DE2400084A1

DE2400084A1 - Steuerschaltung fuer einen mehrphasenunterbrecher

Info

Publication number: DE2400084A1
Application number: DE19742400084
Authority: DE
Inventors: Jun Charles Foster Hobson; Henry Griswold Willard
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1974-08-15
Also published as: JPS49125837A; IT1002462B; FR2212666B1; AU6411474A; GB1455280A; FR2212666A1

Description

92.73-73/Sch/bgr
41D-1OO3/1427
Ü.S.Ser.No. 319,977
320,150
Filed January 2,1973

GENERAL ELECTRIC COMPANY New York, N.Y. (V.St.A.)

Steuerschaltung für einen Mehrphasenunterbrecher

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für, insbesondere mehrphasige, Unterbrecherschalter. Der Kürze halber seien derartige Schaltungen im folgenden nur als "Steuerschaltung" bezeichnet. Eine solche Steuerschaltung reagiert auf überströme und fehlerhafte Erdströme und betätigt dann eine Auslösespule des Trennschalters. Die Steuerschaltung wird als "Static-Schaltung" in dem Sinne bezeichnet, daß sie Festkörperbauelemente, wie Transistoren, Dioden usw., enthält.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung derartiger Mehrphasen-Static-Schaltungen zur Steuerung eines Trennschalters. Insbesondere soll die Steuerschaltung unter anderem die folgenden Eigenschaften aufweisen:

1. Der Trennschalter soll ausgelöst werden, wenn ein überstrom in einem der Phasenleiter auftritt, die durch den Trennschalter geschützt werden sollen. Darüber hinaus soll die Auslösung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalles vom Beginn des Fließens des Überstroms erfolgen. Dieses Zeitintervall soll veränderlich sein, und zwar umso kürzer, je größer der überstrom ist. Dieses Verhalten soll als "veränderliche Ansprechzeit" bezeichnet werden.

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2. Der Trennschalter soll bei Auftreten eines fehlerhaften Erdstromes auslösen, d.h. wenn ein nennenswerter Strom von einem der Phasenleiter nach Erde fließt.

3. Die Steuerschaltung soll gewichtsmäßig relativ leicht sein und hinsichtlich des Raumbedarfs kompakt sein. Ein wesentlicher Gesichtspunkt für leichtes Gewicht ist die Verwendung von Festkörperschaltungen. Weitere Merkmale sind in der anschließenden detaillierten Beschreibung erläutert. An dieser Stelle sei jedoch noch betont, daß die erfindungsgemäße Steuerschaltung ein wichtiges zusätzliches Merkmal besitzt:

4. Nimmt man an, daß der Trennschalter wegen eines Überstromes ausgelöst worden ist, und nimmt man ferner an, daß der Trennschalter nach dem Auslösen relativ schnell wieder zurückgeschaltet hat und daß der Überstrom verschwunden ist, dann soll der Trennschalter nicht erneut auslösen; das bedeutet, daß die Steuerschaltung eine relativ kurze Erholzeit haben soll. Eine sofortige Erholung ist nicht erreichbar, weil die veränderliche Erholzeit relativ große Zeitkonstanten in der Steuerschaltung erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung, eine Steuerschaltung zu schaffen, welche die vorstehenden Erfordernisse, insbesondere gemäß Punkt 4 erfüllt, wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei besteht eine völlige Isolierung oder Trennung des Stromversorgungsteils der Steuerschaltung von deren überstromfühlschaltung. Wie eine solche Trennung bewirkt wird, läßt sich am besten mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung erläutern, deren einzige Figur das Schaltbild einer Mehrphasensteuer schaltung für einen Trennschalter, gemäß der Erfindung, veranschaulicht.

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Das Schaltbild zeigt ein elektrisches Dreiphasenleistungssystem mit drei Leitern L₁, L~ und L_, die durch einen zugeordneten Trennschalter CB geschützt werden, dessen Tätigkeit durch eine Ve rrje ge lungs anordnung 10 gesteuert wird. Die Verriegelungsanordnung 10 wird mit Hilfe einer Auslösespule 12 gesteuert, die ihrerseits durch die Steuerschaltung erregt wird, wenn ein vorbestimmter überstrom oder ein Erdschluß in einem der Leiter der geschützten Anordnung festgestellt wird, worauf der Trennschalter CB geöffnet wird.

Der Trennschalter CB trennt die geschützte Schaltung mit den Leitern L₁, L_ und L von der Wechselstromquelle, wenn bestimmte anormale Zustände oder Fehlerzustände auftreten.

Die hier beschriebene Fühlschaltung und Festkörper-Steuerschaltung ist so ausgelegt, daß sie auf den höchsten der Leiterspitzenströme in den Leitern L₁, L„ und L₃ anspricht und die Auslösespule 12 erregt, so daß der Trennschalter CB entweder sofort nach dem Auftreten eines Leiterspitzenstromes von beispielsweise 3 bis 10-fachen eines vorbestimmten Maximalstromes ausgelöst wird, oder nach einer kurzen Verzögerungszeit von beispielsweise bis zu 0,3 Sekunden nach dem Auftreten eines Spitzenleiterstromes, der den vorbestimmten Maximalstrom um einen geringeren Betrag, beispielsweise das 3- bis 8-fache des vorbestimmten Maximalstromes, überschreitet, oder nach einer längeren Verzögerungszeit von beispielsweise bis zu 10 Minuten, wenn der Leiterspitzenstrom in einem der drei Leiter L₁, L„ oder L₃ den vorbestimmten Maximalstrom um beispielsweise 5 bis 10% überschreitet. Hierdurch wird der vorerwähnte Punkt 1 erfüllt.

Gemäß der Darstellung weist die Fühl- und Steuerschaltung einen Signalfühl-Schaltungsteil 100 auf, der an seiner Ausgangsseite

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ganz rechts eine Spannung liefert, die proportional dem höhsten Leiterstrom ist, der in einem der Leiter L₁, L₂ und L_ fließt. Ein Stromversorgungsteil 200 liefert die GIeichVorspannungen für die Steuerschaltung und die Erregerleistung für die Auslösespule 12 bei Auftreten eines fehlerhaften Zustandes. Ferner ist eine Erdschluß-Steuerschaltung 300 vorgesehen, eine Verzögerungssteuerschaltung 400 für sofortiges Ansprechen, eine Verzögerungssteuerschaltung 500 für die Kurzzeitverzögerung, eine Verzögerungssteuerschaltung 600 für die Langzeitverzögerung und eine Ausgangsschaltung 700. ·

Auf ihrer Eingangsseite weist die Fühlschaltung 100 mehrphasige Eingangsstromtransformatoren oder Fühler 102, 104 und 106 auf, deren Eisenkerne bei Leiterstromwerten bis zum 12fachen des normalen Stromes in den geschützten Leitungen L₁, L und L_ noch nicht gesättigt werden.

Die Eingangstransformatoren 102, 104 und 106 stehen in Leitungsverbindung mit der Stromversorgungsschaltung 200, im Gegensatz zu den bekannten Steuerschaltungen sind sie jedoch induktiv (nämlich über die Überstrom-Stromfühltransformatoren 122, 124 und 126)mit demjenigen Schaltungsteil der Schaltung 100 verbunden, der den höchsten Spitzenleiterstrom (in den Leitern L₁, L_ oder L_) ermittelt. Ferner sind die Eingangstransformatoren 102, 104 und 106 induktiv (nämlich über den Erdstromfühltransformator 114) mit der Erdstromfühlschaltung innerhalb der Gesamtschaltung 100 gekoppelt.

Die induktive Kopplung über die Überstromfühltransformatoren 122, 124 und 126 dient, wie eingangs schon angedeutet, zur Trennung oder Isolierung des Stromversorgungsteils 200 von den

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Uberstromfühlschaltungen 400, 500 und 600, sowie von den überstromfühl-Schaltungsteil der Schaltung 100 selbst. Durch diese Trennung wird Punkt 4, der eingangs erwähnten Eigenschaften erfüllt, nämlich eine relativ kurze Erholzeit der Steuerschaltung.

Zur weiteren Erfüllung des Punktes 4. ist der Erdschlußfühltransformator 114 auf seiner Primärseite mehrphasig ausgebildet, auf sBiner Sekundärseite dagegen nur einphasig. Seine Primärwicklungen sind als Differentialwicklungen gewickelt, d.h. unter normalen Bedingungen ist der Gesamtfluß in dem Transformator 114 praktisch Null, und damit ist die Ausgangsspannung an seiner Sekundärwicklung ebenfalls praktisch Null. Wenn ein Erdschluß auftritt, dann gleichen sich die Ströme in den Primärwicklungen des Transformators 114 nicht mehr aus, so daß an seiner Sekundärwicklung eine nennenswerte Ausgangsspannung entsteht.

Die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren 102, 104 und 106 sind jeweils in Reihe mit einer der Primärwicklungen des Erdschlußfühltransformators 114 und mit je einem Vollweggleichrichter 116, 118 bzw. 120 der Stromversorgungsschaltung sowie mit den Primärwicklungen je eines der überstromfühltransformatoren 122, 124 bzw. 126 geschaltet, die elektrisch und magnetisch voneinander isoliert sind und unabhängig voneinander sind.

Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 122, 124 und 126 sind jeweils an Vollweg-Brückengleichrichter 128, 130 bzw. 132 angeschlossen, so daß Ausgangsstromsignale durch die Bürdewiderstände 140, 142 und 144 fließen, welche proportional den entsprechenden Spitzenströmen in den Leitern L., L₂ und L₃ sind und an den Eingängen der Trenndioden 134, 136 bzw. 138 Spannungen derselben Polarität entstehen lassen, die jedoch unabhängig voneinander

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ein Maß für die Spitzenströme in jedem der geschützten Leiter L₁, L₂ und L_ sind.

Die Ausgänge der Trenndioden 134, 136 und 138 sind zusammengeschaltet und ergeben am Eingangsanschluß 145 der Steuercchaltung ein Signal, das proportional dem höchsten Spitzenstrom in einem der drei Leiter L₁, L„ und L₃ ist. Die Dioden 134, 136 und 138 sind zu einer ODER-Schaltung zusammengefaßt, bei der die höchste von einer dieser Dioden übertragene Spannung die beiden anderen in Sperrichtung vorspannt, so daß diese dann keinen Strom mehr führen.

Das Ausgangssignal dieser ODER-Schaltung mit den Dioden 134, 136 und 140 wird an einen einstellbaren Spannungsteiler mit den Widerständen 146, 148 und 150, 152, 154 geführt, in dem einer oder mehrere Widerstände überbrückt sein können, damit das Signal gedämpft wird und der Pegel des an der Basis des Transistors 156 anliegenden Signals durch einen vorbestimmten Wert des in den Leitern L₁, L_ oder L- fließenden Stromes eingestellt wird. Der Widerstand 158 hat den doppelten Zweck einer Begrenzung des der Basis des Transistors 156 zugeführten Stromes und der Bildung einer RC-Schaltung mit dem Kondensator 160 zur Unterdrückung hochfrequenter Signale, die im Spannungsteiler 146 bis 154 vorhanden sein können.

Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 102, 104 und 106 sind jeweils in Reihe mit den Primärwicklungen der Transformatoren 114 geschaltet, so daß unsymmetrische Ströme in den Leitern L₁, L, und L, einen unabgeglichenen Magnetfluß in dem Transfermator 114 zur Folge haben, in dessen Sekundärwicklung daraufhin ein Strom induziert wird. Dieser Ausgangsstrom fließt durch einen Spannungsteiler aus in Reihe geschalteten Widerständen 162,

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164, 166, 168 und 17o und eine RC-Schaltung aus einem Widerstand 172 und einem Kondensator 174, der mit einer Geschwindigkeit aufgeladen wird, die von einem Erdstrom in einem der Leiter L₁, L₂ und L₃ bestimmt wird» In dieser Hinsicht kann die Widerstandskette 162 bis 170, wie die Zeichnung erkennen läßt, teilweise überbrückt werden, so daß die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators beeinflußt werden kann und an ihm eine Ausgangsspannung entsteht, die einem ausgewählten Pegel entspricht, entsprechend einer vorbestimmten Unsymmetrie der Leiterströme L₁, L_ und L₃. Der Widerstand 172 und der Kondensator 174 dienen ach als Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Schaltschwingungen, so daß die am Kondensator 174 auftretende resultierende. Spannung in direkter Beziehung zur Unsymmetrie der Ströme in dem zu schützenden Leitungen L₁, L₂ und L₃ steht.

Die Stromversorgungsschaltung 200 bezieht ihre Eingangsenergie von den gleichen Stromtransformatoren, welche die Signalleistung für den überstromschutz und den Erdstromschutz liefern. Zusätzlich zur Lieferung mehrerer geglätteter gleichgerichteter Spannungen, wie sie zur Vorspannung der dargestellten Festkörpersteuerschaltung benötigt werden, liefert die Stromversorgungsschaltung die Erregerleistung für die Auslösespule zur Auslösung des Trennschalters. Die Zeichnung läßt erkennen, daß die Stromversorgungsschaltung eine geregelte Ausgangsspannung auf den Leitungen 222 und 224 mit einer Zenerdiode liefert, welche eine Spannungsdifferenz zwischen diesen Ausgangsanschlüssen fixiert, während der Kondensator 228 als Glättungsfilter für die Steuerspannungen dient.

In Reihe mit einem Widerstand 234 sind weitere Zenerdioden und 232 geschaltet, die einen Spannungsteiler zur Lieferung unterschiedlich hoher Spannungen bilden, die für die Steuer-

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schaltung benötigt werden, wobei die Leitung 236 die Spannung Null, die Leitung 238 eine maximale Steuerspannung von beispielsweise 48 Volt und die Leitung 240 eine dazwischenliegende Spannung von beispielsweise 18 Volt führt.

Die Eingangsschaltung 100 liefert ein pulsierendes Spannungssignal entsprechend den Strombedingungen, wie sie in den drei Phasen des Systems herrschen, wobei ein dem höchsten Augenblicksstrompegel entsprechendes Signal der Basis des NPN-Transistors 156 zugeführt wird.

Der Transistor 156 ist als Emitterfolger geschaltet und dient als Stromverstärker für das Eingangssignal. Der Emitter des Transistors 156 ist mit der Verzögerungssteuerschaltung 400 für sofortiges Ansprechen über einen Widerstand 402 verbunden, der mit der Masseleitung 236 über einen einstellbaren Spannungsteiler mit den Widerständen 404 bis414 verbunden ist. Diese Widerstände können selektiv überbrückt werden, so daß der Auslösewert für die Auslösespule 112 von beispielsweise dem Dreifachen bis Zehnfachen des Momentanstrom in einem der zu schützenden Leiter L₁, L^, L_ eingestellt werden kann.

An dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand 402 mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 404 bis 414 ist eine Diode 416 angeschlossen, und durch diese Diode fließt ein Strom durch die Leitung 70I zur Basis eines NPN-Transistors 702 und durch Widerstände 704, 706 und 708 nach Masse. Der Transistor 702 ist als Emitterfolger geschaltet und wenn die Spannung an seiner Basis einen Wert von etwa 12 Volt gegen Masse erreicht, der anzeigt, daß ein sehr hoher Momentanstrom in einem der drei zu schützenden Leiter L₁, L₂ und L_ fließt, dann steigt die Anodenspannung eines programmierbaren ünijunktiontransistors PUT 710,

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der an dem Verbindungspunkt der Widerstände 706 und 708 angeschlossen ist, auf einen Wert, der etwas höher als seine Gatespannung liegt.

Das Gate des Transistors 710 ist an einen Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 720, 722 und 724 angeschlossen, so daß der Transistor 710 eine feste Gatespannung erhält. Wenn die Anodenspannung des Transistors 710 seine Gatespannung überschreitet, dann wird der Transistor eingeschaltet und triggert einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 726, wodurch die Auslösespule 12 erregt wird, die vorzugsweise nach Art des US-Patentes 3 693 122 ausgebildet ist. Der Kondensator 228 des Stromversorgungsteils 200 wird angeschlossen und liefert die in ihm gespeicherte Energie an die Auslösespule 12; seine Kapazität ist so bemessen, daß er einen Impuls in der Größenordnung von ein Ampere liefert, der ausreicht, um die Auslösespule so stark zu erregen, daß die Verriegelungsanordnung 10 ausgelöst wird.

Wenn der Transistor 702 leitet, wird auch der Kondensator 728 aufgeladen, so daß die Anodenspannung des Transistors 710 auf einen ausreichenden Wert gehalten wird, so daß dieser in seinem leitenden Zustand verbleibt, obwohl der Transistor 702 aufhört zu leiten.

Bei der bisher beschriebenen Schaltung tritt praktisch keine Zeitverzögerung auf, und unmittelbar nachdem die Vorspannung des Transistors 702 den Triggerpegel für den Transistor 710 erreicht hat, wird die Auslösespule 12 erregt, was also praktisch gleichzeitig erfolgt.

Gewünschtenfalls kann die einstellbare Schaltung 400 für sofortige

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Auslösung ersetzt werden durch eine feste sofort auslösende "Override-Schaltung", wie sie in gestrichelten Linien darge-. stellt ist. Ein fester Spannungsteiler mit Widerständen 420 und 422, der an einen Anschluß zwischen einer Zenerdioda 424 und einer entgegengesetzt gepolten Diode 426 angeschlossen ist, ist mit einer Diode 416 über eine Leitung 428 verbunden. Die Widerstände 402 und 404 bis 414 sind ebenso wie andere Schaltungsverbindungen mit dem Ausgangtransistor 156 nicht erforderlich.

Wenn die Zenerdiode 424 so bemessen ist, daß sie beispielsweise beim 15- bis 25-fachen des maximal vorgesehenen Stroms in den Leitern L₁, L und L leitet, dann wird der Transistor 702 in seinen leitenden Zustand vorgespannt, wenn dieser Pegel erreicht ist.

Das Ausgangssignal des Transistors 156 wird ebenfalls der Schaltung 500 über einen Widerstand 502 zugeführt, der über einen einstellbaren Spannungsteiler mit den Widerständen 504, 506, 508, 510 und 512 an die Masseleitung 236 angeschlossen ist, wobei dieser Spannungsteiler selektiv überbrückt werden kann, damit der Diode 516 ein Stromsignal zugeführt werden kann, welches einem Mehrfachen des Sollspitzenstromes in einem der drei Phasenleiter L₁, L„ und L- beträgt, beispielsweise dem 3- bis 10-fachen Wert dieses Stromes. Die Kurzzeitschaltung enthält einen NPN-Transistor 518, der zwischen die die mittlere Spannung führende Leitung 240 und die Masseleitung 236 geschaltet und normalerweise durchlässig ist, so daß er den Verzögerungskonäensator 520 auf die Spannung Null kurzschließt. Auch der PNP-Transistor 522 ist in seinen leitenden Zustand geschaltet.

Wenn das Ausgangssignal des Transistors 156 ausreichend wird,

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-. 11 -

um eine Spannung am Spannungsteiler 504 - 514 entstehen zu lassen, infolge deren ein Strom durch die Diode 516 fließt und die der Basis des Transistors 526 zugeführte Spannung über einen positiven festen Spannungspegel an seinen Emitter ansteigt, dann wird der Transistor 526 in seinen leitenden Zustand umgeschaltet, wodurch der Transistor 522 abgeschaltet wird und als Folge davon auch der Transistor 518 gesperrt wird. Leitet der Transistor 518 nicht mehr, dann wird die mittlere Spannung der Leitung 240 an die Ladeschaltung für den Kondensator 520 gelegt.

Wenn sich die Spannung am Kondensator 520 weiter für eine genügende Zeitdauer aufbauen kann, so daß sie als Triggerspannung, für den bereits erwähnten Unijunction-Transistor 710 ausreicht, dann wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter 726 leitend und die Auslösespule 12 wird erregt, so daß die Verriegelungsanordnung 10 zum öffnen des Trennschalters CB ausgelöst wird.

Die Ladeschaltung für den Kondensator 520 enthält den Widerstand 528, mit Hilfe dessen die Ladegeschwindigkeit des Kondensators bestimmt wird. Den Widerstand 528 können wahlweise auch Widerstände 530 und 532 parallel geschaltet werden, so daß die Zeitverzögerung für jede Zeitperiode beispielsweise von 6 bis 18 Zyklen eingestellt werden kann, damit ein gegebenenfalls vorgesehener näher bei der Last liegender Trennschalter vor dem Öffnen des Trennschalters CB geöffnet werden kann.

Eine einzelne niedrige Spitze des Momentanstroms in den Leitern L., L₂ und L-, welche einen uberstromzustand darstellt, aufgrund dessen am Ausgang des Transistors 156 ein Signal erscheint, läßt den Transistor 522 leitend werden. Dieser wiederum schaltet den Transistor 518 in seinen Leitungszustand, welcher die Ladung vom Kondensator 520 abfließen läßt, so daß die durch diesen Konden-

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sator bedingte Verzögerungszeit auf Null gebracht wird.

Das Ausgangssignal des Transistors 156 dient ferner als Eingangssignal für die.Langzeitverzogerungsschaltung 600, zu welcher es über eine Trenndiode 602 zu einem NPN-Transistor 604 gelangt, der als Emitterfolger geschaltet ist und eine zweite Stromverstärkerstufe darstellt. Wenn der Transistor 604 leitet, dann fließt durch ihn Strom von der positiven Leitung 238 und einen Spannungsteiler mit den Widerständen 606 und 608 zur Masseleitung 236. Dieses Stromausgangssignal des Transistors 604 ist proportional dem Spitzenstrom der Phase der zu schützenden Leiter L₁, L„, L_, welcher für die Feststellung eines Überstromzustandes verantwortlich ist, und wird einem Spannungsteiler mit Widerständen 612, 614, 616, 618 und 620 zugeführt, die zwischen den Anschluß 614 des Transistors 604 und die Masseleitung 236 geschaltet ist.

Das Ausgangssignal vom Emitter des Emitterfolgertransistors 604 dient als Ladestrom für einen Kondensator 622, und zwar über eine Kondensatorladesehaltung mit den Widerständen 612, 614, 616, und dem PNP-Transistor 624. Die PNP-Transistoren 626, 628 und 630 dienen zusammen mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 712, 714, 716 und 718 als nichtlineare Ladespannungsquelle für den Kondensator 622, so daß die Ladegeschwindigkeit dieses Kondensators mit dem Quadrat des in einem der Leiter L-, L„, L_ fließenden Ladestroms anwächst, welcher für den vom Transistor 156 abgefühlten tiberstromzustand verantwortlich ist. In diesem Sinne wachsen die Emitterspannungen der Transistoren 626, 628 und 630 an, wenn die Emitter spannung des Transistors 156 mit zunehmendem überstrom anwächst, bis der Trans-istor 630 in den Leitungszustand gelangt. Danach kann die Emitterspannung des Transistors 630 nicht weiter ansteigen und der Strom durch den Transxistor 618 kann ebenfalls nicht weiter wachsen. Wenn die

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Emitterspannung des Transistors 156 sich weiter erhöht, dann wächst zunächst die Emitterspannung des Transistors 628 und dann die des Transistors 626, so daß der Strom durch die Widerstände 616 und 614 nacheinander auf einen festen Wert gehalten wird und nicht weiter steigen kann. Durch geeignete Bemessung der Widerstände 612, 614, 616, 618 und 620 kann der Ladestrom des Kondensators 622 etwa mit dem Quadrat des dem Transistor 156 zugeführten Signals verlaufen. Wenn die Spannung am Kondensator 622 dem Gate eines programmierbaren Unijunction-Transistors PUT 732 über den Strombegrenzungswiderstand 632 aufgeprägt wird, und einen Wert oberhalb dessen Anodenspannung erreicht, wird der Transistor 732 eingeschaltet und bringt den gesteuerten Siliziumgleichrichter 726 zum Zünden, so daß die Auslösespule 12 erregt wird.

Die Kondensatoren 636 und 638 können wahlweise parallel zum Kondensator 622 geschaltet werden, so daß die Ladezeit bis zu beispielsweise 10 Minuten verändert werden kann.

Wenn der abgefühlte überstrom unter einen vorbestimmten Pegel fällt, dann wird der Kondensator 622 sofort durch den NPN-Transistor 634 nach Masse entladen, der normalerweise leitend ist, jedoch bei nicht leitenden PNP-Transistor 636 ebenfalls gesperrt ist. Der Transistor 636 wird in seinen Leitungszustand gespannt, wenn keine überstromverhältnisse vorliegen, während er bei Auftreten von überströmen in seinen Sperrzustand vorgespannt ist.

Die Erdschlußschaltung 300 steuert ebenfalls die Erregung der Auslösespule 12, wenn ein vorbestimmtes Maß von Unsymmetrie der Ströme in den Leitern L₁, L₃, L₃ auftritt, welches einen Strom in der Sekundärwicklung des Transformators 114 zur Folge hat. Der Spannungsteiler über der Sekundärwicklung des Transformators

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114 bestimmt die Spannung am Kondensator 174. Wenn die Spannung am Kondensator 174 einen vorbestimmten Pegel erreicht, der durch den Wert der mit der Schaltung verbundenen Widerstände bestimmt ist, dann bringt ein positives Signal an der Basis des NPN-Transistors 302 den Transistor zum Leiten. Dadurch verringert sich die Emitterspannung des PNP-Transistors 304, so daß dieser vom Leitungszustand in den Sperrzustand gelangt und die Spannung am Anschluß 306 und der Basis des Transistors 308 auf Massepotential absinkt, so daß der Transistor 308 gesperrt wird. Da der Transistor 308, wenn er leitet, den Kondensator 310 an Masse klemmt, kann sich der Kondensator 310 über den Widerstand 312 aufladen, wobei diese Aufladung wegen der Diode 314 schnell vor sich geht. Wenn die Spannung am Kondensator 310 einen Wert erreicht, der zum Triggern des Unijunction-Transistors 710 ausreicht, dann wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter durchlässig und erregt die Auslösespule 12 wie im Fall der zuvor beschriebenen Kurzzeitauslösung.

Häufig werden Erdschlußfehler fälschlich angezeigt, wenn sie das Ergebnis von Funkenüberschlägen der Phasen sind. Um eine Erdschlußschutzschaltung zu schaffen, die nur bei richtigen Erdschlüssen anspricht, nicht jedoch bei kurzzeitigen oder vorübergehenden Überschlägen, sorgt die Entladeschaltung für den Kondensator 310 für ein Abfließen der Ladung von diesem Kondensator sowie für eine Ladungsansammlung, wenn die Funkenüberschläge sich wiederholen.

Eine Entladeschaltung für den Kondensator 310 enthält den Widerstand 316 und den Transistor 308, der normalerweise bei fehlendem Erdschluß leitend ist. Da der Widerstand 316 die Entladegeschwindigkeit des Kondensators 310 bestimmt, führen wiederholte Funkenüberschläge einer bestimmten Intensität innerhalb eines

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vorbestimmten Zeitraumes zum Aufbau einer Spannung am Kondensator 310 auf einen Wert, bei dem die Auslösespule 12 erregt wird. Wenn jedoch der Erdschlußfehler verschwindet, wird der Transistor 304 leitend, so daß die Basisspannung des Transistors 308 ansteigt und dieser Transistor leitend wird und den Kondensator 310 entlädt, so daß die Zeitschaltung wieder auf Null zurückgestellt wird. Widerstände 318 und 320 können wahlweise parallel zum Widerstand 312 geschaltet werden, so daß die Verzögerungszeit dieser Schaltung verringert wird.

Es sind ferner Maßnahmen getroffen, um die Festkörperschaltung gegen Beschädigungen und fehlerhaftes Verhalten bei besonders hohen Umgebungstemperaturen zu schützen. Hierzu dient ein Spannungsteiler mit Widerständen 540 und 542, die zwischen die Masseleitung 236 und die Leitung 240 geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 540 und 542 an die Basis des NPN-Transistors 526 der Kurzzeitverzögerungsschaltung 500 über die Trenndiode 544 angeschlossen ist. In der Praxis kann der Widerstand 540 einen festen Wert haben und der Widerstand 542 kann ein gegen erhöhte Temperatur empfindlicher Widerstand sein, beispielsweise ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten von beispielsweise 4% Widerstandserhöhung pro C.

Da die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 540 und sich mit zunehmender Temperatur erhöht, steigt bei der geeigneten Bemessung der Widerstände 540 und 542 die Spannung an der Basis des Transistors 526 auf einen Wert, bei dem der Transistor 526 leitend wird, so daß die Transistoren 522 und 518 gesperrt werden und der Kondensator 520 nach einer kurzen Zeitverzögerung geladen wird und den Unijunction-Transistor 710 und den Siliziumgleichrichter 726 triggert, so daß die Auslösespule 512 erregt wird.

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Claims

Patentansprüche

( 1.J Mehrphasige Steuerschaltung zur Erregung der Auslösespule ^-^ eines mehrphasigen Trennschalters für die Auslösung der Trennschaltersperre zum öffnen der Trennschalterkontakte, welche in den durch den Trennschalter zu schützenden Phasenleitern angeordnet sind, wenn ein fehlerhafter Betriebszustand auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Mehrphasen-Eingangs-Stromtransformatoren (102, 104, 106) enthält/ von denen je eine Primärwicklung in Reihe mit einem der zu überwachenden Phasenleiter (L-, L-, L₃) geschaltet ist, ferner eine Stromversorgungsschaltung (200) mit einem gemeinsamen Ausgang, aber für jede Phase getrennten Eingängen, die jeweils entsprechend mit einer der Sekundärwicklungen der Eingangstransformatoren (102, 104, 106) verbunden sind, eine Erdschlußschutzschaltung (1.14, 300) , die induktiv mit den Sekundärwicklungen der Eingangstransformatoren (102, ΧΆ, 106) gekoppelt sind, eine Überstromschutzschaltung (122, 124, 126, 134, 136, 138) zur unabhängigen Überwachung von überströmen in jeder Phase, und daß die überstromschutzschaltung für jede Phase getrennt induktiv mit den Sekundärwicklungen der Eingangstransformatoren (102, 104, 106) gekoppelt sind.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Kopplung zwischen den Eingangstransformatoren (102, 104, 106) und der Stromversorgungsschaltung (200) leitend ist, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Kopplung mit der überstromschutzschaltung einen zweiten Satz von Mehrphasenstromtransformatoren (überstromtransformatöjren 122, 124, 126) mit je

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einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung aufweist, und daß die Sekundärwicklungen jeweils mit einem besonderen Schaltungsteil der Überstromschutzschaltung verbunden sind, daß ferner die induktive Kopplung mit der Erdschlußschutzschaltung durch eine Transformatoranordnung (Erdschlußtransformator 114) gebildet wird, der mehrphasige Primärwicklungen hat, und daß die leitende Kopplung zwischen den Eingangstransformatoren und der Stromversorgungsschaltung phasenweise von den Sekundärwicklungen der betreffenden Eingangstransformatoren (102, 104, 106) über eine Reihenschaltung erfolgt, welche die entsprechende Primärwicklung eines überstromtransformators (122, 124, 126) und die entsprechende Primärwicklung des Erdschlußtransfοrmators (114) umfaßt.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen des Erdschlußtransformators (1.14) als Differentialwicklungen ausgebildet sind und daß der Transformator nur eine einzige Sekundärwicklung hat, in welcher bei unsymmetrischen Primärwicklungsströmen ein Strom induziert wird.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die überstromschutzschaltung Schdtungselemente (Dioden 134, 136, 138) zur Erzeugung eines einzigen Ausgangssignals aufweist, welches ein Maß für den stärksten, in einer Phase fließenden Überstrom ist, und daß die Steuerschaltung Schaltungsmittel (Transistor 156) zum Verbinden der überstromschutzschaltung (102 bis 138) mit der Stromversorgungsschaltung (200) zum Vergleich mit einer vorbestimmten Versorgungsspannung enthält, und daß das Ausgangssignal an dem gemeinsamen Ausgang (Leitung 238) auftritt.

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5. Steuerschaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tiberstromschutzschaltung je eine getrennte, mit der Sekundärwicklung jedes Oberstromtransfor-* mators (122, 124, 126) verbundene Gleichrichterschaltung (128, 130, 132) aufweist und daß in jedem Eingangskreis der Stromversorgungsschaltung eine getrennte Gleichrichterschaltung (116, 118, 120) vorgesehen ist, die für jede Phase getrennt in der im Anspruch 2 erwähnten Reihenschaltung vorgesehen ist.
6. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ODER-Schaltung (Dioden 134, 136, 138) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit der Erdschlußschutzschaltung (1.14, 300) und der überstromschutzschaltung (102, 104, 106) verbunden ist und die ausgangsseitig (über Transistor 156) mit der Stromversorgungsschaltung verbunden ist, derart, daß bei Auftreten eines überstromzustandes oder eines Erdschlußzustandes auf der gemeinsamen Ausgangsleitung (238) der Stromversorgungsschaltung ein Auslösesignal für den Trennschalter (CB) erzeugt wird.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein temperaturempfindliches Schaltungselement (Widerstand 542) , welcher mit einer Schaltung (526, 522, 518) verbunden ist, mit der auch die ODER-Schaltung (Dioden 134, 136, 138) verbunden sind und die unabhängig davon, ob ein überstromzustand oder ein Erdstromzustand vorliegt oder nicht, ein Auslösesignal erzeugt, wenn das temperaturempfindliche Element (Widerstand 542) eine Übertemperatur feststellt.

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8. Steuerschaltung, gekennzeichnet durch die anhand der Zeichnung in der Beschreibung erläuterten Merkmale.

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