DE2049766A1 - Hochgeschwindigkeitsauslöser für Leistungsschalter - Google Patents

Description

-9. OKT. «71 Patentanwälte
jipl.lng.C. Wallach

Dipl. Ing. G. Koch _{12 6a8} _

Dr. T. Haibach
8 München 2
Kauf ingerslr. 8. Tel. 24 02 7S

I-T-E Imperial Corp., Philadelphia / USA Hochgeschwindigkeiteauslöser für Leistungsschalter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungssohalteranordnungen und insbesondere auf eine Hochgeschwindigkeitsauslös evor richtung zur Verwendung mit derartigen Leistungsschaltern, die eine äußerst schnelle Unterbrechung ermöglicht.

Die wachsende Elektrizitätsversorgungs-Industrie benötigt dauernd neue Leistungsversorgungen mit hoher LelstungsfUhigkeit, deren Ausgangspegel Größen erreichen, die vorher für unerreichbar gehalten wurden. Eines der wichtigeren Elemente in diesen Systemen ist der Leistungssohalter, der das Gesamtsystem und die damit betriebenen verschiedenen Bauteile im Fall von Überlastungen und Kurzschluß-Fehlerbedingungen schützt, Ein anderes dieser wichtigen Elemente in diesen Systemen 1st die Auslösevorrichtung oder das Fühlersystem zur schnellen Erfassung des Auftretens eines Kurzschlußfehlers in dem zu schützenden System. Aufgrund der Größen des in den hochbelastbaren Versorgungssystemen fließenden Stromes muß das den

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Strom abtastende Untersystem für eine wesentlich schnellere Wirkung entworfen werden als die, die gegenwärtig erhältlich sind.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Hochgesohwindigkeitsauslösevorrichtung gerichtet, die insbesondere auf den in dem zu Überwachenden Leiter fließenden Strom anspricht. Der Wandler kann in einfacher Weise über dem Leiter befestigt werden und ist in Bezug auf den Raumbedarf und die Kosten wirtschaftlicher als die vorher verwendeten Strommeßwandler von der Transformatorbauart. Wie es im folgenden erklärt wird, 1st der Wandler vorzugsweise von Pestkörpernatur und daher sind die mit derartigen Elementen verbundenen Vorteile auch hierbei vorhanden. Somit 1st ein schnellerer Betrieb, eine vergrößerte Zuverlässigkeit, eine geringere Wartung und eine leichtere Herstellung mit dem erfindungsgemäßen Wandler verbunden, als sie mit die gleiche Wirkung ergebenden elektromechanischen Vorrichtungen möglich 1st.

Im einzelnen weist der Wandler, der einen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt, ein Hallelement auf, das in dem von dem Stromfluß durch den zu überwachenden Leiter hervorgerufenen Magnetfeld angeordnet ist. Beispielsweise kann der Wandler in dem Luftspaltteil einer geblätterten Stahl- oder Eisenkernanordnung befestigt sein. Der Ausgang des Hallelements ergibt in Jeder Hinsicht sowohl eine Anzeige der Größe des Stromes in dem Leiter als auch eine Anzeige seiner Polarität. Insbesondere ist die von dem Hallelement erzeugte Spannung proportional zu dem in das Element entlang einer seiner Achsen fließenden Ausgangsstromes multipliziert mit der entlang einer dazu senkrecht stehenden Achse gemessenen Stärke des magnetischen Plusses in der Umgebung des Elements. Durch Konstanthalten des Eingangsstromes an das Hallelement wird die entlang einer dritten senkrechten Achse gemessene Ausgangs-

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spannung im wesentlichen durch die Magnetfeldstärke bestimmt, die in der besohrlebenen Leistungeschalterumgebung proportional zum durch den zu überwachenden Leiter fließenden Strom ist.

Entsprechend einem anderen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird der Wandler von der Hallelementtype in einer Anordnung zur schnellen Auslösung des Leistungsschalters infolge der Anzeige einer Grüße des Stromflusses in dem Leiter oberhalb eines voreingestellten Pegels verwendet. Ein Pegeldetektor von geeigneter Konstruktion kann zur Ansteuerung des Auslösemechanismus des Leistungssehalters aufgrund der Tatsache, daß der Hallausgang diesen voreingestellten Wert erreicht, verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel gemäß diesem Grundgedanken der Erfindung dient der Pegeldetektor zur Entladung der in einem Kondensator gespeicherten Spannung, um den Auelösebetrieb durchzuführen.

Es sind z.Zt. andere Hoohgeaohwindlgkeits-Rückstromschalter-Auslöseuntersysterae erh&ltlioh. Alle verwenden im großen und ganzen das Grundprinzip, bei dem ein Fehlerstrom einem Bezugsstrom in einer magnetischen Anordnung entgegenwirkt« Wenn die von dem Fehlerstrom erzeugte magnetomotorische Kraft die des Bezugsstromes übersteigt, wird der Leistungsschalter geöffnet. Ein Nachteil der dieses Prinzip verwendenden Vorrichtungen 1st es, daß ihre Wirkung von dem Pegel der den Bezugsstrom liefernden Hilfsleistungsversorgung abhängig ist. Weiterhin fcßngt der erfolgreiche Betrieb der bisherigen Vorrichtungen vom Alter und Zustand der verwendeten magnetischen Anordnung ab. Damit können Schmutz und Korrosion die sich ergebende Arbeitsweise in hohem Grade beeinflussen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung 1st es daher, einen neuartigen Wandler zu schaffen, der zur Bestimmung des Strorafiusses In einem stromführenden, zu überwachenden Leiter geeignet 1st.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen derartigen Wandler von der Art zu schaffen« die zur Erzielung einer Hoohgeschwindigkeitsauslösewirkung in einer Leistungschalteranordnung verwendet werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung 1st es« in Kombination mit dem Wandler ein Festkörper-Untersystem zur Steuerung des Betriebs eines Leistungesohalters im Bereich einer Hochleistungselektriztt&tsvereorgung zu schaffen.

Ein anderes Ziel der Erfindung 1st es, ein Untersystem zu schaffen, dessen Betrieb unabhängig von Veränderungen der Auelösekreis-Leistungsversorgung ist, die aufgrund von Fehlersituationen in dem Verteilungsnetzwerk auftreten.

Wie es im folgenden erklärt wird, wird dies letzte Ziel durch Regelung der Steuerleistung und durch Speicherung einer zur Sicherung des riohtigen Auelösebetriebs bei und kurz nach einem Spannungsabfall aufgrund von Fehlerbedingungen ausreichenden Energie in einem Kondensator erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungebeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Ausftihrungsbeispiel des neuartigen, die

Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendenden Wandlers;

Flg. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Hochgesohwindigkelteauslösevorrlchtung zur Auslösung eines Leistungsschalter aufgrund des Auftretens von vorgegebenen Fehlerbedingungen;

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Pig. 5 Schaltbilder der die einzelnen Blöcke nach bis 8 Fig. 2 umfassenden Festkörperanordnung.

In Fig. 1 benutzt der erfindungsgemäße Wandler den gut bekannten Halleffekt, der die Erzeugung eines elektrischen Potentials ermöglicht« wenn ein Magnetfeld quer zu einem Strom in einem geeigneten Material angelegt wird. Somit erzeugt ein Stromfluß durch einen Leiter 10 in Fig. 1 ein magnetisches Feld« das in üblicher Weise mit Hilfe einer Eisenkernanordnung 12 konzentriert wird. In dem Spalt 14 der Anordnung 12 ist ein Hallelement 16 (beispielsweise Kristall) von geeigneter Art angeordnet« das durch einen konstanten Eingangsstrom I« aus einer Quelle 18« die zu Darstellungszwecken als Batterie 18 gezeigt ist« erregt wird. Es sind zwei das Element 16 mit der Batterie 18 verbindende Eingangskiemraen 20« 21 gezeigt« während zwei Ausgangsklemmen 22 zur Lieferung einer Ausgangs-Anzeigespannung Vg an Irgendein durch die Klemmen 24 und 25 dargestelltes Nutz-Netzwerk verwendet werden.

Wie es bekannt ist« ist die von der Hallanordnung nach Fig. erzeugte Auegangsspannung V₂ proportional zum momentanen Produkt des Eingangsstromes I. und der FXußdichte B entsprechend der Gleichung:

V₂ - KI₁B

wobei K die Konstante des Hallelementes 16« X. der Eingangsstrom von der Batterie 18 und B die magnetische Flußdichte in der Umgebung des Hallelements 16 ist. Im praktischen Gebrauch kann der Eingangset rom den Wert von 3OmA, die Magnetflußdiohte einen Wert von 1000 α und die Ausgangespannung eine QrBßenordnung von 0,2 V haben. Weil die Spaltkernanord-

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nung 12 um den zu Uberwaohenden stromführenden Leiter 10 angeordnet 1st, ist die Plußdichte B eine Punktion des Stromes in dem Leiter 10. Der Ausgang V₂ der Hallanordnung let damit ebenfalls eine Punktion dieses Stromes.

Beim Aufbau des Wandlers naoh Flg. 1 kann Wismut als HaIlelement 16 verwendet werden« wobei der Spaltkern 12 senkreoht zum Leiter 10 angeordnet 1st. Der Strom durch den Leiter 10 bildet den Fluß, dessen OrOSe von dem Strom in dem Leiter abhängt. In dieser Hinsicht ist es zu erkennen, daß die Anordnung anstelle von größeren und aufwendigeren Fühlern von der Stromwandlerart verwendet werden kann und sioh von früher verwendeten Halleffektanordnungen unterscheidet, bei denen der PIuB konstant gehalten wurde und der Eingangsstrom die gesuohte Veränderliche war.

In Flg. 2 wird der Halleffektwandler nach Flg. 1 in einer Anordnung zur sehr schnellen Auslösung eines Leistungssohaltermechanismus aufgrund der Peststellung des Vorhandenseins von Kurzschluß- oder Fehlerbedingungen verwendet. Es 1st verständlich, daß die Vorrichtung nach Fig. 2 In geeigneter Weise an die Klemmen 24, 25 nach Fig. 1 angeschaltet werden kann und als Ihre Nutzsohaltung dient. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, umfaßt die Anordnung nach Flg. 2 einen an die Klemmen 24, 25 angeschalteten Pegeldetektor JO, dessen Ausgang mit einer Zeltverzögerungssohaltung 32, einer Funkenstrecke 34 und der Impuls- oder Auslösespule 36 des verwendeten Leistungssohalters In dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet ist.

Der Wandler l6 erzeugt, wie oben erwähnt, eine Ausgangsspannung Vg, die proportional zum in den Leiter 10 fließenden Eingangsstrom und von der gleichen Polarität wie dieser Strom·

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fluß ist. Wenn diese Spannung Vg einen voreingestellten Wert V. in den Pegeldetektor 30 überschreitet, sprioht der Detektor 30 an und erzeugt einen Impuls. Die Vorderkante des Impulses wird um einen vorgeschriebenen Wert durch die Einheit 32 verzögert. Wenn der durch den Hallwandler 16 festgestellte Fehlerstrom eine Ausgangsspannung V₂ erzeugt, die den Schwellwert V₀ für eine Dauer überschreitet, die länger als die auf die Vorderkante des erzeugten Impulses ausgeübte Zeitverzögerung ist, zündet die Funkenstrecke 34 und steuert die Impulsspule 36 des Leistungsschalter an, um die Auslösewirkung einzuleiten.Die Leistungsschalter-Kontakte öffnen zu einer Zeit t_ nach dem Zünden der Funkenstrecke 34. Andererseits bleibt die Funkenstrecke 34 im anfänglichen energielosen Zustand, wenn der Fehlerstrom eine Spannung Vg erzeugt, die den Schwellwert V_a für eine kleinere Zeit Übersahreitet, als die ausgeübte Verzögerung tg. Die Anordnung ergibt somit ledlglioh dann eine Auslösewirkung, wenn ein Fehler von einer vorgegebenen Qröfle für eine vorgegebene Zeitdauer auftritt.

Bei einer typischen Einrichtung für den Auslösemechanismus könnte der Schwellwert-Fehlerstrom I_e 4000 A betragen und eine StromvergröSerungsgesohwindigkeit ausgehend von einem Null-Zustand von 10000 A/mseo aufweisen. Dann würde eine Fehlerbedingung nach einem Betrieb von 0,4 msec festgestellt werden. Bei einer festen Zeltverzögerung von ungefähr 0,25 msec (250 Nikrosek.) ist es zu erkennen, daß die Funkenstreckenanordnung 34 nach einer Zeit von 0,65 msec nach dem Beginn des Fehlers ausgelöst wird. Wenn die durch den Entwurf der Impulsspule und der Verriegelungssysteme des Leistungsschal t ere hervorgerufene Verzögerung t_Q 0,5 msec (ein typischer Wert) beträgt, werden die Xontakte des Leistung*- schalters 1,15 msec nach dem Auftreten des Fehlers getrennt.

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Als Ergebnis dieser Systemverzögerungen kann sich der im Offnungezeltpunkt der Leistungssohalterkontakte - oder wenn die Irapulsepule angesteuert wird - gemessene Fehlerstrom wesentlich von dem Schwellwertstrom I_ unterscheiden, insbesondere für große Werte der Anstiegsgeschwindigkeit dieses Fehlerstromes. Dieser Nomentanstrom beim Trennen der LeI-stungseohalterkontakte kann ohne weiteres den fünffachen Wert des Schwellwertpegels annehmen, während der Strom bei der Ansteuerung der Auelösespule jj6 doppelt so groß wie der I -Pegel sein kann. Daher ist es offensichtlich, daß ein Hoohgeschwindigkeitsbetrleb für die Ansteuerung der Spule 36 erforderlich 1st und das Zeitintervall t. auf einem Minimum

gehalten werden sollte* Ein Weg hierzu ist es, in der weiter unten beschriebenen Welse Festkörperschaltungen zu verwenden, deren einer Vorteil ihr Hochgeschwindigkeitebetrieb ist.

Wie oben bemerkt wurde, ist die Auslösesohaltungsanordnung nach diesem Grundgedanken der Erfindung primär ein System mit drei Bestandteilen. Die drei Bestandteile sind der Wandler, die elektronischen Schaltungen und die Auslöseeinheit, und die sie verbindenden Kabel. Wie es ebenfalls erwähnt wurde, 1st der Wandler derart auegebildet, daß das Antwortsignal auf den Gleichstrom In der Sammelschiene des Leistungsschalters eine Gleichspannung ist. In der Elektronik- und Auslöseeinheit ist der elektronische Pegeleineteller enthalten, dessen Funktion es ist, auf den Pegel des Wandlerausganges anzusprechen, der dem Ansprechen ("pick up") der Auslösespule entspricht. Diese Elektronik- und Auslöseelnhelt (wie es weiter unten erklärt wird) enthält außerdem einen Kondensator, der die für die Impulsepule des Leistungesohalters eribrderliohe Energie speichert und den Hoohenergie-Pegelsohalter, der vom Pegeldetektor zur Entladung des Kondensators zur Einleitung des Auslösebetriebe gesteuert wird. Wie es ebenfalls oben erwähnt wurde, war ein Naohteil früherer Hoch-

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geschwindigkeitsauslöseanordnungen, daß die zur Lieferung des Bezugestromes dienende LeIstungsVersorgung bei einem tatsächlichen Auftreten des Fehlers Über weite Bereiche veränderlich war. Es ist somit zu erkennen, daß das Auftreten von Spannungsabfällen unter Fehlerbedingungen es unmöglich machte, es genau vorherzusagen, daß die in dem Kondensator gespeicherte Energie zur Sicherung einer geeigneten Sohutzwirkung ausreichend sein würde.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Oleichrichter- und Regelschaltung 100 zur Verwendung in einem gesteuerten Leistungswandlerteil für die Erfindung. Die Wirkung des Oleichrichters und Reglers 100 1st es, es zu ermöglichen, daß das Auslösevorrichtungssystem gemäß der Erfindung bei vom Steuerspannungseingang relativ unabhängigen Vorspannungen arbeitet. Die angegebenen Werte sind typische Werte für den Betrieb aus einer 125 V Qlelchspannungs-Hilfssteuerquelle. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Die Diode D-IOl setzt die Basis und Emitterspannungen der Transistoren Q-IOl und Q-102 auf ungefähr 55 V gegen Masse fest. Damit sind die Emitterströme dieser Transistoren durch diesen 55 V-Wert und Ihre jeweiligen Lastwiderstände bestimmt. Es ist zu beachten, daß die Transistoren Q-IOl und Q-102 In Darlington-Schaltung zur Erzielung einer hohen Stromverstärkung angeordnet sind. Daher ist der Emitterstrom des Transistors Q-102 verglichen mit dem Emitterstrom des Transistors Q-IOl vernachlässigbar. Dieser letztere Strom 1st durch die Diode D-IOl und durch den wirksamen mit dem Emitter des Transistors Q-IOl verbundenen Lastwiderstand R₁ bestimmt.

Der äquivalente Lastwiderstand R₁ für diese Emitterelektrode des Transistors Q-IOl ist hauptsächlich durch die Belastung an den Zuleitungen der Ausgangsseite des Lelstungsumwandlers

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und durch den Erregungsstrom des Transformators T-601 bestimmt. Die Belastung beträgt in diesem Fall ungefähr 3 Watt bei vorwärts oder rückwärts gerichteten Auslöaefunktionen und der Transformatorprimäretrom liegt in der Größenordnung von 70 mA. Ein gesamter Reglerbelastungsstrom von ungefähr 200 mA wird bei einem Belastungswiderstand von 280 Ohm an der Mittelanzapfung des Transformators T-601 bei 56 V abgegeben.

Der Regler nach Fig. 3 muß zusätzlich in der Lage, sein auf eine Kurzschlußbelastung (R. ■ O) zu arbeiten, um einen zuverlässigen Anfang bei der zur Ansteuerung der Auslößespule des Leistungeschaltere verwendeten Kondensatorbelastung garan· tieren. Aus diesem Orund ist der Widerstand R-6II eingeschlossen, um den Kurzschlußstrom auf einen sicheren Wert, der Jedooh zur schnellen Aufladung des Kondensators hoch genug 1st, zu begrenzen. Die dargestellten Werte ergeben ungefähr 2,4 A unter Kurzsohlußbedingungen.

Weiterhin 1st es anhand der Fig. 3 verständlich, daß der Kondensator C-IOl und der Widerstand R-601 zusammenwirken, um einen Schutz der Reglerbauteile gegen Steuerlelstungs-SprUnge am Eingang zu erzielen. Der Kondensator C-102 unterstützt den Kondensator C-IOl in dieser Hinsicht dadurch, daß. er in Nebensohlußanordnung zu Jhm erscheint. Zusätzlich weist der Kondensator C-IOl eiiie niedrigere Induktivität auf als der Kondensator C-102, um Jehr schnelle Sprünge entsprechend aufzunehmen. Mit den in der Zeichnung gezeigten Werten kann die dargestellte Schaltung Spannungsstößen auf der Steuerleistungs-Sammelsohiene mit einem Energieinhalt zwisohen 0,4 und 0,8 Watt-seo, rVtihänglg von der Spannungsstoßamplitude, widerstehen.

Weiterhin 1st eine Diodenbrtloke DB-IOl in der Anordnung nach Fig. j5 enthalten, so daß ein einziger Entwurf für sowohl

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Wechselstrom-als auch Oleichstrom-Steuerquellen verwendet werden kann, und um die Schaltung unabhängig von der Eingangssignalpolarität zu machen. Der Kondensator C-102 wirkt in dieser Hinsicht bei Wechselspannungsanwendungen außerdem als Filter. Der von dem Regler an der Klemme 104 erzeugte Ausgang von 6,2 V wird zur Ansteuerung der weiter unten beschriebenen Inverter-TransIstoren verwendet. Diese getrennte Quellenspannung sichert einen geeigneten Inverterbetrleb bei Inbetriebnahme in eine kapazitive Last. Bei R₁-O hat die 6,2 V-Quelle einen Wert von ungefähr j5 bis 5 V und reicht für einen geeigneten Betrieb aus.

Fig. 4- zeigt das Schaltbild eines Inverters, der zur Umwandlung des Oleichstromausgangs des Reglers nach Fig. ]5 in eine zweiseitige Rechteckwelle dient, so daß sie transformiert werden kann. Die Konstruktion des Inverters entspricht im wesentlichen einem üblichen astabilen Multivibrator, wobei zusätzliche Stufen eingeschlossen sind, um die erforderlichen Lelstungs-Verarbeltungseigensohaften zu erzielen· Wie bei dem obengenannten wurde diese Konstruktion ebenfalls ausgewählt, um eine geeignete Inbetriebnahme in eine kapazitive Last zu garantieren. Wie erklärt wurde, ist der Eingang des Inverters an den Ausgangsanschluß 110 der Reglerschaltung nach Flg. 3 angeschaltet.

Die Multivibratorkonstruktlon nach FIg₀ 4 1st eine gut bekannte Konstruktion. Der Kondensator C-202 durohläuft eine Spannungsauslenkung von der zweifachen, an die Klemme 203 Über den mit dem Widerstand R-210 in Reihe gesohalteten Kondensator C-201 angelegten Vereorgungsspannung. Dl· Schaltfrequenz des Transistors Q-204 ist durch den üblichen Ausdruok

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gegeben.

•A

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Die Ausgangsstufen des Inverters nach Flg. 4 umfassen Transistoren Q-201 und Q-208, die für eine Sättigung bei Kollektorströmen von 3 A oder mehr entworfen sind. Diese Transistoren Q-201 und Q-208 müssen lediglich 200 mA dauernd verarbeiten, die zusätzliche Übersteuerung muß jedoch zur Sicherung eines schnellen Übergangs durch den aktiven Bereich vorgesehen werden. Der übergang erfordert beim Arbeiten auf den Transformator T-601 bei den dargestellten Werten ungefähr 50 Mikrosek., es werden Jedoch lediglich 6 Nlkrosek. in dem aktiven Bereich aufgewendet. Die Konstruktion ist, wie bemerkt, um den »stabilen Multlvibratorteil symmetrisch.

Der invertierte Transformator T-601 nach den Pig. 3 und 4 1st speziell mit einer angezapften Primärwicklung zur Anwendung in entweder 48 V Glelchspannungs- 115 V Wechselspannungs/ 125 V Olelchspannungs- und 230 V Wechselspannungs-/ 250 V 01eionspannunge-Anwendungen ausgewählt. Die Sekundärwicklungen auf diesen Transformatoren sind zwei 27 V-Wicklungen und eine 23OO V-Wicklung. Die Kapazität zwischen der 2300 V-Hochspannungswicklung und der Primärwicklung 1st von besonderer Wichtigkeit, weil mehr Isolation verwendet wird, als es normalerweise erforderlich 1st. Diese zusätzliche Isolation reduziert den Erregungsstrom und entlastet die Regler- und Inverterschaltungen. Der in der mit der Klemme 110 nach Flg. 3 und der Klemme 210 des Inverters nach Fig. 4 verbundenen Ausgangeleitung der Reglerschaltung gemessene Erregungsstrom ist in der Größenordnung von 70 mA. Der Eingangsstrom und die Eingangangespannung des Transformators werden den Eingangskleramen 203 und 213 nach Fig. 4 zugeführt.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild der Niederspannungs- Gleiohspannungeversorgung der Vorrichtung. Wie es in dem linken Teil der Zeichnung gezeigt ist, wird dieser Regler mit der 27 V-Sekundärwioklung des Transformators T-601 betrieben, um eine

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- 15 V Gleichspannungs-VorspannungsVersorgung (an den Klemmen 501« 514) an die unten beschriebenen MeS- und Logikschaltungen zu liefern. Die Regelfunktion 1st gegenüber der von dem Regler nach Fig. 3 vervielfacht« um sicherzustellen« daß die verwendete 15 V-Vorspannung vor dem 2J00 V-Potential der Hochspannungswicklung des Transformators T-601 erzeugt wird. Auf diese Weise verläuft die noch zu beschreibende Meßfunktion bei der Inbetriebnahme in geeigneter Weise.

In Fig. 5 ist zu beachten« daß die Schaltung in wesentlichen identisch zu der nach Fig. 3 1st« wobei jedoch positive und negative Regler vorgesehen sind. Zenerdioden D-503 und 0-504 sind zusätzlich in die Schaltung zum Schutz des Reglers nach Fig. 5 gegen Beschädigungen eingesetzt« wenn die Auslösespule in Abhängigkeit von dem Auftreten des Fehlerstromes I^ über eine Periode, die gleich oder größer als die durch die Verzögerungsschaltung erzeugte t_d -Periode ist« gezündet wird.

Fig. 6 zeigt sowohl die Ansteuereehaltung für das Hallelement nach Fig. 1 als auch den in Fig. 2 durch das Bauteil 30 dargestellten Pegeldetektor. Der Pegeldetektorteil nach Fig. 6 umfaßt einen integrierten Verstärker Q-301 und die Transistoren Q-302 und Q-303. Wie gezeigt, ist der Verstärker Q-301 In einem geschlossenen Kreis geschaltet« wobei der Ausgang des Hallelements (Klemmen 24, 25) mit dem Verstärkereingang über die Klemmen 608, 609 in Differensbetrieb verbunden ist. Wie einzusehen 1st, spricht der Verstärkerteil Q-301 nach Fig. 6 lediglich auf derartige Signale an, die eine Spannung zwischen seinen Eingangsleitungen hervorrufen, d.h. im Differentialbetriebsbereich. Die Oleichtaktverstärkung des Verstärkere Q-JOl ist kleiner als 0,001, so daß ein an seine Eingangeklemmen anglegtΘ3 Signal, das beide Leitungen in gleicher Weise gegen Masse vorspannt, im wesentlichen keine Wirkung hat. Wenn z.B. auf die Leitungen von dem Hallelement Störspannung aufgebracht wird« die eine Vorspannung von

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1 V gegen Nasse an beiden Eingangskiemm@n des Verstärkers Q-301 hervorruft, würde die Gleichtaktausgangespannung des Verstärkers O₄OOl V und die Differentialveretärkung null sein, wobei sich eine Gesamtspannung von O₁OOl V an seiner Ausgangskierame ergeben würde. Wenn jedoch dar Ausgang des Hallelementes 0,2 V 1st, ist dies ein Differenzauegang und die Ausgangsspannung für die verwendete Verstärkertype würde in der Größenordnung von 4 V sein (eine Bl ff er enzver Stärkung von 20). Der gleiche (d.h. Gleichtakt) 1 V-Störimpuls würde den gleiohen 0,001 V -Störausgang erzeugen, wodurch sich eine gesamte Ausgangsspannung von 4,001 V ergibt. Dieser 0,001 V-Unterschied ist, wie es ohne weiteres erkennbar ist, vernachlassigbar.

Für die Leitungsverbindungen zwischen den Klemmen 24 und 25 des Hallelements und den Eingangsklemmen o08 und 609 des Verstärkers werden verdrillte Leitungen verwendet, um eine im wesentlichen kleine gegenseitige Impedanz zur Sicherung dieser störfreien Arbeitsweise zu erhalten. Geeignete Vorspannungen für den Verstärkereingang werden durch das Hall» element und seine Erregungssohaltung erzeugt.

Die Pegelfeststellung nach Flg. 6 wird durch den Schaltkreis mit den Transistoren Q-302 und Q-jJO} erzielt. Der Emitter von Q-302 wird, wie gezeigt, duroh die Diode D-?06 _auf -0,5 V gehalten, die in Durchlaßrichtung über den Widerstand R-327 von der -15 V-Samraelsehlene vorgespannt ist, die an die Klemme 602 von dem Niederspannungsregler nach Flg. 5 geliefert wird. Somit würde die Spannung an der Basiselektrode des Transistors Q-202 um ungefähr 0 V sohwlmmen, und zwar um einen mehr positiven Wort aufgrund der Grüße des Basis-Emitter-Vorwärtsspannungsabfalls dieses Transistors. Es ist außerdem zu beachten, daß der Basis-Emitter-Spannungeabfall dieses Transistors Q 302 und der Spannungsabfall längs der in Durchlaß vorge-

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spannten Diode D-3O6 in Teraperaturgleichlauf sind, wobei die Diode 306 für diesen Zweck ausgewählt ist.

Es ist jedoch zu sehen, daß die Spannung de? Basiselektrode des Transistors Q-302 über den an die »15 V-Leitung geführten Widerstand R-232 negativ gehalten wird und daß der Transistor nicht leitend wird, bevor die Ausgangsspannung des Verstärkers 301 eine ausreichend positive Spannung erreicht, uns den negativen Spannungsbeitrag dieses Widerstandes zu überwinden. Die Diode D-J5O5 dient lediglich dazu, die Sperriohtungsvorspannung des Transistors Q-302 zu begrenzen und kann in dieser Erörterung vernachlässigt werden. Die von dem Verstärker Q-301 erzeugte Spannung, die erforderlieh ist, um den Transistor Q-302 leitend zu machen, kann aus dem Ausdruckt

= W .H 382

gefunden werden, wobei V, die von dem Transistor Q-301 am Verfoindungispunkt der Widerstände R-250 und der Widerstände R-331 und R-J521 erzeugte Spannung ist, und wobei 15 die von dem Niederspannungsregler an der Klemme 602 in der Fig. 6 ge· lieferte Spannung darstellt. Die Widerstände R-J21 und R-J22 stellen in dieser Hinsicht die Widerstandwerte der diese Bezeichnungen tragenden Widerstände dar. Hit den in der Zeichmmg gezeigten Werten vereinfacht sich dieser Ausdruck zu einem Ausdruck, bei dem R-222 (genauer der Widerstand in ■ler Basis-Elektrodenleitung des Transistors Q-302):=

R-322 - -f*²- ist.

Die folgende Tabelle ist auf diese Situation anwendbar, wobei Rg den Widerstand in der Baeis-Elektrodenleitung des Transistors Q-j$02 darstellt. Wie es zu sehen ist, steuern verschiedene Kombinationen von Widerständen R-222 bis R-325

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~ 16 -

die Basieruhespannung und steuern damit den Punkt, an dem der Transistor Q-302 eingeschaltet wird.

«,,„ ν _R Anzapfungs-

^{Für V}3 ^KB Einstellung

5,2 V 47 1,25

7,0 34 2,0

9,0 27 3,15

12,4 19 5,0

V, stellt die Spannung dar, an der der Transistor Q-302 für die gezeigten Widerstandswerte gerade zu leiten beginnt* Die Anzapfungsstellungen ergeben eine Information zu diesem Einschaltpunkt durch Parallelschalten verschiedener der Widerstände R-322 bis R-325. Der Punkt, an dem der Transistor Q-302 zu leiten beginnt, kann als Ansprechpunkt des Pegeldetektors bezeichnet werden. Vor dem Leiten des Pegeldetektors hat der Kollektor des Transistors Q-JOjS einen negativen Wert. Nach Erreichen der Spannung, bei der der Transistor Q-302 zu leiten beginnt, wird die Ausgangsspannung auf +15 V , dem Wert einer von dem Niederspannungsregler an seiner Klemme 501 erzeugte!und an die Detektorschaltung über die Eingangsklemme 6l4 gelieferten Spannung, geschaltet.

Weil die Pegeldetektion durch Veränderung des Ansprechens dee Detektors nach dem Verstärker Q-301 erzielt wird, verändert sloh die Veretärkerverzögerung in Mikrosek. mit der Anzapfungseinstellung, wie es in der folgenden zweiten Tabelle aufgeführt ist:

./■ 109818/1343

EinSng Zeitverzögerung

1,25 18 Mikrosek.

2,0 25

3,15 31

5,0 44

Weil der größte Teil der Qesamtverzögerung bei der Ansteuerung der Irapulsspule dea Leistungsschalter» in der Auslösefunktion enthalten ist (im folgenden beschrieben), verändert sich die durch die Widerstandseinstellung bestimmte Verzögerung K. nicht sehr stark mit den eben aufgeführten Anz&pfungsstellungen. Der Transistorverstärker Q-305 in der Vorrichtung nach Pig. 6 wird an einer spateren Stelle unter auf Fig. θ genauer beschrieben«

7 zeigt die Vorrichtung zur Durchführung der Auslösefunktion für die Leistungssohalter-Schutzanordnung. Im einseinen sprechen die Transistoren Q-401 und Q-402 auf die Zuführung der Ausgangsspannung des Pegeldetoktors von der Klemme βΟΧ nach Fig. 6 an, wenn dieser Ausgang positiv wird, um den gesteuerten Silizium-Gleichrichtor Q~402 zu zünden. Wie gezeigt, wird der Ausgang dos Pegelde';ek^ots an die K&thodenelektrode zweier Eingangsdioden D-Λθΐ und D-402 angelegt, von denen eine (D-402) mit Masaepofcential verbunden „ damit sie leitend ist, wenn der Pegeldetektorauagang NIcfttvorh<indens>iin eines Fehlerzustantieis anzeigt. Das Zttoden des gesteuerten Siliziura-Qlelchidchters Q-403 entlädt einen vorher angesteuerten Kondensator C-403 über den Widisratanc; R-4o8 und die Primärwicklung eines Hochspannungs-XmpiiletranaformatorB T-6024er an die Klemmen 712 und 714 abgeschältat und in Fig. 8 gezeigt ist.

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C-402 ergibt eine Verzögerung (von ungefähr 200 Mlkrosek.) zwischen dem Ansprechen des Pegeldetektors und der Zündung von Q-403. Diese Verzögerung ergibt zusammen mit der in der Tabelle von Seite 16 eine Verzögerung von 250 Mikroeek., die in Fig. 2 und dem zugehörigen Text dargestellt ist.

Mit den in der Zeichnung gezeigten Werten ergibt der Verlauf der Entladung eine Spannung von ungefähr 10 XV längs der Sekundärwicklung des Transformators T-602, deren Größe ausreicht, um die Funkenstrecke Q-601 nach Fig. 8 zu zünden. Der Energiespeicherkondensator C. wird damit über die Impuls- oder Auslösespule des Leistungsschalter« entladen, die, wie aus Fig. 8 zu erkennen 1st, über die Klemme 8l4 an die untere Elektrode P der Funkenstrecke Q-601 angeschaltet 1st.

Ebenfalls In Fig. 8 ist eine zur Ladung des Kondensators C-40j> eingefügte Hilfsleistungsversorgung zur Lieferung der Energie zur Zündung des gesteuerten Silizium-Gleichrichters Q-4OJ5, unabhängig von der geregelten Niederspannungs-LeistungsVersorgung naoh Fig. 5 gezeigt. Diese Hilfsleistungs-Versorgung umfaßt die in Reihe mit dem Ausgang eines von der oberen Spule der Sekundärwicklung des Transformators T-601 gespeisten DiodenhrUokennetzwerkes DB-601 geschalteten Widerstände R-602, R-603 und R-6IO. Die Zenerdiode D-606 dient zur Erzeugung einer geregelten Spannung +15C längs des Widerstandes R-602 und an der Klemme 808. Auf ähnliche Weise ermöglichen die Zenerdloden D-605 und D-606 die Erzeugung einer an der Klemme 809 abnehmbarem geregelten Spannung 4-115C längs der Widerstände R-602 und R-603. Diese letztere Spannung 4-115C dient zur Ladung des Kondensators C-403 zur Lieferung der zur Ansteuerung dor Primärwicklung des Impulstransformators C-602 erforderlichen Energie. Die Spannung +15C wird an den Emltterelektrodetikreis des Transistors Q-402 naoh Fig. 7 angeschaltet, um zur Leitung dieses

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Transietors bei Veränderungen der von der Reglersohaltung nach Flg. 5 gelieferten Spannung beizutragen, so daß eine zur Ansteuerung der Auslösespule des Leistungssohalters bei einem Fehlerzußtand ausreichende Spannung gesichert 1st*

Im einzelnen 1st der Widerstand R-4o4 in der Basisrückfüllleitung des Transistors Q-402 an die +15 V-Versorgung von der Klemme 504 des Niederspannungsreglers geführt. Dieser Widerstand ist so ausgewählt, daß, wenn das dort erzeugte +15 V-Fotential auf ungefähr 10 V absinkt, z.B.,renn die Steuerleistung ausfällt, der Transistor Q-402 (PNF) unter dem Einfluß der +15C-HiIfsversorgung leitet. Die Funkenstrecke Q-601 wird dann gezündet und die Auslösespule wird betätigt, weil alle Schaltungen dann von der gespeicherten Energie betrieben werden.

Die Kreise des Impulstransformators T-602 und der Funkenstrecke Q-601 naeh Fig. 8 arbeiten zusammen. Im einzelnen ist die Funkenstrecke bei den Bauteilen gemäß der Zeichnungen auf ungefähr 2300 V vorgespannt und erfordert eine 2000 V-Triggerspannung zur Zündung. Diese Triggerspannung wird von der Sekundärwicklung des Impulstransformators T-602 über den Widerstand R-605 an die Hauptelektrode 2 geliefert. Bei einem ©rfindungegemäßen AusfUhrungsbeispiel war die Kapazität zwischen der Vorspannelektrode Q, der Funkenstrecke und ihrer Hauptzündelektrode P 2,5 PF wobei der Widerstand zwischen den Elektroden Q und P in der Größenordnung von 11 Megohm und der Abstand zwischen ihnen ungefähr 1,8 cm war. Die 23OO V-Vorspannung wird längs der oberen 2J00 V-Sekundttrwicklung des Transformators T-601 mit Hilfe der Diodenbrücke DB-6OI erzeugt.

In diesen Zeichnungen ist weiterhin eine Schaltung zur Erzeugung einer Anzeige einer fehlerhaften Funktion der Aus-

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~ 20 -

lösevorrichtung dee Syeteme gezeigt. Diese Schaltung umfaßt einen Test-Druokknopf, eine Anzeigelampe IL und ein Verriegelungerelaie K-501φ

Der Tost-Druckknopf ist normalerweise offen und, obwohl er nicht gezeigt ist. 1st es verständlich, daß er längs des Wandlers nach Fig. 1 zwischen den Anschlüssen 22 und 20 angeschaltet ist. Diese Verbindung dient zur Verhinderung einer zu starken Ansteuerung des Wandlers,während zur gleichen Zeit ein zur Betätigung des mit dem Wandler verbundenen Pegeldetektors ausreichendes Signal erzeugt wird. Damit besteht die Wirkungsweise des Druckknopfes darin, ein Signal, das größer als ein einen Fehlerzustand anzeigendes Signal ist (d.h. oberhalb des Auslösepegels) an den Verstärker Q-301 nach Flg. 6 zu liefern, um zu erreichen, daß alle Schaltungen jenseits dieses Punktes ansprechen, als ob das Leistungssystem fehlerhaft wäre. Es ist offensichtlich, daß der Leistungesohalter ausgelöst wird, wenn der Knopf gedrückt wird.

Der Anzeigelampenkreis umfaßt die Transistoren Q-304 und Q-305 und die Dioden D-303 und D-304 nach Fig. 6 in einer UND-Sohaltungskonfiguration, die die über die Klemme 615 an den Transistor Q-305 angekoppelte Glühlampe IL ansteuert. In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel leuchtet die Lampe hell, wenn der Ausgang des Verstärkere Q-JOl größer als 0,2 V (positiv oder negativ) und der Eingang des Hallelements größer als 1 V ist. Die erste dieser Forderungen - nämlich, daß der Verstärkerauegang von Q-J501 größer als 0,2 V ist - sichert, daß der Wandler nach Fig. 1 nicht an einem seiner Ausgangsklemmen ausgefallen ist. Die zweite Forderung, d.h., daß der Halleingang größer als 1 V ist, sichert, daß kein Fehler an einer Eingangsklemme des Hallelements vorhanden ist. Wie es in Flg. 6 gezeigt 1st, ist

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eine Eingangsklemme des Transistors Q-JO4 der UND-Schaltung über die Widerstände R-312 und R-J53O mit der Ausgangeklemme des Verstärkers Q-JOl verbunden. Die zweite Eingangsklemme des Transistors Q-J04 der UND-Schaltung ist über die Widerstände R-307 und R-309 der Ausgangsklemmen 25 bzw* 24 des Wandlers nach Pig. 1 gekoppelt. Die sich ergebenden negativen Spannungen an der Kollektorelektrode des Transistors Q-JJ04 sperren den Transistor Q-305 zur Ansteuerung der Anzeigelampe IL.

Das über die Klemme 707 an den Transistor Q-4o8 nach Pig, 7 angeschaltete Verriegelungsrelais K-501 steuert die Unterspannungs-Vorrichtung (USV) und das X-Relais der Leistungsschalteranordnung. Im einzelnen wird das Relais K-501 durch den Ausgang einer zweiten UND-Schaltungsanordnung angesteuert. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich 1st, wird das Relais K-501 geöffnet, wenn der Transistor Q-407 leitend gemacht wird. Dies geschieht, wenn der Auslösekondensator der Leistungoschalteranordnung auf weniger als 2000 V aufgeladen ist, wenn die Impulsspulenechaltung des Leistungsschalter keinen Durchgang hat und wenn der Eingang von dem Wandler nach Pig. 1 größer als 5 V, jedoch weniger als 1 V ist. Die erste dieser Bedingungen bringt R-427 zur Bedeutung, die zweite Bedingung bringt den an die Klemme 705 der Auslöseschaltung angeschalteten Widerstand R-421 zur Bedeutung, während dia dritte und vierte Bedingung die Dioden D-410 bzw. D-406 ins Spiel bringt. Wenn der Transistor 0,-407 nicht leitend ist und das Relais K-501 geschlossen ist, wird das X-Relais öes Leistung&schalters angesteuert, um das Schliessen des Leistungsschalter von Hand oder mit Hilfe einer äußeren Stuuerquelle zu ermöglichen. Wenn der Transistor Q-4f>7 leitend gemacht wird, damit das Relais K-501 abfällt, öffnet sich dor Leistungsschalter aufgrund der Steuerung der Unter ε panriunge vorrichtung durch das Relais K-501.

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Ein Signal, das der Auslösekondensator auf weniger als auf den 2000 V-Pegel aufgeladen ist, wird von den in einer Spannungsteileranordnung (Fig. 8) angeordneten Widerständen R-602, R-603 und R-610 und von dem Transistor Q-404 (Fig. 7) abgeleitet. Bei zur Auslösung des Leistungsschalters erforderlichen 1,7 KV wurden in einem erfindungsgemäßan Ausführungsbeispiel 2000 V als "Gefahr"-Pegel der Auelösekondensatorspannung gewählt. Wenn die gespeicherte Spannung kleiner als 2000 V ist, wird der Transistor Q-407 nicht leitend und das Relais K-501 öffnet. Der Kondensator ist mit der Klemme 817 nach Flg. 8 verbunden und wird durch die durch das Zusammenwirken der 2300 V-Sekundärwicklung des Transformators T-6OI nach Fig. 8 mit der Diodenbrticke DB-601 erzeugte Spannung geladen. Der die Widerstände R-602, R-603 und R-610 umfassende Spannungsteller erzeugt 12,7 V an der Klemme 808 für dieses 2000 V-Potential, Der Transistor Q-404 ist so eingestellt, daß er bei Zuführung von weniger als diesem 12,7 V-Pegel an seine Eingangsklemme 715 über den veränderlichen Widerstand R-412 nach Fig. 7 leitend wird. Ein positives Signal wird daher über den Widerstand R-427 angelegt, um den Transistor Q-407 leitend zu machen.

Die Anzeige, daß der Impulsspulenkreis keinen Durchgang hat, wird von der an die Klemme 8l4 nach Fig. 8 angeschaltete Spule selbst und von der die Widerstände R-606, R~607_s R-6O8 und R-609 umfassendenSchaltung nach Fig. 8 abgeleitet. Wenn die Impulsspulenschaltung Durchgang hat, schließt ihr niedriger Gleiohstromwiderstand (beispielsweise 0,1 Ofen) den Widerstand R-609 kurz und die am Verbindungspunkt der Widerstände R-607 und R-609 (Klemme 8l4) erzeugte Spannung V-* ist ungefKhr Null. Wenn die Spule keinen Durchgang hat, erzeugt der Widerstand R-609 eine positive Spannung von ungefähr 1,3 V aufgrund der die die 15 V-Klemme 816 über die Widerstände R-606 und R-608 mit dem Widerstand R-609 verbindenden Reihenschaltung. Dies erzeugt andererseits eine

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-Spannung von ungefähr 0,6 V an der Klemme 8l4, die mit dem Widerstand R-421 in der zweiten UND-Schaltung nach Fig. 7 verbunden ist. Diese Spannung hat eine ausreichende Oruße_fum den Transistor Q-407 nach Fig. 7 einzuschalten, um eine öffnung des Relais K-501 hervorzurufen. Im ersten Fall ist die V"_TC-Spannung nicht ausreichend, um den Transistor Q-407 leitend zu machen.

In diesen Anordnungen sind Zener-Dioden D-5Qj$ und D-504 nach Fig. 5, die Diode D-607 nach Fig. 8 und die Diode D-4o8 und der Kondensator C-4Q4 nach Fig. 7 zum Schutz der mit der Impuls s pul er.schaltung verbundenen Bauteile eingefügt. Sie sind erforderlich, weil die Spule auf dem 2J5QO V-Potential liegt, wenn die Funkenstrecke Q-601 zündet.

Die Anzeige, daß der Eingang des Wandlers von Fig. 1 größer als 3 Y ist, wird durch eine in Verbindung mit der Halbleiterdiode D-410 arbeitende 5 V-Zener-Diode D-412 nach Fig. 7 erzieltο Diese Bedingung zeigt, daß ein Unterbrechungsfehler an einer Eingangsklemme des Wandlers nach Fig. 1 vorhanden lstc Wie es gezeigt 1st, ist die Kathodenelektrode der Zener-Diode D-412 über die Klemme 703 an die Klemme 20 des Hallelements nach Fig. 1 ange :haltet. Bei Auftreten einer die Erzeugung einer größeren Spannung als 5 V ermöglichenden Unterbrechung an dieser Klemme 20 wird der Spannungsüberschuß über dem von der Diode D-412 gebildeten 5 V-Pegel an die Anodenelektrode der Halbleiterdiode D-418 angelegt. Dies bewirkt andererseits, daß der Transistor Q-407 leitet« Wenn die Spannung an der Klemme 20 des Hallelements kleiner als 5 V ist (was anzeigt, daß eine Unterbrechung vorliegt), leitet die Zenerdiode D-412 nicht und es besteht keine leitende Verbindung über die Halbleiterdiode D-410, um den Transistor Q-407 leitend z« maohen.

Die Anzeige, daß der Eingang von dem Wandler nach Flg. 1

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kleiner als 1 V ist, wird durch die Halbleiterdiode D-4o6 und den Transistor Q-405 nach Fig. 7 erzielt. Diese Bedingung zeigt, daß ein Kurzeehlußfehler an einem Eingangsanschluß des Hallwandlers vorhanden ist. Insbesondere ist der Widerstand R-4l6 nach Fig. 7 so eingestellt, daß der Transistor Q-405 für an die Klemme 703 angelegte Spannungen, die kleiner als 1 V sind, nicht leitend ist. Wenn eine niedrigere Spannung vorhanden ist, 1st dies an der Kollektorelektrode des Transistors Q-405 erzeugte positive Spannung zur Durchschaltung der Diode D-4o6 ausreichend, um den Transistor Q-407 leitend zu machen. Wenn eine höhere Spannung vorhanden ist, leitet der Transistor Q-405 und der sich ergebende Abfall seines Kollektorelektrodenpotentials stellt sicher, daß eich kein leitender Zustand des Transistors Q-407 ergibt.

Die Erkennung des Vorhandenseins eines Kurzschlusses an der Eingangsklemme des Hallwandlers wird in einer anderen Weise erzielt. Somit erzeugt das Entstehen einer positiven Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors Q-405 eine entgegengesetzte negative Spannung an der Kollektorelektrode des folgenden Transistors Q-406. Diese negative Spannung wird andererseits über die Ausgangsklemme 704 nach Fig. 7 und Verbindungskabel (nicht gezeigt) an die Eingangsklemme 610 nach Fig. 6 angelegt. Die negative Spannung ist dort wirksam, um den Transistor Q-Ü5O5 nicht leitend zu machen, mit dem Ergebnis, daß der Strom durch den Widerstand R-Jl8 hindurohfließt und dabei die Lampe IL aufleuchten läßt« Dies zeigt daher ebenfalls das Vorhandensein einer fehlerhaften Funktion in der Wirkungsweise der Schaltung an.

Das Relais K-501 ist ein Reed-Relais mit einer Spule für eine Nennspannung von 11 V. Wie es in Fig. 5 gezeigt 1st, ermöglicht es das X-Relais, wenn das Relais K-501 geschlossen ist, daß der Leistungsschalter von Hand oder von einer äußeren

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Steuervorrichtung geschlossen werden kann. Wenn das Relais K-501 geöffnet 1st, öffnet sich der Leistungsschalter aufgrund der Steuerung durch die Unterspannungs-Vorrichtung. Die Widerstände R-505, R-506 und R-507 und die Kondensatoren C-505, C-506 und C-507 längs der Kontakte A, B, C dienen zur Verringerung der Spitzenspannung längs der Kontakte von ungefähr 1000 V auf ungefähr 500 V.

Das oben beschriebene grundlegende System kann entweder bei Hochgeschwlndigkeits- oder Semi-Hoohgeachwindigkeits-Leistungsschalteranwendungen verwendet werden. In jedem Fall löst der Leistungsschalter lediglich bei Fehleretrömen in der ausgewählten Richtung aus. Der Hochgeschwindigkeiteleistungssohalter kann von der Art sein, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 19 44 O62.I der gleichen Anmelderin unter dem Titel "Leistungsschalter mit Kochgeschwindlgkeits-Auslösesystem¹¹ beschrieben wurde. Bei dieser Anwendung bestand die Leistungsversorgung für die Auslösevorrichtung aus einer Hochspannungs-Gleichspannungs-Versorgung« die den eine ausreichende Energie zur richtigen Ansteuerung der Impulsspule bei Aktivwerden des Hallelements speichernden Kondensator auflud. Die Kombination des Leistungssohalters und der Auslösevorrichtung gemäß dieser Erfindung kann zur Sohaffung eines Systems verwendet werden« das sohnell genug 1st, um die QröQe von Fehlerströmen auf Pegel zu begrenzen, die auch von den anderen Bauteilen des Oleichspannungs-Leistungssysteme vertragen wird.

Bei Semi-Hoohgeschwindlgkeitsanwendungen ist der Leistungsschalter andererseits mit der Vorrichtung in ähnlicher Weise wie mit der Spannungs-Auslösespule ausgerüstet. Die Leistungsversorgung für die Auslösevorrichtung wird im wesentlichen auf die der Schaltvorrichtung verringert, die die Spannungeauslöaung betätigt. Der grundlegende Vorteil dieser

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Kombination ist die Verringerung der Kosten verglichen mit der Hoehgeschwindigkeitsanwendung.

Obwohl diese Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es verständlich, daß viele Abänderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind und daß der Rahmen dieser Erfindung nicht durch die spezielle Beschreibung, sondern lediglich durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt ist.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   IjL Auf GlelchstromSnderungen In einem elektrischen Leiter ansprechender Wandler zur Erzeugung einer den zu überwachenden Gleichstrorafluö zu einer gegebenen Zeit entsprechenden Oleichspannung, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen senkrecht zum Leiter stehenden ferromagnetlschen Spaltkern« der den Leiter zur Konzentrierung des um den Leiter aufgrund von Veränderungen des Gleichstromflusses erzeugten/Magnetfeldes innerhalb des Spaltes in diesem Kern umgibt« ein innerhalb des Spaltes derart ausgerichtetes Hallelement« da3 es räumlich senkrecht zur Richtung des in dem Spalt konzentrierten veränderlichen Magnetfeldes steht« erste Mittel zur Erregung des Hallelementes mit einem im wesentlichen konstanten Gleichetrom, der durch das Element auf einem ersten senkrecht zu der Richtung des veränderlichen Magnetfeldes stehenden planparallelen Weg zwischen zwei entgegengesetzt angeordneten Eingangsklemmen fließt« eine Signalnut·^rschaltung und zweite Mittel zur Ankopplung der Nutzschaltung an entgegengesetzt angeordnete Ausgangsklemmen an dem Hallelement« die an einem zweiten planparallelen« senkrecht zur Richtung des veränderlichen Magnetfeldes und zum ersten planparallelen Weg stehendem Weg angeordnet sind« um ein Gleichspannungs-Ausgangesignal zu erzeugen« das proportional zum Oleichstrorafluß in dem Leiter 1st.

   2. Wandler nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Spaltkern den Leiter derart umgibt« dafi das erzeugte Magnetfeld porportional

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   zum veränderlichen Olelohstromfluß in dem Leiter ist.

   2. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel in Bezug auf die Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen derart ausgerichtet sind, daß ein Glelehspannungs-Ausgangssignal erzeugt wird, das sich In der gleichen Richtung wie die Veränderungen in dem zu Überwachenden Gleichstromfluß ändert.

   4. Wandler nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler nach dem Halleffekt arbeitet.

   5. Hochgeschwindigkeitsauslösesystem für einen den veränderlichen Gleichstromfluß durch einen elektrischen Leiter steuernden Leistungssohalter, gekennzeioh net durch einen Strommeßwandler mit einem im wesentlichen senkrecht zum Leiter angeordneten ferromagnetischen Spaltkern, der den Leiter zur Konzentrierung des um den Leiter aufgrund von Veränderungen des Glelchstroraflusses erzeugten veränderlichen Magnetfeldes in dem Kernspalt umgibt, mit einem in dem Spalt räumlich senkrecht zur Richtung des In dem Spalt konzentrierten veränderlichen Magnetfeldes ausgerichteten Hallelement, mit Mitteln zur Erregung des Hallelementes mit einem im wesentlichen konstanten Gleichstrom, der zwischen entgegengesetzt angeordneten Eingangklemmen durch das Element auf einem ersten planparallelen, zur Richtung des veränderlichen Magnetfeldes senkrecht stehenden Weg fließt, mit einer Signalnutzsohaltung und Mitteln, die die Nutzschaltung an entgegengesetzt angeordnete Ausgangeklemmen an dem Hallelement anschaltet, die an einem zweiten senkrecht zur Richtung des veränderlichen Magnetfeldes und zum ersten planparallelen Weg stehenden zweiten planparallelen Weg angeordnet sind,

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   um ein Gleichspannungs-Ausgangssignal au erzeugen, das proportional zum Gleichstrorafluß in dem Ltiter ist, und weiterhin gekennzeichnet dursh sine Kondensator-Speicherauslöseversorgung mit ©Iner mit der Impulsauslösespule d®s Leistung&sehaXfcers verbunden^n Äusgangsklerame und einer mit der Signainufcsssehaitung des Wandlers verbundenen. Eingangslclemm®, wobei die Terblndung der Auslösen er sorgung mit der SignalnutsssöhaXiung einen elektronischen Schalter aufweist, der aur ¥erblndung der Nutzschaltung betätigt wird, um di© Ansteuerung der Auslösespule" hervorzuvufen, wenn das erasugte Gleiehspaan-aiigsausgangssignal einen Torgegebenen Pegel,der einen vorgegebenen SlsishstromflaB in dem Leiter * anzeigb, ex*i^s@:Laht*

   6ο HoöhgeEob.windigkeltsai3slößesystesiä wach Anspruch 9*

   dadureh gekennzeichnet , daß die ¥örbindung zwischen der ii'ufcssehaltung xml der Ko^aimsafcorspeicher-Aus-ISseversorgung sine Pegölöefeefetorschaltung aufweist, die gtniiiidest auf den Peg^l des (Tlaiehsimiinüngsausgangssi^nals des Wandlers, daß dejsi Qleichstromfluß In ü®m Leiter mit nln^v Cir3ße, a.n der die L^isfrtmgssekalfeuPiiapulsspule- aur öffnung der L^istunsseiiihalteraxiordmmg fce^lfeigt werden soll, entspricht» anspricht.

   m nach Anspruch 6»

   g « k « η η ζ e i e h ά *$ fc , daß dl© Verbindung mit d<sr Korid«EisatiorspäiHhiir"A'Jslö:iiiV<?!r«äiori3'aag außerdem einen siektrisclien .;öh&lt^r fill' hvitm ltoorgioii^gel aufweist, der in Abhängigkeit; von d«n die"Zuführung einss vorgegebenen Pegels dos viandlferausgangö3lgnals anzeigenden Pogelclstektorausgang betätigt wird, und die Anisteuerung dor Xriipulasjmle durch Versorgung bewirkt.

   1 0 9 8 1 8 / 1 3 Λ 3

   8. Hoehgesehwindigkeitsauslösssystem nach Anspruch 7„ dadurch gekennzeichnet ₃ daß der Schalter für den hohen Energiepegel die Impulsspule betätigt, wenn ein von dem Pegeldetektor geliefertes Anzeigesignal dafür, daß das Wandlerausgangssignal einen vorgegebenen Sehwellwert

   einer

   überschreitet, wahrend /eine vorgegebene Verzögerung überschreitenden Zeltdauer vorliegt.

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