DE19959789A1 - Integrationsschaltung für die Auslöseelektronik eines mit einer Rogowskispule zusammenwirkenden Leistungsschalters - Google Patents

Abstract

Hinsichtlich ihrer Dynamik vorteilhafte Rogowskispulen arbeiten zur Gewinnung einer stromproportionalen Spannung mit einer Integrationsschaltung, deren Übertragungsfehler von der Einstellung der Eckfrequenz abhängt. Für verschiedene Netzfrequenzen muß deshalb die Eckfrequenz angepaßt werden. Die gezeigte Integratorschaltung erübrigt eine Anpassung, indem in Reihe zu dem Rückkopplungswiderstand (R1) ein Schalter (S) angeordnet ist, der mit der Frequenz der Eingangsspannung des Operationsverstärkers (OPV), die gleichzeitig die Betriebsfrequenz (f¶N¶) des überwachten Netzes ist, tastbar ist, wobei die maximale Einschaltzeit des Rückkopplungswiderstandes (R1) kürzer ist als die halbe Periodendauer der maximalen Betriebsfrequenz (f¶N¶) des mit dem Leistungsschalter überwachten Netzes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Integratorschaltung für die Aus­ löseelektronik eines mit einer Rogowskispule zusammenwirken­ den Leistungsschalters.

Elektronische Überstromauslöser von Niederspannungs-Lei­ stungsschaltern dienen dazu, einen nachgeordneten Verbraucher bei Überlast oder Kurzschluß selektiv vom Netz zu trennen und damit den Verbraucher und die Anlage einschließlich des Lei­ stungsschalters selbst zu schützen.

Als ein Stromsignal liefernde Sensoren werden üblicherweise magnetische Stromwandler eingesetzt, wobei zwischen eisenbe­ hafteten und eisenlosen Stromwandlern unterschieden werden muß.

Eisenbehaftete Stromwandler haben aufgrund der Sättigung des Eisenkerns nur einen eng begrenzten Dynamikbereich. Für einen höheren Dynamikbereich werden deshalb eisenlose Stromwandler mit einer sogenannten Rogowskispule eingesetzt. Eine solche Rogowskispule ist z. B. aus EP-B 0 808 460 bekannt.

Rogowskispulen arbeiten zur Gewinnung einer strompropor­ tionalen Spannung mit einer Integrationsschaltung und einem nachgeordneten Impedanzwandler. Bevorzugt werden aktive Inte­ gratoren eingesetzt.

Im Interesse einer rationalen Fertigung und geringer Lager­ haltung werden die Niederspannungs-Leistungsschalter so aus­ gelegt, daß sie bei möglichst allen möglichen Netzfrequenzen arbeiten. So arbeiten z. B. Bahnstromnetze mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz, während Bordnetze von Flugzeugen mit einer Frequenz von 400 Hz arbeiten. Gefordert wird deshalb die Kom­ patibilität der Schalter innerhalb eines bestimmten Frequenz­ bereiches. Die Eigenschaften der Schaltgeräte sollen in die­ sem Frequenzbereich möglichst konstant sein.

Der Integrator der Auswerteelektronik, die einer Rogowski­ spule nachgeschaltet ist, soll deshalb eine möglichst geringe Eckfrequenz aufweisen, die ein für Integratorschaltungen ty­ pischer Wert in der Frequenz-Ausgangsspannungs-Kennlinie des Integrators ist. Das Ausgangssignal des Integrators hängt in hohem Maße von dem Verhältnis der Eingangsfrequenz (Frequenz des Eingangssignals) zur Eckfrequenz ab. In dem zuvor genann­ ten großen Frequenzbereich für Niederspannungsschalter treten dabei erhebliche Unterschiede auf, die von der Differenz der Eingangsfrequenz und der Eckfrequenz des Integrators abhängen und kompensiert werden sollten, damit der Fehler der Stromab­ bildung gering gehalten wird. Die Eckfrequenz wiederum wird im wesentlichen durch den Rückkopplungswiderstand des Opera­ tionsverstärkers bestimmt, der zur Offsetkompensation des Operationsverstärkers nötig ist. Um also die Genauigkeit der Stromabbildung bei unterschiedlichen Frequenzen zu gewährlei­ sten, müßte der Rückkopplungswiderstand individuell an die Frequenz des Netzes, an dem der Leistungsschalter betrieben wird, angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Integrator ei­ ner Auslöseschaltung eines mit einer Rogowskispule zusammen­ wirkenden Leistungsschalters so zu gestalten, daß eine indi­ viduelle Anpassung der Eckfrequenz an die Betriebsfrequenz des jeweiligen Netzes, an der der Leistungsschalter betrieben wird entfallen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1 im Zusammenhang mit dem Oberbegriff. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Danach ist in Reihe zu dem Rückkopplungswiderstand ein Schal­ ter angeordnet, der mit der Frequenz der Eingangsspannung des Operationsverstärkers, die ja die Betriebsfrequenz des über­ wachten Netzes ist, tastbar ist, wobei die maximale Ein­ schaltzeit des Rückkopplungswiderstandes kürzer ist als die halbe Periodendauer der maximalen Betriebsfrequenz des mit dem Leistungsschalter überwachten Netzes.

Durch diese Maßnahme bleibt das Verhältnis zwischen Eingangs­ frequenz und Eckfrequenz immer gleich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ein Prin­ zipschaltbild der Integratorschaltung nach der Erfindung.

Der Ausgang einer Rogowskispule 1, die die Sekundärseite ei­ nes eisenlosen Stromwandlers bildet, dessen Primärwicklung der Hauptleiter eines zu überwachenden Verbrauchers in einem Netz mit der Netzfrequenz f_N ist, bildet den Eingang eines als Integrator wirkenden Operationsverstärkers OPV. Die Inte­ gratorwirkung beruht auf der Beschaltung des Operationsver­ stärkers OPV mit einem Rückkopplungswiderstand R1, einem par­ allel zu diesem geschalteten Integrationskondensator C und einem dem Operationsverstärker OPV vorgeschalteten Integra­ torwiderstand R2. Die Anpassung der Eckfrequenz des Integra­ tors, die im wesentlichen durch den Rückkopplungswiderstand R1 und den Integrationskondensator C bestimmt ist, wird da­ durch erreicht, das in Reihe zum Rückkopplungswiderstand R1 ein Schalter S angeordnet ist, der synchron mit der Netzfre­ quenz f_N ein- und ausgeschaltet wird. Die Ansteuerung des Schalters 5 erfolgt über eine Komparator-/Monoflop-Schaltung 2, die bei überschreiten des Ausgangssignals des Operations­ verstärkers OPV über einen am Komperator eingestellten Schwellwert in jeder Halbwelle der Ausgangsspannung des Ope­ rationsverstärkers OPV den Schalter 5 mit einer bestimmte Einschaltdauer einschaltet.

Daraus ergibt sich ein frequenzabhängiges Tastverhältnis für den Rückkopplungswiderstand R1.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist das Tastverhältnis bei niedriger Eingangsfrequenz klein und bei höherer Ein­ gangsfrequenz entsprechend höher.

Es erfolgt somit automatisch eine Anpassung an die Frequenz des überwachten Netzes, so daß der Betreiber eines Leistungs­ schalters keine individuellen Einstellungen hinsichtlich der Frequenz vornehmen muß.

Claims (2)

1. Integratorschaltung für die Auslöseelektronik eines mit einer Rogowskispule zusammenwirkenden Leistungsschalters mit Hilfe eines Operationsverstärkers (OPV) mit auf einen seiner Eingänge zurückgekoppeltem Widerstand (R1) und Kondensator (C) und einem diesen vorgeschalteten Integrationswiderstand (R2), dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Widerstand (R1) ein Schalter (S) ange­ ordnet ist, der mit der Frequenz der Eingangsspannung des Operationsverstärkers (OPV), die gleichzeitig die Betriebs­ frequenz (f_N) des überwachten Netzes ist, tastbar ist, wobei die maximale Einschaltzeit des Widerstandes (R1) kürzer ist als die halbe Periodendauer der maximalen Betriebsfrequenz (f_N) des mit dem Leistungsschalter überwachten Netzes.

2. Integratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S) durch einen Monoflop angesteuert ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (OPV) verbunden ist.