DE3824116A1 - Schaltung und vorrichtung zur geschuetzten speisung einer last mit hilfe von elektronischen und elektromechanischen unterbrechern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung bzw. Vorrichtung zur Speisung einer Last mit Schutz gegen Überströme mit Hilfe von mit dieser Last in Reihe geschalteten gesteuerten Halb­ leitern und elektromechanischen Schaltern, bei der durch die Messung dieser Ströme erzeugte Signale in einer bestimmten Reihenfolge und mit einer bestimmten Verzögerung sowohl an die Steuerelektroden der Halbleiter als auch an die elek­ tromechanischen Steuerorgane der Schalter angelegt werden.

Als Schutzvorrichtungen sind bereits thermische Relais be­ kannt, die in einem Speisestromkreis mit einem elektronischen Schaltmodul und mit einer Last, beispielsweise einem mehr­ phasigen Motor, in Reihe geschaltet werden und bei denen Strommeßeinrichtungen einerseits mit elektromechanischen Einrichtungen zur Öffnung der Schaltung und andererseits mit einer elektronischen Vorrichtung verbunden sind, die Sperrsignale für das elektronische Schaltermodul abgeben kann.

Eine solche Schaltung zur geschützten Speisung hat den Nach­ teil, daß sie nur einen relativ begrenzten Schutz gewähr­ leistet, da sie einerseits langsam arbeitet und andererseits nicht in der Lage ist, einen wirksamen Schutz für die Halb­ leiter vorzunehmen. Diese Mängel fallen besonders stark ins Gewicht, wenn Leitungen gegen sehr starke Ströme, wie sie bei Kurzschlüssen auftreten, geschützt werden sollen. Immerhin hat eine solche Schaltung oder Vorrichtung den Vorteil, daß die Möglichkeit einer galvanischen Trennung der Last besteht, was besonders dann von Bedeutung ist, wenn der Durchlaßzustand unter normalen Betriebsbedingungen durch Halbleiter hergestellt wird, deren Sperrung oder Stör­ unanfälligkeit manchmal schwer zu gewährleisten ist.

Ferner bestehen die zur Durchführung dieser Funktionen be­ nutzten Halbleiter gewöhnlich aus Thyristoren oder Triacs, deren Sperrung nur bei Durchgang der Stromstärke durch einen Wert von im wesentlichen Null stattfinden kann, so daß das Auftreten eines Fehlerstroms zu einem ungünstigen Zeitpunkt der Halbperiode nicht vor zehn Millisekunden verarbeitet werden kann.

Die kostspieligen Halbleiter, die gegenwärtig für den Bau solcher Schaltungen oder der entsprechenden Vorrichtungen zur Verfügung stehen, sind ferner nicht in der Lage, ohne Störung Überspannungen von etwa 1000 V auszuhalten, wie sie gewöhnlich in Industrieanlagen auftreten, deren Versor­ gungsnetz eine Spannung von etwa 380 V bis 440 V besitzt, und außerdem verursachen sie selbst Spannungsabfälle, die eine starke und damit voluminöse Kühlung erfordern, sobald die Nennströme 50 A erreichen.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltung bzw. Vorrichtung zur geschützten Speisung einer Last und der Speiseleitung mit dem oben beschriebenen allgemeinen Aufbau und den da­ mit verbundenen Vorteilen zu schaffen, die dank der Verwen­ dung von elektronischen Niederspannungsschaltern hinsicht­ lich Ansprechgeschwindigkeit und damit der Möglichkeit der Kurzschlußstrombegrenzung leistungsfähiger und mit einem geringeren technischen Aufwand herstellbar ist und bei der die Betriebssicherheit sowie der Schutz der Halbleiter gegen Stromüberlasten und starke Überspannungen verbessert ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der elektro­ mechanische Schalter Strombegrenzungseigenschaften besitzt, die im Fall einer Überlastung durch eine Öffnung ausgenutzt werden, die sehr schnell auf die Erzeugung von Sperrsignalen folgt, die an sperrbare Niederspannungshalbleiter, beispiels­ weise IGBT-Elemente, angelegt sind, die jeweils zu einem Spannungsbegrenzer parallelgeschaltet sind, und zwar so, daß diese kurze Verzögerung die Öffnung des Stromkreises bewirkt, bevor der Strom Null wird.

Weitere Merkmale der Erfindung, die den Ablauf einer geeig­ neten Betriebssequenz gestatten, sowie Maßnahmen, die wei­ tere Funktionen der den elektronischen Schaltern zugeord­ neten elektronischen Schaltungen oder eines Teils von ihnen ermöglichen, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeich­ nung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schal­ tung und/oder Vorrichtung,

Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild einer Schaltung ge­ mäß Fig. 1 mit einer Schwelle von 470 V,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Abwandlung der Schaltung von Fig. 2,

Fig. 4, 5 und 6 Diagramme der Strom- und Spannungsmeßwerte in der Schaltung bzw. an den Anschlüssen der Schal­ ter bei Auftreten eines angenommenen Kurzschluß­ stroms von 25 KA effektiv in einem Netz zur Spei­ sung einer Last, deren COS ϕ den Wert 0,1 hat, unter 254 V, und

Fig. 7 eine Einzelheit einer mechanischen Vorrichtung, durch die der zeitliche Ablauf der Schließbefehle festgelegt werden kann, die die beiden Schalter bei manueller Ersteinschaltung oder Rückstellung erhalten.

Das Prinzipschaltbild von Fig. 1 zeigt eine Schaltung 1 mit dem Leiter R, der einer der Leiter eines Speisenetzes A ist, das ein- oder mehrphasig sein kann und zur Speisung einer Last, beispielsweise eines Motors M, dient.

Zwischen dem Netz und dem Motor sind pro Phase in Reihe zwei getrennte Einrichtungen 2, 3 angeordnet, deren jede eine Ein- und Ausschaltfunktion besitzt. Hierzu enthält die erste Einrichtung einen elektromechanischen Schalter 4 und die zweite einen elektronischen Niederspannungsschal­ ter 3, der mindestens ein sperrbares Halbleiterbauelement vom Typ IGBT besitzt, und zwar eines der unter der Bezeich­ nung GTO, IGT, MCB, COMFET, GEMFET bekannten Elemente oder ein MOS-Element, ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate.

Bekanntlich haben diese Bauelemente alle den Vorteil, daß sie den Durchgang des sie durchfließenden Stroms unterbre­ chen können, wenn ein entsprechendes Steuersignal an ihr Gate bzw. ihr Gitter oder an ihre Basis angelegt wird, und ohne daß es hierzu erforderlich ist, daß die Stärke des sie durchfließenden Stroms zu diesem Zeitpunkt Null ist. Diese Notwendigkeit wäre dagegen gegeben, wenn die elektro­ nischen Schalter zur Familie der Thyristoren gehören würden, so daß diese im Rahmen der Erfindung nicht verwendbar sind.

Die Schaltung enthält ein elektronisches Modul 5, das die Funktion hat, an die Steuerelektrode 6 des elektronischen Schalters 3 ein oder mehrere Zünd- oder Löschsignale S ₈ bzw. anzulegen, durch die er leitend oder nichtleitend wird.

Dieses elektronische Modul 5 wird seinerseits entweder durch Auftreten eines normalen Ein- oder Ausschaltsignals S bzw. oder durch Auftreten eines Fehlersignals S ₁ aktiviert, das von einer dem durchgehenden Stromkreis 16 zugeordneten Strommeßvorrichtung 7 abgegeben wird, wenn dieser Strom Werte annimmt, die als gefährlich für die Last oder die Leiter R, S, T gelten.

Parallel zu dem elektronischen Schalter 3 ist ein Spannungs­ begrenzer, beispielsweise ein Varistor 8 aus einem Metall­ oxid wie ZnO, geschaltet.

Ein anderes Ausgangssignal S ₅ wird ohne Verzögerung von dem elektronischen Modul 5 an eine zugeordnete Schaltung 9 abgegeben, das die Funktion hat, auf einem Weg S ₉, der ein anderer als der manuelle oder gewöhnliche automatische Weg ist, die Öffnung eines Begrenzungsschalters 10, der den Schalter 2 enthält, auszulösen.

Herkömmliche Begrenzungsschalter enthalten bekanntlich ein Stromabtastungssystem, das gewöhnlich aus mit dem Schalter in Reihe geschalteten Bimetallelementen und Wicklungen be­ steht, deren Erregung durch starke Ströme den Anzug eines magnetisierbaren Ankers oder Kerns bewirkt. Die Biegungen der Bimetallelemente und/oder die Bewegungen der magneti­ sierbaren Teile werden zur augenblicklichen Auslösung eines gespannten Mechanismus und zur schnellen Öffnung des Schal­ ters benutzt, dessen beweglicher Kontakt mit diesem Mecha­ nismus verbunden ist.

Der in der erfindungsgemäßen Schaltung benutzte Begrenzungs­ schalter 10 besitzt nicht notwendigerweise die oben erwähn­ ten Abtastorgane, sofern eine Abtastung der Höhe oder des Anstiegs der Stromstärke von dem Fühler 7 vorgenommen und von dem elektronischen Modul 5 verarbeitet werden kann.

Dagegen besitzt der Begrenzungsschalter 10 mechanische Ein­ richtungen 15, die zur Durchführung einer schnellen Schal­ teröffnung erforderlich sind, durch die starke Ströme be­ grenzt werden können. Zu diesem Zweck kann der Begrenzungs­ schalter eine oder mehrere bekannte Einrichtungen besitzen, insbesondere Einrichtungen, die die in einer Feder gespeicher­ te Energie oder die elektrodynamischen Abstoßungskräfte ausnutzen, die durch das Zusammenwirken von Feldern und Strömen entwickelt werden, oder Einrichtungen zur Drosse­ lung von Lichtbögen mit Hilfe von Isolierwänden, die zwi­ schen feststehende und bewegliche Kontakte bei ihrer Tren­ nung eingeführt werden.

Der Begrenzungsschalter 10 besitzt ferner eine Auslösewick­ lung 11, die bei Auftreten des Signals S ₉ direkt oder in­ direkt gespeist wird und einen Kern oder Anker 12 anzieht. Dieser kann entweder nur die Auslösung des gespannten Mecha­ nismus bewirken oder vor dieser Auslösung den beweglichen Kontakt 2 m direkt anschlagen, so daß seine Öffnung auf be­ kannte Weise beschleunigt wird.

Je nachdem, ob diese Vorrichtung konstruktionsmäßig manuell oder durch eine elektrische Fernsteuerung rückgestellt wer­ den kann, ist ein manueller Rückstellknopf 13 und/oder eine Hilfsvorrichtung 14 vorgesehen. Im zweiten Fall bedingt das Auftreten eines Schließsignals S beispielsweise die Erregung eines in der Vorrichtung vorgesehenen Elektromag­ nets, wenn der Schalter 2 offen ist. Bei Betrieb dieser Schaltung, der natürlich gleichbleibt, unabhängig davon, ob seine Bauteile in einer Vorrichtung 20 (unterbrochen gezeichneter Rahmen) zusammengefaßt sind oder in getrenn­ ten Einheiten 5 _a und 10 vorgesehen sind, wenn man getrennt über eine geeignete Abschaltvorrichtung verfügt, müssen die Arbeitsgänge bzw. Signale in einer bestimmten Reihenfolge ablaufen.

Wenn die Schaltung bzw. Vorrichtung zum ersten Mal eingeschal­ tet oder nach einer Abschaltung wieder eingeschaltet werden soll, während der Schalter 2 offen ist und der Schalter 3 ge­ sperrt ist, wird dieser leitend gemacht, bevor der Schalter 2 geschlossen wird. Zu diesem Zweck wird zunächst entweder ein manuelles Schließ-, Öffnungs- und Rückstellorgan, beispiels­ weise ein Drehorgan 13 des Begrenzungsschalters 10 in eine Vorstellung gebracht, in der ein Signal S abgegeben wird, oder es wird als erstes über eine Fernsteuerung dieses Signal S erzeugt, das in beiden Fällen ohne Verzögerung auf die elek­ tronischen Module übertragen wird. Die verzögerte Steuerung des elektromechanischen Schalters 2, die also erst nach Auf­ treten der Zündsignale S ₈ an dem Schalter 3 bzw. nach Auf­ treten des Signals S stattfindet, kann beispielsweise eben­ falls dadurch erreicht werden, daß zuvor ein Druckknopf 18 betätigt wird, der zur Übertragung des Signals S dient (vgl. auch Fig. 7) und der im eingedrückten Zustand die Betätigung des manuellen Rückstellorgans 13 gestattet.

Dieser Operationsablauf, der sich aus der Schutzöffnungs- und Rückstellfunktion des Begrenzungsschalters 10 ergibt, darf durch das manuelle Drehorgan 13 nicht ausgelöst werden, wenn normale und wiederholte Ein- und Ausschaltungen der Last vor­ genommen werden sollen, und bedeutet also, daß das Signal S nur durch den Druckknopf 18 bzw. den Drehknopf 13 übertragen wird. Dieses Signal muß also auf anderen Wegen verarbeitet werden, um anschließend die Durchlaß- und Sperrzustände der elektronischen Schalter zu steuern, die zur Überwachung des Betriebs der Last dienen.

Wenn eine Überlast auf der Leitung 16 und/oder auf einer der entsprechenden Leitungen, wenn das Netz mehrphasig ist, auftritt, so wird das von dem Fühler 7 gelieferte Fehler­ signal S ₁ von dem elektronischen Modul 5 verarbeitet, und dieses gibt dann Sperrsignale für die elektronischen Schalter 3 ab.

Ein Signal S ₅, das das im wesentlichen synchrone Auftreten der Signale S ₈ bewirkt, wird an die zugeordnete Schaltung 9 angelegt, die ihrerseits ein Stromsignal S ₉ abgibt, das den Elektromagnet 17 erregen kann. Der Anker 12 des Elektro­ magnets bewirkt nun die schnelle Öffnung des Schalters 2, und zwar entweder nur durch Auslösung des Mechanismus 15 oder durch eine gleichzeitige Einwirkung auf den beweglichen Kontakt 2 m.

Die Arbeitsweise der Schaltung ergibt sich aus Fig. 2, die ergänzende Einzelheiten des Aufbaus des elektronischen Mo­ duls bzw. des Begrenzungsschalters zeigt. Die Schaltung besitzt in diesem Fall antiparallel geschaltete elektronische Schalter 3 _d und 3_i, die durch einen Spannungsbegrenzer 8 mit einer geeigneten Spannungsschwelle geschützt werden können.

Die Höhe dieser Schwelle wird einerseits unter Berücksichti­ gung der Betriebsart der Anlage gewählt (je nachdem, ob häufige Schließungen und Öffnungen der Schaltung unter einer Nennlast erforderlich sind oder nicht und je nach Art der Überlasten) und andererseits in Abhängigkeit von der Eigen­ schaft der verfügbaren Spannungsbegrenzer, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen die Wärmeenergie abzu­ führen, die sie bei dem Durchgang eines Fehlerstroms aufge­ nommen haben, der sie jedesmal durchfließt, wenn die Span­ nung an ihren Anschlüssen ihre Stabilisierungsschwelle über­ steigt. Beispielsweise würde ein Netz von 220 V zur Speisung einer induktiven Last die Verwendung eines Stabilisators erfordern, dessen Schwelle zwischen 200 V und 500 V läge.

In dieser Schaltung, in der Organe und Signale, die denen von Fig. 1 entsprechen, dieselben Bezugszahlen tragen, wird das Signal S ₁ über das analoge ODER-Glied 32 auf einen Schwel­ lenwertabtaster 25 übertragen, der das Signal S ₁₂ aufnimmt und ein Signal S ₂ abgibt, wenn die von dem Fühler 7 gemes­ sene Stromstärke beispielsweise über dem Sechsfachen des Nennstroms I _n liegt, ein Wert, der häufig bei schwierigen Motoranläufen auftritt. Dieses Signal S ₁₂ wird auch an eine Freigabeschaltung 26 angelegt, die jedesmal, wenn der in der durchgehenden Leitung 16 fließende Strom den Wert Null annimmt, Impulse S ₃ abgibt, die zur Freigabe des Betriebs eines UND-Glieds 30 dienen.

Da der Begrenzungsschalter 10 nicht unbedingt Bimetallele­ mente enthält, die die thermischen Überlasten abtasten kön­ nen, wird eine einstellbare Integrierschaltung 27 mit den Signalen S ₁₂ gespeist und gibt ein Signal S ₄ ab, wenn eine gefahrliche Energie ∫ i ² dt von der Last aufgenommen wurde.

Ein Signal S ₅, das von einem ODER-Glied 28 kommt, dessen Eingänge die Signale S ₂ und S ₄ aufnehmen, wird an die Steuer­ elektrode eines Thyristors Th 1 angelegt, dessen Anoden- Kathoden-Verbindung mit der Spule 11 eines kleinen Elektro­ magnets 17 in Reihe geschaltet ist, dessen Anker oder Kern 12 einen Auslöser zur Freigabe des gespannten Mechanismus 15 bildet. Die aus Thyristor und Spule bestehende Serien­ schaltung wird durch einen Kondensator C gespeist, der durch einen Generator G geladen wird, der aus einer äußeren Quel­ le oder einer örtlich vor der Vorrichtung 10 gespeisten Quelle bestehen kann.

Das Auftreten eines Signals S ₅ bewirkt den Durchlaßzustand des Thyristors Th 1 und damit die Entladung des Kondensators über die Spule 11, so daß der Mechanismus 15 ausgelöst und der Schalter 2 geöffnet wird. Die Ansprechzeit dieser Öff­ nung ist jedoch länger als die der Sperrung der elektroni­ schen Schalter. Das Signal S ₅ wird ferner auch an eine Steuer­ schaltung 29 angelegt, die augenblicklich an die Elektroden 6 _i und 6 _d der elektronischen Schalter 3 i und 3 d die Sperr­ signale abgibt, wenn ein Fehlerstrom auftritt. Diese Schaltung 29 erzeugt auch die Signale S ₈, die zur Herstel­ lung des Durchlaßzustands erforderlich sind.

Die Steuerschaltung 29 kann außerdem auch durch Signale S ₆, S ₆ aktiviert werden, die nur dann angelegt werden, wenn es bei geschlossenem Schalter 2 erforderlich ist, im Normal­ betrieb die Last M zu speisen oder diese Speisung zu unter - brechen.

Diese Signale S ₆ und werden von einem UND-Glied 30 gelie­ fert, dessen einen Eingang die Freigabesignale S ₃ bilden, während der zweite Eingang Signale S ₇ erhält, die beispiels­ weise von einem Gatter 31 geliefert werden. Dieses kann auf zwei Signalwegen V oder S ₁₀ freigegeben werden, die beide auf dem Auftreten ein und desselben Ein- oder Ausschalt­ signals S bzw. beruhen.

Wie bereits erwähnt wurde, muß die Abgabe eines Signals S ₈, das den Durchlaßzustand der elektronischen Schalter be­ wirkt, der Schließung des Schalters 2 vorhergehen.

Das Signal S ₁₀ kann infolgedessen an das Gatter 31 nur dann angelegt werden, wenn ein Hilfsschalter I ₁, der mit dem Begrenzungsschalter 10 so gekoppelt ist, daß entweder die Bewegung des beweglichen Kontakts 2 m oder der Zustand des Mechanismus 15 übertragen wird, geschlossen ist, wenn der Schalter 2 offen ist.

Wenn ein Druckknopf 16 benutzt wird, wie er in Fig. 7 darge­ stellt ist, so wird über diesen zunächst manuell die Schlies­ sung des Schalters I ₁ vorgenommen, und der Knopf 13, der anschließend diesen Schalter im geschlossenen Zustand hält, muß nach Abschaltung eine der Öffnung entsprechende Stel­ lung Null einnehmen, in der der Schalter I ₁ offen ist.

Wenn eine Fernsteuerrückstelleinrichtung 14 benutzt wird, die direkt durch eine innere Maßnahme auf dem Mechanismus 15 oder indirekt auf den ebenfalls zur Rückstellung dienenden Knopf 13 einwirkt, so muß die Übertragung eines ferngesteuer­ ten Rückstellimpulssignals F von der Bedingung abhängig gemacht werden, daß vorher der Durchlaßzustand der elektro­ nischen Schalter 3 eingeleitet ist. Diese Bedingung kann beispielsweise mit Hilfe eines UND-Gliedes 36 verifiziert werden, dessen Ausgang das Signal S ₁₁ liefert und dessen beide Eingänge dieses Signal F bzw. ein Signal S ₉ erhalten, das gleichzeitig mit S ₈ auftritt.

Der offene Zustand des Schalters 2 kann auch direkt an einen Punkt 33 des durchgehenden Stromkreises 16 abgetastet werden, der hierbei ohne Spannung ist, und als Signal S ₁₃ mit entspre­ chend umgekehrtem Vorzeichen an ein UND-Glied 34 angelegt wer­ den, das am anderen Eingang das Signal S erhält (vgl. Fig. 3).

In diesem Fall muß verhindert werden, daß sich die Schaltung von selbst wieder einschaltet, wenn die Spannung am Punkt 33 infolge einer Fehlerstromöffnung des Schalters 2 verschwin­ det.

Diese Bedingung wird festgestellt, wenn - wie oben erwähnt - das Signal F in Form eines Impulses auftritt, der zeitlich gegen das Auftreten des Signals S versetzt ist.

Der Verlauf der Spannung U _t an den Anschlüssen RR′ eines Phasenleiters 16 und des Stroms (Fig. 4) zeigt die Entwick­ lung einer Stromhalbwelle bei Auftreten eines Kurzschlusses. Man stellt nicht nur die steile Abnahme des Stroms fest, sondern auch die sehr kurze Durchgangsdauer des Überstroms, der hier auf einen Scheitelwert von 2 KA zum Zeitpunkt t ₂ beschränkt ist. Die effektive Stromstärke hätte 25 KA unter 254 V erreicht, und die Schwellenspannung des benutzten Spannungsbegrenzers wurde in diesem Fall mit etwa 200 V gewählt.

Der Verlauf der gesamten Spannung zwischen den Anschlüssen RR′ zeigt, daß zum Zeitpunkt t ₀ eine Anfangsspannung von etwa 180 V vorhanden ist und daß eine Spitzenspannung von etwa 600 V erreicht wird, was den sehr schnellen Abfall des Stroms erklärt.

Aus Fig. 5, die die Spannung U ₂ an den Anschlüssen der elek­ tronischen Schalter und des Spannungsbegrenzers zeigt, ergibt sich, daß die gesamte Anfangsspannung zum Zeitpunkt t ₀ aus­ schließlich in dieser Stufe entwickelt wird und daß die Verwendung von Niederspannungshalbleitern durchaus gerecht­ fertigt ist, da sie 250 V nicht überschreitet.

Der Zeitpunkt t ₃, an dem das Maximum der Spannung U ₂ auf­ tritt, entspricht im wesentlichen dem Zeitpunkt, an dem die an den Anschlüssen des Begrenzungsschalters 2 entwickel­ te Lichtbogenspannung U ₃ wesentlich stärker anzusteigen beginnt, als es gewöhnlich bei der Schnellöffnung eines Schalters beobachtet wird, die zum Zeitpunkt t ₁ stattfindet, der dicht auf den Zeitpunkt t ₀ folgt (Fig. 6).

Eben dieser Zeitpunkt t ₃ entspricht dem Zeitpunkt, an dem eine Drosselung des Anfangslichtbogens stattfindet, die im vorliegenden Fall durch die Einführung einer isolierenden Wand zwischen den feststehenden Kontakt 2 f und den beweg­ lichen Kontakt 2 m der benutzten Begrenzungsvorrichtung be­ wirkt wird, wodurch die Lichtbogenspannung bis auf einen Wert von über 400 V gebracht wird.

Die Signale V und D werden von Vorrichtungen geliefert, die in Fig. 2 nicht dargestellt sind. Das Signal V wird an ein UND-Glied 31 angelegt und gestattet gegebenenfalls die Übertragung eines Signals S bei gleichzeitigem Auftre­ ten eines zusätzlichen Signals, beispielsweise eines von der Schließung eines Schranks abhängigen Sicherheitssignals. Das Signal D wird an ein analoges ODER-Glied 32 angelegt und dient beispielsweise zur Simulierung des Auftretens eines Stromfehlers und zur Funktionskontrolle der Schaltung bzw. Vorrichtung.

Aufgrund der Abtrennfunktion des Schalters 2 bzw. der Vor­ richtung 10 wird diese vorzugsweise am Kopf des Stromkrei­ ses angeordnet.

In baulicher Hinsicht kann ein Gerät 10 vorgesehen werden, dessen Gehäuse die in Fig. 2 eingerahmten Organe enthält. Bei der in dieser Figur gezeigten, speziellen Ausführungs­ form wird ein einziger Elektromagnet 17 zur Auslösung des Mechanismus 15 benutzt, der gleichzeitig alle Begrenzungs­ schalter 2 öffnet, die jedem Leiter R, S, T zugeordnet sind.

Es kann auch jedem Schalter 2 jeweils ein individueller Öffnungselektromagnet zugeordnet werden, der jeweils einer­ seits den gemeinsamen Mechanismus 15 auslösen und anderer­ seits die schnelle Einführung einer individuellen Isolier­ wand zwischen die sich trennenden Kontakte vornehmen kann, wodurch das Begrenzungsvermögen verbessert wird. In diesem Fall können die Spulen der Elektromagnete in Reihe oder parallelgeschaltet sein.

Wenn drei Elektromagnete 17 vorgesehen sind, deren jeder einer Leitungsschaltstrecke 2 r, 2 s, 2 t zugeordnet ist und die Auslösung des Mechanismus 15 bewirken kann, können zwei von ihnen zur automatischen Öffnung bei Überlast und der dritte zur externen ferngesteuerten Öffnung benutzt werden.

Eine solche ferngesteuerte Öffnung, die stattfinden muß, während die elektronischen Schalter 3 gesperrt sind, erfor­ dert also, daß diese zuvor entsprechende Signale erhalten.

Claims (10)

1. Schaltung bzw. Vorrichtung zur Speisung einer Last mit Schutz gegen Überströme mit Hilfe von mit dieser Last in Reihe geschalteten gesteuerten Halbleitern und elek­ tromechanischen Schaltern, bei der durch die Messung dieser Ströme erzeugte Signale in einer bestimmten Rei­ henfolge und mit einer bestimmten Verzögerung sowohl an die Steuerelektroden der Halbleiter als auch an die elektromechanischen Steuerorgane der Schalter angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Schalter (2) Strombegrenzungs­ eigenschaften besitzt, die im Fall einer Überlastung durch eine Öffnung ausgenutzt werden, die sehr schnell auf die Erzeugung von Sperrsignalen (S ₈) folgt, die an sperrbare Niederspannungshalbleiter (3), beispielsweise IGBT-Elemente, angelegt sind, die jeweils zu einem Span­ nungsbegrenzer (8) parallelgeschaltet sind, und zwar so, daß diese kurze Verzögerung (t ₀-t ₁) die Öffnung des Stromkreises (16) bewirkt, bevor der Strom Null wird.

2. Schaltung bzw. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der elektronische Schalter (3) zwei antiparallel geschaltete Halbleiter (3 _i , 3 _d ) gleichen Typs besitzt, während der Begrenzungsschalter (2) einen gespannten Mechanismus (15) besitzt, der durch einen Elektromagnet (17) und eine Hilfsspeiseeinrichtung (9) ausgelöst wird, deren Ansprechzeit gewährleistet, daß die Verzögerung (t ₀-t ₁) stattfindet.

3. Schaltung bzw. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (15) des Begrenzungsschalters (2) mit Hilfe eines handbetätigten Knopfs (13) gespannt oder rückgestellt wird, dessen Betätigung die Abgabe von Durch­ laßsignalen (S ₁₀, S ₇, S ₆, S ₈) bewirkt, die den Durchlaß­ zustand der elektronischen Schalter (3) vor der Schlies­ sung des beweglichen Kontakts (2 m) des Schalters herstel­ len.

4. Schaltung bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (15) des Begrenzungsschalters (2) mit Hilfe eines handbetätigten Knopfs (13) gespannt oder rückgestellt wird, der erst nach Betätigung eines Ver­ riegelungsdruckknopfs (18) bewegbar ist, der einen Strom­ kreis (S, I ₁) schließt, der Durchlaßsignale (S ₁₀, S ₇, S ₆, S ₈) zur Herstellung des Durchlaßzustandes der elek­ tronischen Schalter (3) übertragen kann.

5. Schaltung bzw. Vorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fernsteuerrückstellvorrichtung, beispielsweise ein Elektromagnet (14), die dem Mechanismus (15) des Begrenzungsschalters bzw. seinem Handbetätigungsorgan (13) zugeordnet ist, mit einem Ausgangssignal eines UND- Glieds (36) gespeist ist, das dieses Signal nur abgibt, wenn an seinen Eingängen einerseits ein Rückstellsignal (F) und andererseits ein Signal (S ₉) anliegt, das bei Auftreten der Durchlaßsignale (S ₈) der Halbleiterschal­ ter (3) erzeugt wird.

6. Schaltung bzw. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspeiseeinrichtung (9) des Elektromagnets (17) zur Öffnung des Begrenzungsschalters (2) aus einem sich entladenden Kondensator (C) und einem mit den Anschlüssen der Wicklung (11) des Elektromagnets in Reihe geschalte­ ten Halbleiter (Th 1) besteht.

7. Schaltung bzw. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Halbleiters (Th 1) ein Signal (S ₅) erhält, das von einem durch einen Stromschwellen­ abtaster (25) oder eine Integrierschaltung (27) gespeis­ ten ODER-Glied (28) geliefert ist, wobei der Stromschwel­ lenabtaster und die Integrierschaltung mit einem Strom­ meßsignal (S ₁, S ₁₂) gespeist werden, das ein dem durch­ gehenden Stromkreis (16) zugeordneter Stromfühler (S ₇) liefert.

8. Schaltung oder Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommeßsignal (S _1, S ₁₂) auch an eine Schaltung (26) angelegt ist, die Signale (S ₃) abgeben kann, damit der Durchlaßzustand der elektronischen Schalter (3) be­ wirkt wird, wenn der Wert des Stroms in dem durchgehen­ den Stromkreis (16) Null ist.

9. Vorrichtung zur Bildung der Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsschalter (2), sein Spannmechanismus (15) und sein Handsteuerorgan (13) in einem getrennten Gehäuse (10) angeordnet sind, das den Auslöseelektro­ magnet (17) aufnimmt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Speiseleiter (RST) und dem entsprechenden Begrenzungsschalter ein individueller Auslöseelektro­ magnet zugeordnet ist, wobei die Spulen der Elektro­ magnete in Reihe oder parallel mit demselben Öffnungs­ signal (S ₉) gespeist werden.