DE3102223A1

DE3102223A1 - Schutzschaltung fuer gleichspannungsquellen mit niedrigem kurzschlussstrom-/nennstromverhaeltnis

Info

Publication number: DE3102223A1
Application number: DE19813102223
Authority: DE
Inventors: Theodor Ing.(grad.) 1000 Berlin Hoffmann; Rolf Dipl.-Ing. Jerman; Wolfgang Ing.(Grad.) Lindenberg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-01-22
Filing date: 1981-01-22
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE3102223C2

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE 2-B/Rü/b\

Theodor-Sterr-Kai 1 B-IJ 8o/S3

D-6000 Frankfurt 7o

Schutzschaltung für Gleichspannungsquellen mit niedrigem Kurzschlußstrom- /Nennstromverhältnis

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für Gleichspannungsquellen, die ein niedriges Kursschlu°jstrom-/Nennstromverhältnis auf v/ei 3 on und an die Verbraucher über eine Schmelzsicherung angeschlossen sind.

o5 Bei Bordnetzbatterien, die z. B. einen Netzstrom um 800 A führen und z. B. einen Kurzschlußstrom von nur 2,5 k A aufweisen, stellt sich das Problem der Absicherung- Vorgeschaltete Schmelzsicherungen, selbst spezieller Art, brauchen bei einem derartigen Kurzr.ch.luP.strom- /Kor.nstromverhältnis bis zu 12o see. Ansprechzeit. Dar- i viel zu lange und kann die Batterie bereits zerstört hüben. Mit elektromagnetisch arbeitenden GIeicnrtrom-Schnellschaltorn wäre das Problem zwar lösbar, der Raumbedarf derartiger Schnellschalter inachb

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aber oft den Einsatz wie hier z. B. auf Bahnfahrzeugen nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einsatz von Schmelzsicherungen unter diesen Aspekten möglich zu ο5 machen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich für eine Anordnung der eingangs genannten Art gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckdienliche Variationen der Erfindung sind den Ansprüchen in Verbindung mit der erläuternden Beschreibung und Zeichnung entnehmbar.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsvariäntc-i, ' ■ i der der Sicherungsauslösekondensator und der Schalter jeweils unabhängig parallel zur Spannungsquelle liegen, · Fig- 2 bei dieser Schaltungsvariante liegen der Sicherungsauslösekondensator und der Schalter direkt in Reihe und über eine gemeinsame Querverbindung parallel zur Spannungsquelle.

Noch Fig. 1 wird ein Verbraucher 1 einer Gleichnpannungsquolle 2 über Länqnstrornpf ade 3 und Λ (Leitungen) gespeist,

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Eingeschaltet wird über einen Lastschalter 5· 6 stellt eine Schmelzsicherung dar, die insbesondere die Gleichspannungsquelle 2, eine Batterie ausgelegt für einen zum Laststrom (z. B. 800 A) relativ niedrigen Kurzschlußstrom

(z. B. 2.5OO A), gegen zu hohe Kurzschlußströme schützen soll. Um den Abschaltstrom durch die Sicherung 6 zu erhöhen und damit die Abschaltzeit zu verkürzen, ist ein Auslösekondensator 7 vorgesehen. Dieser ist mittels eines Thyristorschalters 8 über die Schmelzsicherung 6 kurzschließbar. Ein Ladewiderstand 9 mit einer vorgeschalteten Ladestromsicherung 10 stellt einen Vorladekreis dar, der über einen Zeitschaltkontakt 11a eines Zeitrelais 11 nach dem Einlegen des Hauptschalters 5 kurzgeschlossen wird und den Sicherungs-Auslösekondensator 7 kurzschließt.

Der Ladewiderstand 9 ist nicht für Dauerbetrieb ausgelegt. Wird Laststrom entnommen, ohne daß Kontakt 11a geschlossen ist, brennt die Ladestromsicherung 10 durch. Mit 13/14-ist ein Stromerfassungsglied bezeichnet, das über ein Relais 15 mit Kontakt 15a Zündspannung (+) an den Thyristorschalter 8 legt. Dieser zündet, und zusätzlich zum über-.höhten Laststrom fließt der Kurzschlußstrom des aufgeladenen Sicherungs-Auslösekondensators 7 über die Schmelzsicherung. Die Schmelzsicherung 6 brennt damit innerhalb von ms durch; die Gleichspannungsquelle ist geschützt.

Wesentlich kommt es auf ein flinkes Erfassen der Stromänderung oder der Stromänderungsgeschwindigkeit an. Anstelle einer Strommessung kann somit auch eine di/dt-Messung erfolgen. Über einen Kontakt 15t> kann zusätzlich ein weiteres Heiais 16 eingeschaltet werden, das über einen angedeuteten Kontakt 16a eine Überbrückung des Thyristorschalters 8 vornimmt. Dies ist als zusätzliche Sicherung zu verstehen und für das Wesen der Erfindung nicht unbedingt notwendig. __

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Für das Aufladen des Sicherungs-Auslösekondensators 7 ist noch eine Zeitschalteranordnung vorgesehen. Die dargestellte Anordnung ist nur als eine von verschiedenen Möglichkeiten anzusehen. Mit dem Einlegen des Lastschalters 5 wird auch der mechanisch mitgekuppelte Hilfskontakt 12 geschlossen und das Zeitrelais 11 an eine Hilfsspannung (+, -) gel'egt. Nach Ablauf seiner Einschaltverzögerung wird der Kontakt 11a eingelegt und der Vorladekreis kurzgeschlossen. Mit dem Einlegen des Lastschalters wird somit sofort der Sicherungs-Auslösekondensator 7 vorgeladen und anschließend mit dem Ansprechen des Zeitrelais 11 an die volle Betriebsspannung gelegt. Der Sicherungs-Auslösekondensator 7 ist damit praktisch unmittelbar voll aufgeladen und steht mit seiner Ladung für Ausschaltvorgänge zur Verfugung. Mit 18 ist noch eine weitere Sicherung und mit 19 ein Entladewiderstand bezeichnet, der den Sicherungs-Auslösekondensator 7 nach einem öffnen des Laststromschalters 5 in definierter Zeit für Wartungsarbeiten spannungsfrei macht.

-20 Bei dieser Schaltungsvariante liegt der Sicherungs-Aus- · · lösekondensator 7 (Kapazität etwa in der Größenordnung um 500 /uF) im Betriebsstromkreis, d.h. der Kurzschlußstrom bewirkt - bis zum Ansprechen des Thyristorschalters 8 bereits eine gewisse Entladung. Diese Entladeenergie fließt aber bereits über die Sicherung 6, so daß auch .ohne Ansprechen des Stromerfassungsgliedes 13/14- eine Sicherungsauslösung bei Kurzschluß in der Last 1 wesentlich beschleunigt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsvariation, bei der die Ladung des Sicherungs-Auslösekondensators 7 völlig unberührt

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bleibt und seine Ladung voll über die Schmelzsicherung 6 geht. Die Bezugszeichen sind, soweit die Bauteile einander entsprechen, mit denen der Fig. 1 identisch. Anstelle der Sicherung 18 in Fig. 1 ist jetzt in einem Querstrompfad eine dem Thyristorschalter 8 und dem Sicherungs-Auslösekondensator 7 gemeinsame Kondensatorsicherung 20 angeordnet.

Wird in diesem Fall der Laststromschalter 5 eingelegt, dann erfolgt die Aufladung des Sicherungs-Auslösekondensators 7 wi^e gehabt zunächst in Vorladung über die Elemente 10, 9» 20 und anschließend liegt auch hier durch Überbrückung von Widerstand 9 (Kontakt 11a) der Sicherungs-Auslösekondensator 7 an der vollen Betriebsspannung. Wird jetzt bei einem Kurzschluß die Batteriespannung kurzgeschlossen, dann bleibt die Kondensatorspannung völlig unberührt, d.h. über den Thyristorschalter 8 wird die volle Kondensatorladung auf die Schmelzsicherung 6 geschaltet. Die auslösende Stromerfassung muß dabei allerdings dabei so schnell erfolgen, daß die Kondensatorsicherung 20 nicht anspricht. Die Diode 21. bewirkt, daß der Kondensatorstrom die Sicherung 20 ansprechen läßt, falls ein Kurzschluß in der Last auftritt.

Durch die Schutzschaltung mit dem parallelgeschalteten Sicherungs-Auslösekondensator 7 ergibt sich noch der besondere' Vorteil, daß der Kondensator als Filter wirkt und störende Oberwellen von der Batterie (Gleichspannungsquelle 2) fernhält. Darüber hinaus ist die Anordnung außerordentlich billig.

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Claims

31ÖZ223

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE 2-B/Rü/fr

Theodor-Stern-Kai 1 B-N 80/83

D-6000 Frankfurt 70

Patentansprüche

f 1. !Schutzschaltung für Gleichspannungsquellen, die ein ^—--'niedriges Kurzschlußstrom-ZNennstromverhältnis aufweisen und an die Verbraucher über eine Schmelzsi-• ' cherung angeschlossen sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Der Schmelzsicherung (6) ist die Reihenschaltung eines Sicherungs-Auslösekondensators (7) und eines Schalters (8) parallelgeschaltet,

- der Sicherungs-Auslösekondensator (7) ist zu Beginn des Laststromeinsatzes über einen Vorladekreis (9, 10) aufgeladen und

- der Schalter (8) wird bei einem von einem Meßglied (13/14-) erfaßten definierten Überstrom oberhalb des Nennstromes oder einem hohen di/dt ausgelöst und schließt den über die Schmelzsicherung (6) verlaufenden Ent lade Stromkreis des Sieiierungs-Auslösekondensators (7) kurz.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungs-Auslösekondensator (7) quer zu einem Längsstrompfad (3) liegt, der von der Gleichspannungsquelle (2) über den Vorladekreis (9, 10) und die Schmelzsicherung (6) zu dem Verbraucher (1) führt, wobei ein Pol zwischen Vorladekreis (9, 10) und Schmelzsicherung (6) angeschlossen ist und daß der Vorladekreis (9, 10) durch einen Zeitschaltkontakt (Ha) überbrückbar ist.
3. Schutz schaltung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der andere Pol des Sicherungs-Aus lösekondensators (7) an den von dem Verbraucher (1) zur Gleichspannungsquelle (2) zurückführenden Längsstrompfad (4-) angeschlossen ist.

4-· Schutzschaltung nach, den Ansprüchen 1 bis 3₅ dadurch, gekennzeichnet, daß der als Thyristor ausgebildete Schalter (8) auf der einen Seite hinter der Schmelzsicherung (6) angeschlossen ist und die Längsstrompfade (3 und 4) kurzschließt·. - ' · . ■

5· Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der andere Pol des Sicherungs-Auslösekondensators (7) über den Schalter (8) an dem gleichen Längsstrompfad (3) hinter der Schmelzsicherung (6) angeschlossen ist und daß der weitere An-Schluß zum anderen Längsstrompfad (4) über eine Kondensatorsicherung (20) an den Teilerpunkt zwischen dem Sicherungs-Auslösekondensator (7) und dem Thyristorschalter (8) gelegt ist.