DE3612621C2

DE3612621C2 - Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung

Info

Publication number: DE3612621C2
Application number: DE3612621A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Oshikiri
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2006-04-16
Also published as: CA1309136C; US4725916A; KR910006950B1; DE3612621A1; KR860009531A; JPS61262026A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kurzschluß-Schutzschaltung ist aus der Siemens-Zeitschrift 52 (1978), Heft 7, Seiten 422-425, bekannt. Hieraus ist eine unterbrechungssichere Strom versorgung bekannt, bei der die Last normalerweise aus batterie-gestützten Wechselrichtern gespeist wird. Es ist möglich, jederzeit für eine kürzere oder längere Zeit auf die öffentliche Stromversorgung zurückzu schalten. Zusätzlich wird ein Hinweis gegeben (Seite 425), daß bei Anlagen mit kleiner Leistung träge Sicherungen mit kurzer Netzunterstützung selektiv ausgelöst werden können. Weitere unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit Pulswechselrichtern sind aus der Literaturstelle ETZ, Band 100 (1979), Heft 11, Seiten 540-545, und der DE-OS 31 27 460 bekannt. Bei letzte rer Literaturstelle wird zur Auslösung von Sicherungen die Ausgangsspannung eines Wechselrichters durch einen Transformator herunter- und der entsprechende Strom herauftransformiert, so daß die Sicherungen auch dann ausgelöst werden können, wenn der Wechselrichter die notwendige Stromstärke nicht direkt liefern kann.

Nachfolgend soll eine der Anmelderin intern vorlie gende Kurzschluß-Schutzschaltung anhand eines Block schaltbildes nach Fig. 1 einschließlich der damit zusammenhängenden Probleme erläutert werden.

Die Kurzschluß-Schutzschaltung nach Fig. 1 ent hält einen Wechselrichter 1, einen zwischen diesem Wechselrichter 1 an eine Leitung 3 angeschlossenen Thyristorschalter 2 mit einer Mehrzahl von Speise kreisen, die über Sicherungen 4 angeschlossen sind, einen in der Leitung 3 eingefügten Stromsensor 5, ei ne öffentliche Stromversorgung 6, die über einen Überbrückungskreis 11 und einen Überbrückungs-Thy ristorschalter 7 mit der Leitung 3 verbunden ist, ei nen an den Stromsensor 5 angeschlossenen Überstromde tektor 8 und eine UND-Schaltung 9. Die UND-Schaltung 9 verknüpft ein Signal S₁ und das Ausgangssignal des Überstromdetektors 8, wobei das Signal S₁ 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 be stimmt, 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 Ab schalten des Überbrückungsthyristorschalter 7 verzö gert wird. Eine Verriegelungsschaltung 15 führt eine Verriegelung eines Wechselrichtersignals S₂ durch, welches anzeigt, ob der Wechselrichter 1 betriebsbe reit ist, um einen Wechsel der Stromversorgung von dem Überbrückungskreis 11 auf den Wechselrichter 1 zuzulassen. S₃ ist ein Befehlssignal, das von dem Überbrückungskreis 11 an den Wechselrichter 1 gegeben wird.

Die Funktion dieser Schutzschaltung wird nachstehend erläutert. Wird die an einen der Speisekreise ange schlossene Last von dem Wechselrichter 1 mit Strom versorgt, so führt ein (fehlerhafter) Kurzschluß in der Last zu einem Überstrom am Ausgang des Wechsel richters 1. Dieser Überstrom wird durch den Stromsen sor 5 gemessen und durch den Überstromdetektor 8 festgestellt. Ein Signal aus dem Überstromdetektor 8 wird mit dem Schaltbereitschaftssignal S₁ in der UND-Schaltung 9 verknüpft, und beim Auftreten beider Signale an den Eingängen wird das Flip-Flop 10 ge triggert, wodurch der Thyristorschalter 2 des Wech selrichters 1 über die Gattertreiberschaltung 13 ge sperrt und darüber hinaus der Überbrückungsthyristor schalter 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 Überbrückungskreis 11 umgeschaltet wird. Sobald der Überbrückungsthyristor schalter 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 ab hängig von dem Wechselrichtersignal S₂ und dem Aus gangssignal 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 verhält nismäßig hohen Innenwiderstand hat, wird beim Um schalten der Stromversorgung von dem Überbrückungs kreis 11 auf den Wechselrichter 1 das Abschalten des Überbrückungsthyristorschalters 7 verzögert, während die Phase des Wechselrichter in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal S₃ langsam angepaßt wird.

Bei dieser 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 Folgesteue rung 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 Kurz schlußstromes auftreten kann, so daß dieser in einem leitenden Zustand verbleibt. In einem solchen Fall ist das Zurückschalten der Last auf den Wechselrich ter 1 unmöglich, weil der Überbrückungsthyristor schalter 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 auftre ten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschluß-Schutzschaltung der eingangs genannten Art mit einer einfachen und zuverlässigen Steuerung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeich nungen naher erläutert.

Es zeigen:

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

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschluß-Schutz schaltung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungs beispiels nach Fig. 2 werden die mit der Schutz schaltung nach Fig. 1 gemeinsamen Teile nicht noch einmal beschrieben. Die Anordnung nach Fig. 2 ent hält darüber hinaus eine UND-Schaltung 21, deren Aus gangssignal das logische Produkt eines Ausgangssig nals des Überstromdetektors 8 und eines Strombegren zungssignals S₄ ist, das den Befehl zur Begrenzung des Ausgangsstromes des Wechselrichters gibt. Weiter hin ist ein Zähler 22 vorgesehen, der mit dem Ausgang der UND-Schaltung 21 verbunden ist, sowie ein Zeitge ber 23 zur Überwachung der Dauer des Überstromes. Eine Gattertreiberschaltung 24 steuert den Über brückungsthyristorschalter 7, und das Signal S₄ dient zur Auslösung einer Strombegrenzung des Wech selrichters.

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 konstan ter Frequenz arbeitet. Beim Auftreten eines Kurz schlusses an einem der Last-Speisekreise wird der daraus resultierende Überstrom durch den Überstromde tektor 8 festgestellt und ein entsprechendes Aus gangssignal gelangt an die UND-Schaltung 21. Bei Vorhandensein eines Schaltbereitschaftssignals S₁, das die Betriebsbereitschaft des öffentlichen Stromnetzes sowie den Synchronismus mit dem Wechselrichter anzeigt, liefert der Zähler 22 aufgrund des Ausgangssignals des Überstromdetektors 8 ein Aus gangssignal an den Zeitgeber 23. Liegt das Schaltbereitschaftssignal S₁ nicht vor, so wird ein Strombegrenzungssignal S₄ ausgegeben, während dann, wenn die logischen UND-Be dingungen erfüllt sind, der Zeitgeber 23 ein Impuls signal definierter Zeitdauer ausgibt. Dieses Signal gelangt als Eingangssignal über die Gattertreiber schaltung 24 an den Überbrückungsthyristorschalter 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 Innen widerstand ermöglicht wird. Auf diese Weise wird der kurzgeschlossene Speisekreis abgetrennt.

Auf der anderen Seite stellt der Wechselrichter 1 eine Stromquelle mit verhältnismäßig großem Innenwi derstand gegenüber dem Innenwiderstand der öffent lichen Stromversorgung 6 dar und läßt somit nur einen geringen Kurzschlußstrom zu. Beim üblichen Synchron betrieb des Wechselrichters 1 zusammen mit der öf fentlichen Stromversorgung 6 sind die bei einem sol chen kurzen Parallelbetrieb fließenden Querströme verhältnismäßig niedrig.

Sollte eine Entfernung des Kurzschlusses in dem Spei sekreis oder ein Durchbrennen der Sicherung 4 nicht innerhalb kurzer Zeit gelingen, so wird ein Strombe grenzungssignal S₄ von dem Zähler 22 ausge geben. Abhängig von diesem Signal vermindert der Wechselrichter 1 seinen Strom und beendet dann seinen Betrieb. Ein solcher bleibender Kurzschluß über eini ge Millisekunden führt wiederum zu einem Ausbleiben der Ausgangsspannung und damit zu einer Außerbetrieb nahme der Belastung. Auf diese Weise führt eine Un terbrechung der ausfallsicheren Stromversorgung zu keinem Problem der Betriebsweise des Systems.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems blei ben auch erhalten, wenn anstelle eines einzigen Wechsel richters und eines Überbrückungskreises eine Mehrzahl von Wechsel richtern vorgesehen ist und ein Überstromdetektor den Gesamtstrom im Überbrückungskreis 3 mißt.

Anstelle des Thyristorschalters 2 im Stromkreis des Wechselrichters 1 kann auch ein elektromechanisch be tätigter Schaltschutz oder Kontakt vorgesehen sein, der als Ruhekontakt oder Arbeitskontakt ausgebildet ist, da es nicht notwendig ist, zwischen dem Einzu stand und den Auszustand schnell zu schalten.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegen den Erfindung während des Betriebs des Wechselrich ters ein öffentliches Stromnetz kurzzeitig über einen Überbrückungskreis mit der Last verbunden, um auf diese Weise ein selektives Abschalten des kurzge schlossenen und fehlerhaften Speisekreises durchzu führen. Der erfindungsgemäße Aufbau läßt eine ein fache sequentielle Steuerung des Wechselrichters zu und verhindert, daß der Überbrückungsthyristorschal ter ausfällt. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung hat außerdem den Vorteil, daß im Fall eines Zurück schaltens der Last von dem Überbrückungskreis zum Wechselrichterkreis der fließende Querstrom gering ist.

Claims

1. Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungs sichere Stromversorgung mindestens eines Speisekreises mit einer Last und einer vorgeschalteten Sicherung;
mit einem Wechselrichter,
einem Überstromdetektor für den Speisekreis und
einem Überbrückungs-Thyristorschalter zum kurzzeitigen Anschalten des Speisekreises an eine öffentliche Strom versorgung, wobei der Wechselrichter mit dem Speisekreis verbunden bleibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine UND-Schaltung (21) vorgesehen ist, der ein Über stromsignal des Überstromdetektors (8) und ein für den Wechselrichter (1) bestimmtes Strombegrenzungssignal (S4) zugeführt wird, und die dann ein Ausgangssignal an einen Zähler (22) abgibt, wenn das Überstromsignal vor handen, aber das Strombegrenzungssignal (S4) nicht vor handen ist;
daß der Zähler (22) durch das Ausgangssignal der UND- Schaltung (21) und durch ein Schaltbereitschaftssignal (S1), das signalisiert, wenn die öffentliche Stromver sorgung (6) intakt und mit der Ausgangsspannung des Wechselrichters (1) synchron ist, gesteuert wird und

- bei Vorhandensein des Ausgangssignals der UND-Schal tung (21) und Nichtvorhandensein des Schaltbereit schaftssignals (S1) das Strombegrenzungssignal (S4) für den Wechselrichter (1) abgibt, aber
- bei Vorhandensein des Ausgangssignals der UND-Schal tung (21) und Vorhandensein des Schaltbereitschafts signals (S1) einen Zeitgeber (23) ansteuert und die ser den Überbrückungs-Thyristorschalter (7) für eine vorbestimmte Zeitdauer einschaltet.

2. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechselrichter (1) und dem Speisekreis eine Schaltvorrichtung (2) an geordnet ist.

3. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (2) ein Thyristorschalter ist.

4. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (2) ein elektromechanisch betätigter Schaltschütz ist.

5. Geänderte Kurzschluß-Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wechsel richtern (1) vorgesehen ist.