DE3215181A1 - Ueberlastschutzeinrichtung mit feststellung von phasenverlust - Google Patents

Description

- 3 - WS 317 P - 2476

Überlastschutzeinrichtung mit Peststellung von Phasenverlust

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt/ daß einige Überlastschutzsysteme für elektrische Schaltkreise verschiedene Schutzfunktionen aufweisen, wie beispielsweise gegen Stromüberlast, gegen Phasenverlust und die Feststellung von Erdungsfehlern. Diese Funktionen stellen im allgemeinen eine Abschalt- oder Auslösezeit für einen Schaltkreisunterbrecher und die zugehörige Last zur Verfügung, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Stromes in der zu schützenden Last ist.Mit anderen Worten, es wird im allgemeinen eine zur Zeit umgekehrt proportionale Beziehung verwendet, die sich auf die Zeitdauer zwischen der Feststellung eines Fehlers und dem Abschalten (bzw.Auslösen) bezieht, so daß ein starker überlaststrom zu einer sehr kurzen Zeit für das Abschalten des Geräts führt, während ein relativ geringer Überlaststrom erst nach einer beträchtlich längeren Zeit abgeschaltet wird. Geräte, die die oben beschriebene Funktion erfüllen sind beispielsweise in den folgenden US - Patentschriften angegeben:

US 4,021,703 "Phase Imbalance Detection Circuit" vom 3.5.1977 US 3,996,499 "Zener Diode Effect on Long Acceleration

Module" vom 7.Dezember 1976

US 3,818,275 "Circuit Interrupter Including Improved Trip Circuit Using Current Transformers"

vom 18.Juni 1974
und
US 3,602,783 "Circuit Breaker Device Including Improved

Overload Protective Device" vom 31.August 1971.

»β · so ο»

, ο ο ο β » C

too» »ο ·

g ΏΟΦΘΟΦΦ ^c °

.OO » · 0

_ΟΦ ta OO oiioe

- 4 - WS 317 P - 2476

Bei den in diesen Patentschriften beschriebenen Einrichtungen ist die Funktion zum Abfühlen von Phasenverlusten nicht als integrierter Bestandteil der Einrichtung ausgeführt, sondern erfordert zusätzliche Schaltkreise oder Module« Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Überlastschutzeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, in der die Funktion des Abfühlens auf Phasenverlust integriert ist; außerdem soll diese Funktion auch arbeiten, wenn die Last mit weniger als 100 % ihrer Kapazität betrieben wird, mit 100% oder geringfügig über ihrer Nennkapazität.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine in Festkörperbauweise ausgeführte Überlastschutzeinrichtung zur Feststellung von Phasenverlusten verwendet. Eine Stromabfühlvorrichtung bestimmt den in einem elektrischen Strom.Die Abfühleinheit liefert ein Ausgangssignal, das mitdem Strom im Schaltkreis in Beziehung steht.Ein zu einem ersten widerstandsbehafteten Element in Reihe geschaltetes erstes Speicherelement ist mit dem Ausgang der Abfühleinheit verbunden um einen Potentialpegel zur Ver- "** fügung zu stellen, der mit dem Ausgangssignal in Beziehung steht.Mit einem zweiten widerstandsbehafteten Element ist eine zweite Speichereinheit in Reihe geschaltet und mit dem Ausgang verbunden, um einen Potentialpegel zur Verfügung zu stellen, der mit dem Ausgangssignal der Abfühleinheit in Beziehung steht.Eine Vorrichtung zum Abfühlen von Phasenverlust ist mit der ersten Speichereinheit und der zweiten Speichereinheit verbunden, um festzustellen wenn der Potentialpegel der ersten Speichereinheit, der unter normalen Betriebsbedingugnen geringer ist als der Pegel der zweiten Speichereinheit, größer wird als der Potentialpegel der 5 zweiten Speichereinheit und dadurch anzeigt, daß ein Phasenverlust

321518

- 5 - WS 317 P - 2476

verlust aufgetreten ist; in diesem Fall wird die Abgabe eines Auslösesignals angestossen.Ein Auslöseelement zugsteuerung des Schaltkreises ist mit der Abfühleinheit für Phasenverlust und dem elektrischen Schaltkreis verbunden, um diesen zu öffnen, wenn das Auslösesignal auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: Eine schematische Darstellung der als Festkörperschaltkreis ausgeführten Überlastschutzeinrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einem Teil des externen elektrischen System oder Schaltkreises;

ω ο α 0 © 0 ο

O OQ 0

-S-

WS 317 P - 2476

Figur 1Α: Eine schematische Darstellung eines Abfühlschaltkreises für Erdungsfehler;

r'igur λ: ein BiocKscnaltDild eines Schaltschützes tür Drehstrom mit der als Festkörperschaltkreis ausgeführten Überlastschutzeinrichtung;

Figur 2A: ein Blockschaltbild eines Schaltschützes für einen Einzelleiter mit der als Festkörperschaltkreis ausgeführten Überlastschutzeinrichtung;

Figur 3: ein funktionelles Blockschaltbild der als Festkörperschaltkreis ausgeführten Überlastschutzeinrichtung mit den Signalpfaden für die verschiedenen Fehlerbedingungen ;

Figur 4:

Figur 5:

eine graphische Darstellung der in Prozentwerten ausgedrückten Überlastströme als Funktion der Zeit, die notwendig sind, um das Abschalten des elektrischen Systems oder des Schaltkreises herbeizuführen;

eine beispielhafte Darstellung des physikalischen Verbindungsplans für den in den Figuren 1, 1A, 2 und 2A dargestellten Gerät.

In der ganzen folgenden Darstellung werden gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Modifizierte Komponenten, deren strukturelle Betriebsweise ähnlich der von früher beschriebenen Komponenten ist, die sich aber in ihrer Verwendung unterscheiden, werden mit den früher zugeordneten Bezugszeichen versehen, denen noch ein Apostroph (') zugefügt wird.

In Figur 2 ist ein Schutzsystem 12 für einen Schaltkreis dargestellt. Das Schutzsystem 12 umfaßt in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Drehstromleitung mit den Leiterzügen L1, L2 und L3, die auf der rechten Seite mit einer Drehstromlast und

- 7 - WS 317 P - 2475

auf der linken Seite mit einer Drehstromquelle verbunden sind. Zwischen der Last und der Stromquelle ist ein Stromfühler 14 und ein in Reihe geschalteter Unterbrecher oder Motorschaltschütz 16 geschaltet. In der Ausführungsform von Figur 2 ist ein Einzelstrom IL dargestellt, der in der Leitung L1 fließt. Es versteht sich von selbst, daß andere Strome in den anderen Leitungen L2 und L3 fließen können und auch normalerweise fließen, wobei die weiteren Ströme mit dem Strom IL in bestimmter Beziehung stehen können. Die Wahl des Stroms IL wurde hier nur getroffen, um die Darstellung möglichst einfach zu machen.

Für den Stromfühlcr 14 sind zwei Ausgangsklemmen vorgesehen, dio mit 18 und 20 bezeichnet sind. Mit den Klemmen 18 und 20 ist ein Lastwiderstandsmodul 22 verbunden. Der Lastwiderstands-Modul enthält ein widerstandbehaftetes Element, das zwischen die Klemmen 18 und 20 geschaltet werden kann, um dem Strom IL in eine Spannung V umzusetzen, die von den weiteren Vorrichtungen zum Schaltkreisschutz im Gerät von Figur 2 verwendet werden kann. Parallel zum Lastwiderstandsmodul 22 können weitere Moduln geschaltet werden, z.B. ein Erdungsfehler-Modul 24, eine Logikschaltung 26 für die inverse Zeit, eine Abfühleinrichtung 28 für Phasenverlust und ein Hilfsmodul 30, in dem Dinge wie eine Schalttafel für eine Feldprüfung, ein Indikator für eine Überlastbedingung, oder lange Beschleunigungsmodule enthalten sind, die genau im US-Patent Nr. 3,996,499 beschrieben sind. Die übrigen Elemente werden dann beispielsweise an die Klemmen 32 und 34 angeschlossen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Module und 30 entfernt oder ersetzt werden können und daß andere Module hinzugefügt werden können, vorausgesetzt, die Parallelschaltung mit dem Lastwiderstandsmodul 22 wird beibehalten. Jeder der im vorstehenden beschriebenen Schaltkreise 24, 26, 28 und 30 beispielsweise besitzt eine Ausgangskiemme, die mit einer Leitung 36 verbunden werden kann, die ihrerseits mit einem Ausgangsschalter 38 verbunden ist, der seinerseits mit dem früher beschriebenen Unterbrecher oder Motorschaltschütz 16 in Verbindung steht. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

S Ot)OQ C O & ®

tu α ©mo

- 8 - WS 317 P - 2476

ist die Spannung V an den Ausgangsklemmen 18 und 20 proportional zum Strom IL. Wenn der erwartete Anstieg des Stroms IL eine beträchtliche Größe erreicht, kann ein verschiedener Lastwiderstand zwischen den Klemmen 18 und 20 eingebracht werden, um ungefähr dieselbe Spannung zwischen diesen Klemmen zu erhalten, selbst wenn der Strom IL beträchtlich größer ist. Dieselbe Kompensation durch Substitution eines geeigneten Widerstands kann angewandt werden, wenn der zu messende Strombereich beträchtlich kleiner ist. Dies hat zur Folge, daß die Elemente 24 bis 30 nicht geändert werden müssen, da sie nur auf die Spannung V ansprechen. Dies bedeutet weiterhin, daß der Ausgangsschalter 38 nicht geändert werden muß. Der Widerstandswert des Lastwiderstands 22 wird daher so geändert, daß die Spannung V zwischen den Klemmen 18 und 20 unabhängig von den IL-Charakteristiken der Last immer ungefähr denselben Wert aufweist, wenn die Last mit 100% Nennwert betrieben wird. Die Logikschaltung 26 für die inverse Zeit liefert ein Ausgangssignal, das üblicherweise

als I T bezeichnet wird und im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Kurz gesagt liefert die Logikschaltung 26 für die inverse Zeit ein Ausgangssignal mit einer Zeitperiode, die sich mit dem Wert der Spannung V an ihrem Eingang ändert«,

In Figur 2A ist ein weiteres Schutzsystem 12 für Geräte dargestellt, das eingesetzt wird, wenn eine einzelne Phase oder eine Gleichstromlast und Quelle vorliegt. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung liefert eine einzelne Phase oder eine Gleichstromleitung L1' Energie von einer auf der linken Seite dargestellten Gleichstromquelle an eine Gleichstromlast auf der rechten Seite. Weiter ist ein Schaltkreisunterbrecher mit einem einzelnen Kontakt oder ein Motorschütz 16' vorgesehen, in dem ein Kontakt S zur Unterbrechung des Stromes IL' angebracht ist. Für Anwendungen mit Wechselstrom kann der Stromfühler 14" gleich dem in Figur 2 dargestellten sein. Das Lastwiderstandsmodul 22' unterscheidet sich von dem Lastwiderstandsmodul 22 in Figur 2 nur darin, daß die Gesamtströme IL' sich deutlich vom Bereich des Stromes IL in Figur 2 unterscheiden können und daher einen

- 9 - WS 317 P - 2476

höheren Widerstandswert aufweisen, sodaß die Spannung V ungefähr die gleichen Werte wie im Gerät von Figur 2 hat. Die Logikschaltung 26' für die inverse Zeit und das Hilfsmodul 30' können jedoch genau dieselben sein wie ihre entsprechenden Module von Figur 2. Die vielseitige Verwendung der Schutzeinrichtung für Schaltkreise wird hiermit deutlich. Es ist festzustellen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung keine Abführvorrichtung für Phasenverlust vorhanden ist, da diese Funktionen typisch für MehrphasenwechselStromgeräte sind. Weiter ist festzustellen, daß die Ausgangssignale der Module 26' und 30' beispielsweise mit der Leitung 36' verbunden sind, die ihrerseits einen Eingang für den Ausgangsschalter 38' darstellt, der widerum Leitung 40 steuert, mit der der Unterbrecher für den Schaltkreis oder der Motorschütz 16 betätigt wird. In ähnlicher Weise steuert in Figur 2 der Ausgangsschalter 38 Leitung 40, mit der der Unterbrecher oder der Motorschütz 16 betätigt wird.

In Figur 5 ist der physikalische Verbindungsplan für das in den Figuren 1, 1A, 2 und 2A dargestellte Gerät gezeigt. Das Gehäuse 58 für das Schutzsystem enthält die in Figur 1 bezeichneten elektronischen Schaltungen mit Ausnahme des Unterbrechers oder Motorschütz 16, der Last M und dem Lastwiderstandsmodul 22. Die Energie für die Schaltung wird über Klemmen A und B an der Oberseite des Gehäuses 58 zugeführt; der Knopf für das Zurücksetzen und der Auslöse-Indikator LED2 liegen benachbart dazu. Die Kontakte für das Relais RE1 sind ebenfalls auf der Oberseite des Gehäuses 58 angebracht. Die Leiter L1, L2 und L3 laufen durch Stromtransformatoren, die im Gehäuse 58 enthalten sind und ermöglichen es, die Überlastschutzeinrichtung seriell in den elektrischen Schaltkreis einzubauen. Die Module 60, wie das in Figur 5 dargestellte, weisen Modulkontaktstifte 62 auf, deren Anordnung so gewählt ist, daß sie mit den Steckklemmen 6 6 des Schutzsystems übereinstimmen. Die Steckklemmen 66 des Schutzsystems sind so angeordnet, daß der Modul 60 nur in einer einzigen möglichen Weise eingeführt werden kann.

CD © O O O D β O O OO Φβ

OO O β) © O 0 © © C

oa α ο ο © »ο c

O OQO ΟΦΟΟ0ΟΟ O Φ

- 10 - WS 317 P - 2476

Die Steckklemmen 66 des Schutzsystems werden von den Modulen 60 verwendet, um Funktionen auszuführen,, die über die des Schutzsystems für den Schaltkreis hinausgehen. Auf der Rückseite des Moduls 60 sind durch das Modul hindurchgehende Kontaktstifte 64 vorgesehen, mit denen ähnliche Module 60 aufgesteckt werden können, sodaß eine Vielzahl von Modulen 60 verwendet werden können. Die Steckklemmen 66 des Schutzsystems sind redundant angebracht, mit Ausnahme der Klemme GF für Erdungsfehler, sodaß Modul 60 in den linken oder rechten Satz von Steckklemmen 66 des Schutzsystems eingeführt werden kann» Das Gehäuse 58 des Schutzsystems kann mit Hilfe der Montageklammern 68 auf eine beliebige geeignete Oberfläche montiert werden, sodaß eine enge Nachbarschaft zu dem zu schützenden Gerät ermöglicht wird.

Aufbau des Schutzsystems

Figur. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Drehstromleitung mit einer Drehstromquelle, die einen Motor M steuert, der eine Drehstromlast darstellt- In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die elektrischen und elektronischen Elemente eine Abfühlschaltung 14 für den Strom,, ein Lastwiderstandsmodul 22, eine Logikschaltung 50 für die inverse Zeit, einen Ausgang 52, einen Motorschütz 16, eine Logik 28 für Phasenverlust, ein Netzgerät 54 und eine Prüfschaltung 56, die in schematischer Form dargestellt sind. In diesem Fall wird ein durch die Leitung L1 fließender Strom IL durch einen Stromtransformator CT1 in der Stromabfühlschaltung 14 abgefühlt« Der Widerstand R2, dor in Serie mit dem Potentiometer P1 im Lastwiderstandsmodul 22 geschaltet ist, stellt das früher beschriebene Lastwiderstandsmodul 2 2 dar, über dem die Ausgangsspannung V erscheint. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Potentiometer P1 ein fester Widerstand sein kann, wenn ein bestimmter Lastnennwert bekannt ist. In ähnlicher Weise erzeugt der Strom IL, der in den Leitern L2 und L3 durch den Stromfühler 14 fließt, durch die dort vorhandenen Stromtransformatoren CT2 und CT3 eine Spannung über dem Lastwiderstandsmodul 22. Der in den Strom-

- 11 - WS 317 P - 2476

transformatoren CT1, CT2 und CT3 induzierte Strom wird in einer Drehstrombrücke gleichgerichtet, die aus den Dioden Ό'\, Ό2, D3, D4, D5 und D6 besteht. Ein Varistor V1 ist mit den Ausgangsklemmen der Drehstrombrücke verbunden.

Die neutralen Anschlüsse der Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 sind mit einem Ende eines Widerstands R1 und einer Klemme GF für Erdungsfehler verbunden. Das andere Ende des Widerstands R1 ist zwischen dem Widerstand R2 und dem Potentiometer P1 angeschlossen. Der Ausgang der Stromabfühlschaltung 14 erzeugt im wesentlichen eine Gleichspannung, sodaß die Verbindung zum Widerstand R2 als + Klemme 42 und die Verbindung zum Potentiometer P1 als - Klemme 44 bezeichnet ist und den Ausgangsklemmen 18 bzw. 20 der Stromabfühlschaltung 14 entspricht. Es ist darauf hinzuweisen, daß die - Klemme 44 und der Massepunkt des Schaltkreises (als Erdung bezeichnet) auf dem gleichen Potential liegen. Die + Klemme 42 ist mit der Katode von Diode D7, einem Ende der Widerstände R4, R9 und R14 sowie mit den Anoden der Dioden D9 und D10 verbunden. Die negative Klemme 44 ist mit einem Ende der Kapazität C1, C5 und C6 verbunden, sowie mit der Anode der Zener-Diode ZD6, einem Ende der Kapazität C8, den negativen Eingängen des Operationsverstärkers OA1 und einem Vergleichsschaltkreis MC7, mit einem Ende der Widerstände R32 und R36 und schließlich mit den Emittern der Transistoren T1 und T2 verbunden. Die Anode der Diode D7 ist mit dem anderen Ende der Kapazität C1 verbunden sowie mit dem verbleibenden Ende des Widerstands R4. Ebenso mit der Anode der Diode D7 ist die Katode der Zener-Diode ZD1 verbunden, ein Ende des Widerstands R12 und der Anschluß für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC4. Mit dem anderen Ende des Widerstands R9 ist der verschiebbare Kontakt und ein Anschluß des Potentiometers P2 verbunden, ein Anschluß des Kondensators C2, die Anode der Zener-Diode ZD1, der Anschluß für das positive Eingangssignal der Vergleichsschaltungen MC4 und MC3, sowie die Anode der Diode D8. Die Katode von D8 ist mit dem Anschluß für das negative Eingangssignal des Komparators MC3 verbunden, mit

O O CD Q Θ O ti Q Q to (J

φ φ οοο a

O ο QOOO Ht

O O B ΰ OQ

- 12 - WS 317 P - 2476

dem anderen Ende von Widerstand R12 und einem Ende der Widerstände R 25 und R27, der Anode von Diode D14 und der Katode von Diode D13. Der verbleibende Anschluß der Kapazität C2 ist mit dem verbleibenden Anschluß von Potentiometer P2 und mit Masse verbunden. Mit der Katode von Diode D9 ist ein Ende von Widerstand R17 verbunden. Die Katode von Diode D10 ist mit der Katode der Zener-Diode ZD3 und einem Ende des Widerstands R24 verbunden. Mit dem anderen Ende von Widerstand R17 ist ein Ende von Widerstand R15 verbunden, ein Ende von Widerstand R21 und der Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC4. Mit dem anderen Ende von Widerstand R14 ist das verbleibende Ende der Widerstände R15 und R25 verbunden,, ein Ende von Widerstand R16 und der Kapazität C9, die positiven Eingänge für den Operationsverstärker 0A1 und den Vergleichsschaltkreis MC7, ein Ende des im Normalfall geschlossenen Schalters SW1, ein Ende des Widerstands R30, der Kontakt für den automatischen Betrieb im Schalter S1 und schließlich die Katoden der Zener-Dioden ZD9 und ZD10, die einen Teil der Brückenschaltung 46 im Netzgerät bilden. Das andere Ende von Widerstand R16 ist mit dem Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC3, der Anode von Diode D11 und einem Ende von Widerstand R20. Die Katode der Diode D11 und das andere Ende von Widerstand R20 sind mit der Katode von Diode D12 und der Katode der Zener-Diode ZD4 verbunden. Die Anode der Diode D12 ist mit einem Ende von Widerstand R22 verbunden, dem anderen Ende von Widerstand R24, dem Anschluß für das negative Eingangssignal, des Operationsverstärkers OA1 und dem verbleibenden Anschluß der Kapazität C6. Die Anode der Diode D13 ist mit dem verbleibenden Ende von Widerstand R21 und Kapazität C5 verbunden sowie mit dem Anschluß für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8„ Dor Anschluß für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreisos MC8 ist mit der Auslöseklemme "T" verbunden. Mit der Katode von Diode D14 ist die Katode der Zener-Diode ZD6 und die Klemme für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC7 verbunden. Mit der Anode der Zener-Diode ZD3 ist das andere Ende von Widerstand R2 2 verbunden.

- 13 - WS 317 P - 2476

Die Anschlußstellen, an denen die Widerstände R22 und R24, die Kapazität C6, die Klemme für das negative Eingangssignal des Operationsverstärkers OA1 und die Anode der Diode D12 zusammentreffen, ist von einem Schutzband umringt. Das Schutzband ist eine elektrisch leitfähige Bahn, die die genannten Verbindungen auf beiden Seiten einer Platte mit gedruckten Schaltungen umringt, die die bevorzugte Realisierung der vorliegenden Ausführungsform darstellt, wobei das Schutzband elektrisch mit der Katode von D13 verbunden ist- Der Zweck des Schut'/bandos ber-tcht. darin, die kritischen Signalpfade ringförmig zu umgeben, die durch Impedanzen beeinflußt werden können, die sich schädlich auf die Wirkungsweise des Schaltkreises auswirken können. Diese Impedanzen werden beispielsweise durch die Konstruktion der Schaltkreiskarte, die Sauberkeit und die Feuchtigkeit bestimmt. Die Verwendung eines Schutzbandes reduziert die Möglichkeit von Schaltkartenimpedanzen zwischen Masse oder Versorgungsspannungen, die falsche Signale in dem Schaltkreis hervorrufen.

In Figur 1A ist ein Schaltkreis für Erdungsfehler dargestellt, der zum Anschluß an die in Figur 1 gezeigte Schaltung dient. Der Anschluß erfolgt, indem die Klemmen GF, -, +, T und K der Schaltung 24 für Erdungsfehler mit den Klemmen GF, -, +, T und K der in Figur 1 gezeigten schematischon Darstellung verbunden werden.

Mit der GF-Klemme der Schaltung 24 für Erdungsfehler ist ein Anschluß von Widerstand R8 verbunden, während der andere Anschluß von Widerstand R8 mit den Anschlüssen für die positiven und negativen Eingangssignale der Vergleichsschaltkreise MC1 bzw. MC2 verbunden ist. Mit der Minus (-) -Klemme ist ein Ende des Widerstands R5 verbunden, die Anode der Zener-Diode ZD2, ein Anschluß der Kondensatoren C4 und C7, die Eingangsklemme für die negative Spannungsversorgung für Vergleichsschaltkreis MC6, ein Anschluß des Widerstands R26 und die Katode des gesteuerten Silizium-Gleichrichters SC1. Mit dem Plus (+) -Anschluß ist ein Anschluß der Widerstände R7 und R19 verbunden.

OO 0 © C

- 14 - WS 317 P - 2476

Mit der Auslöseklemme (T) ist die Katode der Diode D15 verbunden .

Mit dem anderen Ende des Widerstands R5 ist der Eingangsanschluß für das negative Signal des Verglexchsschaltkreises MC1 verbunden und ein Anschluß des Widerstands R6. Mit dem anderen Ende des Widerstands R6 ist ein Anschluß des Potentiometers P3 verbunden, während der andere Anschluß von Potentiometer P3 mit dem verschiebbaren Kontakt des Potentiometers P3 verbunden ist, mit dem Eingang für das positive Signal des Vergleichsschaltkreises MC2 und mit dem verbleibenden Anschluß von R7. Der Anschluß für das Ausgangssignal des Verglexchsschaltkreises MC1 ist mit dem Anschluß für das Ausgangssignal des Verglexchsschaltkreises MC2 und mit einem Anschluß der Widerstände R10 und R11 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R10 ist mit dem Eingangsanschluß für das negative Signal des Verglexchsschaltkreises MC5 verbunden und mit einem Anschluß des Kondensators C3,während der andere Anschluß des Kondensators C3 mit Masse verbunden ist„ Der andere Anschluß des Widerstands R11 ist mit einem Anschluß des Widerstands R13 verbunden, dem Anschluß für das positive Spannungssignal von MC6, einem Anschluß von Widerstand R23„ der Anode der lichtemittierenden Diode LED1 und von dort zur Klemme K₀ Das andere Ende des Widerstands R13 ist mit dem Anschluß für das positive Eingangssignal des Verglexchsschaltkreises MC5 verbunden, dem Anschluß für das negative Eingangssignal des Verglexchsschaltkreises MC6 und der Katode der Zener-Diode ZD2. Der andere Anschluß des Widerstands R19 ist mit dem Anschluß für das Ausgangssignal des Verglexchsschaltkreises MC5 verbunden und einem Anschluß des Widerstands R18. Der andere Anschluß von R18 ist mit dem Anschluß für das positive Eingangssignal des Verglexchsschaltkreises MC6 und mit dem verbleibenden Anschluß von C4 verbunden. Der Anschluß für das Ausgangssignal des Verglexchsschaltkreises MC6 ist mit der Anode von Diode D15 und der Katode der Zener-Diode ZD5 und dem verbleibenden Anschluß von R23 verbunden . Di.e Anode der Zener-Diode ZD5 ist mit dem verbleibenden Anschluß von C7, R26 verbunden und von da mit dem Steueranschluß

MSB« OS

- 15 - WS 317 P - 2476

des gesteuerten Silizium-Gleichrichters SC1. Der positive Anschluß von SC1 ist mit einem Ende des Widerstands R28 verbunden, während das andere Ende mit der Katode der lichtemittierenden Diode LED1 verbunden ist.

Wieder zurück in Figur 1 ist der verbleibende Anschluß des Kondensators C8 mit dem Anschluß für das positive Signal des Operationsvers härkers OA1 verbunden, dein verbleibenden Anschluß von Widerstand R27 und einem Anschluß von Widerstand R29. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 0A1 ist mit dem Eingang für das positive Signal des Vergleichsschaltkrexses MC7 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Vergleichsschaltkreises MC7 ist mit dem verbleibenden Anschluß des Widerstands R29 und der Katode von Diode D16 verbunden. Der Eingang für das positive Signal des Vergleichsschaltkrexses MC8 ist mit den Anoden der Dioden D16 und D17 verbunden und von da mit einem Anschluß des Widerstands. R31. Der verbleibende Anschluß von Widerstand R31 ist mit dem Mittelanschluß von Schalter S1 verbunden. Der Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8 ist mit der Katode von Diode D17 verbunden und der Katode der Zener-Diode ZD7. Die Anode der Zener-Diode ZD7 ist mit dem verbleibenden Anschluß R32 verbunden und mit der Basis des NPN-Transistors T2. Der verbleibende Anschluß des Widerstands R36 ist mit der Basis des NPN-Transistors T1 verbunden, einem Anschluß des Kondensators C11 und der Anode der Zener-Diode ZD11. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit dem verbleibenden Anschluß des Kondensators T11 verbunden, der Anode der Zener-Diode ZD8 und der Katode der lichtemittierenden Diode LED2. Die Anode der lichtemittierenden Diode LED2 und die Katode der Zener-Diode ZD8 sind mit dem verbleibenden Ende des Widerstands R30 und mit dem Kontakt "Handbetrieb" des Umschalters S1 verbunden. Die Katode der Zener-Diode ZD11 ist mit der Anode der Diode D20 und einem Anschluß des Widerstands R35 verbunden. Der verbleibende Anschluß des Widerstands R35 ist mit der K-Klemme verbunden. Die Katode der Diode D20 ist mit dem Kollektor von Transistor T2 verbunden, der Anode von Diode D21 und einem Anschluß von Wider-

- 16 - WS 317 P - 2476

stand R3. Der verbleibende Anschluß von Widerstand R3 ist mit einem der Spulenanschlüsse des Relais RE1 verbunden. Der verbleibende Spulenanschluß von Relais RE1 ist mit der Katode von Diode Π21 verbunden, dem verbleibenden Kontakt des Tastschalters SW1 und von da mit der Klemme K. Der verbleibende Anschluß' der Kapazität C9 ist mit Masse verbunden, ebenso wie der negative Anschluß der Brückenschaltung 46 im Netzgerät= Einer der Anschlüsse für den Wechselstromeingang der Brückenschaltung 46 im Netzgerät ist mit einem Anschluß des Widerstands R34 verbunden, während der andere Anschluß des Widerstands R34 an die Klemme B angeschlossen ist» Der verbleibende Wechselstromeingangsanschluß für die Brückenschaltung 46 im Netzgerät ist mit einem Anschluß des Widerstands R33 und der Kapazität C10 verbunden, während die verbleibenden Anschlüsse der Kapazität C10 und des Widerstands R33 zusammengeführt sind und an die Klemme A angeschlossen sind.

Die Kontakte des Relais RE1 (siehe Figur 1) stellen einen im Normalfall offenen einpoligen Satz von Kontakten dar, von denen ein Anschluß mit einem Spulenanschluß eines Motorschützes 16 verbunden ist, während der verbleibende Spulenanschluß mit einem Anschluß einer Spannungsquelle V_c verbunden ist. Der verbleibende Anschluß der Spannungsquelle V- ist mit dem verbleibenden An™ Schluß der im Relais RE1 enthaltenen Kontakte verbunden. Die im Motorschütz 16 enthaltenen Kontakte 16A, 16B und 16C stellen im Normalfall offene Kontakte dar und sind in Reihe mit den Leitern L1, L2 bzw. L3 geschaltet. Es ist festzustellen,, daß der Motorschütz 16 eine Standard-Motor-Startereinrichtung verwenden kann mit Start- und Stop-Knöpfen für die Steuerung der Last.

In dem bevorzugten Aut;führungsbeispiel dieser Erfindung sind die Vergleichsschaltkreise MC3, MC4, MC7 und MC8 Teil einer integrierten Schaltung, sodaß zwar jede der vier Vergleichsschaltungen ein Eingangssignal benötigt, aber nur eine Versorgungsspannungsquulle erforderlich ist(siehe Tabelle 1).

321518

4**· «9 6 C- β & C

β O

- 17 - WS 317 P - 2476

Aufgrund des modularen Aufbaus der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Verbindungspunkte bestimmt, sodaß verschiedene Module verwendet werden können. Um somit den möglichen Austausch des Lascwiderstanusmoduls 22 zu erleichtern, wj.rd exne + Klemm·...· 42 und eine - Klemme 44 in der im Vorstehenden beschriebenen Weise zur Verfügung gestellt, die den Klemmen 18 und 20 von Figur 2 entsprechen. Zusätzlich wird eine mit "T" bezeichnete Auslöseklemme zur Verfügung gestellt, sodaß ein Auslösesignal eingegeben werden kann, um das Schutzsystem zu veranlassen, die Last von der Quelle zu trennen. Weiterhin ist eine Klemme GF für Erdungsfehler vorgesehen, an die die neutralen Anschlüsse der Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 angeschlossen sind. In ähnlicher Weise liefert eine Versorgungsklemme K Spannung an jeden Schaltkreis, der für ein beliebiges Modul notwendig sein sollte.

Funktionsweise der Schutzeinrichtung

In Figur 3 sind die hauptsächlichen Funktionen der vorliegenden Erfindung in Konstruktionselemente aufgeteilt dargestellt. Diese Elemente beruhen auf Schaltkreisen in der Darstellung auf dem Niveau von Komponenten und stellen den prinzipiellen Signallaufplan dar.

Einfach ausgedrückt wird ein Netzgerät 54 zum Betrieb der meisten Komponenten der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Netzgerät verwendet eine Steuer- oder Eingangsspannung F5, die beispielsweise 115 oder 230 Volt bei 50 oder 60 Hertz betragen kann. Die Spannung wird auf eine Arbeitsspannung F6 reduziert und zu einer Gleichstromquelle (F7) gleichgerichtet, die dann mit den verschiedenen Komponenten der Funktionen für das Prüfen 56, Überlaststrom und Zeitsteuerung 50, Phasenverlust 28 und das Abfühleh 24 von Erdungsfehlern gegeben wird. Zusätzlich werden Bezugsspannungen F9 von der Gleichstromquelle abgeleitet sowie ein Pfad zum Zurücksetzen,der von der Ausgangsfunktion benutzt wird.

»ο *5 torn

6 σ σ ο ρ· a

O ο· © α α ο q ■& &

- 18 - WS 317 P - 2476

Eine Funktion 14 für das Äbfühlen des Stroms wird benutzt, um den Strompegel abzufühlen, der von der Last verwendet wird. Der Stromabfühlschaltkrexs F1 erzeugt ein Wechselspannungsausgangssiqnal, das anschließend zu einem Gleichstrom F2 rrleichgerichtet wird und von einer Stromquelle auf ein Spannungssignal F3 umgesetzt wird. Die von der Stromabfühlfunktion 14 erzeugte Spannung ist daher im wesentlichen proportional zu dem Wert des von der Last verwendeten Stroms. Die Spannung wird von der Funktion 50 für Überlaststrom und Zeitsteuerung verwendet, der Funktion 24 für das Abfühlen von Erdungsfehlern und der Funktion 28 für Phasenverlust, da der von der Last verwendete Strom eine bequem verwendbare Anzeige von Überlaststrom, Phasenverlust und Erdungsfehlern darstellt.

Die Logik 50 für Überlaststrom und Zeitsteuerung führt zahlreiche Funktionen durch. Der von der Last verwendete Strom wird abgefühlt F10 und stellt daher eine Anzeige für einen Überlaststrom dar. Das Ausgangssignal der Pegelabfühlung ändert sich mit dem von der Last verwendeten Strom, sodaß im Fall einer Überlaststrombedingung ein Überlastzeitschalter F12 gesetzt wird. Wenn der Strompegel in der Last einen vorher bestimmten Wert während einer vorher bestimmten Zeitdauer überschreitet, wird ein Auslöseschalter F14 aktiviert. Außerdem wird bei einem hohen Eingangsstrom in die Last automatisch ein überlaststromzeitgeber F13 gestartet. In ähnlicher Weise wird bei einer Warmstartbedingung F11, wenn die Last entweder aufgrund ihres fortgesetzten Betriebs oder einer vorhergehenden Überhitzungsbedingung warm ist, der Pegel des Startstroms in der Last überwacht, sodaß der überlaststromzeitgeber F13 das Auslösen des Auslöseschalters F14 voranlaßt, wenn - wie früher erwähnt - der Laststrom den vorherbestimmten Pegel überschreitet, aber nur für eine kürzere als die vorherbestimmte Zeitdauer.

Die Feldprüffunktion 56 erlaubt es, dem Gleichstrom F7 des Netzgeräts den-Zeitschalter F12 für den Überlaststrom der Funktion für Überlaststrom und Zeitsteuerung zu aktivieren und veranlaßt

- 19 - WS 317 P - 247 6

dadurch das Auslösen des grundlegenden Auslöseschalteris PI 4, wodurch eine Fehlerbedingung simuliert wird, mit der die als Festkörperschaltung ausgeführte Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung geprüft werden kann (F4).

Die Funktion 24 für das Abfühlen von Erdungsfehlern verwendet die Spannung F3, die von der Stromabfühlfunktion 14 erzeugt wird, um festzustellen, ob ein Erdungsfehler tatsächlich existiert und veranlaßt dabei, daß der Zeitgeber F20 für Erdungsfehler initialisiert wird. Nachdem festgestellt wurde, daß ein Erdungsfehler einen vorherbestimmten Pegel während einer vorherbestimmten Zeitdauer überschreitet, wird die Modulauslösung aktiviert und damit ein Indikator F22 für Erdungsfehler aktiviert.

Die Funktion 28 für Phasenverlust überwacht die von der Stromabfühlfunktion 14 erzeugte Spannung. Wenn festgestellt wurde, daß ein Phasenverlustfehler aufgetreten ist F15, wird ein Zeitschalter F16 für Phasenverlust initialisiert, der dann den zusätzlichen Auslöseschalter F18 veranlaßt, nach einer vorher bestimmten Zeitdauer auszulösen F17.

Die Ausgangsfunktion 52 überwacht die Stellung des grundlegenden Auslöseschalters F14, der in der Logik 15 für Überlaststrom und Zeitsteuerung enthalten ist, sowie das Ausgangssignal des zusätzlichen Auslöseschalters F18, der in der Funktion 28 für Phasenverlust enthalten ist. Wenn ein Auslösesignal festgestellt wurde, schalten die Relais-Steuertransistoren F25 ein Steuerrelais F26 ab, das seinerseits einen Schütz F27 steuert, der die Spannungsquelle von der Last abtrennt. Zusätzlich veranlaßt die Funktion F25 mit den Relais-Steuertransistoren, daß eine Anzeige F24 erzeugt wird, die außerdem verriegelt wird F23 und eine Ausgangsbedingung darstellt, mit der das Steuerrelais den Schütz in einer offenen Stellung hält, bis ein Rücksetzsignal F8 empfangen wird.

0 PC O

m ο 0 ο

DOQU Q © O OE)COO

ta mo ο

- 20 - WS 317 P - 2476

NETZGERÄT 54

In Figur 1 ist die Schaltung 54 für das Netzgerät so ausgelegte daß sie kontinuierlich von einer Spannungsquelle arbeitet, die -in ^j.o xxxeiiuueii i\" una u" angescniossen ist una - wie erwannt bei 115/230 Volt bei 50/60 Hertz arbeiten kann, abhängig davon, wie die Werte der ausgewählten Komponenten aussehen. Das Herabsetzen der verfügbaren Eingangsspannung erfolgt mit Hilfe des Kondensators C10 als Einrichtung mit einem Spannungsabfall. Der Wert des Widerstands R33 ist so gewählt, daß ein Entladepfad für die Kapazität C10 zur Verfügung gestellt wird, während Widerstand R34 als Strombegrenzer Verwendung findet. Der Brückenschaltkreis 46 des Netzgeräts mit den Dioden D18, D19, ZD9 und ZD10 wandelt die Eingangswechselspannung an den Klemmen "A" und "B" in Gleichstrom (DC) um. Die beiden Zener-Dioden ZD9 und ZD10 begrenzen die maximale Gleich-Versorgungsspannung. Die Wechselstromwelligkeit wird durch den Glättungskondensator C9 reduziert. Die Versorgungsspannung V₁₇ versorgt direkt die Systemvergleichsschaltungen MC1, MC2, MC3, MC4, MC5, MC6, MC7 und MC8 sowie den Operationsverstärker OA-1. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Vergleichsschaltungen MC1 bis MC8 Teil von integrierten Schaltkreisen (IC) sind, in denen - wie in Tabelle I angegeben - vier Vergleichsschaltungen pro integriertem Schaltkreis vorhanden sind.

Die Vergleichsschaltungen MC1 bis MC8 im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind so vorgespannt, daß beim Anlegen einer Spannung an den Anschluß für das positive Eingangssignal, die größer ist als die Spannung am Anschluß für das negative Eingangssignal der Ausgangsanschluß einen Zustand hoher Impedanz aufweist und dadurch im wesentlichen vom restlichen Teil des Schaltkreises abgetrennt ist, während bei einer Spannung am Anschluß für das negative Eingangssignal, die größer ist als die Spannung am Anschluß für das positive Eingangssignal, der Ausgang des Vergleichsschaltkreises elektronisch mit dem negativen Spannungsanschluß des zugehörigen integrierten Schaltkreises verbunden ist, der daher mit Masse verbunden ist, wie

WS 317 P - 247 6

es die schematischen Darstellungen in den Figuren 1 und 1Λ zeigen.

TABELLE I

BEZEICHNUNG

Zweck

IC-2 IC-2 IC-1 IC-1 IC-2 IC-2 IC-1 IC-1 IC-3

MC1 ■ MC2 MC MC MC MC MC MC OA-1

Vergleichsschaltung für das Abfühlen von Erdungsfehlern

Vergleichsschaltkreis für das Abfühlen von Erdungsfehlern

Vergleichsschaltkreis für den Zeitschalter über Laststrom

Vergleichsschaltkreis für den Zeitschalter Phasenverlust

Vergleichsschaltkreis für Zeitsteuerung Erdungsfehler

Vergleichsschaltkreis für Auslöser bei Erdungsfehler

Vergleichsschaltkreis für Auslöser bei Überlaststrom

Vergleichsschaltkreis für zusätzlichen Auslöseschalter

Puffer

Ebenfalls von der Versorgungsspannung V„ werden versorgt die Auslöse-Indikatoren, lichtemittierende. Dioden LED1 und LED2, der Ausgangsschaltkreis 250, der Prüfschaltkreis 56 und die Anschlüsse für die Bezugsspannung. Die Bezugsspannungen V₁, V₀ werden von der Versorgungsspannung V mit Hilfe des Widerstands R25, der Diode D14 und der Zener-Diode ZD6 abgeleitet. Es werden also zwei Bezugsspannungen erzeugt, wobei die erste an der Anode von Diode D14 erzeugte Bezugsspannung V1 die Z eitsteuerung für Überlastströme und die Auslösepunkte für das Umschalten der Vergleichsschaltungen MC3 und MC4 bestimmt (siehe Tabelle I). Die zweite an der Katode der Zener-Diode ZD6 erzeugte

o Z Io Io I

Q Φ «J φ

9 Φ Φ C

0 Q H

- 22 - WS 317 P - 2476

Bezugsspannung V₂ liefert das Bezugssignal für den Vergleichsschaltkreis MC7 für das Auslösen bei Überlaststrom,, der zwischen dom Operationsverstärker OA-I und dem Ausgangsschaltkreis 52 angeordnet ist. Zwei Bezugsspannungen sind notwendig, um den Betrieb auch bei herabgesetzten Eingangsspannungen an den Klemmen "A" und "B" sicherzustellen.

STROMABFÜHLSCHALTUNG 14

Eine Drehstromquelle mit drei Leitungen L1, L2 und L3 ist in Reihenschaltung mit den im Normalfall offenen Kontakten 16A,, 16B bzw. 16C im Unterbrecher oder Motorschütz 16 mit einer Drehstromlast verbunden, beispielsweise einem Motor M. Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 in einem Schutzgehäuse 58 (in Figur 5 dargestellt) sind an den Leitungen L1, L2 bzw. L3 angebracht, um den von der Last M benötigten Strom abzufühlen. Die Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3.können in Sternschaltung miteinander verbunden werden und erzeugen dann einen Wechselstrom, der proportional zum Primärstrom IL ist, der von dor Last M gebraucht wird. Der Wechselstrom wird dann mit Hilfe der Drehstrombrücke mit den Dioden D1, D2, D3, D4, D5 und D6 zu einem Gleichstrom gleichgerichtet= Ein Varistor V1 schützt gegen Stromspitzen, die von den Eingängen der Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 erzeugt werden können. Der Stromausgang der Dioden D1 bis D6 wird durch den Lastwiderstand 22 in eine Gleichspannung umgesetzt, die proportional zum Strom IL durch die Last ist. Für einen vorgegebenen Strom ist der Betrag dieser Spannung bei 100% der Last M konstant und durch den Widerstandswert des Lastwiderstands 22 bestimmt, wodurch die Werte des Widerstands R2 und des Potentiometers P1 so eingestellt werden, daß sie zwischen den Klemmen "+" 42 und "-" 44 dieselbe Spannung liefern, unabhängig von der Größe der Last M. Der Wert des Lastwiderstands 22 wird daher im wesentlichen so gewählt, daß er zu verschiedenen Lasten M paßt und immer dieselbe Spannung zwischen den Klemmen abgibt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Ladewiderstand 22 fest in die zugehörige Überlastschutzeinrichtung eingebaut werden kann, im bevorzugten Ausführungsbeispiel

- 23 - WS 317 P - 2476

der vorliegenden Erfindung stellt er jedoch ein Modul 22, 22' dar, wie es in den Figuren 2 bzw. 2A dargestellt ist. Der Gleichstromausgang des Drehstrombrückengleichrichters D1 bis D6 ist proportional zur maximalen Differenz zwischen jeweils 2 der 3 Drehstromkomponenten. Wenn die Phasenströme des Motors also gleich sind, ist die minimale Gleichspannung der resultierenden Wellenform beispielsweise ungefähr 0,866 χ der max. Gleichspannung und die Frequenz der Welligkeit entspricht dem 6-fachen der Netzfrequenz. Wenn die Last oder der Motor M einen Phasenverlust erfährt, ist die erzeugte Gleichspannung ein Gleichstromausgangssignal, das dem Ausgang eines Brückengleichrichters für eine einzelne Phase entspricht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher das Lastwiderstandsmodul 22 einen Widerstandswert von beispielsweise 60 bis 600 Ohm aufweisen, um so einen Spannungsausgang an den Plus- und Minus-Klemmen 42 und 44 abzugeben, der beispielsweise einen Mittelwert von 10 Volt bei einem Strom IL bei 100% Nennlast M darstellt.

ÜBERLASTSTROM und Zeitsteuerung 50

Die Funktion "Überlaststrom" (siehe auch Figur 3) liefert ein Auslösesignal für·Überlaststrom an einen Schaltschütz ent-

2
sprechend der Strom-Zeit (I T) Beziehung, die im wesentlichen aus der Überhitzung innerhalb der Last M abgeleitet wird. Für Ströme IL, die 115% des vollen Stroms der Last M überschreiten und beispielsweise 11,5 Volt an der Plus-Klemme 42 erzeugen, setzt die Schaltung 50 für Überlastströme eine Ausschalt-Zeitfolge in Gang. Der Zeitablauf hängt vom Betrag des Überlaststroms ab (der den Wert der Spannung zwischen der Plus-Klemme 4 2 bzw. der Minus-Klemme 44 bestimmt) und in einem gewissen Maße von dem Strom, der vor der Überlaststrombedingung floß.

Im wesentlichen fühlt ein aus zwei Komponenten bestehender WLdcrstandsast die Spannung an der Plus-Klemme 4 2 ab, die proportional zum Strom in der Last M ist. Das Potentiometer P2 erlaubt das Kalibrieren des Auslösepunktes, während Kapazität

- 24 - WS 317 P - 2476

C2 den Gleichspannungseingang glättet, der an die Vergleichsschaltung MC3 für den Überlaststrom-Zeitschalter gelegt wird. Sollte die Spannung am "+"-Eingang der Vergleichsschaltung MC3 für den Überlaststrom-Zeitschalter die Bezugsspannung V1 überschreiten, so schaltet der Ausgang des Vergleichsschaltkreises MC3 für den Überlaststromzeitschalter in den "offenen" Zustand. Der Zweck der Diode D8 besteht darin, die positiven Eingänge des Vergleichsschaltkreises MC3 für Überlaststromzeitschalter vor übermäßigen Eingangsspannungen zu schützen»

Die Werte des Widerstands R9 und des Potentiometers P2 sind so eingestellt, daß die Spannung am Anschluß des Vergleichsschaltkreises MC3 für das positive Eingangssignal größer ist als die Spannung am negativen Anschluß und daher der Ausgang des Vergleichsschaltkreises MC3 in einem Zustand hoher Impedanz (offen) ist, wenn die Last M mehr als 115% beträgt» Bei einer Last M von weniger als 115% lädt sich daher die Kapazität C6 bis zu einer Anfangsspannung auf, die kleiner ist als die Spannung, die an der + Klemme 42 erscheint und beispielsweise nicht mehr als 5 V beträgt; in ähnlicher Weise ist bei einer Kaltstartbedingung, wenn die Last M nicht aktiviert ist,.die Anfangsspannung am Kondensator C6 für die Zeitsteuerung Null. Wenn eine Überlaststrombedingung auftritt, wird die Spannung an der "+" Klemme 42 und damit auch der positive Signaleingang der Vergleichsschaltung MC3 größer als die Bezugsspannung V1 und damit auch als der Anschluß für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC3. Dadurch wird wiederum der Vergleichsschaltkreis MC3 in einen Zustand hoher Impedanz übergeführt. Die Kapazität C6 kann sich dann mit Strom aus der Diode D10 und über Widerstand R24 bis zu einer Spannung aufladen, die sich an die Spannung an der positiven Klemme 4 2 annähert. Der Kondensator C6 liefert also sowohl ein Maß für die Zeit, als auch eine Darstellung der thermischen Kapazität einer Last, wie beispielsweise die Temperatur einer Motorwicklung. Zusätzlich ist die Durchbruchsspannung der Zener-Diode ZD3 so gewählt, daß bei einer Überlaststrombedingung von mehr als 140% der Nennlast die Zener-Diode

- 25 - WS 317 P - 247

ZD3 leitet und einen Stromfluß durch den Ast ZD3, R22 erlaubt.

Damit wird eine in zwei Bereichen erfolgende exponentiell^

Näherung einer I T Zeitbeziehung erreicht und dadurch ein schnelleres Aufladen für die Kapazität C6. Die Werte der Komponente in der Schaltung für die Zeitsteuerung sind so ausge- ' legt, daß eine Auslösung von ungefähr 9 Sekunden bei 600?, VoIJL-Laststrom in M erfolgt, ungefähr 1 Minute bei 200'% Voll-Last strom und ungefähr 3 Minuten bei 125% Voll-Laststrom. Dies ist grafisch in Figur 4 dargestellt. Für eine gegebene Zeitkonstante sind die Widerstandswerte der Widerstände R22 und R24 so gewählt, daß sie im Verhältnis zum Wert der Kapazität von C6 sehr hoch sind. Zusätzlich wird der Wert des Kondensators C6 sehr klein 'gewählt, da die hauptsächliche Überlegung bei der Auswahl des Kondensators C6 für die Zeitsteuerung ein geringes Verhältnis von Leckstrom zu Kapazität ist. Die Werte von R22 und R24 können daher beispielsweise 11 Megohm bzw. 22 Megohm sein, während der Wert der Kapazität C6 beispielsweise nur 6 Mikrofarad beträgt. Da jedoch sehr kleine Ladeströme, die in der Größenordnung von Nanoampere liegen können, verwendet werden, müssen mögliche Leckpfade isoliert werden. Dies wird durch eine Anzahl von Komponenten, wie beispielsweise Widerstand R16, erreicht, der. die Anforderungen für die Durchgangsleckströme am Ausgangsanschluß des Vergleichsschaltkreises MC3 für die überlaststromzeitsteuerung erfüllt und die Wahl einer Diode D12 mit geringem Leckstrom, sodaß diese Stromquelle von der Schaltung 50 für die Zeitsteuerung isoliert wird. Zusätzlich können Eingangsvorströme wie beispielsweise der des Vergleichsschaltkreises MC7 für die Überlaststromauslösung, die Zeitsteuerung beeinflußen, so daß auch der Vergleichsschaltkreis MC7 für die Überlaststromauslösung vom Rest der Schaltung für die Zeitsteuerung durch den Operationsverstärker 0A1 isoliert ist.

ft) {!Öd« 0 O O QQ φ ρ

O (j {? COO Cs B «, ρ

CA β (a © si H O

- 26 - WS 317 P - 2476

Zusätzlich können unkontrollierte Impedanzen der gedruckten Schaltkarte die Wirkungsweise der Schaltung und die Zeitsteuerung beeinflußen, da diese Impedanzen beispielsweise im Bereich von 100 Megohm bis 1 Gigaohm liegen und als Ergebnis unkontrollierter Parameter auftreten, wie beispielsweise die Herstellung der Schaltkarte, ihre Sauberkeit und Feuchtigkeit» Um die Auswirkungen dieser Impedanzen minimal zu halten, ist ein Schutzband 48 vorgesehen, das wie früher erwähnt, die kritischen Anschlüsse der Schaltung für die Zeitsteuerung von benachbarten Spannungen auf der Schaltkreiskarte isoliert. Das Schutzband ist elektrisch mit dem neutralen Bezugsast V1 verbunden, sodaß weder eine relativ geringe Impedanz zur Masse, noch eine relativ geringe Impedanz zu einer Hochspannung auftreten kann.

Wenn während einer Uberlaststrombedingung die Spannung des Kondensators C6 die Bezugsspannung überschreitet, die am positiven Anschluß des Operationsverstärkers A1 verfügbar ist, schaltet der Vergleichsschaltkreis MC7 für die Überlaststromauslösung, der normalerweise in einem Zustand hoher Impedanz ist, in einen Zustand niederer Impedanz um und verbindet daher den Ausgangsanschluß von MC7 mit Masse, sodaß die Ausgangsfunktion 52 die Last M abschalten kann. Wenn der Ausgang des Vergleichsschaltkreises MC7 die niedere Impedanz aufweist, halbieren die Widerstände R27 und R29 die Spannung an dem Anschluß des Vergleichsschaltkreises für die positiven Eingangssignale. Dadurch wird das Signal aufrecht erhalten und die Auslösebedingung für den Ausgang 52 beibehalten, bis die überlaststrombcdingung beseitigt wurde, wobei die Kapazität C6 für die Zeitsteuerung auf eine Spannung entladen ist, die kleiner als die Spannung bei 100% Nennlast ist und im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung typischerweise 5 Volt beträgt. Das Zurücksetzen wird daher für einige Minuten verzögert und kann beispielsweise im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ungefähr 1 1/4 Minuten betragen. Die Diode D10 beschränkt einen möglichen Entladepfad und liefert so

- 27 - ■ WS 317 P - 2476

eine Kontrolle des Verzögerungsintervalls, während die Kapazität C8 eine relative Unempfindlichkeit gegenüber Störspannungsspitzen verleiht. Die Diode D11 und die Zener-Diode ZD4 sind so ausgelegt, daß die maximale Spannung beschränkt wird, die am Anschluß für das negative Eingangssignal des Operationsverstärkers A1 auftreten kann und die dort enthaltenen Komponenten möglicherweise gefährdet, wenn die Spannung an der Kapazität C6 den sicheren Pegel für den Operationsverstärker A1 überschreitet.

PHASENVERLUST 28 ·

Wenn die Last M einen Phasenverlust erfährt, ähnelt die Spannungswellenform die an der "+" Klemme 42 erscheint, der Gleichspannung eines Brückengleichrichters für eine einzelne Phase. Der Vergleichsschaltkreis MC4 für die Zeitsteuerung bei Phasenverlust fühlt die geänderte Wellenform ab, indem die Spannungen an den Kondensatoren C₁ und C~ überwacht werden und leitet eine Zeitsequenz für Vergleichsschaltkreis MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter ein, der ebenfalls auf Auslösesignale von externen Modulen reagiert.

Unter normalen Drehstrombedingungen ist die am Anschluß für den negativen Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC4 für die Zeitsteuerung bei Phasenverlust erscheinende Spannung gleich der Spannung am Kondensator C1 und nähert sich der Spannung an der "+".Klemme 42, während die Spannung am Anschluß für den positiven Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC4 für die Zeitsteuerung bei Phasenverlust gleich der Spannung am Kondensator C2 ist. Da das Ausgangssignal der Stromtransformatoren CT1, CT2 und CT3 ein Wechselstrom ist, pflanzt sich eine Welligkeit durch die Dioden D1 bis D6 fort, sodaß die Spannung an der "+" Klemme 4 2 eine gewisse Welligkeit aufweist und somit ein Maximum und ein Minium hat. Die Spannung am Anschluß für den negativen Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC4 nähert sich nun gerade dieser maximalen Spannung bei 100% Nennlast in M an. Die Minimalspannung liegt nicht nieder genug, um das

» 28 - WS 317 P - 2476

Entladen der Kapazität C1 für das Abfühlen des Spitzenwerts durch die Diode D7 zu erlauben. Bei Phasenverlustbedingungen fällt jedoch die Minimalspannung auf Werte nahe des Massen- ^otsntIsis 'ind 3rla.ubt ss ci^T K\iOH2it3.t C sie¹"¹. Pc^^sll^r über die Diode D7 zu entladen als die Spannung am Kondensator C2 abfällt und liegt daher unter der Spannung, die von der Funktion 50 für .Überlaststrom und Zeitsteuerung abgefühlt wird, Die Spannung, die am Anschluß für das positive Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC4 für die Zeitsteuerung bei Phasenvexlust erscheint, ist daher größer als die Spannung am negativen Signal, die gleich ist der Spannung am Eingangsanschluß der Vergleichsschaltung MC4 und bewirkt daher, daß der Ausgang der Vergleichsschaltung MC4 in einen Zustand hoher Impedanz (offen) übergeht. Die Zener-Diode ZD1 schützt den Anschluß des Vergleichsschaltkreises MC4 für den negativen Signaleingang vor Überspannungen. Der Widerstand R12 legt an den Vergleichsschaltkrexs MC4 bei fehlendem Strom eine Vorspannung an.

Wenn der Ausgang des Vergleichsschaltkreises MC4 für die Zeitsteuerung bei Phasenverlust offen ist, wird der Zeitsteuerkondensator C5 durch die Spannung aufgeladen, die an der "K" Klemme erscheint. Die Zeit von der Feststellung eines Phasenverlustes bis zur.tatsächlichen Auslösung am Ausgangsschaltkreis hängt in einem gewissen Maße von der Größe des Stroms der verbleibenden Phase oder Phasen ab. Die Auslösezeit wird durch den Widerstand R15 bestimmt, der vom Netzgerät mit Spannung V„ beaufschlagt wird. Wenn der Phasenverlust-Strom ansteigen sollte, wird die Zeitsteuerung durch den Ladeast mit Widerstand Ri7-Diode D9 beschleunigt. Für Phasenverlust-Ströme von 50% der Nennlast M liegt die Auslösezeit beispielsweise typisch bei 30 Sekunden, während ein Phasenverlust von 100% der Nennlast M eine Äuslösezeit von typischerweise. 20 Sekunden hervorruft. Zusätzlich diont dor Kondensator C5 als Auslö;;okondensator für externe Module, die an die T-Klemmen angeschlossen worden können, indem or augenblicklich auf eine

- 29 - WS 317 P - 2476

Spannung über dem Wert aufgeladen wird, der an dem Anschluß für das positive Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter liegt. Im normalen Betriebsfall ohne Auslösung ist die Spannung am Anschluß für das positive Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter gleich den Spannungsabfällen von D17, ZD7 und der Basis-Emitter-Grenzschicht des Transistors T2. Wenn also die Spannung am Kondensator C5 und damit auch die Spannung am Anschluß für das negative Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter den Spannungsabfall an den Dioden D17, ZD7 und am Transistor T2 überschreitet, geht der Vergleichsschaltkreis MC8, der normalerweise in einem Zustand hoher Impedanz (offen) ist, in einen Zustand niederer Impedanz über und legt damit den Ausgangsanschluß an Masse. Damit wird ein Auslösesignal an die Ausgangsstufe 52 abgegeben. Bei der Erzeugung des Auslösesignals wird die Spannung am Anschluß für den positiven Signaleingang des Vergleichsschalt-■ kreises MC8 auf den Spannungsabfall der Diode D17 reduziert, der typischerweise 0,6 Volt beträgt. Diese Spannungsreduktion am positiven Anschluß des Vergleichsschaltkreises MC8 hält das Auslösesignal bei, bis die Auslösebedingung beseitigt wurde und der Kondensator C5 für die Zeitsteuerung sich auf einen Wert unter dem Spannungsabfall der Diode D17 entladen hat. Die Verzögerung des Spannungsabfalls wird auch durch den Wert des Widerstands R21 gesteuert, sodaß mit höher werdendem Widerstandswert die Verzögerung länger wird; wenn R21 beispielsweise 910 Kilo-Ohm beträgt, ergibt sich somit eine Verzögerung von 1,2.5 Minuten, während beispielsweise bei. einem geringeren Wert des Widerstands R21 von 15 Kilo-Ohm die Zurücksetzung überhaupt nicht verzögert wird, sondern augenblicklich erfolgt.

Es versteht sich von selbst, daß der Schutz vor Phasenveriust in einem Wechselstromsystem mit Einzelphase, wie beispielsweise in Figur 2A, nicht notwendig ist.

- 30 - WS 317 P - 2476

ERDUNGSFEHLER 24

In Figur IA ist die schematische Darstellung der Funktion 24 für Erdungsfehler gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Funktion 24 für Erdungsfehler mit dem eigentlichen Schaltkreis für die Überlastschutzfunktion integriert werden kann* Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Modul 24, 24' verwendet, das in den Figuren 2 und 2A dargestellt ist und entsprechend Figur 5A eingesetzt werden kann. Bei Abwesenheit eines Erdungsfehlers sind die Phasenströme in den Leitern L1, L2 und L3 in Figur 1 betragsrnäBig gleich und 120° phasenversetzt. Der Gleichstromausgang des Stromabfühlschaltkreises 14 weist eine Welligkeit auf, deren Betrag ungefähr 14% beträgt und deren Frequenz ungefähr das 6-fache der Netzfrequenz beträgt; im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist diese ungefähr 6 0 Hertz, sodaß eine Frequenz der Welligkeit von 360 Hertz erzeugt wird» Außerdem ist bei Abwesenheit eines Erdungsfehlers in der Last M die Vectorsumme der Phasenströme in der Last und damit auch die Vectorsumme der Sekundärströine der Transformatoren im neutralen Ast GF von Figur 1 = Null. Es fließt somit kein Strom durch den Widerstand R1 und die Spannungsabfälle an den Widerständen R2 und dem Potentiometer P1 können gleich gemacht, werden (siehe Figur 1) ■. Wenn ein Erdungsfehler auftritt, ist die Vectorsurame der drei Phasenströme in der Last M nicht mehr Null. Als Folge ergibt sich ein Reststrom, der durch den Widerstand R1 von Fi= gur 1 in den neutralen Ast GF fließt. Gleichzeitig mit dem Auftreten eines Stroms im Widerstand R1 erfolgt ein ungleicher Stromfluß durch den Widerstand R2 und das Potentiometer P1„ Es ist zu erwähnen, daß der Widerstand R1 beispielsweise ein Kurzschluß sein kann, da· sein Hauptzweck darin besteht, einen Strompfad im neutralen Ast während Erdungsfehlerbedingungen zur Verfügung zu stellen. Bei einer Erdungsfehlerbedingung fließt ein Strom durch den Widerstand R1 und die Spannung an R2 unterscheidet sich von der Spannung am Potentiometer P1. Der Potentialwert an der Klemme GF entspricht daher nicht mehr ungefähr

321518

ρ · · β ·* « «« α » • α·«- use«

- 31 - WS 317P- 2475

der Hälfte der Spannung an den "+" und "-" Klemmen 42, 44. Wenn der Potentialwert an der Klemme GF kleiner als die Hälfte der Spannung an den (+) Plus-Zeichen und (-)Minus-Zeichen-Klemmen und 44 ist, wird die Spannung am Anschluß für den negativen Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC1 für das Abfühlen von Erdungsfehlern größer als die Spannung am positiven Anschluß des Vergleichsschaltkreises MC1 mit der Folge, daß der Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC1 auf Masse gelegt wird. Wenn der Potentialwert an der Klemme GF größer als die Hälfte der Spannung an den Plus-Zeichen und Minus-Zeichen-

'***'■ Klemmen 42 und 44 ist, wird die Spannung am Anschluß für den negativen Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC2 größer als die Spannung am Anschluß für das positive Eingangssignal de^ Vergleichsschaltkreises MC2 und der Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC2 liegt auf Masse. Der auf Masse gelegte Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC1 oder MC2 bewirkt, daß der Kondensator C3, der normalerweise bis zu einer Spannung von im wesentlichen VK aufgeladen ist, sich auf Masse entlädt. Der Vergleichsschaltkreis MC5 für die Zeitsteuerung bei Erdungsfehlern empfängt daher eine Spannung am Anschluß für das positive Eingangssignal, die im wesentlichen gleich der Durchbruchsspannung der Zener-Diode ZD2

_/<m^ ist und größer als das Potential am Anschluß für das negative Eingangssignal. Der Ausgang des Vergleichsschaltkreises MC5 ist daher in einem Zustand hoher Impedanz oder offen. Das erlaubt dem Kondensator C4, sich auf einen Pegel aufzuladen, der über der Durchbruchsspannung der Zener-Diode ZD2 liegt, sodaß der Anschluß für den positiven Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC6 für die Zeitsteuerung bei Erdungsfehlern größer ist als der Spannungspegel am Anschluß für den negativen Signaleingang des Vergleichsschaltkreises MC6. Der Anschluß für das Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises MC6 ist daher in einem Zustand hoher Impedanz (offen). Die Spannung V an der Klemme K erlaubt damit einen Stromfluß durch die Diode D15 zur Auslöseklemme T, sodaß der Schaltkreis MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter in Figur 1 eine Auslösefolge einleitet und die Last M deaktiviert. Der Wert der Zener-Diode ZD5 ist so gewählt,

215181

O <t ι» > »ΟΡΟ β β ·» O

oe (»ο ο ooooot

- 32 - ' WS 317 P - 2476

daß die Einleitung der Auslösesequenz sichergestellt ist. Die Zener-Diode ZD5 muß eine Durchbruchsspannung aufweisen, die größer ist als die Spannung, die am Anschluß für das positive Eingangssignal des Vergleichsschaltkreises MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter liegt. Eine angelegte Spannung, die die Durchbruchsspannung von ZD5 überschreitet, zündet das Gate der gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCI und erlaubt somit dort einen Stromfluß, mit dem die Licht emittierende Diode LED1 anzeigen kann, daß eine Auslösung wegen eines Erdungsfehlers aufgetreten ist. Das Zurücksetzen des Schutzsystems erfolgt in der im folgenden beschriebenen Weise und ist entweder automatisch oder manuell.

Während des normalen Betriebs ohne Erdungsfehler liegt der Ausgang des Verglexchsschaltkreises MC6 für die Zeitsteuerung bei Erdungsfehlern auf Masse und bildet somit im wesentlichen einen Kurzschluß für die Spannung V_x., die über den Widerstand R23 an Masse liegt und somit keinen Stromfluß durch die Diode DI5 oder die Zener-Diode ZD5 erlaubt und damit das Gate von SC1 von Spannung abtrennt. Zusätzlich wird ein Zurücksetzen nach dem öffnen dos Kontakts im Tastschaltor SW1 die Spannung von der Klemme K entfernt und damit der Stromfluß durch den gesteuerten Silizium-Gleichrichter SC1 unterbrochen und LED1 ausgeschaltet. Potentiometer P3 bestimmt, welcher Prozentsatz von Erdungsfehler-Strom erlaubt wird, bevor die Vergleichsschaltungen MC1 oder MC2 ihren Zustand ändern. Zusätzlich bestimmt die Zener-Diode ZD2 den Spannungspegel und damit den Prozentsatz der Motorlast IL, bei der der Vergleichsschaltkreis MC5 für die Zeitsteuerung bei Erdungsfehlern frei geschaltet wird.

PRÜFEINRICHTUNG 56

Die Prüffunktion 56 ermöglicht es, die Funktion. 50 für Überlaststrom und Zeitsteuerung zu prüfen, ohne daß eine Last M vorhanden ist, die eine Überlaststrombedingung erfährt, oder daß externe Prüfvorrichtungen verwendet werden müssen.

32t 5

- 33 - WS 317 P - 2476

Der Widerstand R14 ist so ausgelegt, daß im normalen Betriebsfall der Überwachung des Ruhestroms, wenn die Last M keine überlas tbedingung erfährt, die Hinzufügung des Widerstandswerts von R14 nur minimale Auswirkungen hat. Dies ist die Folge der geringen Impedanz des Lastwiderstands 22, der - wie früher erwähnt in der Größenordnung von 60 bis 600 Ohm liegt. Nach Entfernung des Meßsteckers 22 und aller anderen Module, wie die in den Figuren 2 und 2A dargestellten, erhöht sich die Impedanz der Stromabfühlfunktion 14 auf ungefähr das 5,5-fache des Widerstands R14. Da der Widerstand R14 von der Spannung V_v des Netzgeräts versorgt wird, übersteigt die Spannung an der "+" Klemme 42 die Spannung, die am Lastwiderstand 22 auftritt, wenn die Last M mit 100% Nennstrom betrieben wird. Dadurch wird eine Überlaststrombedingung simuliert, die bewirkt, daß die Funktion 50 für Überlaststrom und Zeitsteuerung eine Abschaltzeitsequenz einleitet. Diese Sequenz verläuft in gleicher Weise, wie früher erwähnt, bei einer tatsächlichen überlaststrombedingung. Der Widerstand R14 ist so ausgelegt, daß er 125% des vollen Laststroms im Motor M simuliert, sodaß die Last M von der Quelle in ungefähr 3 Minuten abgeschaltet wird, wie aus Figur 4 hervorgeht. Das Wiedereinschalten der Last M erfolgt in der Ausgangsfunktion 52 und ruft erneut ein Abschalten hervor, sodaß die Last M deaktiviert wird, bis das Ladewiderstandsmodul 22 wieder in die Überlastschutzeinrichtung eingesetzt wird.

AUSGANG 52

Nach der Erzeugung eines Auslösesignals, entweder durch die Schaltung 50 für Überlaststrom und Zeitsteuerung, oder Phasenverlust 28 oder nach dem Erscheinen eines Auslösesignals an der Klemme T, beispielsweise von der Schaltung 24 für Erdungsfehler wird der Transistor T2 für die Relaissteuerung und damit das Ausgangsrelais RE1 deaktiviert, sodaß auch die Last M deaktiviert wird. Zusammen mit der Deaktivierung des Relais RE1 werden der LED Indikator LED2 und der Transistor T1 des Verriegelungsschaltkreises aktiviert. Der Umschalter S1 bestimmt,

- 34 - WS 317 P - 2476

ob das Zurücksetzen der Einrichtung automatisch erfolgt, oder eine manuelle Rücksetzung erfordert, da die Spannungsquelle für die Basis des Transistors T2 für die Relaissteuerung in Serie mit Schalter S1 geschaltet ist.

Im normalen aktivierten Zustand, wenn die Last M an das Netz angeschlossen ist, wird der Basisstrom für den Relais-Steuertransistor T2 vom Widerstand R31 und der Zener-Diode ZD7 geliefert. Bei eingeschaltetem Transistor T2 ist Steuerrelais RE1 aktiviert, sodaß seine im Normalfall offenen Kontakte geschlossen gehalten werden. Bei in Sättigung betriebenem Transistor T2 ist der Basisanschluß des Verriegelungssteuertransistors T1 über Diode D20 zur Masse überbrückt und hält dadurch die Licht emittierende Diode LED2 ausgeschaltet. Der Basiswiderstand R36 des Transistors T1 stellt den Zustand von Transistor T1 sicher, wenn Transistor T2 leitet.

Wenn der Ausgangsanschluß des Vergleichsschaltkreises MC7 für die Überlaststromauslösung oder des Vergleichsschaltkreises MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter ein negatives Potential annehmen, wird die Basisansteuerung des Relais-Steuertransistors T2 zur Masse kurzgeschlossen. Die Verwendung der Diode D16 stellt sicher, daß die zur Zustandsänderung des Operationsverstärkers 0A1 und damit zur Änderung des Zustands der Vergleichsschaltung MC7 für die Überlaststromauslösung erforderliche Spannung unbeeinflußt bleibt von einer Zustandsänderung im Ausgangsschaltkreis 52. Dadurch wird Vergleichsschaltung MC7 oder MC8, die das Auslösen verursacht hat, die Dauer der Zeitverzögerung vor dem Zurücksetzen zu steuern. Schalter S1 für automatischen bzw. manuellen Betrieb kann entweder ein einpoliger Kippschalter sein, oder ein Punkt für die interne Leiterverbindung in der Darstellung von Figur 1; im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden interne Leiterverbindungen gewählt. Beim manuellen Betrieb kann die Zeit vor der. Zurücksetzen nach dor der Aktivierung dos Relais RE1 entweder sofort sein für Auslösebedingungen, die durch den Vergleichsschaltkreis MC8 für

- 35 - WS 317 P - 2476

den zusätzlichen Auslöseschalter eingeleitet wurden, oder langer wie beispielsweise 1,25 Minuten für Auslösevorgänge, die von der Vergleichsschaltung MC7 für Überlaststromauslösungen eingeleitet wurden. Der Zweck der Verzögerung vor dem Zurücksetzen bei einer Auslösung infolge überlaststrom besteht darin, eine Abkühlung der Last M zu ermöglichen, nachdem eine überhitzung aufgetreten ist. Während des Betriebs von Relais RE1 verhindert die Diode D21 Halbleiterschäden in den zugehörigen Komponenten. Während der Zeit, in der der Relais-Steuertransistor T2 ausgeschaltet ist, wird der Basisstrom für den Verriegelungssteuertransistor T1 über Widerstand R35 geliefert, mit dem Transistor T1 und dem LED Indikator LED2 ermöglicht wird, leitend zu werden. Die Zener-Diode ZD8 stellt einen zweiten Leitungspfad zur Verfügung für den Fall, daß Indicator LED2 ausfällt. Beim manuellen Betrieb erhält sich dieser Vorgang selbst aufrecht, sodaß der Basisstrom für den Relais-Steuertransistor T2 durch den Spannungsabfall am Verbindungspunkt des Strombegrenzungswiderstand^ R30 und der Anode von LED2 geliefert wird. Die Zener-Diode ZD7 und der Basis-Widerstand R32 von T2 stellen sicher, daß der Auslösezustand solange aufrecht erhalten wird, bis die Spannungsversorgung für den Aüsgangsschaltkreis 52 mit Hilfe des Tastschalters SW1 unterbrochen wird. Wenn vor der Betätigung des Schalters SW1 sowohl der Vergleichsschaltkreis MC7 für die Überlaststromauslösung und MC8 für den zusätzlichen Auslöseschalter nicht die Auslösebedingung aufweisen, so wird beim Wiederanlegen der Spannung der Basisstrom für Transistor T2 wieder hergestellt und damit das Ausgangsrelais RE1 aktiviert, um seine Kontakte zu schließen. Wenn sich eine der Vergleichsschaltungen MC7 oder MC8 im Auslösezustand befindet, wenn der Schalter SW1 gedrückt wird, erfolgt erneut eine überbrückung des Basisstroms für Trans intor T2 zur Masse, sodaß das Ausgangsrelais RE1 deaktiviert bleibt und Transistor T1 sowie LED2 angesetzt bleiben. Die Zener-Diode ZD11 sperrt den LED-Indikator LED2 und den Verriegelungssteuerungstransistor T1, wenn die Versorgungsspannung V_K weniger als ungefähr 75% der Durchbruchsspannung der Zener-Dioden ZD9 oder ZD10 beträgt. Damit wird sichergestellt, daß beim Anlegen der

- 36 - WS 317 P - 2476

Spannung die Einheit nicht in einen Auslösezustand gerät, wenn die notwendigen Verzögerungszeiten beim Zurücksetzen noch nicht abgelaufen sind. Der Kondensator C11 verringert die Anfälligkeit der Einheit gegenüber dem Rauschen.

Im automatischen Betrieb des Schalters (oder der überbrückung) S1 wird der Basisstrom für den Relais-Steuertransistor T2 von

der Spannung V₁. des Netzgeräts geliefert. Wenn der Zustand is.

einer der Auslösevergleichsschaltungen MC7 oder MC8 in den normalen ausgeschalteten Zustand zurückkehrt, wird der Basisstrom für den Transistor T2 ohne äußere Betätigung wieder hergestellt, auf diese Weise das Steuerrelais RE1 aktiviert und seine im Normalfall offenen Kontakte geschlossen und Transistor T1 und LED Indikator LED2 abgeschaltet.

Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung auch andere Lasten als Motoren steuern kann, wie beispielsweise Transformatoren oder Netzgeräte. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, daß ein Unterbrecher anstelle eines Schaltschützes verwendet werden kann, oder daß der Ausgang ein hörbares oder sichtbares Alarmsignal anstelle oder zusätzlich zum Schaltschütz betätigen kann. Die in den integrierten Schaltungen enthaltenen Vergleichsschaltkreise können in verschiedenen Kombinationen auf integrierte Schaltkreise verteilt werden, oder in einen größeren integrierten Schaltkreis vereinigt oder als diskrete Elemente ausgebildet werden. Die Zeitdauer, in der eine Fehlerbedingung vor der Einleitung eines Auslösevorganges aufrecht erhalten wird, kann verlängert oder verkürzt werden. Andere als die hier ausdrücklich erwähnten Module können in die hier beschriebene Einrichtung eingesetzt werden, so z.B. lange Beschleunigungsmodule oder Module für Phasenungleichgewicht, die die Anordnung von Steckstiften nach der vorliegenden Erfindung verwenden können.

- 37 - WS 317 P - 2476

Zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen stellt die hier beschriebene Erfindung eine Überlastschutzeinrichtung zur Verfügung, die kompakt ist, modular wachsen kann und einen umfassenden und effektiven Überlastschutz liefert. Außerdem wird der Überlastschutz sehr eng mit der Feststellung der Fehlerbedingungen verknüpft.

Claims (7)

1. Westinghouse Electric Corporation

   Westinghouse Building
   Gateway Center

   Pittsburgh, Pennsylvania 15222
   V.St.A.

   Patentansprüche

   Überlastschutzeinrichtung für eine Last mit Mehrphasenwechselstrom/ gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   - eine Stromabfühlvorrichtung (14) , die ein Ausgangssignal erzeugt, das zum Strom in der überwachten Last (Motor M) in

   5 Beziehung steht;

   - eine Vorrichtung (28) zum Abfühlen eines Phasenverlustes, die mit der Stromabfühlvorrichtung verbunden ist und ein Auslösesignal abgibt, wenn der Phasenverlust während einer vorbestimmten Zeitdauer auftritt; und - eine Auslösevorrichtung (P25), die mit der Abfüllvorrichtung für den Phasenverlust und dem überwachten Schaltkreis verbunden ist, um diesen zu unterbrechen, wenn das-Auslösesignal auftritt.
2. 2. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   - eine erste, mit dem Ausgangssignal verbundene Speichereinrichtung zur Erzeugung eines Potentialpegels, der mit dem Ausgangssignal in Beziehung steht;

   - eine zweite, mit dem Ausgangsignal verbundene Speichereinrichtung

   321518

   - 2 - WS 317 P - 2476

   einrichtung zur Erzeugung eines Potentialpegels,, der mit dem Ausgangssignal in Beziehung steht;

   - wobei die Abführvorrichtung für den Phasenverlust mit der ersten und der zweiten Speichereinrichtung verbunden ist, um festzustellen, wenn der Potentialpegel der ersten Speichereinrichtung während einer vorherbestimmten Zeitdauer größer als der Potentialpegel der zweiten Speichereinrichtung ist, sodaß ein Phasenverlust angezeigt und ein Auslösesignal eingeleitet werden.
   10
3. 3. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes widerstandsbehaftetes Element (R4) mit der ersten Speichereinrichtung verbunden ist.
4. 4. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites widerstandsbehaftetes Element (R9J mit der zweiten Speichereinrichtung verbunden ist.
5. 5.Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Speichereinrichtungen aus Kondensatoren (C1,C2) bestehen.
6. 6. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste widerstandsbehaftete Element ein Widerstand (R4) ist.
7. 7. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite widerstandsbehaftete Element ein Widerstand ist.