DE68919284T2 - Schalter mit Voralarm. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalter mit Vorwarneinrichtung zur Alarmgabe bezüglich eines abnormen Stromflusses durch einen Unterbrecher des Schalters vor einer konkreten Trennung bzw. Auslösung des Unterbrechers und insbesondere auf einen Schalter mit Vorwarneinrichtung zur Messung des Effektivwerts des Stromflusses durch den Unterbrecher oder durch die Last unter Verwendung einer diesbezüglichen Vorwarnfunktion.
• Zur Messung des Wertes eines Stromflusses durch den Unterbrecher eines Schalters wird üblicherweise ein Strommesser oder ein Stromtransformator verwendet, welcher an die elektrischen Stromleitungen oder den Unterbrecher des Schalters geklemmt bzw. darauf angeordnet wird. Bei der herkömmlichen Messung wird im allgemeinen der Spitzenwert des Stroms gemessen. Zur Messung des Effektivwerts des Stroms ist es nötig, eine Schaltung zur Messung des Effektivwerts auf der Trenn- bzw. Auslöseschaltung des Schalters vorzusehen.
• Da, wie oben erwähnt, eine komplexe Vorrichtung oder Einrichtung bei dem herkömmlichen Schalter zur Messung des Stroms durch den Unterbrecher oder die Last verwendet werden muß, besteht ein Bedarf daran, den Stromflußwert, welcher durch die Last fließt, leicht ohne Verwendung einer derartig komplexen Vorrichtung zu messen.
• Ein Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der FR-A-2 564 648 bekannt, welche einen Schalter offenbart, der eine Vorwarneinrichtung besitzt. Es wird dabei der Stromfluß durch die elektrischen Leitungen abgetastet, und es wird das abgetastete Signal einer Zweiweggleichrichtung unterworfen, um ein Signal zu bilden, welches die Stromamplitude darstellt. Dieses Signal wird nach einer Kalibrierung einer Trenn- bzw. Auslöseeinrichtung zugeführt, welche unterschiedliche Zeitkonstanten ebenso wie eine Vorwarneinrichtung zum Auslösen eines Alarms besitzt, bevor eine tatsächliche Trennung auftritt. Die Kalibrierung wird entsprechend der FR-A-2 564 648 bezüglich des Strom darstellenden Signals und bezüglich des Signals bewirkt, welches an die aktive Trennschaltung angelegt wird. Es ist keine separate Pegeleinstellung des Signals möglich, welches der Vorwarneinrichtung zugeführt wird. Des weiteren ist keine Pegelanzeige vorgesehen, welche den Strompegel anzeigt, bei welchem die Vorwarneinrichtung eingeschaltet wird.
• Die EP-A-0 045 286 ist auf eine elektronische Anzeigeeinrichtung zum Erfassen des Stromflusses durch elektrische Leitungen und Erzeugen einer diesbezüglichen Anzeige in einem Prozentsatz einer vorbestimmten, veränderlichen Grenze gerichtet. Wenn der Stromfluß die vorherbestimmte Grenze überschreitet, wird ein akustischer Alarm erzeugt. Die bekannte elektronische Anzeigeeinrichtung kann in Verbindung mit einem automatischen Schalter verwendet werden. Die Vorrichtung ist zum Überwachen lediglich einer elektrischen Phase vorgesehen. Die Vorwarneinrichtung der EP-A-0 045 286 beinhaltet einen Komparator zum Vergleichen eines Stroms, der ein Signal darstellt, bezüglich eines Bezugswertes und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Summer auslöst, wenn der Bezugswert überschritten wird.
• Die FR-A-2 497 013 offenbart einen Schalter mit einer Vorwarneinrichtung, der Stromtransformatoren zum Überwachen der Ströme in jeder einer Mehrzahl von elektrischen Stromleitungen beinhaltet. Des weiteren ist eine Vorwarn-Beurteilungsschaltung vorgesehen, welche die Signale von der Überwachungseinrichtung bezüglich eines vorherbestimmten Pegels überwacht, zum Alarmgeben, daß ein abnormer Strom oberhalb des vorbestimmten Pegels in einer der Vielzahl von elektrischen Stromleitungen fließt. Diese Vorwarn-Beurteilungsschaltung enthält einen Gleichrichter zum Gleichrichten der Signale von der Überwachungseinrichtung und einen Komparator, welcher das Ausgangssignal des Gleichrichters empfängt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Schalter mit einer Vorwarneinrichtung zum Messen des maximalen Werts des Stroms vorzusehen, welcher in einer Mehrzahl von elektrischen Leitungen fließt, bezüglich des Nennstromwerts eines Unterbrechers des Schalters unter Verwendung einer Vorwarnfunktion, die in dem Schalter enthalten ist.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Schalter mit Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
• Wenn ein Benutzer die Pegeleinstellungseinrichtung zum Reduzieren des Pegels der Vorwarneinrichtung bezüglich des Nennstromwerts betätigt und die Anzeige der Vorwarn-Anzeigeeinrichtung überwacht, wird die Voralarm-Anzeigeeinrichtung beispielsweise durch Betreiben einer Alarmlampe ausgelöst, wenn der vorbestimmte Pegel ein bestimmtes Verhältnis bezüglich des Stromflusses erreicht. Die Anzeige der Pegelanzeigeeinrichtung entspricht dem Wert des Stromflusses durch die Last zu der Zeit. Es kann dadurch der Wert des Stromflusses durch die Last leicht gemessen werden.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine bevorzugte Ausführungsform eines Schalters mit einer Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches die Zeit/Strom-Charakteristik des Vorwarn- und Überstromtrennbetriebs des Schalters mit einer Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Schalters mit Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches Details der in Fig. 3 dargestellten Vorwarnschaltung 20 darstellt.
• Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches Details einer in Fig. 3 dargestellten Vorwarnausgabeschaltung 21 darstellt.
• Eine bevorzugte Ausführungsform eines Schalters mit Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf Figuren 1, 2, 3, 4 und 5 beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Schalter mit Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt. Entsprechend Fig. 1 beinhaltet ein Schalter 101 einen Unterbrecher und eine Vorwarnvorrichtung in einem Gehäue 102. Ein Betriebsanzeiger 103, welcher beispielsweise durch eine Licht emittierende Diode (LED) gebildet wird, ist auf der äußeren Fläche des Gehäuses 102 vorgesehen, so daß eine Bedienungsperson leicht den Betriebsanzeiger 103 überwachen kann. Ein Rücksetzschalter 108 ist auf der äußeren Fläche des Gehäuses 102 vorgesehen. Eine Einstellschraube bzw. -bolzen (lug) dient zum Verändern des Nennstromwerts des Schalters 101, und eine Einstellschraube 105a dient zum Einstellen des Pegels der Vorwarnung des Schalters. Die Einstellschraube 105a ist drehbar und koaxial mit einem veränderbaren Widerstand wie etwa dem in Fig. 4 dargestellten Bauteil VR&sub1; verbunden, und dadurch wird der Pegel der Vorwarnung zum Erleuchten des Betriebsanzeigers 103 seriell in einem vorbestimmten Bereich von beispielsweise 70 bis 100 % des Nennstromwerts des Schalters 101 eingestellt. Ein Pegelanzeiger 105b als Skala für einen Strom (A) ist um die Einstellschraube 105a herum vorgesehen, so daß der Pegel der Vorwarnung bestätigt werden kann.
• Das weiteren bezeichnet Bezugszeichen 106 einen Betätigungshebel des Unterbrechers, welcher in dem Gehäuse 102 zum Herstellen und Trennen von Kontakten installiert ist; und Bezugszeichen 107, 107 ... bezeichnen Anschlüsse des Schalters 101, welche an elektrische Stromleitungen und Lasten anzuschließen sind.
• Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Schalters mit Vorwarneinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Entsprechend Fig. 3 sind Stromtransformatoren CTa, CTb und CTc an drei Phasen von Wechselstromleitungen 5a, 5b bzw. 5c angeordnet. Ausgangssignale der Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren CTa, CTb und CTc werden einer Gleichrichterschaltung 6 eingegeben. Ausgangssignale der Gleichrichterschaltung 6 werden einer Spitzenwertschaltung 7 und einer Effektivwertschaltung 8 eingegeben. Die Spitzenwertschaltung 7 wählt ein Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 6 entsprechend einem Ausgangssignal der Stromtransformatoren CTa, CTb und CTc aus, welches den maximalen Wert beinhaltet, und wandelt das Ausgangssignal in einen Spitzenwert um. Die Effektivwertschaltung 8 wählt ebenso ein Ausgangssignal aus der Gleichrichterschaltung 6 aus, welches den maximalen Wert beinhaltet, und gibt das Ausgangssignal als Effektivwert aus. Das Ausgangssignal der Spitzenwertschaltung 7 wird einer Sofortbetriebsschaltung 9 und einer Kurzzeitbetriebsschaltung 10 eingegeben. Das Ausgangssignal der Effektivwertschaltung 8 wird einer Langzeitbetriebsschaltung 11 und einer Vorwarnschaltung 20 eingegeben.
• Die Sofortbetriebsschaltung 9, die Kurzzeitbetriebsschaltung 10 bzw. die Langzeitbetriebsschaltung 11 sind an eine Triggerschaltung 12 angeschlossen. Die Triggerschaltung 12 ist an eine Auslösespule 13 und an die Gleichrichterschaltung 6 angeschlossen. Der andere Anschluß der Auslösepule 12 ist ebenso an die Gleichrichterschaltung 6 angeschlossen. Eine Licht emittierende Diode (LED) 14 zum Anzeigen des Auftretens eines Überstroms ist an die Langzeitbetriebsschaltung 11 angeschlosen. Die Vorwarnschaltung 20 ist an eine Vorwarnausgangsschaltung 21 über einen Photokoppler 27 angeschlossen. Eine Licht emittierende Diode (LED) 103 zum Vorwarnen und eine Relaisspule 24 zum Vorwarnen sind an die Vorwarnausgangsschaltung 21 angeschlossen. Eine elektrische Stromquelle 23 zum Steuern des Schalters 101 ist an die Vorwarnausgangsschaltung 21 über ein Spannungsabfallelement 22 wie einen Spannungstransformator (VT) angeschlossen. Ein Alarmsummer 26 ist an die Stromquelle 23 über einen Schalter 24a angeschlossen. Der Schalter 24a wird durch den Betrieb der Relaisspule 24 bezüglich der Vorwarnung geöffnet und geschlossen, so daß der Alarmsummer 26 gesteuert werden kann.
• Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm zum Darstellen von Details der Voralarmschaltung 20 von Fig. 3. Entsprechend Fig. 4 sind durch V+, V- und SGND bezeichnete Anschlüsse jeweils an eine elektrische Stromquelle einer Überstromtrennschaltung angeschlossen, welche nicht in den Figuren dargestellt ist. Vref bezeichnet eine Bezugsspannung, welche beispielsweise bei 4 V liegt. Die Spannung an einem mit Vref bezeichneten Anschluß ist infolge des Nennstromwerts veränderbar und ist beispielsweise auf 4 V festgelegt, wenn der Nennwert 400 A beträgt, und auf etwa 2 V, wenn der Nennwert 200 A beträgt. Der nicht invertierte Anschluß eines ersten Komparators CM&sub1; ist an einen veränderbaren Widerstand VR&sub1; angeschlossen, und dessen Spannung wird durch Einstellen des veränderlichen Widerstands VR&sub1; verändert. Der veränderliche Widerstand VR&sub1; wird zum Einstellen des Vorwarnpegels des Stromwerts benutzt und ist koavial auf der in Fig. 1 dargestellten Einstellschraube 105a vorgesehen.
• Ein Gleichstromsignal, welches sich proportionl zu dem Effektivwert des Stromflusses durch eine Hauptschaltung, beispielsweise durch die elektrische Stromleitung 5a, 5b oder 5c, verhält, wird an einen mit RMST bezeichneten Anschluß angelegt. Das Signal an dem mit RMST bezeichneten Anschluß ist nämlich das Ausgangssignal der Effektivwertschaltung 8. Wenn der Pegel des Gleichstromsignals an dem Anschluß RMST oberhalb der Bezugsspannung Vref des ersten Komparators CM&sub1; liegt, wird ein Schalter Q&sub1; von einem Zustand Ein in einen Zustand Aus geschaltet. Dem nicht invertierten Anschluß eines zweiten Komparators CM&sub1; wird eine Bezugsspannung zugeführt, welche durch die Widerstände R&sub1;&sub2; und R&sub1;&sub3; geteilt ist. Der invertierte Anschluß des zweiten Komparators CM&sub2; ist an einem Punkt P&sub1; angeschlossen, welcher ein Verbindungspunkt der Widerstände R&sub8; und R&sub1;&sub0; ist, welche in Serie zwischen die Anschlüsse Vref und SGND geschaltet sind. Ein Kondensator C&sub4; ist parallel zu dem Widerstand R&sub1;&sub0; angeschlossen.
• Da der Schalter Q&sub1; zuerst in einen Zustand Ein geschaltet wird, nimmt das Eingangssignal des invertierten Anschlusses des zweiten Komparators CM&sub2; den Wert "0" an. Wenn der Schalter Q&sub1; ausgeschaltet wird, beginnen der Widerstand R&sub8; und der Kondensator C&sub4; damit, eine Zeitsteuerungsoperation auszuführen, und die Spannung an dem Kondensator C&sub4; steigt allmählich. Wenn die Spannung an dem Kondensator C&sub4; die Bezugsspannung des zweiten Komparators CM&sub2; erreicht, schaltet sich ein Schalter Q&sub2;, welcher an den zweiten Komparator CM&sub2; angeschlossen ist, ein, und es beginnt ein Strom durch den Photokoppler 27 über einen Widerstand R&sub1;&sub7; zu fließen. Als Ergebnis wird ein Signal der Vorwarnausgangsschaltung 21 ausgegeben.
• Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches Details der Vorwarnausgangsschaltung 21 darstellt. Wenn entsprechend Fig. 5 die LED 27a durch ein Ausgangssignal der Vorwarnschaltung 20 erleuchtet wird, schaltet sich ein Phototransistor 27b des Photokopplers 27 ein. Wenn sich der Phototransistor 27b einschaltet, fließt Strom, um den Thyristor CR über einen Widerstand R&sub3;, den Transistor 27b und einen Widerstand R&sub9; zu toren. Wenn sich der Thyristor CR einschaltet, fließt Strom durch die Relaisspule 24, und ein Schalter 24a wird durch die elektromagnetische Kraft der Relaisspule 24 eingeschaltet. Da der Alarmsummer 26 in Reihe mit dem Schalter 24a verbunden ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Alarmsummer 26 angesteuert, wenn der normalerweise geöffnete Schalter 24a eingeschaltet wird. Zur selben Zeit wird der Betriebsanzeiger (LED) 103 bezüglich einer Vorwarnung angesteuert. Ein Glättungskondensator C&sub3; entsprechend Fig. 5 ist zum Glätten des zweiweggleichgerichteten Stroms vorgesehen, und ein Kondensator C&sub5; dient zum Verhindern eines fehlerhaften Ansteuerns des Betriebsanzeigers (LED) 103 infolge eines großen Überstroms der Hauptschaltung.
• In der oben erwähnten Ausführungsform zum Messen des Wertes des Stroms, welcher durch die Hauptschaltung (oder den Unterbrecher, welcher auf der Hauptstromleitung angeordnet ist) fließt, ist die Einstellschraube 105a zum Einstellen des Pegels der Vorwarnung des Schalters 101 zu drehen, wenn der Betriebsanzeiger (LED) 103 überwacht wird. Entsprechend Fig. 2 wird zum Beispiel der Pegel der Vorwarnung allmählich von dem Nennstromwert, welcher durch Bezugszeichen 8 bezeichnet ist, reduziert. Wenn der Betriebsanzeiger (LED 103 an einer Position der Linie 9 angesteuert wird, zeigt der Wert bezüglich der Linie 9 den Wert des Stroms, welcher durch die Last fließt. Bei dieser Ausführungsform zeigt die Linie 9 ein Verhältnis von 80 % des Stromnennwerts des durch Linie 8 dargestellten Stroms. Wenn der Nennstromwert 150 A beträgt, beträgt der konkrete Wert des Stroms, welcher durch die last fließt, 120 A. Entsprechend Fig. 2 zeigt Linie 10 die Charakteristik der Überstromtrennung des Unterbrechers.

Claims (2)

1. Schalter mit Vorwarneinrichtung (20, 21), mit:

einem Unterbrecher (11 bis 13) zum Trennen von Kontakten (4), wenn der Strom in irgendeiner aus einer Mehrzahl von elektrischen Stromleitungen (5a, 5b, 5c) einen Nennstromwert überschreitet,

einer Vorwarneinrichtung (20, 21) zur Alarmgabe, daß ein oberhalb eines vorbestiinmten Pegels liegender Strom in einer aus der Mehrzahl von elektrischen Stromleitungen (5a, 5b, 5c) fließt, vor dem Auslösen des Unterbrechers,

einer Vorwarn-Anzeigeeinrichtung (103) zum Anzeigen der Betätigung der Vorwarneinrichtung (20, 21), wobei die Vorwarn-Anzeigeeinrichtung an einer äußeren Fläche eines Gehäuses (102) des Schalters vorgesehen ist,

wobei die Vorwarneinrichtung (20, 21) eine Vorwarn-Beurteilungsschaltung (20) zum Vergleichen des Werts des in einer der elektrischen Stromleitungen (5a, 5b, 5c) fließenden Stroms mit dem vorbestimmten Pegel und zum Abgeben eines Signals, wenn der Stromwert oberhalb des vorbestimmten Pegels liegt, sowie eine Vorwarn-Abgabeschaltung (21) zum Ansteuern der Vorwarn-Anzeigeeinrichtung (103) bei Empfang des Signals umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorwarn-Beurteilungsschaltung (20) den maximalen Wert der in der Mehrzahl von elektrischen Stromleitungen (5a, 5b, 5c) fließenden Ströme mit dem vorbestimmten Pegel vergleicht,

daß eine Pegeleinstelleinrichtung (VR1, 105a, 105b) zum manuellen Einstellen des vorbestimmten Pegels innerhalb eines Bereichs unterhalb des Nennstromwerts vorgesehen ist, wobei die Pegeleinstelleinrichtung einen Pegelanzeiger (105b) aufweist, der an der äußeren Fläche des Gehäuses (102) vorgesehen ist, und den vorbestimmten Pegel aus einer Spannung (VRref) gewinnt, die von dem Nennstromwert abhängt.

2. Schalter nach Anspruch 1, mit:

einer Stromtransformatoreinrichtung (CTa, CTb, CTc), die an den elektrischen Stromleitungen (5a, 5b, 5c) zum Abgeben elektrischer Ströme, die den Werten der in den elektrischen Stromleitungen fließenden Strömen entsprechen, vorgesehen ist,

zumindest einer Maximalwert-Erfassungseinrichtung (8) zum Erfassen des maximalen Werts der elektrischen Ströme der Stromtransformatoreinrichtung (CTa, CTb, CTc) und zum Abgeben des maximalen Werts,

wobei die Vorwarn-Beurteilungsschaltung (20) den maximalen Wert mit dem vorbestimmten Pegel vergleicht.