DE2120233A1 - Schaltungsanordnung fur einen elek tromschen Uberstromschalter - Google Patents

Schaltungsanordnung fur einen elek tromschen Uberstromschalter

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DE2120233A1
DE2120233A1 DE19712120233 DE2120233A DE2120233A1 DE 2120233 A1 DE2120233 A1 DE 2120233A1 DE 19712120233 DE19712120233 DE 19712120233 DE 2120233 A DE2120233 A DE 2120233A DE 2120233 A1 DE2120233 A1 DE 2120233A1
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DE
Germany
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switch
current
diode
transformer
switching
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Pending
Application number
DE19712120233
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English (en)
Inventor
Herwig 8500 Nürnberg Tollnan
Original Assignee
Tekade Feiten & Guilleaume, Fern meldeanlagen GmbH, 8500 Nürnberg
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/021Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung für einen elektronischen Überstromschalter Die Erfindung betrifft eine elektronische Überstromschaltanordnung für Wechselstrom in Trägerfrequenz- oder anderen in Gestelleinheiten zusammengefaßten elektrischen Systemen.
  • Bei ungeregelten, netzgespeisten Stromversorgungsgeräten ial es üblich, einen Kurzschluß- und Überlastungsschutz sowohl für die Stromversorgung als auch fUr die Gestellverdrahtung auf der Betriebsspannungsseite über mehrere Verteilsicherungen zu erreichen. Dabei ist der Nennstromwert ihrer Verteilsicherung erheblich kleiner als der Nennstrom der Stromversorgung, so daß bei ausgangsseitigen Kurzschlüs@@n innerhalb kürzester Zeit die Sicherung in dem @@@spre@@enden Siromkreis ausl@st.
  • Es sind aber such Sauweisen bekannt und in V'rwen?:-ung, die keine Verteilsicherungen aufweisen, Die Sicherungen werden den angeschlossenen Verbraucher@ @@geordnet und befinden sich in Form elektronischer Sicherungen in den entsprechenden Geräteeinsätzen.
  • Die gesamte Verteilung der Betriebsspannung bis zu den Geräteeinsätzen ist damit unabgesichert.
  • Erfolgt vor dem Geräteeinsatz ein Kurzschluß, so kann der der Stromversorgung auf der Netzverteilseite vorgeschaltete Sicherungsautomat, wenn der Kurzschlußstrom genügend groß ist, unter Umständen über die verzögerte thermische Auslösung ansprechen.
  • Der Sicherungsautomat läßt sich jedoch unter Berücksichtigung der Einschaltstromstöße nicht für die Abschaltung eines sekundären Kurzschlusses dimensionieren. Damit es bei Normalbetrieb nicht zu einer Fehlauslösung des Sicherungsautomaten kommt, muß der Nennstromwert des Sicherungsautomaten dem zweifachen oder nächst höheren Wert des Gerätenennstromes entsprechen.
  • Hierbei darf der Scheitelwert des Einschaltstromes den 12,5-fachen Werft des Nennstromes des Sicherungsautomaten nicht überschreiten. Einschaltströme werden dadurch hervorgerufen, daß bei beispielsweise positiver Kernremanenz des Transformators im Nulldurchgang die Netzspannung bei anschließend positiver Spannungshalbwelle zugeschaltet wird, wodurch das Kernmaterial in die Sättigung kommen kann. Beträgt der Nennstrom der Stromversorgung beispielsweise 0,9 Ampere, so muß ein Sicherungsautomat von 2 Ampere vorgeschaltet werden, der bei 40% Überlastung (2,8 Ampere) erst.nach einer Stunde auslösen kann (großer Prüfstrom). Dieses Beispiel zeigt, daß es auf Grund einer Überlastung um etwa den Faktor 3 (0,9 A x 3 = 2,7 A) eine Stunde dauern kann, bis-der automat abschaltet. In dieser Zeit kennen, da der.Strom quadratisch in die Stromwärme eingeht, beträchtliche Übertemperaturen und Überlastungen beziehungsweise Zerstôrungen auftreten.
  • Man kann zerstörende Auswirkungen beim Auftreten eines Kurzschlusses durch plus völlige Absch@ltung des Gerätes ve@@eiden, was normalerweise durch handelsübliche Sicherungsautomaten mit ihren bekannten Unzulänglichkeiten geschieht. man kann ihnen aber auch durch eine Strombegrenzeranordnung begegnen, die, wenn sie elektronisch arbeitet ein Stellglies @@@ @ntsprechenden Regeleinrichtungen erfordert. Der zusätzliche Aufwand zu einer bestenhenden 220-Volt Wechselstromversorgung ist hierbei sehr erheblich.
  • Angeführt sei auch eine elektronische Schaltanordnung nach DT-AS 1 283 359, bei der die Abschaltung über eine Schmelzsicherung erfolgt. Es wird hierbei beim Auftreten eines Überstromes ein steuerbarer Gleichrichter durchgeschaltet. Dieser Gleichrichter verursacht hierbei zunächst einen Kurzschluß und dieser Eurzschluß löst die Sicherung aus; diese Methode entspricht einer indirekten Abschaltung und stellt keine zeitgemäße Lösung mehr dar.
  • Darüber hinaus wird bei dieser Schaltungsanordnung der Überstrom auf der Gleichstromseite gemessen, das heißt Überströme, die auf Grund defekter Siebkondensatoren oder Gleichrichter in der Stromversorgung intern auftreten, werden hiermit nicht erfaßt. Das Gerät ist also in sich selbst nicht geschützt.
  • Demgegenüber richtet sich die Aufgabenstellung der Erfindung auf einen Uberstromschalter, der wechselstromseitig angeordnet den gesamten Komplex, das heißt die Stromversorgung in sich selbst, die Gestellverdrahtung und die Geräteeinheit unabhängig von der Umgebungstemperatur vor Kurzschldssen und vor unzulässigem Überstrom schützt, wobei eine individuelle und genaue Empfindlichkeiteinstellung der Schalter gewährleistet ist sowie Wartungsfreiheit und absolute Betriebssicherheit gegeben sind.
  • Diese Aufgabenstellung wird gelöst vermittels einer elektronischen Überstromschaltanor?nung für Wechselstrom durch eine in der Wechselstromspeiseleitung, die durch einen Transformator von der Verbraucherseite galvanisch getrennt istb angeordnete steuerbare Halbleiterdiode mit bidirektionalem Schaltverhalten, die über einen mit ihrer Steuerelektrode über einen Strombegrenzungswiderstand verbundenen Schalter stromdurchlässig oder sperrend schaltbar ist und durch einen vom Verbraucherstrom durchflossenen Stromwandler, dessen Sekundärseite einer Schalteinrichtung zuge führt ist, in der ein definierter Meßwert einstellbar ist, der für die Schalteinrichtung die Einstellung eines gewünschten Ansprechkriteriums ermöglicht, wodurch der Schalter gesteuert wird, der die Halbleiterdiode in den Sperrzustand steuert, wobei der Schalter bei eingetretener Sperrung der Diode durch eine Halteschaltung bis zur Behebung der Sperrursache gehalten wird.
  • Die Erfindung und ihre Wirkungsweise werden anhand der Zeichnung näher beschrieben: Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Schaltanordnung zur direkten elektronischen Abschaltung einer Geräteeinheit über eine steuerbare Halbleiterdiode (Triac).
  • Auf der Leistungsseite ist die Stromversorgung G mit dem Gleichrichter einschließlich Siebteil und den Verbrauchern angeordnet.
  • Der Transformator Ti transformiert die Netzwechselspannung auf einen solchen Wert herab, der nach Gleichrichtung und Siebung im Stromversorgungsteil G am Verbraucher V als Gleichspannung in der gewünschten Höhe zur Verfügung steht.
  • Der elektronische Überstromschalter ist-auf der Primärseite des Transformators Ti angeordnet. Die steuerbare Diode D im Hauptstromweg stellt den elektronischen Schalter dar, der die Netzspannung im Steuersinn durchschaltet oder sperrt. In Ruhestellung des Schalters r (Stellung 2) fließt ein Steuerstrom vom Netz über den Schalter r und den Strombegrenzungswiderstand W in die Steuerelektrode der Halblei;terdiode D, wodurch die Diode in den niederohmigen leitenden Zustand versetzt wird. Im Sekundärkreis des Netztransformators Ti ist ein Stromwandler T2 angeordnet, der als Strommeßeinrichtung fungiert und unter galvanischer Trennung die Bildung einer Meßgröße gestattet, die, nach einer hier nicht näher dargestellten Gleichrichtung, die Schalteinrichtung R2 steuert, wobei die Schalteinrichtung Schwellwertcharakteristik besitzt und bei einer bestimmten Meßgröße, die vom Strom durch den Stromwandler T2 abhängig ist, in den entgegengesetzten Zustand kippt und den Schalter r in die Schaltstellung 1 umschaltet. Durch die unter Vorspannung stehende Halteeinrichtung R7 wird der Schalter r in der Schalterstellung 1 gehalten.
  • Durch die Umschaltung des Schalters r von Stellung 2 auf Stellung 1 geht die steuerbare Diode D1 bei der nächstfolgenden Halbwelle in den Sperrzustand über, die Stromversorgung und von ihr gespeiste Verbraucher werden somit von der Netzspannung abgeschaltet.
  • Der technische Fortschritt gegenüber bekannten Anordnungen ist darin begründet, daß der Überstromschalter nach der Erfindung wegen der Meßwertbildung über einen galvanisch trennenden Stromwandler T2 auch auf sekundärseitig auftretende Überströme eines Transformators - also schon auf der Wechselstromseite - anspricht.
  • Damit werden überströmte und Kurzschlußströme, die bei einer Störung in der Stromversorgung G, beispielsweise durch schadhafte Siebkondensatoren beziehungsweise defekte Gleichrichter etc., auftreten können, auch mit erfaßt, womit praktisch alle Geräte einschließlich der Gestellverdrahtung geschützt sind.
  • Der vorgesehene Stromwandler T2 erzeugt unter galvanischer Trennung auf seiner Sekundärseite nach entsprechender Gleichrichtung an einer Bürde eine genaue definierbare stromproportionale Meßgleichspannung, die die Schalteinrichtung R2 steuert.
  • Durch entsprechend dimensionierte Siebglieder ist die Meßspannung so bedämpfbar, daß kurzzeitige Stromspitzen, die durch den Ladestoß der Siebkondensatoren, wie sie beispielsweise beim Einschalten des Gerätes auftreten, nicht zur Umschaltung des Schalters r und damit nicht zur Auslösung der elektronischen Abschaltung führen. Der Ansprechwert der Schalteinrichtung R2 ist gegenüber bekannten Schutzeinrichtungen für jede Empfindlichkeit präzise einstellbar.
  • Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß der die Schalteinrichtung R2 steuernde Stromwandler T2 auf der Sekundärseite des Transformators Ti angeordnet ist; wäre dies primärseitig der Fall, so könnte es wegen der extremen Ströme die hier auftreten, zu Fehlauslösungen kommen. So können beispielsweise die durch den Transformator Ti hervorgerufenen Einschaltströme das 25-fache des Nennstromes betragen. Durch zusätzliche Siebglieder lassen sich diese Spitzen wohl soweit bedämpfen, daß keine Fehlauslösungen auftreten, dies erfordert jedoch zusätzliche Bauelemente und führt zu einer unerwünschten Ansprechverzögerung des Überstromschalters, die bewirkt, daß bei einem direkten Kurzschlußfall nicht schnell genug abgeschaltet wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, daß auf der Leistungsseite keine mechanischen Kontakte vorhanden sind, die einem Verschleiß unterworfen sind. Kontakte sind nur auf der Steuerebene vorhanden, wodurch wegen der galvanischen Trennung des Schalters r von der Erregerseite ein einfacher Schaltungsaufbau möglich ist.
  • Wird als Schalter r ein Reedkontakt verwendet, so arbeitet diese Anordnung besonders zuverlässig. Ein solcher Reedkontakt ist unempfindlich gegen Spannungsspitzen, die durch Schaltvorgänge im Netz hervorgerufen werden können und die der Netzspannung überlagert sind.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Elektronische überstromschaltanordnung für Wechselstrom in Trägerfrequenz- oder anderen in Gestelleinheiten zusammengefaßten elektrischen Systemen, gekennzeichnet durch eine in der Wechselstromspeiseleitung, die durch einen Transformator (T1) von der Verbraucherseite galvanisch getrennt ist, angeordnete steuerbare Halbleiterdiode (D) mit bidirektionalem Schaltverhalten, die über einen mit ihrer Steuerelektrode über einen Strombegrenzungswiderstand (W) verbundenen Schalter (r) stromdurchlässig oder sperrend schaltbar ist und durch einen vom Verbraucherstrom durchflossenen Stromwandler (T2), dessen Sekundärseite einer Schalteinrichtung (R2) zugeführt ist, in der ein definierter Meßwert einstellbar ist, der für die Schalteinrichtung (R2) die Einstellung eines gewünschten Ansprechkriteriums ermöglicht, wodurch der Schalter (r) gesteuert wird, der die Halbleiterdiode (D) in den Sperrzustand steuert, wobei der Schalter (r) bei eingetretener Sperrung der Diode (D) durch eine Halteschaltung (R1) bis zur Behebung der Sperrursache gehalten wird.
  2. 2. Elektronische Überstromschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei normalen Betriebsbedingungen der Schalter (r) in Ruhestellung (2) die Netzspannung über die steuerbare Halbleiterdiode (D) durchschaltet.
  3. 3. Elektronische Überstromschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromversorgungsteil (G)oder in den daran angeschlossenen Verbrauchern bei auftretender Überlastung, die in den Sperrzustand übergehende steuerbare Diode (D) - Arbeitsstellung 1 - die Netzspannung abschaltet.
    L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3011557A1 (de) * 1979-04-03 1980-10-16 Asea Ab Zweipoliger ueberstromschutz

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3011557A1 (de) * 1979-04-03 1980-10-16 Asea Ab Zweipoliger ueberstromschutz

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