DE3810792C2 - - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/38—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Schaltungsanordnung wird benötigt, wenn
nach Freischalten der Primäreingänge einzelner, in ein
gemeinsames Netz speisender magnetischer Spannungskonstanthalter
eine Personengefährdung vermieden werden
soll.
Beispielsweise werden Breitbandkabelzwischenverstärker
in Einrichtungen der Deutschen Bundespost über ein
65-V-Wechselspannungsnetz ferngespeist. Aus Redundanzgründen
kann eine Speisung des 65-V-Netzes an zwei oder
mehr Stellen vorgesehen sein. Diese erfolgt aus dem
220-V-Netz über magnetische Spannungskonstanthalter.
Wird hier einer der Konstanthalter primärseitig vom
220-V-Netz getrennt, so sind dessen jetzt frei zugängliche
Eingangsklemmen keineswegs spannungsfrei, sondern
sie führen eine durch Rückspeisung aus dem von den
anderen Konstanthaltern nach wie vor versorgten
65-V-Netz erzeugte, gefährlich hohe Spannung.
Eine Schaltungsanordnung zum Verhindern des Anstehens
von Wechselspannung an freigeschalteten Primäreingängen
mit den wesentlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 ist aus der DE 30 49 705 A1 bekannt. Die in
dieser Druckschrift beschriebene Schaltungsmaßnahme
sieht bei mehreren sekundärseitig verketteten Transformatoren
eine primärseitige oder sekundärseitige galvanische
Trennung in mindestens einer Wicklungszuleitung
vor.
Als Ansteuerkriterium für die die galvanische Trennung
vollziehenden Schaltelemente dient das Vorhandensein
einer Speisespannung auf der Primär- oder Sekundärseite
des Transformators, das durch einen Sensor festgestellt
wird. Da der Sensor jedoch nicht feststellen kann, von
welcher Seite aus eine Speisung erfolgt und ob die
festgestellte Spannung durch Speisung von außen oder
durch Rückspeisung erzeugt ist, werden für die beschriebene
Schaltungsmaßnahme zusätzlich Halbleiterbauelemente,
z. B. Triac oder Thyristoren benötigt, die, in
den Primär- oder Sekundärstromkreis geschaltet, eine
einzige mögliche Speiserichtung festlegen. Solche Halbleiterbauelemente
sind empfindlich gegen Überspannungen.
Sie erzeugen unnötige Verluste und außerdem höherfrequente
Störungen, die Entstörmaßnahmen erforderlich
machen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben,
die gegenüber der bekannten Schaltungsmaßnahme hinsichtlich
der Meßgenauigkeit verbessert ist und keine
Halbleiterbauelemente in den Primärzuleitungen oder
Sekundärzuleitungen benötigt.
Eine Schaltungsanordnung, die diese Aufgabe löst, wird
durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmale beschrieben.
Durch die Erfindung wird eine einfache, wenig störungsanfällige
Schaltung zum Verhindern des Anstehens von
Wechselspannung an freigeschalteten Primäreingängen geschaffen,
die sicher erkennt, wenn ein Konstanthalter
nicht mehr an der Speisung beteiligt ist, und daraufhin
dessen Sekundärwicklung von dem Wechselspannungsnetz
freischaltet. Damit wird neben einer Gefährdung von
Personen auch die Rückspeisung in ein abgeschaltetes
primärseitiges 220-V-Netz verhindert, die das sekundäre
Wechselspannungsnetz stark belasten würde, sofern an
das 220-V-Netz noch weitere Verbraucher angeschlossen
sind. Auch bei irrtümlicher Verbindung zweier mit
Sekundäreingängen von Spannungskonstanthaltern verbundenen
Wechselspannungsnetze wird die Rückspeisung in
ein primärseitiges abgeschaltetes Netz verhindert.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des Anspruchs 1 ist im
Anspruch 2 gekennzeichnet.
Anhand von Zeichnungen soll nun ein Ausführungsbeispiel
der Schaltungsanordnung nach der Erfindung eingehend
beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch ein an zwei Stellen über
magnetische Spannungskonstanthalter gespeistes
Wechselspannungsnetz,
Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 3 zeigt Strom- und Spannungsverläufe, anhand derer
die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung erklärt werden kann.
In Fig. 1 ist schematisch ein Wechselspannungsnetz
dargestellt, das an zwei Stellen über magnetische
Spannungskonstanthalter SK 1, SK 2 aus verschiedenen
Teilen des öffentlichen 220-V-Netzes gespeist wird. Das
Wechselspannungsnetz führt die Spannung U s und dient
der Speisung mehrerer, örtlich voneinander entfernter
Breitband-Kabelverstärker BV 1, . . ., BV 4. Es kann als
zweiseitig gespeistes Netz konzipiert sein, es kann aber
auch, wie in Fig. 1 dargestellt, durch eine
versehentlich angebrachte Verbindung VV aus zwei zuvor
voneinander unabhängigen Netzen entstanden sein. Vor
allem im letzteren Fall stellt das unvermutete Auftreten
einer Rückspannung U G an den mittels eines
Trennschalters TS freigeschalteten Primärklemmen des
Konstanthalters SK 2 eine Gefahr dar.
In Fig. 2 ist schematisch die einem magnetischen
Spannungskonstanthalter SK zugeordnete Schaltung, die
das Auftreten einer Rückspannung an Primärklemmen P 1, P 2
des Spannungskonstanthalters ausschließt, dargestellt.
Ein Trennrelais A mit einem unmittelbar vor die
Sekundärwicklung des magnetischen
Spannungskonstanthalters SK geschalteten
Unterbrecherkontakt a 1 wird von einer sekundärseitigen
Fühlerschaltung angesteuert. Die Fühlerschaltung erfaßt
die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung auf der
Sekundärseite des Konstanthalters und stellt fest, wenn
sich der Konstanthalter nicht mehr als Stromquelle an
der Speisung eines Wechselspannungsnetzes N beteiligt,
sondern sich, primärseitig abgeschaltet, wie eine
gemischt ohmisch-kapazitive Last
verhält. Die Fühlerschaltung greift die Spannung U des
Wechselspannungsnetzes N sowohl direkt, als auch über
einen 90°-Phasenschieber PS ab. Außerdem erfaßt sie
den Spannungsabfall U r an einem Widerstand R, über den
der gesamte, in das Wechselspannungsnetz gespeiste Strom
J fließt. Das direkt abgegriffene und das über den
Phasenschieber PS abgegriffene Spannungssignal sowie
auch das am Widerstand R abgegriffene, dem Speisestrom
proportionale Signal werden je einem Verstärker V 1, V 2
und V 3 zugeführt, dort verstärkt und anschließend
mittels Spannungsbegrenzerschaltungen (Begrenzern) BG 1,
BG 2, BG 3 auf gleiches, digital verarbeitbares
Spannungsniveau gebracht.
Das aus dem direkt abgegriffenen Spannungssignal
gewonnene Ausgangssignal U d des Begrenzers BG 1, und
das aus dem phasenverschobenen Spannungssignal gewonnene
Ausgangssignal U′ d des Begrenzers BG 2 werden jeweils
einem Exklusiv-Oder-Glied EO 1 bzw. EO 2 zugeführt, an
dessen zweitem Eingang das aus dem stromproportionalen
Spannungsabfall U r gewonnene Ausgangssignal U rd des
Begrenzers BG 3 anliegt. Die Ausgangssignale U a1 und
U a2 der Exklusiv-Oder-Glieder EO 1 und EO 2 werden je
einem Tiefpaßfilter TP 1, TP 2 zugeführt, in dem sie von
Wechselspannungsanteilen befreit werden. Am Ausgang des
Tiefpaßfilters TP 1 steht dann eine Gleichspannung U K 1,
am Ausgang des Tiefpaßfilters TP 2 eine Gleichspannung
U K 2 an. Beide Gleichspannungen werden Komparatoren K 1
bzw. K 2 zugeführt und dort mit einer Referenzspannung
U Ref verglichen. Beide Komparatorausgänge sind im
Sinne einer Oder-Verknüpfung über die Wicklung des
Trennrelais A mit einer Hilfsspannungsquelle U H
verbunden. Das Trennrelais wird somit erregt, wenn
zwischen einem der Komparatorausgänge und der
Hilfsspannungsquelle eine ausreichende Spannung anliegt.
Anhand von Fig. 3 läßt sich die Funktion der in Fig. 2
dargestellten Schaltung erklären:
Fig. 3a bis i zeigt Strom- und Spannungsverläufe sowie
die aus den Strom- und Spannungsverläufen gewonnenen,
digital verarbeitbaren Signale bei normalem, das
Wechselstromnetz speisendem Betrieb des magnetischen
Spannungskonstanthalters SK. Fig. 3a′ bis i′ zeigt die
entsprechenden Strom- und Spannungsverläufe und Signale
nach Freischaltung des Primäreinganges (Klemmen P 1 und
P 2) des Spannungskonstanthalters SK von einem
primärseitigen 220-V-Netz. Fig. 3a′′ bis i′′, schließlich,
zeigt die entsprechenden Strom- und Spannungsverläufe
nach Abschaltung eines belasteten primärseitigen
220 V-Netzes.
In Fig. 3a ist der Verlauf der Sekundärspannung U im
Speisebetrieb zusammen mit dem zugehörigen Stromverlauf
J n dargestellt, darunter in Fig. 3b das um 90°
phasenverschobene Spannungssignal U′, wie es am Ausgang
des Phasenschiebers PS ansteht, wiederum zusammen mit
dem Stromverlauf J n .
Fig. 3c gibt ein durch Begrenzung und Invertierung des
phasenverschobenen Spannungssignals entstandenes
digitales Signal U′ d wieder, wie es am Ausgang des
Begrenzers BG 2 ansteht und dem Exklusiv-Oder-Glied EO 2
zugeführt wird.
Fig. 3d zeigt ein begrenztes, dem Stromverlauf J n
entsprechendes Signal U rdn . Dieses wird am Ausgang des
Begrenzers BG 3 gewonnen und beiden
Exklusiv-Oder-Gliedern EO 1, EO 2 zugeführt. Es entsteht
durch Verstärkung, Invertierung und Begrenzung des am
Widerstand R gemessenen, dem Speisestrom proportionalen
Spannungsabfalls U r .
Das Ausgangssignal U a 2n des Exklusiv-Oder-Gliedes EO 2
ist in Fig. 3e, und dessen am Ausgang des Tiefpaßfilters
TP 2 anstehender Gleichanteil U K 2n in Fig. 3f
dargestellt.
In Fig. 3a′ ist der Verlauf der Sekundärspannung U und
des Stromes J l nach Freischaltung des Konstanthalters
wiedergegeben. Man erkennt gegenüber dem in Fig. 3a
dargestellten, normalen Stromverlauf eine
Phasenverschiebung des Stromes um 90°. Die am Ausgang
des 90°-Phasenverschiebers PS anstehende Spannung U′
wird damit gegenphasig zum Strom J l , wie dies in
Fig. 3b′ wiedergegeben ist. Nach Verstärkung, Begrenzung
und Invertierung des phasenverschobenen Spannungssignals
und des den Strom durch den Widerstand R wiedergebenden
Spannungsabfalls U r ergeben sich in Fig. 3c′ und
Fig. 3d′ dargestellte Signale U′ dl und U rdl als
Eingangssignale für das Exklusiv-Oder-Glied EO 2. Das
Ausgangssignal U a 2l des Exklusiv-Oder-Gliedes (in
Fig. 3e′ dargestellt) hat wegen der Gegenphasigkeit der
Eingangssignale einen hohen Pegel und enthält nur dann
Wechselspannungsanteile, wenn die Gegenphasigkeit der
Eingangssignale nicht exakt eingehalten ist. Es gelangt
nahezu ungeschwächt (in Fig. 3f′ als Signal U K 2l
dargestellt) über das Tiefpaßfilter TP 2 auf den
Komparator K 2. Da es die Referenzspannung U ref
deutlich übertrifft, wird das Trennrelais A angesteuert
und die Sekundärwicklung des magnetischen
Spannungskonstanthalters wird durch den Kontakt a 1
stromlos geschaltet. Damit besteht bei Berührung der
Klemmen P 1 und P 2 oder bei Arbeiten an einem
abgeschalteten, unbelasteten, den magnetischen
Spannungskonstanthalter speisenden Teil des 220-V-Netzes
keine Personengefährdung mehr.
Ist das primärseitige, abgeschaltete Netz durch weitere
Verbraucher belastet, so beträgt die Phasenverschiebung
zwischen Strom J b und Spannung U auf der
Sekundärseite, wie in Fig. 3a′′ zu erkennen, weniger als
90°. Die den Begrenzern BG 2 und BG 3 entnommenen,
digital vorliegenden Spannungen U′ db (Fig. 3c′′) und
U rdb (Fig. 3d′′) ergeben nach Exklusiv-Oder-Verknüpfung
im Exklusiv-Oder-Glied EO 2 eine Wechselspannung U a 2b
(Fig. 3e′′) mit einem Gleichspannungsanteil U k 2b (Fig.
3f′′), der die Referenzspannung nicht überschreitet. In
diesem Falle würde das Trennrelais A über den Komparator
K 2 nicht angesteuert.
Dennoch erfolgt auch hier eine Ansteuerung des
Trennrelais, und zwar über den Komparator K 1, dessen
Ausgangssignal anstelle des Ausgangsignals des
Komparators K 2 wirksam wird. Der Komparator K 1
vergleicht ein durch Exklusiv-Oder-Verknüpfung des nicht
invertierten Spannungssignals des sekundären
Wechselspannungsnetzes mit dem stromproportionalen
Spannungsabfall am Widerstand R gewonnenes, im Tiefpaß
TP 1 auf seinen Gleichspannungsanteil reduziertes Signal
U k1b mit der Referenzspannung U ref .
Das am Ausgang des Begrenzers BG 1 gewonnene, digital
verarbeitbare, nicht invertierte Spannungssignal Ud
ist für den normalen Speisebetrieb in Fig. 3g, für den
Fall der Rückspeisung bei leerlaufender Primärseite in
Fig. 3g′ und für den Fall der Rückspeisung bei
belasteter Primärseite in Fig. 3g′′ dargestellt.
Es ist für alle drei Betriebsfälle gleich. Das aus der
Exklusiv-Oder-Verknüpfung dieses Signals U d mit dem in
Fig. 3d, 3d′ und 3d′′ für den jeweiligen Betriebsfall
dargestellten, stromproportionalen Signal hervorgehende
Ausgangssignal U a1n, U a1l und U a1b des
Exklusiv-Oder-Gliedes E 01 ist in Fig. 3h, 3h′ und 3h′′
wiedergegeben. Dessen Gleichspannungsanteil U k1n ,
U k1l , U k1b , der als Eingangssignal für den
Komparator K 1 dient, zeigt für den normalen
Speisebetrieb (U k1n ) Fig. 3i, für den
Rückspeisungsbetrieb bei leerlaufender Primärseite
(U k1l ) Fig. 3i′ und für den Rückspeisungsbetrieb bei
belasteter Primärseite (U k1b ) Fig. 3i′′. Aus Fig. 3i′′
wird deutlich, daß bei Belastung der Primärseite die
Referenzspannung U ref vom Signal U k1b überschritten
wird, das Trennrelais A somit angesteuert wird.
Claims (2)
1. Schaltungsanordnung zum Verhindern des Anstehens
von Wechselspannung an freigeschalteten Primäreingängen
von magnetischen Spannungskonstanthaltern, deren Sekundäreingänge
an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen
sind, wobei jeder Spannungskonstanthalter eine Schalteinrichtung
zur zumindest einseitigen galvanischen
Trennung eines Sekundäreinganges von dem Wechselspannungsnetz
sowie eine sekundärseitige Schaltung zur Erfassung
einer elektrischen Größe besitzt und wobei die
sekundärseitige Schaltung, wenn die elektrische Größe
einen Grenzwert überschreitet, die Schalteinrichtung
ansteuert, die daraufhin die galvanische Trennung herstellt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die sekundärseitige Schaltung die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung ermittelt und einen ersten und einen zweiten Spannungsauswertungskanal (BG 1, V 1, BG 2, V 2, PS) und einen Stromauswertungskanal (V 3, BG 3) aufweist,
daß das Ausgangssignal des zweiten Spannungsauswertungskanals (BG 2, V 2, PS) 90°-phasenverschoben zum Ausgangssignal des ersten Spannungsauswertungskanals (BG 1, V 1) ist,
daß das Ausgangssignal des ersten Spannungsauswertungskanals (BG 1, V 1) zusammen mit dem Ausgangssignal des Stromauswertungskanals (V 3, BG 3) an den Eingang eines ersten Exklusiv- Oder-Gliedes (EO 1) und das Ausgangssignal des zweiten Spannungsauswertungskanals (BG 2, V 2, PS) zusammen mit dem Ausgangssignal des Stromauswertungskanals (V 3, BG 3) an den Eingang eines zweiten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 2) geführt ist,
daß der Ausgang des ersten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 1) über ein Tiefpaßfilter (TP 1) mit dem Eingang eines Komparators (K 1) verbunden ist,
daß der Ausgang des zweiten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 2) über ein zweites Tiefpaßfilter (TP 2) verbunden ist und
daß die Komparatoren (K 1, K 2) die Schalteinrichtung (A) ansteuern, wenn die Ausgangsspannung eines der beiden Exklusiv-Oder-Glieder (EO 1, EO 2) eine Referenzspannung U Ref ) übersteigt.
daß die sekundärseitige Schaltung die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung ermittelt und einen ersten und einen zweiten Spannungsauswertungskanal (BG 1, V 1, BG 2, V 2, PS) und einen Stromauswertungskanal (V 3, BG 3) aufweist,
daß das Ausgangssignal des zweiten Spannungsauswertungskanals (BG 2, V 2, PS) 90°-phasenverschoben zum Ausgangssignal des ersten Spannungsauswertungskanals (BG 1, V 1) ist,
daß das Ausgangssignal des ersten Spannungsauswertungskanals (BG 1, V 1) zusammen mit dem Ausgangssignal des Stromauswertungskanals (V 3, BG 3) an den Eingang eines ersten Exklusiv- Oder-Gliedes (EO 1) und das Ausgangssignal des zweiten Spannungsauswertungskanals (BG 2, V 2, PS) zusammen mit dem Ausgangssignal des Stromauswertungskanals (V 3, BG 3) an den Eingang eines zweiten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 2) geführt ist,
daß der Ausgang des ersten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 1) über ein Tiefpaßfilter (TP 1) mit dem Eingang eines Komparators (K 1) verbunden ist,
daß der Ausgang des zweiten Exklusiv-Oder-Gliedes (EO 2) über ein zweites Tiefpaßfilter (TP 2) verbunden ist und
daß die Komparatoren (K 1, K 2) die Schalteinrichtung (A) ansteuern, wenn die Ausgangsspannung eines der beiden Exklusiv-Oder-Glieder (EO 1, EO 2) eine Referenzspannung U Ref ) übersteigt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Spannungsauswertungskanal (BG 1, V 1) einen Verstärker
(V 1) und einen nachgeschalteten Begrenzer
(BG 1), der zweite Spannungsauswertungskanal (BG 2, V 2, PS) in Reihe
geschaltet, einen 90°-Phasenschieber (PS), einen Verstärker
(V 1) und einen Begrenzer (BG 2) und der Stromauswertungskanal
(V 3, BG 3) einen Verstärker (V 3) und einen nachgechalteten
Begrenzer (BG 3) aufweist und daß dem
Stromauswertungskanal als Eingangssignal der Spannungabfall
(U r ) an einem in der Zuleitung zum Wechselspannungsnetz
(N) liegenden Widerstand (R) zugeführt
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883810792 DE3810792A1 (de) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | Schaltungsanordnung zum verhindern des anstehens von wechselspannungen an freigeschalteten primaereingaengen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883810792 DE3810792A1 (de) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | Schaltungsanordnung zum verhindern des anstehens von wechselspannungen an freigeschalteten primaereingaengen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3810792A1 DE3810792A1 (de) | 1989-10-26 |
DE3810792C2 true DE3810792C2 (de) | 1990-01-18 |
Family
ID=6351055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19883810792 Granted DE3810792A1 (de) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | Schaltungsanordnung zum verhindern des anstehens von wechselspannungen an freigeschalteten primaereingaengen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3810792A1 (de) |
Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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- 1988-03-30 DE DE19883810792 patent/DE3810792A1/de active Granted
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