DE3883542T2 - Schalter. - Google Patents

Description

UMFELD DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK 1. UMFELD DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter mit einer Überstrom-Auslösevorrichtung.
2. BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK
• Wenn bei einem üblichen Schalter, beispielsweise in dem, der in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Sho 60-32211 oder der geprüften veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 55-29931 beschrieben ist, ein Lasttrennschalter geschlossen wird, wird elektrische Energie von Anschlüssen einer elektrischen Energiequelle einer Last über den Lasttrennschalter zugeführt. Wenn hierbei ein unbeabsichtigter Überstrom in einer Wechselspannungs-Netzleitung fließt, erkennt ein Stromwandler in der Wechselspannungs-Netzleitung den unbeabsichtigten Überstrom und induziert aufgrund eines bestimmten Stromwandlungsverhältnisses des Stromwandlers einen Sekundärstrom, der einen Wert proportional zum Wert des unbeabsichtigten Überstroms hat.
• Der Sekundärstrom vom Stromwandler wird einem Signalwandlerschaltkreis eingegeben, uin in bestimmte Signale umgewandelt zu werden. Ausgangssignale von dem Signalwandlerschaltkreis werden einem Verarbeitungsschaltkreis eingegeben. Wenn der Verarbeitungsschaltkreis bestimmt, daß der Wert des unbeabsichtigten Überstroms über einem bestimmten Pegel liegt, gibt der Verarbeitungsschaltkreis ein Pegelerkennungssignal an einen Zeitverzögerungsschaltkreis. Der Zeitverzögerungsschaltkreis führt einen Zeitverzögerungsvorgang auf der Grundlage des Pegelerkennungssignales durch und gibt ein Auslösesignal beispielsweise an einen Thyristor zum Erregen einer Auslösespule einer Überstrom-Auslösevorrichtung des Freigabetyps. Hierdurch wird die Wechselspannungs-Netzleitung durch Öffnen des erwähnten Lasttrennschalters unterbrochen.
• Der Zeitverzögerungsschaltkreis umfaßt einen Sofortzeit-Auslöseschaltkreis, einen Kurzzeit-Auslöseschaltkreis und einen Langzeit-Auslöseschaltkreis, welche entsprechende Zeitverzögerungen bereitstellen, wenn der in der Wechselspannungs- Netzleitung fliegende elektrische Strom in einem Sofortzeit- Auslösebereich, einem Kurzzeit-Auslösebereich und einem Langzeit-Auslösebereich liegt, wie in Fig. 6 dargestellt.
• Fig. 7 zeigt einen üblichen Langzeit-Auslöseschaltkreis. Die Spannung von einem Pegelerkennungssignal, welche dem Wert des unbeabsichtigten Überstroms entspricht, wird durch enen Effektivwert-Wandlerschaltkreis in einen Effektivwert umgewandelt. Danach wird eine Ausgangsspannung Ex vom Effektivwert-Wandlerschaltkreis einem Komparator 35 eines Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 eingegeben. Ein Referenzwert entsprechend einem Wert des Nennstromes der Wechselspannungs-Netzleitung wird von einem Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 festgesetzt. Wenn die Ausgangsspannung Ex einen Wert erreicht, der zweimal so groß wie die Referenzspannung Ey ist, wird ein normalerweise geschlossener Ausgangsschalter 36 in dem Komparator 35 geöffnet. Hierdurch ist ein Kondensator 38 in der Lage, aufgeladen zu werden.
• Wenn der Wert des Nennstroms der auf der Wechselspannungs- Netzleitung fließt beispielsweise 200A beträgt, ist die Referenzspannung Ey des Referenzspannungs-Setzschaltkreises 37 beispielsweise auf 0,5V gesetzt. Wenn in diesem Fall die Ausgangsspannung Ex von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis 1V erreicht, was zweimal so viel ist, wie die Referenzspannung Ey, öffnet sich der Ausgangsschalter 36 des Komparators 35. Im Ergebnis beginnt der Aufladevorgang des Kondensators 38. In diesem Fall ist der Wert des unbeabsichtigten Überstroms, der auf der Wechselspannungs-Netzleitung fließt, zu Beginn des Ladens des Kondensators 38 400A.
• Andererseits wird die Ausgangs spannung Ex vom Effektivwert- Wandlerschaltkreis, welche dem Eingangsanschluß "a" des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 zugeführt wird, weiterhin einem Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis 44 eingegeben. Der Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis 44 gibt einen Ausgangsstrom Ib entsprechend der Ausgangsspannung Ex des Effektivwert-Wandlerschaltkreises aus.
• Der Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis 44 ist ausgeiegt zur Ausgabe eines elektrischen Stromes, wobei der Absolutwert des ausgegebenen elektrischen Stroms gleich dem Absolutwert des eingegebenen Spannungssignales ist. Der Schaltkreis ist nämlich so aufgebaut, daß in einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Ex des Effektivwert-Wandlerschaltkreises und dem Ausgangsstrom Ib des Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises 44 die Absolutwerte hiervon gleich sind und die Einheiten hiervon unterschiedlich sind. Beispielsweise ist die Auslegung so, daß, wenn die Ausgangsspannung Ex des Effektivwert-Wandlerschaltkreises 1V ist, der Wert des Ausgangsstromes Ib des Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises 44 auf 1uA gewandelt wird.
• Demzufolge ist die Ausgangsspannung Ex (1V) des Effektivwert-Wandlerschaltkreises durch den Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis 44 in den Ausgangsstrom Ib (1uA) umgewandelt und der Kondensator 38 wird vom Ausgangsstrom Ib aufgeladen.
• Wenn die Ladespannung e1 des Kondensators 38 anwächst und eine Ausgangsspannung e2 überschreitet, welche von einem Referenzspannungs-Setzschaltkreis 42 erzeugt wird, und welche der Verzögerungszeit für den Langzeit-Auslösevorgang entspricht, gibt ein Komparator 41 ein Auslösesignal für den Langzeit-Auslösevorgang aus und der Schalter (in der Figur nicht dargestellt) führt den Auslösevorgang mit beispielsweise einer Verzögerungszeit von 100s durch.
• Bei der Anwendung des erwähnten Schalters für eine Wechselspannungs-Netzleitung von 200A Nennstrom bei einer anderen Wechselspannungs-Netzleitung mit 400A Nennstrom wird die Referenzspannung Ey des Referenzspannungs-Setzschaltkreises 37 geändert, um auf 1V gesetzt zu werden, was zweimal so groß wie 0,5V ist.
• In einem solchen Fall wird, um einen unbeabsichtigten Überstrom von 800A auf der Wechselspannungs-Netzleitung zu unterbrechen, bei der der erwähnte Schalter angewendet wird, die Ausgangsspannung Ex des Effektiv-Wandlerschaltkreises 2V, was zweimal so groß wie die Referenzspannung Ey ist, da die Referenzspannung Ey des Referenzspannungs-Setzschaltkreises 37 1V ist.
• Demzufolge wird der Ausgangsstrom Ib des Spannungs\Strom- Wandlerschaltkreises 44, welcher in dem Kondensator 38 geladen wird, 2uA, was zweimal so groß wie der Wert des Ausgangsstromes Ib (1uA) in dem Fall ist, in dem der Wert des Nennstroms der Wechselspannungs-Netzleitung 200A ist. Somit sind die Langzeit-Auslösevorgänge des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 zwischen den Fällen, wo die Werte des Nennstromes der Wechselspannungs-Netzleitung 200A und 400A sind, stark unterschiedlich voneinander.
• Zur Einstellung der erwähnten Differenz könnte die Zeitkonstante des Kondensators 38 geändert werden. Der Langzeit- Auslöseschaltkreis 170 empfängt jedoch das Ausgangssignal vom Effektivwert-Wandlerschaltkreis als Effektivwert und dieser Effektivwert ist proportional zum Quadrat eines Anfangswertes des unbeabsichtigten Überstroms. Von daher ist es sehr schwierig, die Verzögerungszeit abhängig von der Änderung des Wertes des unbeabsichtigten Überstroms durch Einstellung der Zeitkonstante des Kondensators 38 zu ändern.
• Allgemein sollte der Langzeit-Auslösevorgang des Schalters unter 125% des Wertes des Nennstromes, der auf der Wechselspannungs-Netzleitung fließt, stattfinden. Bei dem üblichen Langzeit-Auslöseschaltkreis 107 ist es jedoch sehr schwierig, einen Langzeit-Auslösevorgang unterhalb von 125% des Wertes des Nennstromes bereitzustellen, wenn das Festsetzen des Wertes des Nennstromes des Lasttrennschalters geändert wird, ohne die Zeitkonstante des Kondensators einzustellen.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Schalter zu schaffen, wobei der Langzeit-Auslösevorgang genau bereitgestellt werden kann, wenn das Festsetzen des Wertes des Nennstromes, der in dem Lasttrennschalter fließt, geändert wird.
• Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:
• wenigstens einen Lasttrennschalter, der in wenigstens einer Wechselspannungs-Netzleitung angeordnet ist;
• wenigstens einen Stromwandler, der in der Wechselspannungs- Netzleitung angeordnet ist;
• einen Zeitverzögerungsschaltkreis, der ein Auslösesignal nach einer Verzögerungszeit abhängig von dem Wert des Stromes ausgibt, der in der Wechselspannungs-Netzleitung fließt; und
• einen Auslösemechanismus zum Öffnen des Lasttrennschalters, wenn der Zeitverzögerungsschaltkreis ein Auslösesignal ausgibt;
• wobei der Schalter dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zeitverzögerungsschalter aufweist:
• einen Spitzenwert-Wandlerschaltkreis zum Umwandeln eines ankommenden Eingangssignals entsprechend eines Sekundärstromes des Stromwandlers in einen Spitzenwert;
• einen Effektivwert-Wandlerschaltkreis zum Wandeln eines eingehenden Eingangssignals entsprechend eines Sekundärstroms des Stromwandlers in einen Effektivwert;
• einen Sofortzeit-Auslöseschaltkreis zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein eingehendes Eingangssignal entsprechend dem Sekundärstrom des Stromwandlers oberhalb eines ersten bestimmten Wertes ist;
• einen Kurzzeit-Auslöseschaltkreis zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein Spitzenwert von dem Spitzenwert-Wandlerschaltkreis oberhalb eines zweiten bestimmten Wertes ist; und
• einen Langzeit-Auslöseschaltkreis zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein Effektivwert von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis oberhalb eines dritten bestimmten Wertes ist, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis weiterhin aufweist:
• wenigstens einen Referenzspannungs-Setzschaltkreis zum Setzen einer Referenzspannung entsprechend einem Wert des Nennstromes, der in der Wechselspannungs-Netzleitung fließt; wenigstens einen Komparator zum Vergleichen des Effektivwertes von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis und der Referenzspannung, welche von dem Referenzspannungs-Setzschaltkreis festgesetzt ist zur Beurteilung, ob ein unbeabsichtiger Überstrom fließt oder nicht; einen Verarbeitungsschaltkreis zum Berechnen des Verhältnisses des Effektivwertes und der Referenzspannung und zum Ausgeben eines Spannungssignales entsprechend dem berechneten Verhältnis; und einen Spannungs/-Strom-Wandlerschaltkreis zum Umwandeln des Spannungssignales von dem Verarbeitungsschaltkreis in einen Stromausgang, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis das Auslösesignal nach einer Verzögerungszeit entsprechend dem Wert des Stromausganges von dem Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis ausgibt.
• Bei dem Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet der Verarbeitungsschaltkreis des Langzeit-Auslöseschaltkreises ein Verhältnis Z (=Ex/Ey) der Eingangsspannungen Ex zu Ey, welche an entsprechende Eingangsanschlüsse des Komparators von dem Effektiv-Wandlerschaltkreis und dem Referenzspannungs-Setzschaltkreises eingegeben werden und gibt ein Spannungssignal Ez entsprechend dem Verhältnis Z aus.
• Selbst wenn demzufolge der Wert des Nennstromes, der auf der Wechselspannungs-Netzleitung noch akzeptiert wird, geändert wird, wird das Spannungssignal Ez, welches dem Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis eingegeben wird, nicht geändert. Von daher ändert sich der Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises ebenfalls nicht. Im Ergebnis besteht keine Notwendigkeit, die Zeitkonstante eines Kondensators zu ändern, der die Zeitverzögerung für den Langzeit-Auslösevorgang definiert. Durch Verwendung des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung ist es einfach, einen Langzeit-Auslösevorgang mit genauer Zeitverzögerung durchzuführen, selbst wenn der Wert des Nennstromes, der in dem Lasttrennschalter in der Wechselspannungs-Netzleitung fließt, geändert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform eines Langzeit-Auslöseschaltkreises in dem Schalter gemäß Fig. 1 zeigt.
• Fig. 3 und 4 sind jeweils Schaltkreisdiagramme anderer bevorzugter Ausführungsformen des Langzeit-Auslöseschaltkkreises des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 5 ist eine Darstellung, welche die Auslösecharakteristik des Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Fig. 6 ist eine Darstellung, welche die Auslösecharakteristik eines herkömmlichen Schalters zeigt.
• Fig. 7 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches einen herkömmlichen Langzeit-Auslöseschaltkreis eines Schalters zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Eine bevorzugte Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Figuren 1, 2 und 5 beschrieben.
• Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches einen Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In Fig. 1 ist ein Stromwandler 21 in einer Wechselspannungs- Netzleitung 11 vorgesehen. Ein Gleichrichterschaltkreis 30 ist an Sekundär-Ausgangsanschlüssen des Stromwandlers 21 angeschlossen, um einen Wechselstrom, der in einer Sekundärwicklung des Stromanlaß 21 fließt, in einen gerichteten Strom zu wandeln. Der Gleichrichterschaltkreis 30 besteht aus zwei Sätzen von Serienschaltkreisen von Dioden 31, 32 und 33, 34. Eine elektrische Energiequelle 500 zur Ausgabe einer konstanten Gleichspannung ist mit einem positiven Ausgangsanschluß des Gleichrichterschaltkreises 30 verbunden. Die elektrische Energiequelle 500 hat einen positiven Anschluß 5a, einen Mittelanschluß 5c und einen negativen Anschluß 5d.
• Der negative Anschluß 5d der elektrischen Energiequelle 500 ist an einen Anschluß eines Widerstandes 40 angeschlossen. Der andere Ahschluß des Widerstandes 40 ist an einen negativen Anschluß des Gleichrichterschaltkreises 30 angeschlossen. Die Potentialdifferenz an den beiden Anschlüssen des Widerstandes 40 wird verwendet, den Stromwert zu erfassen. Ein elektrischer Strom mit der Wellenform einer Vollwellen- Gleichrichtung und entsprechend eines Laststromes in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 fließt in den Widerstand 40.
• Ein Differenzverstärkerschaltkreis 60 besteht aus einem Operationsverstärker 63 und vier Widerständen 64, 65, 66 und 67. Dem Differenzverstärker 60 wird von der elektrischen Energiequelle 500 elektrische Energie zugeführt. Die Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkerschaltkreises 60 sind jeweils an den beiden Anschlüssen des Widerstandes 40 angeschlossen. Der Differenzverstärkerschaltkreis 60 wandelt den Spannungsabfall über den Widerstand 40 zur Stromerkennung in ein Spannungssignal basierend auf einer Mittelspannung Vo der elektrischen Energiequelle 500.
• Einen Zeitverzögerungsschaltkreis 70 umfaßt einen Sofortzeit-Auslöseschaltkreis 230, einen Kurzzeit-Auslöseschaltkreis 220 und einen Langzeit-Auslöseschaltkreis 170. Die jeweiligen Ausgangsanschlüsse des Sofortzeit-Auslöseschaltkreises 230, des Kurzzeit-Auslöseschaltkreises 220 und des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 sind gemeinsam an einem Ausgangsanschluß 70a des Zeitverzögerungsschaltkreises 70 angeschlossen.
• Hierbei ist der Sofortzeit-Auslöseschaltkreis 230 mit dem Ausgangsanschluß des Differenzverstärkerschaltkreises 60 verbunden. Eine Serienschaltung eines Spitzenwert-Wandlerschaltkreises 210 und des Kurzzeit-Auslöseschaltkreises 220 und eine andere Serienschaltung eines Effektivwert-Wandlerschaltkreises 211 und des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 sind parallel zu dem Sofortzeit-Auslöseschaltkreis 230 geschaltet. Der Sofortzeit-Auslöseschaltkreis 230 gibt ein Auslösesignal aus, wenn sein Eingangssignal oberhalb eines ersten bestimmten Wertes liegt. Der Kurzzeit-Auslöseschaltkreis 220 gibt ein Auslösesignal aus, wenn der Spitzenwert von dem Spitzenwert-Wandlerschaltkreis 210 oberhalb eines zweiten bestimmten Wertes ist. Der Langzeit-Auslöseschaltkreis 170 gibt ein Auslösesignal aus, wenn der Effektivwert von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis 211 oberhalb eines dritten bestimmten Wertes liegt.
• An einem positiven Anschluß des Gleichrichterschaltkreises 30 ist eine elektromagnetische Auslösespule 80 angeschlossen. Ein Anschluß eines Schalt-Schaltkreises 120 ist mit der elektromagnetischen Auslösespule 80 in Serienschaltung erbunden und der andere Anschluß des Schalt-Schaltkreises 120 ist mit dem negativen Anschluß 5d der elektrischen Energiequelle 500 verbunden. Die elektromagnetische Auslösespule 80 ist mechanisch mit einem Auslösemechanismus 100 verbunden zum Öffnen eines Lasttrennschalters 201, der in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 vorgesehen ist und wird erregt, um den Auslösemechanismus 100 zu betreiben, wenn der Schalt- Schaltkreis 120 einschaltet.
• Ein Unterspannungsbetrieb-Blockierschaltkreis 50 zum Blockieren des Auslösevorganges, wenn die Spannung der elektrischen Energiequelle 500 nicht ausreichend ist (unterhalb einer bestimmten Spannung liegt), ist zwischen dem positiven Anschluß 5a und dem negativen Anschluß 5d der elektrischen Energiequelle 500 geschaltet. Ein Ausgangsschalter 55 des Unterspannungsbetrieb-Blockierschaltkreises 50 ist mit dem Schalt-Schaltkreis 120 verbunden.
• Fig. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform des Langzeit-Auslöseschaltkreises 70 zeigt. In der Figur ist ein Eingangsanschluß eines ersten Komparators 35 mit einem Eingangsanschluß "a" des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 verbunden, um eine Ausgangsspannung Ex von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis 211 zu empfangen (der in Fig. 1 dargestellt und in Fig. 2 nicht dargestellt ist). Ein Schalter 36 ist an einen Ausgangsanschluß des ersten Komparators 35 angeschlossen. Der Schalter 36 ist für gewöhnlich geschlossen und wird geöffnet, wenn in der Wechselspannungs- Netzleitung 11 ein Überstrom fließt.
• Ein erster Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 setzt einen Wert Ey entsprechend dem Wert des Nennstromes, der in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 fließt. Der Referenzwert Ey wird als Referenz zum Vergleich der Ausgangsspannung Ex des Effektivwert-Wandlerschaltkreises 211 in dem ersten Komparator 35 verwendet. Ein Kondensator 38 für den Langzeit-Auslösevorgang ist parallel zu dem Schalter 36 angeschlossen. Ein Widerstand 39 ist parallel zu dem Kondensator 38 zum Entladen der elektrischen Ladung angeschlossen. Eine Serienschaltung eines Verarbeitungsschaltkreises 45 und eines Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises 44 ist zwischen den Eingangsanschluß "a" des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 und einem nicht geerdeten Ende "b" des Kondensators 38 und Widerstands 39 geschaltet.
• Der Verarbeitungsschaltkreis 45 berechnet ein Verhältnis der Eingangsspannungen Ex zu Ey an den beiden Eingangsanschlüssen des ersten Komparators 35, wie in der nachfolgenden Gleichung (1) gezeigt und gibt eine Spannung Ez entsprechend dem Verhältnis Z aus:
• Z = Ex / Ey ...(1).
• Ein zweiter Komparator 41 ist vorgesehen zum Definieren einer Zeitverzögerung des Langzeit-Auslösevorganges und ein Eingangsanschluß hiervon ist mit dem Anschluß "b" verbunden zum Empfang einer Ladespannung E1 des Kondensators 38 für die Langzeit-Auslösung. Ein zweiter Referenzspannungs-Setzschaltkreis 42 ist mit dem anderen Eingangsanschluß des zweiten Komparators 41 verbunden und der zweite Referenzspannungs-Setzschaltkreis 42 definiert eine Referenzspannung E2, welche einer Zeit der Langzeitverzögerung entspricht, welche dem zweiten Komparator 41 zugeführt wird.
• Die Arbeitsweise des oben erwähnten Schaltkreises wird nachfolgend beschrieben.
• Wenn ein Strom Ia in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 von Fig. 1 fließt, flieht ein sekundärer Wechselstrom mit einem Wert definiert durch das Verhältnis der Stromwandlung in der Sekundärwicklung des Stromwandlers 21. Der elektrische sekundäre Wechselstrom wird durch den Gleichrichterschaltkreis 30 in einen gerichteten elektrischen Strom umgewandelt. Der Ausgangsstrom des Gleichrichterschaltkreises 30 fließt durch die elektrische Energiequelle 500 und den Widerstand 40 und zirkuliert zum Gleichrichterschaltkreis 30. Zu dieser Zeit flieht ein Strom mit der Wellenform einer Vollwellen-Gleichrichtung entsprechend den Strom Ia in der Wechselspannungs- Netzleitung 11 in der elektrischen Energiequelle 500 und dem Widerstand 40.
• Wenn der Strom mit der Wellenform einer Vollwellengleichrichtung in der elektrischen Energiequelle 500 fließt, werden positive und negative Spannungen +V und -V entsprechend der Spannung Vo an dem mittleren Anschluß 5c an den positiven und negativen Anschlüssen 5a und 5d ausgegeben.
• Andererseits wird elektrische Energie für den Differenzverstärkerschaltkreis 60 von der elektrischen Energiequelle 500 geliefert und Eingangsspannungen des Differenzverstärkerschaltkreises 60 werden von dem Widerstand 40 geliefert. Der Verstärkungsfaktor "a" des Differenzverstärkerschaltkreises 60 wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
• A = Vout/Vin = Rout/Rin ...(2).
• Ein Ausgang vom Differenzverstärkerschaltkreis 60 wird dem Sofort-Auslöseschaltkreis 230, dem Kurzzeit-Auslöseschaltkreis 220 und dem Langzeit-Auslöseschaltkreis 170 in dem Zeitverzögerungsschaltkreis zugeführt. Die entsprechenden Schaltkreise 230, 220 und 170 geben ein Ausgangssignal zur Ausführung einer Sofortzeitcharakteristik, einer Kurzzeitcharakteristik und einer Langzeitcharakteristik gemäß Fig. 5 aus.
• Der Langzeit-Auslösevorgang bei der Langzeitcharakteristik wird beschrieben. Die Ausgangsspannung Ex des Effektivwert- Wandlerschaltkreises 211 in dem Zeitverzögerungsschaltkreis 70 wird dem ersten Komparator 35 des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 gemäß Fig. 2 eingegeben. Wenn die Ausgangsspannung Ex einen Wert erreicht, der beispielsweise zweimal so groß wie die Referenzspannung Ey von dem ersten Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 ist, ändert sich der Ausgangsschalter 36, der an dem ersten Komparator 35 angeschlossen ist von dem eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand und der Kondensator 38 wird in die Lage versetzt, geladen zu werden.
• Wenn der Wert des Nennstromes des Stromes Ia in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 beispielsweise 200A ist, wird die Referenzspannung Ey von dem ersten Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 auf 0,5V gesetzt. Wenn die Ausgangsspannung Ex von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis 211 1V erreicht, was zweimal so groß wie die Referenzspannung Ey ist, ändert sich der Ausgangsschalter 36, der mit dem ersten Komparator verbunden ist, vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand und der Kondensator 38 wird geladen. Der Wert des unbeabsichtigten Überstromes Ia, der in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 zum Zeitpunkt des Ladens des Kondensators 38 fließt, beträgt 400A.
• Andererseits wird das Verhältnis der Spannung Ex und Ey gemäß der oben erwähnten Gleichung (1), welche an den beiden Anschlüssen des ersten Komparators 35 anliegen, durch den Verarbeitungsschaltkreis 45 berechnet. Der Verarbeitungsschaltkreis 45 gibt eine Spannung Ez entsprechend dem Verhältnis Z aus. Genauer, die Ausgangsspannung Ez des Verarbeitungsschaltkreises 45 ist durch die folgende Gleichung (3) dargestellt:
• Ez = 1/0,5 = 2V ...(3).
• Hierbei ist der Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis 45 ausgelegt, die Absolutwerte des Eingangssignales (Spannung Ez) und Ausgangssignales (Strom Ib) einander gleich zu machen, wobei ihre Einheiten unterschiedlich voneinander sind. Daher wird die Eingangsspannung Ez (2V) durch den Spannungs/Strom- Wandlerschaltkreis 44 in den Ausgangsstrom Ib (2uA) gewandelt.
• Wenn der Ausgangsstrom Ib in dem Kondensator 38 geladen wird und die Ladespannung E1 hiervon anwächst und die Ausgangsspannung E2 des zweiten Referenzspannungs-Netzschaltkreises 42 für den Langzeit-Auslösevorgang übersteigt, gibt der zweite Komparator 41 des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 ein Ausgangssignal an den Anschluß 70a des Zeitverzögerungsschaltkreises 70 gemäß Fig. 1 als ein Ausgangssignal der Langzeitverzögerung.
• Das Ausgangssignal des Zeitverzögerungsschaltkreises 70 durchläuft den Ausgangs Schalter 55 des Unterspannungsbetrieb-Blockierschaltkreises 50 und läst den Schalt-Schaltkreis 120 aus, um einen Eingang zu erzeugen. Hierdurch wird der Schalt-Schaltkreis 120 eingeschaltet und die elektromagnetische Auslösespule 80 erregt. Wenn die elektromagnetische Auslösespule 80 erregt wird, wird der Lasttrennschalter 201, der mit der elektromagnetischen Auslösespule 80 verbunden ist, durch den Auslösemechanismus 100 gemäß Fig. 1 geöffnet, um den unbeabsichtigten Überstrom mit einer Zeitverzögerung von beispielsweise 100s vom Beginn des Erkennens des Überstromes an zu unterbrechen.
• Nachfolgend muß, wenn der oben erwähnte Schalter, bei dem zunächst der Wert des Nennstromes auf 200A gesetzt wird, bei einer anderen Wechselspannungs-Netzleitung verwendet wird, wo der Wert des Nennstromes auf 400A gesetzt ist, die Referenzspannung Ey von dem ersten Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 auf 1V geändert werden, was zweimal so groß wie 0,5V ist.
• Wenn unter diesen Umständen ein unbeabsichtigter Überstrom von 800A in der Wechselspannungs-Netzleitung 11 fließt, wird die Ausgangsspannung Ex von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis 211 zu 2V. Da die Referenzspannung Ey von dem ersten Referenzspannungs-Setzschaltkreis 37 auf 1V gesetzt ist, ist die Ausgangsspannung Ez des Verarbeitungsschaltkreises 45 durch die nachfolgende Gleichung (4) gegeben, welche ähnlich der Gleichung (3) ist:
• Ez = 2/1 = 2V ...(4).
• Demzufolge wird der Ausgangsstrom Ib vom Spannungs/Strom- Wandlerschaltkreis 44, der zum Laden des Kondensators 38 dient, 2uA und ähnlich zu dem Fall von 200A als Nennstrom und selbst wenn der Nennstrom 400A ist, kann der Langzeit- Auslösevorgang mit einer Zeitverzögerung von 100s vom Beginn des Erkennens des unbeabsichtigten Überstroms an durchgeführt werden.
• Nebenbei, wenn der Wert des Stroms, der in dem Lasttrennschalter 21 fließt, kleiner als 10-20% des Wertes des Nennstromes hiervon ist, kann die elektrische Energiequelle 500 eine ungenügende Spannung zum Betrieb des Zeitverzögerungsschaltkreises 70 ausgeben. Unter der Bedingung, daß eine ungenügende Spannung ausgegeben wird, schaltet der Ausgangsschalter 55 des Unterspannungsbetrieb-Blockierschaltkreises 50 ab, um ein Schalten des Schalt-Schaltkreises 120 zu verhindern, selbst wenn der Zeitverzögerungsschaltkreis 70 einen fehlerhaften Ausgang ausgibt.
• Fig. 3 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170. Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in der oben erwähnten Ausführungsform sind gleich oder im wesentlichen die gleichen. In der Figur ist mit den Bezugszeichen 43 ein Stromkompensationsschaltkreis bezeichnet. Allgemein, wenn der vorliegende elektrische Strom Ib entsprechend dem unbeabsichtigten Überstrom in dem Kondensator 38 geladen wird, tritt der elektrische Strom durch den Widerstand 39 nach und nach aus. Der Stromkompensationsschaltkreis 43 liefert einen Kompensationsstrom Id entsprechend dem Leckstrom Ic.
• Allgemein ist der Langzeit-Auslöseschaltkreis 170 so ausgelegt, daß er betrieben wird, wenn der Wert des elektrischen Stromes Ia, der in dem Lasttrennschalter 201 fließt unterhalb von 125% des Nennstromes hiervon liegt. In dieser Ausführungsform ist der Stromkompensationsschaltkreis 43 jedoch in dem Langzeit-Auslöseschaltkreis 170 angeordnet und der durch den Widerstand 39 austretende Leckstrom Ic wird kompensiert. Somit kann eine noch präzisere Zeitverzögerung des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170 erhalten werden.
• Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Langzeit-Auslöseschaltkreises 170. Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in den oben erwähnten Ausführungsformen sind gleich oder im wesentlichen die gleichen und im wesentlichen die gleiche Beschreibung trifft zu. In der Figur ersetzt ein Halbleiter-Schaltelement 36' den mechanischen Kontakt des Ausgangsschalters 36, der an dem ersten Komparator 35 angeschlossen ist. Weiterhin ist eine Diode 47 zum Verhindern des Stromrückflusses zwischen dem Stromkompensationsschaltkreises 43 und dem Kondensator 38 vorgesehen. In diesem Fall sind ein Transistor des PNP-Typs und eine Diode des PN-Typs geeignet, um als Transistor 36' und Diode 47 verwendet zu werden. Hierdurch wird das Austreten von Strom aus dem Kondensator 38 in andere Schaltkreise durch Durchlaufen der oben erwähnten Elemente effektiv unterbunden. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Beziehung zwischen den Absolutwerten der Eingangsspannung Ez und des Ausgangsstromes Ib des Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises 44 so ausgelegt, daß ein konstantes Verhältnis vorliegt. Der Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis kann jedoch so ausgelegt werden, daß er einen Ausgangsstrom Ib ausgibt, der anwächst, wenn der Wert der Eingangsspannung Ez anwächst.
• Weiterhin ist die Wechselspannungs-Netzleitung 11 der oben erwähnten beschriebenen Ausführungsformen der Schalter aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung als einphasig dargestellt. Selbstverständlich kann der Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung bei mehrphasigen Wechselspannungs- Netzleitungen vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Ein Schalter mit:

wenigstens einem Lasttrennschalter (201), der in wenigstens einer Wechselspannungs-Netzleitung (11) angeordnet ist;

wenigstens einem Stromwandler (21), der in der Wechselspannungs-Netzleitung (11) angeordnet ist;

einem Zeitverzögerungsschaltkreis (70), der ein Auslösesignal nach einer Verzögerungszeit abhängig von dem Wert des Stromes ausgibt, der in der Wechselspannungs- Netzleitung fließt; und

einem Auslösemechanismus (100) zum Öffnen des Lasttrennschalters (201), wenn der Zeitverzögerungsschaltkreis (70) ein Auslösesignal ausgibt;

wobei der Schalter dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zeitverzögerungsschalter aufweist:

einen Spitzenwert-Wandlerschaltkreis (210) zum Umwandeln eines ankommenden Eingangssignals entsprechend eines Sekundärstromes des Stromwandlers (21) in einen Spitzenwert;

einen Effektivwert-Wandlerschaltkreis (211) zum Wandeln eines eingehenden Eingangssignals entsprechend eines Sekundärstroms des Stromwandlers (21) in einen Effektivwert;

einen Sofortzeit-Auslöseschaltkreis (230) zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein eingehendes Singangssignal entsprechend dem Sekundärstrom des Stromwandlers oberhalb eines ersten bestimmten Wertes ist;

einen Kurzzeit-Auslöseschaltkreis (220) zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein Spitzenwert von dem Spitzenwert-Wandlerschaltkreis (210) oberhalb eines zweiten bestimmten Wertes ist; und

einen Langzeit-Auslöseschaltkreis (170) zum Ausgeben eines Auslösesignales, wenn ein Effektivwert von dem Effektivwert-Wandlerschaltkreis (211) oberhalb eines dritten bestimmten Wertes ist, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis weiterhin aufweist:

wenigstens einen Referenzspannungs-Setzschaltkreis (37) zum Setzen einer Referenzspannung entsprechend einem Wert des Nennstromes, der in der Wechselspannungs-Netzleitung fließt; wenigstens einen Komparator (35) zum Vergleichen des Effektivwertes von dem Effektivwert- Wandlerschaltkreis und der Referenzspannung, welche von dem Referenzspannungs-Setzschaltkreis festgesetzt ist zur Beurteilung, ob ein unbeabsichtiger Überstrom fließt oder nicht; einen Verarbeitungsschaltkreis (45) zum Berechnen des Verhältnisses des Effektivwertes und der Referenzspannung und zum Ausgeben eines Spannungssignales entsprechend dem berechneten Verhältnis; und einen Spannungs/-Strom-Wandlerschaltkreis (44) zum Umwandeln des Spannungssignales von dem Verarbeitungsschaltkreis in einen Stromausgang, wobei der Langzeit- Auslöseschaltkreis das Auslösesignal nach einer Verzögerungszeit entsprechend dem Wert des Stromausganges von dem Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis ausgibt.

2. Ein Schalter nach Anspruch 1, weiterhin mit:

einem Gleichrichterschaltkreis (30), der mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers verbunden ist und den Sekundärausgang des Wechselstromes des Stromwandlers in einen gerichteten Strom umwandelt;

einer elektrischen Energiequelle (500) zum Ausgeben einer konstanten Gleichspannung, welche zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen des Gleichrichterschaltkreises geschaltet ist;

einem Widerstand (40), der zwischen den Gleichrichterschaltkreis und die elektrische Energiequelle geschaltet ist, um einen Stromwert proportional zu dem gerichteten Strom zu erkennen;

einem Differenzverstärker-Schaltkreis (6a), der an den beiden Anschlüssen des Widerstandes angeschlossen ist, um den Spannungsabfall über dem Widerstand zu verstärken;

einem Schalt-Schaltkreis (120), der gesteuert geöffnet und geschlossen werden kann durch ein Auslösesignal von dem Zeitverzögerungs-Schaltkreis; und

einer elektromagnetischen Auslösespule (80) in dem Auslösemechanismus (100), welche erregt wird, wenn der Schalt-Schaltkreis geschlossen ist.

3. Ein Schalter nach Anspruch 1, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis (170) weiterhin aufweist:

einen Kondensator (38), der von dem Stromausgang von dem Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreis (44) geladen wird:

einen Widerstand (39), der parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, um die Ladung auf dem Kondensator zu entladen;

einen Schalter (36; 36'), der von dem ersten Komparator gesteuert wird und parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, wobei dieser Schalter normalerweise geschlossen ist und öffnet, wenn der Komparator feststellt, daß ein unbeabsichtigter Überstrom fließt;

einen zweiten Referenzspannungs-Setzschaltkreis (42) zum Festsetzen einer Spannung entsprechend einer Referenz-Verzögerungszeit für den Langzeit-Auslösevorgang; und

einen zweiten Komparator (41), der die Ladespannung des Kondensators (38) und die Ausgangsspannung des zweiten Referenzspannungs-Setzschaltkreises vergleicht, um die Verzögerungszeit für den Langzeit-Auslösevorgang zu bestimmen.

4. Ein Schalter nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Eingangsspannung zu dem Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlerschaltkreises konstant ist.

5. Ein Schalter nach Anspruch 3, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis weiterhin einen Stromkompensationsschaltkreis (43) aufweist, der mit dem Kondensator (38) verbunden ist, um einen Leckstrom zu kompensieren, der durch den Widerstand austritt, der mit dem Kondensator verbunden ist.

6. Ein Schalter nach Anspruch 5, wobei der Schalter, der von dem ersten Komparator in dem Langzeit-Auslöseschaltkreis gesteuert wird, ein Transistor (36') ist.

7. Ein Schalter nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Langzeit-Auslöseschaltkreis weiterhin eine Diode (47) aufweist, welche zwischen den Stromkompensationsschaltkreis und den Kondensator geschaltet ist, um einen Stromrückfluß in dem Stromkompensationsschaltkreis zu verhindern.