DE3937115A1 - Verfahren zur funktionspruefung der ansteuereinrichtung eines auf hochspannungspotential befindlichen, als ausloeseglied fuer eine ueberstrom-sprengsicherung dienenden thyristors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Kurzschlußschutzeinrichtung, die eine Ansteuereinrichtung eines auf Hoch­ spannungspotential befindlichen, als Auslöseglied für eine Überstrom-Spreng­ sicherung dienenden Thyristors aufweist, ist durch die DE-OS 15 38 416 bekannt.

Dabei wird der Strom des zu schützenden Stromkreises über einen Strom­ wandler und eine Gleichrichteranordnung einem Widerstand zugeführt, dem die Reihenschaltung aus einer Zenerdiode, einem Thyristor und einem elek­ tronischen Meßglied mit niedrigem Eingangswiderstand parallelgeschaltet ist, welches das nachgeschaltete Auslöseglied anregt, wenn der im Kondensator fließende Strom eine bestimmte Polarität besitzt und sein Augenblickswert einen bestimmten Wert überschreitet, sofern nicht gleichzeitig die Spannung an einem Abgriff des Widerstandes einen bestimmten Wert überschritten hat. Infolge der verwendeten Bauelemente beeinflussen Erwärmungsvorgänge stark die Anspruchschwelle der Kurzschlußschutzeinrichtung, so daß bei dieser mit einer Toleranz von ± 10% gerechnet werden muß.

Eine derartige Kurzschlußschutzeinrichtung soll jedoch mit größtmöglicher Sicherheit und Ansprechgenauigkeit arbeiten. Diese Forderung ist nur er­ füllbar, wenn alle ausfallkritischen Bauteile in kurzen Zeitabständen auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, durch das die Funktionstüchtigkeit der Ansteuer­ einrichtung des als Auslöseglied dienenden Thyristors beliebig oft getestet werden kann, ohne daß die Überstrom-Sprengsicherung ausgelöst wird. Es soll in diesem Zusammenhang möglich sein, auch die Ansprechschwelle zu überprüfen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Verfahrensschritte gelöst.

Die Ansteuereinrichtung wird also aktiviert, und es wird damit ihre Funk­ tionsfähigkeit erkennbar gemacht, ohne daß es zur Zerstörung der Überstrom- Sprengsicherung kommt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Infolge der Funktionsprüfung und gleichzeitiger genauer Erfassung der An­ sprechschwelle, läßt sich deren vorgebbare Toleranz auf weniger als ± 3% einengen, ohne daß durch die erforderliche aktive Meßelektronik die Zu­ verlässigkeit beeinträchtigt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Kurzschlußschutzeinrichtung mit einer Ansteuereinrichtung, bei der das Verfahren nach der Erfindung durchführbar ist und

Fig. 2 die zeitlichen Spannungs- und Stromverläufe

• a) bei der erfindungsgemäßen Funktionsprüfung und
• b) im Auslösefall der in Fig. 1 dargestellten Kurzschlußschutz­ einrichtung.

Gemäß Fig. 1 fließt ein Strom I_d eines Lastkreises über einen Kurzschluß­ schutzschalter 4 mit einer parallelgeschalteten Sicherung 5. Tritt im Kurz­ schlußfall ein zu hoher Strom I_d auf (Überstrom), soll der Kurzschlußschutz­ schalter 4 durch eine (als Widerstand dargestellte) Sprengladung 3, die zu­ sammen mit dem Kurzschlußschutzschalter und der Sicherung 5 eine handels­ übliche Überstrom-Sprengsicherung 2 bildet, schnellstens geöffnet werden, um (nicht dargestellte) Bauelemente im Lastkreis vor der Zerstörung durch den Überstrom zu schützen.

Zu diesem Zweck wird an einem Shunt 1 im Lastkreis eine dem Strom I_d proportionale Spannung abgegriffen, die über einen Differenzverstärker 9 und einen mit einer Referenzspannung beaufschlagten Komparator 10 einen als Feldeffekttransistor ausgebildeten Schalter 11 schließt, wenn der Strom I_d einen oberen Grenzwert überschreitet. Die Referenzspannung für den Kompara­ tor 10 wird aus einer Hilfsspannung U_H abgeleitet.

Die für die Beschaltung bzw. ordentliche Funktion der zuvor genannten einzelnen Bauteile notwendigen ohmschen Widerstände und Dioden sind hier jeweils (und werden auch im folgenden) nicht näher bezeichnet, da sie für das Verständnis des Verfahrens nach der Erfindung nicht von Bedeutung sind.

Durch das Schließen des Schalters 11 wird ein Zündimpuls für einen Thyristor 15 über einen Zünd-Übertrager 12 übertragen. Der in üblicher Weise beschaltete Thyristor 15 dient als Auslöseglied für die Überstrom-Sprengsicherung 2. Durch einen (in konventioneller Weise über eine Diode und einen Widerstand aus einer nicht dargestellten Spannungsquelle aufladbaren) Kondensator 16 wird Energie bereitgestellt, die beim Zünden des Thyristors 15 die Sprengladung 2 zum schnellen Öffnen des Kurzschlußschutzschalters 4 auslöst.

Die Ansteuereinrichtung, die das Durchsteuern des Thyristors 15 beim Auf­ treten eines Überstromes I_d bewirkt, muß des öfteren auf ihre Funktions­ sicherheit geprüft werden, ohne daß dabei die Sprengsicherung 2 auslöst.

Zu diesem Zweck ist ein Hilfseingang 6 auf der Primärseite eines hochisolierten magnetischen Übertragers 7 vorgesehen, dessen Sekundärseite in Reihe mit einer Diode 8 parallel zum Shunt 1 liegt. Über den Hilfseingang 6 können in die Ansteuerschaltung Testimpulse zur Funktionsprüfung (oder auch eine Spannung zur Fremdauslösung der Sprengsicherung 2) eingespeist werden. Ferner ist in den Zündkreis des Thyristors 15 zwischen den Zündimpuls-Übertrager 12 und den Steueranschluß des Thyristors 15 eine Lichtsendediode 13 geschaltet, die, sobald ein Zündstrom für den Thyristor 15 fließt, ein Lichtsignal 18 von dem Hochspannungspotential, auf dem die gesamte zuvor beschriebene Kurz­ schlußschutzeinrichtung sich befindet, über einen Lichtleiter 14 zum Erd­ potential abgibt. Schließlich ist in den durch die Sprengladung 2, den Kon­ densator 16 und den Thyristor 15 gebildeten Auslösekreis für die Überstrom- Sprengsicherung 2 eine Sättigungsdrossel 17 eingefügt.

Zur Funktionsprüfung wird gemäß der Erfindung die Ansteuereinrichtung für den Thyristor 15 über den Hilfseingang 6 am Übertrager 7 mit einer Test­ spannung beaufschlagt, die die Ansteuereinrichtung aktiviert, d. h. die Test­ spannung veranlaßt über den Differenzverstärker 9 und den Komparator 10 ein Schließen des Schalters 11. Dadurch wird der Thyristor 15 gezündet. Der Zündstrom dieses Thyristors 15 fließt über die Lichtsendediode 13, so daß ein Lichtsignal 18 zum Erdpotential übertragen wird, mit dessen Erscheinen die Funktionstüchtigkeit des Auslösekreises nachgewiesen ist.

Um nun bei diesem Test die Sprengsicherung 2 nicht ansprechen zu lassen, ist der Lastkreis des Thyristors 15 durch Einfügen der Sättigungsdrossel 17 so ausgelegt, daß der Durchlaßstrom durch den Thyristor 15 während der verhältnismäßig kurzen Dauer des Testsignales den Einraststrom des Thy­ ristors 15 nicht erreicht, so daß der Thyristor 15 am Ende des Testsignals in den Sperrzustand zurückfällt, ohne die Sprengsicherung 2 wirklich ausgelöst zu haben.

Diese Verhältnisse zeigt Fig. 2a. Dort ist der zeitliche Verlauf des Zünd­ stromes i_G als kurzer, während der Zeit t_GT anstehender Gateimpuls gezeigt. Durch den Gateimpuls fällt die Blockierspannung u_TH des Thyristors 15 auf Null und der Durchlaßstrom i_TH durch den Thyristor 15 steigt, gedrosselt durch die Sättigungsdrossel 17, lediglich bis zu einem (Spitzen-)Wert _TH an. Dieser Wert ist geringer als der Einraststrom I_L des Thyristors, so daß (da der Zündstrom i_G nicht mehr fließt) der Durchlaßstrom i_TH erlischt, während die Blockierspannung u_TH des Thyristors 15 wieder ansteigt.

Zum Vergleich sind in Fig. 2b die Strom- und Spannungsverläufe über der Zeit t beim tatsächlichen Auftreten eines Überstromes aufgetragen. Die am Shunt 1 abgegriffene Spannung tritt während einer längeren Zeit t_GA auf, so daß auch während dieser Zeit der Zündstrom i_G fließt. Die Blockierspannung u_TH des Thyristors 15 sinkt bei dessen Zündung auf Null und der Durchlaßstrom i_TH steigt kräftig an, bis durch ihn die Sprengladung 3 zündet und der Kurzschlußschutzschalter 4 öffnet.

In einer Weiterbildung des Testverfahrens kann auch die Genauigkeit der An­ steuereinrichtung in relativ engen Grenzen mitgeprüft werden, indem der Hilfseingang 6 nacheinander mit einem Signal beaufschlagt wird, das

• a) gerade noch keinen Zündstrom für den Thyristor 15 hervorruft (Schalter 11 bleibt geöffnet) bzw.
• b) den Zündstrom für den Thyristor 15 gerade fließen läßt (Schalter 11 schließt).

Im ersten Fall darf kein Lichtsignal 18 auf dem Erdpotential empfangen werden, im zweiten Fall muß das Lichtsignal 18 erscheinen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Funktionsprüfung der Ansteuereinrichtung eines auf Hoch­ spannungspotential befindlichen, als Auslöseglied für eine Überstrom- Sprengsicherung dienenden Thyristors, dadurch gekennzeichnet,

• - daß über einen Hilfseingang in die Ansteuereinrichtung für kurze Zeit eine Testspannung eingekoppelt wird, die einen Zündstrom für den Thy­ ristor fließen läßt,
• - daß ein aufgrund dieses Zündstromes durch den Thyristor fließender Strom derart gedrosselt wird, daß er während der Dauer der angelegten Testspannung den Wert des Einraststromes des Thyristors nicht erreicht und
• - daß der Zündstrom des Thyristors ein die Funktionstüchtigkeit der An­ steuereinrichtung bestätigendes Signal hervorruft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Funktionstüchtigkeit bestätigende Signal potentialfrei auf ein Niederspannungspotential übertragen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drosselung des durch den Thyristor fließenden Stromes eine Sät­ tigungsdrossel in den den Thyristor mit der Überstrom-Sprengsicherung verbindenden Stromkreis geschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Testspannung zunächst so niedrig an den Hilfseingang gelegt wird,
daß gerade noch kein Zündstrom hervorgerufen wird und anschließend die Testspannung derart erhöht wird, daß gerade der Zündstrom für den Thyristor auftritt.