DE4136238A1 - Ueberstromschutzanordnung in gleichstromversorgungsnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überstromschutzanordnung in Gleichstromversorgungsnetzen, wie sie insbesondere in Zentralen der elektronischen Nachrichtentechnik eingesetzt werden, um bei erhöhten Lastströmen in Betriebsstromkreisen die gefährdeten Verbraucher und deren Versorgungsleitungen vom Gleichstromversorgungsnetz abzuschalten. Um im abgeschalteten Verbraucherstromkreis völlige Potentialfreiheit zu gewährleisten, werden üblicherweise Überstromschalter mit elektromagnetisch betätigten Schaltkontakten eingesetzt. In modernen Stromversorgungssystemen für Zentralen der elektronischen Nachrichtentechnik besteht einerseits die Forderung, daß Überstromschutzschalter schon bei geringer Überschreitung des Nennstromes auslösen, um den Schutz der Einrichtungen zu sichern, andererseits sollen jedoch Überströme, die durch Aufladung von Kapazitäten bedingt sind, nicht zur Auslösung führen.

Es sind Anordnungen bekannt, die den Abschaltvorgang mit elektronischen Schutzschaltungen ohne die geforderte potentialfreie Abschaltung des Verbraucherstromkreises realisieren. Weiterhin setzen sie entweder das Ansprechen des Überstromschutzes für die Dauer einer definierten Verzögerungszeit gänzlich aus, vgl. DD 144 483, oder sie bewirken zumindest zeitweilig über ein Stellglied eine Strombegrenzung des Laststromes, vgl. DE 15 13 287. Diese Maßnahmen verhindern zwar das Abschalten, wenn Überströme durch Aufladungen von Kapazitäten auftreten, verzögern aber das Abschalten auch, wenn Kurzschlüsse durch Bauelementeschäden oder Fehlhandlungen von Personal hervorgerufen werden.

Es ist weiterhin eine Anordung bekannt, bei der die Erregung eines elektromagnetisch betätigten Überstromschalters ausschließlich durch elektronische Mittel erfolgt, indem der über einem Widerstand im Laststromkreis abgegriffene Spannungsabfall als Überstromkriterium verwertet wird, vgl. DE 33 42 326 A1. Zwar läßt sich durch das Schwellwertverhalten eine unverzögerte Abschaltung erreichen, dennoch muß der Schwellwert so eingestellt werden, daß Ladeströme für Kapazitäten nicht zu unerwünschtem Abschalten führen. Diese Anordnung verliert die Überstromschutzeigenschaften völlig, wenn die elektronische Steuerschaltung ausfallen sollte.

Schließlich ist es noch bekannt, bei einer elektronischen Auswerteschaltung die Wirksamkeit der Überstromauslöseanordnung von zwei unterschiedlichen Auslösestromstärken mit unterschiedlichen Ansprechzeiten abhängig zu machen, vgl. EP 01 25 043 A1. Dabei wirkt die höhere Auslösestromstärke mit unverzögerter Auslösung nur kurzzeitig nach dem Einschalten der Überstromauslöseanordnung. Damit schützt diese Anordnung unmittelbar nach dem Einschalten gegen unerwünschte Auslösung durch Ladeströme, jedoch werden Ladeströme, verursacht während des Betriebes durch Schaltvorgänge im vorgelagerten Netz, nicht in ihrer Auslösewirkung gehindert. Die Auslösemöglichkeit im Kurzschlußfall ist an die Funktionsfähigkeit der elektronischen Steuerschaltung gebunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überstromschutzanordnung anzugeben, die bei geringer Überschreitung eines Betriebsstromes unverzögert den Verbraucherstromkreis galvanisch vom Gleichstromversorgungsnetz trennt, jedoch unerwünschtes Abschalten infolge von Ladeströmen beim Schalten kapazitiver Lasten vermeidet.

Die Schutzwirkung soll in Havariefällen, in denen die Funktionsfähigkeit elektronischer Steuerschaltungen beeinträchtigt sein kann, erhalten bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein magnetisch betätigter Überstromschutzschalter mit in den Lastkreis eingefügtem Schaltkontakt eingesetzt und erfindungsgemäß für eine definierte Zeitdauer auf eine erhöhte, die Ladeströme der Kapazitäten im Verbraucherstromkreis berücksichtigende Auslösestromstärke umgeschaltet. Dazu wird der zeitliche Spannungsverlauf am Verbraucherstromkreis mittels eines du/dt-Detektors überwacht, die Spannungsänderung erfaßt und als Kriterium für die Umschaltung auf eine erhöhte Auslösestromstärke verwendet. Die Umschaltung erfolgt über einen von einem Zeitrelais gesteuerten Strom in einer Kompensationswicklung am Überstromschutzschalter. Diese Umschaltung wird vorteilhafterweise abhängig gemacht von einem Spannungstoleranzdetektor, der ein Steuersignal nur dann abgibt, wenn die Spannungsänderungen einen festgelegten Spannungstoleranzbereich überschreiten. Das ist zweckmäßig, wenn die Überstromschutzanordnung entfernt vom Verbraucherstromkreis, beispielsweise wegen zentraler Zugänglichkeit, angeordnet ist. Dadurch wird vermieden, daß mögliche Spannungsschwankungen an den Schienen des Gleichstromversorgungsnetzes zur Umschaltung der Auslösestromstärke führen. Bei Funktionsausfall der elektronischen Steuerschaltung bleibt die Überstromschutzfunktion der Anordung erhalten, so daß der Verbraucherstromkreis zumindest gegen Kurzschlußströme geschützt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt Überstromschutzanordnung 10, die eingangsseitig 2a, 2b an die Schienen 1a, 1b eines Gleichstromversorgungsnetzes 1 angeschlossen ist und die ausgangsseitig 16a, 16b mit einem Verbraucher 3 verbunden ist. Somit wird die Überstromschutzanordnung 10 auf der Stromzuführungsleitung 2 vom Laststrom durchflossen. In den nicht geerdeten Stromzuführungspfad 2a ist ein Überstromschutzschalter 14 mit seiner Erregerwicklung 14a und seinem Schaltkontakt 15 direkt eingeschleift. Die am Verbraucher 3 liegende Spannung wird einem du/dt-Detektor 17 zugeführt, der bei einer zeitlichen Spannungsänderung ein Signal an einen ersten Eingang eines ersten Gatters 19 abgibt. Ebenso liegt diese Spannung an einem Spannungstoleranzdetektor 18, der aus zwei Spannungskomparatoren 18a, 18b mit ihnen zugeordneten Referenzspannungsquellen 18c, 18d und einem zweiten Gatter 18e besteht. Der Ausgang des zweiten Gatters 18e ist mit einem zweiten Eingang des ersten Gatters 19 verbunden, dessen Ausgang über ein Zeitrelais 20 an eine Kompensationswicklung 14b des Überstromschutzschalters 14 geschaltet ist.

Wird von dem du/dt-Detektor 17 eine Spannungsänderung festgestellt und überschreitet diese Spannungsänderung den vom Spannungstoleranzdetektor 18 festgelegten Toleranzbereich, so wird über das Zeitrelais die Kompensationswicklung 14b des Überstromschalters 14 aktiviert. Für eine definierte Zeitdauer, die an die Ladezeit der Kapazitäten im Verbraucherstromkreis angepaßt ist, wird somit die Auslösestromstärke des Überstromschutzschalters 14 erhöht. Es wird dadurch vermieden, daß die betriebsbedingten Ladeströme der Kapazitäten zum Ansprechen des Überstromschutzschalters 14 führen. In den Stromkreis der Kompensationswicklung 14b kann ein Kaltleiter 21 eingefügt sein, um eine zweckmäßige Erhöhung des Anfangswertes des in der Kompensationswicklung 14b fließenden Stromes zu erreichen. Die gesamte Steuerschaltung 10 erhält über eine separate Sicherung 4 die erforderliche Versorgungsspannung.

Claims (4)

1. Überstromschutzanordnung in Gleichstromversorgungsnetzen, insbesondere in Zentralen der elektronischen Nachrichtentechnik, mit mindestens einem elektromagnetisch betätigten Überstromschutzschalter (14), dessen Kontakt (15) und dessen erste Wicklung (14a) im Verbraucherstromkreis (3) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Verbraucherstromkreis (3) ein du/dt-Detektor (17) geschaltet ist, dessen Ausgang über ein Zeitrelais (20) mit einer zweiten Wicklung (14b) des Überstromschutzschalters (14) verbunden ist, wobei der Richtungssinn der magnetischen Flüsse in erster und zweiter Wicklung entgegengesetzt ist.

2. Überstromschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des du/dt-Detektors (17) und der Ausgang eines Spannungstoleranzdetektors (18) jeweils an einen Eingang eines Gatters (19) geschaltet sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des Zeitrelais (20) verbunden ist und daß die beiden Eingänge des Spannungstoleranzdetektors (18) jeweils an eine zum Verbraucher führende Stromversorgungsleitung geschaltet sind.

3. Überstromschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungstoleranzdetektor (18) eingangsseitig aus zwei Spannungskomparatoren (18a, 18b) mit ihnen zugeordneten Referenzspannungsquellen (18c, 18d) besteht und daß die Ausgänge jeweils an einen Eingang eines Gatters (18e) geschaltet sind, dessen Ausgang auch Ausgang des Spannungstoleranzdetektors (18) ist.

4. Überstromschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zeitrelais (20) bestimmte Zeitdauer der Umschaltung auf eine erhöhte Auslösestromstärke in Abhängigkeit von der Ladezeitkonstanten des Verbraucherstromkreises festgelegt ist.