DE3884259T2

DE3884259T2 - Ausschalter.

Info

Publication number: DE3884259T2
Application number: DE88106912T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Mitsubishi Denk Ishii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2008-04-30
Also published as: EP0289042A3; ZA883050B; EP0289042A2; KR910008532B1; JPH0787667B2; DE3884259D1; JPS63274321A; US4849848A; EP0289042B1; KR880013284A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungstrennschalter, der mit einer Überstromauslösevorrichtung ausgerüstet ist.
Fig. 14 ist ein Schaltbild eines Leistungstrennschalters nach dem Stand der Technik, wie er in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-60-32211 offenbart ist.
In dieser Figur sind die Anschlußklemmen 101, 102, 103 auf der Seite eines dreiphasigen Stromversorgungseingangs mit dem Netz verbunden. Diese Anschlußklemmen 101, 102 103 sind mit den lastseitigen Anschlußklemmen 301, 302, 303 über die jeweiligen Konktakte 201, 202, 203 verbunden, die Lasten mit dem Stromkreis verbinden oder davon trennen.
Zwischen den Netzanschlußklemmen 101, 102, 103 und den Lastanschlußlemmen 301, 302, 303 sind elektrische Pfade 11, 12, 13 ausgebildet. Zur Detektion der elektrischen Ströme in verschiedenen Phasen sind jeweils Stromwandler 21, 22, 23 in den elektrischen Pfaden 11, 12, 13 eingefügt. Mit den jeweiligen Sekundärseiten der Stromwandler 21, 22, 23 verbundene Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33 werden dazu verwendet, die absoluten Werte der Lastströme über die Sekundärseiten abzuleiten.
Mit den jeweiligen Ausgängen der Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33 sind Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 verbunden. Jede Nebenschlußschaltungen wird z.B. durch das Anschließen eines Widerstands über die Gleichspannungsausgangsanschlüsse von einer der Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33 gebildet. Die Ausgangsanschlüsse der Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 sind mit den entsprechenden Signalkonverterschaltungen 91, 92 93 verbunden, die die Effektivwerte oder Mittelwerte der in den jeweiligen Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 induzierten Ausgangssignale ableiten.
Die Ausgangssignale der jeweiligen Signalkonverterschaltungen 91, 92, 93 werden an eine aus den Dioden 161, 162, 163 gebildete ODER-Schaltung 160 angelegt. Der Ausgangsanschluß der ODER-Schaltung 160 ist mit einer Analog/Digital-Wandlerschaltung 100 verbunden, die das Ausgangsignal der ODER-Schaltung in eine digitale Form umwandelt. Das größte von den Ausgangssignalen der Konverterschaltungen 91, 92, 93 wird über die ODER-Schaltung 160 in die A/D-Wandlerschaltung 100 eingespeist. Das Ausgangssignal der Wandlerschaltung 100 wird an einen Mikrocomputer 110 angelegt.
Mit dem Ausgangssignal des Mikrocomputers 110 wird ein Thyristor 120 getriggert. Wenn dieser Thyristor 120 eingeschaltet ist, wird eine Überstromauslösevorrichtung 80 des Freigabetyps angesteuert, um die Kontakte 201, 202, 203, die geschlossen waren, mechanisch zu öffnen.
Eine ODER-Schaltung 130 ist mit den Ausgangsanschlüssen der Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33 verbunden, die auf positivem Potential liegen. Die ODER-Schaltung 130 besteht aus Dioden 131, 132, 133. Diejenigen Ausgangsanschlüsse der Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33, die auf negativen Potential liegen, sind mit einem gemeinsamen Potentialpunkt oder Massepunkt verbunden.
Der Ausgangsanschluß der ODER-Schaltung 130 ist mit einer Spannungsversorgungsschaltung 500 sowohl für die A/D-Wandlerschaltung als auch für den Mikrocomputer 110 verbunden. Die Spannungsversorgungsschaltung bildet eine Stromversorgung für den Betrieb dieser Komponenten. Die ODER-Schaltung 130 erzeugt ein Signal, das den Maximalwert der durch die wechselstrompfade 11, 12, 13 fließenden Ströme darstellt. Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 130 ist über eine Zenerdiode 140 mit einer Zeitgeberschaltung 150 verbunden, deren Ausgangsanschluß mit dem Gate des Thyristors 120 verbunden ist.
Wenn die lastschaltenden Kontakte 201, 202, 203 geschlossen sind, wird elektrische Leistung von den Netzanschlußklemmen 101, 102, 103 über die Kontakte 201, 202, 203 an die jeweiligen Lastanschlußklemmen 301, 302, 303 geliefert. Wenn unter dieser Bedingung ein Überlaststrom durch die Wechselstrompfade 11, 12, 13 fließt, dann detektieren die Transformatoren 21, 22, 23 für die verschiedenen Phasen die Überlastströme mit ihrem Eigenverhältnis der Stromwandlung und induzieren Ausgangsströme auf den Sekundärseiten.
Diese Ausgangssignale werden durch die jeweiligen Vollwellengleichrichterschaltungen 31, 32, 33 bin Gleichströme umgewandelt und in die jeweiligen Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 eingespeist. Die Wellenformen der zu diesem Zeitpunkt in den Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 induzierten Signalspannungen sind wohl bekannte Wellenformen bekannter Absolutwerte. Die Ausgangssignale der Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 werden jeweils durch die Signalkonverterschaltungen 91, 92, 93 in Signale, die deren Effektiv- oder Mittelwerten in den entsprechenden Phasen entsprechen, umgewandelt.
Der Maximalwert der von den Signalkonverterschaltungen 91, 92, 93 erhaltene Effektiv- oder Mittelwerte wird über die ODER-Schaltung 160 in die A/D-Wandlerschaltung 100 eingespeist. Die Wandlerschaltung 100 wandelt das auf diesem Wege an sie angelegte Analogsignal in eine digitale Form um. Das sich ergebende digitale Signal wird an den Mikrocomputer 110 geliefert, der den Pegel des digitalen Signals anhand eines vorgegebenen Programms ermittelt.
Dann erzeugt der Mikrocomputer nach einer festgelegten Zeitdauer entsprechend dem Resultat der getroffenen Entscheidung, wie oben beschrieben, ein Zeitablaufsignal und und liefert von seinem Ausgangsport 116 ein Ausgangssignal.
Dieses am Port 116 des Mikrocomputers 110 auftretende Ausgangssignal wird an das Gate des Thyristors 120 angelegt, und triggert ihn in den Leitzustand. Dieses bringt die Überstromauslösevorrichtung 80 vom Freigabetyp dazu, durch Betätigen (nicht gezeigter) Vorrichtungen und der (nicht gezeigten) Abschaltvorrichtung die lastsschaltenden Kontakte 201, 202, 203 zu öffnen. Demzufolge sind die Wechselstrompfade 11, 12, 13 unterbrochen
Unterdessen werden die Spannungssignale, die den zufälligen Strömen entsprechen und die in den Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 induziert wurden, an die aus den Dioden 131, 132, 133 bestehende ODER-Schaltung 130 angelegt. Da der Ausgang der ODER-Schaltung 130 mit der Zeitgeber schaltung 150 über die Zenerdiode 140 verbunden ist, wird dann, wenn der Pegel des Ausgangssignals der ODER-Schaltung 130 die Zenerspannung der Diode 140 übersteigt, ein Signal an die Zeitgeberschaltung 150 angelegt.
Die Zeitgeberschaltung 150 erzeugt nach einer festen Zeitdauer ein Zeitablaufsignal als Antwort auf das Eingangssignal, um dadurch das Gate des Thyristors 120 zu triggern. Dieses aktiviert die Überstromauslösevorrichtung 80 vom Freigabetyp. Demzufolge unterbricht der Leistungstrennschalter sofort die elektrischen Pfade. Die Spannungsversorgungsschaltung 500 ist in dieser herkömmlichen Anordnung parallel zu den Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 geschaltet. Die maximale Spannung bei jeder Phase wird der Spannungsversorgungsschaltung 500 zugeführt. Die elektrische Spannung der Spannungsversorgungsschaltung 500 wird sowohl dem Mikrocomputer 110 als auch der A/D-Wandlerschaltung 100 zugeführt.
Bei dem Leistungstrennschalter nach dem Stand der Technik, wie er so weit beschrieben wurde, fließen Anteile der Ströme, die auf den Sekundärseiten der Stromwandler 21- 23 auftreten in die Spannungsversorgungsschaltung 500, während die Wandler 21-23 für die Detektion der Ströme arbeiten. Deshalb stimmen die durch die Nebenschlußschaltungen 41, 42, 43 fließenden Ströme in verschiedenen Phasen nicht mit den durch die Wechselstrompfade 11, 12, 13 fließenden Strömen überein. Somit ensteht ein Fehler bei der Detektion des Überlastpegels. Desweiteren ist der in die Spannungsversorgungsschaltung 500 fließende Strom nicht konstant. Demzufolge ist es schwierig, den bei der Detektion des Überlastpegels erzeugten Fehler zu korrigieren.
Desweiteren reicht die Ausgangsleistung der Spannungsversorgungsschaltung 500 in dem Moment, bei dem die lastschaltenden Kontakte 201, 202, 203 geschlossen werden nicht aus, um sowohl den Mikrocomputer 110 als auch die A/D- Wandlerschaltung 100 zu versorgen. Damit können diese Steuerschaltungen Fehlfunktionen aufweisem.
Die US-A-4 442 472 beschreibt eine elektrische Auslöseschaltung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Schaltung enhält eine Sofortauslöseschaltung und Kurzzeit-, Langzeit- und Masserschlußverzögerungsschaltungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorbeschriebenen Probleme zu lösen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Leistungs trennschalter zu schaffen der die Pegel der Überlastströme mit verbesserter Genauigkeit detektiert und der die Fehlfunktion der Steuerschaltungen verhindern kann, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsversorgung nicht ausreicht, wie es gerade beim Schließen der lastschaltenden Kontakte auftritt.
Der erfindungsgemäße Leistungstrennschalter weist auf: in den Wechselstrompfaden eingefügte lastschaltende Kontakte; Stromwandler zur Detektion durch die Kontakte fließender elektrischer Ströme; eine mit den Sekundärwicklungen der Stromwandler verbundene Gleichrichterschaltung, um durch die Sekundärseiten der Stromwandler fließende Ströme in Ströme umzuwandeln, die in eine Richtung fließen; eine mit einem postiven Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung verbundene Gleichspannungsversorgungsschaltung wobei die Gleichspannungsversorgungsschaltung einen positiven Ausgangs anschluß einen Zwischenausgangsanschluß und einen negativen Ausgangsanschluß aufweist, an denen dadurch ein positives Potential, ein Zwischenpotential bzw. ein negatives Potential angelegt ist; Stromdetektionswiderständel die zwischen dem negativen Ausgangsanschluß der Spannungsversorgungsschaltung und dem negativen Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung angeschlosen sind; Differenzverstärkerschaltungen die von der Spannungsversorgungsschaltung versorgt werden und die die über den Widerständen entwickelten Spannungsabfälle in Ausgangssignale bezogen auf das von der Spannungsversor gungsschaltung gelieferte Zwischenpotential umwandeln, so daß deren Ausgangssignale zwischen dem von der Spannungsversorgungsschaltung gelieferten positiven Potential und dem negativen Potential liegen, wobei die über den Widerständen entwickelten Spannungsabfälle proportional zu den in der einen Richtung fießenden Strömen sind; eine Zeitgeberschaltung, die von der Spannungsversorgungsschaltung versorgt wird und die die Ausgangssignale von den Differenzverstärkerschaltungen aufnimmt, wobei die Ausgangssignale zu den in der einen Richtung fließenden Strömen proportional sind, und die Zeitgeberschaltung ein Ausgangssignal nach einer vorgegebenen Zeitdauer entsprechend einer Höhe des in der einen Richtung fließenden Stroms ausgibt; eine Schalteinrichtung, die durch das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung geschlossen wird; eine Aulösermagnetspule, die in Reihe zur Schalteinrichtung geschaltet ist, die eine Reihenschaltung zwischen der Verbindung der Gleichrichterschaltung und der Spannungsversorgungsschaltung und der Verbindung der Spannungsversorgungsschaltung und den Stromdetektionswiderständen bildet; und eine Trennvorrichtung, die betätigt wird, wenn die Schalteinrichtung geschlossen ist, und die von der Auslösermagnetspule angesteuert wird, um die lastschaltenden Kontakte zu öffnen; gekennzeichnet durch eine Verriegelungsschaltung, die verhindert, daß die Schalteinrichtung (120) geschlossen wird, wenn die Ausgangspannung der Spannungsversorgungsschaltung nicht ausreicht, die Differenz- Spannungsversorgungschaltung nicht ausreicht die Differenzverstärker und die Zeitgeberschaltung für einen normalen Betrieb zu versorgen.
Die durch die Wechselstrompfade fließenden Ströme werden durch die Stromwandler detektiert und durch die Gleichrichterschaltung in Ströme umgewandelt, die nur in eine Richtung fließen. Alle gewandelten Ströme fließen in die Spannungsversorgungsschaltung und durch die Stromdetektionswiderstände. Da auf diese Weise der gesamte Strom durch die Widerstände fließt, entsteht kein Fehler bei der Detektion der Ströme. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der die Pegel der zufällig auftretenden Ströme detektiert werden, verbessert werden.
Desweiteren verhindert das Vorhandensein einer Verriegelungsschaltung eine Fehlfunktion, wenn der durch Leistungstrennschalter fließende Strom zu niedrig ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungstrennschalters;
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Spannungsversorgungsschaltung und einer Verriegelungsschaltung;
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Auswahlschaltung für die Maximalphase;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der Spannungsversorgungsschaltung und der Verriegelungsschaltung;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise von Differenzverstärkern;
Fig. 6 ist eine Äquivalenzschaltbild der Spannungsversorgungsschaltung und der Differenzverstärker;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der Spannungsversorgungsschaltung und der Differenzverstärker;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Auslösecharakteristiken des Leistungstrennschalters darstellt;
Fig. 9(a) ist ein Schaltbild, das die Eingangs- und Ausgangsspannungswellenformen einer mit einer Einzelphase angesteuerten Spitzenwertkonverterschaltung darstellt;
Fig. 9(b) ist ein Schaltbild, das die Eingangs- und Ausgangsspannungswellenformen einer mit mehreren Phasen angesteuerten Spitzenwertwandlerschaltung darstellt;
Fig. 10 ist eine Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der Auswahlschaltung für die Maximalphase;
Fig. 11 bis 13 sind Schaltbilder weiterer erfindungsgemäßer Leistungstrennschalter; und
Fig. 14 ist ein Schaltbild eines herkömmlichen Leistungstrennschalters.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Leistungstrennschalters. Man beachte, daß gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen durchgängig über alle Figuren bezeichnet werden, und daß die Komponenten, die bereits beschrieben wurden nachfolgend nicht im Detail beschrieben werden. In diesen Beispiel wird der Leistungstrennschalter aus Gründen der Vereinfachung auf den Fall bezogen beschrieben, bei dem er zwei Wechselstrompfade 11 und 12 unterbricht.
Eine Gleichrichterschaltung 30 ist mit den Sekundärseiten der Stromwandler 21 und 22 verbunden, so daß der Ausgangsstrom auf den Sekundärseiten nur in einer Richtung fließen kann. Die Gleichrichterschaltung 30 enthält eine Reihenschaltung von Dioden 31 und 32, eine Reihenschaltung von Dioden 33 und 34 und eine Reihenschaltung von Dioden 35 und 36.
Eine mit dem positiven Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung 30 verbundene Gleichspannungsversorgungsschaltung 500 weist einen positiven Anschluß 5a, einen Referenzanschluß 5b, einen Zwischenanschluß 5c und einen negativen Anschluß 5d auf.
Fig. 2 stellt ein Beispiel der Spannungsversorgungsschaltung 500 dar. Diese enthält eine Impedanzschaltung 501, die den Betrieb der Auslösermagnetspule 80 erleichtert. Die Impedanzschaltung 501 weist eine Reihenschaltung der Widerstände R&sub4; und R&sub5; auf. Diese Reihenschaltung ist mit dem Kollektor eines Transistors Tr&sub1; verbunden. Ein Widerstand R&sub6; ist zwischen der Verbindung der Widerstände R&sub4; und R&sub5; und der Basis des Transistors Tr&sub1; angeschlossen. Eine Zenerdiode ZD&sub1; ist zwischen der Verbindung des Widerstandes R&sub4; und R&sub5; und dem Emitter des Transistors Tr&sub1; angeschlossen.
In Reihe mit der Impedanzschaltung 501 ist ein spannungsbegrenzendes Element 502 geschaltet, das eine Zenerdiode sein kann. Eine Diode 503 ist mit ihrer Anode an der Verbindung der Impedanzschaltung 502 und dem spannungsbegrenzenden Element 502 angeschlossen. Zwischen der Kathode der Diode 503 und dem negativen Anchluß 5d der Spannungsversorgungsschaltung 500 ist ein Glättungskondensator 504 geschaltet. Die Kathode der Diode 503 ist mit dem positiven Anschluß 5a der Spannungsversorgungsschaltung 500 verbunden.
Eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 505 ist mit dem positiven Anschluß 5a verbunden. In Reihe mit der Referenzspannungserzeugungsschaltung 505 ist ein spannungsbegrenzendes Element 506 geschaltet. Die Verbindung des begrenzenden Elements 506 und der spannungserzeugungsschaltung 505 ist mit dem negativen Anschluß 5d der Spannungsversorgungsschaltung 500 verbunden. Der Ausgangsanschluß der Spannungserzeugungsschaltung 505 ist mit dem Referenzanschluß 5b der Spannungsversorgungsschaltung 500 verbunden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der negative Anschluß 5d der Spannungsversorgungsschaltung 500 mit einem Stromdetektionswiderstand 40 verbunden. Das andere Ende des Stromdetektionswiderstands 40 ist mit einem Ende eines Stromdetektionswiderstandes 41 und auch mit einen Ende eines weiteren Stromdetektionswiderstandes 42 verbunden. Die gemeinsame Verbindung zu den Widerständen 40, 41, 42 ist mit der Kathode der Diode 36 der Gleichrichterschaltung 30 verbunden. Die anderen Enden der Widerstände 41 und 42 sind mit den Kathoden der Dioden 32 und 34 der Gleichrichterschaltung 30 verbunden. In dieser Anordnung fließen Vollwellen-gleichgerichtete Ströme, die den Lastströmen in jeder Phase entsprechen durch den Widerstand 40. Halbwellengleichgerichtete Ströme, die den Lastströmen in jeder Phase entsprechen fließen durch die Widerstände 41 und 42.
Differenzverstärkerschaltungen 60, 61, 62 wandeln die über den Widerständen 40, 41, 42 entwickelten Spannungabfälle in Signale um, die sich auf das von der Spannungsversorgungsschaltung 500 erzeugte Zwischenpotential V&sub0; beziehen.
Der Differenzverstärker 60 enthält einen Operationsverstärker 63 und vier Widerstände 64, 65, 66, 67. Der Differenzverstärker 61 besteht aus einem Operationsverstärker 631 zusammen mit vier Widerständen 641, 651, 661, 671. Der Differenzverstärker 62 besteht aus einem Operationsverstärker 632 und vier Widerständen 642, 652, 662, 672.
Von der Spannungsversorgungsschaltung 500 wird die elektrische Versorgung an die Differenzverstärker 60, 61, 62 angelegt. Die Eingänge der Verstärker 60, 61, 62 sind jeweils mit den Widerständen 40, 41 bzw, 42 verbunden. Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 60, 61, 62 sind so eingestellt, daß der Verstärkungsfaktor des der Spannungsversorgungsschaltung 500 am nächsten gelegenen Verstärkers niedriger als der Verstärkungsfaktor der anderen Verstärker ist. Das heißt:
Verstärkungsfaktor von Verstärker 60 < Verstärkungsfaktor von Verstärker 61 = Verstärkungsfaktor von Verstärker 62
Eine Zeitgeberschaltung 70 enthält eine Sofortauslöseschaltung 230, eine Kurzzeitauslöseschaltung 220 und eine Langzeitaulöseschaltung 170. Die Ausganganschlüsse der Schaltungen 230, 220, 170 sind zueinander parallelgeschaltet, um den Ausgangsanschluß 70a der Zeitgeberschaltung 70 zu bilden.
Insbesondere ist die Sofortauslöseschaltung 230 mit dem Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 60 verbunden. Eine Reihenschaltung einer Spitzenwertkonverterschaltung 210 und der Kurzzeitauslöseschaltung 220 ist mit der Sofortauslöse schaltung 230 in Parallelschaltung verbunden. Eine Auswahlschaltung 160 für die Maximalphase ist mit den Ausgangsanschlüssen des Differenzverstärkers 61 und 62 verbunden. Mit dem Ausgangsanschluß der Auswahlschaltung 160 ist eine Effektivwertkonverterschaltung 91 verbunden. Die Langzeitauslöseschaltung 170 ist mit dem Ausgangsanschluß der Konverterschaltung 91 verbunden.
Wie in Fig. 3 dargestellt enthält die Auswahlschaltung 160 für die Maximalphase Gleichspannungskonverterschaltungen 161, 162, einen Komparator 164 und einen Auswahlschalter 165. Die Konverterschaltungen 161 und 162 sind an dem Ausgangsanschlüssen der Differenzverstärker 62 bzw. 61 angeschlossen. Der Eingangsanschluß des Komparators 64 ist mit den Ausgangsanschlüssen der Wandlerschaltungen 161 und 162 verbunden. Der Schalter 165 wird von dem Ausgangssignal des Komparators 164 gesteuert, um die Maximalphase auszuwählen.
Eine Auslösermagnetspule 80 ist mit dem positiven Ausgangsanschluß des Gleichrichterschaltung 30 verbunden. In Reihe mit der Spule 80 ist eine Schalteinrichtung 120 geschaltet. Das andere Ende der Schalteinrichtung 120 ist mit dem negativen Anschluß 5d der Spannungsversorgungsschaltung 500 verbunden. Die Spule 80 wird über eine Unterbrechungseinrichtung 100 mit den Kontakten 201 und 202, die geöffnet und geschlossen werden können, verriegelt. Wenn die Schalteinrichtung 120 vom offenen in den geschlossenen Zustand umschaltet, werden die Kontakte 201 und 202 geöffnet.
Eine Verriegelungsschaltung 50 ist zwischen den Ausgang der Zeitgeberschaltung 70 und dem Eingang der Schalteinrichtung 120 geschaltet, um einen Betrieb unter unzureichenden Spannungsbedingungen zu verhindern. Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Verriegelungsschaltung aus einem Komparator 53 und einer Spannungsteilerschaltung 51. Die aus den Widerständen R&sub7; und R&sub8; zusammengesetzte Teilerschaltung 51 ist zwischen dem positiven Anschluß 5a und dem Zwischenanschluß 5c der Spannungsversorgungsschaltung 500 angeschlossen. Die Verbindung der Widerstände R&sub7; und R&sub8; ist mit einen Eingangsanschluß des Komparators 53 verbunden, während der andere Eingangsanschluß mit dem Referenzanschluß 5b verbunden ist. Die Verriegelungsschaltung 50 weist einen Ausgangsschalter 54 auf.
Die aufgebaute Anordnung, so wie sie oben beschrieben wurde, arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise.
Wenn elektrische Ströme durch die Wechselstrompfade 11 und 12 fließen, dann fließen sekundäre Ströme, die durch das eingebaute Verhältnis der Stromtransformation der Stromwandler 21, 22 bestimmt sind, durch die Sekundärwicklungen der Wandler. Die Sekundärströme werden durch die Gleichrichterschaltung 30 in Ströme umgewandelt, die in einer Richtung fließen. Der Ausgangsstrom der Gleichrichterschaltung 30 fließt durch die Spannungsversorgungsschaltung 500 und die Detektionswiderstände 40, 41, 42 und kehrt zur Gleichrichterschaltung 30 zurück. Zu diesen Zeitpunkt fließen Vollwellengleichgerichte Ströme, die den durch die Pfade 11 und 12 fließenden Lastströmen in jeder Phase entsprechen durch die Spannungsversorgungsschaltung 500 und den Widerstand 40. Halbwellen-gleichgerichte Ströme, die den Lastströmen in jeder Phase entsprechen, fließen durch die anderen Widerstände 41 und 42.
Wenn ein Vollwellen-gleichgerichteter Strom in die Spannungsversorgungsschaltung 500 der in Fig. 2 dargestellten Struktur fließt, dann werden Spannungen +V, Vref und -V bezogen auf das Potential V&sub0; an dem an Masse angeschlossenen Zwischenanschluß 5c, wie in Fig. 4 dargestellt, erzeugt. Die an dem Ausgangsanschluß 5a auftretende Spannung +V kann eine Welligkeitskomponente aufweisen. Die Relation zwischen den Ausgangsspannungen + V und Vref ist gegeben durch:
+V > Vref
Die Ausgangsspannung der Spannungsversorgungsschaltung 500 wird an die Verriegelungsschaltung 50 angelegt. Wenn die Ausgangspannung +V den in Fig. 4 dargestellten EIN-Pegel übersteigt, dann ist der Ausgangsschalter 54 aufgrund der Hysterese des Komoparators 53 geschlossen. Wenn die Spannung +V niedriger als der AUS-Pegel ist, dann ist der Schalter 54 geöffnet.
Die Differenz zwischen EIN-Pegel und dem AUS-Pegel ist größer als die Welligkeitskomponente der Ausgangspannung +V gewählt, um zu verhindern, daß die Welligkeitskomponente den Schalter 54 wiederholt aus und einschaltet.
Insbesondere dann, wenn die Ausgangspannung +V einen vorgegebenen Wert überschreitet, ist die Ausgangsspannung Vref ausreichend stabilisiert. Der Ausgangsschalter 54 der Verriegelungsschaltung 50 ist nur dann geschlossen, wenn die Ausgangsspannung -V gleich einem vorgegebenen Wert ist.
Die elektrische Versorgung wird von der Spannungsversorgungsschaltung 500 an die Differenzverstärker 60, 61, 62 angelegt. Die Verstärker 60, 61, 62 empfangen Eingangssignale von den jeweiligen Stromdetektionswiderständen 40, 41, 42.
Wie zuvor erwähnt, haben die Verstärkungsfaktoren der Differenverstärker die Beziehung:
Verstärkungsfaktor von Verstärker 60 < Verstärkungsfaktor von Verstärker 61 = Verstärkungsfaktor von Verstärker 62
Demzufolge kann, wie in Fig. dargestellt die Charakteristik A der Ausgangsspannung des Verstärkers 60 im Langzeitauslösebereich höher gemacht werden. Das heißt, es können in diesem Bereich ziemlich kleine Stromänderungen genau detektiert werden.
Die anderen Ausgangsspannungen der Verstärker 61 und 62 weisen eine Charakeristik B auf, die den Kurzzeitauslösebereich abdeckt, in dem sich die Ströme stark verändern. Aus diese Grunde kann diese Charakteristik B dieselbe sein wie die herkömmliche Charakteristik C.
Für den richtigen Betrieb der Differenzverstärker 60-62 ist es unbedingt erforderlich die Bedingungen, wie sie jetzt beschrieben werden, einzuhalten. Fig. 6 stellt eine Äquivalenzschaltung der Spannungsversorgungsschaltung 500 und der Verstärker 60, 61 dar. Damit die oben beschriebene Schaltung als Differenzverstärker arbeitet, müssen die an den Verstärker 60 angelegten potentiale Vop+1 und Vop-1 innerhalb der Ausgangsspannungen +V und -V der Spannungsversorgungsschaltung 500 liegen. Wie in Fig. 7 dargestellt, weisen mit den Eingängen des Verstärkers 60 verbundene Widerstände Rin und mit den Ausgängen verbunden Widerstände Rout Widerstandswerte auf, die so bemessen sind, daß sie diese Anforderung erfüllen.
Ähnliche Bedingungen gelten für die Differenzverstärker 60 und 61. Innerhalb des Kurzzeitauslösebereichs weichen an den Differenzverstärker 61 angelegten Potentiale Vop+2 und Vop-2 von der Ausgangspannung -V ab, so daß er nicht arbeitet. Es ensteht jedoch kein Problem, weil zu diesem Zeitpunkt der Differenzverstärker 60 arbeitet.
Sobald der augenblickliche Wert des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 60 den in in Fig. 8 dargestellten Sofortauslösebereich überschreitet, liefert die Sofortauslöseschaltung 230 ein Ausgangssignal, das wie das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 70 wirkt.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 60 wird in die Spitzenwertkonverterschaltung 210 eingespeist. Die Wellenformen der Eingangs- und Ausgangsspannungen der Konverterschaltung 210 sind in den Fig. 9(a) und 9(b) dargestellt. Fig. 9(a) zeigt eine Auslösecharakeristik die durch einen Einzelphasenbetrieb erzielt wird. Fig. 9(b) zeigt eine Auslösecharakeristik die durch einen Mehrphasenbetrieb erzielt wird. Die Konverterschaltung 210 dient dazu, keinen Unterschied zwischen diesen zwei Chartakteristiken zu machen.
Das Ausgangssignal der Spitzenwertkonverterschaltung 210 wird an die Kurzzeitauslöseschaltung 220 angelegt. Sobald dieser Ausgangsstrom den in Fig. 7 dargestellten Kurzzeitauslösebereich überschreitet, erzeugt die Auslöseschaltung 220 ein Ausgangssignal, das wie das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 70 wirkt.
Die Ausgangssignale der Differenzverstärkerschaltungen 61 und 62 werden an die Auswahlschaltung 160 für die Maximalphase angelegt, wie es in Fig. 3 und 10 dargestellt ist. Diese Eingangssignale werden an die Gleichspannungskonverterschaltungen 161 und 162 angelegt, die sie in Gleichspannungen mit einem kleinen Welligkeitsanteil umwandeln. Der Komparator 164 besitzt eine Hysterese, und sobald eine Phase gewählt ist, wird die höchste Priorität dieser Phase zugeordnet, sogar dann, wenn dieselbe Signalspannung nochmals angelegt wird. In den in Fig. 10 dargestellten Beispiel ist die Ausgangsspannung VA von Verstärker 61 ausgewählt. Demzufolge wird das Signal VB solange nicht gewählt, bis die folgende Bedingung erfüllt ist:
VB > VA x [Mittelwert VADC + Welligkeit von VADC/Mittelwert VADC
Das wurde gemacht, um zu verhindern, daß das Signal mehrfach zwischen VA und VB innerhalb mehrerer Zyklen umgeschaltet wird; anderenfalls würde die nachfolgende Effectivwertkonverterschaltung 91 einen Fehler erzeugen.
Das Signal der von der Auswahlschaltung 160 für die Maximalphase ausgewählten Phase wird an die Effektivwertkonverterschaltung 91 angelegt. Das Ausgangssignal wird in ein Gleichspannungssignal umgewandelt. Das Ausgangssignal der Konverterschaltung 91 wird in die Langzeitauslöseschaltung 170 eingespeist. Wenn der Ausgangsstrom den in Fig. 7 dargestellten Langzeitauslösebereich überschreitet, liefert die Auslöseschaltung 220 ein Ausgangssignal, das wie das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 70 wirkt.
Das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 70 wird über den Ausgangsschalter der Verriegelungsschaltung 50 in den Eingang der Schalteinrichtung 120 eingespeist und triggert den Eingang. Darauf wird der Ausgang der Schalteinrichtung 120 vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet, gefolgt von einer Aktivierung der Magnetauslöseeinrichtung 120. Diese Auslöseeinrichtung 120 öffnet die Kontakte 201 und 202 und schaltet die Überlastströme ab. Die Kurve der oben beschriebenen Betriebscharakteristik ist in Fig. 8 dargestellt.
Wenn der durch die Kontakte 201 und 202 fließende Strom in der Größenordnung von ungefähr 10 bis 20 % des Nennstroms liegt, dann reicht die Ausgangsspannung der Spannungsversorgungsschaltung 500 nicht aus, die Zeitgeberschaltung 70 zu betreiben. In diesem Zustand ist der Ausgangsschalter der Verriegelungsschaltung 50 geöffnet, um den Betrieb der Schalteinrichtung 120 zu verhindern, und um die Zeitgeberschaltung 70 davon abzuhalten ein fehlerhaftes Ausgangssignal zu erzeugen.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Effektivwertkonverterschaltungen 91 und 92 vor der Auswahlschaltung 160 für die Maximalphase angeordnet sind.
Fig. 12 zeigt eine Schaltung, bei der Vollwellengleichrichterschaltungen 31 und 32 in Reihe geschaltet sind. Diese Schaltung kann keine Effektivwerte detektieren, kann aber einen preiswerten Leistungstrennschalter ermöglichen.
In Fig. 13 sind Vollwellengleichrichterschaltungen 31 und 32 in Reihe mit Detektionswiderständen 41 bzw. 42 geschaltet. Die Reihenschaltungen sind parallelgeschaltet.
In den obigen Beispielen unterbricht jeder Leistungstrennschalter zweiphasige Wechselstrompfade 11 und 12. Natürlich kann die Erfindung auch auf einen Leistungstrennschalter, der einen einphasigen Wechselstrompfad oder einen dreiphasigen Wechselstrompfad unterbricht, angewendet werden.
Wie es oben beschrieben wurde, schaltet die Steuerschaltung eines Leistungstrennschalters erfindungsgemäß eine Spannungsversorgungsschaltung in Reihe mit Stromdetektionswiderständen. Die über jedem Widerstand erzeugte Potentialdifferenz wird in die Spannungsversorgungsschaltung durch Differenzverstärker eingeführt. Das Ausgangssignal ist nur dann verfügbar, wenn die Spannung der Spannungsversorgungsschaltung ausreicht, die Steuerschaltung zu betreiben. Somit können genaue Auslösecharakteristiken auf ökonomische Weise erzielt werden.

Claims

1. Leistungstrennschalter, umfassend:

in den Wechselstrompfaden (11, 12) eingefügte lastschaltende Kontakte (201, 202); Stromwandler (21, 22) zur Detektion durch die Kontakte (201, 202) fließender elektrischer Ströme;

eine mit den Sekundärwicklungen der Stromwandler (21, 22) verbundene Gleichrichterschaltung (30), um durch die Sekundärseiten der Stromwandler (21, 22) fließende Ströme in Ströme umzuwandeln, die in eine Richtung fließen;

eine mit einem postiven Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung (30) verbundene Gleichspannungsversorgungsschaltung (500), wobei die Gleichspannungsversorgungsschaltung (500) einen positiven Ausgangsanschluß (5a) einen Zwischenausgangsanschluß (5c) und einen negativen Ausgangsanschluß (5d) aufweist, an denen dadurch ein positives Potential, ein Zwischenpotential, bzw. ein negatives Potential angelegt ist;

Stromdetektionswiderstände (40, 41 42), die zwischen dem negativen Ausgangsanschluß (5d) der Spannungsversorgungsschaltung (500) und dem negativen Ausgangsanschluß der Gleichrichterschaltung (30) angeschlosen sind;

Differenzverstärkerschaltungen (60, 61, 62), die von der Spannungsversorgungsschaltung (500) versorgt werden, und die die über den Widerständen (40, 41, 42) entwickelten Spannungsabfälle in Ausgangssignale bezogen auf das von der Spannungsversorgungsschaltung (500) gelieferte Zwischenpotential umwandeln, so daß deren Ausgangssignale zwischen dem von der Spannungsversorgungsschaltung (500) gelieferten positiven Potential und dem negativen Potential liegen, wobei die über den Widerständen (40, 41, 42) entwickelten Spannungsabfälle proportional zu den in der einen Richtung fießenden Strömen sind;

eine Zeitgeberschaltung (70), die von der Spannungsversorgungsschaltung (500) versorgt wird, und die die Ausgangssignale von den Differenzverstärkerschaltungen (60, 61, 62) aufnimmt, wobei die Ausgangssignale zu den in der einen Richtung fließenden Strömen proportional sind, und die Zeitgeberschaltung (70) ein Ausgangssignal nach einer vorgegebenen Zeitdauer entsprechend einer Höhe des in der einen Richtung fließenden Stroms ausgibt;

eine Schalteinrichtung (120), die durch das Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung (70) geschlossen wird;

eine Auslösermagnetspule (80), die in Reihe zur Schalteinrichtung (120) geschaltet ist, die eine Reihenschaltung zwischen der Verbindung des Gleichrichterschaltung (30) und der Spannungsversorgungsschaltung (500) und der Verbindung der Spannungsversorgungsschaltung (500) und den Stromdetektionswiderständen (40, 41, 42) bildet; und

eine Trennvorrichtung (100), die betätigt wird, wenn die Schalteinrichtung (120) geschlossen ist, und die von der Auslösermagnetspule (80) angesteuert wird, um die lastschaltenden Kontakte (201, 202) zu öffnen; gekennzeichnet durch

eine Verriegelungsschaltung (50), die verhindert, daß die Schalteinrichtung (120) geschlossen wird, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsversorgungsschaltung (500) nicht ausreicht, die Differenzverstärker (60, 61, 62) und die Zeitgeberschaltung (70) für einen normalen Betrieb zu versorgen.

2. Leistungstrennschalter nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektionswiderstände (40, 41, 42) in Reihe geschaltet sind, und wobei mehrere Differenzverstärker (60, 61, 62) vorgesehen sind, die über den Widerständen (40, 41, 42) entwickelten Spannungen in Ausgangssignale in Bezug auf das von der Spannungsversorgungsschaltung (500) gelieferte Zwischenpotential umzuwandeln, so daß die Ausgangssignale zwischen dem positiven Ausgang und dem negativen Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung (500) liegen, und einer der Differenzverstärker (60, 61, 62) der von der Spannungsversorgungsschaltung (500) entfernt angeordnet ist, einen höheren Verstärkungsfaktor als die anderen Differenzverstärker (60, 61, 62) aufweist.

3. Leistungstrennschalter nach Anspruch 2, wobei die Zeitgeberschaltung (70) umfaßt: eine Sofortauslöseschaltung (230), die mit dem Ausgangsanschluß des nahe an der Spannungsversorgungsschaltung (500) angeordneten Differenzverstärkers (60) verbunden ist; eine Reihenschaltung einer Spitzenwertkonverterschaltung (210) und einer Kurzzeitauslöseschaltung (220), wobei die Reihenschaltung zur Sofortauslöseschaltung (230) parallelgeschaltet ist; und eine Reihenschaltung einer Effektivwertkonverterschaltung (91) oder einer Spitzenwertkonverterschaltung (210) und einer Langzeitauslöseschaltung (170), wobei die Reihenschaltung mit den Ausgangsanschlüssen der Differenzverstärker (61, 62) verbunden ist, die entfernt von der Spannungsversorgungsschaltung (500) angeordnet sind.

4. Leistungstrennschalter nach Anspruch 1, wobei: die lastschaltenden Kontakte (201, 202) in mehrphasige Wechselstrompfade (11, 12) eingefügt sind;

die Stromwandler (21, 22) die durch die Wechselstrompfade (11, 12) fließenden Ströme detektieren;

einer der Detektionswiderstände (40) mit dem negativen Anschluß (5d) der Spannungsversorgungsschaltung (500) in der Weise verbunden ist, daß ein Strom durch ihn in einer Richtung fließt, wobei der Strom proportional zum größten Wert der Augenblickswerte der durch die Kontakte (201, 202) fließenden Ströme ist;

mehrere der Detektionswiderstände (41, 42) zwischen dem einen Ende des einen Detektionswiderstandes (40) und jeweils mehreren negativen Anschlüssen der Gleichrichterschaltung (30) in der Weise angeschlossen sind, so daß jeder der durch die mehreren Detektionswiderstände (41, 42) fließenden Ströme proportional zu dem Strom ist, der durch jeden der entspechenden Kontakte (201, 202) fließt;

mehrere Differenzverstärker (61, 62) vorgesehen sind zum Umwandeln der über den Detektionswiderständen (41, 42) entwickelten Spannungsbfälle, die entfernt von der Spannungsversorgungsschaltung (500) angeordnet sind, in auf das Zwischenpotential bezogene Ausgangssignale; und

eine Auswahlschaltung (160) für die Maximalphase, die mit den Ausgangsanschlüssen der Differenzverstärker (61, 62) verbunden ist, um die Phase auszuwählen, bei der die Ströme, die in die eine Richtung fließen und die sich proportional zu den durch die Kontakte (201, 201) fließenden Strömem verändern, die maximalen Werte annehmen, wobei die Ausgangsspannung der Auswahlschaltung (160) an eine Effektivwertkonverterschaltung (91) angelegt ist.

5. Leistungstrennschalter nach Anspruch 1, wobei:

die lastschaltenden Kontakte (201, 202) in mehrphasige Wechselstrompfade (11, 12) eingefügt sind;

mehrere der Detektionswiderstände (41, 42) zwischen dem einen Ende des einen Detektionswiderstandes (40) und jeweils mehreren negativen Anschlüssen der Gleichrichterschaltung (30) in der Weise angeschlossen sind, daß jeder der durch die mehreren Detektionswiderstände (41, 42) fließenden Ströme proportional zu dem Strom ist, der durch jeden Kontakt (201, 202) fließt.

mehrere Differenzverstärker (61, 62) vorgesehen sind zum Umwandeln der über den Detektionswiderständen (41, 42) entwickelten Spannungsbfälle, die entfernt von der Spannungsversorgungsschaltung (500) angeordnet sind, in auf das Zwischenpotential bezogene Ausgangssignale;

mehrere Efektivwertkonverterschaltungen (91, 92) mit den Ausgangsanschlüssen der Differenzverstärker (62, 61) verbunden sind;

eine Auswahlschaltung (160) für die Maximalphase, mit den Ausgangsanschlüssen der Effektivwertkonverter (91, 92) verbunden ist, und dazu dient, die Phase auszuwählen, bei der die Ströme, die in die eine Richtung fließen und die sich proportional zu den durch die Kontakte (201, 201) fließenden Strömem verändern, die maximalen Werte annehmen; und

eine Langzeitauslöseschaltung (170) mit dem Ausgangsanschluß der Auswahlschaltung (160) für die Maximalphase verbunden ist.