DE2351156A1

DE2351156A1 - Detektor zum feststellen einer phasenumkehr und einer leitungsunterbrechung in einer dreiphasigen starkstromschaltung

Info

Publication number: DE2351156A1
Application number: DE19732351156
Authority: DE
Inventors: David Richard Boothman; David Walter Nutt
Original assignee: Canadian General Electric Co Ltd
Current assignee: General Electric Canada Co
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-11
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2203193A1; CA960753A; GB1450419A; US3838314A; JPS4972643A

Description

Anmelclerin: Canadian General Electric Company L:iir.ited Pe terb or ου ch, Ontario/Kan ad a

Detektor sura feststellen einer Phasenumkehr und einer Leifcungsunterbrechung in einer dreiphasigen Starkstromschaltung'

Die Erfindung betrifft einen Detektor zum feststellen einer Phasenumkehr und einer Leitungsunterbrechung in einer dreiphasigen Starkstromschaltung, und insbesondere bei einem Verbraucher, wie einer Dynamomaschine.

Eine ungenaue Phasendrehung wird durch einen ungenauen Anschluß der Leitung eines dreiphasigen Netzanschlusses an einen Verbraucher. Dies kann während der Anfangsmontage oder nach einer Wartung oder Überholung vorkommen, daß die Leitunpcen abgeklemmt oder abgeschaltet und wieder angeschaltet werden. Bei niedrigeren Spannungen kann anschließend eine Prüfung an den Leitungsanschlüssen vorgenommen werden, was jedoch bei höheren Spannungen praktisch nicht durchführbar ist. Bei höheren Spannungen muß daher irgendeine indirekt v/irkende Einrichtung verwendet werden, beispielsweise eine Einrichtung, welche Signale benutzt, welche an den Ausgängen der Heßwandler verfügbar sind, "'hervorgerufen

Wenn bei einem dreiphasigen Verbraucher an einer seiner

— 2 —

409816/0345

Wicklungsphasen keine Spannung anliegt, verschiebt sich die Spannung an den restlichen Wicklungen in der Phase und wird praktisch eine einphasige Versorgung für den Verbraucher. Bei bestimmten Verbrauchern, wie beispielsweise Elektromotoren, kann dies zu sehr ernsten Folgen führen, da einige Wotoren innerhalb von Sekunden bei ei.nem Phasenausfall bzw. -verlust beschädigt werden können. Der häufigste G-rund für einen Phasenausfall bzw. -verlust ist das Durchbrennen einer Sicherung während der Anlaßperiode des Motors, wenn der Einschaltstromstoß sehr hoch ist. Das zuverlässigste Verfahren einen Phasenausfall bzw.-verlust festzustellen besteht darin, den Ausfall des Leitungsstroms zu fühlen. Das Fühlen eines Spannungsausfalls ist etwas v/eniger zuverlässig, da dies davon abhängt, ob die Unterbrechung oberhalb der Fühlstelle auftritt.

Wenn Stromwandler vorhanden sind, schaffen sie eine Signalquelle. Hierbei ergeben sich dann aber Schwierigkeiten in den nunmehr in Verbindung mit den Stromwandler!! verwendeten Detektorschaltungen, da sich die Leitungsströme stark ändern. Bei hotoren ändern sich diese Ströme vom Einschaltstromstoß bis zum Normalbetrieb in einem Verhältnis von 25:1_} was ziemlich üblich ist. Zur Anpassung an diese große Stromver.änderung können die Stromwandler ein Verhältnis in der G-rölaenordnung von 100:1 "aufweisen. Bei Vorliegen eines derart großen Bereichs ist es unpraktisch, die herkömmlichen Phasenschieber- und Vektorsummiernetzwerke zu verwenden. Im allgemeinen sind diese Schaltungen auf einen Übersetzungsbereich von etwa 10:1 begrenzt, und das nur mit gewissen Linschränkungen.

Obwohl das Fühlen bzw. Feststellen des Stroms bevorzugt wird, da die Leitungsunterbrechung entweder oberhalb oder unterhalb der Fühlstelle liegen kann, ist ein Fühlen oder Feststellen der Spannung häufig ausreichend. Bei einem Motor

- 3 -A0 98T6/09U5

erfolgt eine Unterbrechung im allgemeinen aufgrund dec Durchbrennens einer Sicherung, folglich kann, bei Anordnen der Spannungswandler zwischen den Sicherungen..und den k'otor ein Durchbrennen der Sicherung ohne "weiteres sowohl anhand der Spannung als auch anhand des Stromes festgestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung sun Peststellen einer Phasenumkehr oder einez* Leitungsuntex^brecbung zu schaffen.

Gemäß der Erfindung-schafft ein Wandler, der an ein dreiphasiges Starkstromnetz; für einen Verbraucher angekoppelt ist, drei Züge von sich überlappenden Spannungswelleniorrncn, die zeitlich um 120° und in der der Speisefolge entsprechenden Phasenfolge verschoben sind. Ein Wellenformwandler wandelt diese Spannungen in drei Züge von Spannungswellenformen up, welche dieselbe i'olgefrequenz und im wesentlichen dieselbe-Dauer wie -die ursprüng-lichen Spannungen haben, und welche zeitlich um 120° verschoben sind, eich aber in der Dauer überlappen. Diese Spannungswellenforncn werden an einer Sternsel ■ altungsanordnung, welche einen Widerstand und einen in Reihe dazu geschalteten, torgesteuerten Halbleiter aufweist, und an den Sternpunkt in dieser Seihenfolge' für jeden Schenkel eingeprägt. Jeder Halbleiter wird"an seinsr Anode angesteuert, die bei anderen Wellenform positiv verläuft, welche eine Ansteuerpolarität hat und die positiv verlaufende Wellenform an der Anode überlagert. Während des normalen dreiphasigen Betriebs des Verbrauchers sind die positiven Spannungen an den Anoden der Halbleiter im wesentlichen null. Während einer Phasenumkehr oder eines Phasenausfall an dem Verbraucher sind diese Spannungen nicht mehr langer null und werden mittels einer Detektorschaltung festgestellt, •welche das Auftreten des Dehlers signalisiert.

4G9816/0945

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen nachfolgend im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 ein Schaltbild der Erfindung;

!'ig. 2. eine grafische Darstellung der in der Schaltung der .Fig. 1 vorkommenden Wellenformen

!•'ig. 3 ein Schaltbild eines Spannungspegeldetektors und einer Sperrschaltung; und

i'ig. 4 ein Schaltbild einer Spannungsfühlschaltung, die- in Pig. 1 verwendbar ist, wobei "anstelle des Stroms die Spannung an Spannungswandler!» gefühlt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Detektorschaltung weist im wesentlichen folgende Schaltungselemente auf: einen' dreiphasigen v/echselstromanschluß, der über einen Schaltungsunterbrecher 11 mittels drei Leitungen 10 an einen Verbraucher 12 angeschlossen ist, einen Strom-Spannungswandler 13 für jede Leitung, einen Wellenformwandler in der Anordnung von 3 Differential-Operationsverstärkern, die jeweils einen Widerstand 24 und einen Verstärker 14,15 oder 16 aufweisen; einen Phasenfolgevergleicher 16, eine Zeitverzögerungsschaltung 18, einen Spannungspegeldetektor 19 und Leitungen, welche durch die gestrichelte Leitung 20 dargestellt sind, welche den Detektor mit dein Schaltungsunterbrecher verbindet.

Der mit 15 bezeichnete Strom-Spannungswandler v/eist einen an eine Leitung 10 angekoppelten Stromwandler 21 mit niedrigem Übersetzungsverhältnis und einen mit einem Widerstand 23 belasteten Stromwandler 22 mit hohem Übersetzungsverhältnis auf, der über einen Widerstand 24 an den Eingangsanschluß 27 des Verstärkers 14 angekoppelt ist. Das am Anschluß 27 anliegende Signal ist ein sehr kleiner Wechselstrom, welcher dem in der

409816/094 5 ~⁵~

Leitung fließenden Strom proportional ist. Er liegt in der Größenordnung eines Bruchteils von einem mA. Dioden 25 und schützen den Verstärker vor zu hohen Spannungen, wie Spannungsimpulsen oder Spannungsstößen. Ähnliche Wandler sind über Widerstände 24 an die beiden anderen Leitungen und an die entsprechenden Eingangsalischlüsse 28 und 29 der Verstärker 15 bzw. 16 angekoppelt. Die anderen Eingangsanschlüsse der Verstärker sind miteinander verbunden und an eine kleine negative Vorspannung 30 angeschlossen, welche den Schaltpunkt der Verstärker sehr nahe bei den Nullpunkten an den Wechselspannungseingängen setzt. Die Verstärkereingangsschaltung ist dreiphasig^ die Verstärker erhalten daher einen sehr kleinen, dreiphasigen Wechselstromeingang, welcher proportional dem Dreiphasenstrom in den Leitungen 10 ist.

Die Ausgangsanschlüsse 31 "bis 53 der Verstärker 14 bis 16 sind an eine dreiphasige Sternschaltung angeschlossen. In der Schaltung sind der AnschIuB 51 an den gemeinsamen oder Sternpunktleiter 34 über einen strombegrenzenden Widerstand 55 und einen gesteuerten Halbleiter 36, der Anschluß 52 über einen ähnlichen Widerstand 57 und einen Halbleiter 58 sowie der Anschluß 33 über einen Widerstand 39 und einen Halbleiter an den Sternpunktleiter angeschlossen. Thyristoren eignen sich gut für die gesteuerten Halbleiter 56, 38 und 40 und die -Halbleiter werden von nun an auch so bezeichnet. Die S~teuerelektrode des Thyristors pG ist mit einem Schaltunjjspunkt zwischen Widerständen 42 und 43 eines Spannungsteilernetzwerks verbunden; das Netzwerk ist an die Phase C und den Sternpunktleiter 3^ angeschlossen. Die Steuerelektroden der Thyristoren 38 und 40 sind an ähnliche Spannungsteilernetzwerke 44, 45 und 46, 47 angeschlossen; diese beiden Netzwerke sind an die Phasen A bzw. B und den Sternpunktleiter angeschaltet. Die Anoden der Thyristoren 36, 38 und 40 sind über Dioden 49, 50 bzw. 51 an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 48 und .dieser ist über einen strombegrenzenden Widerstand 52 an einen Eingangsanschluß 53 des Spannungspegeldetektors 19 angeschlossen.

409816/094 5 ~⁶"

Der Leiter 34 ist an den anderen Eingangsanschluß 5²^ <les Detektors angeschaltet. Die Verzögerungsschaltung 18 ist vor den Detektoreingang angeordnet und kann irgendeine eine Anzahl bekannter Verzögerungsschaltun^en sein, welche eine kurze Zeitverzögerung ergibt. Sie kann in der einfachsten Ausführungsform ein Kondensator 55 und ein Widerstand 56 sein, welche parallel an die Detektoreingangsanschlüsse geschaltet sind. Der Detektor 19 hat die Form- eines spannungsempfindlichen Schalters, welche in einem stabilen Sustand bei einem iiullspannungseingang verbleibt und bei einer verhrltnismäii niedrigen Eingangs spannung in den anderen Zustand umschaltet. Ein zweckmäßiger Detektor 19 wird später noch beschrieben.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Detektorschaltung wird nunmehr anhand der Fig. 2 beschrieben. Wie bereits s.u. ε ge führt, ist der Eingang an den Verstärkern 14 bis 16 ein dreiphasiger Wechselstrom, welcher dem wechselstx*om am Verbraucher 12 proportional ist. Er stellt ein sehr kleines Signal dar und kann durch die im oberen '!'eil der Fig. 2 dargestellten Sinuswellen a, b und c wiedergegeben werden. Jeder der Verstärker 14 bis 16 wird in der Ver£-;leicherbetriebsweise bei offenem Regelkreis verwendet, so daß ein kleiner Eingangsstrom der einen Polarität eine maximale Ausgangs— spannung der entgegengesetzten Polarität und im wesentlichen eine Rechteckwellenform ergibt. Mit anderen Worten, bei jedem Nulleingang schaltet der Verstärker die Polarität so schnell um, daß bei der Erfindung die Form jeder lialbperiode seines Ausgangs im wesentlichen rechteckig ist. Durch das Schalten steigt die Ausgangsspannung augenblicklich von null auf eine Maximalamplitude, wo sie konstant verbleibt, bis wieder geschaltet wird; in diesem Fall fällt sie dann augenblicklich auf null ab und der Vorgang wird mit entgegengesetzten Polarität wiederholt. Das "bedeutet natürlich eine gewisse Verzögerung beim Schalten von einer Polarität auf die andere ; aber diese Verzögerung ist nicht lang genug, um den

409816/0945 - 7 -

Phasenfolgevergleicher au beeinflussen. Die gerade beschriebene re elate eiförmige Wellenform ist besser unter der Bezeichnunp: Rechteckwelle bekannt und wird daher im folgenden auch so bezeichnet. Da die in die drei Verstärker eingegebenen Ströme a, b und c um 120. in der Phase verschoben sind, sind auch die Spannungen A, B und C am Ausgang der drei Verstärker um 120° in der Phase gegeneinander verschoben, wie im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt ist. Diese drei Wellenformen sind dieselben obwohl sie um der Deutlichkeit in der Zeichnung willen mit verschiedenen Amplituden dargestellt sind.

Die Betriebsweise des Phasenfolgevergleichers 17 wird nunmehr beschrieben. Die Phasenspannungen A, B bzx*. C werden an den Thyristoren 36, 38 bzw. 4-0 eingeprägt und jeder wird von einer anderen Phase über einen Spannungsteiler angesteuert. Der Thyristor 56 wird über die Teilerxfiderstände 42 und in der Phase C,der Thyristor 38 über Teilerwiderstände 44 und 45 in der Phase A und der Thyristor 40 über Teilerwiderstände 46 und 47 in der Phase B angesteuert. Im folgenden v/ird nunmehr die Phase A betrachtet. Wenn sie zu einem Zeitpunkt^ in positiver Sichtung verläuft, ist die Phase C bereits -positiv und bleibt für weitere 60° bis zum Zeitpunkt 58 positiv. Zu'diesem.Zeitpunkt, an dem die Phase A positiv ist, liegt die volle Steuerspannung bereits an dem Thyristor 36 an. Der Thyristor 36 ist dann leitend und läßt die volle positive Halbperiode der Phase durch, schaltet aber zum Zeitpunkt 59 wieder ab, wenn die Phase A auf null gefallen ist. Dies kann ohne weiteres den Rechteckwellen entnommen werden, daS h&± bei einer positiven Spannung B der Thyristor 38 in derselben Weise von der Spannung A und bei einer positiven Spannung C der Thyristor 40 von der Spannung B angesteuert wird. Wiederstände 35» 57 und 39 begrenzen die durch die Thyristoren fließenden Ströme auf verhältnismäßig niedrige Werte. Die positiven Spannungen an den Anoden der Thyristoren bleiben daher auf einem Wert sehr nahe bei . null; der Wert ist so niedrig, daß nur eine unbedeutende

409816/0945

■ - 8 -

positive Spannung an dem Schaltungspunkt 48 anliegt. Da die Dioden 49 bis 51 die negativen Spannungen sperren und die positiven. Spannungen praktisch null sind, ist die Spannung am Schaltungstjunlct 48 null oder vernachlässigbar, solange die Phasendrehung richtig und einwandfrei ist. Sollte jedoch eine von zwei Leitungen 10 vertauscht werden, dann werden die Spannungen zum Zünden der Thyristoren zu Zeit'ounkten negativ, uo die Anoden der Thyristoren positiv geschaltet sind. Da die Steuerelektroden der Thyristoren eine zeitlang negativ bleiben, nachdem ihre Anoden positiv geschaltet? sind, zünden sie versnätet in den positiven Halbperioden. Bei r.ormalbetrieb verläuft die in Fig. 2 dargestellte Phasenfolge zeitlich von links nach rechts, d.h. in der Reihenfolge A, Ii, C. Sind jedoch zwei der Leitungen 10 vertauscht, dknn kann die Phasenfolge in Pig. 2 von rechts nach links, d.h. in der Reihenfolge C, B, A angenommen werden. Zur Erläuterung soll nunmehr die Phase A und G in Betracht gezogen werden. Die Phase C ist zum Zeitpunkt 59 negativ, xtfährenl die Phase A positiv wird; die Phase G bleibt für v/eitere 120° bis zum Zeitpunkt 58 negativ, v/o sie d.ann positiv wird und den Thyristor 36 anschaltet. Die volle positive Spannung A liegt dann für 120° an der Anode des Thyristors 36 an; diese Spannung erscheint auch am Schaltungspunkt 48. Die gleiche Spannung liegt auch an den anderen beiden Thyristoren an.

Ein Phasenverlust bzw. -ausfall am Verbraucher 12 schafft ebenfalls eine positive Spannung am Schaltungspunkt 48. Wenn beispielsweise die Phase C aufgrund des Durchbrennens einer Sicherung in einer der Leitungen 10 verschwindet, erscheint die Phase B als ein Spiegelbild der Phase A, d.h. die Phase A und die Phase B haben nunmehr unmittelbar entgegengesetzte Polarität. Die Phase B wird zu dem Zeitpunkt negativ, zu dem die Phase A positiv wird, und umgekehrt. Dadurch werden die Thyristoren 56 und 38 nicht angeschaltet, und es liegt daher eine sehr beträchtliche Spannung an dem Schaltungspunkt 48 an.

- 9

409816/094

2351158

Wenn die Spannung an dem Sclialtungspunkt 48 üb ei" einen vorbestimmten Wert ansteigt, wird sie mittels des Detektors 19 gefühlt und festgestellt und der Detektor bewirkt dann, daß mittels des Unterbrechers 11 die Schaltung zum Verbraucher 12 geöffnet wird. Dies erfolgt nach einer sehr kurzen", durch die Verzögerungsschaltung 55? 56 bedingten Verzögerung. Die Seitkonstante der Verzögerungsschaltung 55» 56 ist gerade lange genug, um Spannungsstöße zu absorbieren, die in der Schaltung vorkommen können; auf diese Weise sind irgendwelche nachteiligen Beeinträchtigungen oder Mißstände beim Schalten vermieden.

Während des Normalbetriebs liegt keine Spannung oder nur eine vernachlässigbare Spannung am Schaltun.gspu.nkt 48 an. Bei einer Phasenumkehr oder einem Phasenausfall in der dreiphasigen "Wechselstromversorgung am Verbraucher liegt eine beträchtliche.Spannung am Schaltungspunkt 48 an. Diese Spannung lädt dann den Kondensator 55 auf, und in kurzer Zeit wird der Kondensator auf einen Spannungspegel geladen, der mittels des Detektors feststellbar ist, wobei der Detektor dann bewirkt,, daß der Unterbrecher öffnet.

Obwohl die Wellenformen A, B und C rechteckförmig darge-stellt sind, ist es nicht wesentlich, daß sie so ausgebildet sind. Diese Wellenformen können auch anders als rechteckförmig ausgebildet sein, vorausgesetzt, daß sie einander überlappen, daß die Phase C ausreichend positiv ist, um den Thyristor J6 bei dem positiven Anstieg der Phase A zu zünden, daß die Phase A ausreichend positiv ist, um ofen Thyristor 38 bei dem positiven Anstieg der Phase B zu zünden, und daß die Phase B ausreichend positiv ist, um den Thyristor 40 bei dem positiven Anstieg der Phase G zu zünden. Die Thyristoren müssen für den größten Teil der positiven Spannungen A, B und C leitend sein bzw. diese durchlassen, so daß nur eine sehr kleine Spannung am Schaltungspunkt 48 anliegt, außer wenn ein Versagen vorliegt.

- 10 A098 16/09 45

Zu erwähnen ist noch, da», in irig. 1 die Steuerelektroden der drei! Thyristoren an dazwischen liegende bzw. Zuischenpunkte der Sp?-jimin-";-ß'i;eilernetzwerke- angeschaltet sind. Die iiViderr>t£--nae 42, 44 und 46 sind zu:? Begrenzung der Steuerströme vorgesehen j die -Widerstände 4o, 4 S und 4? werden zum Zünden nicht benötigt und können daher eingespart v/erden. Die widerstände 4o, 4S und 47 sind vorgesehen, um ein Fehl zünden der Tigrristoren auf ein Minimum herabzusetzen, d.h. die Thyristoren gegenüber einem Versagen infolge von störenden Einschxfingvorgnngen unempfindlicher zu machen. Die Widerstände 45, 45 und 47, welche im Vergleich zu den Widerständen 42, 44 und 46 (etwa IC kfi) hochohmir; sind haben sich als sehr v/irksam erv-ziesen, Störungen oder ein Versagen der Thyristoren zu vermindern, die hinsichtlich des Zündens empfindlich f-ep;enüber externen Sipnalen sind.

Ein Spannunpsperreldetektor,' der als Detektor 19 in I·¹!:;. I verv.^rendbar ist, 'nünniehr anhand der JJ¹If:. ;; beschrieben. In dieser Schnltunf-^ lier't eine Spannung V2 von dem Vergleicher 17 am Anschluß So des Detektors 19 an; die Spannung P+ am Schaltunrjspunkt 60 ist eine konstante positive, von der Energiequelle 65 gelieferte Spannung. Am Schaltungspunkt 61 liegt daher infolge des SOrOmS₁II, v/elche übex" Widerstände 62 bis 64 zu einem Anschluß 54 fließt, eine feste Spannung V1 an; der Anschluß 54 ist mit dem Sperrteil der Schaltung 65 und nicht, wie in JTig. 1, mit dem Sternpunktleiter 3^ verbunden. Wenn anfangs die Spannung V2 niedrig ist, sind die Transistoren 66 und 67 beide abgeschaltet. Wenn die Spannung V2 die Spannung V1 um mehr als die Spannung von der Basis sum Emitter des Transistors 66 (d.h. um etiia 0,5V) übersteigt, dann schaltet der Transistor 66 an. Wenn der Transistor 66 angeschaltet ist, wird Strom von der Basis des Transistors 67 aufgenommen; dieser Strom schaltet dann den Transistor 67 an. Wenn der Transistor 67

- 11 -

409816/0 945

BAD QFUGlNAt

— 1Ί —

angeschaltet ist, i?ird der Strom 12 durch den Thyristor über eine Leitung 20 zum Steuern des Schaltimgsunterbrechcrs 11 geleitet. Der Strom 12 stammt von der Vorspannung 13+ am Schaltungspunkt- 60 und fließt über den Widerstand 62. Dieser zusätzliche Strom über den Vn derstand 62 vergrößert den Spannungsabfall an dem Widerstand, so da£ die Spannung V2 um den Betrag des Spannun.gsabfalls abnimmt. Da sich die Spannung V 2 nicht geändert hat, aber die Spannung V1 ab ge-' noiDiaen hat, schaltet der Transistor 66 härter an. Dies ergibt eine Hückkopplungsschaltung, welche, sobald der Schwellenwert erreicht ist, ohne eine weiche, dazwischen liegende üb er gangs ζ one hart anschaltet. Dejiiit die Transistoren abschalten, muB die Spannung V2 wieder unter den Anschaltwert um einen Betrag fallen, der gleich dem Strom 12, multipliziert mit dem Widerstandswert des Widerstands 62 ist. Beispielsweise kann dieser IR-Abfall gleich 1,5KjC¹X 1 m'A = 1,5 V sein. Diese Spannung von 1,5 T wird dann als die Hysterese bezeichnet. .

Die Schaltung 65 ist die Energiequelle für die Funktionsverstärker 14 bis 16 und den Pegeldetektor 19. Sie x^eist \ eine Sperreinrichtung auf, mit welcher ein störendes Anschalten des Schaltungsunterbrechers 11 durch den Detektor 19 während des Energieabfalls beim Einschalten an den Wechselstromeingangsanschlüssen 75 und 76 ausgeschaltet ist. Durch diese Sperreinrichtung ist auch ein Anschalten des Unterbrechers verhindert, wenn die.Energie an der Schaltunp-- 65 abgeschaltet wird. Der Anschluß 54 ist dann, nicht mehr direkt sondern über einen Transistor 69 an den Sternpunktleiter 34 angeschaltet. Ein Kondensator 70 wird über eine Diode 75 und einen Widerstand 74 von derselben Wechselstromquelle gespeist. Wenn die Spannung an dem Kondensator 70 die Schuellenwertspannung der Zenerdiode

- 12 409816/0945

überschreitet, fließt ein Strom i über einen Widerstand und die Zenerdiode 71 in die Basis des Transistors 69 um am Emitter des Transistors zu der Sternpunktleitung 34-. Durch diesen Strom i wird der Transistor angeschaltet, wodurch ein Stromweg von dem Anschluß 54- zu dem Leiter 34-geschaffen ist. Dies stellt den normalen Betriebsfall dar; sollte dann jedoch der Spannungspegeldetektor einen Phasenfehler registrieren und feststellen, erfolgt die Schaltung über die Sperrschaltung. Sollte jedoch die Energie an den Anschlüssen 75 und 76 unterbrochen werden, dann schaltet die Zenerdiode 71 augenblicklich ab und stellt den Strom i an der Basis des Transistors 69 ab. Hierdurch schaltet dann der Transistor ab und unterdrückt den Betrieb des Spannungspegeldetektors, so daß der Anschluß 54- von dem Sternpunktleiter 34 tatsächlich abgetrennt wird. Bei diesen ungewöhnlichen Bedingungen kann daher mittels des Phasendetektors.nicht bewirkt werden, daß der Schaltungsunterbrecher den Verbraucher von der Leitung trennt.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt ist, kann ein Spannungsausfall bzw. -verlust zwischen zwei der drei Leitungen 10 der dreiphasigen Wechselstromversorgung für den Verbraucher 12 als Detektorsignal anstelle eines Stromsignals verwendet werden. Obwohl der dadurch geschaffene Schutz etwas kleiner ist. Die Spannungssignale können aber einen entsprechenden Schutz für viele Anlagen schaffen und können daher auch in Anlagen verwendet werden, wo Spannungswandler bereits verfügbar, Stromwandler aber nicht vorhanden sind.

In Fig. 4- ist eine Ausführungsform mit Spannungswandlern, beispielsweise Spannungstranformatoren, als Energiequelle dargestellt. In !ig. 4- ist die Primärwicklung 78 eines

- 13 409816/0945

Spannungswandlers 77 an zwei der Leitungen 10 und seine Sekundärwicklung 79 an einen Widerstand 23a angeschaltet. Dieser Widerstand dient.ebenso wie der Widerstand 23 in Fig. 1 zur Belastung des Wandlers. Die Anschlüsse zwischen dem Widerstand 23a und dem Verstärker 24 sind dieselben wie in Fig. 1. Ein entsprechender Wandler 77 und ein Widerstand 23a sind jeweils auch in den beiden übrigen Leitungen 10 für einen Anschluß an die Verstärker 15 bzw. vorgesehen.

Bei einer ungenauen Phasendrehung infolge einer Vertauschung von zwei Leitungen 10 ist ein Spannungssignal genausogut wie ein Stromsignal, Beide fühlen nämlich einen Fehler-auf der Versorgungsseite der Wandler und nicht auf der Verbraucherseite. Im 3?all einer offenen Leitung bzw. einer Leitungsunterbrechung fühlen Stromwandler entweder auf der Versorgungsoder auf der Verbraucherseite der Wandler. Bei Verwendung von Spannungswandlern muß die Unterbrechung, damit sie gefühlt und festgestellt"wird, auf der Versorgungsseite auftreten. Die meisten Leitungsunterbrechungen beruhen auf einem Durchbrennen von Sicherungen; da die Sicherungen auf der Versorgungsseite der Wandler angeordnet sind, wie in Fig. 4- durch die Bezugszeichen 80 angezeigt ist, sind, um das Durchbrennen von Sicherungen festzustellen,. Spannungswandler genauso wirksam wie Stromwandler. Wo es daher vorteilhaft und angebracht ist, können somit Stromwandler genauso gut verwendet werden.

- Patentansprüche -

. - 14-

4Q9818/Ö945

Claims

Patentansprüche

[ 1./Detektor zum !Feststellen einer Phasenumkehr und einer ^ Leitungsunterbrechung in einer dreiphasigen Starkstrom- ■ schaltung,g ekennzeichnet durch eine an die Schaltung (10) angekoppelte Wandlereinrichtung (13) für Wellenformsignale, welche die Wechselspannungs- oder Wechselstromwellenformen in der Schaltung darstellen, durch eine Wandlereinrichtung (24; 14 bis 16) zum Umwandeln der Signale in Rechteckwellen derselben Folgefrequenz, etwa derselben Dauer und einer Phasenfolge A, B bzw. 0, durch einen Phasenfolgevergleicher (17) für eine dreiphasige Sternschaltungsanordnung mit den an den drei Schenkeln der Sternschaltung eingeprägten Phasenimpulsen A, B und G, wobei Jeder Schenkel der Sternschaltung einen gesteuerten Halbleiter (36,38 oder 40) und Strombegremingseinrichtungen (35»37 oder 39) aujfeist, durch Ansteuerschaltungen (42, 43; 44,45; 46,47;) für die Halbleiter (36,38,40), wobei der Halbleiter jeder Phase an seiner Anode angesteuert v/ird, wenn eine Wellenform hinsichtlich der Ansteuerpolarität der anderen Phase positiv wird, und durch eine Einrichtung (19) zum Feststellen der Spannungen an den Halbleitern (36,38, 40).

2. Detektor, insbesondere nach Anspruch 1, zum Feststellen einer Phasenumkehr und einer Leituiigsunterbrechung in einer dreiphasigen Starkstromschaltung, gekennzeichnet durch eine an die Schaltung (10) angekoppelte Wandlereinrichtung (13)₅ welche dreiphasige Spannungswellenformen erzeugt, welche die drei Phasenwellen formen in der Versorgungsschaltimg darstellen, durch einen Wellenformwandler (24|14 bis 16), der an die Ausgangsanschlüsse der Wandlereinriehtung (13) und dessen Ausgangsanschlüsse an Leitungen (A₂ B bzw. G) angeschaltet'

409816/0945

sind wobei der Wellenformwandler den Spannungseingang in eine dreiphasige Ausgangsspannung in Form einer Rechteckwelle umwandelt, durch einen ersten Widerstand (35) und einen ersten Thyristor (36),. welche"so in Reihe geschaltet sind, daß der Widerstand (35) an die Leitung (A) und an die Anode des Thyristors (36) und die Kathode des Thyristors (36) an eine gemeinsame Leitung (34-) angeschaltet ist, durch einen zweiten Widerstand (37) "und einen zweiten Thyristor (38), die zwischen den Leiter (B) und den gemeinsamen Leiter (34-) in derselben Reihenfolge wie die erste Widerstands-Thyristorkombination in Reihe geschaltet sind, durch einen dritten Widerstand (39) und einen dritten Thyristor (4-0) welche in Reihe zwischen die Leitung (C) und die gemeinsame Leitung (34·) in derselben Reihenfolge wie die erste Widerstands-Thyristor-Kombination geschaltet sind, durch eine erste zwischen die Leitung (G) und die Steuerelektrode des ersten Thyristors (36) geschaltete Widerstandseinrichtung (42,43), durch eine zxveite zwischen die Leitung (A) und die Steuerelektrode des zweiten Thyristors (38) geschaltete Widerstandseinrichtung (4-4,45), durch eine dritte zwischen die Leitung (B) und die Steuerelektrode des dritten Thyristors (40) geschaltete Widerstandseinrichtung (46,47), und durch einen Spannungspegel-%detektor (19) von welchem ein Eingangsanschluß (53) an die Anoden der drei Thyristoren (36, 38, 40) und der andere Eingangsanschluß (54·) an die gemeinsame Leitung (34) angeschaltet sind.

Detektor nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß jeweils die Anoden der Thyristoren (36, 58, 40) an den einen Eingangsanschluß (53) des Spannungspegeldetektors (19) über eine Gleichrichtereinrichtung (49 bis 51) angeschaltet sind, wodurch nur Spannungen einer Polarität an dem Detektor (19) zu ihrem Nachweis anliegen.

409816/0945 - 16 -

4. Detektor nach Anspruch 3i dadurch g e k e η n~ zeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (18) aus einem Kondensator (55) und einem Widerstand (56) an den Eingangsanschlussen des Spannungspegeldetektors (9) angeschaltet sind.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Y/ellenformwandler 3 Differential-ü'unktionsverstärker (14 bis 16) aufweist, die in Vergieicherbetrieb bei offener Schleife arbeiten, so daß ein kleiner Wechselspannungseingang einen maximalen Ausgang entgegengesetzter Polarität und einez? im wesentlichen rechteckigen Wellenform ergibt, wobei ein Eingang der Verstärker (14 bis 16) jeweils an eine andere Phase des V/andler aus gangs und die Ausgangsanschlüsse der Verstärker jeweils an eine andere Leitung (A,B oder G) angeschaltet sind.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekenn ζ eichne t, daß eine Sperrschaltung (65) zwischen den anderen Eingangs ans chluß (54-) des Spannungspegeldetektors (19) und die gemeinsame Leitung (34-) geschaltet ist, wobei die Sperrschaltung (65) unerwünschte Einflüsse infolge von Einschalt- und Einschwingvorgangen von dem Spannungspegeldetektor (19) fernhält und Unterbrechungen der Energiequelle für den Wellenformumsetzer beseitigt.

7. Detektor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung jeweils eine Diode (49 bis 50) für jeweils einen der Thyristoren (36,38,40) aufweist, wobei jeweils die Anoden der Dioden (49 bis 51) an die Anoden der entsprechenden Thyristoren (36,38, 40) und die Kathoden der drei Dioden (49 bis 51) an den einen Eingangsanschluß (53) des Spannungspegeldetektors (19) angeschaltet sind.

4098 16/0945 ~ ^1? ~

8. Detektor,nach einem der Ansprüche Λ oder 2, da & u r c h £ e k e η η ζ e i c Ii η e t, daß die Wandlereini'ichtung Strom-Spanmmgswandler (22) aufweist.

9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c Ii gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung Spannungswandler (77), wie Spannungstransformatoren, aufweict.

40981 6/0945

Leerseite