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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Auslöser für
einen Mehrpol-Leistungsschalter mit einem Schaltmechanismus für
ein trennbares Kontaktsystem, bestehend aus:
- einer Meßschaltung mit einer positiven Ausgangsklemme und einer
negativen Ausgangsklemme sowie pro Pol einem Strommeßsystem
mit einem Stromwandler zur Überwachung des in jedem aktiven
Leiter des Wechselstromnetzes fließenden Stroms, wobei jeder der
aktiven Leiter die Primärwicklung eines Stromwandlers bildet,
- einer ersten Schaltung von Gleichrichtmitteln, in denen
Diodengleichrichterbrücken zu Gleichrichtereinheiten zusammengeschaltet
und zur Bereitstellung eines ersten gleichgerichteten, dem
Maximalwert der Netzströme proportionalen Schaltsignals mit dem genannten
Meßwandler elektrisch verbunden sind,
- einem mit einer Klemme jeder Sekundärwicklung der Stromwandler
verbundenen gemeinsamen Leiter,
- einem ersten elektronischen Schaltkreis zur Verarbeitung des
genannten ersten Schaltsignals, der zumindest eine verzögerte oder
unverzögerte Auslöseschaltung zur verzögerten oder unverzögerten
Übertragung des Auslösebefehls an ein elektronisches Schaltorgan
bei Überschreiten eines festgelegten Schwellwerts durch das
genannte Signal umfaßt,
- einem Elektromagneten mit einer durch das genannte Schaltorgan
angesteuerten Auslösespule, die nach Empfang des Auslösebefehls
auf den Schaltmechanismus wirkt und so das trennbare
Kontaktsystem öffnet,
- einem Prüfstromkreis, der eine erste Hilfsklemme und eine zweite
Hilfsklemme zum Anschluß an einen Fehlersimulator umfaßt, der
einen simulierten Fehlerstrom injiziert, um die Funktion des
elektronischen Auslösers bei an die aktiven Leiter angeschlossenem
bzw. von diesen getrenntem Leistungsschalter zu überprüfen,
- sowie einem internen Verbindungsstromkreis zur Verbindung der
Hilfsklemmen mit der Meßvorrichtung.
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Der Einsatz eines Prüfstromkreises in einem elektronischen Auslöser
ist bekannt und gestattet die Überprüfung der Funktion des
Auslösers durch Injektion eines künstlichen Fehlerstroms, der einen
Überstrom oder Kurzschlußstrom simuliert. Dieser Strom übersteigt im
allgemeinen den Auslöseschwellwert der kurz- oder
langzeitverzögerten Auslöseschaltung. Eine erste Prüfmöglichkeit ergibt sich bei
vom Netz getrenntem Leistungsschalter, wenn der elektronischen
Auslöser durch Anschluß des Fehlersimulators an die Prüfklemmen
und Injektion des simulierten Fehlerstroms gespeist wird. Das
Öffnen der Kontakte des Leistungsschalters als Folge der Prüfung zeigt
dem Bedienpersonal die ordnungsgemäße Funktion des
elektronischen Auslösers an.
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Eine zweite Prüfmöglichkeit besteht, wenn der Leistungsschalter
betriebsbereit an das zu überwachende Netz angeschlossen ist. Das
Patent USA 3 924 160 beschreibt einen Prüfstromkreis für einen
Dreiphasen-Leistungsschalter, in den parallel zu einer Diode ein
Gleichstrom-Prüfsignal injiziert werden kann, deren Anode mit der
positiven Ausgangsklemme einer mit einem der Stromwandler
verbundenen Gleichrichterbrücke verbunden ist. Die drei
Gleichrichterbrücken sind in Reihe geschaltet und die
Signalverarbeitungselektronik spricht auf den größeren Strom an:
- Wenn der von den Stromwandlern gelieferte Phasenstrom größer
ist als der Prüfstrom, wird die Diode des Prüfstromkreises in
Durchlaßrichtung geschaltet, und die Signalverarbeitungselektronik wird
lediglich mit dem Phasenstrom beaufschlagt;
- Wenn der Prüfstrom größer ist als der Phasenstrom, wird die Diode
des Prüfstromkreises gesperrt, und die Signalverarbeitungselektronik
spricht nur auf den Prüfstrom an.
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Mit einem solchen Prüfstromkreis kann die
Signalverarbeitungselektronik an den jeweils größeren Strom angepaßt werden, so daß die
Prüfung unabhängig von den Werten der Phasenströme ist. Die
Funktion des Auslösers wird durch Kurzschließen der Prüfklemmen
nicht beeinträchtigt. Bei dieser Vorrichtung besteht jedoch das
Problem der Polarität der Prüfklemmen. Die Anode der Diode muß auf
jeden Fall an den Minuspol des Simulators und die Kathode der
Diode an den Pluspol des Simulators angeschlossen werden. Ein
Polungsfehler beim Anschluß des Simulators führt zur Zerstörung
der Diode und der Signalverarbeitungselektronik.
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Das Patent USA 4 060 844 bezieht sich auf einen elektronischen
Auslöser für einen Dreiphasen-Leistungsschalter, der eine
Meßelektronik aus mit zwei parallelgeschalteten Gleichrichterbrücken
zusammenwirkenden Stromwandlern umfaßt. Ein Prüfstromkreis mit
einer Diode ist zur Gleichstromseite der Gleichrichterbrücken
parallelgeschaltet, wobei die Anode der Prüfdiode mit dem Pluspol des
Simulators und die Kathode mit der positiven Ausgangsklemme der
Gleichrichterbrücken verbunden ist. Die negative Ausgangsklemme
der Gleichrichterbrücken ist mit dem Minuspol des Simulators
verbunden. Ein solcher Auslöser ist unempfindlich gegen ein etwaiges
Kurzschließen der Prüfklemmen, die Gleichstromprüfung ist jedoch
noch immer polaritätsabhängig und durch Fehlen einer
Funktionsprüfung des Detektors, vor allem des gemeinsamen Leiters der
Sekundärwicklungen der Stromwandler, unvollständig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit und
Sicherheit von in elektronische Auslöser integrierten
Prüfstromkreisen unabhängig von der Netzform zu verbessern.
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In einer ersten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Auslöser
dadurch gekennzeichnet daß:
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- der interne Verbindungsstromkreis auf den Eingang einer zu einer
zweiten Schaltung von Gleichrichtmitteln gehörenden
Gleichrichtereinheit geschaltet ist, die aus einer durch zwei Diodengruppen
gebildeten Diodengleichrichterbrücke besteht, deren Ausgang zu den
entsprechenden Ausgängen der Diodengleichrichterbrücken der
genannten ersten Gleichrichtmittel parallelgeschaltet ist,
- die Dioden der Gleichrichtereinheiten der ersten bzw. zweiten
Gleichrichtmittel in mehrere identische, zwischen der positiven
Ausgangsklemme und der negativen Ausgangsklemme
parallelgeschaltete Gruppen aufgeteilt ist, wobei jede Gruppe ein in Reihe zu einer
Halbbrücke zusammengeschaltetes Diodenpaar umfaßt und eine der
Gruppen der zweiten Gleichrichtmittel sämtlichen anderen Gruppen
als Rückleitungspfad dient,
- die erste Hilfsklemme mit dem gemeinsamen Leiter verbunden ist,
der seinerseits mit dem gemeinsamen Punkt der Rückleitungsgruppe
verbunden ist,
- die zweite Hilfsklemme mit dem gemeinsamen Punkt der anderen
Gruppe der zweiten Gleichrichtmittel verbunden ist, während die
gemeinsamen Punkte der Gruppen der ersten Gleichrichtmittel
jeweils an diejenigen Klemmen der Sekundärwicklungen
angeschlossen sind, die den mit dem gemeinsamen Leiter verbundenen
Klemmen gegenüberliegen.
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Die Dioden der Brückengleichrichtereinheiten sind in mehrere
identische, zwischen der positiven Ausgangsklemme und der negativen
Ausgangsklemme der Meßvorrichtung parallelgeschaltete Gruppen
aufgeteilt, wobei jede Gruppe ein in Reihe geschaltetes Diodenpaar
umfaßt, dessen gemeinsamer Punkt mit einer der Klemmen der
Sekundärwicklung der Stromwandler, mit der ersten Hilfsklemme
des Prüfstromkreises sowie mit der zweiten Hilfsklemme des
Prüfstromkreises verbunden ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der dem Simulator zugeordnete
Prüfstromkreis sich wie eine an die Wechselstromseite einer
Gleichrichtereinheit angeschlossene Stromquelle verhält. Eine solche
Anordnung besitzt folgende Vorteile:
- Neben der Signalverarbeitungselektronik des Auslösers überprüft
der Prüfstromkreis auch den Zustand der Dioden der den
Prüfklemmen zugeordneten Gleichrichtereinheit;
- Der Auslöser ist unempfindlich gegen versehentliches oder
absichtliches Kurzschließen der Prüfklemmen bei betriebsbereitem
Leistungsschalter;
- Die Prüfung ist unabhängig von der Art des Prüfstroms:
Gleichstrom oder Wechselstrom beliebiger Frequenz;
- Eine Prüfung mit Gleichstrom ist nicht polaritätsabhängig und
erlaubt eine Polaritätsumkehr der Prüfklemmen;
- Die Prüfung ist bei betriebsbereitem Leistungsschalter von den
Netzbedingungen (symmetrisch oder asymmetrisch) unabhängig. In
diesem Fall addiert sich der Prüfstrom immer zum von den
Stromwandlern gelieferten gleichgerichteten Strom.
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Die erste Klemme des Prüfstromkreises liegt vorteilhaft an einem
gemeinsamen Leiter, der die Sekundärwicklungen der Stromwandler
verbindet.
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Die positive Ausgangsklemme der Meßvorrichtung ist einerseits mit
einem ersten Meßwiderstand mit festem oder in Abhängigkeit vom
Nennstrom veränderbarem Wert und andererseits mit den Kathoden
zweier Dioden verbunden, deren Anoden über den
Verbindungsstromkreis an der ersten bzw. zweiten Klemme des Prüfstromkreises
liegen, wobei die zweite Klemme elektrisch mit der
Wechselstromseite einer Gleichrichtereinheit verbunden ist.
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In einer zweiten Ausführungsart wird der Auslöser auf einen
Differenzstrom-Leistungsschalter angewandt und umfaßt zusätzlich
einen zwischen einer ersten Klemme des Prüfstromkreises und dem
Eingang einer Diodengleichrichterbrücke der Meßvorrichtung
geschalteten Differenzstrom-Detektor, wobei der andere Eingang der
genannten Gleichrichterbrücke mit einer zweiten Klemme des
Prüfstromkreises verbunden ist. Einwegleitungsmittel wirken mit dem
genannten Differenzstrom-Detektor (DDR) zusammen, so daß durch
Stromrichtungsumkehr des Prüfstroms im Prüfstromkreis die
Funktion der ersten und der zweiten elektronischen Schaltung zur
Verarbeitung des ersten Signals für den Überstromschutz bzw. des
zweiten Signals für den Differenzstromschutz des Auslösers getrennt
überprüft werden kann.
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Die Prüfung wird bei angeschlossenem oder getrenntem
Leistungsschalter mittels eines Simulators mit einer Stromquelle
vorgenommen, die einen Gleichstrom oder einen gleichgerichteten Strom
liefert. Die Stromrichtungsumkehr des Prüfstroms erfolgt durch
einfache Polaritätsumkehr der ersten und zweiten Klemme des
Prüfstromkreises. Die Prüfung des Fehlerstromschutzes ist bei einer
gegebenen Stromrichtung des Prüfstroms in einem Einpolwiderstand
des Detektors möglich. Die Prüfung des Überstromschutzes erfolgt
bei umgekehrter Richtung des Prüfstroms mit denselben
Prüfklemmen.
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Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, das
in den beigefügten Zeichnungen wie folgt dargestellt ist:
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Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des elektronischen Auslösers eines
Leistungsschalters für drei Phasen und Neutralleiter mit dem
erfindungsgemäßen Prüfstromkreis;
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Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild der Meßvorrichtung aus
Fig. 1;
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Fig. 3 zeigt in Abwandlung von Fig. 2 einen Auslöser eines
Leistungsschalters für drei Phasen ohne Neutralleiter;
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Fig. 4 zeigt das Strom-Zeit-Diagramm der Ströme der
Meßschaltung ohne Prüfstrom für ein symmetrisches Dreiphasen-Netz ohne
Neutralleiter;
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Fig. 5 zeigt das Strom-Zeit-Diagramm der Ströme der
Meßschaltung ohne Prüfstrom für ein asymmetrisches Dreiphasen-Netz mit
Neutralleiter;
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Fig. 6 entspricht dem Strom-Zeit-Diagramm aus Fig. 4 bei
Gleichstrom-Prüfung;
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Fig. 7 entspricht dem Strom-Zeit-Diagramm aus Fig. 5 bei
Wechselstrom-Prüfung;
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Fig. 8 zeigt ein Schaltbild des elektronischen Auslösers für einen
Differenzstrom-Leistungsschalter für drei Phasen und Neutralleiter
mit dem erfindungsgemäßen Prüfstromkreis;
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Fig. 9 zeigt die Meßschaltung aus Fig. 8 bei Prüfung des
Überstromschutzes;
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Fig. 10 entspricht der Darstellung aus Fig. 9 bei Prüfung des
Differenzstromschutzes.
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Fig. 1 zeigt einen Mehrpol-, insbesondere
Vierpol-Leistungsschalter 10 mit einem trennbaren Kontaktsystem 12, dessen Kontakte an
die entsprechenden aktiven Leiter R, S, T, N eines Dreiphasen-
Netzes mit Neutralleiter angeschlossen sind. Die beweglichen
Kontakte des Kontaktsystems 12 werden durch einen Schaltmechanismus
14 betätigt, der von einem elektronischen Auslöser 16 mit
Elektromagneten und Auslösespule 18 angesteuert wird. Die Erregung der
Auslösespule 18 bewirkt bei Überlast oder Kurzschluß die
Entriegelung
des Mechanismus 14 und so durch gleichzeitige Trennung des
Kontaktsystems 12 das Öffnen des Leistungsschalters 10.
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Der elektronische Auslöser 16 umfaßt eine Meß- bzw.
Erfassungsschaltung 20 mit Stromwandlern TI1, TI2, TI3 und TIN zur
Überwachung des in jedem aktiven Leiter R, S, T, N fließenden
Stroms. Die Primärwicklung jedes Stromwandlers TI1, TI2, TI3,
TIN wird durch den entsprechenden aktiven Leiter R, S, T, N
gebildet, der bei Stromschienen großen Querschnitts (hohe
Nennströme) direkt durch den Magnetkern geführt oder zu einer oder
mehreren Leiter- bzw. Leiterbandwindungen (niedrige Nennströme)
um den Magnetkern gewickelt werden kann. Einer der Anschlüsse
jeder Sekundärwicklung der Stromwandler TI1, TI2, TI3, TIN ist
elektrisch mit einem gemeinsamen Leiter 22 verbunden. Die anderen
Anschlüsse der beiden den Phasenleitern R und S zugeordneten
Stromwandler TI1 und TI2 sind mit den beiden
Wechselstromeingängen E1 und E2 einer ersten Gleichrichtereinheit PR1 mit vier in
Brückenschaltung angeordneten Dioden verbunden. Die anderen,
dem Phasenleiter T und Neutralleiter N zugeordneten Stromwandler
TI3 und TIN sind in entsprechender Art und Weise an die beiden
Wechselstromeingänge E3 und E4 einer zweiten Gleichrichtereinheit
PR2 mit einer Brückenschaltung von vier Dioden angeschlossen. Die
Erfassungsschaltung 20 umfaßt außerdem einen Prüfstromkreis 23
mit zwei Prüfklemmen 24, 26, die mit einem externen
Fehlersimulator (nicht abgebildet) zur Injektion eines simulierten Fehlerstroms
für die Funktionsprüfung des elektronischen Auslösers 16
zusammenwirken. Die beiden Prüfklemmen 24, 26 liegen über einen
internen Verbindungsstromkreis 28 an zwei Wechselstromeingängen E5
bzw. E6 einer dritten Gleichrichtereinheit PR3, wobei die Klemme
24 und der Eingang E5 über den gemeinsamen Leiter 22 verbunden
sind. Die einzelnen Ausgänge der Gleichrichterbrücken der drei
Gleichrichtereinheiten PR1, PR2, PR3 sind parallelgeschaltet, so
daß die Erfassungsschaltung 20 einen gemeinsamen positiven
Ausgang 30 und einen negativen Ausgang 32 hat, zwischen denen
ein Meßwiderstand R und eine Stromversorgungsschaltung ALIM
zur Einspeisung einer Referenzspannung Vcc in Reihe geschaltet
sind.
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Das vom positiven Ausgang 30 der Erfassungsschaltung 20 gelieferte
Stromsignal i max fließt im Meßwiderstand R, dessen Wert fest oder
in Abhängigkeit vom Nennstrom veränderbar ist. Die Signalspannung
VR zwischen den Klemmen des Meßwiderstands R ist proportional
zum Stromsignal imax und wird an eine elektronische
Signalverarbeitungsschaltung 34 angelegt, die dazu dient, einen Auslösebefehl
an einen elektronischen Umschalter oder gesteuerten Schalter,
insbesondere an einen in Reihe mit der Spule 18 des
Elektromagneten geschalteten Thyristor 36, abzugeben.
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Die Signalverarbeitungselektronik 34 umfaßt eine erste Schaltung
zur lang- und kurzzeitverzögerten Auslösung sowie eine zweite
Schaltung zur unverzögerten Auslösung, die nach Überschreiten
eines festgelegten Schwellwerts den genannten Auslösebefehl
verzögert oder unverzögert abgeben. Eine solche analoge
Auslöseschaltung ist im französischen Patent Nr. 2 530 089 des Anmelders
detailliert beschrieben, die Erfindung kann jedoch selbstverständlich
auch auf jede andere Art von Signalverarbeitungselektronik,
insbesondere einen digitalen Auslöser angewandt werden.
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Fig. 2 stellt das Ersatzschaltbild der Erfassungsschaltung 20 für
den Vierpol-Leistungsschalter 10 aus Fig. 1 dar, wobei die drei
Brückengleichrichtereinheiten PR1, PR2, PR3 mit zwölf Dioden
VD1 bis VD12 bestückt sind, die in sechs mit der positiven
Ausgangsklemme 30 und der negativen Ausgangsklemme 32
parallelgeschaltete Gruppen A bis F aufgeteilt sind. Jede Gruppe A bis F
umfaßt zwei in Reihe geschaltete Dioden VD1, VD2; VD3, VD4;
VD5, VD6; VD7, VD8; VD9, VD10; VD11, VD12, deren jeweiliger
gemeinsamer Punkt E1 bis E6 mit den Stromwandlern TI1, TI2, TI3,
TIN und über den gemeinsamen Leiter 22 mit der Prüfklemme 24
bzw. mit der anderen Prüfklemme 26 verbunden ist.
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Die Erfassungsschaltung 200 in Fig. 3 ist eine Variante von Fig. 2
für einen Dreiphasen-Leistungsschalter ohne Neutralleiter. In diesem
Fall entfallen lediglich die beiden Dioden VD7, VD8 der Gruppe D
und der Stromwandler TIN, das restliche Schaltbild ist mit
demjenigen aus Fig. 2 identisch.
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Bei angeschlossenem Leistungsschalter 10 und geschlossener
Stellung der Kontakte 12 entspricht die Funktionsweise der
Erfassungsschaltung 20, 200 mit dem erfindungsgemäßen Prüfstromkreis
23 den in Fig. 4 bis 7 dargestellten Diagrammen:
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- Fig. 4 zeigt das Strom-Zeit-Diagramm der phasenverschobenen,
von den Stromwandlern TI1, TI2, TI3 der in Fig. 3 dargestellten
Erfassungsschaltung 200 gelieferten Wechselströme i1, i2 bzw. i3.
Das Dreiphasen-Netz ist symmetrisch, und es wird kein Prüfstrom in
die Prüfklemmen 24, 26 injiziert. Der im Meßwiderstand R fließende
gleichgerichtete Strom imax weist eine leichte Welligkeit auf und
stellt den Maximalwert der Phasenströme dar, der der Summe der
positiven Halbwellen der Einzelströme i1, i2, i3 entspricht. Die
Dioden VD11 und VD12 bleiben ständig gesperrt;
- Fig. 5 stellt das Strom-Zeit-Diagramm der verschiedenen
Wechselströme in der Erfassungsschaltung 20 aus Fig. 2 ohne
Prüfstrom bei einem asymmetrischen Dreiphasen-Netz mit
Neutralleiter dar. In diesem Fall sind die Dioden VD11 und VD12 ständig
gesperrt, und der Strom imax im Meßwiderstand R entspricht zu
einem beliebigen Zeitpunkt der Summe der Werte der positiven
Halbwellen der Einzelströme i1, i2, i3 und iN;
- Fig. 6 entspricht dem Strom-Zeit-Diagramm aus Fig. 4
(symmetrisches Dreiphasen-Netz mit der Frequenz 50 Hz) bei einer
Gleichstrom-Prüfung. Verläuft die Stromrichtung des Prüf-Gleichstroms (i
test) von der Klemme 26 zum Eingang E6 (Fig. 3), sind die Dioden
VD11 und VD9 leitend und die Dioden VD12 und VD10 gesperrt.
Der Prüfstrom (i test) addiert sich zu den im Meßwiderstand R
fließenden Phasenströmen, und die Kurve des Stroms imax ist
gegenüber
der Kurve in Fig. 4 nach oben verschoben. Verläuft die
Stromrichtung des Prüf-Gleichstroms (i test) von der Klemme 24 zum
Eingang E5 (Fig. 3), sind die Dioden VD10 und VD12 leitend und die
Dioden VD9 und VD11 gesperrt. Der Prüfstrom addiert sich
ebenfalls zu den im Widerstand R fließenden Phasenströmen;
- Fig. 7 zeigt das Strom-Zeit-Diagramm aus Fig. 5
(asymmetrisches Dreiphasen-Netz mit Neutralleiter und 50 Hz) bei einer
Prüfung durch einen in die in Fig. 2 dargestellten Prüfklemmen 24, 26
injizierten Wechselstrom mit 200 Hz. Der im Prüfwiderstand R
fließende Strom imax entspricht der Summe der positiven Halbwellen
der Einzelströme i1, i2, i3, iN und des Prüf-Wechselstroms (i test).
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Während der Leistungsschalter 10 an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist, kann die Prüfung jederzeit durchgeführt werden und
der Prüfstrom (i test) addiert sich zu den von den Stromrichtern TI1
bis TIN gelieferten gleichgerichteten Strömen. Die Injektion des
Prüfstroms mit Hilfe des externen Simulators entspricht einem
Steuereingang eines Stromwandlers und wirkt auf die
Wechselstromseite der dritten, aus der Diodenbrücke VD9, VD10, VD11 und
VD12 gebildeten Gleichrichtereinheit PR3. Zusätzlich zur
Überprüfung der Signalverarbeitungselektronik 34 wird mit Hilfe der Prüfung
auch der Zustand der Erfassungsschaltung 20, 200
wechselstromseitig überprüft.
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Die Prüfung kann selbstverständlich auch bei vom Netz getrenntem
Leistungsschalter 10 durchgeführt werden. In diesem Fall fließt nur
der Gleich-Prüfstrom bzw. gleichgerichtete. Prüfstrom im
Meßwiderstand R, vorausgesetzt, daß die Einzel-Wechselströme i1, i2, i3, iN
der Stromrichter TI1 bis TIN gleich null sind.
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Die Gleichrichtung mit Überprüfung der Erfassungsschaltung (20,
200) ist unabhängig von der Art des Prüfstroms. Durch den
Fehlersimulator kann nämlich zur Prüfung der ordnungsgemäßen
Funktion des elektronischen Auslösers 16 gleichermaßen ein
Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit beliebiger Frequenz injiziert
werden. Die Polarität der Gleichstromquelle ist bei einer
Gleichstromprüfung ohne Auswirkung, und eine Polaritätsumkehr der
Prüfklemmen 24, 26 ist bei Anschluß des Simulators ohne weiteres
zulässig.
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Der elektronische Auslöser 16 ist unempfindlich gegen
versehentliches Kurzschließen der Prüfklemmen 24, 26, während der
Leistungsschalter 10 an das Netz angeschlossen ist.
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In einer Variante der Fig. 8-10 mit Anwendung auf einen
Vierpol-Differenzstromleistungsschalter wird für zur Schaltung in
Fig. 1-3 identische Bauelemente die gleiche Kennzeichnung
verwendet. Die zwölf Dioden (VD1 bis VD12) der Gleichrichtereinheit
PR sind in sechs identische Gruppen (A, B, C, D, E, F) aufgeteilt,
die elektrisch zwischen der positiven Klemme 30 und der negativen
Klemme 32 der Meßschaltung 20 parallelgeschaltet sind. Der
Widerstand R aus den Fig. 1 bis 3 wird zum ersten Meßwiderstand R1,
an dem das erste Schaltsignal ab gegriffen und an die erste
Signalverarbeitungselektronik zur Überprüfung auf Überlast und Kurzschlüsse
im Netz weitergeleitet wird.
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Der Auslöser umfaßt außerdem einen Differenzstrom-Detektor DDR
mit einem zweiten Meßwiderstand R2, der mit einem seiner
Anschlüsse an den gemeinsamen Punkt E5 der Gruppe E mit den
Dioden VD9 und VD10 und mit seinem anderen Anschluß an die
Anode einer Hilfsdiode VD13 angeschlossen ist, deren Kathode über
den gemeinsamen Leiter 22 an der Prüfklemme 24 liegt. Eine zweite
Diode VD14 ist gegenpolig mit der Reihenschaltung des
Widerstands R2 und der Diode VD13 verbunden. Die Anschlüsse dieses
zweiten Meßwiderstands R2 sind mit einer zweiten
Signalverarbeitungselektronik 40 verbunden, deren Ausgang S2 die Zündelektrode
des Thyristors 36 ansteuert.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der Thyristor 36 beiden
Signalverarbeitungsschaltungen 34, 40 zugeordnet ist und bei Überschreiten
eines festgelegten Schwellwerts durch eine der Signalspannungen
VR1,
VR2 die Erregung der Auslösespule 18 bewirkt. Die Spannung
VR1 bestimmt den Überstromschutz, während die Spannung VR2
den Differenzstromschutz im Falle eines Isolationsfehlers bestimmt.
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Ist das Netz frei von Überlast, ist die Spannung VR1 zu niedrig, um
eine der Auslöseschaltungen LR, CR bzw. INST der
Signalverarbeitungselektronik 34 zu betätigen. Der Ausgang S1 bleibt inaktiv und
der Thyristor 36 befindet sich im Sperrzustand.
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Die Vektorsumme der von den Stromwandlern TI1 bis TIN
gelieferten Einzelströme i1, i2, i3, iN ist ein Abbild des
Fehlerstroms. Liegt kein Isolationsfehler im Netz vor, ist dieser Strom
gleich null, ebenso wie die Spannung VR2 an den Klemmen des
zweiten Widerstands R2. Bei Auftreten eines Isolatonsfehlers
zwischen einem aktiven Leiter R, S, T, N des Netzes und Masse
oder Erde fließt ein Differenzstrom oder Fehlerstrom iH im zweiten
Widerstand R2 und in der Diode VD13. Die Spannung VR2 erreicht
den Schwellwert für die Differenzstrom-Auslösung der zweiten
Signalverarbeitungselektronik 40, wenn der Fehlerstrom iH einen
festgelegten Ansprechwert (zwischen 20 mA und 500 mA) erreicht.
Die Differenzstromauslösung kann nach Übertragung des
Zündbefehls an den Thyristor 36 über den Ausgang 52 unverzögert
oder verzögert erfolgen.
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Die Überprüfung der verschiedenen Funktionen für
langzeitverzögerte Auslösung LR, kurzzeitverzögerte Auslösung CR, unverzögerte
Auslösung INST zum Überstromschutz sowie der
Differenzstromauslösung zum Schutz vor Isolationsfehlern mit Hilfe des
Prüfstromkreises 23 kann gleichermaßen bei auf- oder freigeschalteten Eingangs-
und Abgangskontakten 17, 19 des Leistungsschalters 10
vorgenommen werden. Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Prüfung bei vom Netz
getrenntem Leistungsschalter 10 und nach Anschluß des Simulatores
an den Prüfklemmen 24, 26. Der Simulator besteht aus einem
externen Gehäuse, das beispielsweise eine Gleichstromquelle, einen
Drucktaster, eine Anzeigevorrichtung mit Leuchtdioden sowie einen
Ausgang mit zwei unterschiedlich gepolten Leitern zum Anschluß an
die Prüfklemmen 24, 26 des elektronischen Auslösers 16 umfaßt.
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Fig. 9 zeigt die Prüfung der Überstromschutz-Elektronik 3;· Der
Minuspol des Simulators wird an die Prüfklemme 26 angelegt und
der Pluspol an der Prüfklemme 24. Die Stromrichtung des Prüf-
Gleichstroms It verläuft, wie im Schaltbild dargestellt, von der
Klemme 24 durch den aus dem gemeinsamem Leiter 22, den Dioden
VD14 und VD10, dem ersten Meßwiderstand R1 und der Diode
VD12 gebildeten Stromkreis zur Prüfklemme 26. Der im ersten
Widerstand fließende Strom R1 erlaubt die Überprüfung der
ordnungsgemäßen Funktion der Signalverarbeitungselektronik 34,
insbesondere der verschiedenen Auslösefunktionen LR, CR und
lNST. Der Prüfstrom ist größer als der dem Nennstrom des
Leistungsschalters entsprechende Abbildstrom i max. Das Sperren der
Diode VD13 verhindert das Fließen jeglichen Stroms im zweiten
Meßwiderstand R2 und bewirkt die Neutralisierung des
Differenzstrom-Detektors DDR, der dann stromlos ist.
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Fig. 10 zeigt die Umkehr der Injektionsrichtung des Prüfstroms It
durch Polaritätsumkehr der Prüfklemmen 24, 26 zur Überprüfung der
Funktion der Fehlerstromschutzschaltung 40. Die Prüfklemme 26
wird mit dem Pluspol des Simulators und die Prüfklemme 24 mit
dem Minuspol verbunden. Der Prüfstrom It fließt von der Klemme
26 über die Diode VD11, den ersten Widerstand R1, die Diode VD9,
den zweiten Widerstand R2 und die Diode VD13 zur Prüfklemme
24. Die Diode VD14 ist gesperrt, und der Prüfstrom It im zweiten
Meßwiderstand R2 erzeugt die Spannung. VR2, mit der sich der
Ansprechwert und die Verzögerung des Differenzstromschutzes der
Schaltung 40 überprüfen lassen. Der Prüfstrom It liegt zwischen dem
Ansprechwert des Differenzstromauslösers und dem den Nennstrom
des Leistungsschalters abbildenden Strom imax. Daher hat der
Prüfstrom im ersten Meßwiderstand R1 keinerlei Einfluß auf die
Schaltung 34, denn die Spannung VR1 bleibt unterhalb des
Ansprechwerts der LR-Auslöseschaltung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Stromrichtungsumkehr des
Prüfstroms durch einfache Polaritätsumkehr des Simulators getrennte
Prüfungen des Auslösers 16 auf Überstromschutz und auf
Differenzstromschutz mit Hilfe desselben Klemmenpaars 24, 26 erlaubt.
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In einer Ausführungsvariante besitzt der Simulator eine
hilfsenergieabhängige Stromquelle zur Lieferung eines gleichgerichteten Stroms.
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Die unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschriebene
Prüfung kann auch bei an das Netz angeschlossenem
Leistungsschalter 10 durchgeführt werden. Der erfindungsgemäße Prüfstromkreis
23 ist außerdem auf einen Auslöser für einen
Dreiphasen-Leistungsschalter ohne Neutralleiter anwendbar. Es entfallen dabei lediglich
der Stromwandler TIN und die Gleichrichter VD7 und VD8 der
Meßschaltung 20.
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Die beiden dem zweiten Meßwiderstand R2 des Differenzstrom-
Detektors DDR zugeordneten Dioden VD13 und VD14. können
selbstverständlich durch andere Einwegleitungsmittel ersetzt werden,
die ein Fließen des Prüfstroms im zweiten Widerstand R2 bei einer
Prüfung der Überstromschutz-Elektronik 34 verhindern.