ströme in Richtung auf die Klemme 50 durchlässig ist.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung erläutert. Den Eingangsklemmen 12 wird ein Spannungssignal zugeführt, das proportional der Spannung auf der durch das Relais abgeschützten Netz- bzw. Starkstromleitung ist; den Eingangsklemmen 17 wird ein dem Stromfluß in der Netz- bzw. Starkstromleitung proportionales Stromsignal zugeführt.

Die Meßschaltungen und Überwachungsschaltungen des Relais sind im einzelnen in der Figur nicht dargestellt. Die Stromversorgungskreise dieses Relais sind jedoch als Kollektorlast der Transistoren 28 und 34 geschaltet und die Ersatzwiderstände dieser Schaltungen in Form der Widerstände 26 bzw. 32 dargestellt. Die Transistoren 27 und 28 einerseits und die Transistoren 33 und 34 andererseits dienen als Schalter, welche die Zufuhr elektrischer Energie an die Meß- und Überwachungsschaltungen steuern. Die Wirkungsweise der beiden Transistorschalter ist weitgehend gleich, so daß im folgenden nur die Wirkung der Transistoren 27 und 28 beschrieben wird.

Sobald den Klemmen 17 ein Stromsignal zugeführt wird, fließt in dem Widerstand 24 ein Strom, welcher das Potential der Basis des Transistors 27 so weit ansteigen läßt, daß dieser Transistor, falls dieses Stromsignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, aus seinem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand gelangt. In diesem Fall wird das Basispotential des Transistors 28 auf diese Weise erhöht und der Transistor 28 vom nichtleitenden Zu-

stand in den leitenden Zustand gebracht, derart, daß Strom durch den Widerstand 26 fließen kann, und zwar infolge der Spannung der Batterie 30 oder infolge des an dem Widerstand 24 auftretenden Spannungsabfalls zuzüglich der Schwellspannung an den Dioden 22 und 25, je nachdem, welches dieser Potentiale größer ist. Ist das an dem Widerstand 24 auftretende Potential größer als das der Batterie, so fließt ein Ladestrom in die Batterie, wodurch diese aufgeladen wird.

Wird den Anschlußklemmen 12 ein Spannungssignal zugeführt, ohne daß ein Stromsignal vorliegt, so ist die Wirkungsweise der Schaltung ähnlich wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Zener-Diode 22 einen Stromfluß in dem Widerstand 24 verhindert, bis das Spannungssignal größer ist als ein vorgegebener durch die Zener-Durchbruchspannung definierter Zwischenwert. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Zener-Diode 22 normalerweise einen Stromfluß verhindert, bis das Span- so nungssignal eine Spannung auf der Netz- bzw. Starkstromleitung in Höhe von 80% ihrer Normalspannung wiedergibt. Auf diese Weise gewährleistet die Zener-Diode 22, daß die Transistoren 27 und 28 nicht in den leitenden Zustand geschaltet werden, sofern das Spannungssignal nicht genügend groß ist, um die Batterie zu laden.

Es ist häufig von Vorteil, für jede der Relaisschaltungen, wie beispielsweise die Relaisschaltungen 26 und 32, eine Batterieversorgung zu haben, derart, daß die Relais-Meßschaltkreise 26 unabhängig von den Überwachungs-Schaltkreisen 32 mit Strom versorgt werden können. Andernfalls kann in dem Moment, wo eine Überwachungs-Funktion ausgelöst werden muß, ein gewisser Meßfehler auftreten.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Sicherheitsschaltung beschrieben, welche die Arbeitszeit des Relais verringert, wenn die zur Erzeugung aus einer Netzstromquelle angeschlossene Netz- bzw. Starkstromleitung einen elektrischen Störzustand im oder nahe dem Relaispunkt aufweist. Immer wenn die Netzstromversorgung erregt ist, fließt anfänglich ein Ladestrom durch den Widerstand 38, welcher den Kondensator 39 auflädt; hierdurch kann in dem Transistor 40 ein Basisstrom fließen, welcher den Transistor 40 im leitenden Zustand hält. Die Ausgangsklemme 50 ist über (nicht dargestellte) Relaiskontakte mit der Leitung CD verbunden; während Störzuständen sind diese Relaiskontakte geschlossen, derart, daß dann ein Strom aus der Leitung AB über den Transistor 40 und die Relaiskontakte in die Leitung CD fließt. Dieser Strom dient zur Erregung einer Ausgangsstufe, die wiederum einen Trennschalter ohne Verzögerung erregt, wodurch die gestörte Netz- bzw. Starkstromleitung von der Netzstromquelle abgetrennt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Haltestrom aus der Leitung AB über den Transistor 40, den Widerstand 41, die Diode 43 und den Widerstand 45 zu der Ausgangsklemme 46 fließt. Und zwar fließt dieser Haltestrom, sobald der Kondensator 44 aufgeladen ist und hält die Ausgangsstufe in erregtem Zustand. Die Verzögerung bei der Aufladung des Kondensators 44 verhindert, daß der Haltestrom durch störende Nebensignale ausgelöst wird. Im störungsfreien Zustand des Systems sind die genannten Relaiskontakte geöffnet, derart daß kein Erregungsstrom in der Ausgangsstufe fließt. Die Batterien dienen als Stromversorgung für die Relaisschaltungen unter bestimmten Umständen, wenn nämlich die erwähnte Gleichspannung unter das Potential der Batterie, jedoch nicht unterhalb einen vorgegebenen Zwischen- oder niedrigen Wert absinkt. Das gilt insbesondere während solcher Zeitperioden, in denen die Relaisschaltungen bestimmte Relaisbetätigungen auszulösen beginnen, wofür Energieimpulse erforderlich sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 OLD JL 1 O Patentansprüche:

1. Stromversorgungsschaltung mit einer Stromversorgungsbatterie für einen Uberwachungs-Schaltkreis zur Überwachung eines Stromübertragungssystems, das normalerweise den Uberwachungsschaltkreis neben den Meßdaten auch mit Strom versorgt und die Batterie im aufgeladenen Zustand hält, welcher Uberwachungsschaltkreis über einen Schalter an die Stromversorgungsschaltung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Transistoren 27, 28; 33, 34) geöffnet ist, wenn sowohl die Spannung (Klemme 12) als auch der Strom (Klemme 17) in dem Stromübertragungssystem zu Null werden.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter aus Transistoren (27, 28 bzw. 33, 34) besteht.

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Transistoren 27, 28 bzw. 33, 34) über ein passives Netzwerk mit Zener-Diode (22) und Widerstand (24) derart steuerbar ist, daß er offen ist, wenn die Spannung und der Strom unter vorherbestimmte Mindestwerte fallen.

4. Stromversorgungsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Batterien (30, 36) parallel geschaltet sind, denen entsprechende Überwachungsschaltkreise (Elemente 26 bis 32 und 38 bis 50) und Schalter (Transistoren 27, 28 bzw. 33, 34) zugeordnet sind, und daß alle Schalter durch ein gemeinsames Steuersignal steuerbar sind.