DE3612621A1

DE3612621A1 - Kurzschluss-schutzschaltung fuer eine unterbrechungssichere stromversorgung mit einem wechselrichter

Info

Publication number: DE3612621A1
Application number: DE19863612621
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kobe Hyogo Oshikiri
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1986-11-20
Anticipated expiration: 2006-04-16
Also published as: KR910006950B1; JPS61262026A; CA1309136C; DE3612621C2; US4725916A; KR860009531A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung mit einem Wechselrichter, in der bei Auftreten eines fehlerhaften Kurzschlusses in einem einen Lastkreis versorgenden Speisekreis ein selektives Abtrennen des mit einer Sicherung versehenen, kurzgeschlossenen Speisekreises durch Anschalten der Energie einer öffentlichen Stromversorgung mittels eines Uberbrückungskreises erfolgt.

Eine solche bekannte Kurzschluß-Schutzschaltung ist in dem Blockschaltbild nach Figur 1 gezeigt. Sie enthält einen Wechselrichter 1, einen zwischen diesem Wechselrichter 1 an eine Leitung 3 angeschlossenen Thyristorschalter 2 mit einer Mehrzahl von Speisekreisen, die über Sicherungen 4 angeschlossen sind, einen in der Leitung 3 eingefügten Stromsensor 5, eine öffentliche Stromversorgung 6, die über einen Überbrückungskreis 11 und einen Überbrückungs-Thyristorschalter 7 mit der Leitung 3 verbunden ist, einen an den Stromsensor 5 angeschlossenen Überstromdetektor 8 und eine UND-Schaltung 9. Die UND-Schaltung 9 verknüpft ein Signal S-, und das Ausgangssignal des Überstromdetektors 8, wobei das Signal S, ein Schaltbereitschaftssignal ist, das dann auftritt, wenn die Spannung der öffentlichen Stromversorgung 6 mit der Spannung des Wechselrichters 1 synchron ist. Außerdem ist ein Flip-Flop 10 vorgesehen, das bestimmt, ob Leistung über den Überbrückungskreis 11 oder von dem Wechselrichter 1 zugeführt wird. Gatter-

treiberschaltungen 12 und 13 sind vorgesehen sowie ein Abschaltverzögerungskreis 14, mit dem das Abschalten des überbrückungsthyristorschalter 7 verzögert wird. Eine Verriegelungsschaltung 15 führt eine Verriegelung eines Wechselrichtersignals S- durch, welches anzeigt, ob der Wechselrichter 1 betriebsbereit ist, um einen Wechsel der Stromversorgung von dem Uberbrückungskreis 11 auf den Wechselrichter 1 zuzulassen. S₃ ist ein Befehlssignal, das von dem Uberbrückungskreis 11 an den Wechselrichter 1 gegeben wird.

Die Funktion dieser Schutzschaltung wird nachstehend erläutert. Wird die an einen der Speisekreise angeschlossene Last von dem Wechselrichter 1 mit Strom versorgt, so führt ein (fehlerhafter) Kurzschluß in der Last zu einem überstrom am Ausgang des Wechselrichters 1. Dieser überstrom wird durch den Stromsensor 5 gemessen und durch den überstromdetektor 8 festgestellt. Ein Signal aus dem überstromdetektor wird mit dem Schaltbereitschaftssignal S-. in der UND-Schaltung 9 verknüpft, und beim Auftreten beider Signale an den Eingängen wird das Flip-Flop 10 getriggert, wodurch der Thyristorschalter 2 des Wechselrichters 1 über die Gattertreiberschaltung 13 gesperrt und darüber hinaus der uberbruckungsthyristorschalter 7 über die Gattertreiberschaltung 12 und den Abschaltverzögerungskreis 14 eingeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Stromversorgung der Last von dem Wechselrichter 1 auf den uberbrückungskreis 11 umgeschaltet wird. Sobald der uberbruckungsthyristorschalter 7 einschaltet, fließt von der öffentlichen Stromversorgung 6 ein hoher Kurzschlußstrom über die Sicherung 4 in den Speisekreis zur Last, so daß die

Sicherung 4 durchbrennt. Sobald der Ausgangsstrom auf einen normalen Wert und der überstromdetektor 8 in die Ruhelage zurückkehrt, wird das Flip-Flop 10 abhängig von dem Wechselrichtersignal S₂ und dem Ausgangssignal der UND-Schaltung 9 zurückgestellt. Dies hat zur Folge, daß der Thyristorschalter 2 wieder einschaltet und der überbrückungsthyristorschalter 7 ausschaltet. Da der Wechselrichter 1 einen verhältnismäßig hohen Innenwiderstand hat, wird beim Umschalten der Stromversorgung von dem überbrückungskreis 11 auf den Wechselrichter 1 das Abschalten des Uberbrückungsthyristorschalters 7 verzögert, während die Phase des Wechselrichter in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal S₃ langsam angepaßt wird.

Bei dieser bekannten Kurzschluß-Schutzschaltung ist es notwendig, die Last wieder mit dem Wechselrichter 1 zu verbinden, nachdem die Sicherung 4 durchgebrannt ist, und dies erfordert eine komplizierte Folgesteuerung des Wechselrichters zur Wiederinbetriebnahme, was einen erheblichen Nachteil bedeutet. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei der Umschaltung der Last auf den Überbrückungskreis 11 ein Ausfall des Überbrückungsthyristorschalters 7 aufgrund des Kurzschlußstromes auftreten kann, so daß dieser in einem leitenden Zustand verbleibt. In einem solchen Fall ist clas Zurückschalten der Last auf den Wechselrichter 1 unmöglich, weil der Überbrückungsthyristorschalter 7 nicht mehr ausgeschaltet werden kann. Ein drittes Problem besteht darin, daß nach Einschalten des Thyristorschalters 2 ein stetiges Ansteigen des Querstromes und damit ein Ausfall des Systems auftreten kann.

Δ. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung mit einem Wechselrichter vorzuschlagen, die die vorstehend aufgezählten Nachteile der bisher bekannten Schutzschaltungen vermeidet. Es soll insbesondere eine vereinfachte und zuverlässige Schutzschaltung vorgeschlagen werden, die bei einem fehlerhaften Kurzschluß eines Teils der Last selektiv den kurzgeschlossenen Speisekreis durch Zuführung von Leistung über einen Uberbrückungskreis abtrennen, ohne daß dabei wieder Anlaufprobleme beim Rückschalten auf den Wechselrichter entstehen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Anschalten der Energie aus der öffentlichen Stromversorgung nur für eine kurze Zeit erfolgt und daß während dieser Zeit der Wechselrichter in Betrieb bleibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer konventionellen Kurzschluß-Schutzschaltung; und

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschluß-Schutzschaltung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 werden die mit der Schutzschaltung nach Figur 1 gemeinsamen Teile nicht noch einmal beschrieben. Die Anordnung nach Figur 2 enthält darüber hinaus eine UND-Schaltung 21, deren Ausgangssignal das logische Produkt eines Ausgangssignals des Uberstromdetektors 8 und eines Strombegrenzungssignals S. ist, das den Befehl zur Begrenzung des Ausgangsstromes des Wechselrichters gibt. Weiterhin ist ein Zähler 22 vorgesehen, der mit dem Ausgang der UND-Schaltung 21 verbunden ist, sowie ein Zeitgeber 23 zur überwachung der Dauer des Überstromes. Eine Gattertreiberschaltung 24 steuert deft Überbrückungsthyristorschalter 7, und das Signal S. dient zur Auslösung einer strombegrenzung des Wechselrichters.

Nachfolgend soll die Funktion dieser Kurzschluß-Schutzschaltung beschrieben werden. Die Stromversorgung der Last erfolgt normalerweise von dem Wechselrichter 1, der als unterbrechungssichere Stromversorgung mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz arbeitet. Beim Auftreten eines Kurzschlusses an einem der Last-Speisekreise wird der daraus resultierende Überstrom durch den überstromdetektor 8 festgestellt und ein entsprechendes Ausgangssignal gelangt an die UND-Schaltung 21. Zusammen mit einem Schaltbereitschaftssignal S₁, das die Bereitschaft des öffentlichen Stromnetzes und einen Synchronismus anzeigt, liefert der Zähler 22 aufgrund des Ausgangssignals des Uberstromdetektors ein Ausgangssignal. Liegt das Schaltbereitschaftssignal S, nicht vor, so wird ein Strombegrenzungssignal S-ausgegeben, während dann, wenn die logischen UND-Be-

dingungen erfüllt sind, der Zeitgeber 23 ein Impulssignal definierter Zeitdauer ausgibt. Dieses Signal gelangt als Eingangssignal über die Gattertreiberschaltung an den Uberbrückungsthyristorschalter 7 und schaltet diesen ein. Auf diese Weise wird für eine kurze Zeitdauer Leistung sowohl von der öffentlichen Stromversorgung 6 als auch über den Wechselrichter 1 auf die Sicherung 4 des betreffenden Speisekreises gegeben/ die innerhalb weniger Millisekunden aufgrund des hohen Kurzschlußstromes durchbrennt, der aufgrund der öffentlichen Stromversorgung 6 mit kleinem Innenwiderstand ermöglicht wird. Auf diese Weise wird der kurzgeschlossene Speisekreis abgetrennt.

Auf der anderen Seite stellt der Wechselrichter 1 eine Stromquelle mit verhältnismäßig großem Innenwiderstand gegenüber dem Innenwiderstand der öffentlichen Stromversorgung 6 dar und läßt somit nur einen geringen Kurzschlußstrom zu. Beim üblichen Synchronbetrieb des Wechselrichters 1 zusammen mit der öffentlichen Stromversorgung 6 sind die bei einem solchen kurzen Parallelbetrieb fließenden Querströme verhältnismäßig niedrig.

Sollte eine Entfernung des Kurzschlusses in dem Speisekreis oder ein Durchbrennen der Sicherung 4 nicht innerhalb kurzer Zeit gelingen, so wird ein Strombegrenzungssignal S. von der UND-Schaltung 21 ausgegeben. Abhängig von diesem Signal vermindert der Wechselrichter 1 seinen Strom und beendet dann seinen Betrieb. Ein solcher bleibender Kurzschluß über einige Millisekunden führt wiederum zu einem Ausbleiben der Ausgangsspannung und damit zu einer Außerbetriebnahme der Belastung. Auf diese Weise führt eine Un-

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terbrechung der ausfallsicheren Stromversorgung zu keinem Problem der Betriebsweise des Systems.

Die Eigenschaften des erfindungsgemä'ßen Systems bleiben auch erhalten, wenn eine Mehrzahl von Wechselrichtern vorgesehen ist und ein Uberstromdetektor den Gesamtstrom im Uberbrückungskreis mißt anstelle eines einzigen Wechselrichters und eines Uberbrückungskreises wie in Verbindung mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Anstelle des Transistorschalters 2 im Stromkreis des Wechselrichters 1 kann auch ein elektromechanisch betätigter Schaltschütz oder Kontakt vorgesehen sein, der als Ruhekontakt oder Arbeitskontakt ausgebildet ist, da es nicht notwendig ist, zwischen dem Einzustand und den Auszustand schnell zu schalten.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung während des Betriebs des Wechselrichters ein öffentliches Stromnetz kurzzeitig über einen Uberbrückungskreis mit der Last verbunden, um auf diese Weise ein selektives Abschalten des kurzgeschlossenen und fehlerhaften Speisekreises durchzuführen. Der erfindungsgemäße Aufbau läßt eine einfache sequentielle Steuerung des Wechselrichters zu und verhindert, daß der Uberbrückungsthyristorschalter ausfällt. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung hat außerdem den Vorteil, daß im Fall eines Zurückschaltens der Last von dem Uberbrückungskreis zum Wechselrichterkreis der fließende Querstrom gering ist.

- Leerseite

Claims

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, 2-3, Marunouchi 2 chome Chiyoda-ku, Tokyo 100, Japan Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung mit einem Wechselrichter Patentansprüche

1. Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung mit einem Wechselrichter, in der bei Auftreten eines fehlerhaften Kurzschlusses in einem einen Lastkreis versorgenden Speisekreis ein selektives Abtrennen des mit einer Sicherung versehenen, kurzgeschlossenen Speisekreises durch Anschalten der Energie einer öffentlichen Stromversorgung mittels eines Überbrückungskreises erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Anschalten der Energie aus der öffentlichen Stromversorgung (6) nur für eine kurze Zeit erfolgt und daß während dieser Zeit der Wechselrichter (1) in Betrieb bleibt.

JB/mr i

Martinistraße 24 Telefon Telecopierer Telex Datex-P

D-28OO Bremen 1 0421-328037 0421-3268 34 244020 fepatd 44421040311

2. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines fehlerhaften Kurzschlusses ein zeitbegrenzter Betrieb des Wechselrichters (1) bewirkt wird, wenn der kurzgeschlossene Speisekreis während der Versorgung mit Energie aus der öffentlichen Stromversorgung (6) nicht selektiv abgetrennt wird.

3. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

a) eine Schaltvorrichtung (2), die zwischen einen Wechselrichter (1) und einer Mehrzahl von mit je einer Last versehenen Speisekreisen geschaltet ist;

b) einen Uberstromdetektor (8), der zwischen die Schaltvorrichtungen (2) und die Speisekreise geschaltet ist und zur Feststellung von überströmen in einem spezifizierten Speisekreis der Last bei fehlerhaftem Kurzschluß ausgebildet ist;

c) eine UND-Schaltung (21), der das Detektorsignal vom Uberstromdetektor (8) zugeleitet wird;

d) einen Zähler (22), dem das Ausgangssignal der UND-Schaltung (21) sowie ein Schaltbereitschaftssignal (S,) vom Wechselrichter (1) zugeführt wird und der ein Strombegrenzungssignal (S*) an den Wechselrichter (1) gibt, wenn das Schaltbereitschaf tssignal (S,) ausgeschaltet ist;

e) einen Zeitgeber (23), der an den Zähler (22) angeschlossen und zur Ausgabe eines Impulssignals bestimmter Dauer ausgebildet ist, wenn die logischen Bedingungen der UND-Schaltung (21) erfüllt sind;

f) einen Überbrückungs-Thyristorschalter (7), der abhängig von dem vom Zeitgeber (23) über eine

Gattertreiberschaltung (24) kommenden, nur für eine kurze Zeit anliegenden Eingangssignal einschaltet; und

g) einen überbrückungskreis (11), der zwischen den Uberbrückungs-Thyristorschalter (7) und die öffentliche Stromversorgung (6) geschaltet ist.

4. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wechselrichtern (1) vorgesehen ist und daß ein Uberstromdetektor (8) in dem überbrückungskreis (11) angeordnet und in Abweichung von Anspruch 3 zum Messen des Gesamtstroms eingerichtet ist.

5. Kurzschluß-Schutzschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Wechselrichter (1) und den Überbrückungs-Thyristorschalter (7) geschaltete Schaltvorrichtung (2) ein Thyristorschalter ist.

6. Kurzschluß-Schutzschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (2) ein elektromechanisch betätigter Schaltschütz ist.