DE3923594A1 - Erdschlussueberwachungseinrichtung fuer drehstromantriebe, die ueber umrichter gespeist werden - Google Patents

Description

In Grubenbauten, die durch Grubengas gefährdet werden können, muß in Netzen mit Nennspannungen über 20 Volt bis 1000 Volt bei einfachem vollkommenem Erdschluß mindestens der fehlerhafte Netzteil spätestens nach 1,5 Sekunden abgeschaltet sein. Bei den bisher üblichen Überwachungsgeräten, die meist mit einer Fremdgleichspannung als Meßspannung arbeiten, bereitet die praktische Umsetzung dieser Forderung (insbesondere bei Strom­ zwischenkreisumrichtern) Schwierigkeiten.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Erdschlußüber­ wachungseinrichtung aufzubauen, die der vorstehend genannten Forderung ausreichend genügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der Erfindung lassen sich Erdschlüsse sehr rasch erken­ nen und somit wenigstens der fehlerhafte Netzteil innerhalb der vorgeschriebenen Zeit problemlos abschalten.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Die Fig. zeigt die Erfindung im Prinzipschaltbild.

Wie aus der Fig. ersichtlich, wird das speisende Netz hochohmig über eine Schaltung aus Widerständen 1, Kapazitäten 2, Dioden 3 sowie einer Bürde 4 (ohmscher Widerstand) und eine Kapazität 5 an den Schutzleiter 6 gelegt. Im Normalfall fließt bei Netz­ symmetrie kein Strom. Ein eventueller Gleichstromanteil ist bei Unsymmetrie durch die Kapazität 5 abgeblockt.

Tritt nun vor oder hinter dem Umrichter 7 (z.B. Strom-/Spannungs­ zwischenkreisumrichter) für den (geregelten) Drehstrommotor 8 ein Erdschluß auf, so entsteht durch die Unsymmetrie ein Stromfluß über die Widerstands-Gleichrichteranordnung, die zu einem Span­ nungsabfall an der Bürde 7 führt. Diese Fehlerwechselspannung ist eine pulsierende Gleichspannung. Die Kondensatoren 2 dienen zur Siebung der stark oberwellenbehafteten Spannung im Meßkreis.

Die an der Bürde 4 abgegriffene Fehlerwechselspannung UF wird zunächst über einen hochisolierenden Trennverstärker 9 vom Netz isoliert und verstärkt. Die Ausgangsspannung des Trennverstär­ kers 9 wird dann in zwei getrennten Verarbeitungskreisen 10, 11 wie folgt weiterverarbeitet:

Im ersten Verarbeitungskreis 10 wird die pulsierende Ausgangs­ gleichspannung des Trennverstärkers 9 in einer Kondensator/Dio­ denschaltung 12 gleichspannungsmäßig entkoppelt und nachfolgend gleichgerichtet. Die sich ergebende Ausgangsspannung wird dann über einen Integrator 13 geglättet. Die Ausgangsspannung des Integrators wird einem Schwellwertmelder 14 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Amplitude der Ausgangsspannung des Integrators 13 einen eingestellten Grenzwert überschreitet. Ein nachgeschaltetes Zeitverzögerungsglied 15 erzeugt ein Aus­ gangssignal, wenn das Ausgangssignal des Schwellwertmelders 14 über eine vorgebbare Zeit (maximal der vorgeschriebene Zeitwert von 1,5 Sekunden) ansteht. Dadurch wird ein Speicher 16 gesetzt, der dann über ein UND-Glied 17 eine Treiberstufe 18 für ein Über­ wachungsrelais 19 ansteuert. Das Überwachungsrelais 19 schaltet dann über eine Abschaltleitung 20 im Falle einer Betätigung (also im Falle des Erdschlusses) das fehlerhafte Netzteil inner­ halb der vorgeschriebenen Zeit (also innerhalb der 1,5 Sekunden) ab.

Im zweiten Verarbeitungskreis 11 wird für das Fehlerkriterium sowohl die Amplitude als auch die Impulsdauer der pulsierenden Fehlergleichspannung gemessen, die am Ausgang des Trennverstär­ kers 9 ansteht. Die Amplitude wird über einen Schwellwertmelder 21 (ähnlich wie beim Schwellwertmelder 14) erfaßt und über einen Optokoppler 22 einem UND-Glied 23 zugeführt. Die Weiterleitung des Signals erfolgt nur, wenn von einem Grenzwertmelder 24, der hier z.B. mit der Sollwertvorgabe 25 für den Antriebsmotor 8 ge­ koppelt ist, ein Freigabesignal am UND-Glied 23 ansteht. In einem Zeitregister 26 wird nun die Impulsbreite kontrolliert. Impulse unter einer bestimmten Impulsdauer werden nicht weiter­ geleitet. Da infolge der Oberwelligkeit auch Streuimpulse auf­ treten können, werden die erfaßten Impulse einem Impulszähler 27 zugeführt, der von einem Zeitglied 28 beim Einlaufen eines Im­ pulses für eine definierte Zeit freigegeben wird. An einem Wahl­ schalter kann die Anzahl der erforderlichen Fehlerimpulse, die eine Abschaltung bewirken, eingestellt werden. Die Ansteuerung der Treiberstufe 18 erfolgt wieder über einen Speicher 29 und das UND-Glied 17.

Aufgrund des speziellen Aufbaues der beiden Verarbeitungskreise 10 und 11 werden im ersten Verarbeitungskreis 10 im wesentlichen Grundfrequenzen größer 16 Hertz und im zweiten Verarbeitungs­ kreis 11 im wesentlichen Grundfrequenzen kleiner 16 Hertz ver­ arbeitet.

Damit werden Kurzschlüsse in allen interessanten Frequenzberei­ chen (insbesondere in Bereichen kleiner 16 Hertz) meßtechnisch eindeutig innerhalb der vorgeschriebenen Zeit erfaßt. Eine Ab­ schaltung kann also innerhalb der vorgeschriebenen Zeit von z.B. 1,5 Sekunden ohne weiteres erfolgen.

Claims (7)

1. Erdschlußüberwachungseinrichtung für Drehstromantriebe, die über Umrichter gespeist werden, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4) zum Erfassen eines dem Erd­ schlußstrom entsprechenden elektrischen Signals (UF) und zwei auf unterschiedliche Signalgrundfrequenzbänder abgestimmte Ver­ arbeitungskreise (10, 11) für das elektrische Signal, von denen der erste Verarbeitungskreis (10) eine Amplitudenmeßeinrichtung (12 bis 16) auf der Basis einer Integration (10) und der nach­ folgenden Erfassung einer Schwellwertüberschreitung (14) während einer vorgebbaren Zeitdauer (15) umfaßt und der zweite Verarbei­ tungskreis (11) eine Amplitudenmeßeinrichtung (21 bis 25) auf der Basis einer Schwellwertüberschreitung (21) sowie eine Impuls­ breitenmeßeinrichtung (26 bis 28) für schwellwertüberschreitende Amplitudeereignisse beinhaltet sowie durch eine Einrichtung (17 bis 20) zum Abschalten im Kurzschlußfall in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Verarbeitungskreises (10, 11).

2. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zum Erfassen eines dem Erdschlußstrom entsprechenden elek­ trischen Signals (UF) eine Bürde (4) umfaßt.

3. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürde (4) in Richtung Schutzleiter (6) eine Kapazität (5) nachgeschaltet ist.

4. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Einrichtung (4) zum Erfassen eines den Erdschlußstrom entsprechenden elektrischen Signals über einen hochisolierenden Trennverstärker (9) den beiden Verarbeitungs­ kreisen (10, 11) zugeleitet wird.

5. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verarbeitungskreis (10) in Serie umfaßt eine Anordnung (12) zur gleichspannungsmäßigen Entkopplung und Gleichrichtung des Ausgangssignals des Trennverstärkers (9), einen Integrator (13), einen Schwellwertmelder (14), ein Zeitverzögerungsglied (15) und einen Speicher (16).

6. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verarbeitungskreis (11) in Serie umfaßt einen Schwell­ wertmelder (21) für die Amplitude des Ausgangssignals des Trenn­ verstärkers (9), einen Optokoppler (22), ein UND-Glied (23) mit angeschalteten Schwellwertmelder (24) mit Sollwertvorgabe (25) sowie ein Zeitregister (26) mit nachfolgendem Impulszähler (27) mit Zeitglied (28) und einem Speicher (29).

7. Erdschlußüberwachungseinrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speicher (16, 29) ausgangsseitig über ein UND-Glied (17) mit der Treiberstufe (8) eines Überwachungsrelais (19) zur Ab­ schaltung des kurzschlußbehafteten Netzteils verbunden ist.