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Schaltung zur Kurzsclußenzeige in Stromkreisen Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Kurzschlußanzeige für Stromkreise mit schwankenden Stromstärken.
Das ursprünglich für die Überwachung von Kurzschlüssen in Stromkrcisen angewendete
Prinzip, die durch den Kurzschluß verursachte Änderung des Magnetfeldes um den Leiter
unmittelbar, z.B. durch einen Klappankere auszunutzen, erweist sich für die Verwendung
flinker Sicherungen oder elktronischer Schnellschalter als zu träte und kann deshalb
in vielen Fällen nicht mehr zur Lokalisierung von Kurzschlüssen oder zu deren Anzeige
herangezogen werden.
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So ist schon in der DT-OS 2 316 792 ein Gerät angegeben wird den,
bei dem ein in seiner elektrischen Leitfähigkeit marrnetfeldabhängiges Bauelement,
z.B. eine Feldplatte, räumlich im Magnetfeld des Stromkreises liest und elektrisch
Teil eines Spanungsteilers ist, dessen damit magnetfeldabhänfrise änderung der Potentialverteilung
einen Schmitt-Trigger zum Kippen bringt, der eine Anzeigevorrichtung oder ein Alarmsignal
auslöst. Durch die Dimensionierung des Spannungsteilers und dle einstellbaren Daten
des Schmitt-Triggers kann die Empfindlichkeit einer solchen Anzeigevorrichtung schon
sehr weitgehend eingestellt und die Ansprechzeit sehr kurz gehalten werden. Dies
bringt jedoch die Schwierigkeit mit sich, daß in Stromkreisen, in denen durch das
betriebsmäßige Einschalten von Bauelementen, wie z.B. Siotoren oder Transformatoren,
kurzzeitig hohe Einschaltströme auftreten, ein Kurzschluß angezeigt wird, obgleich
ein solcher nicht vorliegt. Darüber hinaus gibt es Stromkreise, in denen ein solscher
kurzzeitiger Stromanstieg mit einem ebenso kurzzeitigen Spannungsabfall zusammentrifft.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung
zur Kurzschlußanzeige anzugeben, die auf derartige Kurzzeitige Stromspitzen nicht
anspricht, andererseits aber kurzzeitige, kurzschlußbedingte Stromspitzen als solche
regi -striert und zur Anzei-e bringt.
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Die Erfindung hat somit eine Schaltung zur Kurzschlußanzeige in Stromkreisen
mit schwankenden Stromstärken zum Gegenstand, in der ein in seiner elektrischen
.eitfähigkeil ma£netfeldabhängigem Bauelement, z.B. eine Feldplattes räumlich im
Magnetfeld des Stromkreises liegt und elektrisch Teil eines Spannungsteilers ist,
dessen damit magnetfeldabhängige Änderung der Potentialverteilung einen Schmitt-Trigger
zum Kippen bringt. Die Erfindung besteht darin, daß der Schmitt-Trigger einen ersten
monostabilen Multivibrator ansteuert, der aufgrund seiner Laufzeit das Anlegen eines
Poles einer Hilfsspanntingsqueile über einen zweiten monostabilen Nultivibrator
an die eine Wicklung eines bistabilen gepolten Relais mit zwei Wicklungen verzögert,
während ein Pol der Hilfsspannung dauernd an der anderen Wicklung des Relais liegt,
daß ein alvanisch entkoppelndes Spannungsprüfgerät für die Betriebsspannung vorhanden
ist, das den Gegenpol der Hilfsspannung bei anstehender Betriebsspannung an die
andere Wicklung und bei Ausbleiben der Betriebsspannung an die eine Wicklung des
Relais legt und daß das Relais bei Erregen der einen Wicklung ein Signal auslöst.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung ist darin zu
sehen, daß durch den Schmitt-Trigger zwar das Vorliegen einer Stronspitze registriert
wird, die Auslösung des Signals aber verzogert wird. Da nun das Anstehen der Betriebsspannung
ständig überwacht wird, ergeben sich zwei Möglichkeiten. Entweder liegt ein echter
Kurzschluß vor, dann wird nach Ablauf des ersten Multivibrators der eine Pol der
llilfsspannungsquelle an die eine Wicklung des Relais gelegt, und das Spannungsprüfgerät
legt wewen
des Aiisbleibens der Spannung auch an den anderen Pol
der Hilfsspannung an die eine Wickltlntr, und das Sinal wird ausgelöst, oder aber
die Spannung ist z.B. infolge der Stromspitze kurzzeitig zusammengebrochen oder
hat sich vermindert und kehrt während der Laufzeit des ersten Multivibrator wieder,
dann wird zwar üler den zweiten Multivibrator auch der Gegenpol der Hilfsspannungsquelle
an die eine Wicklung gelet, das Anlegen des anderen Pol es unterbleibt aber, weil
das Spannunvssprüfgerät das Anstehen der Betriebsspannung feststellt und damit den
anderen Pol der Hilfsspannungsquelle wieder an die andere Wicklung legt. Damit unterbleiFt
für solche Fälle das Auslösen des Sinales, denn wegen der Ausbildung des Helais
als bistabiles i3auteil bleibt in diesem Fall der Schaltzustand des Relais erhalten.
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Die besondere Ausführungsform der Schaltung bewirkt zudem, daß die
Signalgabe auch im Kurzschlußfalle dann automatisch außer Betrieb gesetzt wird,
wenn die Betriebsspannung wiederkehrt, z.
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B., eil der Kurzschluß unterbrochen oder behoben worden ist.
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Es ist nach den Ausführungen des vorstehenden Absatzes deshalb zweckmäßig,
die Laufzeit des ersten Multivibrators länder zu wählen, als ein betriebsmäßig durch
den Stromanstieg zu erwartentfer Zusammenbruch oder Abfall der Betriebsspannun dauern
kann.
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In Weiterbildung der Erfindllng wird die Laufzeit es zweiten ;ultivibrators
derart bemessen, daß die Hilfsspannung genügend lange zum sicheren Erregen der einen
Wicklung an diese gelen wird.
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Damit wird der weitere Vorteil erzielt, daß nach Auslösen des Signals
die eine Wicklung nach Ablauf des zweiten Multivibrators stromlos wird, und die
Wiederkehr der Betriebsspannuns ein sicheres Erregen der anderen Wicklung ohne Gegenwirkung
aus der einen Wicklung ermöglicht.
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Fiir die Spannungsprüfung hat es sich bewährt, einen aus dem erdseitigen
Teil der Betriebsspannung inipulsmäßig gespeisten Fotokoppler zu verwenden der iiber
eine bistabile Kippstufe in Abhän: kei t vom Zustand der Betriebsspannung die eine
oder die
andere der beiden Relaisgwickungen an einen Pol der Hilfsspannungsquelle
legt. Durch den impulsmäßigen Betrieb das Fotolopplers wird ein minimaler Energieverbrauch
für die Spannungsprüfung aus der Betriebsspannung entnon:men und der Fotokoppler
bewirkt zugleich eine galvanische Trennung der Kippstufe von der Betriebsspannung.
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Ebenfalls aus Gründen der Energiersparnis und der damit verbundenen
Raum- und Gewichtsersparnis des Stabilisierungsteiles ist es von Vorteil, wenn das
durch das Relais ausgelöste Signal von einem astabilen Multivibrator mit nachgeschalteter
Leuchtdiode abgegeben wird.
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Dei Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
einer Schaltung nach der Lehre der Erfindung, wobei in Figur 1 ein Blockschaltbild
dargestellt ist und Figur 2 eine Prinzipschaltung des Spannungsprüfgerätes dargestellt
identische GEgenstände in den Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der zu überwechende Strom fließt von der Eingangsklemme 1 über die
Stromschiene 2 zur Ausgangsklemme 3. Die Stromschiene 2 ist von einem Eisenkern
umschlossen, in dessen Luftsplat sich die Feldplatte 5 befindet. Sie bringt, wie
z.B. in der DT-OS 2 316 792 beschrieben, einen Schmitt-Trigger 6 zum Kippen, der
seinerseits den monostabilen multivibrator 7 anwirft. Dieser Multivibrator 7 hat
z. 13. eine Laufzeit von 3 Sek. und kehrt dann wieder in seine stabile Lage zurück.
Beim Rückkippen löst er den monostabilen Multivibrator 8 aus, der z.B. eine Laufzeit
von 100 m-sek haben soll und während dieser Laifzeit einen Pol der 1ei 16 stabilisierten
Ililfsspannungsquelle 17 an die eine Wiclslung ii des Relais 72 legt. Durch das
Anstehen der Betriebsspannung zwischen 3 und 4 wird impulsmäßig ein Fotokoppler
14 gesteuert, der auf eine bistabile Kippstufe 15 einwirkt., die
bei
Anstehen der Betrierbsspanung einen Pol der Hilfsspannungsquelle 7 an dei andere
Wicklung 18 des Relais anlegt und beim Zusammenbruch oder Abfallen der Betriebsspannung
einen Pol an die eine Wicklung 11 legt. Wird die eine Wicklung @@ erregt, so schaltet
das Relais 12 die Hilfsspannung auf den astabilen Multivibrator 9, dem eine Leuchtdiode
10 nachgeschaltet ist.
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Wie im einzelnen oben dargelegt, verzögert der monostabile Multivibrator
7 beim Ansprechen des Schmitt-Triggers 6 das Anbegen eines Poles der Hilfsspannung
an die eine Wicklung 18 für die Dauer seiner Lufzeit, so daß fiir die Dauer dieser
Zeit das Umkippen der Kippstufe 15 in ihren für den Wegfall der Betriebsspannung
bestimmten Zustand und das damit eintretende Anlegen des Pol es der Hilfsspannung
an den unteren Anschluß der einen Wicklung 11 wirkungslos bleibt. Erst wenn der
astabile Multivibrator 7 abgelaufen ist und die Betriebsspannung nicht wiedergekehrt
ist, wird durch den astabilen Multivibrator 8 auch der obene Anschluß der einen
Wicklung an die Hilfsspannung gelegt und die eine Wicklung für die Laufzeit des
Multivibrators 8 erregt. Sie bringt das Relais 2 damit zum Umschalten und zum Auslösen
des Signals. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis die Betriebsspannung wiederkehrt
und durch das Umkippen der Kippstufe 15 die andere Wicklung i8 wieder erregt wird
nd durch das erheute Betätigen des Relais die rnerr iezufuhr für das Signal unterbricht
Wie in Figur 2 dargestellt, wird am erdseitigen Ende zwischen 3 und ii die Betriebsspannung
ab gegriffen und über eine Gleichrichterbrücke 19, die die Schaltung ;iir Cileich-
und Wechselstrom brauchbar macht, der Kondensator 20 auf die Spannung der Zenerdiode
21 aufgeladen. Mit dieser Spannung wird über den Widerstand 22 der Kondensator 23
aufgeladen. Wenn die Spannung an dem Kondensator 23 einen Wert erreicht hat, der
einige Zehntel Volt iiber der der Zenerdiode 24 liegt, ziindet die Thyristor-Tetiode
25. Dadurch wird der Kondensator 23 stoßartig iiber den
Widerstand
20 und die Leuchtdiode 27 des Fotokopplers 14 entladen. Dieser Vorgang wiederholt
sich laufend. Die Widerstände 22 und 26 sind so gewählt, daß die in der Leuchtdiode
27 erzeugten Liciitblitze kurz sind im Vergleich zur Zelt zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Blitzen. Während der Entladung des Kondensators 23 wird über den Fotokoppler 4 der
Fototransistor 28 leitend und damit auch der Transistor 29. Dies hat zur Folge,
daß der Kondensator 30 aufgeladen wird. Er entlädt sich über den Widerstand 31,
Zenerdiode 32 und Emitterbasisstrecke des Transistors 33. Der Transistor 33 ist
dadurch leitend.
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Der Entladevorgang dauert so lange, daß der Trans istor 33 noch leitet,
wenn die nnchste Entladung des Kondensators 30 erfolgt.
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So lange der Transistor 33 lcitet, leitet auch der Transistor 34.
Damit liegt der Minuspol der Hilfsspannungquelle 17 an der anderen Wicklung t£ des
Relais 12. Vermindert sich die Betrieksspannung erheblich oder bricht sie zusammen,
wird der Transistor 33 nicht leitend und dadurch der Transistor 35 leitend, der
den Pluspol der Hilfsspannungsquelle 17 dann an die eine Wicklung 11 des Relais
12 legt.