NL7905476A - Vermogensonderbrekingsinrichting. - Google Patents

Description

M- -1- 20815/JF/tj

Aanvrager: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan.

Korte aanduiding: Vermogensonderbrekingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een vermogensonderbrekingsinrich-5 ting omvattende een hoofdonderbreker verbonden met een voedingsbron, een aan tal voedingssehakelingsonderbrekers verbonden tussen de hoofdonderbreker en elk van een aantal belastingen, teneinde slechts selectief die aftakkings-schakeling bij een foutsehakeling te onderbreken wanneer een belastingskort-sluiting wordt veroorzaakt.

10 Tot nu toe is het bekend de inrichting getoond in fig. 1 van de teke ning, waar ten behoeve van een nadere toelichting op de stand van de techniek reeds nu naar wordt verwezen te gebruiken, waarbij het verwijzingscijfer M een hoofdonderbreker aangeeft voor het onderbreken van de bedrading, welke is verbonden met een voedingsbron met een eerste klem daarvan; F^, Fg... Fr respectievelijk voe-15 dingsschakelingsonderbrekers aangeven voor het onderbreken van de daarmee overeenkomende bedrading en welke respectievelijk zijn verbonden tussen de andere klem van de hoofdonderbreker en overeenkomstige belastingen.

Bij de conventionele vermogensonderbrekingsinrichting getoond in fig. 1 is het noodzakelijk, wanneer een kortsluitingsfout wordt veroorzaakt 20 in een belastingsschakeling met een voedingsschakelingsonderbreker F^, alleen de voedingsschakelingsonderbreker F^ te bekrachtigen vo'or het bekrachtigen van de hoofdonderbreker M teneinde de voeding naar de niet-foute belastingsschake-lingen voort te zetten, terwijl alleen de foute belastingsschakeling wordt verbroken .

25 De hoofdonderbreker M heeft dus een structuur voor het onderbreken door een grotere onderbrekerstroom dan de onderbrekingsstroom voor de voedingsschakelingsonderbreker s F^, ... of door de grote stroom en een vooraf bepaal de vertragingstijd.

Een stuurmechanisme van het bimetalen thermische bekrachtigingstype of 30 een electromagentisch type is gebruikt als een conventioneel struurmechanisme van de hoofdonderbreker voor de kortsluitstroom. Bij elke conventionele inrichting is echter gebleken dat het onmogelijk is selectief de schakeling te onderbreken in alle foute stroombereikingen. De werkkrarakteristieken van de hoofdonderbreker M en de voedingsschakelingsonderbreker F^ in het geval van een 35 kortsluitfout in een belasting (niet getoond) verbonden met de voedingschake- 7905476

V

-2- 20815/JF/tj lingsonderbreker F1 zijn getoond in fig. 2. In het grote foutstroombereik wordt de hoofdonderbreker M tegelijkertijd en tezamen bekrachtigd met de voedingsschakelingsonderbreker Fy waarbij het selectief onderbreekhare bereik is*beperkt tot slechts een klein foutstroombereik. Het is bekend ge-5 bruik te maken van een vermogensonderbrekingsinrichting welke een stuur- tijdkarakteristiek heeft welke is weergegeven in fig. 3 met betrekking tot

Jr de hoofdonderbreker M teneinde een vertragingsbekrachtiging te veroorzaken waarbij de selectieve onderbreking is verkregen voor een zeker foutstroom-béreik. Het selectieve onderbrekingsbereik echter is vrij klein, namelijk 10 van rond 10 KA tot 20 KA. De industriële waarde van een dergelijke inrichting is dus voor praktisch gebruik niet groot genoeg.

Verder is voorgesteld een inrichting te verschaffen waarvan de karakteristiek is getoond in fig. 4 voor het selectief onderbreken in een groot stroombereik. De totale onderbrekingstijd t echter van de hoofdonderbreker M 15 wordt verlengd buiten de toelaatbare begrenzing I t (I: onderbrekingsstroom) alsmede wat betreft de duurzaamheid van de hoofdonderbreker M. Teneinde te 2 voldoen 'aan de toelaatbare begrenzing I t dient de onderbrekingscapaciteit (dat wil zeggen t) van de onderbreker M verminderd te worden waarbij de industriële waarde voor praktisch gebruik wordt verminderd.

20 De uitvinding beoogt de bovengenoemde nadelen van de stand van de techniek op te heffen en voorziet daartoe in een vermogensonderbrekingsinrich-ting, welke daardoor wordt gekenmerkt, dat de inrichting· verder omvat: een langdurige onderbrekingsvertragingsschakeling en een kortstondige onderbrekings-vertragingsschakeling voor het vertragen van de totale schakelingsonderbrekings-25 tijd door een stuurmechanisme van de hoofdonderbreker en een stroombegrenzings- inrichting voor het begrenzen van de foutstroom beneden een vooraf bepaald niveau .

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 30 fig. 1 een inrichting toont van de conventionele vermogensonderbreker; fig. 2 de werkkarakteristieke curven toont van de conventionele inrichting getoond, in fig. 1; de figuren 3 en 4 overeenkomstige werkkarakteristieke curven tonen van de conventionele inrichting met het doel het selectieve onderbrekingsgebied te 35 vergroten; 790 5 A 76 -3- 20815/JF/tj 'y fig. 5 een inrichting van een vermogensonderbreker toont volgens de uitvinding; fig. 6 een schakelingsschema is van een hoofdonderbreker van de inrichting volgens de uitvinding; 5 fig. 7 een stroombegrenzingsgolfvorm toont welke wordt verkregen met behulp van de inrichting volgens de uitvinding; fig. 8 werkkarakteristieke curven toont van de vermogensonderbreker volgens de uitvinding; en fig. 9 een schakelingsschema is van een uitvoeringsvorm van de hoofd-10 onderbreker van fig. 6.

Hierna volgt de beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding.

In fig. 5 geeft het verwijzingssymbool M een hoofdbedradingsonderbre- ker aan; PF geeft een permanente zekering aan; R geeft een weerstand aan; ter- 15 wijl een stroombegrenzingsschakeling is gevormd door de permanente zekering PF en de parallel daaraan geschakelde weerstand R; terwijl tenslotte F^, F^ ...

F voedingsschakelingsbedradingsonderbrekers aangeven, n

De hoofdbedradingsonderbreker M heeft de structuur getoond in het blokschema van fig. 6. In fig. 6 geeft het verwijzingscijfer 1 klemmen aan de 20 voedingsbronzijde aan; 2 geeft klemmen aan de belastingszijde aan; 3 geeft een schakelmechanisme aan; 4 een uitschakelspoel; 5 geeft een stroomtrans-formator aan met een tussenstroomtransformator 51; 6 geeft een maximale stroom-detectieschakeling aan; 7 geeft een bruggelijkrichter aan ("all wave"); 8 geeft een spanningsaftaster aan; 9 geeft een lange-tijdtelschakeling (langdurige 25 onderbrekingsvertragingsschakeling) en 10 geeft een korte-tijdtelschakeling (korstondige onderbrekingsvertragingsschakeling), terwijl 11 een trigger-schakeling·aangeeft.

De werking van de inrichting zal nu worden beschreven.

In fig. 6 welke een functionele structuur van de hoofdonderbreker M 30 toont, wordt de stroom voor elke fase welke de hoofdschakeling tussen de klem men 1 en 2 passeert, gedetecteerd in de primaire wikkeling van de stroomtrans-formator 5. Een stroom van bijv. 5 A wordt gestuurd door de secondaire wikkeling en de stroom wordt gereduceerd tot 50 mA door de tussenstroomtransformator 51. De gereduceerde stroom in de orde van mA wordt gevoed in de maxi-35 male stroomdetectieschakeling 6, waarbij de maximale stroomwaarde in elke fase 790 54 76

V

'* -4- 20815/JF/tj wordt gedetecteerd en wordt gelijkgericht door de bruggelijkrichter 7 en vervolgens wordt gevoed in spanningsaftaster 8 waar de ingang wordt omgezet in de spanning en de spanning wordt uitgevoerd als werksignaal aan de lange-6ijdtelschakeling 9 en de korte-tijdtelschakeling 10. Wanneer het span-5 ningssignaal aanzienlijk groter is (een grote overstroom wordt doorgelaten tot de hoofdschakeling), wordt de korte-tijdtelschakeling bekrachtigd om het trigger-signaal naar de trigger-schakeling 11 te voeren. Wanneer de overstroom niet zo groot is, wordt de lange-tijdtelschakeling 9 bekrachtigd om het trigger-signaal naar de trigger-schakeling 11 te sturen.

*I0 Wanneer de trigger-schakeling 11 wordt bekrachtigd, wordt de spoel 4 geëxciteerd om het schakelingsmechanisme 10 te openen, waardoor de foute stroom wordt onderbroken.

De maximale stroomdetectieschakeling 6, de spanningsaftaster ,s de lange-tijdtelschakeling 9 en de korte-tijdtelschakeling 10 zullen nu nader worden 15 beschreven.

In fig. 9 heeft de stroomdetectieschakeling 6 drie diode-bruggen overeenkomend met elke fase van de voedingsschakeling en de diode-bruggen zijn in serie verbonden, waarbij de maximale stroom wordt doorgelaten naar de spanningsaftaster 8.

20 In de spanningsaftaster wordt de maximale stroom gegeven door de maxi male stroomdetectieschakeling 6 omgezet in de daarmee overeenkomende spanning door de weerstanden R^, P^, R^. De verhouding voor het omzetten van de maximale stroom in de daarmee overeenkomende spanning kan worden gevarieerd onder gebruikmaking van een variabele weerstand (varistor) zoals de weerstand R^, 25 waarbij de nominale stroom van de schakelingsonderbreker volgens de uitvinding kan worden ingesteld.

De lange-tijdtelschakeling 9 omvat een Zener-diode Z^ en transistoren

Qg, Qg. Wanneer het spanningssignaal gegeven door de spanningsaftaster 8 laag is (normale toestand), is de transistor Qg in de AAN-toestand en de transis- 30 tor Qg is in de UIT-toestand en de spanning wordt toegevoerd aan· de trigger- schakeling 11. Wanneer het spanningssignaal groter is dan de basispotentiaal van de transistor Qc (abnormale toestand), is de transistor Q_ in de UIT--> b toestand en de transistor Qg in de AAN-toestand en het laden van de condensator Cg wordt gestart. Wanneer de laadspannning van de condensator C^ een 35 vooraf bepaalde spanning bereikt, wordt de trigger-schakeling 11 getriggerd.

7905476 * -5- 20815/JF/tj

De laadsnelheid van de condensator C^ wordt veranderd door de spanning van de spanningsaftaster 8 om de omgekeerde tijdtelkarakteristiek te verschaffen, dat wil zeggen dat de stroom gaand door transistor Qg wordt vergroot en de tijd voor het uitvoeren van het signaal naar de trigger-seha-5 keling 11 wordt verkort in afhankelijkheid van de toeneming van het span- ningssignaal.

Wanneer het spanningssignaal van de spanningsaftaster 8 toeneemt boven een vooraf bepaald niveau in de korte tljdtelschakeling 10, is de Zener-diode Zj. in de AAN-toestand en de transistor is in de AAN-toestand en 10 de stroom passeert via de weerstand R^ en de diode D^ voor het opladen van de capacitor Cg. De laadstroom wordt gevoed door een constante spanningsbron gevormd door de Zener diode Z^Q waarbij de laadtijd constant is. Wanneer het laden van de condensator 8 is volbracht, wordt het signaal toegevoerd aan de trigger-schakeling 11.

15 De trigger-schakeling 11 omvat de PÜT-transistor (programable Unijunc tion Transister)Q^ en de thyristor Qg. Wanneer de opgeladen spanning van de condensator of Cg in de tljdtelschakeling een vooraf bepaalde spanning bereikt, schakelt de PUT aan en de thyristor wordt bekrachtigd voor het doorlaten van de stroom naar de uitschakelspoel 4, waarbij het stuurmechanisme 20 wordt bediend voor het openen van de hoofdonderbreker M.

Anderzijds wordt de stroom in de normale toestand gevoed van de hoofdonderbreker M via de permanente zekering PF van de voedingsschakelingsonder-brekers F^, F^ ... Fn naar de belastingen (de weerstand wordt dusdanig ingesteld wat deze niet wezenlijk de weerstand R beïnvloedt). Wanneer een kort-25 sluitingsfout wordt veroorzaakt in de schakeling van de vertakkingsschake- lingsonderbreker F^, verandert de fase van het natriummetaal welk het inwendige element is in de permanente zekering PF welke de stroombegrenzingsschake-ling vormt,door de foutstroom I van vaste stof naar vloeistof naar gas en de permanente zekering PF heeft een aanzienlijk hoge weerstand voor het 30 starten van de stroombegrenzing. In dit geval zoals, getoond in fig. 7 wordt

de foutstroom begrensd tot de stroombegrenzingspiekwaarde I door de permanente zekering PF. waarbij de weerstand van de permanente zekering PF groter is dan de weerstand van de parallelle weerstand R en de foutstroom I

pros wordt doorgelaten door de weerstand R en de permanente zekering PF en de 35 stroom I ^ wordt doorgelaten als dynamische stroom.

De foutstroom wordt dus begrensd door de stroombegrenzingsinrichting.

7905476 -6- 20815/JF/tj

Wanneer de foutstroom van 200 KA wordt begrensd tot 10 tot 20 KA kunnen de hoofdonderbreker M met een stroomcapaciteit van 10 tot 20 KA als het selectief onderbreken is bereikt en de voedingsschakelingsonderbreker F^ met de geleidingsstroomcapaciteit worden gebruikt voor het selectief onderbreken in 5 het geval van grotere foutstromen zoals 200 KA, hetgeen hetzelfde effect heeft als het vergroten van het selectief onderbrekingsbereik. Bovendien kan de totale onderbrekingstijd gegeven door het stuurmechanisme van de hoofdonderbreker worden vertraagd, waarbij de selectieve onderbreking kan worden bereikt en het selectief onderbrekingsbereik kan worden vergroot. De tak-10 schakelingsonderbreker kan een commerciële zijn.

In deze uitvoeringsvorm wordt de bedradingsonderbreker gebruikt als de hoofdonderbreker. Dit kan dus een andere onderbreker zijn, zoals een laad-spanningsluchtschakelingsonderbreker, een vacuumonderbreker enz. voor het verkrijgen van hetzelfde effect.

15 Wanneer het selectief onderbreken wordt uitgevoerd tussen de hoofd onderbreker en de voedingsschakelingsonderbreker, wordt een luchtschakelings-onderbreker gebruikt. Dus zelfs ofschoon een onderbreker voor de bedrading welke 'économisch en compact, wordt gebruikt, kan het selectief onderbrekingsbereik worden vergroot voor het geven van een significant effect bij praktisch .20 gebruik.

Volgens de uitvinding wordt een onderbrekingsvertragingsschakeling voor het vertragen van het totale onderbrekingstijd voor een vooraf bepaalde tijd door het stuurmechanisme van de hoofdonderbreker verschaft en eveneens een stroombegrenzingsschakeling voor het begrenzen van de foutstroom om' la-25 ger te zijn dan het vooraf bepaalde niveau, waarbij het selectief onderbre1- kingsbereik van de hoofdschakelingsonderbreker en de voedingsschakelingsonderbreker verbonden met de belastingen in de vermogensonderbrekingsinrichting kunnen worden vergroot.

t -C0NCLUSIES- 30 7905476

Claims (6)

1. Vermogensonderbrekingsinrichting omvattende een hoofdonderbreker verbonden met een voedingsbron, een aantal voedingsschakelingsonderbrekers 5 verbonden tussen de hoofdonderbreker en elk van een aantal belastingen, ten einde slechts selectief die aftakkingsschakeling bij een foutsehakeling te onderbreken wanneer een belastingskortsluiting wordt veroorzaakt, met het kenmerk, dat de inrichting verder omvat: een langdurige onderbrekingsvertra-gingsschakeling en een kortstondige onderbrekingsvertragingsschakeling voor 10 het vertragen van de totale schakelingsonderbrekingstijd door een stuurmechanisme van de hoofdonderbreker en een stroombegrenzingsinrichting voor het begrenzen van de foutstroom beneden een vooraf bepaald niveau.

2. Vermogensonderbrekingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kortstondige onderbrekingsvertragingsschakeli'ng van de twee ver- 15 tragingsschakelingen voor het vertragen van de onderbrekingstijd van de hoofdonderbreker reageert voor het bekrachtigen van het stuurmechanisme van de hoofdonderbreker wanneer een aanzienlijke grote foutstroom wordt doorgelaten en dat de langdurige onderbrekingsvertragingsschakeling reageert voor het bekrachtigen van hët stuurmechanisme wanneer een relatief kleine foutstroom 20 wordt doorgelaten.

3. Vermogensonderbrekingsinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kortstondige en langdurige onderbrekingsvertragingschakelingen schakelingen zijn welke gebruik maken van halfgeleiders.

4. Vermogensonderbrekingsinrichting volgens conclusie 3> met het ken-25 merk, dat de kortstondige en langdurige onderbrekingsvertragingsschakelingen worden bekrachtigd door een overeenkomstige uitgangsspanningssignaal van een schakeling voor het omzetten van de foutstroom in de daarmee overeenkomende spanning.

5. Vermogensonderbrekingsinrichting volgens conclusie 1, met het ken-30 merk, dat de stroombegrenzingsinrichting een permanente zekering omvat alsmede een parallel daaraan verbonden weerstand.

6. Vermogensonderbrekingsinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een inwendig element in de permanente zekering van de stroombegrenzingsinrichting een natriummetaal omvat. 35 7905476