WO2003081741A1 - Auf kurzschluss ansprechende analogelektronische auslöseeinrichtung für einen elektrischen leistungsschalter - Google Patents

Auf kurzschluss ansprechende analogelektronische auslöseeinrichtung für einen elektrischen leistungsschalter Download PDF

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WO2003081741A1
WO2003081741A1 PCT/DE2003/000896 DE0300896W WO03081741A1 WO 2003081741 A1 WO2003081741 A1 WO 2003081741A1 DE 0300896 W DE0300896 W DE 0300896W WO 03081741 A1 WO03081741 A1 WO 03081741A1
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circuit
tripping
current
short
magnet
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PCT/DE2003/000896
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Henry Franke
Uwe Gnoerrlich
Marc Liebetruth
Andreas Pancke
Wolfgang Röhl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/06—Arrangements for supplying operative power
    • H02H1/063—Arrangements for supplying operative power primary power being supplied by fault current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means

Definitions

  • Analog electronic tripping device for an electrical circuit breaker that responds to a short circuit
  • the invention relates to a short-circuit-sensitive analog-electronic release device for an electrical circuit breaker with a current transformer for detecting a current flowing in a circuit monitored by the circuit breaker, a release magnet for releasing switching contacts of the circuit breaker, a threshold circuit for issuing a switching command for the release magnet when the circuit breaker detects it Current exceeds a limit value, a power supply circuit for the operation of the tripping device and the tripping magnet.
  • This tripping device together with a further tripping device provided for monitoring an overload, forms a comprehensive protective device of the circuit breaker for the most common errors in the operation of electrical systems.
  • Separate current transformers and different switching devices are used for measuring the current in the overload area and for the short-circuit area.
  • an inductive current transformer is used in conjunction with a microprocessor device, while a sensor based on a Rogowski coil in conjunction with an analog electronic circuit is used to detect short circuits.
  • the Rogowski coil emits a signal (di / dt) corresponding to the change in current over time.
  • the invention is based on a comparison of various known triggering devices, in which it was found that, despite reasonable precautions, the triggering in the event of short end with an undesirable delay. Such a delay is the more disturbing the higher the switching capacity of a circuit breaker. Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a triggering device of the type mentioned at the outset with a minimal response delay.
  • this output is achieved in that the current transformer is designed as an energy-supplying current transformer, the current transformer is followed by a rectifier circuit for converting the detected current into a direct current, the current transformer and the rectifier circuit form the power supply circuit, and
  • a controllable power semiconductor is connected in parallel to the trigger magnet, which can be controlled by the measuring and control circuit in such a way that it is completely conductive when the limit value is undershot and is completely blocked when the limit value is exceeded.
  • the invention creates a triggering device which responds to short-circuit and which operates completely independently and is therefore independent in every respect of the triggering device for long-term and short-term delay.
  • the extremely quick response of the new release device is based not only on this independent design, but on the precautionary provision of the energy for actuating the release magnet.
  • the fact that an energy-supplying current transformer (in contrast to a signal transmitter) is used and this constantly feeds a secondary circuit means that only the switching (commutation) of the current supplied by the current transformer from the secondary circuit to the off solvent magnet. This switching (commutation) by
  • Blocking of the power semiconductor connected in parallel to the tripping magnet takes extremely little time.
  • the power semiconductor be kept in a low-loss state. According to one embodiment of the invention, this can be helped by connecting the power semiconductor to a feedback branch in order to maintain its completely conductive state.
  • a rechargeable by short-term blocking of the power semiconductor capacitor can be provided. Since the time required for charging is short, the trigger magnet remains at rest during these periodically repeating charging processes.
  • the tripping magnet is used not only for tripping in the event of a short circuit, but also for other tripping, in particular in the event of overcurrent and ground faults.
  • the different trigger signals are linked in an OR circuit, the output of which acts on the single trigger magnet. Any delay that may be caused by this can be avoided according to a further development of the invention in that the trigger magnet is a separate trigger magnet that is only connected to the trigger device that responds to a short circuit. In addition to the elimination of the OR gate, this also creates the possibility of select a particularly suitable trigger magnet and thereby further reduce the trigger delay.
  • the release device after the invention becomes an independent assembly that is completely separate from the other release devices. This has the advantage that this module can be manufactured, checked and replaced independently.
  • Figure 1 illustrates in a diagram the dependence of the tripping time on the current in a low-voltage circuit breaker.
  • Figure 2 shows the basic circuit of a triggering device according to the invention.
  • FIG. 3 is a detailed circuit diagram of a circuit branch shown in simplified form in FIG. 2 as a block.
  • FIG. 4 shows a periodic charging of a capacitor used for the operation of a power semiconductor.
  • the time and the current are plotted in a known manner on a logarithmic scale.
  • the overload range LT begins, in which relatively large tripping delays occur (minutes to hours).
  • the tripping times are fractions of seconds to seconds.
  • the delays are determined by an electronic tripping device based on a microprocessor device.
  • Currents above a limit value I ⁇ are regarded as short circuits and require the circuit breaker to trip with the least possible delay in order to avoid damage to the protected system and the circuit breaker itself.
  • analog-electronic circuits are used for this instantaneous triggering.
  • FIG. 2 The solution according to the invention of such an analog-electronic triggering device for short circuit is shown in FIG. 2 as a simplified basic circuit diagram.
  • An actuating device 4 enables the switching contacts 1, 2 and 3 to be arbitrarily closed and opened in a known manner, and in particular the automatic opening by means of a release magnet 5.
  • the currents flowing in the conductors L1, L2 and L3 are each converted by a current transformer 6, 7 and 8 detected.
  • These current transformers are preferably of a type which, in addition to obtaining a signal dependent on the current, also enables a certain amount of energy to be supplied. These conditions are generally met by current transformers which have an iron core and a secondary winding seated thereon, the primary winding of these current transformers being formed by the conductors L1, L2 and L3.
  • the alternating currents emitted by the current transformers 6, 7 and 8 are converted into a direct current by means of a rectifier bridge circuit 9, 10 and 11, respectively.
  • the three rectifier bridge circuits 9, 10 and 11 are connected in series, so that at the ends of this series connection a total current is available, which represents the effect of the currents in the conductors Ll, L2 and L3.
  • the dimensioning of the current transformers 6, 7 and 8 and the rectifier bridge circuits 9, 10 and 11 ensures that when a short-circuit current flows in the conductors L1, L2 and L3, sufficient energy is available to actuate the release magnet 5.
  • the current supplied by the rectifier bridge circuits 9, 10 and 11 does not flow via the release magnet 5, but through a secondary circuit which is completely through a conductive power semiconductor 12 is formed.
  • the current transformers 6, 7 and 8 work in the short circuit.
  • a measuring and control circuit 13 ensures that this state is maintained, the operating energy of which is likewise branched off from the direct current supplied by the rectifier bridge circuits 9, 10 and 11.
  • the voltage and drop across a measuring resistor 14 is fed to the measuring and control circuit 13 as an input variable.
  • a short-circuit current in the conductors L1, L2 and L3 corresponds to a specific voltage drop across the measuring resistor 14, which voltage is processed in the measuring and control circuit 13. This leads to the interruption of the secondary circuit by blocking the power semiconductor 12. The current previously flowing through the power semiconductor 12 is now commutated to the tripping magnet 12. A limiter diode 15 serves to protect the power semiconductor 12. The triggering magnet 5 is activated particularly quickly as overexcitation or rapid excitation. Switch contacts 1, 2 and 3 are opened correspondingly quickly (FIG. 2). Details of the measuring and control circuit 13 are explained below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the inputs E1 and E2 correspond to the ends of the series connection of the rectifier bridge circuits 9, 10 and 11.
  • the outputs AI and A2 are the connection points for the release magnet 5 in FIG. 2.
  • the power semiconductor 12 is connected by a Control current brought into a completely conductive state, which is provided by means of a capacitor 16 and applied to a control electrode 18 of the power semiconductor 12 by means of a resistor 17.
  • Blocking the power semiconductor 12 leads.
  • the voltage at E1 and E2 now jumps to a higher value, which is suitable for charging or recharging the capacitor 16 by means of a diode 23 and a charging resistor 24.
  • a limiter diode 25 ensures a defined end value of the charging voltage. The previous state now occurs again. H. the power semiconductor 12 is switched completely conductive.
  • the increased voltage is also at the outputs AI and A2, to which the trigger magnet 5 is connected. As shown in Figure 4, are but the times required for charging the capacitor 16 are so short that the trigger magnet 5 (FIG. 2) does not respond.
  • the capacitor 16 is recharged periodically, as is also illustrated in FIG. 4.
  • the measuring resistor 14 is provided for detecting the direct current supplied by the rectifier bridge circuits 9, 10 and 11. If the voltage exceeds a limit value corresponding to a short-circuit current in the conductors L1, L2 and L3 (FIG. 2), this causes a reference diode 27 to become conductive via a resistor 26, which leads to the capacitor 16 being immediately discharged. This blocks the power semiconductor 12 and commutates the flowing current from the power semiconductor 12 to the tripping magnet 5 located at the outputs AI and A2.
  • reference diode 26 shown in FIG. 3 represents a component that is suitable for the present purpose and that can be easily procured with the desired properties
  • other components or circuits of components can also be used with the same result.
  • a commercially available comparator can be used.
  • the triggering device represents a functionally completely self-sufficient assembly. This is because it includes all and only those elements which together trigger the circuit breaker LS (FIG. 2) in the event of a short circuit.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Eine Auslöseeinrichtung für einen elektrischen Leistungsschalter (LS) dient zur Auslösung bei Kurzschluss und ist hierzu als analog-elektronische Schaltung ausgebildet. Die für die Auslösung bei Kurzschluss benötigten Schaltungsteile und Geräte bilden eine eigenständige Baugruppe, die von weiteren Auslöseeinrichtungen des Leistungsschalters (LS) vollständig unabhängig ist. Stromwandler 6, 7, 8 liefern in Verbindung mit Gleichrichtern 9, 10, 11 einen Gleichstrom, der im normalen Betrieb des Leistungsschalters (LS) über einen leitend geschalteten Leistungshalbleiter 12 fliesst. Eine Mess- und Steuerschaltung 13 wird durch die an einem vom Gleichstrom durchflossenen Messwiderstand 14 abfallende Spannung gesteuert und sperrt den Leistungshalbleiter 12, wenn ein Grenzwert überschritten ist. Der Strom wird dann vom Leistungshalbleiter 12 auf den Auslösemagnet 5 kommmutiert, der die Öffnung von Schaltkontakten 1, 2 und 3 mit besonders geringer Verzögerung bewirkt.

Description

Beschreibung
Auf Kurzschluss ansprechende analogelektronische Auslöseeinrichtung für einen elektrischen Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft eine auf Kurzschluss ansprechende analogelektronische Auslöseeinrichtung für einen elektrischen Leistungsschalter mit einem Stromwandler zur Erfassung eines in einem vom Leistungsschalter überwachten Stromkreis fließenden Strom, einem Auslösemagnet zur Freigabe von Schaltkontakten des Leistungsschalters, einer Schwellwertschaltung zur Abgabe eines Schaltbefehls für den Auslösemagnet, wenn der erfasste Strom einen Grenzwert überschreitet, einer Stromversorgungsschaltung für den Betrieb der Auslöseeinrichtung und des Auslösemagneten.
Eine Auslöseeinrichtung dieser Art ist durch die US 4,733,321 (= EP 0 244 284 Bl) bekannt geworden. Diese Auslöseeinrichtung bildet zusammen mit einer weiteren, zur Überwachung einer Überlast vorgesehenen Auslöseeinrichtung eine umfassende Schutzeinrichtung des Leistungsschalters für die häufigsten Fehler im Betrieb von elektrischen Anlagen. Dabei werden für die Messung des Stromes im Überlastbereich und für den Kurz- schlussbereich getrennte Stromwandler und unterschiedliche Schaltungsmittel eingesetzt. In der Auslöseeinrichtung für den Überlastbereich wird ein induktiver Stromwandler in Verbindung mit einer Mikroprozessoreinrichtung verwendet, wäh- rend zur Erfassung von Kurzschlüssen ein Sensor auf der Basis einer Rogowski-Spule in Verbindung mit einer analogelektronischen Schaltung dient. Die Rogowski-Spule gibt ein der zeitlichen Änderung des Stromes entsprechendes Signal (di/dt) ab. Hieraus ist mittels einer Integrationsschaltung ein dem Strom direkt proportionales Signal zu gewinnen. Beide Signale - Stromänderung und Strom - werden ausgewertet, um bei Bedarf eine Auslösung des Leistungsschalters zu bewirken. Da die Ro- gowski-Spule keine Energie zum Betrieb der AuswertungsSchaltung und des Auslösemagneten liefert, ist hierfür eine gesonderte Stromversorgungsschaltung vorgesehen.
Der Grund für Wahl einer analogelektronischen Schaltung für die Auslösung bei Kurzschluss liegt darin, dass diese eine deutlich geringere Zeit zur Verarbeitung eines Eingangsignals als eine Mikroprozessoreinrichtung benötigt. Diese benötigen insbesondere bei der Inbetriebnahme aus dem stromlosen Zustand eine nicht unbeträchtliche Hochlaufzeit. Auch im be- triebsbereiten Zustand benötigt eine Mikroprozessoreinrichtung aufgrund ihrer sequentiellen Arbeitsweise zur Verarbeitung von Signalen eine Zeit, die zur Abschaltung eines Kurzschlusses als störend lang betrachtet wird. Für diese Anwendung ist andererseits die hohe Genauigkeit und der große Ar- beitsbereich einer Mikroprozessoreinrichtung nicht erforderlich, da es nur auf einen einzigen Grenzwert ankommt.
Es ist in diesem Zusammenhang ferner bekannt, gleichfalls unter Anwendung des Prinzips getrennter Schaltungsteile für Überlast und Kurzschluss einen gemeinsamen induktiven Stromwandler zu benutzen (US 4,689,712 = EP 0 193 448 Bl) . Die hierdurch bedingte stärkere Verknüpfung beider Auslösezweige erschwert es jedoch, die geforderte sehr geringe Verzögerung einer Auslösung bei Kurzschluss zu erzielen.
Die Erfindung geht von einem Vergleich verschiedener bekannter Auslöseeinrichtungen aus, bei dem festgestellt wurde, dass trotz sinnreicher Vorkehrungen die Auslösung bei Kurz- schluss mit einer unerwünschten Verzögerung stattfindet. Eine solche Verzögerung ist umso störender, je höher das Schaltvermögen eines Leistungsschalters ist. Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zu Grunde, eine Auslöseeinrich- tung der eingangs genannten Art mit minimaler Ansprechverzögerung zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird diese Ausgabe dadurch gelöst, dass der Stromwandler als energieliefernder Stromwandler ausge- bildet ist, dem Stromwandler eine Gleichrichterschaltung zur Umwandlung des erfassten Stroms in einen Gleichstrom nachgeschaltet ist, der Stromwandler und die Gleichrichterschaltung die Stro - Versorgungsschaltung bilden, und
- parallel zu dem Auslösemagnet ein steuerbarer Leistungshalbleiter geschaltet ist, der durch die Mess- und Steuerschaltung derart steuerbar ist, dass er bei der Unterschreitung des Grenzwertes vollständig leitend ist und bei Überschreitung des Grenzwertes vollständig gesperrt ist.
Durch die Erfindung wird eine auf Kurzschluss ansprechende Auslöseeinrichtung geschaffen, die völlig autark arbeitet und daher in jeder Hinsicht unabhängig von der Auslöseeinrichtung für Langzeit- und Kurzzeitverzögerung ist. Das außerordentlich rasche Ansprechen der neuen Auslöseeinrichtung beruht aber nicht nur auf dieser eigenständigen Gestaltung, sondern auf der vorsorglichen Bereithaltung der Energie zur Betätigung des Auslösemagneten. Dadurch nämlich, dass ein energie- liefernder Stromwandler (im Unterschied zu einem Signalgeber) benutzt wird und dieser ständig einen Nebenstromkreis speist, bedarf es nur der Umschaltung (Kommutierung) des vom Stromwandler gelieferten Stromes vom Nebenstromkreis auf den Aus- lösemagneten. Diese Umschaltung (Kommutierung) , die durch
Sperrung des parallel zum Auslösemagnet geschalteten Leistungshalbleiters erfolgt, weist einen extrem geringen Zeitbedarf auf .
Für einen problemlosen Dauerbetrieb der Auslöseeinrichtung ist es wesentlich, dass der Leistungshalbleiter in einem verlustarmen Zustand gehalten wird. Hierzu kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch beigetragen werden, dass der Leistungshalbleiter zur Aufrechterhaltung seines vollständig leitenden Zustandes mit einem Rückkopplungszweig beschaltet ist .
Ferner kann zur Bereitstellung eines für die Aufrechterhai- tung eines leitenden' Zustandes des Leistungshalbleiters benötigten Steuerstromes ein durch kurzzeitige Sperrung des Leistungshalbleiters aufladbarer Kondensator vorgesehen sein. Da die zum Aufladen benötigte Zeit gering ist, verbleibt der Auslösemagnet während dieser sich periodisch wiederholenden Aufladevorgänge in Ruhe.
Bei den vorstehend erwähnten bekannten Auslöseeinrichtungen wird der Auslösemagnet nicht nur zur Auslösung bei Kurzschluss, sondern auch für andere Auslösungen, insbesondere bei Uberstrom und Erdschluss, benutzt. Die verschiedenen Auslösesignale werden hierzu in einer ODER-Schaltung verknüpft, deren Ausgang auf den einzigen Auslösemagnet wirkt. Eine evtl. hierdurch bedingte Verzögerung kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch vermieden werden, dass der Aus- lösemagnet ein gesonderter, nur mit der auf Kurzschluss ansprechenden Auslöseeinrichtung verbundener Auslösemagnet ist. Neben dem Fortfall des ODER-Gatters wird hierdurch auch die Möglichkeit geschaffen, einen für den vorliegende Zweck be- sonders geeigneten Auslösemagnet auszuwählen und hierdurch den Auslöseverzug weiter zu verringern. Insbesondere durch die Verwendung eines eigenen Auslösemagneten für die Kurz- schluss-Auslösung wird die Auslöseeinrichtung nach der Erfin- düng zu einer unabhängigen und von den weiteren Auslöseeinrichtungen völlig getrennten Baugruppe. Dies hat den Vorteil, dass diese Baugruppe unabhängig gefertigt, geprüft und ausgetauscht werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur 1 veranschaulicht in einem Diagramm die Abhängigkeit der Auslösezeit von dem Strom in einem Niederspannungs- Leistungsschalter.
Die Figur 2 zeigt die prinzipielle Schaltung einer Auslöseeinrichtung nach der Erfindung.
Die Figur 3 ist ein ausführliches Schaltbild eines in der Figur 2 vereinfacht als Block gezeigten Schaltungszweiges .
In der Figur 4 ist eine periodische Aufladung eines für den Betrieb eines Leistungshalbleiters verwendeten Kondensators dargestellt.
In dem Diagramm gemäß der Figur 1 sind die Zeit und der Strom in bekannter Weise in logarithmischem Maßstab getragen. Bei Strömen oberhalb des Nennstromes IN beginnt der Überlastbe- reich LT, in welchem relativ große Auslöseverzögerungen auftreten (Minuten bis Stunden) . In dem anschließenden kurzverzögerten Bereich ST betragen die Auslösezeiten Bruchteile von Sekunden bis Sekunden. Für beide Abschnitte LT und ST der Auslösekennlinie werden die Verzögerungen durch eine elektronische Auslöseeinrichtung auf der Basis einer Mikroprozessor- einrichtung bestimmt. Ströme oberhalb eines Grenzwertes Iκ werden als Kurzschlüsse betrachtet und erfordern eine Auslösung des Leistungsschalters mit der geringst möglichen Verzögerung, um Schäden an der geschützten Anlage und dem Leistungsschalter selbst zu vermeiden. Wie eingangs dargelegt, werden für diese unverzögerte Auslösung analog-elektronische Schaltungen verwendet.
Die erfindungsgemäße Lösung einer solchen analog-elektronischen Auslöseeinrichtung für Kurzschluss ist in der Figur 2 als vereinfachtes Prinzipschaltbild gezeigt. Im Zuge von Leitern Ll, L2 und L3 eines Versorgungsnetzes liegen Schaltkon- takte 1, 2 und 3 eines Leistungsschalters LS . Eine Betätigungsvorrichtung 4 ermöglicht in bekannter Weise ein willkürliches Schließen und Öffnen der Schaltkontakte 1, 2 und 3 sowie insbesondere die selbsttätige Öffnung mittels eines Auslösemagneten 5. Die in den Leitern Ll, L2 und L3 fließenden Ströme werden durch je einen Stromwandler 6, 7 und 8 erfasst. Diese Stromwandler sind vorzugsweise von einer Bauart, die neben der Gewinnung eines vom Strom abhängigen Signals auch die Lieferung einer gewissen Energie ermöglicht. Diese Bedingungen werden in der Regel von Stromwandlern erfüllt, die ei- nen Eisenkern und eine darauf sitzende Sekundärwicklung aufweisen, wobei die Primärwicklung dieser Stromwandler durch die Leiter Ll, L2 und L3 gebildet wird.
Die von den Stromwandlern 6, 7 und 8 abgegebenen Wechsel- ströme werden mittels je einer Gleichrichter-Brückenschaltung 9, 10 und 11 in einen Gleichstrom umgeformt. Die drei Gleichrichter-Brückenschaltungen 9, 10 und 11 sind in Reihe geschaltet, so dass an den Enden dieser Reihenschaltung ein Ge- samtstrom zur Verfügung steht, der die Wirkung der Ströme in den Leitern Ll, L2 und L3 repräsentiert. Durch die Bemessung der genannten Stromwandler 6, 7 und 8 sowie der Gleichrichter-Brückenschaltungen 9, 10 und 11 ist dafür gesorgt, dass beim Fließen eines Kurzschlussstromes in den Leitern Ll, L2 und L3 eine zur Betätigung des Auslösemagneten 5 ausreichende Energie zur Verfügung steht.
Im normalen Betrieb, dass heißt beim Fließen normaler Be- triebsströme in den Leitern Ll, L2 und L3 , fließt der von den Gleichrichter-Brückenschaltungen 9, 10 und 11 gelieferte Strom nicht über den Auslösemagnet 5, sondern durch einen Nebenstromkreis, der durch einen vollständig leitend geschalteten Leistungshalbleiter 12 gebildet wird. Die Stromwandler 6, 7 und 8 arbeiten dabei im Kurzschluss. Für die Aufrechterhaltung dieses Zustandes sorgt eine Mess- und Steuerschaltung 13, deren Betriebsenergie gleichfalls aus dem von den Gleichrichter-Brückenschaltungen 9, 10 und 11 gelieferten Gleichstrom abgezweigt wird. Als Eingangsgröße wird der Mess- und Steuerschaltung 13 die an einem Messwiderstand 14 abfallende Spannung zugeführt .
Einem Kurzschlussstrom in den Leitern Ll, L2 und L3 entspricht eine bestimmte, an dem Messwiderstand 14 abfallende Spannung, die in der Mess- und Steuerschaltung 13 verarbeitet wird. Dies führt zur Unterbrechung des Nebenstromkreises durch Sperrung des Leistungshalbleiters 12. Der bisher durch den Leistungshalbleiter 12 fließende Strom wird nun auf den Auslösemagnet 12 kommutiert . Eine Begrenzerdiode 15 dient da- bei als Schutz des Leistungshalbleiters 12. Die Aktivierung des Auslösemagneten 5 erfolgt dabei als Über- oder Schnellerregung besonders rasch. Entsprechend schnell erfolgt die Öffnung der Schaltkontakte 1, 2 und 3 (Figur 2) . Einzelheiten der Mess- und Steuerschaltung 13 werden nachstehend anhand der Figuren 3 und 4 erläutert .
In der Schaltung gemäß der Figur 3 entsprechen die Eingänge El und E2 den Enden der Reihenschaltung der Gleichrichter- Brückenschaltungen 9, 10 und 11. Die Ausgänge AI und A2 sind die Anschlusspunkte für den Auslösemagneten 5 in der Figur 2. Der Leistungshalbleiter 12 wird durch einen Steuerstrom in einen vollständig leitenden Zustand gebracht, der mittels eines Kondensators 16 bereitgestellt und mittels eines Widerstandes 17 an eine Steuerelektrode 18 des Leistungshalbleiters 12 angelegt wird. An der Steuerelektrode 18 liegt ferner ein Rückkopplungszweig, der im wesentlichen durch einen Tran- sistor 20 und zugehörige Wiederstände 21 und 22 gebildet ist.
Mit nachlassender Ladung des Kondensators 16 und entsprechend sinkendem Steuerstrom an der Steuerelektrode 18 steigt die am Leistungshalbleiter 12 abfallende Spannung, was durch Sper- rung des Transistors 20 zum Abreißen der Rückkopplung und
Sperrung des Leistungshalbleiters 12 führt. Durch Aufhebung des Kurzschlusses der speisenden Stromwandler 6, 7 und 8 springt nun die Spannung an El und E2 auf einen höheren Wert, der zur Aufladung bzw. Nachladung des Kondensators 16 mittels einer Diode 23 und eines Ladewiderstandes 24 geeignet ist.
Eine Begrenzerdiode 25 sorgt dabei für einen definierten Endwert der Ladespannung. Der vorherige Zustand tritt nun wieder ein, d. h. der Leistungshalbleiter 12 ist vollständig leitend geschaltet .
Während der Nachladung des Kondensators 16 liegt die erhöhte Spannung auch an den Ausgängen AI und A2, an welchen der Auslösemagnet 5 angeschlossen ist. Wie die Figur 4 zeigt, sind aber die zum Laden des Kondensators 16 benötigten Zeiten so gering, dass der Auslösemagnet 5 (Figur 2) nicht anspricht. Das Nachladen des Kondensators 16 erfolgt periodisch, wie dies gleichfalls die Figur 4 veranschaulicht.
Wie schon erwähnt, ist der Messwiderstand 14 zur Erfassung des von den Gleichrichter-Brückenschaltungen 9, 10 und 11 gelieferten Gleichstromes vorgesehen. Überschreitet die Spannung einen Grenzwert entsprechend einem Kurzschlussstrom in den Leitern Ll, L2 und L3 (Figur 2) , so bewirkt dies über einen Widerstand 26 das Leitendwerden einer Referenzdiode 27, was zur sofortigen Entladung des Kondensators 16 führt. Hierdurch wird der Leistungshalbleiter 12 gesperrt und der fließende Strom von dem Leistungshalbleiter 12 auf den an den Ausgängen AI und A2 liegenden Auslösemagnet 5 kommmutiert.
Dieser sorgt für eine rasche Öffnung der Schaltkontakte 1 , 2 und 3 des Leistungsschalters LS (Figur 2) .
Obwohl die in der Figur 3 gezeigte Referenzdiode 26 ein für den vorliegenden Zweck geeignetes Bauelement darstellt, das mit den gewünschten Eigenschaften leicht beschaffbar ist, können mit dem gleichen Ergebnis auch andere Bauelemente oder Schaltungen von Bauelementen benutzt werden. Beispielsweise kann ein handelüblicher Komparator verwendet werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass die Auslöseeinrichtung nach der Erfindung eine funktionell vollständig autarke Baugruppe darstellt. Sie umfasst nämlich alle und nur diejenigen Elemente, die gemeinsam eine Auslösung des Leistungsschalters LS (Figur 2) bei Kurzschluss bewirken.
Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, Kurzschlussauslöser unabhängig von anderen Schutzeinrichtungen eines Leistungsschalters, insbesondere unabhängig von Auslöseeinrichtungen für die Kennlinienabschnitte LT und ST in der Figur 1, herzustellen und zu prüfen. Dies stellt einen wichtigen Gesichtspunkt bei der Ausrüstung und späteren Überwachung eines Leistungsschalters im Betrieb dar.

Claims

Patentansprüche
1. Auf Kurzschluss ansprechende analogelektronische Auslöseeinrichtung für einen elektrischen Leistungsschalter mit - einem Stromwandler (6, 7, 8) zur Erfassung eines in einem vom Leistungsschalter überwachten Stromkreis fließenden Strom, einem Auslösemagnet (5) zur Freigabe von Schaltkontakten (1, 2, 3) des Leistungsschalters, - einer Mess- und Steuerschaltung (13) zur Aktivierung des Auslösemagneten (5) , wenn der erfasste Strom einen Grenzwert überschreitet, einer Stromversorgungsschaltung für den Betrieb der Auslöseeinrichtung und des Auslösemagneten (5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stromwandler (6, 7, 8) als energieliefernder Stromwandler ausgebildet ist, dem Stromwandler (6, 7, 8) eine Gleichrichterschaltung (9, 10, 11) zur Umwandlung des erfassten Stroms in einen Gleichstrom nachgeschaltet ist, der Stromwandler (6, 7, 8) und die Gleichrichterschaltung (9, 10, 11) die Stromversorgungsschaltung bilden, und parallel zu dem Auslösemagnet (5) ein steuerbarer Leistungshalbleiter (12) geschaltet ist, der durch die Mess- und Steuerschaltung (13) derart steuerbar ist, dass er bei der Unterschreitung des Grenzwertes vollständig leitend ist und bei Überschreitung des Grenzwertes vollständig gesperrt ist.
2. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Leistungshalbleiter (12) zur Aufrechterhaltung seines vollständig leitenden Zustandes mit einem Rückkopplungszweig
(20, 21, 22) beschaltet ist.
3. Auslöseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zur Bereitstellung eines für die Aufrechterhaltung eines leitenden Zustandes des Leistungshalbleiters (12) benötigten Steuerstromes ein durch kurzzeitige Sperrung des Leistungs- halbleiters (12) aufladbarer Kondensator (16) vorgesehen ist.
4. Auslöseeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Auslösemagnet (5) ein gesonderter, nur mit der auf Kurz- schluss ansprechenden Auslöseeinrichtung verbundener Auslöse- magnet ist.
PCT/DE2003/000896 2002-03-26 2003-03-13 Auf kurzschluss ansprechende analogelektronische auslöseeinrichtung für einen elektrischen leistungsschalter WO2003081741A1 (de)

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