DE2743117A1

DE2743117A1 - Schaltkreis-trenngeraet

Info

Publication number: DE2743117A1
Application number: DE19772743117
Authority: DE
Inventors: Robert Tracy Elms; Thomas Nolan Meyer; Alan Burke Shimp
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1978-04-06
Also published as: PL115041B1; AU515670B2; JPS5343857A; FR2366724B1; FR2366724A1; ES462786A1; US4104691A; AU2896277A; IT1091935B; BE859085A; JPS616609B2; GB1594112A; NZ185201A; DE2743117C2; ZA775505B; PL201160A1; CA1090912A

Description

Düsseldorf, 22. Sept. 1977

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. 15222, V. St. A.

Schaltkreis-Trenngerät

Die Erfindung betrifft allgemein Schaltkreis-Trenngeräte, insbesondere aber ein Schaltkreis-Trenngerät, das in der Lage ist, zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Fehlerströmen zu unterscheiden.

Auf dem Gebiet der elektronisch ausgelösten Schaltkreis-Unterbrecher ist bekannt, siehe beispielsweise die US-Patentschrift 3 634 729, Zeitgeberkreise zu verwenden, die vorbestimmte Werte von Fehlerströmen oder Uberlastströmen ermitteln und Auslöseimpulse liefern, die den zugehörigen Kreistrenner entweder unmittelbar oder mit einer Zeitverzögerung auslösen und damit öffnen, abhängig davon, wie schwerwiegend der ermittelte Fehlerzustand oder überlastzustand ist. Der Stand der Technik sorgt für drei Auslösebereiche, nämlich für einen Auslösebereich mit langer Zeitverzögerung, der mit einer Zeitverzögerung auftritt, die sich umgekehrt proportional zum Quadrat des Uberlaststromes ändert, mit einer kurz verzögerten Auslösung, die mit einer festen Zeitverzögerung auftritt, wenn der festgestellte abnormale Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, der höher ist, als der, der zu der langverzögerten Auslösung führt; und schließlich findet eine unmittelbare Auslösung aufgrund

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von schwerwiegenden Fehlerströmen oder aufgrund von Kurzschlußströmen statt. Diese mterschiedlichen Zeitfunktionen werden vorgesehen, um zwischen Sicherheit und Bequemlichkeit einen optimalen Weg zu finden, mit anderen Worten, sicherzustellen, daß ein Kreistrenner nur dann zum öffnen gebracht wird, wenn dies absolut notwendig ist, und nicht etwa vorher schon.

Im allgemeinen ist die sofortige Auslösecharakteristik eines Kreistrenners zumindest ebenso abhängig von dem physikalischen Aufbau des Kreistrenngerätes wie vom zu schützenden Kreis. Mit anderen Worten, es gibt einige Werte von Fehlerströmen, die nicht nur katastrophal bezüglich des zu schützenden Kreises sind, sondern die auch den Kreistrenner physikalisch dadurch zerstören, daß der übermäßige Stromfluß, der auch durch die Kreistrennerkontakte fließt, die innere Struktur des Kreistrenners zerstört oder diesen sogar zur Explosion bringt. Obwohl jedoch einerseits die Fähigkeit eines Kreistrenners, der Energie eines Fehlerstromes zu widerstehen, begrenzt ist, ist es doch anderereeits so nachteilig, das gesamte elektrische Netz abzuschalten, daß es wünschenswert erscheint, selbst bei Auftreten eines derartig schweren Fehlers den Kreistrenner an einer Auslösung zu hindern, wenn der Fehler nur kurzzeitig ist und so schnell wieder verschwindet, daß er keinen Schaden anrichtet. Es wurde insbesondere gefunden, daß bestimmte asymmetrische Fehler mit hohen Anfangsspitzen schnell genug abfallen, um für die sehr kurze Dauer, für die sie existieren, tolerierbar zu sein. Trotz jedoch des schnellen Zurückgehens der hohen Anfangsspitze von asymetrischen Fehlern, die eine sofortige Auslösung unnötig macht, lösen herkömmliche Schaltkreistrenner bei Auftreten derartiger Fehler sofort aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Schaltkreis-Trenngerät zu schaffen, das in der Lage ist, zwischen Fehlern zu unterscheiden, die eine im wesentlichen sofortige Auslösung erfordern, und solchen Fehlern, bei denen dieses nicht nötig ist.

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Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, besteht also aus einem Schaltkreis-Trenngerät, das Überwachungseinrichtungen umfaßt, um den Stromfluß in einem zu schützenden Wechselstromnetzwerk zu messen und eine Steuerspannung zu liefern, die aufeinanderfolgende Spitzen aufweist, die proportional zu den Spitzen des gemessenen Stromes sind. Des weiteren sind Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen zur Unterbrechung des Stromflusses in dem Netzwerk aufgrund eines an die Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen angelegten Auslösesignals vorgeshen, sowie auch Schaltkreis-Einrichtungen zur Lieferung dieses Auslösesignals bei Auftreten eines vorbestimmten überstromzustandes in dem Netzwerk, wobei diese Schaltung Spitzendetektor-Einrichtungen umfaßt, die so angeschlossen sind, daß sie die Steuerspannung aufnehmen und einen Ausgang liefern, der einen ersten Zustand annimmt, wenn die Steuerspannungsspitze sich unterhalb eines Pegels befindet, der einem abgefühlten tolerierbaren Fehlerstrom entspricht, ohne daß die Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen ausgelöst werden, und zwar für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen, und dessen Ausgang einen zweiten Zustand annimmt, wenn eine Spitze der Steuerspannung diesen Pegel erreicht; des weiteren sind noch Speichereinrichtungen an den Spitzendetektor-Ausgang angeschlossen, die jedesmal dann, wenn der Ausgang des Spitzendetektors den zweiten Zustand annimmt, den Spitzendetektor-Ausgang in diesem zweiten Zustand wirksam aufrechterhalten bis zumindest zur nächstfolgenden Steuerspannungsspitze und für eine Dauer, die kürzer ist als die vorbestimmte Anzahl von Zyklen. Des weiteren sind zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangseinrichtungen an den Spitzendetektor-Ausgang angeschlossen und reagieren auf dessen zweiten Zustand mit der Lieferung des Auslösesignals mit einer Zeitverzögerung, die die vorbestimmte Anzahl von Zyklen nicht überschreitet, wobei die zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtung sich automatisch selbst zurückstellt, um das Auslösesignal aufgrund des ersten Zustandes des Spitzendetektor-Ausgaögps zu beseitigen, wenn dieser erste Zustand während der Verzögerungszeit wieder angenommen wird.

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Diese neue Anordnung gemäß der Erfindung bewirkt eine Abtastung der Spitzen des Fehlerstromes vom Augenblick des ersten Auftretens der hohen Spitze an, bis beispielsweise zwei oder drei Zyklen des gemessenen Fehlerstromes vergangen sind, woraufhin die Auslösung der Kreisunterbrechungs-Einrichtungen nur dann bewirkt werden, wenn die Spitzen zu diesem Zeitpunkt nicht unter den kritischen Wert abgefallen sind.

Vorzugsweise umfaßt die Schaltung zur Lieferung des Auslösesignals einen zusätzlichen Spitzendetektor, der so angeschlossen ist, daß er die Steuerspannung erhält und einen Ausgang liefert, der ein Signal abgibt, wenn eine Spitze der Steuerspannung einen zweiten, höheren Pegel erreicht, der einem gemessenen Fehlerstrom entspricht, der nicht mehr ohne Auslösung für die Dauer der vorbestimmten Anzahl von Zyklen toleriert werden kann, sowie nicht zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtungen, die mit dem Ausgang der zusätzlichen Spitzendetektor-Einrichtungen verbunden sind, um dieses Auslösesignal unmittelbar aufgrund des von der zusätzlichen Spitzendetektor-Einrichtung gelieferten Ausganges zur Verfügung zu stellen.

Eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr - sie stellt nur ein Beispiel dar - bezüglich der einzigen Zeichnung erläutert, wobei diese einzige Figur ein Schaltkreis-Trenngerät gemäß der Erfindung teilweise schematisch und teilweise in Blockdiagrammform zeigt.

In der Zeichnung bedeutet die Bezugszahl 1o allgemein ein Schaltkreisunterbrechungs-Gerät, das, allgemein gesprochen, Uberwachungs-Einrichtungen, einen Steuerschaltkreis, einen Zeitgeber-Schaltkreis sowie Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen umfaßt. Das dargestellte Gerät 1o kann als eine Verbesserung des in der US-Patentschrift 3 818 275 dargestellten Gerätes angesehen werden, so daß bezüglich von Einzelheiten gewisser Teile des Gerätes, insoweit sie nicht direkt Teil der vorliegenden Erfindung an sich sind, auf diese Patentschrift verwiesen sei und diese Einzelheiten vorliegend nicht voll beschrieben

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werden. Es sei darauf hingewiesen, daß bestimmte Bezugszahlen in der oben erwähnten US-Patentschrift sich finden, die auch hier für ähnliche Elemente angewendet werden. Bei der dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform wird das dargestellte Schaltkreis-Unterbrechungs-Gerät 1o in Verbindung mit einem einphasigen Netzwerk verwendet, das durch die Leitungen L1 und L2 repräsentiert wird, in denen ein elektrischer Wechselstrom I- fließen mag und an denen bezüglich Rate G eine Spannung V- existieren mag. Die entsprechenden Wellenformen I_T und V_T dieses Stromes und dieser Spannung in Abhängigkeit von der Zeit sind oben in der Figur dargestellt. Natürlich kann der Strom Ij_ gegenüber der Spannung V_L phasenverschoben sein, abhängig von den nicht dargestellten Schaltkreis-Parametern. Bei der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Überwachungseinrichtung einen Stromtransformator CT1, der so angeordnet ist, daß er den Strom I, überwacht und dabei so ausgeführt ist, daß er an eine Diodenbrücke DB1 einen Wechselstrom I_ liefert, der zu dem Strom I₁. in Bezug steht und für

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die vorliegende Beschreibung als dazu proportional angenommen sei. Der Strom I™ wird von der Diodenbrücke DB1 gleichgerichtet, um einen pulsierenden Ausgangsgleichstrom I₁ zu erzeugen, der in der Zeichnung als vom Anschluß A zu den Ausgangsanschlüssen der Diodenbrücke DB1 fließend dargestellt ist. Der Steuerschaltkreis des Kreisunterbrechungsgerätes 1o, allgemein mit 12 bezeichnet, kann ähnlich zu dem Festkörper- oder statischen Steuerschaltkreis sein, wie er in der oben erwähnten US-Patentschrift 3 818 275 beschrieben ist und er wird daher hier nur in Blockdiagramm-Form wiedergegeben, wobei nur die Elemente R, ZD2 und D5 schematisch und nicht miteinander verbunden angedeutet sind, um die Lage der wesentlichen Anschlüsse wiederzugeben. Andere in der US-Patentschrift 3 818 275 vorhandene Elemente sind das Widerstandselement R1 zwischen dem positiven Ausgang der Brücke DB1 und dem Eingang des Steuerschaltkreises 12, und die Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen, die einen Schaltkreistrenner CI enthalten, der schematisch in der Weise dargestellt ist,daß er trennbare Hauptkontakte F-F aufweist, die in der Leitung L1 in Serie vorgesehen sind, sowie eine

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Nebenschluß-Auslösespule TC1, die von den Leitungen 36 und 38 versorgt wird. Die Leitung 38 ist mit der Anode eines Siliziumgesteuerten Gleichrichters (z. B. Thyristors) oder einer ähnlichen gesteuerten Einrichtung Q3 verbunden, deren Kathode an einem Anschluß D und deren Gate- oder Steuerelement an einem Anschluß E angeschlossen ist, wobei der Zweck der Anschlüsse D und E im folgenden noch näher erläutert wird. Die Schaltkreistrenner-Kontakte F-F und die Leitung L1 werden geöffnet, um den abnormalen Stromfluß in der Leitung unter den richtigen Bedingungen zu unterbrechen, welche sich auf den Zustand des Stromes I_L beziehen, der von dem Stromtransformator CT1 gemessen wird, wobei die elektrischen Anordnungen, die von den Blöcken 12 und 3o repräsentiert werden, die von dem Stromtransformator CT1 über die Gleichrichterbrücke DB1 erhaltene Information verwenden, um Ausgangssignale am Anschluß E derart zu erzeugen, daß die Betätigung der Auslösespule TC1 des Schaltkreistrenners C1 gesteuert wird. Es ist zu erkennen, daß trotz der Tatsache, daß das Gerät 1o in Verbindung mit einer einphasigen Leitung LT dargestellt ist, dieses Gerät in einfacher Weise auch für die Verwendung bei mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen Netzwerken verwendet werden kann, indem zusätzliche Schaltkreis-Sensoren, beispielsweise in der Art des Kreistransformators CT1 sowie zusätzliche Gleichrichterbrücken, wie die Brücke DB1, vorgesehen und alle Gleichrichterbrücken in einer Anordnung miteinander verbunden werden, die allgemein als Auktionsanordnung bezeichnet wird, bei der die Ausgänge der Diodenbrücken serienweise miteinander verbunden sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist auch ein Erdfehlersensor GFS vorgesehen, der so angeschlossen ist, daß er ein Signal an einen Erdfehlerdetektor GFD bei Auftreten eines Erdfehlers oder Erdleckstromes vom Netzwerk an Masse in bekannter Weise abgibt.

Der Steuerschaltkreis 12 ist schematisch derart dargestellt, daß er vier Ausgangsanschlüsse B, H, C, J sowie einen Ausgangsanschluß 32 aufweist, wobei der Zweck des letztgenannten Ausgangsanschlusses 32 in der US-Patentschrift 3 818 275 beschrieben

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ist und in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung von keiner unmittelbaren Bedeutung ist. Die an den Anschlüssen A, B, H, C und J erscheinenden Signale werden als Eingänge dem Zeitgeber-Schaltkreis 3o über Leitungen 42, 36, 4o, 39 bzw. 38 zugeführt, wobei der SpannungsZusammenhang zwischen diesen Anschlüssen der folgende ist: Die Spannung zwischen den Anschlüssen J und D ist eine Gleichbezugsspannung und kann beispielsweise in der Größenordnung von 1o Volt liegen. Die Spannung zwischen den Anschlüssen B und C ist eine Gleichspannung, die proportional zum höchsten Stromwert in jeder überwachten Phase ist und vom Wert des einsteckbaren Widerstandes R bestimmt wird. Die Spannung arischen den Anschlüssen B und H ist eine gleichgerichtete Wechselspannung, die proportional zum höchsten Stromwert in irgendeiner überwachten Phase ist und die von dem Wert des Widerstandes R festgelegt wird, der vorzugsweise von der einsteckbaren Bauart ist, wobei sich dieser Widerstand zwischen den Anschlüssen TT des Steuersystems 12 derart in Einsteckposition befindet, daß er bei Bedarf gegen einen anderen einsteckbaren Widerstand von anderem Widerstandswert ausgetauscht werden kann. Die Spannung zwischen den Anschlüssen A und B ist von ähnlichem Charakter wie die Spannung zwischen den Anschlüssen B und H, weil es sich um eine gleichgerichtete Spannung handelt, die proportional zum höchsten Wert des Stromes in irgpndeiner Phase, bzw. bei dem dargesjellten Beispiel, in der überwachten Phase ist, wobei der Unterschied zwischen diesen zwei Spannungen darin liegt, daß die Spannung zwischen den Anschlüssen A und B von einem festen Widerstand R1 bestimmt wird, der nicht in einfacher Weise vom Anwender des Gerätes durch einen Widerstand mit einem anderen Wert ersetzt werden kann und der so gewählt wird, daß er den Schaltkreistrenner CI gegenüber schädigenden überlast- oder Fehlerströmen von vorbestimmter Höhe schützt. Ein Vergleich zwischen dem vorliegenden Gerät und dem Gerät, das in der US-Patentschrift 3 818 275 offenbart ist, läßt erkennen, daß die Ausgangsanschlüsse H und J beim hier dargestellten Steuerschaltkreis 12 hinzugefügt wurden.

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Beschreibung des Zeitgeber-Schaltkreises 3o

Gemäß der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung, die dargestellt ist, weist der Zeitgeber-Schaltkreis 3o fünf verschiedene Zeitfunktionen auf, die durch einen langverzögernden Zeitgeber-Schaltkreis LD, einen Diskriminator-Schaltkreis DI, einen kurzverzögerten Zeitgeber-Schaltkreis SD, einen Erdfehlerdetektor GFD und einen Uberspielschaltkreis OR bewirkt werden, wobei die entsprechenden Ausgänge e_1 bis e_5 aller dieser Kreise oder Funktionsblöcke mit dem Ausgangsanschluß E des Zeitgeber-Schaltkreises 3o verbunden sind, an dem sich das Gate des siliziumgesteuerten Gleichrichters Q3 befindet. Der langverzögernde Schaltkreis LD und der Diskriminator-Schaltkreis DI sind lediglich in Blockdiagrammform dargestellt, da sie und ihre Betriebsweise an sich bekannt sind. Kurz gesagt, der langverzögernde Schaltkreis LD, der eine Gleichstrom-Eingangsspannung von den Anschlüssen B und C erhält, liefert ein Ausgangssignal, das umgekehrt proportional zum Quadrat des Stromes I_L ist, der in der Leitung L1 fließt, gemäß der bekannten Beziehung It=K. Der Diskriminator-Schaltkreis DI führt seine Funktion bei der anfänglichen Einsetzung des Schaltkreis-Unterbrechungs-Gerätes 1o in das Netzwerk L1-L2 aus, zu welcher Zeit der Diskriminator DI feststellt, ob bereits ein wesentlicher Fehlerstrom-Zustand in dem Netzwerk, in das das Gerät gerade eingesetzt wird, vorhanden ist, und liefert ein Ausgangssignal an seinen Anschluß e_2, wenn dies der Fall ist. Wenn ein anfänglicher Fehlerstrom-Zustand bei Einschieben des Gerätes Io in das Netzwerk L1-L2 nicht festgestellt wird, wird der Diskriminator DI kurze Zeit danach automatisch deaktiviert. Der Funktionsblock, der den Erdfehlerdetektor GFD repräsentiert, arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise, wie der kurz verzögerte Schaltkreis SD, der im folgenden beschrieben wird, mit der Ausnahme, daß er einen Eingang vom Erdfehlersensor GFS erhält.

Der kurz verzögerte Teilkreis SD kommt ins Spiel, wenn der Strom I- einen gewissen Minimalwert überschreitet, der von

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dem Wert des einsteckbaren Widerstandes R festgelegt wird. Wenn ein Überstrom festgestellt wird, der diesen Pegel überschreitet, wird der kurz verzögerte Schaltkreis SD an seinen Ausgangsanschluß e3 ein Auslösesignal mit einer vorbestimmten festen Zeitverzögerung abgeben, die in dem Moment beginnt, zu dem der den Minimalwert überschreitende überstrom ursprünglich festgestellt wird. Der kurz verzögernde Schaltkreis SD hat die zusätzliche Fähigkeit, das zeitverzögerte Ausgangssignal in dem Falle wieder zu beseitigen, wenn der auf der Leitung I festgestellte Fehlerzustand unter den Minimalstromwert

während der kurzen Zeitpersiode wieder abfällt. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der kurz verzögernde Schaltkreis SD so ausgeführt, daß er eine Zeitverzögerung von acht Zyklen zwischen dem anfänglichen Feststellen eines Fehlerstromes mit dem Minimalwert und der Erregung des siliziumgesteuerten Gleichrichters Q3, was zu einer Kontaktöffnung des Schaltkreis-Trenners CI führt, wobei diese Ausführungsform so gestaltet ist, daß sie die kurz verzögerte Schaltkreis-Trennerauslösungs-Operation ungefähr einen halben Zyklus nach dem Abfallen des Stromes I, unter den vorgenannten Minimalwert wieder beseitigt, wenn dies noch während der Verzögerungsperiode eintritt. Somit verwendet der kurz verzögernde Schaltkreis den Widerstand R, um einen bedeutsamen Spannungsbezugspunkt für seine Betriebseigenschaften zu liefern, wobei dieser Bezugspunkt zu dem vorbestimmten minimalen Wert des Fehlerstromes IL in Beziehung steht.

Der den Überspielschaltkreis OR repräsentierende Funktionsblock arbeitet in ähnlicher Weise wie der Funktionsblock SD, jedoch mit einer Anzahl von wesentlichen Ausnahmen. Erstens bezieht sich der Überspiel-Schaltkreis auf den maximal vom Schaltkreis-Trenner CI noch aufnehmbaren Strom und bezieht daher seinen Bezugswert von dem Widerstandselement R1, der nicht nach dem Willen des Benutzers geändert werden kann und welcher Bezugswert einen extrem hohen Wert eines Fehlerstromes repräsentiert, bei dem die strukturelle und physikalische Integrität des Schaltkreis-Trenners CI aufgrund von Schmelzen und Zusammenschweißen

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seiner Komponenten gefährdet ist. Zweitens verwendet der Uberspiel-Funktionsblock OR zwei bedeutsame Betriebspunkte im Gegensatz zu dem nur einen Betriebspunkt, der für den kurz verzögerten Funktionsblock SD verwendet wird, nämlich eine erste Bezugsspannung, die einen Stromwert I. repräsentiert, der so groß ist, daß eine praktisch sofortige Auslösung des Schaltkreis-Trenners CI im Augenblick der Feststellung des großen Stromes notwendig ist, sowie einen zweiten Spannungsbezugspegel, der von einem Stromwert IL repräsentiert wird, der geringer als der ersterwähnte Wert ist, jedoch der nichtsdestoweniger eine schnelle, obwohl nicht sofortige Auslösung erforderlich macht. Somit besitzt der Uberspiel-Schaltkreis OR im Effekt drei unterschiedliche Betriebszustände, die zu einem sofortigen Auslösen, zu einem Auslösen mit einer sehr kurzen Zeitverzögerung von beispielsweise angenähert zwei Zyklen liefert, sowie einem Betriebszustand, bei dem überhaupt kein Ausgangssignal geliefert wird.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der lang verzögernde Schaltkreis LD bei Auftreten eines Uberlaststromes I₁. von verhältnismäßig geringem Wert aktiviert wird, um ein Signal abzugeben, das von dem Augenblick der Feststellung des Uberlaststromes zeitverzögert ist, und zwar umgekehrt proportional zum Quadrat des festgestellten Uberlaststromes, so daß der LD-Schaltkreis ein Kreistrenn-Auslösesignal mit einer verhältnismäßig langen Zeitverzögerung aufgrund eines niedrigen oder mäßigen Uberlaststromes I_L abgeben wird, das ausreichend lange genug vorhanden ist und der Ausgangs-Auslösesignale mit Zeitverzögerungen abgeben wird, die desto kürzer werden, je höher der Wert des gemessenen Uberlaststromes ist, bis ein Punkt erreicht ist, wo der kurz verzögernde Schaltkreis SD die Kontrolle übernimmt. In kurz verzögerten Betrieb wird der Schaltkreis-Trenner CI in einer verhältnismäßig kurzen Zeit auslösen, nachdem einmal der vorbestimmte Wert des verhältnismäßig hohen Uberlaststromes festgestellt wird, unabhängig davon, um wieviel höher der Strom ist, es sei denn, daß der Stromwert schnell unter den Minimalwert absinkt, der für die Aktivierung des

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kurz verzögerten Schaltkreises SD notwendig ist. Das überspiel-Steuerungssystem liefert ein Ausgangssignal für extrem hohe Fehlerstrom-Werte. Der Überspiel-Schaltkreis wird ein Ausgangssignal verhältnismäßig kurz nach Feststellung des vorbestimmten extrem hohen Stromwertes liefern, vorausgesetzt, daß der vorbestiminte Wert durch die Spitzenwerte des extrem hohen Fehlerstromwertes für die gesamte Verzögerungsperiode überschritten wird. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist die letztgenannte Verzögerungsperiode nur zwei Zyklen lang. Außerdem wird der Überspiel-Schaltkreis eine nahezu sofortige Auslösung des Schaltkreis-Trenners ermöglichen, wenn der Fehlerstrom von einer solch extremen Größe ist, daß eine sofortige Öffnung des Schaltkreis-Trenners CI notwendig ist, um diesen selbst zu schützen.

Die Konstruktion und der Betrieb des Überspiel-Schaltkreises OR sind das Resultat von interessanten Beobachtungen bezüglich hoher Uberlaststromwerte. Normalerweise werden Überlaststromwerte, die für eine Beschädigung des Schaltkreis-Trenners CI ausreichen, schnell festgestellt und der Schaltkreis-Trenner CI schnell geöffnet. Es ist bekannt, daß die physikalischen Eigenschaften von Schaltkreis-Trennern den Durchfluß eines maximalen Stromes für eine bestimmte relativ kurze Zeitperiode ermöglichen, bevor wesentlicher Schaden auftreten kann. Es ist auch bekannt, daß der Spitzenwert des während des ersten Halbzyklus festgestellten Stromes in Beziehung steht zu dem symmetrischen Wert und zu dem in Rede stehenden Schaltkreis-Leistungsfaktor. Wenn der gemessene Spitzenwert daher einen höheren Stromwert repräsentiert, als der Schaltkreis-Trenner für die sehr kurze feste Zeitperiode tolerieren kann, muß eine unmittelbare öffnung des Schaltkreis-Trenners auftreten. Wenn jedoch der Stromwert niedriger ist als dieser Wert, der Wert jedoch immer noch höher liegt, als der zweite Bezugswert, kann, wie festgestellt wurde, der Schaltkreis-Trenner weiterhin zulässigerweise diesen Stromwert verkraften, obwohl er von nahezu katastrophaler Größe ist, allerdings nur für eine sehr kurze Zeitperiode, so daß dem Steuerungssystem, speziell dem über-

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spiel-Schaltkreis, ermöglicht wird, den Strom noch einmal daraufhin zu überprüfen, ob er in der Leitung L abgesunken ist. Wenn der Wert sich innerhalb der relativ kurzen Zeitperiode nicht unter den zweiten Bezugswert vermindern würde, würde der Schaltkreis-Trenner bei nicht rechtzeitiger Öffnung katastrophenartig kurz danach versagen, weil der Stromwert, der nach dieser Zeitperiode geflossen wäre, ausreichend groß gewesen wäre, um katastrophales Versagen zu verursachen. Wenn jedoch der Stromwert unter den zweiten Bezugswert während dieser sehr kurzen Zeitperiode abfällt, wird der Schaltkreistrenner nicht katastrophenartig versagen und infolgedessen wird der überspiel-Schaltkreis das Ausgangssignal zur Öffnung des Schaltkreis-Trenners nicht liefern. Statt dessen wird er zurückgestellt und statt dessen dem kurz verzögernden Schaltkreis SD ermöglichen, die Öffnung des Schaltkreistrenners zu steuern. Dies sei angemerkt wegen des bei bestimmten Arten von überlasten auftretenden besonderen Phänomens: Insbesondere kann ein einphasiger nacheilender Leistungsfaktorfehler auf der Leitung L1 einen asymmetrischen alternierenden Fehlerstrom erzeugen, d. h., ein Signal, das sinusförmig, dabei gegenüber Null versetzt ist. Dieser hohe versetzte Spitzenwert eines asymmetrischen Stromes mag dem Meßteil des Schaltkreis-Trenner-Steuerungssystems als die Art von katastrophalem Strom erscheinen, der eine unmittelbare oder nahezu unmittelbare Öffnung des Schaltkreis-Trenners CI verursachen sollte. Es wurde jedoch gefunden, daß ein derartig versetzter Fehler sich schnell ändert oder zu einem symmetrischen Zustand zurückkehrt, und zwar nach einer ziemlich kurzen Übergangsperiode, woraufhin der Spitzenwert des Fehlerstromes nicht mehr so groß sein mag, um eine unmittelbare Öffnung des Schaltkreis-Trenners CI zu erfordern. Dies ist der Grund, warum eine sehr kurze Verzögerungszeit (bei der vorzugsweisen Ausführungsform zwei Zyklen) verwendet wird. Wenn sich der versetzte oder asymmetrische Spitzenwert nicht oberhalb des ersten Bezugspegels befindet, der das katastrophale Versagen unter allen Bedingungen repräsentiert, wird kurze Zeit später das Signal erneut überprüft, um festzustellen, ob es zurückgegangen ist. Wenn das Signal unter den zweiten

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Bezugswert abgesunken ist, kann festgestellt werden, daß eine öffnung des Schaltkreis-Trenners durch den Überspiel-Schaltkreis OR nicht notwendig ist, obwohl eine Öffnung später infolge des Ansprechens des kurz verzögerten Schaltkreises SD notwendig sein kann. Wenn jedoch der Spitzenwert des Stromes über dem zweiten Bezugswert verbleibt, selbst nach der kurzen Verzögerungszeit, wird festgestellt, daß der Schaltkreis-Trenner zu diesem Zeitpunkt geöffnet werden muß.

Es wurde bereits erwähnt, daß der langverzögernde Funktionsblock LD einen Eingangsanschluß besitzt, der mit der Leitung 39 verbunden ist, sowie einen anderen Eingangsanschluß, der mit der Leitung 36 verbunden ist. Der Spannungsbezug wird zwischen Leitung 38 und Anschluß D geliefert. Der Ausgang liegt am Anschluß e_1 . Der Diskriminator besitzt einen Eingangsanschluß, der mit Leitung 4o verbunden ist, während der andere Eingangsanschluß mit Leitung 36 verbunden ist. Wie auch im Falle des langverzögernden Schaltkreises LD ist der Bezug zwischen Leitungen 38 und Anschluß D vorgesehen. Der Ausgang des Diskriminators DI liegt an e2. Der Erdfehler-Detektor GFD ist mit seinen Eingängen am Erdfehlersensor GFS angeschlossen, wie bereits beschrieben. Zusätzlich wird die Bezugsspannung zwischen Leitung 38 und Anschluß D angeschlossen.

Der kurz verzögerte Schaltkreis SD umfaßt einen PNP-Transistor QA mit einer zwischen Basis und Emitter dieses Transistors in Anoden-Kathodenanordnung angeschlossenen Diode DA. Mit dem Emitter des Transistors QA ist ein Widerstand RA verbunden, dessen andere Seite an der Leitung 36 liegt. Die andere Seite der Diode DA sowie die Basis des Transistors QA sind mit Leitung 4o verbunden. Der Kollektor des Transistors QA ist mit einem Widerstandselement RB und mit dem negativen Eingangsanschluß eines Vergleichers CP1 verbunden. Der positive Eingangsanschluß des Vergleichers CP1 ist mit dem Spannungsteilerpunkt von zwei Widerstandselementen RC und RD verbunden, wobei die andere Seite des Widerstandselementes RC an Leitung 38 und die andere Seite des Widerstandselementes RD an dem gemeinsamen

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Systemanschluß D liegt. Der Spannungsteilerpunkt ist mit dem positiven Anschluß des Vergleichers CP2 und mit dem negativen Anschluß eines dritten Vergleichers CP3 verbunden. Der Ausgang des ersten Vergleichers CP1 liegt am negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP2 und an der einen Seite von jeweils einem kapazitiven Element CA und einem Widerstandselement RE, deren andere Seiten mit der Leitung 38 verbunden sind. Der Ausgang des Vergleichers CP2 ist gleichzeitig mit dem positiven Eingangs-Anschluß des Vergleichers CP3, der einen Seite des Widerstandselementes RF und der einen Seite eines kapazitiven Elementes CB verbunden. Die andere Seite des Widerstandselementes RF ist mit der Leitung 38 verbunden, während die andere Seite des kapazitiven Elementes CB mit dem gemeinsamen Systemanschluß D verbunden ist. Der Ausgang des Vergleichers CP3 ist gleichzeitig mit der Anode einer Diode DB sowie der anderen Seite des Widerstandselementes RG verbunden. Die andere Seite des Widerstandselementes RG ist an der gemeinsamen Systemleitung 38 angeschlossen. Die Kathode der Diode DB repräsentiert den Ausgangsanschluß £3 für den kurz verzögerten Schaltkreis SD.

Der Uberspiel-Schaltkreis OR umfaßt einen PNP-Transistor QA¹, wobei zwischen Basis und Emitter dieses Transistors in Anoden-Kathoden-Anordnung eine Diode DA¹ liegt. Die Basis des Transistors QA ist mit Leitung 36 verbunden. Der Emitter des Transistors QA¹ ist mit der einen Seite eines Widerstandselementes RA' verbunden, dessen andere Seite mit der Systemleitung 42 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors QA' liegt gleichzeitig am negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP1', an der einen Seite eines Widerstandselementes RB* und am positiven Eingangsanschluß eines Vergleichers CP4, wobei sowohl der Vergleicher CP1' als auch der Vergleicher CP4 als Spitzendetektoren arbeiten. Es ist ein Spannungsteiler-Netzwerk vorhanden, das aus den Widerstandselementen RC', RJ und RH besteht, die zwischen Leitung 38 und dem gemeinsamen Systemanschluß D in Serie angeordnet sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstandselementen RC' und RJ ist mit dem negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP4 verbunden. Der Verbindungspunkt

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zwischen den Widerstandselementen RJ und RH liegt am positiven Eingangsanschluß des Vergleichers CP1', am positiven Eingangsanschluß eines Vergleichers CP2' und am negativen Eingangsanschluß eines Vergleichers CP3¹. Der Ausgang des Vergleichers CP1', der gleichfalls als Spitzendetektor arbeitet, ist gleichzeitig mit dem negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP2¹ und der einen Seite einer Speichereinrichtung verbunden, die aus dem kapazitiven Element CA¹ und dem Widerstandselement RE¹ besteht, wobei die andere Seite des kapazitiven Elements und des Widerstandselements mit der gemeinsamen Systemleitung 38 verbunden ist. Der Ausgang des Vergleichers CP2¹ ist gleichzeitig mit dem positiven Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP3', mit der einen Seite eines Widerstandselementes RF¹ und mit der einen Seite eines kapazitiven Elementes CB¹ verbunden. Die andere Seite des Widerstandselementes RF' ist an die Systemleitung 38 gelegt, während die andere Seite des kapazitiven Elementes CB¹ mit dem gemeinsamen Systemanschluß D verbunden ist. Das Vergleicherelement CP3' ist mit der einen Seite eines Widerstandselementes RG¹ sowie mit der Anode eines Diodenelementes DB¹ verbunden. Die andere Seite des Widerstandselementes RG¹ ist an der Bezugsleitung 38 und die andere Seite oder die Kathode der Diode DB¹ an der Kathode der Diode DB und dem Ausgangsanschluß e_5 für den Überspielschaltkreis OR angeschlossen. Die Schaltkreis-Elemente CP2', CP3¹, RF', CB', RG¹ und DB¹ arbeiten als zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtungen, wie im folgenden noch genauer beschrieben. Der Ausgang des Vergleichers CP4 ist mit der Anode der Diode DD und mit einer Seite eines Widerstandselementes RK verbunden, dessen andere Seite mit der Systembezugsleitung 38 verbunden ist, wobei die zwei Elemente RK und DD effektiv eine nicht zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtung bilden, die mit dem Spitzendetektor CP4 im Zusammenhang steht.

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Betrieb des kurz verzögernden Schaltkreises SD

Es wurde bereits erwähnt, daß das Widerstandselement R den durch die Leitung L1 fließenden Strom I_ in eine Spannung umsetzt, die das Transistorelement QA veranlaßt, dem Widerstandselement RB einen Strom zu liefern, welcher am negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP1 eine Spannung erzeugt. Die Vergleicher-Elemente, wie CP1, CP2, usw., bilden ein Ausgangssignal von Null bzw. von Systemmasse, wenn der negative Eingangsanschluß davon eine höhere Spannung aufweist, als der positive Eingangsanschluß. Umgekehrt kann der Ausgangsanschluß des Vergleichers jede geeignete Spannung frei annehmen, wenn die Spannung an seinem positiven Eingangsanschluß größer als die Spannung am negativen Eingangsanschluß ist. Infolgedessen ist zu erkennen, daß so lange, wie die vom Spannungsteiler RC, RD an den positiven Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP1 gelieferte Spannung größer als die Spannung ist, die von dem durch den Widerstand RB fließenden Strom erzeugt wird, der Ausgang des Vergleichers hoch sein wird oder an angenähert der Spannung der Leitung 38 liegen wird. Daher kann durch Einstellung oder Wahl der Werte von irgendeinem der Widerstandselemente RC, RD, RA oder RB der Änderungspunkt für die Zustandsänderung des Vergleichers CP1 festgelegt werden, der wiederum durch den Wert von I_T bestimmt wird, bei dem ein Ausgangssignal

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zur Auslösung des Schaltkreis-Trenners CI geliefert werden soll. Wenn der Ausgang des Vergleicher-Elementes CP1 hoch ist, dann ist die Spannung am negativen Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP2 hoch oder nahezu auf der Spannung der Leitung 38. Die Widerstandswerte der Widerstandselemente RC und RD stellen sicher, daß beim letztgenannten Zustand die Spannung am negativen Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP2 höher als die Spannung am positiven Eingangsanschluß ist. Falls dies der Fall ist, ist der Ausgang des Vergleichers CP2 niedrig, wodurch im wesentlichen das kapazitive Element CB kurzgeschlossen oder an Masse gelegt wird und an einen positiven Eingangsanschluß des Vergleichers CP3 eine niedrigere Spannung angelegt wird, als an dessen negativen Eingangsanschluß, wobei

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erinnert sei, daß der negative Eingangsanschluß eine Spannung besitzt, die gleich der Bezugspannung ist, die vorstehend für die anderen Vergleicher erläutert wurde. Falls dies der Fall ist, wird der Ausgang des Vergleichers CP3 niedrig sein und infolgedessen am Anschluß e_3 für die Erregung des Schaltkreis-Trenners CI kein Ausgangssignal geliefert werden. Wenn jedoch erst einmal der Uberschreitungspunkt für den Fehlerstrom I₁ ausgewählt ist, wird die dem Widerstandselement R aufgedrückte Spannung in dem Transistorelement QA einen Kollektorstrom erzeugen, der die Spannung, die dem Widerstandselement RB aufgedrückt wird, veranlassen wird, größer als die Spannung zu sein, die über dem Spannungsteiler-Verbindungspunkt des Spannungsteilers RC, RD auftritt, wodurch der Zustand des Vergleicherelementes CP1 von hoch auf niedrig geändert wird. Dies^enkt praktisch sofort das Signal am negativen Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP2 unter die Bezugsspannung an dessen positiven Eingangsanschluß ab, wodurch der Zustand des Ausganges des Vergleicher-Elementes CP2 von niedrig auf hoch wechselt. Wenn dies auftritt, kann das kapazitive Element CD über das Widerstandselement RF sich laden. Die zugehörige Zeitkonstante wird so gewählt, daß sich die Kapazität CB auf eine Spannung laden kann, die höher als die Bezugsspannung am negativen Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP3 ist, und zwar in einer geeigneten vorbestimmten Anzahl von Leitungszyklen, die der kurzverzögernden Zeitperiode entspricht. Wenn das kapazitive Element CB auf eine Spannung geladen wird, die größer als die Bezugsspannung am negativen Eingangsanschluß des kapazitiven Elementes CP3 ist, ohne durch den Ausgang des Vergleicherelementes CP2 sofort entladen oder kurzgeschlossen zu werden, wird der Ausgang des Vergleichers CP3 hoch werden. Dies liefert ein Ausgangssignal an den Anschluß £3, um den Schaltkreis-Trenner C1 zu öffnen. Während die Spannung am negativen Eingangsanschluß des Vergleicher-Elementes CP1 unter den Wert seines positiven Eingangsanschlusses während einer jeden Halbwelle der zwischen den Leitungen36 und 4o auftretenden gleichgerichteten Spannung läuft, könnte der Ausgang des Vergleichers CP1 zu einem hohen Zustand gehen, wird jedoch durch die relativ kurze Entladung

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des kapazitiven Elementes CA über das Widerstandselement RE daran gehindert. Die Entladung wird so eingestellt, daß sie geringfügig langer ist, als etwa ein halber Leitungszyklus. Wenn also die nachfolgende Spitze der über dem Widerstandselement RB liegenden Spannung gleich einem Wert wird, der dem vorbestimmten Minimalwert des Fehlerstroms I_L gleicht, wird der Ausgang des Vergleichers CP1 niedrig werden, bevor das kapazitive Element CA sich vollständig entlädt, wodurch die verhältnismäßig niedrige Spannung am negativen Eingang des Vergleicherelementes CP2 auf einem verhältnismäßig festen Wert innerhalb von Grenzen relativ zu seinem positiven Eingangsanschluß gehalten wird. Dies ermöglicht eine fortlaufende Ladung des kapazitiven Elementes CB durch das Widerstandselement RF. Infolgedessen ermöglicht die Anwesenheit des Widerstandselementes RE und des kapazitiven Elementes CA die Speicherung oder die Ladung zwischen Halbzyklen des einphasigen Fehlerstromes. Wenn jedoch der Fehlerstrom verschwindet, wird der Wert am negativen Eingangsanschluß des Vergleicherelementes CP1 niedriger bleiben, als der Spannungswert am positiven Eingangsanschluß, und zwar für länger als einen halben Zyklus, und daher dem kapazitiven Element CA die Möglichkeit gegeben, sich über das Widerstandselement RE vollständig zu entladen, wodurch die Spannung am negativen Eingang des Vergleichers CP2 größer als die Bezugsspannung wird. Dies liefert einen Nullausgang, um das kapazitive Element CB schnell kurzzuschließen, wodurch sofort oder fast sofort der Ladezyklusbetrieb für das kapazitive Element CB beseitigt wird. Dies verhindert eine nachfolgende Erregung des siliziumgesteuerten Gleichrichters Q3, der wiederum die Schaltkreis-Trennerkontakte F-F am Schaltkreis-Trenner CI öffnen würde. Wie zu erkennen ist, ist dies besonders wichtig bei einphasigen Fehlern, bei denen bedeutsame Welligkeit und vielmehr Raum zwischen aufeinanderfolgenden Spitzen des gleichgerichteten Ausgangsstromes 11 der Brücke DB auftritt, als es bei dreiphasigen Fehlern der Fall ist. Die verschiedenen Werte der Widerstands- und Kapazitätselemente können geändert werden, um den Schaltkreis auch bei dreiphasigen Fehlern arbeitsfähig zu machen.

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Betrieb des Überspiel-Schaltkreises OR

Der Betrieb des Überspiel-Schaltkreises ist ähnlich zum Betrieb des kurz verzögerten Schaltkreises SD und ähnliche Elemente, die durch gleiche Bezugssymbole mit Strich idendifiziert sind, liefern ähnliche Funktion. In diesem Fall kann der relative Wert des Zeitintervalls, wie er durch das Widerstandselement RF¹ und das kapazitive Element CB' festgelegt wird, in der Größenordnung von zwei Leitungszyklen sein, während die Zeitkonstante für das kapazitive Element CA' und RE¹ ungefähr die gleiche ist, wie die Zeitkonstante für das kapazitive Element CA auf RE für die kurz verzögerte Schaltung SD. Es sei bemerkt, daß der Eingangsspannungsteiler für das Vergleichselement CP1' drei Widerstände RC¹, RJ und RH statt nur zwei Widerstände RC und RB aufweist, die mit der kurz verzögernden Schaltung SD verbunden sind. Der erste Spannungsbezugspunkt, der bezüglich des Überspiel-Schaltkreises bereits erläutert wurde, wird am übergang zwischen den Widerständen RJ und RC¹ geliefert. Dies ist der Punkt oder Wert des Fehlerstromes, bei dem es wünschenswert ist, den Schaltkreis-Trenner CI wegen katastrophal hoher Werte des Fehlerstromes I. im allgemeinen sofort auszulösen. Es sei bemerkt, daß der durch den Transistor QA¹ fließende Strom proportional zur Spannung über dem Widerstandselement RI ist, der festliegt und eine Funktion der physikalischen Eigenschaften des Schaltkreistrenners CI ist. Dies war nicht der Fall bezüglich der kurz verzögerten Schaltung SD, wo der durch das Transistorelement QA hindurchfließende Strom proportional zu einer Spannung über dem Widerstandselement R ist, der vom Benutzer der Ausrüstung austauschbar ist, um verschiedene Stromwerte I_T auszuwählen, an denen die kurz verzögerte Auslösung gewünscht wird.

Bezüglich des Überspiel-Schaltkreises OR bildet die Parallel-Schaltkreis-Anordnung, die aus den Widerstandselementen RC¹ und RJ besteht, in Verbindung mit dem Spannungsteiler, der durch das zusätzliche Widerstandselement RH gebildet wird, den Spannungsbezug für die Vergleichselemente CP1¹, CP2¹ und

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CP3¹, welcher ähnlich ist zu dem Spannungsbezug, der von den Widerstandselementen RC und RD hinsichtlich der kurz verzögernden Schaltung SD gebildet wird. Nachdem die Bezugsspannung an dem positiven Eingangsanschlüssen der Vergleicher CP1' und CP2¹ und am negativen Eingangsanschluß des Vergleichers CP3¹ festgelegt wurde, wird eine zweite oder niedrigere Bezugsspannung für den Uberspiel-Schaltkreis OR gebildet. Nimmt man an, daß der durch das Widerstandselement RB¹ fließende Strom unterhalb des zweiten Bezugswertes liegt, wird keines der Vergleicherelemente CP1' bis CP3¹ und CP4 betätigt werden, um den Zustand zu ändern und eine Spannung oder ein Erregungssignal an die Anode einer der Dioden DB¹ oder DD zu liefern. Man nehme jedoch jetzt an, daß der Fehlerstrom einen Wert erreicht, der eine Spannung über dem Widerstandselement RB¹ erzeugt, welche zwischen dem Spannungswert am Ubergangsanschluß der Widerstandselemente RJ und RH und der Spannung am Übergangsanschluß der Widerstandselemente RJ und RC liegt. Ein Zeitablaufbetrieb für die Vergleicherelemente CP1' bis CP3¹ wird in einer Weise ablaufen, die ähnlich ist zu der, die bezüglich der Vergleicherelemente CP1 bis CP3 beim kurz verzögernden Schaltkreis SD beschrieben wurde. Bei jeder nachfolgenden Spitze der Halbwelle wird der Speicherschaltkreis oder die Speicher-Einrichtung, die aus dem kapazitiven Element CA¹ und dem Widerstandselement RE¹ besteht, den Vergleicher CP2¹ in einem solchen Ausgangszustand halten, daß dem aus dem kapazitiven Element CP¹ und dem Widerstandselement RF¹ bestehendem Schaltkreis ermöglicht wird, zeitlich abzulaufen, um so den Ausgangszustand des Vergleichers CP3¹ zu ändern und ein Ausgangssignal an den Anschluß £5 zu liefern. Es wurde bereits erwähnt, daß dies verhältnismäßig schnell stattfindet. Nachdem der Zeitablaufbetrieb gestartet wurde, wird jede nachfolgende Spitze durch die Spannungsänderung über dem Widerstandselement RB¹ wirksam erneut abgetastet. Wenn die Spannung unter die Spannung am übergang zwischen den Widerstandselementen RJ und RH eine längere Zeitperiode abfällt, als ein halber Zyklus zu irgendeiner Zeit während der Zeit, während der sich CB' auflädt, wird die Zeitablaufoperation durch Kurzschließen des Kondensators CB¹ am Ausgang

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des Vergleichers CP2¹ beendet, wodurch eine Erregung der Auslösespule TC1 des Schaltkreis-Trenners CI verhindert wird. Wenn jedoch die Spannung über dem Widerstandselement RB¹ für die entsprechende Auslaufperiode hoch bleibt, wird eine Auslöseoperation eingeleitet. Unabhängig von der letztgenannten Operation wird außerdem dann, wenn die Spannung über dem Widerstandselement RB¹ die Spannung am übergang der Widerstände RC und RJ überschreitet, der Ausgang des Vergleicherelementes CP4 unmittelbar hoch werden, wodurch über die Diode DD ein Signal geliefert wird, das den Schaltkreis-Trenner CI sofort auslöst.

Es sei betont, daß bezüglich der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Anwesenheit von allen fünf Funktionsblöcken, die in dem Zeitablauf-Schaltkreis 3o dargestellt sind, nicht immer erforderlich ist, abhängig vom für den Schaltkreis-Trennapparat 1o geforderten Betrieb. Außerdem sei betont, daß die relativen Werte der angegebenen Spannungen nur zur Erläuterung der vorzugsweisen Ausführungsform dienen und nicht eingrenzend sind. Das gleiche gilt für die verschiedenen Einrichtungen, die ein Signal für den kurz verzögerten Schaltkreis SD und für den Uberspiel-Schaltkreis OR liefern, welche Signale proportional zu einem Fehlerstrom IL sind. Obwohl das dargestellte Gerät den Steuerschaltkreis 12 gemäß der US-Patentschrift 3 818 275 verwendet, können auch geeignete andere Signalkonditionierungs- oder Steuerungsausrüstungen verwendet werden, die in der Lage sind, die erforderlichen Funktionen durchzuführen. Außerdem kann das erfindungsgemäße Gerät in einfacher Weise auch für mehrphasige Netzwerke angewendet werden, wie bereits erwähnt.

Somit stellt das beschriebene Gerät durch Messung und überprüfung von asymmetrisch versetzten kurzzeitigen Fehlerströmen sicher, daß eine Auslösung des Schaltkreis-Trenners nur dann auftritt, wenn dies absolut notwendig ist, wobei das erfindungsgemäße Gerät noch den weiteren Vorzug besitzt, daß eine kurze Zeitverzögerung eingeführt wird, wobei digitale logische Ver-

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gleichselemente in Verbindung mit passiven kapazitiven Elementen und Widerstands-Elementen verwendet werden und eine Speicherfunktion liefern, die bei einphasigen Wechseletromfehlern benutzt wird.

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Claims

• Patentansprüche ;

Schaltkreis-Trenngerät, bestehend aus Überwachungs-Einrichtungen zur Überwachung des Stromflusses in einem zu schützenden Wechselstromnetzwerk und zur Lieferung einer Steuerspannung, die aufeinanderfolgende Spitzenwerte aufweist, die proportional zu den Spitzen des gemessenen Stromes sind, mit Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen zur Unterbrechung des Stromflusses in dem Netzwerk aufgrund eines den Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen zugeführten Auslösesignals, und mit Schaltkreis-Einrichtungen zur Lieferung des Auslösesignals beim Auftreten von vorbestimmten Überstromzuständen in dem Netzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis Spitzendetektor-Einrichtungen (CP1') aufweist, die so angeschlossen sind, daß sie die Steuerspannung aufnehmen und einen Ausgang besitzen, der einen ersten Zustand einnimmt wenn die Steuerspannungsspitze von vorbestimmter Anzahl von Zyklen sich unterhalb eines Pegels befindet, der einem tolerierbaren gemessenen Fehlerstrom entspricht, ohne die Schaltkreis-Unterbrechungs-Einrichtungen auszulösen, und dessen Ausgang einen zweiten Zustand einnimmt, wenn eine Spitze der Steuerspannung diesen Pegel erreicht; durch Speichereinrichtungen (CA¹, RE¹), die mit dem Ausgang des Spitzendetektors verbunden sind und wirksam werden, um jedes Mal dann, wenn der Spitzendetektorausgang den zweiten Zustand einnimmt, den Spitzendetektorausgang in diesem

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zweiten Zustand zumindest so lange aufrechtzuerhalten, bis die nächstfolgende Steuerspannungsspitze auftritt, aber für eine Dauer, die kürzer ist, als die vorbestimmte Anzahl von Zyklen; und durch zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtungen (CP2¹, CP3¹, CB¹, RF¹, RG¹, DB¹), die mit dem Spitzendetektorausgang verbunden sind und reagieren, wenn letzterer den zweiten Zustand einnimmt, um das Auslösesignal mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die nicht die vorbestimmte Anzahl von Zyklen überschreitet, zu liefern, wobei die zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtung sich selbst automatisch zurückstellt, um das Auslösesignal zu beseitigen, wenn der erste Zustand vom Spitzendetektor-Ausgang während der Zeitverzögerung eingenommen wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzendetektor-Einrichtungen (CP1') einen Spannungsvergleicher umfassen, der mit seinem einen Eingang so angeschlossen ist, daß er die Steuerspannung aufnimmt, und daß ein anderer Eingang mit einem ersten Punkt einer Bezugsspannung verbunden ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen zusätzlichen Spitzendetektor (CP4) aufweist, der so angeschlossen ist, daß er die Steuerspannung aufnimmt und eine Ausgangsspannung liefert, wenn eine Spitze der Steuerspannung einen zweiten Pegel erreicht, der höher als der ersterwähnte Pegel ist, und nicht zeitgesteuerte Auslösesignal-AusgangsEinrichtungen (RG, DD), die an dem zusätzlichen Spitzendetektor angeschlossen sind und das Auslösesignal sofort aufgrund der von dem zusätzlichen Spitzendetektor gelieferten Ausgangsspannung zur Verfügung stellen,
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der zusätzliche Spitzendetektor (CP4) einen Spannungsvergleicher umfaßt, dessen einer Eingang so angeschlossen

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ist, daß er die Steuerspannung aufnimmt, und dessen anderer Eingang mit einem zweiten Punkt des Bezugspotentials verbunden ist, dessen Wert höher liegt als die Bezugsspannung am ersten Punkt.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen (CA¹, RE¹) einen RC-Kreis mit einer Zeitkonstante umfassen, um den Spitzendetektor-Ausgang in den zweiten Zustand für mehr als einen halben Zyklus, aber weniger als einen ganzen Zyklus des gemessenen Netzwerkstromes zu halten.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung, mit der die zeitges teuer ten^\us löse signal-Ausgangs-Einrichtungen das Auslösesignal liefern, zwei bis drei Zyklen des gemessenen Netzwerkstromes entspricht.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für die Lieferung des Auslösesignals eine kurz verzögerte Auslöseeinrichtung (SD) zur Lieferung des Auslösesignals umfaßt, mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, aufgrund eines gemessenen Uberstromes, der einen niedrigeren Wert besitzt, als der Fehlerstrom, der dem ersterwähnten Steuerspannungspegel entspricht.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungseinrichtungen Einrichtungen umfassen, die eine zweite Steuerspannung liefern, welche aufeinanderfolgende Spitzen aufweist, die proportional zu den Spitzen des gemessenen Stromes sind, und daß die kurz vereögerten Auslöse-Einrichtungen einen Spitzendetektor (CP1) umfassen, der so angeschlossen ist, daß er die zweite Steuerspannung aufnimmt und einen Ausgang besitzt, der einen ersten Zustand einnimmt, wenn die Spitzen der zweiten Steuerspannung sich auf einem Pegel befindet, der unterhalb dem erst-

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erwähnten Steuerspannungspegel liegt, und der einen zweiten Zustand annimmt, wenn eine Spitze der zweiten Steuerspannung den letzterwähnten Pegel erreicht; durch Speichereinrichtung (CA, RE), die mit dem letzterwähnten Spitzendetektor-Ausgang (CP1) verbunden sind und bewirken, daß jedesmal dann, wenn der Spitzendetektorausgang diesen zweiten Zustand annimmt, der letzterwähnte Spitzendetektorausgang in diesem zweiten Zustand für eine Dauer gehalten wird, die mehr als einem halben Zyklus bis ungefähr einem Zyklus des gemessenen Netzwerkstromes entspricht; und durch zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtungen (CP2, CP3, CB, RF, RG, DB), die mit dem letzterwähnten Spitzendetektor-Ausgang verbunden sind und reagieren, wenn letzterer den zweiten Zustand einnimmt, um das Auslösesignal mit der letzterwähnten Zeitverzögerung zu liefern, wobei die letzterwähnte zeitgesteuerte Auslösesignal-Ausgangs-Einrichtung sich selbst automatisch zurückstellt, um das Auslösesignal aufgrund des zweiten Zustandes zu beseitigen, wenn dieser zweite Zustand von dem letzterwähnten Spitzendetektor-Ausgang während der letzterwähnten Zeitverzögerung angenommen wird.
9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Lieferung des Auslösesignals eine lang verzögerte Auslöseeinrichtung (LD) umfaßt, um das Auslösesignal aufgrund eines gemessenen Uberstroms zu liefern, der einen niedrigeren Wert als der überstrom aufweist, der die kurz verzögernde Auslöseeinrichtung zum Ansprechen bringt, wobei die Zeitverzögerung umgekehrt proportional ist zum Quadrat des gemessenen Überstroms .

Beschreibung:

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