DE19956126A1

DE19956126A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Auslösemagneten eines Überstromschalters

Info

Publication number: DE19956126A1
Application number: DE1999156126
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Holger Hochgraef; Wolfgang Roehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-05-17

Abstract

Um im Kurzschlußfall den Fesselmagneten im Überstromauslöser eines Niederspannungs-Leistungsschalters (2) vor einer Schwächung der Haltekraft zu schützen, wird der über die Wicklung (11) des Auslösemagneten (10) fließende Strom zeitlich begrenzt. Hierzu können dem im Stromkreis des Auslösemagneten (10) liegenden elektronischen Schalter (12) ein Meßwiderstand (R2), ein Verstärker (OV1), ein RC-Glied (R3/C) und ein Komparator (OV2) zugeordnet sein, über die die Ansteuerschaltung (13) des elektronischen Schalters (12) zusätzlich beeinflußt wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schutztechnik für ein- oder mehrphasige Niederspannungsnetze und ist bei der schal tungstechnischen Ausgestaltung eines Überstromauslösers anzu wenden, der einem Leistungsschalter zugeordnet ist und einen als Auslösemagnet bezeichneten Elektromagneten zur Auslösung des Leistungsschalters enthält. Diese Auslösung findet unter anderem dann statt, wenn im Niederspannungsnetz ein Kurz schluß auftritt.

Eine bekannte Schaltungsanordnung für einen Überstromauslöser dieser Art sieht unter anderem eine Gleichrichterschaltung vor, die durch einen in das Niederspannungsnetz eingeschleif ten Stromwandler gespeist wird und der der Auslösemagnet nachgeordnet ist. Dabei liegt die Wicklung des Auslösemagne ten in Reihe mit einem elektronischen Schalter, der mittels einer Ansteuerschaltung ansteuerbar ist. Der elektronische Schalter, die diesem Schalter zugeordnete Ansteuerschaltung und eine die Ansteuerschaltung steuernde, einen Mikroprozes sor enthaltende Auslöseschaltung werden von einem spannungs geregelten Netzteil mit Spannung versorgt, wobei dieses Netz teil ebenfalls der Gleichrichterschaltung nachgeordnet ist (DE 197 38 699 A1).

Der im Überstromauslöser angeordnete Auslösemagnet ist in al ler Regel mit einem sogenannten "Fesselmagneten" ausgerüstet. Bei dem Fesselmagneten handelt es sich um einen Permanentma gneten, der den Anker des Auslösemagneten im Ruhezustand ge gen die Kraft einer Feder festhält und dessen Magnetfeld im Auslösefall durch das von der Wicklung des Auslösemagneten erzeugte Magnetfeld geschwächt wird (DE 27 55 645 B1, DE 42 38 939 A1). - Bei Überstromauslösern kommt es darauf an, eine gewünschte Auslösestromstärke genau einstellen zu können und eine Beeinflussung der Einstellung durch Erschütterungen und Vibrationen möglichst auszuschließen. Dies ist dann nicht mehr gewährleistet, wenn die Haltekraft und damit die Rema nenz des Permanentmagneten, mit dem der Schlaganker vor der Auslösung festgehalten wird, aufgrund äußerer Einflüsse oder eines Alterungsprozesses abnimmt.

Der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Überstrom auslösern mit Fesselmagneten insbesondere im Kurzschlußfall eine so große Energiemenge in den Auslösemagneten eingespeist und damit ein so starkes Gegenmagnetfeld erzeugt wird, daß es zu einer Schwächung der Haltekraft des Fesselmagneten kommen kann. Ausgehend von einem Verfahren zur Ansteuerung des Aus lösemagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einer Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspuches 3 liegt der Erfin dung daher die Aufgabe zugrunde, die Ansteuerung des Auslöse magneten und die zugehörige Schaltungsanordnung so zu gestal ten, daß insbesondere im Kurzschlußfall keine Überbeanspru chung des Fesselmagneten auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in Abhängigkeit von der Stromstärke des über die Wicklung des Auslösemagneten fließenden Stromes die Ansteuerung des elektronischen Schalters nach einer vorgegebenen Zeitspanne unterbrochen wird.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahme zielt darauf ab, den Auslösemagneten nicht bis zum Abschalten des Niederspan nungsnetzes durch den ausgelösten Leistungsschalter mit über den Stromwandler eingespeistem Strom zu belasten sondern den Stromfluß vorzeitig zu unterbrechen und somit die Anregungs zeit des Auslösemagneten zu verkürzen. Diese Verkürzung kann etwa 90% der bisherigen Anregungszeit betragen, beispiels weise kann also die Anregungszeit von etwa 25 ms auf etwa 1-2 ms reduziert werden. In jedem Fall ist eine sichere Auslö sung des Auslösemagneten zu gewährleisten. - Sollte es aus anderen Gründen, beispielsweise einem Klemmen des Schlagan kers, nicht zu einer Auslösung kommen, so kann ein erneuter Auslösevorgang angeregt werden.

Die verkürzte Ansteuerung des Auslösemagneten kann Software gesteuert durch einen Mikroprozessor erfolgen, der Teil der elektronischen Auslöseschaltung des Überstromauslösers ist. Die verkürzte Ansteuerung kann aber auch schaltungstechnisch dadurch realisiert werden, daß bei einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 3 folgende Maßnahmen Vorgesehen werden:

- In Reihe mit der Wicklung des Auslösemagneten und dem elektronischen Schalter ist ein Widerstand angeordnet;
- Der gemeinsame Pol von Widerstand und elektronischem Schalter ist an den Eingang eines Operationsverstärkers geschaltet;
- Dem Operationsverstärker ist ein RC-Glied nachgeordnet, wobei dieses RC-Glied an den Eingang eines Komparators ge schaltet ist, dessen Ausgang wiederum an die Ansteuer schaltung geschaltet ist.

Bei einer solchen Schaltung liefert der Ausgang des Operati onsverstärkers ein Ausgangssignal, das von der Größe des Stromes durch die Auslösespule abhängt. Mit der Spannung des Ausgangsignals wird über einen Widerstand ein Kondensator aufgeladen, wobei der Komparator die Kondensatorspannung überwacht und bei Überschreitung eines Grenzwertes das Aus gangssignal des Komparators auf die Ansteuerung des Auslöse kreises in der Form einwirkt, daß die Ansteuerung unterbunden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Schaltungsanordnung, mit der das neue Verfahren zur Ansteuerung des Auslösemagneten durchgeführt werden kann, ist in der Figur dargestellt.

Teil der Schaltungsanordnung ist eine Gleichrichterschaltung 5, die über die Sekundärwicklung 4 eines Stromwandlers 3 aus einer Phase 1 eines Niederspannungsnetzes gespeist wird. Der Gleichrichterschaltung 5, mit der ein Begrenzungswiderstand R1 in Reihe geschaltet ist, ist als Verbraucher ein Auslöse magnet 10 mit der Wicklung 11 zugeordnet, der im Falle seines Ansprechens einen in der Phase 1 des Niederspannungsnetzes angeordneten Schalter 2 ansteuert. Im Stromkreis des Aus lösemagneten 10 sind im übrigen ein elektronischer Schalter 12 und ein Meßwiderstand R2 angeordnet. Der elektronische Schalter 12 ist mittels einer Ansteuerschaltung 13 von einer einen Mikroprozessor enthaltenden Auslöseschaltung 7 an steuerbar.

Sowohl die Auslöseschaltung 7 als auch die Ansteuerschaltung 13 sowie weitere elektronische Komponenten der Schaltungsan ordnung werden von einem Netzteil 6, welches einen Spannungs regler enthält, mit Spannung versorgt.

Die Auslöseschaltung 7 weist einen Signaleingang 8 auf, dem als Meßwert ein an dem strombegrenzenden Widerstand R1 anfal lender Spannungsabfall in Folge des über die Gleichrichter schaltung 5 fließenden Stromes zugeführt wird. In Abhängig keit von diesem Spannungsabfall wird die Ansteuerschaltung 13 angesteuert, um den elektronischen Schalter 12 zu betätigen. Dies geschieht sowohl im Falle eines länger anhaltenden Über stromes als auch im Kurzschlußfall.

In Reihe mit dem elektronischen Schalter 12 und damit in Reihe mit der Wicklung 11 des Auslösemagneten 10 ist-noch ein Widerstand R2 angeordnet; der an diesem Widerstand auftre tende Spannungsabfall wird am Pol 9 abgegriffen und dem einen Eingang eines Operationsverstärkers OV1 zugeführt, der sein Bezugspotential über einen entsprechenden Spannungsteiler vom Netzteil 6 erhält. Dem Operationsverstärker nachgeordnet ist ein RC-Glied aus dem Widerstand R3 und der dem Kondensator C. Die Ladespannung des Kondensators C ist an den einen Eingang eines zweiten, als Komparator ausgebildeten Operationsver stärkers OV2 gelegt, der sein Bezugspotential ebenfalls über einen entsprechenden Spannungsteiler vom Netzgerät 6 erhält. Der Ausgang des Komparators ist an die Ansteuerschaltung 13 geschaltet.

Im Falle eines Kurzschlußstromes in dem zu überwachenden Nie derspannungsnetz wird der elektronische Schalter 12 geschlos sen und es fließt ein asymptotisch ansteigender Strom über den Widerstand R2. Sobald der Spannungsabfall am Widerstand R2 das Bezugspotential des Operationsverstärkers OV1 über schreitet, schaltet der Operationsverstärkers OV1 am Ausgang auf "High" und speist über den Widerstand R3 den Kondensator C. Sobald eine entsprechende Aufladespannung am Kondensator erreicht ist, überschreitet diese die Vergleichsspannung des Komparators OV2 und dieser gibt an seinem Ausgang einen Im puls auf die Ansteuerschaltung 13, wodurch der elektronische Schalter 12 geöffnet wird. Die Zeit zwischen dem Schließen und dem Öffnen des elektronischen Schalters 12 kann bei etwa 2 ms liegen, um den Elektromagneten 10 und damit den in dem Elektromagneten angeordneten Permanentmagneten nicht zu über lasten.

Sobald der elektronische Schalter 12 öffnet, fällt die Span nung am Widerstand R2 auf Null, der Operationsverstärker OV1 schaltet am Ausgang auf "Low", 'so daß sich der Kondensator C über den Widerstand R3 entladen kann. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes und die Referenzspannung des Komparators sind so bemessen, daß der Komparator OV2 erst dann über seinen Aus gang die Ansteuerschaltung 13 wieder ansteuert, wenn in der Phase 1 des Niederspannungsnetzes der Schalter 2 bereits ge öffnet hat. - Die Zeitkonstante des RC-Gliedes und die Re ferenzspannung des Komparators können aber auch so bemessen werden, das bei noch geschlossenem Schalter 2 der elektro nische Schalter 12 erneut geschlossen wird und somit ein zweiter Auslöseimpuls auf den Auslösemagneten 10 gegeben werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung des Auslösemagneten eines Über stromauslösers in einem Leistungsschalter eines Niederspan nungsnetzes, bei dem mittels einer durch einen Stromwandler gespeisten Gleichrichterschaltung und eines im Stromkreis der Wicklung des Auslösemagneten angeordneten elektronischen Schalters mit zugeordneter, mikroprozessorgesteuerter Auslöseschaltung bei Auftreten eines Über- oder Kurzschlußstromes im Energiever teilungsnetz die Wicklung des Auslösemagneten durch Ansteue rung des elektronischen Schalters mit der gleichgerichteten, durch ein Netzteil stabilisierten Spannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Stromstärke des über die Wicklung des Auslösemagneten fließenden Stromes die Ansteuerung des elektronischen Schalters nach einer vorgegebenen Zeitspanne unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne wiederholt wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
bei der der Auslösemagnet (10) einer durch einen Stromwandler (3) gespeisten Gleichrichterschaltung(5) nachgeordnet ist und bei der die Wicklung (11) des Auslösemagneten in Reihe mit einem mittels einer Ansteuerschaltung (13) ansteuerbaren elektronischen Schalter (12) liegt,
wobei der elektronische Schalter (12) und die dem elektroni schen Schalter zugeordnete Ansteuerschaltung (13) und eine die Ansteuerschaltung steuernde, einen Mikroprozessor enthal tende Auslöseschaltung (7) von einem der Gleichrichterschal tung (5) nachgeordneten, spannungsgeregelten Netzteil (6) mit Spannung versorgt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der Wicklung (11) des Auslösemagneten und dem elektronischen Schalter (12) ein Widerstand (R2) angeord net ist,
daß der gemeinsame Pol (9) von Widerstand (R2) und elektroni schem Schalter (12) an den Eingang eines Operationsverstär kers (OV1) geschaltet ist und
daß ein RC-Glied (R3/C) dem Operationsverstärker nachgeordnet und an den Eingang eines Komparators geschaltet ist,
wobei der Ausgang des Komparators an die Ansteuerschaltung (13) geschaltet ist.