DE2931440A1

DE2931440A1 - Leistungsunterbrecher

Info

Publication number: DE2931440A1
Application number: DE19792931440
Authority: DE
Inventors: Shigenori Hotta
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1980-02-14
Also published as: NL7905476A; FR2433232A1; DE2931440C2; SE7906664L; GB2028035A; US4240123A; IT7924836A0; JPS5840750Y2; BR7808103A; JPS5524791U; CH648704A5; SE444879B; FR2433232B1; GB2028035B; IT1122669B

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsunterbrechersystem, welches selektiv nur eine durch einen Lastkurzschluß fehlerhafte Schaltung eines Stromversorgungssystems unterbricht.

Gemäß Fig. 1 ist es bekannt, in einem Stromversorgungssystem einen Häuptunterbrecher M für die Zuleitung vorzusehen, welcher mit einem Anschluß mit der Stromquelle verbunden ist. Ferner sind Unterbrecher F₁, F₂, .... F für Verteilerleitungen vorgesehen, welche jeweils mit ihrem anderen Anschluß mit Lasten verbunden sind. Bei dem herkömmlichen Unterbrechersystem gemäß Fig. 1 muß man bei Auftreten eines Kurzschlusses in einer der Lastschaltungen mit dem Unterbrecher F^ lediglich den Unterbrecher F₁ betätigen, bevor der Hauptunterbrecher M unterbrochen wird, so daß eine fortgesetzte Einspeisung des Stroms in die nichtfehlerhaften Lastschaltungen stattfinden kann und nur die fehlerhafte Lastschaltung unterbrochen wird. Daher ist der Hauptunterbrecher M derart aufgebaut, daß er bei einem großen Unterbrecherstrom unterbrochen wird* d.h. bei einem Unterbrecherstrom, welcher größer ist als die Unterbrecherströme der Verteilungsunterbrecher F₁, F₂» ... F_n. Alternativ kann der Hauptunterbrecher M auch durch diesen großen Strom in Verbindung mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit betätigt werden.

Bisher verwendete man daher als Hauptunterbrecher für den Kurzschlußstrom einen herkömmlichen Auslösemechanismus, z.B. einen thermischen Bimetallauslösemechanismus oder einen elektromagnetischen Auslösemechanismus. Es ist bei den herkömmlichen Systemen jedoch nicht möglich, die Schaltung in allen Fehlerstrombereichen selektiv zu unterbrechen. Fig. 2 zeigt die Betriebscharakteristik des Hauptunterbrechers M und des Speiseleitung-Unterbrechers F₁ unter den Bedingungen eines Kurzschluß-Fehlerzustandes in der mit dem

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Speiseleitungsunterbrecher F₁ verbundenen Last (nicht gezeigt) . Im Bereich großer Ströme wird der Hauptunterbrecher M gleichzeitig mit dem Speiseleitungsunterbrecher F₁ betätigt, so daß der Bereich mit selektiver Unterbrechung nur auf kleine Ströme beschränkt ist. Es ist bereits ein Leistungsunterbrechersystem mit einer Charakteristik gemäß Fig. 3 bekannt. Dabei weist der Hauptunterbrecher M ein zeitliches Auslöseverhalten mit einer verzögerten Betätigung auf. Man erzielt hierdurch eine selektive Unterbrechung in einem bestimmten Fehlerstrombereich. Dieser selektiv unterbrechbare Bereich ist jedoch auf relativ kleine Ströme beschränkt, z.B. auf etwa 10 bis 20 IiA. Daher ist der Wert eines solchen Systems in der Praxis nicht sehr groß.

Es wurde bereits ein System mit einer Betriebscharakteristik gemäß Fig. 4 vorgeschlagen, um auch in Bereichen großer Ströme eine selektive Unterbrechung herbeizuführen. In diesem Falle wird jedoch die Gesamtunterbrecherzeit t des Hauptunterbrechers M stark verlängert und liegt über der zulässigen Grenze von It (I= Unterbrecherstrom) der Widerstandsfähigkeit des Hauptunterbrechers M. Zur Verhinderung

eines Überschreitens des zulässigen Grenzwerts I t muß daher die Unterbrecherkapazität (d.h. t) des Hauptunterbrechers M beschränkt v/erden. Hierdurch wird die praktische Brauchbarkeit solcher Unterbrecher verringert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden.

Erfindungsgemäß wird ein Leistungsunterbrechersystem geschaffen, welches eine Stromunterbrechungs-Verzögerungsschaltung umfaßt zur Verzögerung der Gesamtunterbrecherzeit um eine spezifische Zeitdauer, und zwar durch einen Auslösemechanismus des Hauptunterbrechers, sowie eine Stromunterbrecherschaltung zur Begrenzung des Fehlerstroms unter einen vor-

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bestimmten Pegel, wodurch der Bereich selektiver Unterbrechbarkeit vergrößert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. ί ein herkömmliches Leistungsunterbrechersystem;

Fig. 2 die Betriebscharakteristik des herkömmlichen Systems gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Betriebschafakteristika herkömmlicher Systeme mit erweitertem Bereich selektiver UnterbrechungJ

Fig. 5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Leistungsunterbrechersystems;

Fig. 6 ein Schaltbild des Hauptunterbrechers des erfindungsgemäßen Unterbrechersystems;

Fig. 7 die Strombegrenzungswellenform des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 8 die Betriebscharakteristik des erfindungsgemäßen Leistungsunterbrechers; und

Fig. 9 ein Detailschaltbild einer Ausführungsform des Hauptunterbrechers gemäß Fig. 6·.

Fig. 5 zeigt eine Blockschaltung mit einem Hauptunterbrecher M, einer permanenten Schmelzsicherung PF und einem Widerstand R. Die Permanentsicherung PF und der Widerstand R liegen parallel zueinander und bilden eine Strombegrenzungsschaltung. Ferner sind SpeiGeleitungs-Unterbrecher F,, Fp₁... F vorgesehen. Der Hauptunterbrecher M hat den in Fig. 6 in Form eines Blockschaltbild gezeigten Aufbau. Die Schaltung gemäß Fig. 6 umfaßt stromquellenseitige Anschlüsse 1 und lastseitige Anschlüsse 2 sowie einen Schaltmechanismus 3 und eine Auslösespule 4 und ferner einen Stromtransformator 5, welcher einen Zwischenstrqmtransformator 51 umfaßt. Ferner ist eine Maximalstrom-Detektorschaltung 6 vorgesehen

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sowie ein Vollweggleichrichter 7 und ein Spannungssensor 8, eine Langzeitgeberschaltung 9» eine Kurzzeitgeberschaltung 10 und eine Triggerschaltung 11.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieses Systems erläutert werden. Der Strom einer jeden Phase fließt in der Hauptschaltung zwischen den Anschlüssen 1 und 2. Dieser Strom wird durch die Primärseite des Stromtransformators 5 erfaßt. Auf der Sekundärseite fließt z.B. ein Strom von etwa 5A, und dieser Strom wird durch den Zwischenstromtransfοrmator 51 auf 50 mA verringert. Dieser verringerte Strom (in der Größenordnung von Milliampere) wird in die Maximalstrom-Detektorschaltung 6 eingespeist. Hier wird der Maximalstromwert in jeder Phase erfaßt. Sodann erfolgt eine Vollweggleichrichtung durch den Gleichrichter 7, und der gleichgerichtete Strom wird in den Spannungssensor 8 eingespeist, in dem das Eingangssignal in eine Spannung umgewandelt wird, und diese Spannung wird als Betätigungssignal in die Langzeitgeberschaltung 9 und die Kurzzeitgeberschaltung 10 eingespeist. Wenn das Spannungssignal sehr groß ist (falls ein großer Überstrom, durch die Hauptschaltung fließt), so wird die Kurzzeitgeberschaltung 10 betätigt, derart, daß diese ein Triggersignal an die Triggerschaltung 11 abgibt. Wenn der Überstrom nicht so groß ist, so wird die Langzeitgeberschaltung 9 betätigt, und diese gibt ein Triggersignal an die Triggerschaltung 11 ab.

Wenn die Triggerschaltung 11 betätigt wird, so wird die Auslösespule 4 erregt, und der Schaltmechanismus 3 wird geöffnet, so daß der Fehlerstrom unterbrochen wird.

Im folgenden sohlen die Maximumstrom-Detektorschaltung 6, der Spannungssensor 8, die Langzeitgeberschaltung 9 und die Kurzzeitgeberschaltung 10 näher erläutert werden.

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Gemäß Fig. 9 umfaßt die Maximumstrom-Detektorschaltung 6 drei Diodenbrücken für jede Phase der Speiseleitung, und die Diodenbrücken sind in Reihe geschaltet, so daß der Maximumstrom dtirch den Spannungssensor 8 fließt. In dem Spannungssensor 8 wird der Maximumstrom der Maximumstrom-Detektorschaltung 6 durch die Widerstände FL , Rp, R^ in eine entsprechende Spannung umgewandelt. Die Rate der Umwandlung des Maximumstroms in die entsprechende Spannung kann durch Verwendung eines variablen Widerstandes (Varistor), z.B. als Widerstand Rp, variiert werden. Hierdurch kann der Nennstrom des Stromunterbrechers eingestellt werden.

Die Langzeitgeberschaltung 9 umfaßt eine Zenerdiode Zr und Transistoren Qc j Qg. Wenn das Spannungssignal des Spannungssensprs 8 niedrig ist (Normalzustand), so befindet sich der Transistor Q^ im EIN-Zustand, während der Transistor Qg sich im AUS-Zustand befindet, und das Spannungssignal wird der Triggerschaltung 11 nicht zugeführt. Wenn das Spannungssignal höher ist als das Basispotential des Transistors Qc (abnormaler Zustand), so befindet sich der Transistor Q₁-im AUS-Zustand und der Transistor Qg befindet sich im EIN-Zustand und der Vorgang des Ladens des Kondensators Cp. beginnt. Wenn die Ladespannung des Kondensators C^ einen vorbestimmten Spännungswert erreicht, so wird die Triggerschaltung 11 getriggert.

Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators C₂ wird geändert durch die Spannung des Spannungssensors 8, so daß man eine Umgekehrte Zeitcharakteristik erhält, d.h. der durch den Transistor Qg fließende Strom wird erhöht und die Zeit der Ausgabe des Signals an die Triggerschaltung 11 wird ver- kürzt mit steigendem Spannungssignal,

Wenn das Spannungssignal des Spannungssensors 8 über einen vorbestimmten Pegel in der Kurzzeitgebersclialtung 10 erhöht

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wird, so befindet sich die Zenerdiode Zf- im EIN-Zustand und der Transistor Q₁₀ befindet sich ebenfalls im EIN-Zustand, und der Strom fließt durch den Widerstand R^ und die Diode ^D23' ^{wodurcla der} Kondensator C_Q aufgeladen wird. Der Ladestrom wird durch eine Kostantspannungsquelle, welche durch die Zenerdiode Z₁₀ gebildet wird, bereitgestellt, so daß die Ladezeit konstant ist. Sobald die Aufladung des Kondensators Cg beendet ist, wird das Signal an die Triggerschaltung 11 ausgegeben.

Die Triggerschaltung 11 umfaßt ein PUT (programmierbarer Transistor mit einem pn-übergang) Qy und einen Thyristor Qg. Wenn die Ladespannung des Kondensators Cg oder Cg in der Zeit geberschaltung den vorbestimmten Spannungswert erreicht, wird der PUT Q~ eingeschaltet und der Thyristor wird betätigt, so daß der Strom durch die Auslösespule 4 fließt. Nun wird der Auslösemechanismus betätigt und der Hauptunterbrecher M wird geöffnet.

Andererseits fließt der Strom im Normalzustand vom Hauptunterbrecher M durch die Permanentsicherung PF und durch die Speiseleitungs-Unterbrecher F₁, F₂> ···· F zu den Lasten. Der Widerstand ist so gewählt, daß der Strom im wesentlichen nicht durch den Widerstand R fließt. Wenn ein Kurzschluß in der Schaltung des Unterbrechers F₁ eintritt, ßo verändert das Natriummetall seine Phase. Das Natriummetall bildet das Innenelement der Permanentsicherung PF, welche die Strombegrenzungsschaltung bildet. Durch diesen

P'ehlerstrom (l„„„,,) wird die Phase des Natriums in der Reipros

henfolge fest-flüssig-gasförmig geändert und die Permanentsicherung PF nimmt einen äußerst hohen Widerstand ein, wodurch der Strombegrenzungsvorgang gestartet wird. In diesem Falle wird gemäß Fig. 7 der Fehlerstrom auf den strombegrenzten Spitzenwert (I₁₅-F₀) begrenzt, und zwar durch die

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Permanentsicherung PF, Der Widerstand der Permanentsicherung PF liegt höher als der Widerstandswert des Widerstaridselements R, welches parallelgeschaltet ist. Der Fehlerstrom (l_Or „) fließt durch den Widerstand R und die Permanentsicherung PF und der Strom (I -) fließt als dynamischer Strom.

Auf diese Weise wird der Fehlerstrom durch die Strombegrenzungseinrichtung begrenzt. Wenn der Fehlerstrom von 200 ICA auf 10 bis 20 KA begrenzt wird, so kann man einen Ilauptunterbrecher M mit einer Stromkapazität von 10 bis 20 KA (selektiver Unterbrecherbereich) und einen Speiseleitungsstromunterbrecher F^ mit einer ähnlichen Stromkapazität für die selektive Unterbrechung verwenden, und zwar für den Fall eines höheren Fehlerstroms wie 200 KA. Somit erzielt man den gleichen Effekt wie mit einer Erweiterung des Bereichs selektiver Unterbrechung. Darüberhinaus wird die Gesamtunterbrecherzeit des Auslösemechanismus des Hauptunterbrechers verzögert, so daß eine selektive Unterbrechung erzielt wird und der selektive Unterbrechungsbereich erweitert wird. Als Speiseleitungs-Unterbrecher kann man handelsübliche Unterbrecher verwenden. Man kann anstelle des beschriebenen Hauptunterbrechers auch einen Niederspannungs-Luftunterbrecher verwenden oder einen Vakuumunterbrecher.

Bei Durchführung der selektiven Unterbrechung zwischen dem Hauptunterbrecher und dem Speiseleitüngs-Unterbrecher wird gewöhnlich ein Luftunterbrecher verwendet. Hierdurch wird der selektive Unterbrecherbereich vergrößert, und dies ist in der Praxis ein wesentlicher Effekt, obgleich ein Unterbrecher für Verdrahtung wirtschaftlich und kompakt ist.

Erfindungsgemäß wird die Unterbrechungsverzögerungsschaltung für die Verzögerung der Gesamtunterbrecherzeit um eine vorbestimmte Zeitspanne durch den Auslösemechanismus des Hauptunterbrechers bereitgestellt und ferner eine Strombegrenzungsschaltung zur Begrenzung des Fehlerstroms auf einen unter einem vorbestimmten Pegel liegenden Wert. Hierdurch kann der Bereich selektiver Unterbrechung des Hauptunterbrechers und der Speiseleitungs-Unterbrecher, welche mit den Lasten verbunden sind, im Leistungsunterbrechersystem erweitert werden.

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Claims

29 3 U 40 1A-2938 ME-391(F-6200) MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan Leistungsunterbrecher Patentansprüche

1. J Leistungsunterbrechersystem mit einem mit einer omquelle verbundenen Hauptunterbrecher und einer

Vielzahl von Speiseleitungsunterbrechern zwischen dem Hauptunterbrecher und einer Vielzahl von Lasten zur selektiven Unterbrechung nur der mit einem Fehlerstrom beaufschlagten Schaltung im Falle eines Lastkurzschlusses, gekennzeichnet durch eine Langzeitunterbrechungsverzögerungsschal tung (9) und eine Kurzzeitunterbrechungsverzögerungssehaltung (10) zur Verzögerung der Gesamtunterbrechungszeit eines Auslösemechanismus (4) des Hauptunterbrechers (M) und durch eine Strombegrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Fehlerstroms unter einem vorbestimmten Wert«

2. Leistungsunterbrechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzzeitunterbrechungsver-

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zögerungsSchaltung (10) unter den beiden Verzögerungsschaltungen für die Verzögerung der Unterbrechungszeit des Hauptunterbrechers anspricht und den Auslösemechanismus des Hauptunterbrechers betätigt, wenn ein sehr großer Fehlerstrom fließt, und daß die Langzeitunterbrechungsverzögerungsschaltung anspricht und den Auslösemechanismus betätigt, wenn ein relativ kleiner Fehlerstrom fließt.

3. Leistungsunterbrechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzzeit- und Langzeitunterbrechungsverzögerungsschaltungen halbleiterbestückte Schaltungen sind.

4. Leistungsunterbrechersystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzzeit- und Langzeitunterbrechungsverzögerungsschaltungen jeweils durch ein Ausgangsspannungssignal einer Schaltung zur Umwandlung des Fehlerstroms in eine entsprechende Spannung betätigt werden.

5· Leistungsunterbrechersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung eine Permanentsicherung (PF) und einen hierzu parallelgeschalteten Widerstand (R) umfaßt.

6. Leistungsunterbrechersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das. Innenelement der Permanent— Sicherung (PF) der Strombegrenzungseinrichtung aus:Alkalimetali, insbesondere aus Natrium, besteht.

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