DE4136238A1

DE4136238A1 - Overcurrent protection circuit for DC supply network - uses overcurrent protection switch providing galvanic separation of consumer circuit in response to detected voltage gradient

Info

Publication number: DE4136238A1
Application number: DE19914136238
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. O-1165 Berlin De Kahlert
Original assignee: EFN-ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT fur NACHRICHTENTECHNIK MBH O-1136 BERLIN DE
Current assignee: EFN-ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT fur NACHRICHTENTECHNIK MBH O-1136 BERLIN DE
Priority date: 1991-11-02
Filing date: 1991-11-02
Publication date: 1993-05-06

Abstract

The overcurrent protection circuit incorporates at least one overcurrent protection switch (14) with its energising winding (14a) and switch contact (15) in series with the current consumer circuit (3). A voltage gradient detector (17) is connected in parallel with the latter, its output fed via a timing relay (20) to a second winding (14b) of the overcurrent protection switch acting in opposition to the energising winding (14a). Pref. the output of the voltage gradient detector and the output of a voltage tolerance detector (18) are fed to a gate (19), in turn coupled to the timing relay (20). The voltage tolerance detector (18) has 2 inputs coupled to the current lines for the current consumer. USE/ADVANTAGE - E.g. for communications appts. Rapid galvanic separation of consumer circuit from supply network, without false response to load current peaks.

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.The invention relates to an overcurrent protection arrangement in DC power supply networks, such as those found in central offices Electronic communications technology can be used to help with increased Load currents in operating circuits and consumers at risk whose supply lines from the DC power supply network switch off. To complete in the switched off consumer circuit Ensuring freedom from potential are common Overcurrent switch with electromagnetically operated switch contacts used. In modern power supply systems for central offices electronic communications technology, on the one hand, there is a requirement that overcurrent protection switch even when the Trigger nominal current to ensure the protection of the equipment, on the other hand, however, overcurrents caused by charging of Capacities, do not lead to tripping.

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.Arrangements are known which involve the shutdown process electronic protection circuits without the required potential-free Realize switching off of the consumer circuit. Farther either set the overcurrent protection for the Duration of a defined delay time, cf. DD 144 483, or they at least temporarily cause one via an actuator Current limitation of the load current, cf. DE 15 13 287. These measures prevent switching off when overcurrents caused by charging of capacities occur, but also delay the shutdown, if Short circuits due to component damage or mishandling by Personnel.

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.An arrangement is also known in which the excitation of a electromagnetically operated overcurrent switch only by electronic means takes place by the over a resistance in Load circuit tapped voltage drop as overcurrent criterion is used, cf. DE 33 42 326 A1. Although it can be Threshold behavior achieve an instantaneous shutdown, nevertheless, the threshold must be set so that charging currents for capacities do not lead to unwanted shutdown. These The arrangement completely loses the overcurrent protection properties if the electronic control circuit should fail.

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.Finally, it is known to be electronic Evaluation circuit the effectiveness of the overcurrent release arrangement of two different trip currents with different Make response times dependent, cf. EP 01 25 043 A1. It works the higher tripping current with instantaneous tripping only shortly after switching on the overcurrent release arrangement. In order to protects this arrangement against immediately after switching on unwanted triggering by charging currents, however, charging currents, caused by switching operations during operation upstream network, not hindered in their triggering effect. The The possibility of triggering in the event of a short circuit depends on the functionality the electronic control circuit bound.

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. The object of the invention is an overcurrent protection arrangement to be specified when the operating current is slightly exceeded without delay the consumer circuit galvanically from DC power grid disconnects, but unwanted shutdown due to charging currents when switching capacitive loads.

Die Schutzwirkung soll in Havariefällen, in denen die Funktionsfähigkeit elektronischer Steuerschaltungen beeinträchtigt sein kann, erhalten bleiben.The protective effect is intended in the event of an accident in which the Functionality of electronic control circuits impaired can be preserved.

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.To solve this problem, a magnetically operated Overcurrent protection switch with inserted in the load circuit Switching contact used and according to the invention for a defined Time period to an increased, the charging currents of the capacities in the Tripping current taking consumer circuit into account switched. For this, the temporal course of tension on Consumer circuit monitored by a du / dt detector that Voltage change detected and as a criterion for switching to an increased tripping current is used. The switchover takes place over a current controlled by a time relay in one Compensation winding on the overcurrent protection switch. This switchover is advantageously made dependent on one Voltage tolerance detector that only emits a control signal when the voltage changes a fixed one Exceed the voltage tolerance range. This is useful if the Overcurrent protection arrangement removed from the consumer circuit, for example because of central accessibility. This prevents possible voltage fluctuations in the Rails of the DC power supply network for switching over the Lead tripping current. If the electronic fails The control circuit remains the overcurrent protection function of the arrangement received so that the consumer circuit at least against Short-circuit currents is protected.

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.The invention is explained below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows overcurrent protection assembly 10, the input side, 2 a, 2 b of the bars 1 a, 1 b of a DC power supply 1 is connected, and the output side 16 a, 16 b to a load 3 is connected. The overcurrent protection arrangement 10 on the power supply line 2 thus has the load current flowing through it. An overcurrent protection switch 14 with its excitation winding 14 a and its switch contact 15 is looped directly into the ungrounded power supply path 2 a. The voltage at the consumer 3 is fed to a dv / dt detector 17 which emits a signal to a first input of a first gate 19 when the voltage changes over time. This voltage is also applied to a voltage tolerance detector 18 , which consists of two voltage comparators 18 a, 18 b with reference voltage sources 18 c, 18 d assigned to them and a second gate 18 e. The output of the second gate 18 e is connected to a second input of the first gate 19 , the output of which is connected via a timing relay 20 to a compensation winding 14 b of the overcurrent protection switch 14 .

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.Is of the dv / dt detector 17 detected a change in voltage and this voltage change exceeds the tolerance established by the voltage detector 18 tolerance range, the compensation winding is via the time relay 14 b of the overcurrent circuit breaker 14 is activated. The tripping current of the overcurrent protection switch 14 is thus increased for a defined period of time which is adapted to the charging time of the capacitors in the consumer circuit. It is thereby avoided that the operational charging currents of the capacitors trigger the overcurrent protection switch 14 . A PTC thermistor 21 can be inserted into the circuit of the compensation winding 14 b in order to achieve a suitable increase in the initial value of the current flowing in the compensation winding 14 b. The entire control circuit 10 receives the required supply voltage via a separate fuse 4 .

Claims

1. Overcurrent protection arrangement in direct current supply networks, in particular in control centers of electronic communications technology, with at least one electromagnetically operated overcurrent protection switch ( 14 ), the contact ( 15 ) and the first winding ( 14 a) of which are in the consumer circuit ( 3 ), characterized in that parallel to the consumer circuit ( 3 ) a du / dt detector ( 17 ) is connected, the output of which is connected via a timing relay ( 20 ) to a second winding ( 14 b) of the overcurrent protection switch ( 14 ), the direction of the magnetic fluxes in the first and second windings is opposite.

2. Overcurrent protection arrangement according to claim 1, characterized in that the output of the du / dt detector ( 17 ) and the output of a voltage tolerance detector ( 18 ) are each connected to an input of a gate ( 19 ), the output of which is connected to the input of the time relay ( 20 ) is connected and that the two inputs of the voltage tolerance detector ( 18 ) are each connected to a power supply line leading to the consumer.

3. Overcurrent protection arrangement according to claim 2, characterized in that the voltage tolerance detector ( 18 ) on the input side of two voltage comparators ( 18 a, 18 b) with them associated reference voltage sources ( 18 c, 18 d) and that the outputs each to an input of a gate ( 18 e) are connected, the output of which is also the output of the voltage tolerance detector ( 18 ).

4. Overcurrent protection arrangement according to claim 1, characterized in that the time period of the switchover, which is determined by the time relay ( 20 ), is fixed to an increased tripping current as a function of the charging time constant of the consumer circuit.