DD282300C4 - Schaltung zum ueberwachen des betriebsstromes in stromkreisen von einphasenwechselstrom-elektroenergieverbrauchern - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist für Einphasenwechselstrom-Abgänge in starkstromtechnischen Schaltanlage^, vorzugsweise in Niederspannungsschaltanlagen, überall dort anwendbar, wo nach traditioneller Technik Strommeßeinrichtungen und Überstromauslöser eingesetzt werden.

Die Erfindung kann insbesondere vorteilhaft zum Koppeln derartiger Niederspannungsschaltanlagen an informationsverarbeitende Elektronik verwendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die technische Aufgabe des Erfassens des Betriebsstromes von Elektroenergieverbrauchern sind verschiedene Lösungen bekannt. Neben einer Direktmessung im Kleinleistungsbereich von Strömon bis etwa 20 A, bei der Shunts von Strommeßgeräten vom Betriebsstrom des Verbrauchers durchflossen werden, sind Messungen über zwischen Hauptstrompfad und Meßstrompfad geschaltete Stromwandler üblich.

In Niederspannungsschaltanlagen werden Einphasenwechselstrom-Abgänge für Leistungsverbrauchei gewöhnlich als Reihenschaltung von Schmelzsicherung, Überstromauslöseeinrichtung, Strommeßeinrichtung und dem eigentlichen Schaltorgan, beispielsweise einem Schütz, ausgeführt. Dabei ist es typisch, daß Schmelzsicherungsarmatur, Überstromauslöser und Meßeinrichtung als separate Einzelfunktionseinheiten ausgeführt und durch Schraubverbindungen unmittelbar oder über Stromschienen oder Kabel miteinander verbunden sind.

Zur Zustandskontrolle der Schaltanlage sind neben der Strommessung die Spannungs- oder Potentialverhältnisse an den Verbindungspunkten der genannten Reihenschaltung von Interesse. Besonders wichtig sind hierbei zum Zweck der Indikation von Energieausfällen und der Kontrolle der Schmelzsicherungen die Meßpunkte unmittelbar vor und nach den Schmelzsicherungen. Es sind eine Reihe technischer Lösungen bekannt, deren Aufgaben im Erfassen dieser Binärgrößen, in deren Kombination oder in der Wandlung zur weiteren Signalverarbeitung bestehen. Konstruktive oder funktioneile Einheiten derartiger Spannungswächter oder Sicherungsausfallmelder mit Einrichtungen zum Überwachen oder Messen des Betriebsstromes sind nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, anstelle der bisher in Einphasenwechselstrom-Abgängen von Schaltanlagen in Reihenschaltung eingesetzten Baueinheiten Schmelzsicherung, Überstromauslöser und Strommeßeinrichtung nur noch eine gemeinsame Baueinheit einzusetzen.

Auf diese Weise sollen Material- und Platzbedarf verringert und durch Wegfall der Schraubverbindungen zwischen den Baueinheiten Montage- und Wartungsaufwand reduziert sowie die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher mit separaten Baueinheiten realisierten Funktionen Betriebsstrommessung, Auslösen des Schaltorganes bei Überstrom und Unterbrechen des Stromweges im Kurzschlußfall mit einer baulichen Einheit abzusichern. Ferner soll in Kombination mit Spannungsindikatoren, die mit der erfindungsgemäßen baulichen Einheit verbunden sind, die Signalgewinnung für eine detaillierte Diagnose deo jeweils aktuellen Betriebszustandes des Strompfades bei unmittelbarer Verwendbarkeit der Signale für vorzugsweise elektronische Steuerungen problemlos möglich sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der Welse gelöst, daß parallel zur Schmelzsicherung des Laststromkreises eine an sich herkömmliche Spannungsbegrenzerschaltung aus nach einem Serienwiderstand angeordneten antiparallelen Dioden geschaltet ist. Durch Anordnen je eines ausreichend großen Serienwiderstandes in beiden Zuleitungen der Schaltung wird erreicht, daß aus ArLeitsschutzgründen maximal zulässt. "· Berührungsströme nicht überschritten werden. Darüber hinaus verhindern Feinsicherungen, die ebenfalls vorzugsweise beiden Zuleitungen angeordnet werden, daß zu hohe Ströme, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses, auftreten k> on.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der en sich stö>> . ide, annähernd sUomproportionale Spannungsabfall zur Strommessung genutzt, der infolge des ohmschen Widerstandes der Schmelzsicherung auftritt. Bsi geschlossenem Schaltort;;>jn und dazu in Reihe befindlicher ausgefallener Schmelzsicherung liegt die volle Betriebsspannung an deren Klemmen an. Aus diesem Grunde sind die nachgeschalteten elektronischen Baugruppen vor diesem Betriebsfall zu schützen, was mit der erfindungsgemäßen Spannungsbegrenzerschaltung geschieht

Das Spannungssignal, das über den antiparallelen Dioden ansoht, ist

- gleich Null im Falle eines abgeschalteten Verbrauchers oder bei fehlendei Betriebsspannung,

- annähernd proportional dem Betriebsstrom des Verbrauchers bis zur Größenordnung von etwa 20OmV und

- gleich der Schleusenspannung der Dioden (bei Siliziumdioden etwa 70OmV) im Falle einer bei eingeschaltetem Verbraucher defekten Schmelzsicherung.

Diese Spannungsdifferenzen sind ausreichend groß, um vermittels bekannter elektronischer Funktionseinheiten Signalbewertungen, zum Beispiel mit den Aufgaben

- Messen des Betriebsstromes des Verbrauchers

- Auslösen von Schalthandlungen bei Stromschwellwerten oder

- Differenzieren von Störungen der Schaltanlage ausführen zu können.

Um die über den antiparallelen Dioden des Spannungsbegrenzers anstehenden Spannungswerte nicht zu verfälschen, müssen die nachfolgenden elektronischen Schaltungen Eingangswiderstände aufweisen, die sehr viel größer als die Serienwiderstände sind. Häufig werden Einphasenwechselstrom-Verbraucher automatisch abgeschaltet, wenn deren Schmelzsicherung ausfällt.

Der Absehaltvorgang wird jedoch sachbedingt erst kurz nach dem Ausfall der Sicherung wirksam, so daß das zwischendurch kurzzeitig auftretende Spannungssignal in Höhe der Schleusenspannungen der Dioden einen Sicherungsausfall von der Wirkung normaler Abschaltvorgänge auf die erfindungsgemäße Schaltung unterscheidbar macht. Zur Signaldifferenzierung zwischen abgeschaltetem Verbraucher und Betriebsspannungsausfall ist allerdings noch eine zusätzliche in bekannter Weise realisierbare Schaltung zur Spannungsindikation arn Spniseanschluß der Schmelzsicherung erforderlich, die als Einheit mit der erfindungsgen äßen Schaltung aufgebaut sein kann.

Als weitere binäre Schaltsignale sind aus der erfindungsgemäß verwendeten Meßgröße zum Beispiel Schaltschwellen ableitbar, die zum einen ein Abschalten des Verbrauchers analog einem Überstromauslöser oder andererseits eine Schutzabschaltung der Meßeinrichtung bewirken.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat die Voraussetzung, daß Schmelzsicherung und Schaltung zueinander passen müs?en.

Ersatzsicherungen müssen stets vom gleichen Typ sein. Da moderne Schmelzsicherungen im hier interessierenden Leistungsbereich exakt kalibrierte Bauelemente sind, sind unter der genannten Voraussetzung praktisch ausreichende Meßgenauigkeiten erzielbar.

Als weitere Bedingung für eine ordnungsgemäße Funktion der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Übergangswiderstände in der Sicherungsarmatur, die durch Kontaktunsictierheiten auftreten können, möglichst gering zu halten.

Durch Anwenden der erfindungsgemäßen Schaltung können die bisher in Einphasenwechselstrom-Abgängon von Schaltanlagen in Reihenschaltung eingesetzten Baueinheiten Schmelzsicherung, Überstromauslöser und Strommeßeinrichtung durch eine einzige Baueinheit ersetzt werden. Auf diese Weise werden Material- und Platzbedarf verringert. Durch Wegfall der Schraubverbindungen zwischen den Baueinheiten reduzieren sich Montage- und Wartungsaufwand bei gleichzeitigem Erhöhen dar Zuverlässigkeit der Anlage.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem in der Figur dargestellten Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert. Die Figur zeigt die Schaltung eines einphasigen Abganges einer Niederspannungsschaltanlage, bei dem ein Verbraucher 4 für Einphasenwechselstrom über eine Schmelzsicherung 2 und ein durch ein Binärsignal y angesteuertes Schütz 3 von einer Sammelschiene 1 gespeist wird. Zwischen den Anschlußpunkten unmittelbar vor und nach der Schmelzsicherung 2 ist nach je einer Feinsicherung 5 und einem Serienwiderstand 6 in beiden Zuleitungen ein antiparallel geschaltetes Paar Dioden 7 parallel zur Schmelzsicherung 2 angeordnet. Über eine zweiadrige Signalleitung 8 wird eine in der Figur als Prinzipschaltung dargestellte elektronische Schaltung gespeist. Die elektronische Schaltung besteht aus einem Spannungsindikator 9 mit dem binären A'jsgangssignal χ 1, der zwischen Sammelschienenpotential und Betriebserde geschaltet ist und einer Schaltung, die parallel zu den Dioden 7 angeordnet ist. Letztere besteht aus einer Reihenschaltung aus einem Signalverstärker 10, einem Gleichrichter 11, einem Linearisierglied 12, einer Strommeßeinrichtung und dreier Schwellwertschalter 13 mit den binären Ausgangssignalen x2, x3 beziehungsweise x4. Die Strommeßeinrichtung ist ein nach einem Spannungs-Strom-Wandler 14 angeordnetes Amperemeter 15. Ein vom Signal x4 angesteuertes Relais K1 unterbricht den Signalpfad zum Spannungs-Strom-Wardler 14. Die Feinsicherungen 5 schützen nachgelagerte Schaltungsteile im Kurzschlußfall. Die Serienwiderstände 6 sind mindestens so groß zu dimensionieren, daß sie den Berührungsstrom gegen Erde auf den nach Arbeitsschutzbestimmungen maximal zulässigen Wert begrenzen. Bei einer Schienenspannung von 220 Volt +10% Wechselspannung an der Sammelschiene 1 ist beispielsweise j ο ein Serienwiderstand 6 von 18 kOh. η ausreichend, um den Kurzschlußstrom gegen Erde bei Scheitelwert der Überspannung mit Sicherheit unter 20 mA zu halten. Bei konstruktiv sicher angeordneten Serienwiderständen 6 können die Feinsicherungen 5 vwqen der beschriebenen Strombegrenzung entfallen.

Das Spannungssignal, das über den den Serienwiderständen 6 nachgeschalteten antiparallelen Dioden 7 ansteht, ist

- gleich Null im Falle eines abgeschalteten Verbrauchers 4 oder bei fehlender Betriebsspannung an der Sammelschiene 1,

- annähernd proportional dem Betriebsstrom des Verbrauchers 4 bis zur Größenordnung von etwa 20OmV und

- gleich der Schleusenspannung der Dioden 7 (bei Siliziumdioden etwa 700mV) im Falle einer bei eingeschaltetem Verbraucher 4 defekten Schmolzsicherung 2.

Es wird in der nachgelagerten Schaltung ausgewertet.

Der bisher beschriebene Teil der schaltung ist unmittelbar an der Sicherungsarmatur der Schmelzsicherung 2 in der Schaltanlage selbst angeordnet. Über die Signalleitung 8 werden dip nachgelagerten Schaltungsteile zweckmäßig räumlich davon getrennt, beispielsweise in einer Automatisierungsanlage, angeordnet. Die Eingangswiderstände der Folgestufen Spannungsindikator 0 und Signalverstärker 10 müssen groß gegenüber den Serienwiderständen 6 sein, mindestens jedoch 10OkOhm, um das Meßsignal nicht merklich zu verfälschen. Wenn beispielsweise Operationsverstärker mit Feldeffekttransistor-Eingangsstufen oder CMOS-Bauelemente verwendet werden, sind Eingangswiderstände dieser Größe problemlos erreichbar. Das binäre Ausgangssignal χ 1 des Spannungsindikators 9 dient der Unterscheidung eir.es Spannungsausfalles an der Sammelschiene 1 vom Betriebsfall mit abgeschaltetem Verbraucher 4.

Das über den antiparallelen Dioden 7 erfaßte Spannunpssignal wird im Signalverstärker 10 verstärkt und im Gleichrichter 11 gleichgerichtet und geglättet. Das dem Gleichrichter 11 nachgeschaltete Linearisierglied 12 kompensiert durch thermische Effekte in der Schmelzsicherung 2 auftretende Abweichungen des Zusammenhanges zwischen dem Betriebsstrom des Verbrauchers 4 und dem Spannungsabfall über der Schmelzsicherung 2 vom Linearverhalten. Das Spannungssignal nach dem Linearisierglied 12 wird einesteils über einen Spannungs-Strom-Wandler 14 einem Amperemeter 15 zugeführt, das den Betriebsstrom des Verbrauchers 4 anzeigt und speist anderenteils die Schwellwertschalter 13. Die binären Ausgangsgrößen der drei im Beispiel dargestellten Schwellwertschalter 13 bewirken bei entsprechend unterschiedlich eingestellten Schaltschwellen: χ 2, daß der Verbraucher 4 über das Schütz 3 bei Überstrom, indem die Schützsteuerspannung γ auf Null gesetzt wird,

abschaltet, χ3, daß das kurzzeitig zwischen einem Ausfall der Schmelzsicherung 2 und dom diesem Ereignis folgenden Abschalten des Verbrauchers 4 auftretende Spannungssignal in Höhe der Schleusenspannung der Dioden 7 zur Unterscheidung der Störursachen „Spannungsausfall an der Sammelschiene 1" und „Ausfall der Schmelzsicherung 2" in der Steuerung

registriert wird, χ 4, daß das Amperemeter 15,- sen Meßbereichsobergrenze bei etwa 200 mA liegt, beim Auftreten höherer Spannungswerte über den Öffnerkontakt k 1.1 des Relais K1 zeitweilig von der Meßspannung getrennt wird.

Claims (3)

1. Schaltung zum Überwachen des Betriebsstromes in Stromkreisen von Einphasenwechselstrom-Elektroenergieverbrauchern, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zur Schmelzsicherung des Laststromkreises des Verbrauchers ein Spannungsbegrenzer aus nach einem Serienwiderstand angeordneten antiparallelen Dioden geschaltet ist.

2. Schaltu ng zum Überwachen des Betriebsstromes in Stromkreisen von Emphasenwechselstrom-Elektroenergieverbrauchern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Serienwiderstand in jeder Speiseader der Schaltung je ein ohrnscher Widerstand angeordnet ist.

3. Schaltung zum Überwachen des Betriebsstromes in Stromkreisen von Einphasenwechselstrom-Elektroenergieverbrauchern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß unmittelbar nach den beiden Speisepunkten je eine Feinsicherung angeordnet ist.