DE3102223C2

DE3102223C2 - Schutzschaltung für eine Gleichspannungsquelle

Info

Publication number: DE3102223C2
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: 1984-03-22
Also published as: DE3102223A1

Abstract

Für eine Schutzschaltung für Gleichspannungsquellen, die ein niedriges Kurzschluß-/Nennstromverhältnis aufweisen und an die Verbraucher über eine Schmelzsicherung angeschlossen sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen: - 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 Entladestromkreis des Sicherungs-Auslösekondensators (7) kurz.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schutzschaltung für eine Gleichspannungsquelle, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art liegt im Hauptstrompfad hinter der Schmelzsicherung ein Widerstand, dem eine strom-/ bzw. spannungsabhängige steuerbare Entladungsstrecke parallel geschaltet ist, die im Bedarfsfall den Widerstand kurzschließt und damit den Zusatzstrom für ein Zerstören der Schmelzsicherung auslöst (FR-PS 5 61 295).

Bei Bordnetzbatterien, die z. B. einen Netzstrom um A führen und z. B. einen Kurzschlußstrom von nur 2,5 kA aufweisen, stellt sich das Problem der Absicherung besonders. Vorgeschaltete Schmelzsicherungen, selbst spezieller Art, brauchen bei einem derartig niedrigen Kurzschlußstronv/Nennstromverhältnis oft bis zu 120 see Ansprechzeit. Das ist viel zu lange und kann die Batterie bereits zerstört haben. Mit elektromagnetisch arbeitenden Gleichstrom-Schnellschaltern wäre das Problem zwar lösbar, der Raumbedarf derartiger Schnellschalter macht aber oft den Einsatz zum Beispiel auf Bahnfahrzeugen nicht möglich,
ί Auch das bekannte Verfahren der Auslösung einer Schmelzsicherung über einen Zusatzstrom ist hier nicht brauchbar. Einmal wegen des niedrigen Kurzschlußstronv/Nennstromverhältnisses der besonderen Batterie, zum anderen wegen der hohen Dauer erluste

ίο infolge des nötigen Reihenwiderstandes.

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

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich für eine

r, 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

2» und Zeichnung entnehmbar.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsvariante, bei der der Sicherungsauslösekondensator und der Thyristor jeweils

2i unabhängig parallel zur Spannungsquelle liegen,

Fig.2 bei dieser Schaltungsvariante liegen der Sicherungsauslösekcidensator und der'ihyristor direkt in Reihe und über eine gemeinsame Querverbindung parallel zur Spannungsquelle.

«) Nach F i g. 1 wird ein Verbraucher 1 einer Gleichspannungsquelle 2 über Längsstrompfade 3 und 4 (Leitungen) gespeist.

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. 2500 A). gegen zu hohe Kurzschlußströme schützen soll. Um den Abschaltstrom durch die Sicherung 6 zu erhöben und damit die

■w Abschaitzeit 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

■r> 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 ausgolegt. Wird Laststrom entnommen,

v> ohne daß Kontakt lla 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

V) überhöhten 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

no Erfassen der Stromänderung oder der Stromänderungsgeschwindigkeit an. Anstelle einer Strommessung kann somit auch eine d/Vdf-Messung erfolgen. Über einen Kontakt 15£> kann zusätzlich ein weiteres Relais 16 eingeschaltet werden, das über einen angedeuteten

f> Kontakt 16a eine Überbrückung des Thyristorschalters 8 vornimmt. Dies ist als zusätzliche Sicherung zu verstehen und für das Wesen der Erfindung nicht unbedingt notwendig.

Fur 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 (+, —) gelegt. Nach Ablauf seiner Einschaltverzögerung wird der Kontakt 11a eingelegt und der Vorladekreis kurzgeschlossen. Mit dem Einlegen des Lastschalters 5 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 dam'! 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.

Bei dieser Schaltungsvariante liegt der Sicherungs-Auslösekondensator 7 (Kapazität etwa in der Größenordnung um 500 μ!⁷) 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. jo

Fig.2 zeigt eine Schaltungsvariation, bei der die Ladung des Sicherungs-Auslösekondensators 7 völlig unberührt bleibt und seine Ladung voll über die Schmelzsicherung 6 geht Die Bezugszeichen sind, soweit die Bauteile einander entsprechen, mit denen der F i g. 1 identisch. Anstelle der Sicherung 18 in F i g. 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 wie gehabt zunächst in Vorladung über die Elemente 10, 9, 20 und anschließend liegt auch hier durch Überbrückung von Widerstand 9 (Kontakt Ma) 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 Stromerfassang muß dabei allerdings dabei so schnell erfolgen, daß die Kondensatorsicrvrung 20 nicht anspricht Die Diode 21 bewirkt, daß der -londensatorstrom die Sicherung 20 ansprechen läßt, falls ein Kurzschluß in der Last auftritt

Durch die Schutzschaltung mit dem parallelgeschalteten Siclu'mngs-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 arm an Aufwand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für eine Gleichspannungsquelle, die Verbraucher über eine Schmelzsicherung speist, bei der zum sicheren und schnellen Ansprechen der Schmelzsicherung im Falle eines Kurzschlusses oder Überstromes mittels eines stromabhängig kurzschließenden Schaltelementes ein Zusatzstrom über die Schmelzsicherung gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstrom der Entladestrom eines Sicherungs-Auslösekondensators (7) vorgesehen ist, der in Reihe mit einem Thyristor (8) als kurzschließendem Schaltelement der Schmelzsicherung (6) parallel geschaltet ist und der zu Beginn jedes Laststromeinsatzes über einen Vortadekreis (9,10) aufgeladen wird.

Z Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungs-Auslösekondensator (7) quer zu einem Längsstrompfad (3) liegt, der von de^r Gleichspannungsquelle (2) über den Vorladekrfcjy(9, iO) 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 (1 ta)überbrückbar ist (Fig.1).

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Pol des Sicherungs-Auslösekondensators (7) an den von dem Verbraucher (1) zur Gleichspannungsquelle (2) zurückführenden Längsstrompfad (4) angeschlossen ist(Fig. 1).

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der andere Pol des Sicherungs-Auslösekondensator (7) über den Thyristor (8) an dem gleichen Längsstrompfad (3) hinter der Schmelzsicherung (6) angeschlossen ist und daß der weitere Anschluß zum anderen Längsstrompfad (4) über eine Kondensatorsicherung (20) an den Teilerpunkt zwischen dem Sicherungs-Auslösekondensator (7) und dem Thyristor (8) gelegt ist (F i g. 2).

5. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zündung des Thyristors (8) die von einem Meßglied (13/14) erfaßte höhere Stromänderung (di/dt) bei Kurzschlüssen ausgewertet wird.