DE19819149A1 - Leistungsschalter mit einer Stromversorgung für einen elektronischen Überstromauslöser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Leistungsschalter mit einer digitalen, A/D-Wandler enthaltenden elektronischen Auslöseschaltung und ist anwendbar für alle Leistungsschalter mit elektronischer Überstromauslösung. DOLLAR A Es soll für einen Leistungsschalter mit einer digitalen, A/D-Wandler enthaltenden elektronischen Auslöseschaltung, deren Stromversorgung mittels eines Stromrichters (2) durch einen mindestens an einer Phase des zu überwachenden Stroms betriebenen Stromwandlers (1) erfolgt, eine Lösung angegeben werden, mit der sowohl eine genügend hohe Störimmunität als auch eine gute Wandleranpassung und eine möglichst geringe Stromaufnahme ständig gewährleistet wird. DOLLAR A Dem Stromrichter (2) sind ein Regler (5), der die Betriebsspannung (U¶B¶) der elektronischen Auslöseschaltung oberhalb eines unteren Grenzwerts der von dem Stromrichter (2) gelieferten Spannung einschaltet und auf einen Wert unterhalb eines oberen Grenzwerts begrenzt, und eine Spannungsbegrenzungsschaltung, die eine dem unteren Grenzwert entsprechende Referenzspannung (U¶ref¶) für den oder die A/D-Wandler darstellt, nachgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit elektronischer Überstromauslösung mit einer digitalen, A/D-Wandler enthaltenden elektronischen Auslöseschaltung, deren Stromversorgung mittels eines Stromrichters durch einen mindestens an einer Phase des zu überwachenden Stroms betriebenen Stromwandlers erfolgt sowie ein Verfahren zum Betrieb von Leistungsschaltern mit elektronischer Überstromauslösung.

Leistungsschalter mit elektronischen Auslöseschaltungen sind moderne Netzschutzelemente, die weit komplexere Aufgaben lösen können als herkömmliche Leistungsschalter. Sie sind zu diesem Zweck mit spezifischen, digital arbeitenden Elektronikbausteinen, einem Mikroprozessor, A/D-Wandlern und ggf. digitalen Anzeigeelementen ausgerüstet. Zum Betrieb dieser Bausteine wird eine Stromversorgung benötigt, die üblicherweise mit einem Spannungswert von 5 V betrieben wird. Die US-PS 4 751 606 zeigt beispielsweise das Arbeitsprinzip eines solchen Leistungsschalters.

Die Energie für die Stromversorgung wird dem überwachten elektrischen System entnommen und in einer 5-V-Batterie gepuffert, wobei auf die Pufferung ggf. auch verzichtet werden kann.

Die Wahl der Betriebsspannung erfolgt dabei unter dem Gesichtspunkt einer genügenden Störimmunität. Die Stör­ immunität ist um so höher, um so höher die Betriebsspannung der elektronischen Schaltung ist und wird bei 5 V als genügend hoch gegen äußere Störungen betrachtet.

Die Wahl einer hinsichtlich der Störimmunität genügend hohen Betriebsspannung stellt einen Kompromiß dar, da hinsichtlich anderer Bedingungen, nämlich der Stromaufnahme und der Wandleranpassung, eher eine geringere Betriebsspannung er­ wünscht wäre. Insbesondere bei Verwendung von CMOS-Bausteinen besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Betriebsspannung und Stromaufnahme, da die Stromaufnahme in erster Linie von Kapazitätsumladungen bestimmt wird. Auch die Fehlanpassung ist um so geringer, je kleiner die Gegenspannung, d. h. die hier die Betriebsspannung der Auslöseschaltung ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, mit der sowohl eine genügend hohe Störimmunität als auch eine gute Wandleranpassung und eine möglichst geringe Stromaufnahme ständig gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Stromrichter ein Regler, der die Betriebsspannung der elektronischen Auslöseschaltung oberhalb eines unteren Grenzwerts der von dem Stromrichter gelieferten Spannung einschaltet und auf einen Wert unterhalb eines oberen Grenzwerts begrenzt, und eine Spannungsbegrenzungsschaltung, die eine dem unteren Grenzwert entsprechende Referenzspannung für den oder die A/D-Wandler darstellt, nachgeschaltet sind.

Die Betriebsspannung wird dabei in Abhängigkeit von dem bzw. den Stromwandlern geregelt. Überschreitet die Betriebs­ spannung einen vorgegebenen unteren Grenzwert, z. B. 3 V, so wird der Betrieb der elektronischen Auslöseschaltung frei­ gegeben. Mit steigendem Strom und damit steigendem Energie­ angebot des oder der Wandler steigt die Betriebsspannung auf einen maximalen Grenzwert, z. B. auf 5 V. Die Referenz­ spannung für die A/D-Wandler bleibt jedoch auf dem unteren Grenzwert, so daß keine Umrechnung der Analogwerte in Bezug zur Betriebsspannung der Auslöseschaltung erfolgen muß.

Die Auslöseschaltung wird somit bei niedrigem Primärstrom auch mit niedriger Betriebsspannung betrieben. Dem kommt die Tatsache entgegen, daß bei kleinen Strömen, bei denen eine gute Wandleranpassung und eine geringe Stromaufnahme der Auslöseschaltung gefordert wird, auch nur mit einer geringen Störbeeinflussung gerechnet werden muß. Bei großem Primär­ strom, bei dem eine große Störbeeinflussung auftreten kann, ist die Energie im Wandler so groß, daß eine ungenügende Wandleranpassung und eine erhöhte Stromaufnahme der Auslöse­ schaltung weniger ins Gewicht fallen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild der Stromversorgung einer Aus­ löseschaltung für einen Leistungsschalter.

Von dem zu überwachenden Primärstromkreis wird über einen Stromwandler 1 und einen Stromrichter 2 die Energie für die Auslöseschaltung mit der Betriebsspannung U_B entnommen, die im Kondensator 3 gepuffert wird. Es schließt sich ein Längs­ regler, bestehend aus einem Transistor 4 und einem die Basis­ spannung des Transistors 4 beeinflussenden Reglers 5 an, der an seinem Referenzeingang 6 eine Referenzspannung von einer Zenerdiode 7 bzw. einer Zenerdiode B erhält. Die Zenerdiode 7 stellt die Referenzspannung für den oberen Betriebs­ spannungswert von 5 V, die Zenerdiode 8 die Referenzspannung für den unteren Grenzwert von 3 V zur Verfügung.

Der Regler 5 öffnet den Transistor 4 nicht, bevor nicht am Kondensator 3 eine Spannung von mindestens 3 V anliegt, die dann auch als Referenzspannung U_ref für den oder die A/D-Wandler zur Verfügung steht, so daß die Auslöseschaltung ordnungsgemäß arbeiten kann.

Die Betriebsspannung U_B für die Auslöseschaltung stellt sich somit auf einen Wert zwischen 3 und 5 V ein und wird durch den Regler 5 auf maximal 5 V begrenzt, wenn der Primärstrom auf entsprechend hohe Werte steigt. Die Referenzspannung U_ref für die A/D-Wandler behält dagegen unabhängig ihren Wert von 3 V.

Claims (4)

1. Leistungsschalter mit elektronischer Überstromauslösung mit einer digitalen, A/D-Wandler enthaltenden elektronischen Auslöseschaltung, deren Stromversorgung mittels eines Stromrichters (2) durch einen mindestens an einer Phase des zu überwachenden Stroms betriebenen Stromwandler (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromrichter (2) ein Regler (5), der die Betriebsspannung (U_B) der elektronischen Auslöseschaltung oberhalb eines unteren Grenzwerts der von dem Stromrichter (2) gelieferten Spannung einschaltet und auf einen Wert unterhalb eines oberen Grenzwerts begrenzt, und eine Spannungsbegrenzungs­ schaltung, die eine dem unteren Grenzwert entsprechende Referenzspannung (U_ref) für den oder die A/D-Wandler darstellt, nachgeschaltet sind.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert der Betriebsspannung 5 V beträgt.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert der Betriebsspannung 3 V beträgt.

4. Verfahren zum Betrieb von Leistungsschaltern mit elektronischer Überstromauslösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung für die Elektronikkomponenten zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert variabel in Abhängigkeit vom Energieangebot der Wandler eingestellt wird.