DE19802188C2

DE19802188C2 - Voltage converter for measurement functions in low-voltage circuit breakers

Info

Publication number: DE19802188C2
Application number: DE1998102188
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Roehl; Ulrich Baumgaertl; Holger Hochgraef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE19802188A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für Meßfunktionen in Leistungsschaltern und ist anwendbar insbesondere integriert in einem Niederspannungs- Leistungsschalter zur Messung der Spannung am Ort des Leistungsschalters, um beispielsweise eine Leistungsmessung vornehmen oder die Netzspannung anzeigen zu können.The invention relates to a voltage converter for Measuring functions in circuit breakers and is applicable especially integrated in a low voltage Circuit breaker for measuring the voltage at the location of the Circuit breaker, for example a power measurement or to be able to display the mains voltage.

Herkömmliche Spannungswandler werden außerhalb der Leistungsschalter angeordnet. Nachteilig dabei ist, daß die Spannungswandler vom Betreiber montiert und verdrahtet werden müssen.Conventional voltage transformers are used outside of Circuit breaker arranged. The disadvantage here is that the Voltage transformers must be installed and wired by the operator have to.

Mit der DE 195 07 934 A1 wurde ein Spannungswandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit zur Verwendung in einem Niederspannungs-Leistungsschalter bekannt, bei welchem einem Widerstandsteiler aus ohmschen Widerständen ein Operations verstärker nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die Primärwicklung eines induktiven Übertragers angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung die Unterspannungsseite des Spannungswandlers bildet. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Betreiber den Spannungswandler definitiv an der Einspeiseseite anschließen muß, da die Einspeiserichtung bei herkömmlichen Niederspannungsschaltern nicht festliegt.DE 195 07 934 A1 describes a voltage converter increased dielectric strength for use in one Low voltage circuit breaker known in which one Resistor divider made from ohmic resistors an operations is connected downstream, at the output of which Primary winding of an inductive transformer is connected and its secondary winding the undervoltage side of the Voltage converter forms. The disadvantage of this solution is that the operator definitely connected the voltage converter to the Must connect the infeed side, since the infeed direction at conventional low voltage switches is not fixed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler zur Realisierung von Meßfunktionen in Leistungsschaltern zu schaffen, welcher eine Spannungsmessung unabhängig von der Richtung der Einspeisung bei vergleichs weise geringem Schaltungsaufwand ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum effektiven Betreiben von in Leistungsschaltern integrierten Spannungswandlern anzugeben.The invention is therefore based on the object Voltage converter for implementing measurement functions in To create circuit breakers, which is a voltage measurement regardless of the direction of the infeed at comp wise low circuitry enables. It is still Object of the invention, a method for effective operation of voltage transformers integrated in circuit breakers specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 6 im Zusammen wirken mit den Merkmalen im jeweiligen Oberbegriff. Zweck mäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of claims 1 and 6 together work with the characteristics in the respective generic term. purpose moderate embodiments of the invention are in the Unteran sayings included.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß unabhängig von der Einspeiseseite bei ausgeschaltetem Leistungsschalter die anliegende Spannung gemessen werden kann, indem beidseitig der Schaltkontakte des Leistungsschalters je eine Teilspannung abgegriffen wird, diese Teilspannungen verglichen werden und das höhere Spannungspotential weiterverarbeitet wird, wobei für mindestens eine Phase des Netzes voneinander getrennt durch den Schaltkontakt ein erster Spannungsteiler und ein zweiter Spannungsteiler angeordnet ist, deren Ausgänge über einen Umschalter mit einem Potentialtrennungsbauelement verbunden sind und der Umschalter durch einen Komparator, welcher mit den Ausgängen der Spannungsteiler verbunden ist, gesteuert wird derart, daß der das höhere Spannungspotential besitzende Ausgang auf das gemeinsame Potentialtrennungsbauelement geschaltet wird.A particular advantage of the invention is that regardless of the infeed side when switched off Circuit breaker the applied voltage can be measured can by switching contacts on both sides of the Circuit breaker a partial voltage is tapped, these partial voltages are compared and the higher Voltage potential is further processed, whereby for at least one phase of the network separated by the switch contact a first voltage divider and a second Voltage divider is arranged, the outputs of which Switch connected to a potential isolation device are and the switch by a comparator, which with the outputs of the voltage divider is controlled becomes such that the one with the higher voltage potential Exit to the common electrical isolation device is switched.

An sich ist eine Treiberschaltung für einen Halbleiter- Leistungsschalter bekannt, die einen Kurzschlussstrom- Detektor aufweist. Dabei wird einem Komparator des Kurzschlussstrom-Detektors die Spannung am Kollektor des Halbleiter-Leistungsschalters zur Feststellung eines möglichen Kurzschlusses zugeführt. Im Falle eines Kurzschlusses gibt der Komparator ein Signal zur Absenkung der Spannung am Gitter des Halbleiter-Leistungsschalters aus. Ein Vergleich von zwei Spannungspotentialen an den Ausgängen von zwei Spannungsleitern und die Steuerung eines Umschalters mittels des Komparators ist hierbei nicht vorgesehen (EP 0 748 045 A2).In itself, a driver circuit for a semiconductor Circuit breakers known that a short-circuit current Has detector. A comparator of the Short-circuit current detector the voltage at the collector of the Semiconductor circuit breaker to determine a possible short circuit. in case of a Short circuit gives the comparator a signal to lower the voltage at the grid of the semiconductor circuit breaker. A comparison of two voltage potentials at the outputs of two voltage conductors and the control of a switch by means of the comparator is not provided here (EP 0 748 045 A2).

Der erfindungsgemäße Spannungswandler wird durch eine einfache elektronische Schaltung automatisch wahlweise mit der Einspeiseseite verbunden. An beide Anschlußseiten des Leistungsschalters wird ein Spannungsteiler angeschlossen (zwei Spannungsteiler je Phase). Die Ausgänge der Spannungsteiler werden über einen Umschalter mit dem Potentialtrennungsbauelement, beispielsweise einem Transformator mit vorgeschaltetem Verstärker, verbunden. Der als Halbleiterschalter ausgebildete Umschalter wird durch einen Komparator gesteuert, der die Einspeiseseite durch den Spannungsvergleich der beiden Spannungsteiler ausgänge feststellt. Der Spannungsteilerausgang, der das höhere Spannungspotential besitzt, wird damit über den Halbleiterschalter auf den Eingang des Potentialtrennungs bauelementes geschaltet.The voltage converter according to the invention is a simple electronic circuit automatically with either connected to the feed side. On both connection sides of the Circuit breaker a voltage divider is connected (two voltage dividers per phase). The outputs of the Voltage dividers are connected to the Potential isolation device, for example one Transformer with an upstream amplifier connected. The Switch designed as a semiconductor switch is by controlled a comparator, the feed side by comparing the voltage of the two voltage dividers outputs. The voltage divider output that the has higher voltage potential, is thus over the Semiconductor switch on the input of the electrical isolation component switched.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown at least in part in FIG. 1.

Fig. 1 zeigt die einpolige Darstellung der Schaltungs anordnung, welche automatisch den Spannungswandler mit der Einspeiseseite des Leistungsschalters verbindet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leistungsschalter ausgeschaltet, daß heißt, die hier dargestellte Phase des Netzes L ist durch den geöffneten Schaltkontakt SK unterbrochen. Beidseitig des Schaltkontaktes SK ist je ein Spannungsteiler ST1 und ST2 angeordnet, wobei der Spannungs teiler ST1 aus der Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2 und der Spannungsteiler ST2 aus der Reihenschaltung der Widerstände R3 und R4 gebildet wird. Am Ausgang A1 des Spannungsteilers ST1 sowie am Ausgang A2 des Spannungsteilers ST2 wird die jeweils dort anliegende Spannung abgegriffen und einerseits den Eingängen KE1 und KE2 des Komparators K, andererseits den Eingängen SE1 und SE2 des Umschalters S1 zugeführt. Der Umschalter S1, im vorliegenden Ausführungs beispiel ein Halbleiterschalter, ist mit seinem Steuereingang SE3 mit dem Ausgang des Komparators K verbunden. Der Komparator K vergleicht die an den Ausgängen A1 und A2 anliegenden Spannungen und schaltet den Ausgang SA1 oder SA2, je nachdem welcher das höhere Spannungspotential besitzt, über den Halbleiterschalter S1 auf das Potentialtrennungs bauelement PT. Das Potentialtrennungsbauelement PT besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Operationsver stärker V mit nachgeschaltetem Trenntransformator T. Fig. 1 shows the single-pole representation of the circuit arrangement, which automatically connects the voltage converter to the feed side of the circuit breaker. In the present embodiment, the circuit breaker is switched off, that is, the phase of the network L shown here is interrupted by the open switch contact SK. A voltage divider ST1 and ST2 is arranged on each side of the switching contact SK, the voltage divider ST1 being formed from the series connection of the resistors R1 and R2 and the voltage divider ST2 being formed from the series connection of the resistors R3 and R4. The voltage present there is tapped at the output A1 of the voltage divider ST1 and at the output A2 of the voltage divider ST2 and is supplied on the one hand to the inputs KE1 and KE2 of the comparator K and on the other hand to the inputs SE1 and SE2 of the changeover switch S1. The changeover switch S1, for example a semiconductor switch in the present embodiment, is connected with its control input SE3 to the output of the comparator K. The comparator K compares the voltages present at the outputs A1 and A2 and switches the output SA1 or SA2, whichever has the higher voltage potential, via the semiconductor switch S1 to the potential isolation component PT. The potential isolation component PT in the present exemplary embodiment consists of an operational amplifier V with a downstream isolating transformer T.

In der Fig. 1 ist lediglich eine Phase des Netzes dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, an jeder Phase des Netzes eine derartige Schaltungsanordnung zu betreiben.Only one phase of the network is shown in FIG. 1. Of course, it is possible to operate such a circuit arrangement at every phase of the network.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Viel mehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to that shown here Embodiment. It is much more possible to go through Combination and modification of the mentioned means and Features to realize other design variants without to leave the scope of the invention.

Claims

1.Voltage converter for measuring functions in circuit breakers with switch contacts, with a first voltage divider formed from resistors and a potential separation component consisting of amplifier and isolating transformer, characterized in that for at least one phase of the network (L) separated from one another by the switch contact (SK) in addition to the a first voltage divider (ST1), a second voltage divider (ST2) is arranged and the outputs (A1) and (A2) of the voltage dividers (ST1) and (ST2) are connected to the potential separation component (PT) via a changeover switch (S1), and the changeover switch (S1) is controlled by a comparator (K), which is also connected to the outputs (A1) and (A2) of the voltage dividers (ST1) and (ST2), in such a way that the output (A1, A2) which has the higher voltage potential is connected to the potential isolation device (PT).

2. Voltage converter according to claim 1, characterized in that the output (A1) of the first voltage divider (ST1) with the first input (KE1) of the comparator (K) and the first Input (SE1) of the switch (S1) and the output (A2) of the second voltage divider (ST2) with the second input (KE2) of the comparator (K) and the second input (SE2) of the Switch (S1) is connected.

3. Voltage converter according to claim 1, characterized in that the changeover switch (S1) is a semiconductor switch.

4. Voltage converter according to claim 1, characterized in that the potential separation component (PT) from an amplifier (V) and an isolating transformer (T).

5. Voltage converter according to claim 4, characterized in that the amplifier (V) is an operational amplifier.

6. A method for operating voltage transformers integrated in circuit breakers, characterized in that
A partial voltage is tapped on both sides of the switch contacts of the circuit breaker,
these partial voltages are compared and
the partial voltage with the higher voltage potential is processed further.

7. The method according to claim 6, characterized in that for further processing the higher voltage potential common isolation device is supplied.