CH672959A5

CH672959A5 -

Info

Publication number: CH672959A5
Application number: CH261287A
Authority: CH
Inventors: Said Lassal; Gabriel Muller
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1990-01-15
Also published as: DE3815824C2; DE3815824A1

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung mindestens einer stromproportionalen Spannung mit mindestens einem Shunt in einer dreiphasigen Stromversorgungsanordnung mit drei elektrischen Leitungen.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art ist aus der DE-OS 2 657 784 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung werden die Ströme einer Stromversorgungsanordnung für eine Gebäudeheizeinrichtung durch Shunts geführt, um die in den Leitungen fliessenden Ströme zu erfassen und so beim Erreichen eines Stromhöchstwertes zumindest die überlastete Leitung abzuschalten. Die an den Klemmen der Shunts auftretenden Wechselspannungen sind proportional zu den durch die Shunts und durch die zugehörenden Leitungen fliessenden Strömen und werden jeweils an drei Verstärkern angelegt. Die ankommende Wechselspannung wird dort entsprechend den Scheitelwerten in eine Gleichspannung gleichgerichtet, die zu einer Fotodiode eines Optokopplers geführt wird. Der Optokoppler gewährleistet die Übertragung der stromproportionalen s Signale und die galvanische Trennung zwischen der Stromversorgungsanordnung des Gebäudes und einer elektronischen Schutz- und Steuereinrichtung zur Abschaltung der überlasteten Leitungen. Eine galvanische Trennung zwischen den Shuntan-schlüssen und der elektronischen Schutz- und Steuereinrichtung io ist erforderlich, weil zwischen den Shunts in den einzelnen Phasenleitungen die volle verkettete Spannung der Stromversorgungsanordnung herrscht. Die elektronische Schutz- und Steuereinrichtung wäre zu teuer, wenn sie für diese Spannung ausgelegt werden müsste. Die hier zur galvanischen Trennung ver-ls wendeten Optokoppler sind aber auch verhältnismässig teuer und die dazu erforderliche Schaltanordnung kompliziert, so dass diese Schaltungsanordnung gesamthaft gesehen nachteilig ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schal-2o tungsanordnung der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, die einfach und wirtschaftlich vorteilhaft ist.

Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass in der Stromversorgungsanordnung mindestens ein alle Leitungen umfassender Abschnitt vorgesehen ist, wobei in jedem Abschnitt eine 25 Shuntimpedanz vorhanden ist, die bei mehreren Abschnitten in jedem Abschnitt in einer anderen Leitung angeschlossen sind aber in jedem Abschnitt den gleichen Impedanzwert aufweisen, und an jeder Abschnittsgrenze an jeder Leitung eine jeweils den gleichen Impedanzwert aufweisende Messimpedanz angeschlos-3o sen ist, deren andere Anschlüsse an jeder Abschnittsgrenze je in einem gemeinsamen Punkt miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei zwischen den zu den nacheinanderfolgenden Abschnittsgrenzen gehörenden gemeinsamen Punkten eine dem in der zum jeweiligen Abschnitt gehörenden Shuntimpe-35 danz fliessenden Strom proportionale Spannung auftritt. Bei dieser einfachen Schaltungsanordnung ist eine galvanische Trennung zwischen den Shuntimpedanzen und einer elektronischen Schutz- und/oder Steuereinrichtung nicht notwendig,

weil die stromproportionalen Spannungen zwischen den ge-40 meinsamen Punkten abgegriffen werden, die abgesehen von den kleinen stromproportionalen Spannungen das einheitliche Potential des Sternpunktes der dreiphasigen Stromversorgungsanordnung aufweisen. Die Einfachheit und die wirtschaftlichen Vorteile dieser Schaltungsanordnung sind augenfällig. 45 Vorteilhafterweise sind drei Abschnitte vorgesehen, wobei zwischen den zu den vor dem ersten Abschnitt und nach dem letzten Abschnitt liegenden Abschnittsgrenzen gehörenden gemeinsamen Punkten eine nach einer der Shuntimpedanzen verbraucherseitig aus der Stromversorgungsanordnung fliessendem so Erdstrom proportionale Spannung auftritt. Diese Schaltungsanordnung kann mit Vorteil zur Speisung eines elektronischen Schutzrelais mit Überstrom- und Erdschlusstromauslösung verwendet werden.

In der dreiphasigen Stromversorgungsanordnung können 55 auch nur zwei Abschnitte vorhanden sein, wobei zwischen den zu den vor dem ersten Abschnitt und nach dem letzten Abschnitt liegenden Abschnittsgrenzen gehörenden gemeinsamen Punkten eine in der shuntfreien, dritten Leitung fliessendem Strom proportionale Spannung auftritt. Diese vereinfachte m Schaltungsanordnung erlaubt die Erfassung auch des in der shuntfreien, dritten Leitung fliessenden Stromes, obwohl nur zwei Shuntimpedanzen vorhanden sind.

Vorteilhafterweise ist jede Shuntimpedanz ein ohm'scher Widerstand. Auch jede Messimpedanz kann ein ohm'scher Wi-65 derstand sein.

An den Anschlüssen jeder Shuntimpedanz kann ein mit der zugeordneten Messimpedanz ausgangsseitig verbundener Verstärker angeschlossen sein, wobei bei mehreren Shuntimpedan-

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zen alle Verstärker untereinander gleich sind. Durch diese Massnahme können bei Beibehaltung der Messgenauigkeit der gesamten Schaltungsanordnung höhere Abweichungen zwischen den Impedanzwerten der verwendeten Messimpedanzen zugelassen werden.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. I eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer stromproportionalen Spannung in einer dreiphasigen Stromversorgungsanordnung mit einer Shuntimpedanz,

Fig. 2 mit drei Shuntimpedanzen,

Fig. 3 mit zwei Shuntimpedanzen,

Fig. 4 die Schaltungsanordnung mit zwei Shuntimpedanzen und mit zwei Verstärkern.

Die in Fig. 1 dargestellte dreiphasige Stromversorgungsanordnung enthält die drei elektrischen Leitungen R, S, T und dient zur Versorgung der Last 1 mit elektrischer Energia Die Schaltungsanordnung weist einen alle Leitungen R, S, T umfassenden Abschnitt auf, zwischen dessen Abschnittsgrenzen 2, 3 in der Leitung T eine Shuntimpedanz Z eingeschaltet ist. An den beiden Abschnittsgrenzen 2, 3 sind an jeder Leitung R, S, T Messimpedanzen M angeschlossen. Alle Messimpedanzen M weisen den gleichen Impedanzwert auf. Die anderen, den Leitungen R, S, T abgekehrten Anschlüsse der Messimpedanzen M sind je Ab-schnittsgrenze 2, 3 je in einem gemeinsamen Punkt 4, 5 miteinander elektrisch leitend verbunden. Es lässt sich ableiten, dass die Spannung Ut zwischen den Punkten 4 und 5 dem in der Leitung T fliessenden Strom It proportional ist und ein Drittel des Produktes aus dem Impedanzwert der Shuntimpedanz Z in der Leitung T und aus dem Strom It, Ut = Z X It/3 beträgt. Wenn in den Leitungen R, S, T kein Strom fliesst, weisen die gemeinsamen Punkte 4 und 5 das gleiche Potential auf, nämlich das Potential des Sternpunktes der Stromversorgungsanordnung. An den gemeinsamen Punkten 4 und 5 kann eine nicht dargestellte, elektronische Mess-, Schutz- und/oder Steuereinrichtung ohne Potentialtrennung angeschlossen werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist in drei Abschnitte aufgeteilt, zwischen deren Abschnittsgrenzen 6, 7, 8, 9 drei Shuntimpedanzen Z angeschlossen sind. In jedem Abschnitt ist eine Shuntimpedanz Z aber jeweils in einer anderen Leitung R, S, T angeordnet. Die Impedanzwerte der Shuntimpedanzen Z sind untereinander gleich. An den Abschnittsgrenzen 6, 7, 8, 9 sind an jeder Leitung R, S, T Messimpedanzen M angeschlossen, die untereinander den gleichen Impedanzwert aufweisen. Die den Leitungen R, S, T abgekehrten Anschlüsse der Messimpedanzen M sind pro Abschnittsgrenze 6, 7, 8, 9 je in einem gemeinsamen Punkt 10, 11, 12, 13 miteinander elektrisch leitend verbunden. Zwischen den Abschnittsgrenzen 6 und 7 liegt die Shuntimpedanz Z in der Leitung T. Zwischen den zu diesen Abschnittsgrenzen 6, 7 gehörenden gemeinsamen Punkten 10 und 11 wird eine dem in der Leitung T fliessenden Strom It proportionale Spannung Ut auftreten. Ihre Grösse ist ein Drittel des Produktes aus dem Impedanzwert der Shuntimpedanz Z und aus dem Strom It. Ähnlich treten zwischen den gemeinsamen Punkten U und 12 dem Strom Is und zwischen den gemeinsamen Punkten 12 und 13 dem Strom Ir proportionale Spannungen Us und Ur auf. Die Grösse dieser Spannungen Us und Ur ist jeweils ein Drittel des an der Shuntimpedanz Z vorhandenen Spannungsabfalls, Us = Z x Is / 3 und Ur = Z x Ir /3. Zwischen den gemeinsamen Punkten 10 und 13, die vor dem ersten Abschnitt, an der Abschnittsgrenze 6, bzw. nach dem letzten Abschnitt, an der Abschnittsgrenze 9 liegen, wird eine Spannung Ue auftreten, die dem nach einer der Shuntimpedanzen Z in der Leitung R verbraucherseitig aus der Stromversorgungsanordnung fliessenden Erdstrom Ie proportional ist. Deshalb kann die Spannung Ue in einem nicht dargestellten Schutzrelais zu Erdschlussschutzzwecken verwendet werden.

Grösse der Spannung Ue ist wiederum ein Drittel des Produktes aus dem Impedanzwert der Shuntimpedanzen Z und aus dem Erdstrom Ie. Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung kann den dreiphasigen Stromwandler in der im Prospekt der Fir-5 ma Sprecher + Schuh AG, 5001 Aarau/Schweiz, Nr. 1.1012 d.SSA/3.87/55/10 (2252) auf Seite 25 angegebenen Schaltanordnung ersetzen, wobei diese Schaltanordnung noch mit einem Erdschlussschutz ergänzt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Schaltungsanordnung mit zwei, io in zwei Abschnitten untergebrachten Shuntimpedanzen Z. Diese beiden Abschnitte sind durch die drei Abschnittsgrenzen 14, 15, 16 begrenzt. Auch bei dieser Schaltungsanordnung sind an den Abschnittsgrenzen 14, 15, 16 an den Leitungen R, S, T Messimpedanzen M angeschlossen, die mit ihren anderen Anschlüssen pro is Abschnittsgrenze 14, 15, 16 in den gemeinsamen Punkten 17, 18, 19 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Zum ersten Abschnitt gehört die in der Leitung T liegende Shuntimpedanz Z, wobei zwischen den dazugehörenden gemeinsamen Punkten 17 und 18 die dem Strom It proportionale Spannung, Ut = Z x It 20 / 3 auftritt. Zum nächsten zwischen den Abschnittsgrenzen 15, 16 liegenden Abschnitt gehört die Shuntimpedanz Z in der Leitung S, zwischen den dazugehörenden gemeinsamen Punkten 18 und 19 wird eine dem Strom Is proportionale Spannung Us messbar, deren Grösse Us = Z X Is / 3 ist. Zwischen den gemeinsamen 25 Punkten 17 und 19, die zur Abschnittsgrenze 14 vor dem ersten Abschnitt und zur Abschnittsgrenze 16, nach dem letzten Abschnitt gehören, kann eine dem Strom Ir in der shuntfreien Leitung R proportionale Spannung Ur erfasst werden. Die Grösse dieser Spannung ist Ur = Z X Ir / 3. Diese nur mit zwei Shunt-30 impedanzen Z versehene Schaltungsanordnung kann bereits einen dreiphasigen Stromwandler ersetzen.

In der Regel werden für die Shuntimpedanzen Z und für die Messimpedanzen M rein ohm'sche Widerstände verwendet.

Um eine ausreichende Genauigkeit der stromproportionalen 35 Spannungen Ur, Us und Ut zu erreichen, sind an die Toleranzen der Impedanzwerte und an die Temperaturkoeffizienten der Messimpedanzen hohe Anforderungen gestellt. Um eine Messgenauigkeit für die Ströme Ir, Is, It in einer 430V Stromversorgungsanordnung von 5% zu erreichen, sollte die Toleranz der Impedan-40 zwerte zwischen den einzelnen Messimpedanzen M nicht über 0,00025% und die Toleranz der Temperaturkoeffizienten zwischen den einzelnen Messimpedanzen M nicht über 0,16 ppm/°C liegen. Diese Toleranzwerte können wesentlich höher gesetzt werden, wenn der Spannungsabfall an den Shuntimpedanzen Z ver-45 stärkt wird. Fig. 4 zeigt eine solche Schaltungsanordnung. Die speisungsseitigen Anschlüsse der Shuntimpedanzen Z sind an die nichtinvertierenden Anschlüsse der Operationsverstärker 20, 21 geführt. An den Ausgängen der Operationsverstärker 20, 21 sind Messimpedanzen M angeschlossen, die bei der Anordnung nach so Fig. 3 noch direkt an den speisungsseitigen Anschlüssen der Shuntimpedanzen Z angeschlossen waren. Zwischen den Ausgängen der Operationsverstärker 20, 21 und den lastseitigen Anschlüssen der Shuntimpedanzen Z ist je ein ohm'scher Teiler mit den Widerständen Ri und R2 angeschlossen. Der zwischen den 55 Widerständen Ri und R2 liegende Abgriff des Teilers ist jeweils zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20, 21 geführt. Das Teilverhältnis Ri / R2 ergibt den wirksamen Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers. Zwischen den zu den Abschnittsgrenzen 22, 23, 24 gehörenden gemeinsamen Punkten 25, 60 26, 27 der Messimpedanzen M erscheint jeweils der um das Verhältnis Ri / R2 verstärkte Spannungsabfall an den Shuntimpedanzen Z. Zwischen den vor dem ersten und nach dem letzten Abschnitt hegenden gemeinsamen Punkten 25 und 27 misst man auch in dieser Anordnung, wie in der Anordnung nach Fig. 3, ei-65 ne dem in der shuntfreien Leitung R fliessenden Strom Ir proportionale aber im Verhältnis von Ri / R2 verstärkte Spannung Ur.

2 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung mindestens einer stromproportionalen Spannung mit mindestens einem Shunt in einer dreiphasigen Stromversorgungsanordnung mit drei elektrischen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stromversorgungsanordnung mindestens ein alle Leitungen (R, S, T) umfassender Abschnitt vorgesehen ist, wobei in jedem Abschnitt eine Shuntimpedanz (Z) vorhanden ist, die bei mehreren Abschnitten in jedem Abschnitt in einer anderen Leitung (R, S, T) angeschlossen sind aber in jedem Abschnitt den gleichen Impedanzwert aufweisen, und an jeder Abschnittsgrenze (2, 3, 6, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 22, 23, 24) an jeder Leitung (R, S, T) eine jeweils den gleichen Impedanzwert aufweisende Messimpedanz (M) angeschlossen ist, deren andere Anschlüsse an jeder Abschnittsgrenze (2, 3, 6, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 22, 23, 24) je in einem gemeinsamen Punkt (4, 5, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 25, 26, 27) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei zwischen den zu den nacheinanderfolgenden Abschnittsgrenzen (2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 22, 23, 24) gehörenden gemeinsamen Punkten (4, 5, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 25, 26, 27) eine dem in der zum jeweiligen Abschnitt gehörenden Shuntimpedanz (Z) fliessenden Strom proportionale Spannung (Ur, Us, Ut) auftritt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Abschnitte vorhanden sind, wobei zwischen den zu den vor dem ersten Abschnitt und nach dem letzten Abschnitt liegenden Abschnittsgrenzen (6, 9) gehörenden gemeinsamen Punkten (10,13) eine nach einer der Shuntimpedanzen (Z) verbraucherseitig aus der Stromversorgungsanordnung flies-sendem Erdstrom (Ie) proportionale Spannung (Ue) auftritt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschnitte vorhanden sind, wobei zwischen den zu den vor dem ersten Abschnitt und nach dem letzten Abschnitt liegenden Abschnittsgrenzen (14, 16, 22, 24) gehörenden gemeinsamen Punkten (17, 19, 25, 27) eine in der shuntfreien, dritten Leitung (R) fliessendem Strom proportionale Spannung (Ur) auftritt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Shuntimpedanz (Z) ein ohm'scher Widerstand ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messimpedanz (M) ein ohm'scher Widerstand ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anschlüssen jeder Shuntimpedanz (Z) ein mit der zugeordneten Messimpedanz (M) aus-gangsseitig verbundener Verstärker (20, 21) angeschlossen ist, wobei bei mehreren Shuntimpedanzen (Z) alle Verstärker (Z) untereinander gleich sind.