DE2049766B2 - Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem für einen in eine Gleichstromleitung eingeschalteten Leistungsschalter - Google Patents

Description

werden soll, entspricht. Hierdurch wird es ermöglicht, Beim Aufbau des Stromwandlers nach Fig. 1 kann

die Ansprechschwelle des Auslösesystems sehr genau Wismut für den Hallgeneraior 16 verwendet werden,

und ohne große Toleranzen einzustellen. wobei der Spaltkern 12 senkrecht zum Leiter 10 an-

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung geordnet ist. Der Strom durch den Leiter 10 bildet zur Kondensator-Auslöseeinrichtung außerdem eine 5 den Fluß, dessen Größe von dem Strom in dem Funkenstrecke für hohe Energiepegel aufweist, die Leiter abhängt. In dieser Hinsicht ist es zu erkennen, in Abhängigkeit von dem Pegeldetektorausgang ge- daß die Anordnung an Stelle von größeren und aufzündet wird, die ferner die Zuführung eines vorge- wendigeren Fühlern von der Strcmwandlerart vergebenen Pegels des Wandlerausgangssignals anzeigt wendet werden kann und sich von früher verwen- und die die Ansteuerung der Auslösespule durch die io deten Hallgeneratoranordnungen unterscheidet, bei Kondensator-Auslöseeinrichtung bewirkt. Auf diese denen der Fluß konstant gehalten wurde und Weise wird die Ausführung des gesamten Auslöse- der Eingangsstrom die gesuchte Veränderliche Systems in Halbleiterbauweise erleichtert. Dabei ist war.

es vorteilhaft, wenn die Funkenstrecke für den hohen In F i g. 2 wird der Hallgenerator nach F i g. 1 in

Energiepegel die Auslösespule betätigt, wenn ein 15 einer Anordnung zur sehr schnellen Auslösung eines

von dem Pegeldetektor geliefertes Ausgangssignal Leistungsschalters auf Grund der Feststellung des

anzeigt, daß das Wandlerausgangssignal einen vor- Vorhandenseins von Kurzschluß- oder Fehlerbedin-

gegebenen Schwellwert überschreitet und während gungen verwendet. Die Vorrichtung nach F i g. 2

einer eine vorgegebene Verzögerung überschreitenden kann in geeigneter Weise an die Klemmen 24, 25

Zeitdauer vorliegt. Durch die vorgegebene Verzöge- 20 nach F i g. 1 angeschaltet werden und als ihre Nutz-

rung ist eine einfache Auswahl der Spannungsspitzen schaltung dienen. Wie aus der Zeichnung erkennbar

möglich, die für das System gefährlich werden kön- ist, umfaßt die Anordnung nach F i g. 2 einen an die

nen, und daher zu einer Abschaltung führen müssen. Klemmen 24, 25 angeschalteten Pegeldetektor 30,

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in dessen Ausgang mit einer Zeitverzögerungsschaltung

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen 25 32, einer Funkenstrecke 34 und der Ausiösespule 36

noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt des verwendeten Leistungsschalters in dieser Reihen-

F i g. 1 einen an einem Leiter angeordneten Hall- folge in Reihe geschaltet ist.

generator, Der Hallgenerator 16 erzeugt, wie oben erwähnt,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eine Ausgangsspannung F₂, die proportional zum in

der Hochgeschwindigkeits-Auslösevorrichtung, 30 den Leiter 10 fließenden Eingangsstrom und von der

F i g. 3 bis 8 Schaltbilder der die einzelnen Blöcke gleichen Polarität wie dieser Stromfluß ist. Wenn

nach F i g. 2 umfassenden Festkörperanordnung. diese Spannung F₂ einen voreingestellten Wert F_s in

In Fig. 1 benutzt der Stromwandler den bekannten dem Pegeldetektor 30 überschreitet, spricht der De-Halleffekt, der die Erzeugung eines elektrischen Po- tektor 30 an und erzeugt einen Impuls. Die Vorderiuatials ermöglicht, wenn ein Magnetfeld quer zu 35 kante des Impulses wird um einen vorgeschriebenen einem Strom in einem geeigneten Material angelegt Wert durch die Zeitverzögerungsschaltung 32 verwird. Somit erzeugt ein Stromfiuß durch einen Leiter zögert. Wenn der durch den Hallgenerator 16 fest-10 in F i g. 1 ein magnetisches Feld, das in üblicher gestellte Fehlerstrom eine Ausgangsspannung F₂ er-Weise mit Hilfe einer Eisenkernanordnung 12 kon- zeugt, die den Schwellwert F_s für eine Dauer überzentriert wird. In dem Spalt 14 der Anordnung 12 ist 40 schreitet, die länger als die auf die Vorderkante des ein Hallgenerator 16 (beispielsweise Kristall) von ge- erzeugten Impulses ausgeübte Zeitverzögerung ist, eigneter Art angeordnet, der durch einen konstanten zündet die Funkenstrecke 34 und steuert die Aus-Eingangsstrom 7, aus einer Batterie 18 erregt wird. lösespule 36 des Leistungsschalters an, um die Aus-Es sind zwei den Hallgenerator 16 mit der Batterie 18 lösewirkung einzuleiten. Die Leistungsschalter-Konverbindende Eingangsklemmen 20, 21 gezeigt, wäh- 45 takte öffnen zu einer Zeit t_c nach dem Zünden der rend zwei Ausgangsklemmen 22 zur Lieferung einer Funkenstrecke 34. Andererseits bleibt die Funken-Ausgangs-Anzeigespannung F₂ an irgendein durch strecke 34 im anfänglichen energielosen Zustand, die Klemmen 24 und 25 dargestelltes Nutz-Netzwerk wenn der Fehlerstrom eine Spannung F₂ erzeugt, die verwendet werden. den Schwellwert V_s für eine kleinere Zeit überschrei-

Wie bekannt, ist die von dem Hallgenerator nach 50 tet als die ausgeübte Verzögerung t_d. Die Anordnung

Fig. 1 erzeugte Ausgangsspannung F₂ proportional ergibt somit lediglich dann eine Auslösewirkung,

dem Produkt aus Eingangsstrom I₁ und Flußdichte B wenn ein Fehler von einer vorgegebenen Größe für

entsprechend der Gleichung: eine vorgegebene Zeitdauer auftritt.

Bei einer typischen Einrichtung für den Auslöse-

F₂ = KI₁B, 55 mechanismus könnte der Schwellwert-Fehlerstrom /_s

4000 A betragen und eine Stromvergrößerungs-

wobei K die Konstante des Hallgenerators 16, Z₁ der geschwindigkeit, ausgehend von einem Null-Zustand, Eingangsstrom von der Batterie 18 und B die magne- von 10000 A/ms aufweisen. Dann würde eine Fehlertische Flußdichte in der Umgebung des Hallgenera- bedingung nach einem Betrieb von 0,4 ms festgestellt tors 16 ist. Im praktischen Gebrauch kann der Ein- 60 werden. Bei einer festen Zeitverzögerung von ungegangsstrom den Wert von 30 mA, die Magnetfluß- fähr 0,25 ms (250 Mikrosek.) ist es zu erkennen, daß dichte einen Wert von 1000 G und die Ausgangs- die Funkenstreckenanordnung 34 nach einer Zeit von spannung eine Größenordnung von 0,2 V haben. 0,65 ms nach dem Beginn des Fehlers ausgelöst wird. Weil die Spaltkernanordnungl2 um den zu über- Wenn die durch den Entwurf der Impulsspule und wachenden stromführenden Leiter 10 angeordnet ist, 65 der Verriegelungssysteme des Leistungsschalter herist die Flußdichte B eine Funktion des Stromes in vorgerufene Verzögerung t_c 0,5 ms (ein typischer dem Leiter 10. Der Ausgang F₂ des Hallgenerators Wert) beträgt, werden die Kontakte des Leistungsist damit ebenfalls eine Funktion dieses Stromes, schalters 1,15 ms nach dem Auftreten des Fehlers

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getrennt. Als Ergebnis dieser Systemverzögerungen D-IOl und durch den wirksamen mit dem Emitter

kann sich der im ößnungszeilpunkt der Leistungs- des Transistors Q-IQl verbundenen Lastwiderstand R₁

Schalterkontakte — oder wenn die Impulsspule an- bestimmt.

gesteuert wird — gemessene Fehlerstrom wesentlich Der äquivalente Lastwiderstand R₁ für diese von dem Schwellwertstrom /_s unterscheiden, insbe- 5 Emitterelektrode des Transistors Q-IOl ist hauptsondere für große Werte der Anstiegsgeschwindigkeit sächlich durch die Belastung an den Zuleitungen der dieses Fehlerstromes. Dieser Momentanstrom beim Ausgnngsseite des Leistungswandlers und durch den Trennen der Leistungsschalterkontakte kann ohne Erregungsstrom des Transformators T-601 bestimmt, weiteres den fünffachen Wert des Schwellwertpegels Die Belastung beträgt in diesem Fall ungefähr 3 Watt annehmen, während der Strom bei der Ansteuerung io bei vorwärts oder rückwärts gerichteten Auslöseder Auslösespule 36 doppelt so groß wie der /_S-Pegel funktionen, und der Transformatorprimärstrom liegt sein kann. Daher ist ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Größenordnung von 70 mA. Ein gesamter für die Ansteuerung der Auslösespule 36 erforder- Reglerbelastungsstrom von ungefähr 200 mA wird lieh, und das Zeitintervall t_c ist auf ein Minimum bei einem Belastungswiderstand von 280 Ohm an der zu halten. Ein Weg hierzu ist es, in der weiter unten 15 Mittelanzapfung des Transformators Γ-601 bei 56 V beschriebenen Weise Festkörperschaltungen zu ver- abgegeben.

wenden, deren einer Vorteil ihr Hochgeschwindig- Der Regler nach F i g. 3 muß zusätzlich in der

keitsbetrieb ist. Lage sein, auf eine Kurzschlußbelastung (R₁ = 0) zu

Wie oben bemerkt wurde, ist das Hochgeschwin- arbeiten, um einen zuverlässigen Anfang bei der zur digkeits-Auslösesystem ein System mit drei haupt- 20 Ansteuerung der Auslösespule des LcAtungsschalters sächlichen Bauteilen. Die drei Bauteile sind der Hall- verwendeten Kondensatorbelastung zu garantieren, generator, die elektronischen Schaltungen und die Aus diesem Grund ist der Widerstand Λ-611 einge-Auslöseeinheit sowie die sie verbindenden Kabel. Wie schlossen, um den Kurzschlußstrom auf einen sichees ebenfalls erwähnt wurde, ist der Hallgenerator ren Wert, der jedoch zur schnellen Aufladung des derart ausgebildet, daß das Antwortsignal auf den »5 Kondensators hoch genug ist, m begrenzen. Die dar-Gleichstrom in der Sammelschiene des Leistungs- gestellten Werte ergeben ungefähr 2,4 A unter Kurzschalters eine Gleichspannung ist In der Elektronik- Schlußbedingungen.

und Auslöseeinheit ist der elektronische Pegelein- Weiterhin ist es an Hand der F i g. 3 verständlich, steller enthalten, dessen Funktion es ist, auf den daß der Kondensator C-101 und der Widerstand Pegel des Hallgeneratorausganges anzusprechen, der 30 R-6QI zusammenwirken, um einen Schutz der dem Ansprechen der Auslösespule entspricht. Diese Reglerbauteile gegen Steuerleistungs-Sprünge am Elektronik- und Auslöseeinheit (wie es weiter unten Eingang zu erzielen. Der Kondensator C-102 untererklärt wird) enthält außerdem einen Kondensator, stützt den Kondensator C-101 in dieser Hinsicht dader die für die Impulsspule des Leistungsschauen» durch, daß er in Nebenschlußanordnung zu ihm erertorderliche Energie speichert, und den Hochenergie- 35 scheint. Zusätzlich weist der Kondensator C-101 eine Pegelschalter, der vom Pegeldetektor zur Entladung niedrigere Induktivität auf als der Kondensator des Kondensators zur Einleitung des Auslösebetriebs C-102, um sehr schnelle Sprünge entsprechend aufgesteuert wird. Wie es ebenfalls oben erwähnt wurde, zunehmen. Mit den in der Zeichnung gezeigten Werwar ein Nachteil früherer Hochgeschwindigkeitsaus- ten kann die dargestellte Schaltung Spannungsstößen löseanordnungen, daß die zur Lieferung des Bezugs- 40 auf der Steuerleistungs-Samnielschiene mit einem stromes dienende Leistungsversorgung bei einem tat- Energieinhalt zwischen 0,4 und 0,8 Ws, abhängig von sächlichen Auftreten des Fehlers über weite Bereiche der Spannungsstoßamplitude, widerstehen, veränderlich war. Es ist somit zu erkennen, daß das Weiterhin ist eine Diodenbrücke DJ3-101 in der Auftreten von Spannungsabfällen unter Fehlerbedin- Anordnung nach F i g. 3 enthalten, um einen eingungen es unmöglich machte, es genau vorherzu- 45 zigen Entwurf für sowohl Wechselstrom- als auch sagen, daß die in dem Kondensator gespeicherte Gleichstrom-Steuerquellen verwenden zu können und Energie zur Sicherung einer geeigneten Schutzwirkung um die Schaltung unabhängig von der Eingangsausreichend sein würde. signalpolarität zu machen. Der Kondensator C-102

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Gleichrichter-und wirkt bei Wechselspannungsan Wendungen außerdem

Regelschaltung zur Verwendung in einem gesteuerten 5° als Filter. Der von dem Regler an der Klemme 104

Leistungswandlerteil. Diese Schaltung ermöglicht es, erzeugte Ausgang von 6,2 V wird zur Ansteuerung

daß das Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem bei der weiter unten beschriebenen Inverter-Transistoren

vom Steuerspannungseingang relativ unabhängigen verwendet. Diese getrennte Quellenspannung sicheri

Vorspannungen arbeitet. Die angegebenen Werte einen geeigneten Inverterbetrieb bei Inbetriebnahme

sind typische Werte für den Betrieb aus einer 125-V- 55 einer kapazitiven Last. Bei A₁ = 0 hat die 6,2-V-

Gleichspannungs-Hilfssteuerquelle. Die Wirkungs- Quelle einen Wert von ungefähr 3 bis 5 V und reiehl

weise der Schaltung ist folgende: für einen geeigneten Betrieb aus.

Die Diode D-101 setzt die Basis und Emitterspan- Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines Inverters, der zui

nungen der Transistoren ß-101 und Q-102 auf range- Umwandlung des Gleichstromausgangs des Reglers

fähr 55 V gegen Masse fest. Damit sind die Emitter- 60 nach F i g. 5 in eine zweiseitige Rechteckwelle dient,

ströme dieser Transistoren durch diesen 55-V-Wert so daß sie transformiert werden kann. Die Konstruk-

und ihre jeweiligen Lastwiderstände bestimmt. Es ist tion des Inverters entspricht im wesentlichen einem

zu beachten, daß die Transistoren Q-IOl und ζ)-102 üblichen astabilen Multivibrator, wobei zusätzliche

in Darlington-Schaltung zur Erzielung einer hohen Stufen eingeschlossen sind, um die erforderlicher

Stromverstärkung angeordnet sind. Daher ist: der 65 Leistungs-Verarbeitungseigenschaften zu erzielen

Emitterstrom des Transistors Q-102, verglichen mit Diese Konstruktion wurde ebenfalls ausgewählt, uir

dem Emitterstrom des Transistors Q-101, vermach- eine geeignete Inbetriebnahme einer kapazitiven Les!

lässigbar. Dieser letztere Strom ist durch die Diode zu garantieren. Der Eingang des Inverters ist an der

Ausgangsanschluß 110 der Reglerschaltung nach Beschädigungen eingesetzt, wenn die Auslösespule in

F i g. 3 angeschaltet. Abhängigkeit von dem Auftreten des Fehlerstroms Z₁

Die Multivibratoranordnung nach F i g. 4 ist eine über eine Periode, die gleich oder größer als die bekannte Schaltungsanordnung. Der Kondensator durch die Verzögerungsschaltung erzeugte i_rf-Periodc

C-202 durchläuft eine Spannungsauslenkung von der 5 ist, gezündet wird.

zweifachen, an die Klemme 205 über den mit dem Fig. 6 zeigt sowohl die Ansteuerschaltung für den

Widerstand R-210 in Reihe geschalteten Konden- Hallgenerator nach F i g. 1 als auch den in F i g. 2

sator C-201 angelegten Versorgungsspannung. Die durch das Bauteil 30 dargestellten Pegeldetektor.

Schaltfrequenz des Transistors 0-204 ist durch den Der Pegeldetektor nr.ch F i g. 6 umfaßt einen inte-

Ausdruck « grierten Verstärker 0-301 und die Transistoren

j 0-302 und 0-303. Der Verstärker 0-301 ist in

/ = einem geschlossenen Kreis geschaltet, wobei dei

2RC ■ In2 Ausgang des Hallgenerators (Klemmen 24, 25) mit

gegeben. dem Verstärkereingang über die Klemmen 608, 609

Die Ausgangsstufen des Inverters nach F i g. 4 15 in Differenzbetrieb verbunden ist. Der Verstärkerteil

umfassen Transistoren 0-201 und 0-208, die für 0-301 nach Fig. 6 spricht lediglich auf derartige

eine Sättigung bei Kollektorströmen von 3 A oder Signale an, die eine Spannung zwischen seinen Ein-

mehr entworfen sind. Diese Transistoren Q-201 und gangsleitungen hervorrufen, d. h. im Differentialbe-

5-208 müssen lediglich 200 mA dauernd verarbeiten, triebsbereich.

die zusätzliche Übersteuerung muß jedoch zur Siehe- ao Für die Leitungsverbindungen zwischen den Klem-

rung eines schnellen Übergangs durch den aktiven men 24 und 25 des Hallgenerators und den Ein-

Bereich vorgesehen werden. Der Übergang erfordert gangsklemmen 608 und 609 des Verstärkers werden

beim Arbeiten auf dem Transformator 7"-6Ol bei den verdrillte Leitungen verwendet, um eine im wesent-

dargestellten Werten ungefähr 50 με, es werden liehen kleine gegenseitige Impedanz zur Sicherung

jedoch lediglich 6 με in dem aktiven Bereich aufge- 35 dieser störfreien Arbeitsweise zu erhalten. Geeignete

wendet. Vorspannungen für den Verstärkereingang werden

Der invertierte Transformator Γ-601 nach den durch den Hallgenerator und seine Erregungsschal-

F i g. 3 und 4 ist speziell mit einer angezapften Pri- tung erzeugt.

märwicklung zur Anwendung in entweder 48-V- Die Pegelfeststellung nach F i g. 6 wird durch den Gleichspannungs- oder 115-V-Wechselspannungs-/ 30 Schaltkreis mit den Transistoren 0-302 und 0-303 125-V-Gleichspannungs- und 230-V-Wechselspan- erzielt. Der Emitter von 0-302 wird durch die Diode nungs-250-V-Gleichspannungs-Anwendungen aus- D-306 auf —0,5 V gehalten, die in Durchlaßrichtung gewählt. Die Sekundärwicklungen auf diesen Trans- über den Widerstand R-327 von der — 15-V-Samformatoren sind zwei 27-V-Wicklungen und eine melschiene vorgespannt ist, die an die Klemme 602 2300-V-Wicklung. Die Kapazität zwischen der 35 von dem Niederspannungsregler nach Fig. 5 ge-2300-V-Hochspannungswicklung und der Primär- liefert wird. Es ist außerdem zu beachten, daß der wicklung ist von besonderer Wichtigkeit, weil mehr Basis-Emitter-Spannungsabfall dieses Transistors Isolation verwendet wird, als es normalerweise erfor- Q 302 und der Spannungsabfall längs der in Durchderlich ist. Diese zusätzliche Isolation reduziert den laß vorgespannten Diode D-306 in Temperatur-Erregungsstrom und entlastet die Regler- und Inver- *o gleichlauf sind, wobei die Diode 306 für diesen terschaltungen. Der in der mit der Klemme 110 nach Zweck ausgewählt ist.

Fig. 3 und der Klemme 210 des Inverters nach Die Spannung der Basiselektrode des Transistors

Fig. 4 verbundenen Ausgangsleitung der Regler- 0-302 wird über den an die — 15-V-Leitung geführ-

schaltung gemessene Erregungsstrom ist in der Grö- ten Widerstand Ä-332 negativ gehalten, so daß der

ßenordnung von 70 mA. Der Eingangsstrom und die 45 Transistor nichtleitend wird, bevor die Ausgangs-

Eingangsspannung des Transformators werden den spannung des Verstärkers 301 eine ausreichend posi-

Eingangsklemmen 203 und 213 nach Fig. 4 züge- tive Spannung erreicht, um den negativen Spannungs-

führt. beitrag dieses Widerstandes zu überwinden.

F i g. 5 zeigt ein Schaltbild der Niederspannungs- Der Punkt, an dem der Transistor 0-302 zu leiten

Gleichspannungsversorgung der Vorrichtung. Wie es 50 beginnt, kann als Ansprechpunkt des Pegeldetektors

in dem linken Teil der F i g. 5 gezeigt ist, wird dieser bezeichnet werden. Vor dem Leiten des Pegeldetek-

Regler mit der 27-V-Sekundärwicklung des Trans- tors hat der Kollektor des Transistors Q-303 einen

formators 7"-6Ol betrieben, um eine + 15-V-GIeich- negativen Wert. Nach Erreichen der Spannung, bei

spannungs-Vorspannungsversorgung (an den Klem- der der Transistor Q-302 zu leiten beginnt, wird die

men 501, 514) an die unten beschriebenen Meß- und 55 Ausgangsspannung auf +15 V, dem Wert einer von

Logikschaltungen zu liefern. Die Regelfunktion ist dem Niederspannungsregler an seiner Klemme 501

gegenüber der von dem Regler nach F i g. 3 verviel- erzeugten und an die Detektorschaltung über die

facht, um sicherzustellen, daß die verwendete 15-V- Eingangsklemme 614 gelieferten Spannung, ge-

Vorspannung vor dem 2300-V-Potential der Hoch- schaltet.

Spannungswicklung des Transformators Γ-601 er- 60 F i g. 7 zeigt die Vorrichtung zum Auslösen des zeugt wird. Auf diese Weise verläuft die noch zu Leistungsschalters. Im einzelnen sprechen die Tranbeschreibende Meßfunktion bei der Inbetriebnahme sistoren 0-401 und 0-402 auf die Zuführung der in geeigneter Weise. Ausgangsspannung des Pegeldetektors von der

In Fig. 5 ist zu beachten, daß die Schaltung im Klemme 601 nach Fig. 6 an, wenn dieser Ausgang wesentlichen identisch zu der nach F i g. 3 ist, wobei 65 positiv wird, um den gesteuerten Silizium-Gleichjedoch positive und negative Regler vorgesehen sind. richter 0-403 zu zünden. Der Ausgang des Pegel-Zenerdioden D-503 und D-504 sind zusätzlich in die detektors ist an die Kathodenelektrode zweier Einschaltung zum Schutz des Reglers nach F i g. 5 gegen gangsdioden D-401 und D-402 angelegt, von denen

■ίο

eine (D-402) mit Massepotential verbunden ist, damit sehen der Vorspann elektrode 0 der Funkenstrecke

sie leitend ist, wenn der Pegeldetektorausgang das und ihrer Hauptzündelektrode P 2,5 pF, wobei der

NichtVorhandensein eines Fehlerzustandes anzeigt. Widerstand zwischen den Elektroden Q und P in der

Das Zünden des gesteuerten Silizium-Gleichrichters Größenordnung von 11 Megohm und der Abstand

0-403 entlädt einen vorher angesteuerten Konden- 5 zwischen ihnen ungefähr 1,8 cm war. Die 2300-V-

sator C-403 über den Widerstand Ä-408 und die Vorspannung wird längs der oberen 2300-V-Sekun-

Primärwicklung eines Hochspannungsimpulstrans- därwicklung des Transformators 7-601 mit Hilfe der

formators 7-602, der an die Klemmen 712 und 714 Diodenbrücke Dß-601 erzeugt,

angeschaltet und in F i g. 8 gezeigt ist. In diesen Zeichnungen ist weiterhin eine Schaltung

Mit den in der Zeichnung gezeigten Werten ergibt io zur Erzeugung einer Anzeige einer fehlerhaften Funkder Verlauf der Entladung eine Spannung von un- tion der Auslösevorrichtung des Systems gezeigt, gefahr 10 KV längs der Sekundärwicklung des Trans- Diese Schaltung umfaßt einen Test-Druckknopf, eine formators 7-602, deren Größe ausreicht, um die Anzeigelampe IL und ein Verriegelungsrelais K-501. Funkenstrecke 0-601 nach F i g. 8 zu zünden. Der Der Test-Druckknopf ist normalerweise offen und, Energiespeicherkondensator C₁ wird damit über die 15 obwohl er nicht gezeigt ist, ist es verständlich, daß er Auslösespule des Leistungsschalters entladen, die, längs des Wandlers nach Fig. 1 zwischen den Anwie aus Fig. 8 zu erkennen ist, über die Klemme814 Schlüssen 22 und 26 angeschaltet ist. Diese Verbinan die untere Elektrode P der Funkenstrecke 0-601 dung dient zur Verhinderung einer zu starken Anangeschaltet ist. steuerung des Wandlers, während zur gleichen Zeit

Ebenfalls in F i g. 8 ist eine zur Ladung des Kon- 20 ein zur Betätigung des mit dem Wandler verbunde-

densators C-403 eingefügte Hilfsleistungsversorgung nen Pegeldetektors ausreichendes Signal erzeugt wird,

zur Lieferung der Energie zur Zündung des gesteuer- Damit besteht die Wirkungsweise des Druckknopfes

ten Silizium-Gleichrichters 0-403, unabhängig von darin, ein Signal, das größer als ein einen Fehler-

der geregelten Niederspannungs-Leistungsversorgung zustand anzeigendes Signal ist (d. h. oberhalb des

nach F i g. 5, gezeigt. Diese Hilfsleistungs-Versor- 25 Auslösepegels), an den Verstärker 0-301 nach

gung umfaßt die in Reihe mit dem Ausgang eines F i g. 6 zu liefern, um zu erreichen, daß alle Schal-

von der oberen Spule der Sekundärwicklung des tungen jenseits dieses Punktes ansprechen, als ob das

Transformators 7-601 gespeisten Diodenbrücken- Leistungssystem fehlerhaft wäre. Es ist offensichtlich,

netzwerkes Dß-601 geschalteten Widerstände R-692, daß der Leistungsschalter ausgelöst wird, wenn der

Λ-603 und Ä-610. Die Zenerdiode D-606 dient zur 30 Knopf gedruckt wird.

Erzeugung einer geregelten Spannung längs des Der Anzeigelampenkreis umfaßt die Transistoren Widerstandes fl-602 und an der Klemme 808. Auf 0-304 und 0-305 und die Dioden D-303 und D-304 ähnliche Weise ermöglichen die Zenerdioden D-605 nach F i g. 6 in einer UND-Schaltung, die die über und D-606 die Erzeugung einer an der Klemme 809 die Klemme 615 an den Transistor 0-305 angekopabnchmbaren geregelten Spannung längs der Wider- 35 pelte Glühlampe IL ansteuert. In einem erfindungsstände /?-602 und Λ-603. Diese letztere Spannung gemäßen Ausführungsbeispiel leuchtet die Lampe dient zur Ladung des Kondensators C-403 zur Liefe- hell, wenn der Ausgang des Verstärkers 0-301 rung der zur Ansteuerung der Primärwicklung des größer als 0,2 V (positiv oder negativ) und der Ein-Impulstransfoimalors C-602 erforderlichen Energie. gang des Hallelements größer als 1 V ist. Die erste Die Spannung wird an den Emitterelektrodenkreis 40 dieser Forderungen — nämlich, daß der Verstärkendes Transistors Q-402 nach F i g. 7 angeschaltet, um ausgang von 0-301 größer als 0,2 V ist — sichert, zur Leitung dieses Transistors bei Veränderungen der daß der Wandler nach Fig. 1 nicht an einem seiner von der Reglerschaltung nach Fig. 5 gelieferten Ausgangsklemmen ausgefallen ist. Die zweite Forde-Spannung beizutragen, so daß eine zur Ansteuerung rung, d. h., daß der Halleingang größer als 1 V ist, der Auslösespule des Leistungsschalters bei einem 45 sichert, daß kein Fehler an einer Eingangsklemme Fehlerzustand ausreichende Spannung gesichert ist. des Hallgenerators vorhanden ist. Wie es in Fig. 6

Im einzelnen ist der Widerstand /?-404 in der gezeigt ist, ist eine Eingangsklemme des Transistors Basisrückführleitung des Transistors 0-402 an die 0-304 der UND-Schaltung über die Widerstände 4-15-V-Versorgung von der Klemme 504 des Nie- R-312 und .R-330 mit der Ausgangsklemme des Verderspannungsreglcrs geführt. Dieser Widerstand ist 50 stärkers 0-301 verbunden. Die zweite Eingangsso ausgewählt, daß, wenn das dort erzeugte + i 5-V- klemme des Transistors 0-304 der UND-Schaltung Potential auf ungefähr 10 V absinkt, z. B., wenn die ist über die Widerstände R-307 und Ä-309 der Aus-Steuerleistung ausfällt, der Transistor 0-402 (PNP) gangsklemmen 25 bzw. 24 des Wandlers nach F i g. 1 unter dem Einfluß der Hilfsversorgung leitet. Die gekoppelt. Die sich ergebenden negativen Spanmin-Funkenstrecke 0-601 wird dann gezündet, und die 55 gen an der Kollektorelektrode des Transistors 0-304 Auslösespule wird betätigt, weil alle Schaltungen sperren den Transistor 0-305 zur Ansteuerung der dann von der gespeicherten Energie betrieben wer- Anzeigelampe IL.
den. Das über die Klemme 707 an den Transistor

Die Kreise des Impulstransformators 7-602 und 0-408 nach F i g. 7 angeschaltete Verriegelungsrelais der Funkenstrecke 0-601 nach F i g. 8 arbeiten zu- 60 ÄT-501 steuert die Unterspannungs-Vorrichtung sammen. Im einzelnen ist die Funkenstrecke bei den (USV) und das AT-Relais der Leistungsschalteranord-Bauteilen gemäß der Zeichnungen auf ungefähr nung. Im einzelnen wird das Relais /C-501 durch den 2300 V vorgespannt und erfordert eine 2000-V-Trig- Ausgang einer zweiten UND-Schaltungsanordnung gerspannung zur Zündung. Diese Triggerspannung angesteuert. Das Relais K-501 wird geöffnet, wenn wird von der Sekundärwicklung des Impulstransfor- 65 der Transistor 0-407 leitend gemacht wird. Dies gemators 7-602 über den Widerstand ft-605 an die schieht, wenn der Auslösekondensator der Leistungs-Kauptelektrode 3 geliefert. Bei einem erfindungsge- schalteranordnung auf weniger als 2000 V aufgemäßen Ausführungsbeispiel war die Kapazität zwi- laden ist, wenn die Auslösespule des Leistungsschal-

ters keinen Durchgang hat und wenn der Eingang von dem Wandler nach F i g. 1 größer als 5 V, jedoch weniger als 1 V ist. Wenn der Transistor Q-407 nicht leitend ist und das Relais K-SOl geschlossen ist, wird das AT-Relais des Leistungsschalters angesteuert, um das Schließen des Leistungsschalters von Hand oder mit Hilfe einer äußeren Steuerquelle zu ermöglichen. Wenn der Transistor Q-407 leitend gemacht wird, damit das Relais /C-SOl abfällt, öffnet sich der Leistungsschalter auf Grund der Steuerung der Unter-Spannungsvorrichtung durch das Relais /£-501.

Ein Signal, das der Auslösekondensator auf weniger als auf den 2000-V-Pegel aufgeladen ist, wird von den in einer Spannungsteileranordnung (F i g. 8} angeordneten Widerständen Λ-602, Λ-603 und ft-610 und von dem Transistor Q-404 (F i g. 7) abgeleitet. Bei zur Auslösung des Leistungsschalters erforderlichen 1,7 KV wurden in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel 2000 V als »Gefahre-Pegel der Auslösekondensatorspannung gewählt. Wenn die gespeicherte Spannung kleiner als 2000 V ist, wird der Transistor Q-407 nichtleitend, und das Relais /C-501 öffnet. Der Kondensator ist mit der Klemme 817 nach Fi g. 8 verbunden und wird durch die durch das Zusammenwirken der 2300-V-Sekundärwicklung des Transformators Γ-601 nach F i g. 8 mit der Diodenbrücke Dß-601 erzeugte Spannung geladen. Der die Widerstände Λ-602, K-603 und R-610 umfassende Spannungsteiler 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 ft-412 nach Fig. 7 leitend wird. Ein positives Signal wird daher über den Widerstand Λ-427 angelegt, um den Transistor Q-407 leitend zu machen.

Die Anzeige, daß der Impulsspulenkreis keinen Durchgang hat. wird von der an die Klemme 814 nach F i g. 8 angeschaltete Spule selbst und von der die Widerstände R-606, Λ-607, K-608 und ft-609 *o umfassenden Schaltung nach F i g. 8 abgeleitet. Wenn die Impulsspulenschaltung Durchgang hat, schließt ihr niedriger Gleichstromwiderstand (beispielsweise 0,1 Ohm) den Widerstand R-609 kurz, und die am Verbindungspunkt der Widerstände Λ-607 und /?-609 (Klemme 8141 erzeugte Spannung V_T( ist ungefähr Null. Wenn die Spule keinen Durchgang hat, erzeugt der Widerstand R-609 eine positive Spannung von ungefähr 1,3 V auf Grund der die die 15-V-Klemme 816 über die Widerstände Ä-606 und Ä-608 mit dem Widerstand R-699 verbindenden Reihenschaltung. Dies erzeugt andererseits eine Vrc-Spannung von ungefähr 0,6 V an der Klemme 814, die mit dem Widerstand Ä-421 in der zweiten UND-Schaltung nach F i g. 7 verbunden ist. Diese Spannung hat eine ausreichende Größe, um den Transistor Q-407 nach F i g. 7 einzuschalten, um eine Öffnung des Relais K-501 hervorzurufen. Im ersten Fall ist die F_rc-Spannung nicht ausreichend, um den Transistor Q-407 leitend zu machen.

In diesen Anordnungen sind Zener-Dioden D-503 und D-504 nach Fig. 5, die Diode D-607 nach F i g. 8 und die Diode D-408 und der Kondensator C-404 nach F i g. 7 zum Schutz der mit der Impulsspulenschaltung verbundenen Bauteile eingefügt. Sie sind erforderlich, weil die Spule auf dem 2300-V-Potential liegt, wenn die Funkenstrecke Q-601 zündet.

Die Anzeige, daß der Eingang des Wandlers von F i g. 1 größer als 5 V ist, wird durch eine in Verbindung mit der Halbleiterdiode D-410 arbeitende 5-V-Zener-Diode D-412 nach F i g. 7 erzielt. Diese Bedingung zeigt, daß ein Unterbrechungsfehler an einer Eingangsklemme des Wandlers nach F i g. 1 vorhanden ist. Wie es gezeigt ist, ist die Kathodenelektrode der Zener-Diode D-412 über die Klemme 703 an die Klemme 20 des Hallelements nach F i g. 1 angeschaltet. 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 zu machen.

Die Anzeige, daß der Eingang von dem Wandler nach F i g. 1 kleiner als 1 V ist, wird durch die Halbleiterdiode D-406 und den Transistor Q-405 nach F i g. 7 erzielt. Diese Bedingung zeigt, daß ein Kurzschlußfehler an einem Eingangsanschluß des Hallgenerators vorhanden ist. Insbesondere ist der Widerstand R-416 nach Fig. 7 so eingestellt, daß der Transistor Q-405 für an die Klemme 703 angelegte Spannungen, die kleiner als 1 V sind, nichtleitend ist. Wenn eine niedrigere Spannung vorhanden ist. ist die an der Kollektorelektrode des Transistors Q-40S erzeugte positive Spannung zur Durchschaltung der Diode D-406 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 sich kein leitender Zustand des Transistors Q-407 ergibt.

Die Erkennung des Vorhandenseins eines Kurzschlusses an der Eingangsklemme des Hallgenerators 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 Ausgangs klemme 704 nach F i g. 4 und Verbindungskabe (nicht gezeigt) an die Eingangsklemme 610 nacl F i g. 6 angelegt. Die negative Spannung ist dor wirksam, um den Transistor Q-30i> nichtleitend z\ machen, mit dem Ergebnis, daß der Strom durch dei Widerstand /?-3I8 hindurchfließ!: und dabei dii Lampe IL aufleuchten läßt. Dies zeigt daher eben falls das Vorhandensein einer fehlerhaften Funktioi in der Wirkungsweise der Schaltung an.

Das Relais K-SOl ist ein Reed-Relais mit eine Spule für eine Nennspannung von 11 V. Wie es ii F i g. 5 gezeigt ist, ermöglicht es das X-Relais, wem das Relais K-501 geschlossen ist, daß der Leistungs schalter von Hand oder von einer äußeren Steuei Vorrichtung geschlossen werden kann. Wenn da Relais K-501 geöffnet ist, öffnet sich der Leistungs schalter auf Grund der Steuerung durch die Untei spannungs-Vorrichtung. Die Widerstände /?-50£ R-506 und Ä-507 und die Kondensatoren C-50f C-506 und C-507 längs der Kontakte A, B, C diene

zur Verringerung der Spitzenspannung längs der Kontakte von ungefähr 1000 V auf ungefähr 500 V. Das oben beschriebene grundlegende System kann entweder bei Hochgeschwindigkeits- oder Semi-Hochgeschwindigkeits-Leistungsschalteranwendungen verwendet werden. In jedem Fall löst der Leistungsschalter lediglich bei Fehlerströmen in der ausgewählten Richtung aus. Der Hochgeschwindigkeitsleistungsschalter kann von der Art sein, wie sie in der deutschen Auslegeschrift 1 944 062 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 Leistungsschalter und der Auslösevorrichtung gemäß dieser Erfindung kann zui Schaffung eines Systems verwendet werden, da« schnell genug ist, um die Größe von Fehlerströmen auf Pegel zu begrenzen, die auch von den anderen Bauteilen des Gleichspannungs-Leistungssystems vertragen wird.

Bei Semi-Hochgeschwindigkeitsanwendungen 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 Spannungsauslösung betätigt. Der grundlegende Vorteil dieser Kombination ist die Verringerung der Kosten, verglichen mit der Hochgeschwindigkeitsanwendung.

Hierzu 7 Blaii Zeichnungen

Claims (4)

des in den hochbelastbaren Versorgungssystemen Patentansprüche: fließenden Stromes muß das den Strom messende Untersystem für eine wesentlich schnellere Wirkung

1. Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem für entworfen werden als bisher.

einen in eine Gleichstromleitung eingeschalteten 5 Bei einem bekannten Hochgeschwindigkeits-Aus-

Leistungsschalter mit einein Stromwandler zur lösesystem der eingangs genannten Art (USA.-Patent-

Messung des in dem Leiter fließenden Stromes schrift 3 064 163) ist der Stromwandler als induktiver

und mit einer mit dem Ausgang des Stromwand- Wandler ausgebildet und dient zur Betätigung eines

lers verbundenen Auslöseeinrichtung mit einer Überstromrelais, das in Reihe mit der Impulsspule

Kondensatorauslösung für den Leistungsschalter, ίο des Leistungsschalters und der Kondensator-Aus-

dadurch gekennzeichnet, daß als Strom- lösung eingeschaltet ist. Durch die Verwendung der

wandler ein Hallgenerator (16) verwendet ist, Kondensatorauslöseeinrichtung ergibt sich zwar eine

dessen Ausgang (24,25) über eine eine Zeitver- wesentliche Verringerung der nach dem Auftreten

zögerungsschaltung (32) und einen Pegeldetektor eines Fehlers bis zum Betätigen des Leistungsschal-

(30) aufweisende Halbleiterschaltung mit der 15 ters verstreichenden Zeit, doch ergibt die Verwen-

Auslöseeinrichtung verbunden ist. dung eines induktiven Stromwandlers und eines

2. Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem nach Überstromrelais erhebliche zusätzliche Verzögerungs-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet- άς& der zeilen, die in vielen Fällen nicht tragbar sind. Weiter-Pegeidetsktor (30) zumindest auf den Pegel des hin ist der Fehlerstrom, bei dem eine Abschaltung Gleichspannungssignals des Hallgenerators (16) 30 erfolgt, nicht eindeutig festgelegt, da die Betätigung anspricht, der dem Gleichstromfluß in dem Leiter des Überstromrelais und die Eigenschaften des induk-(10) mit einer Größe, bei der die Auslösespule (36) tiven Stromwandlers große Toleranzen aufweisen,
zur Öffnung der Leistungsschalteranordnung be- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tätigt werden soll, entspricht. Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem der eingangs

3. Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem nach 25 genannten Art zu schaffen, das eine sehr geringe AnAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprechzeit bis zum Abschalten des Leistungsschalters Verbindung zur Kosdensator-Auslöseeinrichtung aufweist.

außerdem eine Funkenstrecke (Q 601) für hohe Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Energiepegel aufweist, die in Abhängigkeit von löst, daß als Stromwandler ein Hallgenerator verdem Pegeldetektorausgang gezündet wird, die 30 wendet ist, dessen Ausgang über eine eine Zeitverferner die Zuführung eines vorgegebenen Pegels zögerungsschaltung und einen Pegeldetektor aufdes Wandlerausgangssignals anzeigt und die die weisende Halbleiterschaltung mit der Auslöseeinrich-Ansteuerung der Auslösespule (36) durch die tung verbunden ist.
Kondensator-Auslöseeinrichtung bewirkt. Die Verwendung von Hallgeneratoren als Strom-

4. Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem nach 35 meßwandler für Gleichströme ist bereits bekannt Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die (USA.-Patentschrift 3 226 640 und deutsche Patent-Funkenstrecke (Q 601) für den hohen Energie- schrift 1 170 537). Die Verwendung eines Hallgenepegel die Auslösespule (36) betätigt, wenn ein rators für Hocbgeschwindigkeits-Auslösesysteme ist von dem Pegeldetektor (30) geliefertes Ausgangs- jedoch nicht ohne weiteres möglich, da ein Hallgenesignal anzeigt, daß das Wandlerausgangssignal 40 rator fast trägheitslos auf in dem Leitungsnetz aufeinen vorgegebenen Schwellwert überschreitet tretende Spannungsstöße mit hoher Flankensteilheit und während einer eine vorgegebene Verzögerung und sehr kurzer Dauer ansprechen würde, die bei überschreitenden Zeitdauer vorliegt. einem üblichen Strommeßwandler nach dem induktiven Prinzip nicht im Ausgangssignal dieses Strom-

45 meßwandlers erscheinen. Derartige kurze Spannungs-

stoße sollen aber nicht zur Abschaltung des Leistungsschalters führen, so daß eine Verwendung von HaIlgeneratoren r^;cht ohne weiteres möglich ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochgeschwin- Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des

digkeits-Auslösesystem für einen in eine Gleichstrom- 5° Hochgeschwindigkeits-Auslösesystems werden die an

leitung eingeschalteten Leistungsschalter mit einem sich vorteilhaften Eigenschaften des Hallgenerators

Stromwandler zur Messung des in dem Leiter fließen- für ein Hochgeschwindigkeits-Auslösesystem ausge-

den Stromes und mit einer mit dem Ausgang des nutzt, wobei dies dadurch ermöglicht wird, daß in

Stromwandlers verbundenen Auslöseeinrichtung mit den Übertragungsweg eine Zeitverzögerungsschaltung

einer Kondensatorauslösung für den Leistungsschalter. 55 sowie ein Pegeldetektor eingeschaltet sind, wodurch

Die wachsende Elektrizitätsversorgungs-Industrie kurzzeitige Spannungsspitzen und hochfrequente Störbenötigt dauernd neue Leistungsversorgunpen mit impulse keine Auslösung des Hochgeschwindigkeitshoher Leistungsfähigkeit, deren Ausgangsleistungen Auslösesystem bewirken können.
Größen erreichen, die vorher für unerreichbar ge- Bei dem erfindungsgemäßen Auslösesystem werden halten wurden. Eines der wichtigen Elemente in 60 Auslösesignale nur dann erzeugt, wenn ein Fehlerdiesen Systemen ist der Leistungsschalter, der das zustand für eine gewisse Zeitdauer auftritt, die größer Gesamtsystem und die damit betriebenen verschie- als beispielsweise eine halbe Millisekunde ist.
denen Bauteile im Falle von Überlastungen und Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der ErKurzschluß-Fehlerbedingungen schützt. Ein anderes findung ist vorgesehen, daß der Pegeldetektor zuminwichtiges Element in derartigen Systemen ist die Aus- 65 dest auf den Pegel des Gleichspannungssignals des löseeinrichtung oder das Meßsystem zur schnellen Hallgenerators anspricht, der dem Gleichstromfluß in Erfassung des Auftretens eines Kurzschlußfehlers in dem Leiter mit einer Größe, bei der die Auslösespule dem zu schützenden System. Auf Grund der Größen zur Öffnung der Leistungsschalteranordnung betätigt