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Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz
von Stromwandlern, insbesondere zur Verhinderung von Überspannungs- und Überlastungserscheinungen
und deren Folgen beim Unterbrechen des sekundären Stromkreises, Die in der Starkstromtechnik
oft verwendeten Stromwandler sind solche Transfortn-atoren, in welchen die Wicklungszahl
der sekundären Wicklung um eine Größenordnung von 1 bis 5 größer als die Wicklungszahl
der primären Wicklung ist und die Impedanz der Belastung viel niedriger ist als
die Impedanz der sekundären Wicklung, Demzufolge wird der sekunde Strom praktisch
nur durch den primären Storm bestimmt, und die an den sekundären Klemmen meßbare
Ausgangsspannung e^ibt sich als Produkt des sekundären Stromes und de Impedanz der
Belastung. Der normale Betriebszustand eines Stromwandlers is ein solcher Zustand,
wo der primäre Strom durch das angeschlossene Netz bestimmt ist, und die an den
sekundären lXleelmen angeschlossene Belastung s-ch zwischen einem Kurzschluß und
einer, der zugelassener Belastung entsprechenden Impedanz verandern kann, In solchen
Fällen sind der Fluß und der Bisenverlust des tisenkerns des Stromwandlers sowie
die and den sekundären Klemmen meßbare Spannung wegen der Gegenerregung beider Wicklungen
relative klein, Wenn die Impedanz der Belastung erhöht wird, wächst auch der Fluß
und der Eisenverlust des Eisenkerns des Stromwandlers zusammen mit der Ausgangsspannung
an den sekundären Klemmen, Dieser Prozeß spielt sich in erhöhtem Grad bei einer
Unterbrechnung des sekundären Kreises ab, wenn die Impedanz der Belastung unendlich
hoch ist, In diesem Fall wird der FluB des Eisenkern durch die wolle
primäre
Erregung erzeugt, so daß dieser das Vielfache des Nennwertes beträgt, Demzufolge
erscheint eine Überspannung an den sekundären Klemmen, die so die Einrichtung wie
das Bedienungspersonal gefährdet, zugleich erwärmt sich auch der Eisenkern in starkem
Laß, was vielleicht eine Explosion zur Folge hat. Die Uberlastung verursacht also
Unfallgefahr und Schaden, Den Schadenwert bestimmt hauptsächlich der Zerstörschaden
und der mittelbare Schadenwert des Betriebsausfalls, mit diesen verglichen kann
der ert des zerstörten Stromwandlers vernachlässigt werden.
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Zur Vermeidung der obenbeschriebenen ungunstigen Wirkungen soll die
Überlastung, die sich aus der Erhöhung der Belastungsimpedanz der sekundären Seite
des Stromwandlers ergibt, unbedingt verhindert werden. Laut des Standes der Technik
wird die dauernde Oberlastung des Stromvandlers mit fachgemäßen Betrieb und die
durch die Unterbrechung des sekundären Kreises verursachte Überlastung durch Kurzschließen
der sekundären Klemmen vor äedwelcher tiontagearbeit in der sekundären Seite verhindert.
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Der Nachteil der bekannten Maßnahmen besteht also darin, daß ihr Erfolg
von menschlichen Tätigkeit abhangig ist und wegen ihrer vorgeplanten Charakter zur
Verhinderung einer durch unfachgemäßen Betrieb und technische Fehler verursachten
Überlastung unfähig ist. Eben deshalb sollte eine technische Maßnahme gefunden werden,
die von menschlicher Tätigkeit unabhangig die Überlastung eines Stromwandlers automatisch
verhindert, Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz
von Stromwandlern zu schaffen, insbesondere zur Verhinderung von Überspannungs-
und Überlastungserscheinungen und deren Folgen beim Unter-
brechen
des sekundären Stromkreises des Stromwandlers, Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß eine seits die an den sekundären Klemmen des Stromwandlers auftretende erhöhte
Spannung die Uberlastung vorangeht und detektiert, andererseits das Auftreten der
Überlastung durch Kurzschließen der sekundären Klemmen des Stromwandlers verhindert
werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung
gelöst, in welcher mit einer an den sekundären Klemmen des Stromwandlers angeschlossenen
Belastung eine elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit derart parallel
geschlossen ist, daß eine Klemme der belastung an einem gemeinsamen Punk einer sekundären
Elemme des Stromwandlers und einer Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit und die andere Klemme der Belastung an einem anderen gemeinsamen
Punkt einer anderen sekundarren Klemme des Stromwandlers und einer anderen Elektrode
der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit angeschlossen ist,
ach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist die elektronische berspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit in einem ausgegossenen
Gehäuse des Stromwandlers derart eingebaut, daß zum Anschließen der Belastung die
gemeinsamen Punkte der sekundären Klemmen des Stromwandlers und der Elektroden der
elektronischen Uberspannungsfühler- und Kursschlußeinheit ausgebildet sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn die elektronische Uberspannungsfühler- und
Kurzschlußeinheit als zweckmäßig ausgestalteter Uberspannungsableiter ausgebildet
ist,
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
enthält die Uberspannungsfühler und Kurzschlußeinheit einen antiparallel geschalteten,
aus einem ersten Thyristor, erster Diode und erster Zener-Diode und aus einem zweiten
Thyristor, zweiter Diode und zweiter Zener-Diode aufgebauten elektronischen Schaltkreis
derart, daß ein gemeinsamer Punkt der Anode des ersten Thyristors und der Kathode
des zweiten Thyristors die eine Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit bildet, und ein zweiter gemeinsamer Punkt der Kathode des
ersten Thyristors und der Anode des zweiten Thyristors die andere Elektrode der
elektronischen Uberspannungsfühler- und KurzschluSeinheit bildet. 3ie Anode der
ersten Diode ist an der Anode des ersten Qhyristors angeschlossen, und die Kathode
der ersten diode ist mit der Kathode der ersten Zener-Diode verbunden, deren Anode
an der Steuerelektrode d-s ersten Thyristors angeschlossen ist;die Anode der zweien
diode ist an de Aroie des zweiten Thyristors angesch oseen, und die Kathode der
zweiten Diode ist mit der Kathode der zweiten Zener-Diode verbunden, deren Anode
ar der Steuerelektrode des zweiten Thyristors angeschlossen ist, Nac einem weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalt die elektronische Überspannungsfühler- und
Kurzschlußeinheit einen aus dem ersten und zweiten Thyristor, aus der ersten und
zweiten Zener-Diode aufgebauten, antiparallel eschalteten elektronischen Schaltkreis
derart, da3 der gemeinsame Punkt der Anode des ersten Thyristors und der Kathode
des zweiten Thyristors die eine Elektrode der Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit
bildet, un der gemeinsame Punk der Kathode des ersten Thyristors und der Anode des
zweiten Thyristors die andere Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit bildet, zugleich die Kathode der ersten Zener-Diode an der
Anode
des ersten Thyristors, und die Anode der ersten Zener-Diode an der Steuerelektrode
des ersten Thyristors angeschlossen ist, und die Kathode der zweiten Zener-Diode
mit der Anode des zweiten Thyristors und die Anode der zweiten Zener-Diode mit der
Steuerelektrode des zweiten Thyristors verbunden ist, Weitere Merkmale der Erfindung
werden nachstehend anhand der einige Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung
näher erläutert, Es zeigt Figur 1 ein theoretisches Schaltschema, Figur 2 ein theoretisches
Schaltschema mit einer in dem ausgegossenen Gehause des Stromwandlers eingebauten
überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit, Figur 3 ein theoretisches Schaltschema
mit einem berspannungsableiter, figur 4 ein theoretisches Schalt schema mit einem
Dioden/ Zener-Dioden-Überspannungsfühler und einer Thyristor-Kurzschlußeinheit,
Figur 5 ein theoretisches Schaltschema mit einem Zener-Dioden-Überspannungsfühler
und einer Thyristor-Kurzschlußeinheit.
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Laut eines in der Figur 1 sichtbaren theoretischen Schemas ist eine
elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 mit einer an sekundären
Klemmen 2 und 3 eines Stromwandlers 1 angeschlossenen Belastung 4 parallel geschaltet,
Eine Klemme 6 der Belastung 4 ist an einer sekundären Klemme 2 des Stromwandlers
1 und an einer gemeinsamen Klemme 8 einer Elektrode 7 der elektronischen überspannungsfühler-
und Rurzschlußeinheit 5 angeschlossen, Eine andere Klemme 9 der Belastung 4 ist
an einer anderen gemeinsamen Klemme 11 der anderen sekundären Klemme 3 des Stromwandlers
1 und einer anderen Elektrode 10 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit
5
angeschlossen, Dadurch werden die sekundären Klemmen 2 und 3
des Stromwandlers 1 im Pall einer überlastung infolge der an den sekundären Klemmen
2 und 3 auftretenden überspannung duerch die elektronische Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit 5 kurzgeschlossen, und damit die Überlastung des Stromwandlers
1 automatisch beseitigt, Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Überlastungsschutzes soll
zweckmä3ig gesichert werden, daß die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlu2einheit
5 von den sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 versehentlich überhaupt
nicht und mit absicht nur mit grober Zerstörung abgetrennt werden kann. Diese bedingung
wird in der Ausführungsform in der riFur 2 erfüllt, wobei die elektronische Überspannungsfühler-
und Eurzschlu3einheit 5 in einem ausgegossenen Gehause 12 des Stromwandlers 1 eingebaut
ist, Zum Anschließen der elastung 4 dient die eine gemeinsame Klemme 8 der sekunderen
Klemme 2 des Stromwandlers 1 und der elektrode 7 der elektronischen Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit 5, und die andere gemeinsame kleine 11 der anderen sekundären
Klemme 3 des Stromwandlers 1 und der anderen Elektrode 10 der elektronischen TMerspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit 5, Die Aufgabe des überspannungsfühlens und des Kurzschlie-3ens
des Überlastungsschutzes kann mit einem einzigen Mittel gelöst werden. Eine derartige
Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt, wobei die elektronische Überspannungsfühler-
und Kurzschlußeinheit 5 durch einen zweckmäßig ausgebildeten überspannungsableiter
13, z,B, einen überspannungsableiter aus Halbleitermaterial, oder entsprechend zusammengestellten
Selenzellenreihe oder einen anderen, gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten
Jberspannungsableiter
ausgeführt ist.
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Tn den Ausführungsformen in den Figuren 4 und 5 kann die Ansprechspannung
der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 genauer eingestellt
und ihre Verlustleistung vermindert werden, In der Schaltungsanordnung aus Figur
4 enthält die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 einen aus
ersten Thyristor 14, ainer ersten Diode 15 und einer ersten Zener-Diode 16 ferner
aus einem zweiten Thyristor 17, einer zweiten Diode 18 und einer zweiten Zener-Diode
19 bestehenden antiparallel geschalteten elektronischen Stromkreis, Ein gemeinsamer
Punkt einer anode 20 des ersten Thyristors 14 und einer Kathode 21 des weiten Thyristors
17 bildet eine Elektrode 7 der elektronischen Überspanngunsfühler- und Kurzschlußeinheit
, und ein gemeinsamer Punkt einer kathode 22 des ersten Thyristors 14 und einer
Anode 23 des zweiten Thyristos 17 bildet die andere Elektrode 10 der elektronischen
berspannungsfühler- und Kurzschlu2einheit 5, Die sekundären Klemmen 2 und 3 des
Stromwandlers 1 werden durch die Thyristoren 14 und 17 kurzgeschlossen, wobei die
Aufgabe des Überspannungsfühlens und der Zündung der Thyristoren 14 und 17 durch
die Dioden 15 und 18 und durch die Zener-Dioden 16 und 19 versehen ist, Zur Lösung
dieser Aufgabe ist eine Anode 24 der ersten Diode 15 an der Anode 20 des ersten
Thyristors 14 angeschlossen, und eine Kathode 25 der ersten Diode 15 ist mit einer
Kathode 26 der ersten Zener-Diode 16 verbunden und eine Anode 27 der ersten Zener-Diode
16 ist an einer Steuerelektrode 28 des ersten Thyristors 14 angeschlossen.
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Ahnlicherweise, eine Anode 29 der zweiten Diode 18 ist an der Anode
23 des zweiten Thyristors 17 angeschlossen, und eine Kathode 30 der zweiten Diode
18 ist mit der Ka-
thode 31 der zweiten Zener-Diode 19 verbunden,
una eine Anode 32 der zweiten Zener-Diode 19 ist an einer Steuerelektrode 33 des
zweiten Thyristor 17 angeschlossen, Dadurch wird erreicht, daß wenn die an der sekundären
Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 meßbare Spannung von beliebiger Polarität den
Wert der Zener-Spannung der Zener-Dioden 16 oder 19 übersteigt, bekommt der entsprechende
Thyristor 14 oder 17 einen Steuerimpuls und schaltet durch, wodurch die überlastung
des Stromwandlers 1 durch das Kurzschlie3en seiner sekundären Klemmen 2 und 3 verhindert
wird, Der leitende Thyristor 14 oder 17 unterbricht den Strom nach dem Ablauf der
Halbperiode und der Kurzschluß des Überlastungsschutzes wird automatisch aufgehoben,
Die erste und die zweite Diode 15 und 18 vermindern die Beanspruchung der Steuerkreise
des ersten und des zweiten Thyristors 14 und 17 in Sperrichtung, nenn die an den
Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 meßbare Spannung niedriger ist als die zugelassene
Sperrichtungsspannung der Steuerkreise der Thyristoren 14 und 17 ar können die Dioden
15 und 18 verlassen werden. reine solche Äusführungsform ist in der Figur 5 dargestellt,
wobei die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit einen aus dem
ersten Thyristor 14, dem zweiten Thyristor 17,der ersten Zener-Diode 16 und der
zweiten Zener-Diode 19 bestehenden elektrischen antiparallel geschalteten Stromkreis
enthält, In dieser Schaltungsanordnung bilden die miteinander verbundenen Anode
20 des ersten Thyristors 14 und Kathode 21 des zweiten Thyristors 17 die Elektrode
7 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5, und der gemeinsame
Punkt der Kathode 22 des ersten Thyristors 14 und der Anode 23 des zweiten Thyristors
17 bilden die andere Elektrode 10 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit
5,
zur die Triggerung der Thyristoren 14 und 17 ist die kathode
26 der ersten Zener-Diode 16 and der Anode 20 des ersten Thyristors 14 und die Anode
27 der ersten Zener-Diode 16 an der Steuerelektrode 28 des ersten Thyristors ld,
angeschlossen, Ahnlicherweise, die Kathode 31 der zweiten Zener-Diode 19 ist an
der Anode 23 des zweiten Thyristors 17 und die Anode 32 der zweiten Zener-Diode
19 an der Steuerelektrode 33 des zweiten Thyristors 17 angeschlossen, Durch die
ausffihrliche Darstellung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde hoffentlich
für alle Fachleute klar, da3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dem gesetzten
Ziel völlig entspricht, da durch die automatische Begrenzung der Spannung zwischen
den sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 zur Verhinderung der oberlastung
des Stromwandlers 1 und dadurch zur Beseitigung der Folgen der Überlastung geeignet
ist. in wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin,
daß der Überlastungsschutz automatisch und von der menschlichen Tätigkeit unabhängig
arbeitet und nur in dem Fall einschaltet, wenn der Eingriff unvermeidlich ist, Als
weiterer Vorteil dient die Tatsache, da3 zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
keine ëuSere Energiequelle benötigt wird und dadurch die Zuverlässigkeit des Überlatungsschutzes
ansteigt,