DE2252440C3

DE2252440C3 - Vorauslösegerät für Synchronschalter

Info

Publication number: DE2252440C3
Application number: DE2252440A
Authority: DE
Inventors: Bruno Widen Leisi (Schweiz)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE2252440B2; FR2160925B1; FR2160925A1; CA984045A; DE2252440A1; GB1378985A; JPS4863256A; SE376324B; US3808455A; NL7215645A; CH541227A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Vorauslösegerät für Synchronschalter, bei dem ein Auslöseimpuls vom Nulldurchgang der Summe aus einer dem abzuschaltenden Strom proportionalen ersten Spannung und einer der zeitlichen Änderung des Stromes proportionalen zweiten Spannung abgeleitet ist. Das Prinzip derartiger Geräte ist z. B. in der deutschen Patentschrift 173 164 diskutiert.

Ein Vorauslösegerät für Synchronschalter hat die Aufgabe, in einem möglichst konstanten zeitlichen Abstand (Vorauslösezeit) vor dem Nulidurchgang eines abzuschaltenden Wechselstromes einen Auslöseimpuls zu erzeugen, der die öffnung des Kontaktsystems einleitet. Die Vorauslösezeit muß ausreichen, um beispielsweise bei einem magnetisch betriebenen Schalter ein die Schaltbewegung steuerndes Magnetfeld auf- oder abzubauen und eine eventuell vorhandene Verklinkung zu lösen; danach muß der Schalter noch innerhalb der Vorauslösezeit so weit geöffnet werden, daß der im Nulldurchgang erlöschende Lichtbogen nicht wieder gezündet wird.

Bisherige Vorauslösegeräte der eingangs genannten Art liefern eine konstante Voreilzeit nur für symmetrische, sinusförmige Ströme. Hat dagegen der abzuschaltende Strom eine Gleichstromkomponente, so ist die Vorauslösezeit von dieser abhängig. Wie in der genannten Patentschrift ebenfalls ausgeführt ist, kann man dies dadurch kompensieren, daß man den vom Strom und von seiner zeitlichen Änderung abhängigen Spannungen eine dritte Funktion hinzufügt, die z. B. der zweiten zeitlichen Ableitung des Stromes proportional sein kann. VorausHsegeräte dieser Art erfordern jedoch einen verhältnismäßig hohen Aufwand.

In der genannten Patentschrift ist ferner ein Vorauslösegerät beschrieben, das nach einem anderen Prinzip arbeitet. Hier wird zur Erzeugung des Auslöseimpulses eine Hilfsgröße verwendet, die vom Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes bis zum nächsten Scheitelpunkt des Stromes linear ansteigt und vom Scheitelpunkt bis zum nächsten Nulldurchgang des Stromes mit entgegengesetzt gleicher Steigung abfällt. Der Anstieg der Hilfsgröße stellt hierbei gewissermaßen eine Zeitmessung dar, durch die auch bei unsymmetrischen Strömen die Dauer der Halbwelle erfaßt werden kann. Störungen des Stromverlaufcs, die innerhalb der Halbwelle eintreten, können jedoch diese Messung verfälschen, so daß es zu Fehlschaltungen kommt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Vorauslösegerät der eingangs genannten Art ebenfalls eine Zeitmessung des Stromverlaufes einzuführen, db es ermöglicht, den nächsten Nulldurchgang des Stromes auch bei unsymmetrischem Strom zu erfassen, wobei jedoch das Zeitintervall, in dem Störungen zu einer Fehlprognose des nächsten Nulldurchganges führen können, wesentlich kürzer ist als bei der bekannten Zeitmessung.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, das Mittel vorgesehen sind, um ein erstes Zeitintervall vom Nulldurchgang der zweiten Spannung bis zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Summe beider Spannungen zu messen und sodann nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall den Auslöseimpuls zu erzeugen. Das Zeitintervall, das zur Prognose des nächsten Nulldurchganges erforderlich ist, beginnt hier erst zur Zeit des Maximums des abzuschaltenden Stromes, so daß die Wahrscheinlichkeit von Störungen gegenüber dem oben beschriebenen Vorauslösegerät nach der deutschen Patentschrift 1 173 164 mindestens auf die Hälfte verringert ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsart sind Mittel vorgesehen, um entsprechend der Dauer des ersten genennten Zeitintervalls eine Meßspannung linear ansteigen und sodann nach dem genannten Zeitpunkt wieder linear absinken zu lassen, sowie Mittel, um bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes der Meßspannung den Auslöseimpuls zu erzeugen.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die Auslegung der Größenverhältnisse der beiden genannten Spannungen sowie das Verhältnis von Anstiegs- zu Sinkgeschwindigkeit der genannten Meßspannung. Beispielsweise ergeben sich für eine Vorauslösezeit von 1,5 ms die besten Resultate, wenn die beiden Spannungen gleich groß gewählt werden und die Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung 1,3- bis 1,4-mal größer gemacht wird als deren Anstiegsgeschwindigkeit. Für eine Vorauslösezeit von 3,0 ms ist es jedoch vorteilhaft, die zweite Spannung 4mal größer zu machen als die erste Spannung und die Anstiegsgeschwindigkeit der Meßspannung etwa. 2,6mal größer zu wählen als deren Sinkgeschwindigkeit. Diese Maßnahmen tragen ganz besonders zu einet von der Halbwellendauer unabhängigen, praktisch konstanten Vorauslösezeit bei.

Gemäß einer anderen, mit Digitaltechnik arbeitenden Ausführungsart sind ein Oszillator sowie Schahmittel vorgesehen, um diesen währeno. des ersten Zeitintervalls mit einer vorgegebenen ersten Frequenz und sodann nach dem genannten Zeitpunkt mit einer vorgegebenen zweiten Frequenz zu betreiben, sowie eine Zählschaltung, welche die Schwingungen des Oszillators während des ersten Zeitintervalls zählt und sodann nach dem genannten Zeitpunkt den gezählten auslöseze.it (breit gezeichnetes TeUstück der Zeitlinie f) resultiert.

Die Erzeugung der genannten Meßspannung H₃ ist aus den unteren Teilen der Fig. 1 und 2 ersichtlich. Es wird mit bekannten Mitteln eine Rechteckspannung u_R3 (schraffiert gezeichnet) von der Dauer des Zeitintervalls At_0x erzeugt, indem der Mittelwert der Rechteckspannungen u_Rl und u_R„ gebildet wird. Dabei ist^«_Rl das Ausgangssignal eines mit der Span-

Betrag laufend um jede. Schwingung des nunmehr mil ίο nung «., ausgesteuerten Verstärkers und ««„ das Ausd F bd gangssfgnal eines mit der Differenz der Spannungen

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der zweiten Frequenz arbeitenden Oszillators vermindert, wobei beim Unterschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes der Auslöseimpuls erzeugt wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind vorzugsweise an den für die Messung des abzuschalten- i₅ Rechtecksignal «"., und die davon abgeleitete Meßden Stromes vorgesehenen Mitteln Spannungen abge- spannung m, im ganzen Strombereich bis zu einem

griffen, und es sind von diesen Spannungen gespeiste

Mittel vorgesehen, weiche bei einem für die Syn-— M₂ ausgesteuerten Differenzverstärkers. Hierzu eignen sich bekannte integrierte Verstärker mit gro-Verstärkungsfaktoren, damit ein eindeutiges

Syn

chronauslösu.ig zu kleinen Wert des abzuschaltenden d bi S

Bruchteil des Nennstroms erzeugt werden können. Die Meßspannung M₃ kann an einem Integrierver-

, . „ stärker entnommen werden, welcher während der

Strome, oder beim Strom Null einen Auslösekreis 20 Dauer der Rechteckspannung «„, ein lineares Anleitend machen so daß bei einem von außen kommen- steigen und bei u_K, - 0 ein lineares Absinken der den Auslosebetehl gleichwohl dei Auslöseimpuls er- Meßspannung M₃ bewirkt. Der Meßspannungsverlauf zeugt ^w"^rd- braucht jedoch nicht genau linearisiert zu werden. Es

In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele der genügt beispielsweise der Spannungsverlauf an einem Erfindung in vcreinfacnter Form dargestellt. Es zeigen 25 Kondensator, welcher über Widerstände von der Fig. 1 und 2 Kurven über den Verlauf der das Rechteckspannung u_H ₃ auf- und entladen wird.

Die F i g. 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Vorauslösegerätes, welches gemäß den F i g. 1 und 2 arbeitet. Die Funktion dieses Gerätes geht aus der dazugehörenden F i g. 5 und den folgenden Erläuterungen hervor. Die einzelnen Blöcke in F ig. 4

Vorauslösegcrät speisenden Spannungen,

Fig. 3 eine Anordnung zur Gewinnung dieser Spannungen,

F i g. 4 ein Schaltbild eines Vorauslösegerätes, Fig. 5 den Verlauf der in diesem Schaltbild angegebenen Spannungen.

In den Fig. I bis 5 bedeutet M₁ die zum abzuschaltenden Strom (i, in F i g. 3) proportionale Spannung und H₂ die dagegen phasenverschobene inverse Kurve der Spannung M₂, welche über den ganzen Strombereich proportional der zeitlichen Änderung des Stromes /', ist. Mit ί_λ ist der Zeitpunkt bezeichnet, in welchem sich die Kurve der Spannung M₁ und die K'Tve der Spannung «₂ schneiden; das entspricht de 1 Nulldurchgang der Summe m, t m„

Bei der Auslegung für eine Vorauslosezeit von 1,5 ms sind gemäß den Fig. 1 und 2 die Amplituden der Spannungen u_t und M₂ im wesentlichen gleich groß. F i g. 1 zeigt den Verlauf dieser und noch zu beschreibender Hilfsspannungen bei symmetrischem Strom /,. Fig. 2 verdeutlich dasselbe bei asymmetrischem Stromvcrlauf, wobei auch hier die SpannungM₁ den Verlauf des abzuschaltenden Stromes Z₁ darstellt. In allen Fällen wird ein erstes Zeitintervall Λ ί_{η v} vom Nulldurchgang der inversen phasenverschobenen Spannung M₂ bis zum genannten Zeitpunkt t_x gemessen und sodann nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall At_xv der Auslöseimpuls erzeugt.

Gemäß den F i g. 1 und 2 wird eine Meßspannung μ., erzeugt, welche während der Dauer des ersten Zeitintervalls At_0x linear ansteigt und sodann nach

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dem genannten Zeitpunkt t_x während des zweiten Zeitintervalls J i_xv wieder linear absinkt, wobei beim Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes der Meßspannung μ,, der Auslöseimpuls erzeugt wird. Bei der Auslegung für eine Vorauslosezeit von 1,5 ms ist die Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung M₁ vorzugsweise 1,3- bis l,4mal größer festgelegt als die An-Stiegsgeschwindigkeit. Man sieht aus den F i g. 1 und 2 ohne weiteres, daß mit dieser Maßnahme eine von der Halbwellendauer praktisch unabhängige Vor

bedeuten:

A den erwähnten Differenzverstärker, welcher u_K„ erzeugt.

B den genannten Verstärker, welcher M₂ in u_Rl verwandelt.

C einen Signalformer, welcher die Rechteckspannung Μ,,, in eine phasengleiche Rechteckspannung u_l(i verwandelt. Durch die Größe von u_Ra wird die Steig- und Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung M₃ bestimmt.

D den Integrierverstärker mit Kondensator und parallelgeschalteter Diode im Gegenkopplungskreis zur Erzeugung der Meßspannung M₁.

E eine Schwellwert-Überwachungsschaltung, welche eine steil abfallende Spannung M₅ erzeugt, wenn die Meßspannung M₃ eine vorgegebene Spannungsgröße M₄ unterschreitet.

F einen Impulsformer, welcher beim Abfall der Spannung M₅ einen Spannungsimpuls M₆ von der gewünschten Dauer des Auslöseimpulses M₈ erzeugt.

G einen Verstärker, welcher den Spannungsimpuls M₆ und/oder eine noch zu beschreibende Spannung M₇ zum gewünschten Auslöseimpuls M₈ verstärkt.

H eine Schwellwert-Überwachungsschaltung, welche durch Überwachung der Rechteckspannungen «κ, und u_R, einen für eine Synchronsteuerung zu kleinen" Wert des Stromes Z₁ feststellt. Wenn beide Rechteckspannungen u_R , und u_{R %} gleichzeitig einen zu kleinen absoluten Betrag bzw. nicht genügende Rechteckform aufweisen, erzeugt die Schaltung H eine Spannung M₇, welche über den Verstärker G bei einem von außen kommenden Ausschaltbefehl den Auslöseimpuls M„ erzeugt.

I einen Schalter, welcher bei einem von außen kommenden Ausschaltbefehl geschlossen wird und das Vorauslösegerät mit dem Ausüösekreis des Synchronschalters verbindet. Dadurch bewirkt der nächste vom Vorauslösegerät erzeugte Auslöseimpuls die Ausschaltung des Synchronschalters, womit der Strom Z₁ abgeschaltet wird.

Das beschriebene Schaltbild (Fig.4) zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Vorauslösegerätes, bei welcher die Ausmessung der beiden Zeitintervalle At_0x und Δ t_xv auf einem bekannten Prinzip der analogen Meßtechnik beruht. Diese Zeitmessungen können jedoch auch mit ebenfalls bekannten Mitteln digitaler Meßtechnik erfolgen.

Ein nicht dargestelltes digital arbeitendes Gerät weist z. B. einen Oszillator, eine Zählschaltung sowie Schaltmittel auf, um den Oszillator während des ersten Zeitiniervalls At_0x mit einer vorgegebenen ersten Frequenz und sodann nach dem genannten Zeitpunkt t_x mit einer zweiten, für eine Vorauslösezeit von 1,5 ms vorzugsweise 1,3- bis l,4mal höheren Frequenz zu betreiben. Während des ersten Zeitintervalls At_0x zählt die Zählschaltung die Schwingungen des Oszillators von Null bis x, um nach dem Zeitpunkt t_x den gezählten Betrag um jede Schwingung des nunmehr mit der zweiten Frequenz arbeitenden Oszillators zu vermindern. Durch ebenfalls bekannte Schaltmittel wird während dieses Zurückzählens beim Unterschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes der Auslöseimpuls erzeugt.

Sowohl beim analogen als auch beim digitalen Verfahren wird kein Auslösesignal abgegeben, wenn die Halbwellendauer des Stromes Z₁ infolge ζ λ starker Asymmetrie zu kurz ist, d. h., wenn während des Zeitintervalls At_0x der für die Auslösung zu unterschreitende Meß- bzw. Zählwert nicht überschritten wurde. In diesem Falle erfolgt die Schalterauslösung wie gewünscht erst in der nächsten Halbwelle des Stromes Z₁.

In F i g. 3 sind Mittel zur Gewinnung der Spannungen W₁ und M₂ dargestellt. Der abzuschaltende Strom Z₁ erregt einen Netzstromwandler 1. Der Sekundärstrom dieses Wandlers durchfließt einen Widerstand (Shunt) 2 und die Primärwicklung 4 eines Luftwandlers (1-Wandler) 3, an dessen Sekundärwicklung 5 die phasenverschobene Spannung M₂ sowie durch

Umkehren der Anschlüsse die inverse Spannung Tu entsteht, wobei die Spannung M₁ am Widerstand 2 abgenommen wird. Damit diese letztere Spannung M₁ möglichst genau in Phase mit dem Strom Z₁ verläuft, ist es vorteilhaft, einen Netzstromwandler mit sehr

ίο kleinem Luftspalt (Antiremanenzwandler) zu verwenden. An Stelle des Luftwandlers 3 kann auch ein teilweise mit Eisen bestückter Luftspaltwandler verwendet werden, wenn seine Sekundärspannung im ganzen Strombereich ein hinreichend genaues Abbild der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes Z₁ ist. Dei Widerstand 2 und der Wandler 3 können klein bemessen werden, da die angeschlossene Elektronik diese Teile höchstens mit einigen Milliwatl belastet.

An Stelle der in F i g. 3 gezeigten Anordnung ist es auch möglich, den Shunt und den !-Wandler im Schalter selbst auf Hochspannungspotential anzuordnen und vom Strom Z₁ erregen zu lassen, wobei jedoch die Stromversorgung des dann auch auf Hochspannungspotential liegenden Vorauslösegerätes in an sich bekannter Weise zu erfolgen hat. Unter Umständen ist es zur Vermeidung von magnetischen Störeinflüssen zweckmäßig, den !-Wandler 3 magnetisch abzuschirmen oder diesen durch eine auch elektronisch ausführbare Phasenschieberschaltung zu ersetzen.

Um den Auslöseimpuls auch bei einem für eine Synchronauslösung zu kleinen Strom Z₁ oder beim Strom Null erzeugen zu können, ist eine Schaltung vorgesehen, welche den Strom Z₁ überwacht. Es kann

auch gemäß der Ausführungsform nach F i g. 4 die Schaltung H vorgesehen sein, welche die Rechteckspannungen u_Ri und u_R2 überwacht. Falls der Strom Z₁ und/oder die davon abgeleiteten Rechteckspannungen u_Rl und m_ä2 zu klein werden, bewirkt vorzugsweise das Schwellweri-Überwachungsgerät H über den Verstärker G bei einem von außen kommenden Auslösebefehl (Schließen des Schalters /) die die Ausschaltung des Synchronschalters.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorauslösegerät für Synchronschalter, bei dem ein Auslöseimpuls vom Nulldurchgang der Summe aus einer dem abzuschaltenden Strom (/,) proportionalen ersten Spannung («,) und einer der zeitlichen Änderungen (di_xidt) des Stromes proportionalen zweiten Spannung (u.,) abgeleitet ist, dadurch gekennzeichnet", daß Mittel vorgesehen sind, um ein erstes Zeitintervall (At_0x) vom Nulldurchgang der zweiten Spannung (Ü_s) bis zum Zeitpunkt (/_λ.) des Nulldurchganges der Summe beider Spannungen zu messen und sodann nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall (At _vv) den Auslöseimpuls zu erzeugen.

2. Vorauslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um entsprechend der Dauer des ersten Zeitintervalls (At_0x) eine Meßspannung (w₃) linear ansteigen und sodann nach dem genannten Zeitpunkt (r_v) wieder linear absinken zu lassen, sowie Mittel, um beim Unterschreiten eines vorgegebenen Wenes der Meßspannung («.,) den Auslöseimpuls zu erzeugen.

3. Vorauslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an den für die Messung des abzuschaltenden Stromes (/,) vorgesehenen Mitteln (A, B) Spannungen (u_Rru_R2)abgegriffen sind und daß von diesen Spannungen gespeiste Mittel (H) vorgesehen sind, welche bei einem für die Synchronauslösung zu kleinen Wert des abzuschaltenden Stromes (/,) bei einem von außen kommenden Auslcsebcfehl gleichwohl die Ausschaltung des Synchronschalter bewirken.