DE2334165A1

DE2334165A1 - Schaltungsanordnung zur unterscheidung von kurzschluss- und einschaltstroemen

Info

Publication number: DE2334165A1
Application number: DE19732334165
Authority: DE
Inventors: Hubert Roellecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1973-07-05
Publication date: 1975-01-23

Description

HARTMANN & BRAUN 4.7.1973

Aktiengesellschaft

Schaltungsanordnung zur Unterscheidung von Kurzschluß- und Einschaltströmen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Unterscheidung von Kurzschluß- und Einschaltströmen in elektrischen Netzen mit einem Stromwandler pro Phase, an dessen Sekundärwicklung ein Lastwiderstand angeschlossen ist.

Beim Zuschalten von großen induktiven Verbrauchern, ins-'besondere Transformatoren, entsteht ein Einschaltstromstoß, dessen Amplitude in den ersten Halbwellen der Amplitude von Kurzschlußströmen entsprechen kann. Der Einschaltstromstoß, auch "rush" genannt, darf jedoch nicht zum Ansprechen eines überstromschutzes und damit zur Abschaltung des Netzes führen. Man könnte nun zwar den überstromschutz, also beispielsweise ein überstromzeitrelais, so träge machen, daß

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die Auslösung erst erfolgt, wenn ein Einschaltstrcmstcß bereits unter den Relaisansprechwert abgeklungen ist. Dann würde aber in Falle eines Kurzschlusses ein hoher Strom, ir.it annäherr.d konstanter Amplitude über mehrere Perioden fließen, bevor es zu einer Abschaltung käme. Da jedoch Kurzschlußströr.e erhebliche Schäden anrichten können, muß man bestrebt sein, im Fehlerfalle möglichst schnell abzuschalten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung bestehe darin, eine Schaltungsanordnung 2U finden, die nach etwa zwei Halbwellen ein Kriterium dafür liefert, ob ein Einschaitstromstoß oder ein Kurzschluß vorliegt-

Die Erfindung zeichnet sich bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch aus, daß die am Lastwiderstand anfallende Spannung über ein aus Kondensator und Widerstand ,bestehendes- Di-ff;erenzi-ergli>ed einem Meßtrigger zugeführt ist, daß der Meßtrigger sowohl eine Impulsverlängerungsstufe als auch ein Flip-Flop beaufschlagt, daß den Ausgängen des Flip-Flop UND-Stufen zugeordnet sind, deren zweite Eingänge am Differenzierglied liegen, daß die Ausgänge der UND-Stufen Analogwertspeicher für die Stromwerte der aufeinanderfolgenden Halbwellen beaufschlagen und daß den Analogwertspeichern ein Komparator nachgeschaltet ist, der bei gleichen oder zunehmenden Stromwerten einen Kurzschluß signalisiert und eine Schalterauslösung veranlaßt

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figur 1-5 der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt die neuartige■■ Schaltungsanordnung für eine Phase,

Fig. 2 stellt ein Spannungsdiagramm mit überlagertem Gleichstromglied für den Fall eines Einschaltstromstoßes dar,

Fig. 3 zeigt das Spannungsdiagramm nach Eliminierung des Gleichstromgliedes, .

Fig. 4 stellt eine mögliche Ausführungsform für einen Analogwertspeicher und die ihm vorgeschaltete UND-Stufe dar.

In Fig. 5 ist eine besonders einfache UND-Stufe verwirklicht.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind mit R, S, T die drei Phasen eines Netzes bezeichnet, die über einen Leistungsschalter 1 zum Verbraucher 2 führen. In den Phasen liegen Hauptstromwandler 3, 4, 5, deren Sekundärwicklungen verschiedene Meß- und Schutzeinrichtungen speisen. Die für die Phase T dargestellte neuartige Schaltungsanordnung ist von strichpunktierten Linien eingerahmt. Der Hauptstromwandler 5 speist einen Eingangsstromwandler 6. Sekundärseitig weist dieser einen Lastwiderstand 7 auf, der den erfaßten Strom in eine proportionale Spannung umformt. Der

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Verlauf dieser Spannung ist in Fig. 2 dargestellt. Mit 8 ist der Kondensator und mit 9 der Widerstand eines Differenziergliedes bezeichnet, das das Gleichstromglied eliminiert. Die hinter dem Differenzierglied verfügbare reine Wechselspannung ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Wechselspannung beaufschlagt einen Meßtrigger Io, der jeweils für die Dauer der Meßwertüberschreitung in jeder Halbwelle einen Impuls abgibt. Diese Impulse werden einer Impulsverlängerungsstufe 11 und einem Flip-Flop 12 zugeführt. Die Ausgänge O und L des Flip-Flop sind mit je einem Eingang von UND-Stufen 13, 14 verbunden, deren zweiter Eingang am Differenzierglied 8, 9 liegt. Den UND-Stufen sind Analogwertspeicher 15, 16 nachgeschaltet. Der Ausgang des Analogwertspeichers 15 ist über einen Spannungsteiler 17, 18 mit dem invertierenden' und der Ausgang des Analogwertspeichers 16 direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 19 verbunden. Die negative Betriebsspannung U_D wird über den Spannungsteilerwiderstand 18 zugeführt. Die Impulsverlängerungsstufe 11 und der Komparator steuern eine UND-Stufe 2o an, der ein Verstärker 21 nachgeschaltet ist. Der Verstärker betätigt ein Relais 22, dessen Kontakt den Leistungsschalter 1 auslöst. Mit 23 ist eine ODER-Stufe bezeichnet, deren erster Eingang mit dem positiven Pol der Betriebsspannung +U_ und deren zweiter Eingang über einen Kondensator 24 mit dem Ausgang der Impulsverlängerungsstufe 11 verbunden ist. Der Ausgang der ODER-Stufe 23 liegt am Löscheingang des Flip-Flop 12, so daß dieses immer dann in die Grundstellung gesetzt wird,

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wenn die Betriebsspannung + U zugeschaltet wird oder wenn Stufe 11 einen Impuls liefert. Eine Nicht-Stufe 25 verbindet den Ausgang der Impulsverlängerungsstufe 11 mit den Löscheingängen der Analogspeicher 15,16, so daß diese immer dann einen Löschimpuls erhalten, wenn die Stufe 11 keinen Impuls führt.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Beim Auftreten eines Überstromes in einer positiven Halbwelle spricht der Meßtrigger Io an, der seinerseits die Impulsverlängerungsstufe 11 ansteuert. Diese liefert ein Gleichstromdauersignal, das erst dann verschwindet, wenn in einer der folgenden positiven Halbwellen der kritische Stromwert unterschritten wird und der Meßtrigger nicht mehr anspricht. Mit dem Beginn des Gleichstromdauersignals wird das Flip-Flop 12 in die Grundstellung gesetzt und die Analogspeicher 15, 16 sind aufnahmebereit. Die UND-Stufen 13, 14 sind so ausgebil*- det, daß sie die Signale des einen Einganges analog übertragen können. Bei der ersten Überstrom-Halbwelle erhält also die UND-Stufe 13 zwei L-Signale. Der Analogwertspeicher 15 wird daher auf den Scheitelwert der ersten Uberstrom-Halbwelle aufgeladen. In der nächsten positiven Überstrom-Halbwelle wird das Flip-Flop 12 vom Meßtrigger Io umgeschaltet, so daß jetzt die UND-Stufe 13 sperrt, während die UND-Stufe durchschaltet. Der Analogwertspeicher 16 wird auf den Scheitelwert der zweiten positiven Halbwelle aufgeladen. Der Komparator 19 vergleicht nun den über den Spannungsteiler 17, 18 leicht abgeschwächten Schweitelwert des Speichers 15 mit dem Wert des Speichers 16. 4Q9884/0209

Ist nun der Wert des Speichers 15, multipliziert mit dem Faktor des Spannungsteilers 17, 18 größer als der Wert des Speichers 16, so gibt der Komparator 19 an seinen Ausgang ein Null-Signal ab. Es liegt also ein abklingender Einschaltstromstoß vor.

Erhält dagegen der negative Eingang des !Comparators ein Signal, das dem Signal am positiven Eingang gleich oder kleiner als dieses ist, liefert der Komparator 19 ein L-Signal. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Halbwellen beim Kurzschluß gleich große Scheitelwerte aufweisen. Das L-Signal des Komparators 19 und das L-Signal der Impulsverlängerungsstufe 11 bewirken über die UND-Stufe 2o, den Verstärker 21 und das Relais 22 eine Abschaltung des fehlerbehafteten Netzes. Die UND-Stufe 2oist so ausgebildet, daß sie eine Fehlabschaltung verhindert, wenn die Speicher 15, 16 nach einer Rückstellung Null-Signale führen, die dem Komparator eine Signalübereinstimmung vortäuschen könnten.

Aus den Spannungskurven von Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß der aufgezeichnete Einschaltstrom nach etwa vier Perioden abgeklungen ist. Die Verzerrung der Kurven sind auf Sättigungserscheinungen des Hauptstromwandlers 5 zurückzuführen. Die Spannung vor dem Differenzierglied gemäß Fig. 2 enthält einen Gleichstromanteil, so daß nur die positiven Halbwellen abnehmende Tendenz zeigen. Die hinter dem Differenzierglied gemäß Fig. 3 gemessene Spannung zeigt

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sowohl bei den positiven als auch bei den negativen Halbwellen eine einheitlich · abnehmende Tendenz. Man kann daher eindeutig durch Vergleich zweier gleichsinniger Halbwellen feststellen, ob ein Einschaltstromstoß oder ein Kurzschluß, vorliegt.

Fig. 4 zeigt im linken Teil den Aufbau einer aus zwei Transistoren 26, 27 und zwei Widerständen 28, 29 bestehenden UND-Stufe, die analoge Werte übertragen kann. Im rechten Teil von Fig. ist ein Analogwertspeicher dargestellt, der aus einer Diode 3o, einem Kondensator 31 und einem den Kondensator kurzschließenden Transistor 32 besteht.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform für eine Analogwerte übertragende UND-Stufe. Sie besteht aus einem Feldeffekttransistor 33 und einem in der Steuerleitung des Transistors liegenden Widerstand 34.

In Fig. 4 und 5 erhalten die Eingänge E jeweils das Analogsignal, während den Eingängen E_ das genormte L-Signal zugeführt wird.

7 Seiten Beschreibung

5 Ansprüche

2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Ansprüche

/ 1.^Schaltungsanordnung zur Unterscheidung von Kurzschluß- und Einschaltströmen in elektrischen Netzen mit einem Stromwandler pro Phase, an dessen Sekundärwicklung ein Lastwiderstand angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die am Lastwiderstand (7) anfallende Spannung über ein aus Kondensator (8) und Widerstand (9) bestehendes Differenzierglied einem Meßtrigger (lo) zugeführt ist, daß der Meßtrigger (lo) sowohl eine Impulsverlängerungsstufe (11) als auch ein Flip-Flop (12) beaufschlagt, daß den Ausgängen des Flip-Flop (12) UND-Stufen (13, 14) zugeordnet sind, deren zweite Eingänge am Differenzierglied (8, 9) liegen, daß die Ausgänge der UND-Stufen Analogwertspeicher (15, 16) für die Stromwerte der aufeinanderfolgenden gleichsinnigen Halbwellen Beaufschlagen und daß den Analogwertspei-

ehern 0.5, 16) ein Komparator (J. 9) nachgeschaltet ist, d.er bei> gleichen oder zunehmenden Stromwerten einen Kurzschluß signalisiert und eine Schalterauslösung veranlaßt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nullstellungseingang des Flip-Flop (12) über eine ODER-Stufe (23) sowohl mit der Betriebsspannung (+U_n) der Schaltung als auch über einen Differenzierkondensator (24) mit dem Ausgang der Impulsverlängerungsstufe (11) verbunden ist. 409884/0209

Ja·
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogwertspeicher (15, 16) über eine Nicht-Stufe (25)' mit dem Ausgang der Impulsverlängerungsstufe (11) verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des !Comparators (19) und der Ausgang der Impulsverlängerungsstufe (11) über eine UND-Stufe (20) und einen Verstärker (21) auf ein Auslöserelais (22) geführt sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des einen Analogwertspeichers (15) über einen Spannungsteiler (17, 18) auf den einen Eingang des Komparators (19) geführt ist.

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