DE2337372B2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen Schützlingen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen Schützlingen, insbesondere Motoren und Transformatoren, nach dem Hauptpatent 22 58 174, wie im Oberbegriff des Patentanspruches angegeben.

Bei der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent wird die Vorerwärmung des Schützlings unterhalb des eingestellten Grenzstromes bewußt vernachlässigt. Bei bestimmten Schützlingen, insbesondere Kabeln, ist es jedoch zweckmäßig oder gar erforderlich, die Vorerwärmung in die Auslösecharakteristik mit einzubeziehen.

Aus den AEG-Mitteilungen 58 (1968), S. 372-375, ist eine Überwachungsschaltung bekanntgeworden, bei welcher der Strom in einer Gleichrichterschaltung mit nachgeschaltetem Shunt in eine proportionale Spannung umgeformt wird. Diese Spannung wird in einer Quadrierschaltung quadriert und anschließend in Impulse umgesetzt. Die Impulse laden einen nachgeschalteten Kondensator eines RC-Gliedes dabei derart.

daß die Spannung am Kondensator ein Maß für die Temperatur der stromdurchflossenen Leitung ist Dem Kondensator ist eine Schwellwertstufe mit einstellbarem Schwellwert nachgeschaltet Erreicht die Spannung am Kondensator den eingestellten Schwellwert, d. h, erreicht die Temperatur der zu überwachenden stromdurchflossenen Leitung ihren höchstzulässigen Wert, so gibt die Schwellwertstufe ein Aus-Signal, wodurch der Leitungsstrom abgeschaltet wird. Die Impulsfrequenz ist dabei in quadratischer Abhängigkeit vom Stromwert vorgegeben.

Von Nachteil ist, daß die thermischen Zeitkonstanten der zu überwachenden Schützlinge, die in der Größenordnung von 10³ Sekunden liegen, nur mit großem Aufwand elektrisch nachgebildet werden können. Außerdem bedingt die Nachbildung so großer thermischer Zeitkonstanten auf elektrischem Wege sehr hohe Isolationswiderstände, die nur durch besondere Maßnahmen, wie beispielsweise durch Vergießen mit Kunstharzen, realisiert werden können.

Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung nach dem Hauptpatent mit einfachen Mitteln so abzuändern, daß die Vorbelastung des Schützlings erfaßt und berücksichtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie bei kleinstem Aufwand eine exakte Abbildung der jeweiligen thermischen Belastung des Schützlings liefert in dem sie nicht nur den bei schwankender Belastung variablen Anfall von Verlustenergien in Form von Wärme berücksichtigt sondern darüber hinaus noch erfaßt daß die an die Umgebung abgeführte Wärmemenge von der Temperatur des Schützlings abhängt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert

Mit 1, Γ, 1" sind Leitungen bezeichnet deren Ströme von Hauptstromwandlern 2 erfaßt und Zwischenstromwandlern 3 zugeführt werden. An Widerständen 4 werden diese Ströme in Spannungen umgeformt die in einer Gleichrichterschaltung 5 gleichgerichtet werden. Ein Spannungsfrequenzumformer 6 wandelt die gleichgerichtete Spannung in Impulse um. Diese Impulse steuern über eine erste ODER-Schaltung 34 den Zähleingang 7 eines störunempfindlichen Vorwärts-Rückwärts-Zählers 27 an, der aus zwei Zählstufen 24 und 25 besteht Die Impulse eines Generators 10 steuern über eine Negationsstufe 35 den Richtungseingang 9 der Zählstufe 24 an und beaufschlagen zusätzlich über die erste ODER-Schaltung 34 den Zähleingang 7 der Zählstufe 24. Jede Zählstufe 24,25 des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 27 weist je vier Ausgänge 11 — 14 bzw. 17-18 auf, die über abgestufte Bewertungswiderstände 39-46 mit dem Generator 10 verbunden sind. Zwischen dem Eingang des Generators 10 und dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle - Ub liegt ein Widerstand 47. Einem Ausgang 28 der Zählstufe 25 ist eine Schaltstufe 19 nachgeschaltet die ein Relais 20 und eine dritte ODER-Schaltung 21 beaufschlagt Das Ausgangssignal der dritten ODER-Schaltung 21 liefert die Rückstellimpulse für die Zählstufen 24, 25 an deren Rückstelleingängen 8,23, Von der Betriebsspannung Ub wird mittels einer Triggerschaltung 22 das zweite Eingangssignal für die dritte ODER-Schaltung 21 abgeleitet Der positive Pol der Betriebsspannung + Ub liegt ferner über einen Widerstand 38 am Richtungseingang 9 der Zählstufe 24.

Bei Beginn der Messung sind die Ausgänge 11-18

auf null zurückgestellt Beim Einschalten des Verbrauchers M erscheint am Ausgang der Gleichrichterschaltung 5 eine Spannung, die im Spannungsfrequenzumformer 6 in Impulse umgeformt wird, deren Frequenz quadratisch mit den zu überwachenden Strömen zunimmt Ein derartiger Spannungsfrequenzumformer ist bekannt und wird nicht näher beschreiben.

Die Impulse gelangen über die erste ODER-Schaltung 34 zum einen auf den Zähleingang 7 der Zählstufe 24, zum anderen wird von ihnen eine Spannung abgeleitet, die ais Richtungsentscheid auf den Richtungseingang 9 gegeben wird. Diese Spannung ist positiv, wodurch die Zählstufe 24 die Impulse des Spannungsfrequenzumformer 6, die an dem Zähleingang 7 anstehen, vorwärtszählt Damit erscheint der erste Impuls als L-Signal am Ausgang 11 der Zählstufe 24. Dieses Signal wird über den Widerstand 39 in abgeschwächter Form auf den Generator 10 gegeben. Entsprechendes gilt für weitere L-Signale an den Ausgängen 12—18 der Zählstufen. Die Frequenz des Generators 10 wächst mit der Ober die Bewertungswiderstände 39—46 zugeführten Spannung. Die L-Signale dieses Generators werden über die Negattonsstufe 35 dem Richtungseingang 9 und über die ODtR-Stuf e 34 dem Zähleingang 7 so zugeführt, daß der Zähler 27 schrittweise zurückgesteük wird. Wenn also der Spannungsfrequenzumformer 6 bei ganz kleinen Strömen in den Leitungen 1, Γ, 1" Impulse in weiten Abständen abgibt, wird der Zähler 27 langsam in Vorwärtsrichtung verstellt und zugleich mit noch kleinerer Frequenz über die Bewertungswiderstände 39-46 und den Generator 10 zurückgestellt Gehen die überwachten Ströme gegen Null, so wird auch der ί Zähler 27 mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auf Null zurückgestellt Diese Verzögerung wird durch Wahl der Bewertungswiderstände 39-46 der Abkühlungszeitkonstanten des überwachten Objektes angepaßt

ίο Bei normalen Belastungsströmen stellt sich der Zähler 27 auf einen Wert ein, der der Übertemperatur des !Schützlings entspricht Sobald jetzt gefährliche Überströme auftreten, läuft der Zähler von dem erreichten Wert aus hoch, bis der Grenzwert erreicht ist

π und über den Ausgang 28, die Schaltstufe 19 und das Relais 20 eine Abschaltung erfolgt Die Vorerwärmung des Schützlings wird also entsprechend berücksichtigt

Die Funktion des Spannungsanstieges kann durch Wahl der Bewertungswiderstände 39-46 dem Tempe-

:o raturverhalten des Schützlings gut angepaßt werden.

Wenn man anstelle der Widerstände 39—46 Stromquellenschaltungen im Verhältnis 1 :2 4 :8 ... benutzt ergibt sich am Widerstand 47 und damit an Generator 10 ein linearer Anstieg der Spannung.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispic! beschränkt So könnte der dargestellte Binärzäh^r durch einen abweichend kodierten Zähler mit entsprechend angepaßtem Digital-Analog-Wandler ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen Schützlingen, insbesondere Motoren und Transformatoren, die die zu überwachenden Ströme in eine Spannung umformt, die ein Spannungsfrequenzumformer in Impulse umwandelt, die eine dem Quadrat der Ströme proportionale Frequenz aufweisen und einem Speicherglied zugeführt werden, wobei nach Erreichen eines bestimmten Speicherinhaltes ein über eine Schaltstufe angesteuerter Schalter im Stromkreis des Schützlings auslösbar ist, wobei das Speicherglied als mehrstufiger Vorwärts-Rückwärtszähler ausgeführt ist und bei dem diese Impulse und die Impulse eines Generators dessen gemeinsamen Zähleingang beaufschlagen, wobei an dem Richtungseingang des Vorwärts-Rückwärtszähler eine von den Impulsen des Spannungsfrequenzumformers und/oder des Generators abgeleitete Spannung ft£f<r eine Hilfsgleichspannung liegt und die vorgegebene Frequenz des Generators derart bemessen ist, daß sie im Bereich zulässiger Ströme größer als die Frequenz des Spannungsfrequenzumformers ist, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler beim Erreichen seiner Nullstellung ein Stop-Signal an den Generator abgibt, und daß die Ausgangsimpulse an einem der Ausgänge des mehrstufigen Vorwärts-Rückwärtszählers der Schaltstufe zugeführt sind, nach Patent 2258 174, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der vorgegebenen Frequenz für den Generator (10) binäre Ausgänge (11-18) de- Zähh'ufen (24, 25) des mehrstufigen Vorwarts-ROckwartszahlers (27) über abgestufte und nach der Abküh¹ -ngszeitkonstante des Schützlings zu dimensionierende Bewertungswiderstände (39-46) oder abgestufte Stromquellenschaltungen mit dem Eingang des Generators (10) verbunden sind und daß zwischen dem Eingang dieses Generators und dem einen Pol (— Ub) der Speisespannungsquelle ein Widerstand (47) liegt