DE3929236C2

DE3929236C2 -

Info

Publication number: DE3929236C2
Application number: DE19893929236
Authority: DE
Inventors: Heinz 7840 Muellheim De Cordes; Guenter 4620 Castrop-Rauxel De Kaemper
Original assignee: Walter Becker Elekronik Transport- und Antriebstchnik 4250 Bottrop De GmbH
Current assignee: KAEMPER, GUENTER, 44579 CASTROP-RAUXEL, DE
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1989-09-02
Publication date: 1993-02-04
Also published as: DE3929236A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für Stromanschlußeinrichtungen für Wechselstromverbraucher mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a protective circuit for power connection devices for AC consumers with the features of the preamble of claim 1.

Die bekannte Schutzschaltung für eine Stromanschlußeinrichtung für Wechsel stromverbraucher, von der die Erfindung ausgeht (DE-AS 15 38 416), ermittelt die Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Leitung. Durch Ermittlung der Stromanstiegsgeschwindigkeit wird erreicht, daß die Schutz schaltung schneller anspricht als bei einer reinen Absolutwert-Überwachung. Bei dieser bekannten Schutzschaltung ist dabei eine untere Ansprechschwelle für den Absolutwert des Stroms auf der zu überwachenden Leitung vorgesehen, so daß "schleichende" Kurzschlüsse nicht erkannt werden können. Unter be stimmten Bedingungen kann es aber bei Wechselstromverbrauchern mit hoher induktiver Lastkomponente dazu kommen, daß die an der zu überwachenden Leitung betriebsmäßig anstehende Spannung so gering ist, daß sie auch im Kurzschlußfall nicht ausreicht, um einen ausreichend hohen Strom durch die Leitung zu treiben. Vor diesem Hintergrund spricht die bekannte Schutz schaltung nicht an.The known protective circuit for a power connection device for change current consumer from which the invention is based (DE-AS 15 38 416) determined the rate of current rise on the line to be monitored. By Determination of the rate of current rise is achieved that the protection circuit responds faster than with pure absolute value monitoring. In this known protective circuit there is a lower response threshold intended for the absolute value of the current on the line to be monitored, so that "creeping" short circuits cannot be detected. Under be certain conditions can occur with AC consumers with high inductive load components come to the that to be monitored Line operational voltage is so low that it also in Short circuit case is not sufficient to a sufficiently high current through the To drive the line. Against this background, the well-known protection speaks do not switch on.

Die zuvor erläuterten Randbedingungen treten insbesondere bei über Wechsel strom-Umrichter oder auch über Wechselrichter angesteuerten Motoren, insbe sondere Drehstrommotoren auf, und zwar insbesondere dann, wenn bei sehr kleinen Motordrehzahlen die Klemmenspannung sehr niedrig ist. Solche Ver braucher haben primär eine induktive Lastkomponente. Setzt man die bekannte Schutzschaltung bei derartigen Verbrauchern ein, so stellt sich überdies heraus, daß es sehr leicht zu Fehlauslösungen kommt, oder, unter bestimmten Bedingungen, zum Nichtauslösen.The boundary conditions explained above occur in particular when changing current converter or motors controlled by inverters, esp special three-phase motors, especially when very small motor speeds the terminal voltage is very low. Such ver consumers primarily have an inductive load component. If you put the known Protection circuit in such consumers, so it turns out out that false tripping occurs very easily, or, under certain Conditions not to trigger.

Bei einem Gleichstrom-/Gleichstromwandler ist eine interne Schutzmaßnahme für die Schalttransistoren getroffen, indem zu den Schalttransistoren die Primärwicklungen der Stromwandler in Serie geschaltet sind, deren sekundär seitig abgegebene Spannungen zur Überwachung des Stromanstieges während zumindest eines Teiles der Leitperiode des zugehörigen Schalttransistors genutzt werden. Aus dieser Überwachung resultiert nötigenfalls eine Ab schaltung der Schalttransistoren. Der zu messende Strom tritt als Folge von Stromimpulsen auf. Auch aus weiterem Stand der Technik sind Schutz schaltungen für Gleichstrom-Anwendungen bekannt (DE 27 53 517 A1).With a DC / DC converter is an internal protective measure taken for the switching transistors by the to the switching transistors Primary windings of the current transformers are connected in series, their secondary voltages to monitor the current increase during at least part of the leading period of the associated switching transistor be used. If necessary, an Ab results from this monitoring circuit of the switching transistors. The current to be measured occurs as a result of current pulses. Protection is also provided from a further state of the art circuits for DC applications known (DE 27 53 517 A1).

Der Lehre der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte, bekannte Schutzschaltung für eine Stromanschlußeinrichtung für Wechselstrom verbraucher mit hoher induktiver Lastkomponente so auszugestalten und weiter zubilden, daß sie eine wirkungsvolle und weitestgehend fehlerfreie Fehlstrom auslösung gewährleistet.The teaching of the invention is based on the object of the initially explained known protective circuit for a power connection device for alternating current To design consumers with a high inductive load component and so on form that they are an effective and largely fault-free fault current tripping guaranteed.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Schutzschaltung mit den Merk malen des Oberbegriffs von Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The task outlined above is for a protective circuit with the notes paint the preamble of claim 1 by the features of the characterizing Part of claim 1 solved.

Grundlage für die Lehre der Erfindung ist die Erkenntnis, daß die Stroman stiegsgeschwindigkeit des Stromes auf der zu überwachenden Leitung eine nur von der Impedanz des Stromverbrauchers, nicht aber beispielsweise von der Drehzahl eines Wechselstrommotors abhängige Größe ist. Ist beispielsweise die induktive Lastkomponente aus der zu überwachenden Leitung durch einen Kurzschluß eliminiert, ergibt sich sofort eine erhebliche Erhöhung der Strom anstiegsgeschwindigkeit des Stromes. Diese kann man nun aber bei über Wech selstrom-Umrichter oder auch über Wechselrichter angesteuerten Motoren oder anderen Wechselstromverbrauchern, bei denen über die Stromanschlußeinrich tung eine Folge von Stromimpulsen oder ein mit hoher Frequenz modulierter Wechselstrom geführt wird, mit der bekannten Schaltungstechnik nicht zuver lässig erfassen, da eine Integration über mehrere Perioden zu einer "schleichenden" jedoch meßtechnisch nicht realistischen Erhöhung des Strom endwertes am Ende der jeweiligen Periode führt. Erfindungsgemäß wird dem gegenüber nun die Stromanstiegsgeschwindigkeit in dem jeweiligen Impuls bzw. der jeweiligen Periode jeweils für sich ermittelt, und zwar durch Ermittlung des maximal erreichten Stromwertes während eines solchen Impulses oder einer solchen Periode bzw. durch Ermittlung eines entsprechend umgesetzten Spannungsend wertes. Fehlerfrei arbeiten kann man dabei bei den gegebenen Voraussetzungen nur deshalb, weil man das Meßsignal über einen Impulstransformator vom Meß eingang aus in das Eingangsnetzwerk einspeist. Dieser Impulstransformator ist ein wesentliches Schaltungselement der erfindungsgemäßen Schutzschaltung, er gewährleistet die erforderliche Unempfindlichkeit gegenüber Störimpulsen durch die Tatsache, daß die Schutzschaltung dadurch potentialfrei geschaltet ist.The basis for the teaching of the invention is the knowledge that the current rate of increase of the current on the line to be monitored only on the impedance of the electricity consumer, but not, for example, on the Speed of an AC motor is a dependent variable. For example the inductive load component from the line to be monitored by a Short circuit eliminated, there is immediately a significant increase in current rate of increase of the current. You can now do this with over change current converter or motors controlled by inverters or other AC consumers, where over the power connection a sequence of current pulses or one modulated at high frequency AC current is not with the known circuit technology verver easy to record, as integration over several periods into one "creeping" but not realistic measurement increase in the current results at the end of the respective period. According to the invention compared to the current rise rate in the respective pulse or of the respective period is determined individually by determining the maximum current value reached during such a pulse or one Period or by determining an appropriately implemented voltage end worth it. You can work error-free under the given conditions only because you get the measurement signal from the measurement via a pulse transformer feeds into the input network. This pulse transformer is an essential circuit element of the protective circuit according to the invention, he guarantees the required insensitivity to interference impulses the fact that the protective circuit is thus isolated.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der beanspruchten Schutzschaltung sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen be schrieben. Im übrigen werden weiter bevorzugte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung in Verbindung mit der Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung auch im allgemeinen noch näher er läutert. In der Zeichnung zeigtFurther preferred refinements and developments of the claimed Protection circuit are in the claims subordinate to claim 1 wrote. Otherwise, preferred configurations and further formations of the invention in connection with the explanation of a preferred Embodiment with reference to the drawing in general he even closer purifies. In the drawing shows

Fig. 1 allgemein ein dreiphasiges Wechselstromnetz mit angeschlossenem Wechselstromverbraucher, insbesondere Motor, Fig. 1 is generally a three-phase AC mains with connected AC loads, in particular motor,

Fig. 2 in einer Fig. 1 ähnlichen Darstellung die Ausgangsseite eines Wechselstrom-Umrichters in einem dreiphasigen Wechselstromnetz mit entsprechend angeschlossenem Verbraucher, insbesondere Motor, Fig. 2 in a Fig. 1 representation similar to the output side of an AC inverter in a three-phase AC network in accordance with the consumers connected, in particular engine,

Fig. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer vollständigen Schutzschaltung für zwei Phasen eines dreiphasigen Wechselstrom netzes mit an der dritten Leitung angeschlossener Spannungsversor gung, Fig. 3 is a circuit diagram of an embodiment of a complete protection circuit for two phases of a three-phase alternating current network with attached at the third line Voltage supply,

Fig. 4 ein Beispiel für die Spannungs/Zeit-Charakteristik am Meßwertein gang einerseits und am Ausgang andererseits des Komparators ohne schaltungstechnische Rückkopplung und Fig. 4 shows an example of the voltage / time characteristic at the measured value input on the one hand and at the output of the comparator without circuit feedback and

Fig. 5 die Darstellung aus Fig. 4 mit Rückkopplung. Fig. 5 shows the representation of Fig. 4 with feedback.

Fig. 1 zeigt zunächst einen Wechselstromverbraucher 1, der hier an einem drei phasigen Wechselstromnetz angeschlossen ist. Im dargestellten Ausführungsbei spiel kann es sich beispielsweise um einen Drehstrommotor handeln. Der Wech selstromverbraucher 1 ist über ein Hauptschütz 2 an das Wechselstromnetz an geschlossen, zwischen Hauptschütz 2 und Wechselstromverbraucher 1 ist im übri gen noch ein schneller Sicherheits-Halbleiterschalter 3 angeordnet. Bei dem Wechselstromverbraucher 1 handelt es sich im angesprochenen Ausführungsbei spiel um einen solchen mit einer induktiven Lastkomponente, grundsätzlich könnte aber auch eine rein ohmsche Lastkomponente bzw. ein Gleichstromverbrau cher verwirklicht sein. Regelmäßig werden aber derartige Schutzschaltungen besondere Bedeutung bei elektrischen Motoren haben. Fig. 1 shows a first AC load 1 which is connected here in a three-phase AC power network. In the illustrated embodiment, it can be, for example, a three-phase motor. The alternating current consumer 1 is closed via a main contactor 2 to the AC network, between the main contactor 2 and the alternating current consumer 1 a fast safety semiconductor switch 3 is also arranged. In the case of the AC consumer 1 , in the exemplary embodiment mentioned, it is one with an inductive load component, but in principle a purely ohmic load component or a direct current consumer could also be realized. However, such protective circuits will regularly be of particular importance in electric motors.

Eine Schutzschaltung 4 weist nun einen an eine zu überwachende Leitung 5 ange schlossenen Meßeingang 6 auf. In Fig. 3 dargestellt, in Fig. 1 nicht zu erken nen, ist in der Schutzschaltung 4 ein Komparator 7 ein den Meßeingang 6 mit einem Meßwerteingang 8 des Komparators 7 verbindendes Eingangsnetzwerk 9 und eine von einem Ausgang 10 des Komparators 7 gesteuerte Ausgangsschaltung 11, wobei bei Überschreiten (oder Unterschreiten) eines bestimmten Grenzwertes am Meßeingang 6 über den Komparator 7 und die Ausgangsschaltung 11 eine be stimmte Schutzmaßnahme ausgelöst wird. In Fig. 1 ist dazu angedeutet, daß im Eingangsnetzwerk 9 ein die Stromanstiegsgeschwindigkeit (dI/dt) auf der zu überwachenden Leitung 5 abbildendes Meßsignal erzeugt und dem Meß werteingang 8 des Komparators 7 zugeleitet wird. Weiter ist in Fig. 1 an gedeutet, daß als Schutzmaßnahmen von der Schutzschaltung 4 ein Öffnen des Halbleiterschalters 3 sowie ein Abfallen des Hauptschützes 2 initiiert wer den, was später noch im einzelnen erläutert werden wird.A protective circuit 4 now has a measurement input 6 connected to a line 5 to be monitored. In Fig. 3, not to be seen in Fig. 1 NEN, in the protective circuit 4, a comparator 7 is a measuring input 6 with a measured value input 8 of the comparator 7 connecting input network 9 and an output circuit 11 controlled by an output 10 of the comparator 7 , being when a certain limit value is exceeded (or fallen below) at the measuring input 6 via the comparator 7 and the output circuit 11, a certain protective measure is triggered. In Fig. 1 it is indicated that in the input network 9, a current rise rate (dI / dt) is generated on the line 5 to be monitored measurement signal and the measured value input 8 of the comparator 7 is supplied. Furthermore, it is indicated in Fig. 1 that the protective circuit 4 initiates opening of the semiconductor switch 3 and a drop in the main contactor 2 as protective measures, which will be explained in more detail later.

Im Eingangsnetzwerk läßt sich die Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Leitung besonders einfach als interessierende Meßgröße aus werten, wenn der Wechselstromverbraucher mit einer Folge von Stromimpulsen oder einem mit höherer Frequenz modulierten Wechselstrom angesteuert wird. Denkbar wäre es auch, daß ein relativ hochfrequenter Wechselstrom über haupt als Steuerstrom für den Wechselstromverbraucher dient. Jedenfalls muß sich der Strom auf der zu überwachenden Leitung im Fehlstromfall schnell ge nug ändern, um im Rahmen einer vernünftigen Ansprechzeit durch Auswertung der Stromanstiegsgeschwindigkeit zur Auslösung von Schutzmaßnahmen zu kommen. Die Voraussetzungen für den Einsatz der erfindungsgemäßen Schutzschaltung finden sich bei einer Vielzahl von Wechselstromverbrauchern, insbesondere bei über Wechselstrom-Umrichter oder Wechselrichter angesteuerten Drehstrommotoren od. dgl. Wesentlich ist dabei, daß die Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Leitung, vorzugsweise die Stromanstiegsgeschwindigkeit in dem jeweiligen Impuls bzw. in der jeweiligen Periode, erfaßt und ein diese reflek tierendes Meßsignal erzeugt wird. Das kann natürlich auch ein Stromsprung in einem Gleichstromnetz sein.In the input network, the rate of current rise can be increased to monitoring line particularly simply as a measured variable of interest value if the AC consumer with a sequence of current pulses or an alternating current modulated with a higher frequency. It would also be conceivable that a relatively high-frequency alternating current over serves as control current for the AC consumer. In any case, must the current on the line to be monitored quickly ge in the event of a fault current Not enough to change within a reasonable response time by evaluating the Rate of current rise to trigger protective measures. The Find conditions for using the protective circuit according to the invention with a variety of AC consumers, especially with over AC converter or inverter-controlled three-phase motors od. Like. It is essential that the rate of current increase on the monitoring line, preferably the rate of current rise in the respective impulse or in the respective period, and a reflect this animal measuring signal is generated. Of course, this can also be a surge in electricity be a DC network.

Zunächst kommt es nicht darauf an, wie das die Stromanstiegsgeschwindigkeit abbildende Meßsignal in dem Eingangsnetzwerk bzw. in der Schutzschaltung insgesamt ausgewertet wird. Jedenfalls ist es erforderlich, die Stromanstiegs geschwindigkeit mit einem Sollwert zu vergleichen, was an dem erwähnten Kom parator geschehen kann. Auswertungstechnisch besonders zweckmäßig ist es, daß die Ermittlung der Stromanstiegsgeschwindigkeit durch Ermittlung des Strom endwertes am Ende einer vorgegebenen Zeitspanne bzw. des maximal erreichten Stromwertes während eines Impulses oder einer Periode bzw. durch Ermittlung eines entsprechend umgesetzten Spannungsendwertes erfolgt. Dadurch gewinnt man einen Strom- bzw. Spannungs-Absolutwert als Maßstab für die Stromanstiegs geschwindigkeit, ein solcher Absolutwert läßt sich über einen üblichen Kompa rator leicht auswerten.First of all, it doesn't matter how the rate of current rise imaging measurement signal in the input network or in the protective circuit is evaluated overall. In any case, it is necessary to increase the current to compare speed with a target value, which is indicated by the mentioned com parator can happen. It is particularly expedient from an evaluation point of view that the determination of the rate of current rise by determining the current final value at the end of a specified period or the maximum reached Current value during a pulse or a period or by determination a correspondingly implemented final voltage value. Thereby wins an absolute current or voltage value as a measure of the current rise speed, such an absolute value can be done with a common compa Evaluate rator easily.

Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Wechselstromverbraucher 1, lediglich jetzt angeschlossen an einen Wechselstrom-Umrichter 12, von dem lediglich ein ein gangsseitiger Brückengleichrichter 13, eine Glättungsschaltung 14 und die üb lichen drei (für ein dreiphasiges Wechselstromnetz) Reihenschaltungen von Thyristoren 15 eingezeichnet sind. Angedeutet ist auch hier, daß als Schutz maßnahmen seitens der Schutzschaltung 4 entsprechende Beeinflussungen des Hauptschützes 2 und des Halbleiterschalters 3, so vorhanden, ausgelöst werden. Fig. 2 shows a corresponding AC consumer 1 , only now connected to an AC converter 12 , of which only one an aisle bridge rectifier 13 , a smoothing circuit 14 and the usual three (for a three-phase AC network) series connections of thyristors 15 are shown. It is also indicated here that protective measures on the part of the protective circuit 4 have corresponding effects on the main contactor 2 and the semiconductor switch 3 , if any, are triggered.

Die Ausnutzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Lei tung 5 als Meßgröße hat die im allgemeinen Teil der Beschreibung erläuterten Vorteile. Man kann die Stromanstiegsgeschwindigkeit auf Nieder- und Hochspan nungsleitungen von Gleichspannung bis hin zu Wechselspannung im Megahertz-Be reich und darüber hinaus auswerten. Für ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel, nämlich einen über Wechselstrom-Umrichter 12 angetriebenen, sehr langsam drehenden Drehstrommotor 1 hat sich eine Stromanstiegsgeschwindigkeit von ca. 0,5 A/µ sec als Normalfall herausgestellt. Wenn man in diesem Fall am Komparator 7 einen einer Stromanstiegsgeschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 A/µ sec entsprechenden Grenzwert einstellt, so ergibt sich damit ein erstklassiger Kurzschlußschutz der Stromanschlußeinrichtung und des Verbrauchers 1.The utilization of the current rise rate on the line 5 to be monitored as a measured variable has the advantages explained in the general part of the description. You can evaluate the rate of current rise on low and high voltage lines from DC to AC in the megahertz range and beyond. For a preferred application example, namely a very slow-rotating three-phase motor 1 driven by an AC converter 12 , a current rise rate of approximately 0.5 A / μ sec has been found to be the normal case. If, in this case, a limit value corresponding to a current rise rate of 0.5 to 1.0 A / μ sec is set on the comparator 7 , this results in first-class short-circuit protection of the current connection device and the consumer 1 .

Nach einer bevorzugten, in den Fig. 1 und 2 auch dargestellten Ausführung der Erfindung gilt, daß in die zu überwachende Leitung 5 eine Ansprechinduktivi tät 16 eingesetzt oder von der zu überwachenden Leitung 5 eine Ansprechinduk tivität 16 gebildet und der Meßeingang 6 von einer mit der Ansprechinduktivi tät 16 gekoppelten Meßinduktivität gebildet ist, also die zu überwachende Leitung 5 auf einem bestimmten Stück mit dem Meßeingang 6 zusammen als Meß stromwandler 17 ausgeführt ist. Für die genaue Ausgestaltung solcher Meß stromwandler 17 bietet die Fachliteratur eine Vielzahl von Hinweisen und Anregungen.According to a preferred embodiment of the invention, also shown in FIGS . 1 and 2, that a response inductance 16 is used in the line 5 to be monitored or a response inductance 16 is formed by the line 5 to be monitored and the measurement input 6 is formed by one with the Response inductance 16 coupled measuring inductance is formed, that is, the line 5 to be monitored on a certain piece with the measuring input 6 together as a measuring current transformer 17 is executed. For the precise design of such measuring current transformers 17 , the specialist literature offers a variety of information and suggestions.

Im einzelnen darf nun für die weitere Erläuterung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 4 auf das in Fig. 3 dargestellte Schaltbild verwiesen wer den.In detail, reference may now be made to the circuit diagram shown in FIG. 3 for further explanation of the protective circuit 4 according to the invention.

Zunächst gilt, daß der Meßstromwandler 17 natürlich sekundärseitig geschlos sen sein muß. Dafür ist dann zweckmäßigerweise im Eingangsnetzwerk 9 ein mit der Meßinduktivität 6 verbundener ohmscher Umsetzerwiderstand 18 vorgesehen. Dieser Umsetzerwiderstand 18 schließt den Sekundärkreis des Meßstromwand lers 17 und führt gleichzeitig zu einer Strom/Spannungs-Umsetzung. First of all, the measuring current transformer 17 must of course be closed on the secondary side. For this purpose, an ohmic converter resistor 18 connected to the measuring inductor 6 is expediently provided in the input network 9 . This converter resistor 18 closes the secondary circuit of the Meßstromwand lers 17 and simultaneously leads to a current / voltage conversion.

Es empfiehlt sich generell als zweckmäßig, Schutzschaltungen 4 der in Rede stehenden Art potentialfrei auszuführen. Dazu empfiehlt es sich dann, zwi schen den Meßstromwandler 17 und den Umsetzerwiderstand 18 noch einen Im pulstransformator 19 zu schalten. Der Impulstransformator 19, allgemeiner gesagt ein hier vorhandener Eingangstransformator, schafft besonders gute Hochfrequenzeigenschaften, insbesondere eine weitgehende Unempfindlich keit gegenüber Störimpulsen. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie spä ter noch erläutert werden wird, die Schutzschaltung 4 auch ausgangsseitig potentialfrei geschaltet ist.It is generally advisable to carry out protective circuits 4 of the type in question potential-free. For this purpose, it is then recommended to switch between the measuring current transformer 17 and the converter resistor 18 in a pulse transformer 19 . The pulse transformer 19 , more generally an input transformer present here, creates particularly good high-frequency properties, in particular extensive insensitivity to interference pulses. This applies in particular if, as will be explained later, the protective circuit 4 is also potential-free on the output side.

Durch ein zwischen die Meßinduktivität 6 bzw. die Sekundärseite des Impuls transformators 19 einerseits und den Umsetzerwiderstand 18 andererseits ge schaltetes Filter 20, das insbesondere und im hier dargestellten Ausführungs beispiel als LC-Filter ausgeführt ist, läßt sich in weiten Grenzen eine frequenzabhängige Charakteristik der Schutzschaltung 4 realisieren. Das in Fig. 3 dargestellte Filter 20 in Form eines LC-Filters, das in jeder der beiden Verbindungsleitungen zwischen der Sekundärseite des Impulstransfor mators 19 und dem Umsetzerwiderstand 18 eine Filterinduktivität, in Reihe mit der einen Filterinduktivität eine Filterkapazität und parallel zur Se kundärseite noch eine weitere Kapazität aufweist, hat die Funktion eines Tiefpasses mit sehr weit oben liegender Grenzfrequenz, also letztlich ei ner oberen Frequenzbegrenzung für durchgelassene Impulse. Hier gibt es ei ne hervorragende Möglichkeit, die Schutzschaltung 4 auf den jeweiligen An wendungsfall hin anzupassen.By a between the measuring inductor 6 and the secondary side of the pulse transformer 19 on the one hand and the converter resistor 18 on the other hand ge switched filter 20 , which is designed in particular and in the embodiment shown here as an LC filter, a frequency-dependent characteristic of the protective circuit can be used within wide limits 4 realize. The filter 20 shown in Fig. 3 in the form of an LC filter, the filter inductor 19 in each of the two connecting lines between the secondary side of the pulse transformer and the converter resistor 18 , a filter inductance in series with the one filter inductor, a filter capacitance and parallel to the secondary side has additional capacity, has the function of a low-pass filter with a very high cut-off frequency, i.e. ultimately an upper frequency limit for transmitted pulses. Here there is an excellent opportunity to adapt the protective circuit 4 to the respective application.

Zuvor ist erläutert worden, daß schon im Stand der Technik im Eingangsnetz werk 9 eine Gleichrichterschaltung vorhanden ist. Da bei der beanspruchten Schutzschaltung 4 eine Umsetzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit in ein durch den Komparator 7 auswertbares Gleichspannungssignal erforderlich ist, gilt auch hier, daß eine Gleichrichterschaltung vorhanden sein muß. Im dar gestellten Ausführungsbeispiel ist das dadurch realisiert, daß im Eingangs netzwerk 9 dem Umsetzerwiderstand 18 ein, vorzugsweise als Brückengleich richter ausgeführter Zweiweggleichrichter 21 nachgeschaltet ist. Dieser Zweiweggleichrichter 21 könnte dem Umsetzerwiderstand 18 in gleicher Weise auch vorgeschaltet sein, da es für die Sekundärseite des Impulstransforma tors 19 gleichgültig ist, ob diese auf der Wechselspannungsseite oder auf der Gleichspannungsseite des Zweiweggleichrichters 21 durch die erforder liche Bürde belastet ist. Wesentlich ist für die dargestellte Schaltungs anordnung, daß ein Zweiweggleichrichter 21 insbesondere in Form eines Brückengleichrichters eine sehr formgetreue Impulsumwandlung gewährleistet.It has previously been explained that a rectifier circuit is already present in the prior art in the input network 9 . Since in the claimed protective circuit 4 it is necessary to convert the current rise rate into a direct voltage signal that can be evaluated by the comparator 7 , it also applies here that a rectifier circuit must be present. In the exemplary embodiment presented, this is achieved in that the converter resistor 18 is connected in the input network 9 , a two-way rectifier 21 , preferably a bridge rectifier. This two-way rectifier 21 could also be connected upstream of the converter resistor 18 in the same way, since it is irrelevant for the secondary side of the pulse transformer 19 whether this is loaded on the AC side or on the DC side of the two-way rectifier 21 by the required burden. It is essential for the circuit arrangement shown that a two-way rectifier 21, in particular in the form of a bridge rectifier, ensures a very accurate pulse conversion.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gilt im übrigen, daß die Pole des Gleich spannungsausgangs des Zweiweggleichrichters 21 über einen Ausgangswider stand 22 miteinander verbunden sind. Dieser Ausgangswiderstand könnte eben sogut auch als Umsetzerwiderstand wirken, wenn man den in der Schaltungsan ordnung tatsächlich vorhandenen Umsetzerwiderstand 18 weglassen würde. Das ist zuvor schon erläutert worden. Im übrigen gilt weiter, daß im hier dar gestellten Ausführungsbeispiel die Pole des Gleichspannungsausgangs des Zweiweggleichrichters 21 über einen Spannungsteiler 23 verbunden sind und der Abgriff des Spannungsteilers 23 mit dem Meßwerteingang 8 des Kompara tors 7 verbunden sind.In the illustrated embodiment, it is true that the poles of the DC voltage output of the two-way rectifier 21 via an output resistor 22 are connected to each other. This output resistance could just as well act as a converter resistor if the converter resistor 18 actually present in the circuit arrangement were omitted. This has already been explained. Furthermore, it applies that the poles of the DC voltage output of the two-way rectifier 21 are connected via a voltage divider 23 and the tap of the voltage divider 23 are connected to the measured value input 8 of the comparator 7 in the embodiment shown here.

Der Komparator 7 hat, wie eingangs schon angesprochen worden ist, natürlich auch einen Referenzwerteingang 25. Dieser ist im dargestellten Ausführungs beispiel an den Abgriff eines an einer Versorgungsspannung liegenden Refe renzwert-Spannungsteilers 26 angeschlossen. Dadurch läßt sich ein Gleich spannungs-Referenzwert am Referenzwerteingang 25 des Komparators 7 einstel len. Überschreitet die Spannung am Meßwerteingang 8 des Komparators 7 wegen eines besonders schnellen Spannungsanstiegs und damit einer besonders hohen Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Leitung 5 den vorge gebenen Grenzwert, so tritt am Ausgang 10 des Komparators 7 das entsprechen de Ausgangssignal auf, das dann zu den weiteren Schutzmaßnahmen führt. As already mentioned at the beginning, the comparator 7 naturally also has a reference value input 25 . In the embodiment shown, this is connected, for example, to the tap of a reference voltage divider 26 which is connected to a supply voltage. This allows a DC voltage reference value at the reference value input 25 of the comparator 7 to be set. If the voltage at the measured value input 8 of the comparator 7 exceeds the predetermined limit value because of a particularly rapid voltage rise and thus a particularly high current rise speed on the line 5 to be monitored, the corresponding output signal occurs at the output 10 of the comparator 7 , which then leads to the further ones Protective measures.

Fig. 3 zeigt nun ein besonderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung 4, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Versorgungsspan nung über eine Spannungsversorgungsschaltung 27 mit Stromwandler 28 und Gleichrichter 29 gewonnen wird und der Stromwandler 28 an eine zu überwa chende Leitung 5 oder, vorzugsweise, an eine nicht überwachte Leitung 5 an geschlossen ist. Die erläuterte Spannungsversorgungsschaltung 27 gewinnt hier also die Versorgungsspannung für die hier zwei Leitungen 5 des dreiphasigen Wechselstromnetzes überwachende Schutzschaltung 4 aus dem Strom auf einer dritten Leitung, die auch die dritte Leitung des Wechselstromnetzes sein könn te. Über einen integrierten Schaltkreis 30 wird eine konstante Spannung als Versorgungsspannung bereitgestellt, über den Stromwandler 28 ebenfalls wie der potentialfrei. Fig. 3 shows a special embodiment of a protective circuit 4 according to the invention, which is characterized in that the supply voltage is obtained via a voltage supply circuit 27 with current transformer 28 and rectifier 29 and the current transformer 28 to a line 5 to be monitored or, preferably, at an unsupervised line 5 is closed. The voltage supply circuit 27 explained here thus obtains the supply voltage for the protective circuit 4, which here monitors two lines 5 of the three-phase AC network, from the current on a third line, which could also be the third line of the AC network. An integrated circuit 30 provides a constant voltage as the supply voltage, via the current transformer 28 as well as the potential-free one.

Bislang ist zur Ausgangsschaltung 11 noch vergleichsweise wenig gesagt wor den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gilt, daß die Ausgangsschaltung 11 einen elektronischen Schalter 31, insbesondere einen Thyristor, aufweist und bei Durchschalten des Schalters 31 als Schutzmaßnahme, vorzugsweise potential frei über einen Optokoppler 32, ein in der zu überwachenden Leitung 5 liegen der Halbleiterschalter 3 öffnend betätigt wird und/oder als Schutzmaßnahme, vorzugsweise potentialfrei über ein Haftrelais 33, ein Hauptschütz 2 öffnend betätigt wird. Das Freischalten über den Halbleiterschalter 3 erfolgt im dar gestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise sehr schnell, nämlich inner halb von wenigen Millisekunden, während das endgültige Abschalten im darge stellten Ausführungsbeispiel mittels Abfallen des Hauptschützes 2 innerhalb von 50 bis 100 m sec erfolgt. Die Speicherfunktion durch das Haftrelais 33 führt dazu, daß erst eine manuelle Betätigung oder eine anderweitige Schalt maßnahme erfolgen muß, bevor die im Kurzschlußfall ansprechende Schutzschal tung 4 wieder rückgesetzt werden kann. So far, relatively little has been said about the output circuit 11 . In the exemplary embodiment shown, the output circuit 11 has an electronic switch 31 , in particular a thyristor, and when the switch 31 is switched on as a protective measure, preferably potential-free via an optocoupler 32 , a semiconductor switch 3 lying in the line 5 to be monitored is opened and / or as a protective measure, preferably potential-free, via an adhesive relay 33 , a main contactor 2 is opened. The activation via the semiconductor switch 3 takes place in the illustrated embodiment, for example, very quickly, namely within half a few milliseconds, while the final shutdown in the illustrated embodiment is carried out by falling off the main contactor 2 within 50 to 100 m sec. The memory function by the relay 33 leads to the fact that only a manual operation or other switching measure must take place before the protective circuit 4 responsive in the event of a short circuit can be reset.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel erkennt man, daß der Ausgang 10 des Kom parators 7 hier ein besonders schneller, mit niedrigem Spannungspegel arbei tender Ausgang ist, während vom eigentlichen Ausgang 10 des Komparators 7 nur eine Leuchtdiode angesteuert wird. Der sehr schnelle Vor-Ausgang 10 des Komparators 7 bedarf nur eines niedrigen Spannungspegels, da damit ledig lich der elektronische Schalter 31, hier in Form eines Thyristors, ange steuert zu werden braucht. Über diesen wird sehr schnell, potentialfrei über den Optokoppler 32, der Halbleiterschalter 3 geöffnet bzw. gesperrt, so daß der Stromfluß auf den Leitungen 5 sofort unterbrochen wird, außer dem wird, etwas langsamer, über das Haftrelais 33 das Hauptschütz 2 im Öff nungssinne, also abfallend, betätigt. Die Selbsthaltefunktion des Haftre lais 33 kann durch einen Impuls auf ein Hilfsrelais 34 und Öffnen des Kon takts K2 in Reihe zum Haftrelais 33 wieder "gelöscht" werden. In Fig. 3 er kennt man die ergänzenden Teile des Optokopplers 32 und das Hilfsrelais 34 separat unten eingezeichnet.In the illustrated embodiment, it can be seen that the output 10 of the comparator 7 here is a particularly fast, low-voltage working output, while only one light-emitting diode is driven by the actual output 10 of the comparator 7 . The very fast pre-output 10 of the comparator 7 only requires a low voltage level, since only the electronic switch 31 , here in the form of a thyristor, needs to be controlled. About this is very quickly, potential-free via the optocoupler 32 , the semiconductor switch 3 opened or blocked, so that the current flow on the lines 5 is immediately interrupted, except that, somewhat slower, the main contactor 2 in the opening sense via the relay 33 , so falling, operated. The self-holding function of the Haftre relay 33 can be "erased" by a pulse on an auxiliary relay 34 and opening the Kon clock K 2 in series with the latching relay 33 again. In Fig. 3 he knows the additional parts of the optocoupler 32 and the auxiliary relay 34 shown separately below.

Da im dargestellten Ausführungsbeispiel die Schutzschaltung 4 zwei Leitun gen 5 eines dreiphasigen Wechselstromnetzes überwacht, kann jede Kombina tion zweipoliger oder dreipoliger Kurzschlüsse im Leitungsnetz sicher er kannt werden.Since in the illustrated embodiment, the protective circuit 4 monitors two lines 5 of a three-phase AC network, any combination of two-pole or three-pole short circuits in the line network can be reliably known.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung 4 läßt sich wegen der zuvor im einzel nen erläuterten Verwendung verschiedener Stromwandler auch und besonders in der Leistungselektronik und in der Starkstromtechnik verwenden.The protective circuit 4 according to the invention can also be used because of the use of various current transformers previously explained in detail and also particularly in power electronics and in power engineering.

Fig. 4 zeigt an einem Beispielfall eines langsam laufenden Drehstrommotors (0,1 U/sec), der über Wechselstrom-Umrichter gemäß Fig. 2 gespeist wird, die Spannungspegel einerseits am Meßwerteingang 8 (untere Kurve), anderer seits die Spannung am Ausgang 10, d. h. hier am tatsächlichen Ausgang 10 des Komparators 7, der in Fig. 3 lediglich die Leuchtdiode ansteuert. Hier wird, über den Wechselstrom-Umrichter 12, mit einer Steuerfrequenz des aus gangsseitigen Wechselrichters mit den Thyristoren 15 von ca. 800 Hz gearbei tet, so daß sich am Meßwerteingang 8 des Komparators 7 Spannungsimpulse mit einer Frequenz von ca. 1600 Hz ergeben. Die bei dem hier lediglich so defi nierten Wert von 10 m sec eintretende höhere Stromanstiegsgeschwindigkeit führt dazu, daß während einer vorbestimmten Anstiegsperiode die Spannung am Meßwerteingang 8 des Komparators 7 auf einen höheren Absolutwert ansteigen kann als zuvor. Wie man erkennt, tritt nun am Ausgang 10 des Komparators 7 eine entsprechende Ausgangs-Impulsfolge auf. In Fig. 4 ist noch keine Rück kopplung, also keine Schalthandlung am Eingang des Wechselstrom-Umrichters 12 vorgesehen. In der Darstellung in Fig. 5 hingegen ist eine entsprechende Schutzmaßnahme, nämlich Abschaltung vorgesehen. Man erkennt, daß innerhalb von 2 m sec die Schutzschaltung 4 den Strom auf der zu überwachenden Lei tung 5 auf Null heruntergefahren hat. FIG. 4 shows the voltage level on the one hand at the measured value input 8 (lower curve) and on the other hand the voltage at the output 10 using an example of a slow-running three-phase motor (0.1 U / sec) which is fed via an AC converter according to FIG. 2 , ie here at the actual output 10 of the comparator 7 , which only controls the light-emitting diode in FIG. 3. Here, via the AC converter 12 , with a control frequency of the output-side inverter with the thyristors 15 of approximately 800 Hz, so that there are 7 voltage pulses at a frequency of approximately 1600 Hz at the measured value input 8 of the comparator. The higher current rise rate that occurs at the value of 10 m sec defined here only means that the voltage at the measured value input 8 of the comparator 7 can rise to a higher absolute value than before during a predetermined rise period. As can be seen, a corresponding output pulse sequence now occurs at the output 10 of the comparator 7 . In Fig. 4 no feedback, so no switching action is provided at the input of the AC converter 12 . In the illustration in FIG. 5, however, a corresponding protective measure, namely shutdown, is provided. It can be seen that within 2 m sec the protective circuit 4 has reduced the current on the line 5 to be monitored to zero.

Bei Einsatz in Verbindung mit einem Wechselstrom-Umrichter oder einem Wech selrichter empfiehlt es sich, den Impulstransformator so auszugestalten, daß sich sekundärseitig ein genaues Abbild des primärseitig fließenden Stromes ergibt. Das läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß man mit einem offenen Eisenkern und einer Hallsonde im Luftspalt arbeitet.When used in conjunction with an AC converter or an AC it is recommended that the pulse transformer be designed in such a way that an exact replica of the current flowing on the primary side results. This can be achieved, for example, by using a open iron core and a Hall probe in the air gap.

Claims

1. Protection circuit for a power connection device for AC consumers with a high inductive load component with a measurement input ( 6 ), which is supplied with a voltage proportional to the consumer current, a comparator ( 7 ), the measurement input ( 6 ) with a measured value input ( 8 ) of the comparator ( 7 ) connecting input network ( 9 ) and one of an output ( 10 ) of the comparator ( 7 ) controlled output circuit ( 11 ), wherein when a certain limit value of the current rise speed at the measuring input ( 6 ) via the comparator ( 7 ) and the output circuit ( 11 ) a certain protective measure is triggered, characterized in that a sequence of current pulses or an alternating current modulated at a high frequency is conducted via the current connection device , that the current rise rate is determined in the respective pulse or the respective period, that the determination of the Current rise speed speed by determining the maximum current value reached during a pulse or a period or by determining a correspondingly implemented final voltage value and that the input network ( 9 ) has a pulse transformer ( 19 ) connected on the primary side to the measuring input ( 6 ).

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that a comparative gate ( 7 ) a current rise rate of 0.5 to 1.0 A / µsec is set accordingly speaking limit.

3. Protection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse transformer ( 19 ) on the secondary side to a converter resistor ( 18 ) is closed.

4. Protection circuit according to claim 3, characterized in that a filter ( 20 ), in particular an LC filter, is arranged between the secondary side of the pulse transformer ( 19 ) and the converter resistor ( 18 ).

5. Protection circuit according to claim 4, characterized in that the filter ( 20 ) has a filter inductance in each of the two connecting lines, a filter capacitance in series with one of the filter inductances and between the filter inductors, a further filter capacitance.

6. Protection circuit according to one of claims 3 to 5, characterized in that in the input network ( 9 ) the converter resistor ( 18 ), preferably as a two-way rectifier ( 21 ), in particular as a two-way bridge rectifier, is connected upstream or downstream from the rectifier.

7. Protection circuit according to claim 6, characterized in that the poles of the DC voltage output of the two-way rectifier ( 21 ) are connected via an output resistor ( 22 ).

8. Protection circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the supply voltage is obtained via a voltage supply circuit ( 27 ) with current transformer ( 28 ) and rectifier ( 29 ) and the current transformer ( 28 ) to a line to be monitored ( 5 ) or , preferably, is connected to a non-monitored line ( 5 ).

9. Protection circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the output circuit ( 11 ) has an electronic switch ( 31 ), in particular a thyristor, and when switching the switch ( 31 ) as a protective measure, preferably potential-free via an optocoupler ( 32 ), a semiconductor switch ( 3 ) located in the line ( 5 ) to be monitored is actuated in an opening manner and / or as a protective measure, preferably potential-free, via an adhesive relay ( 33 ), a main contactor ( 2 ) is actuated in an opening manner.