DE3127331C2

DE3127331C2 - Elektronische Auslöseschaltung für eine Fehlerstrom-Schutzschaltung

Info

Publication number: DE3127331C2
Application number: DE19813127331
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7712 Blumberg Schneider; Till 7701 Büsingen Ulmer
Original assignee: CMC Carl Maier and Cie AG
Current assignee: ABB CMC Carl Meier AG
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3127331A1

Abstract

Elektronische Auslöseschaltung für Fehlerstrom-Schutzschaltung mit Stromwandler, kombiniertem Gleichrichter und Spannungsbegrenzer, Zeitverzögerung mit Konstantstrom-Regulierglied und Schwellwertschalter.

Description

— die Gleichrichterschaltung eine Brückenschaltung (3) ist, die Halbleiter (5) enthält, welche bei Oberschreiten einer Spannungsschwelle auch in der Sperrichtung durchlässig werden,

— φι.5 Widerstandsglied aus einem Konstantstrom-Reguiiergüed (S, 12) besteht, .

— die Hilfsspannung des Schwellwert-Schalters zum Einstellen der Ansprechschwelle dient und eine feste Referenzspannung ist

2. Elektronische Aus'.öseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonanz-Kondensator (2) zur Sekundärwicklung (1) des Stromwandlers parallel geschaltet ist, mit einer Resonanzfrequenz des Kondensators zusammen mit der wirksamen' Induktivität des Wandlers zwischen einfacher und doppelter I^tzfrequenz.

3. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-Brückenschaltung (3) in den zwei Zweigen zwischen den Gleichstromanschlüssen' je eine Reihenschaltung einer Diode (4) und- einer Zenerdiode (5) aufweist

4. Elektronische Auslöseschaltung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konstantstrom-Regler aus einem Feldeffekt-Transistor (8) besteht, dessen einer Anschluß »Drain« (Γ) mit der einen Seite des Sieb-Kondensators (7) verbunden ist und der Anschluß »Gate« (10) sowie über einen Zeiteinstellwiderstand (12) auch der Anschluß »Source« (11) mit dem einen Pol des Zeitverzögerungskondensators (13), dessen anderer Pol mit dem anderen Pol des Siebkondensators (7) verbunden ist

5. Elektronische Auslöseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter aus einem programmierbaren Unijunction-Transistor (14) besteht, dessen Anode (15) dem einen Pol des Zeitverzögerungskondensators (13) und dessen Kathode (16) über die Spule (17) des Auslöserelais mit dem anderen Pol des Zeitverzögerungskondensators (13) verbunden sind und daß außerdem eine vom Siebkondensator (7) gespiesene Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes (19) und Zenerdiode (20) für die Erzeugung einer Referenzspannung vorgesehen ist« deren mittlerer Anschluß (23) mit der Steuerelektrode (18) des Unijunction-Transistors (14) verbunden ist.

6. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störschutzkondensator (21) parallel zur Zenerdiode (20) geschaltet ist.

7. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruchs oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Zeitverzögerungskondensator (13) ein Entladewiderstand (22) geschaltet ist

8. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (19) und (22) so dimensioniert, die Schwellenspannung (Referenz-Spannung) der Zenerdiode (20) und die Durchbruchspannung des Unijunction-Transistors (14) so gewählt sind, daß r-ei langsam steigendem Fehlerstrom, d.h. langsam steigender Spannung am Siebkondensator (7), die Zenerdiode (20) erst leitend wird, kurz bevor der Durchbruch im Unijunction-Transistor (14) stattfindet

Die Erfindung betrifft eine elektronische Auslöseschaitung für eine Fehierstrom-Schutzschaitung mit einem den Fehlerstrom erfassenden Stromwandler, dessen Sekundärwicklung mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist der eine zugleich als Siebglied dienende Energiespeichereinrichtung und eine Zeitverzögerungsschaltung aus einem Widerstandsglied und einem Kondensator nachgeschaltet sind, womit ein in Reihe mit der Spulenwicklung eines Auslösers der Schutzschaltung liegender, spannungsabhängiger, mit einer Hilfssparaiung arbeitender Schwellwertschalter gesteuert wird.

Eine derartige Auslöseschaltung ist aus der AT-PS 1 97 468 bekannt. Sie benötigt keine Fremdenergie und ist unempfindlich gegenüber Kurzschlußströmen oder Netzüberspannungen; Exemplarstreuungen des dem Schwellwert-Schalter nachgeschalteten Auslöserelais wirken sich nicht auf die Höhe des für eine Auslösung mindestens erforderlichen Fehlerstromes aus. Allerdings ist die Verzögerungszeit fchiärstromabhängig und geht bei großen Fehlerströmen auf Null, so daß keine Selektivität zwischen in Serie geschalteten Fl-Schaltern erreichbar ist. Weiterhin muß der Stromwandler verhältnismäßig viel Energie zur Auslösung liefern, da als Schwellwert-Schalter eine Kaltkathodenröhre verwendet wird.

Aus der GB-PS 6 75 514 ist auch bereits eine Auslöseschaltung für eine Fehlerstrom-Schutzschaltung bekannt bei der dem Stromwandler eine Gleichrichter-Brückenschaltung nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig ein nichtlinearer Widerstand als Schutz gegenüber Netzüberspannungen parallelliegt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auslöseschaltung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, die einen geringen Energiebedarf zur Auslösung hat, sowie erst nach Ablauf einer vorgegebenen eventuell stromabhängigen Verzögerungszeit, die auch bei sehr großen Fehlerströmen eine untere Grenze nicht unterschreitet, auslöst.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

— die Gleichrichterschaltung eine Briickenschaltung ist, die Halbleiter enthält, welche bei Überschreiten einer Spannungsschwelle auch in der Sperrichtung durchlässig werden,

— das Widerstandsglied aus einem Konstantstrom-Regulierglied besteht,

— die Hilfsspannung ass Schwellwert-Schalters zum Einstellen der Ansprechschwelle dient und eine feste Referenzspannung ist

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Auslöseschaltung angegeben.

Die Figur zeigt das Schaltschema für eine Ausführungsmöglichkeit der elektronischen Auslöseschaitung gemäß dem Anspruch 1 und den verschiedenen Unteransprüchen.

Die Aufgabe und die Wirkungsweise eines Stromwandlers wird als bekannt vorausgesetzt (siehe z. B. DE-AS 28 56 316) und im Schema ist nur die mit 1 bezeichnete Sekundärwicklung des Wandlers darge- is stellt Zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit auf Halbwellengleichstrom ist der Resonanz-Kondensator 2 zur Sekundärwicklung 1 parallel geschaltet

Durch die Wahl eines geeigneten Kapazitätswertes kann erreicht werden, daß bei Halbwellenstrom (einschließlich angeschnittene Halbwellen) der minimale Ansprechstrom etwa gleich groß ist wie bei Wechselstrom (Effektiv-Strom-Werte). Versuche zeigten, daß zu diesem Zweck der Resonanz-Konaensator 2 einen 2- bis 5mal kleineren Wert aufweisen mu3 als für eine Abstimmung auf 50 Hz Wechselstrom am günstigsten wäre.

Die Brückenschaltung 3 richtet den vom Wandler gelieferten Wechselstrom gleich. Die zwei in der Brückenschaltung eingebauten Zenerdioden 5 sorgen neben dem Gleichrichten auch für eine Spannungsbegrenzung bei großen Fehlerströmen. Diese Spannungsbegrenzung verhindert, daß nach dem Abklingen eines Fehlerstromes, der wegen der Zeitverzögerung noch nicht zum Auslöser geführt ist, nachträglich vom Siebkondensator 7 über den Konstantstrom-Regler 8/12 noch so viel Ladung auf den Zeitkondensator 13 übertragen wird, daß die Auslöseschwelle erreicht wird und doch noch eine Auslösung stattfindet.

Der pulsierende Gleichstrom wird im Siebglied 6, 7 geglättet und zugleich (im Kondensator 7) gespeichert Falls die Schaltung auch für angeschnittenen Halbwellenstrom wirksam sein soll, muß der Siebkondensator 7 ausreichend groß sein, um auch in den Shompausen noch genügend Strom an den nachfolgenden Konstantstrom-Regler liefern zu können.

Der Konstantstrom-Regler 8, 12 läßt einen Strom fließen, welcher nur wenig von der am Regler anliegenden Spannung abhängt Durch Verändern des Widerstandes 12 kann dieser Strom beeinflußt und eingestellt werden. Er lädt den Zeitkondensator 13 allmählich auf. Der Widerstand 22 dient zur Entladung des Zeitkondensators 13, vor allem wenn ein Fehlerstrom wieder verschwindet, bevor der Schwellwertschalter 14 angesprochen hat

Der Schwellwertschalter besteht aus einem Unijunction-Transistor 14, dessen Steuerelektrode 18 an tine Referenz-Spannung gelegt ist die über die Zenerdiode 20 erzeugt wird. Wenn die Spannung über dem Zeitkondensator 13 die Referenzspannung erreicht hat wird der Unijunction-Transistor 14 leitend und die Ladung des Zeitkondensators 13 kann über die Spule 17 des Auslöserelais fließen, wobei dieses Relais in bekannter Weise den zur Fehlerstrom Schutzschaltung gehörenden Schalter auslöst oder auch, in besonderen Fällen, ein«! Stromkreis! schließt z. B. Alarm auslöst Die im Zeitkondensator 13 gespeicherte Ladung wird mit Vorteil so groß gewählt daß sie auf ai-e Fälle sicher ausreicht um das Relais auszulösen, so daß seine Auslösecharakteristik und eventuelle Streuungen keine Rollen spielen.

Falls di; Auslöseschaltung mit unverzögerten Fehlerstromschutzschaltern selektiv arbeiten soll, muß auch bei sehr großen Fehlerströmen die Verzögerungszeit mindestens 40 ms betragen. Dies kann durch eine geeignete Wahl der Schwellenspannungen der Zehnerdioden 5 einerseits und der Zenerdiode 20 andererseits sowie durch entsprechende Bemessung des Widerstandes 12 erreicht werden. Andererseits erlaubt eine zweckmäßige Wahl des Entladewiderstandes 22 den minimalen Ansprechstrom der Schaltung festzulegen, wobei aber dieser Ansprechstrom auch von der Schwellenspannung der Zenerdiode 20 abhängig ist

Damit mit der erfindungsgemäßen Auslöseschaitung eine möglichst hohe Empfindlichkeit erreicht wird (kleine Auslöseströme), sollte sie möglichst wenig Energie verbrauchen. Zu diesem Zweck ist es wichtig, daß uie Zenerdiode 20 erst zu leiten beginnt, wenn ihre stabilisierende Wirkung benötigt wird, d. h. wenig über den kleinsten zur Auslösung führenden Fehlerstrom.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Auslöseschaltung für eine Fehlerstrom-Schutzschaltung mit einem den Fehlerstrom erfassenden Stromwandler, dessen Sekundärwicklung mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, der eine zugleich als Siebglied dienende Energiespeichereinrichtung und eine Zeitverzögerungsschaltung aus einem Widerstandsglied und einem Kondensator nachgeschaltet sind, womit ein in Reihe mit der Spulenwicklung eines Auslösers der Schutzschaltung liegender, spannungsabhängiger, mit einer Hilfsspannung arbeitender Schwellwert-Schalter gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß is