DE3127331A1

DE3127331A1 - "elektronische ausloeseschaltung fuer verzoegerte fehlerstrom-schutzschaltung"

Info

Publication number: DE3127331A1
Application number: DE19813127331
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7712 Blumberg Schneider; Till 7701 Büsingen Ulmer
Original assignee: CMC CARL MAIER+CIE AG; CMC Carl Maier and Cie AG
Current assignee: CMC CARL MAIER+CIE AG; ABB CMC Carl Meier AG
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3127331C2

Description

Elektronische Auslöseschaltung für verzögerte Fehlerstrom-
Schutzschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Auslöseschaltung für verzögerte Fehlerstrom-Schutzschaltung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Beim Entwurf von Fehlerstrom-Schutzschaltungen stellen sich verschiedene, z.T. widersprüchliche Probleme und Aufgaben, unabhängig davon, ob ein Fehlerstromschutzschalter als Einheit gebaut werden soll, oder ob aus einzelnen Komponenten (Wandler, Relais, Schalter etc) eine Fehlerstrom-Schutzschaltung aufgebaut wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Fehlerstrom-Schutzschaltung zu entwerfen, welche folgende Forderungen erfüllt: 1. Um einerseits bei kurzzeitigen (impulsförmigen) Fehlerströmen eine unnötige Auslösung zu vermeiden, andererseits eine Selektivität zwischen in Serie geschalteten FI Schaltern zu ermöglichen, soll beim Auftreten eines Fehlerstromes über einer bestimmten Grösse der Auslöser nach einer Zeit, die innerhalb bestimmter Grenzen liegt, ansprechen.
Auch bei sehr grossen Fehlerströmen soll diese Zeit die festgelegte untere Grenze nicht unterschreiten.
2. Die vom Stromwandler zu liefernde Energie soll gering sein, trotzdem soll an die Spule des Auslösers ein sicher ausreichender Impuls geliefert werden.
3. Das Auslösesystem soll keine fremde (zusätzliche) Energie benötigen (abgesehen von der beim Rückstellen des Auslösers oder beim Einschalten des Schalters in Federn eingespeicherte Energie).
4. Der minimale Fehlerstrom, welcher eine Auslösung bewirkt, soll nicht von den streuenden, zufälligen Eigenschaften des Auslöserelais abhängen.
5. Das Auslösesystem soll zuverlässig arbeiten, durch Kurzschlussströme oder Netzüberspannungen weder beschädigt noch bleibend beeinflusst werden.
6. Das Auslösesystem soll billig hergestellt werden können und raumsparend sein, d.h. nur eine kleine Zahl von kleinen Komponenten enthalten.
7. Eine weitere, fakultative Forderung besteht darin, dass die Fehlerstrom-Schutzschaltung auch auf Halbwellenstrom sowie auf Ströme bestehend aus angeschnittenen Halbwellen ansprechen soll.
Diese verschiedenen Aufgaben (ohne 7) werden erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen schaltungstechnischen Massnahmen optimal gelöst.
Die Unteransprüche zeigen eine vorteilhafte Gestaltung der Schaltung im Detail sowie eine grundsätzlich bekannte Lösung zur besseren Erfüllung der Forderung 7.
Die beigefügte Figur zeigt das Schaltschema für eine Ausführungsmöglichkeit der elektronischen Auslöseschaltung gemäss dem Anspruch 1 und den verschiedenen Unteransprüchen.
Die Aufgabe und die Wirkungsweise eines Stromwandlers wird als bekannt vorausgesetzt (siehe z.B. DE-AS 28 56 316) und im Schema ist nur die mit 1 bezeichnete Sekundärwicklung des Wandlers dargestellt. Zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit auf Halbwellengleichstrom (Forderung 7) ist der Resonanz-Rondensator 2 zur Sekundärwicklung 1 parallel geschaltet.
Durch die Wahl eines geeigneten Kapazitätswertes kann erreicht werden, dass bei Halbwellenstrom (einschliesslich angeschnittene Halbwellen) der minimale Ansprechstrom etwa gleich gross ist wie bei Wechselstrom (Effektiv-Strom-Werte). Versuche zeigten, dass zu diesem Zweck der Resonanz-Kondensator 2 einen 2 bis 5 mal kleineren Wert aufweisen muss als für eine Abstimmung auf 50 Hz Wechselstrom am günstigsten wäre.
Die Brückenschaltung 3 richtet den vom Wandler gelieferten Wechselstrom gleich. Die zwei in der Brückenschaltung eingebauten Zehnerdioden 5 sorgen neben dem Gleichrichten auch für eine Spannungsbegrenzung bei grossen Fehlerströmen. Diese Spannungsbegrenzung verhindert, dass nach dem Abklingen eines Fehlerstromes,der wegen der Zeitverzögerung noch nicht zum Auslöser geführt hat , nachträglich vom Siebkondensator 7 über den Konstantstrom-Regler 8/12 noch so viel Ladung auf den Zeitkondensator 13 übertragen wird, dass die Auslöseschwelle erreicht wird und doch noch eine Auslösung statt findet.
Der pulsierende Gleichstrom wird im Siebglied 6, 7 geglättet und zugleich (im Kondensator 7) gespeichert. Falls die Schaltung auch für angeschnittenen Halbwellenstrom wirksam sein soll, muss der Siebkondensator 7 ausreichend gross sein, um auch in den Strompausen noch genügend Strom an den nachfolgenden Konstantstrom-Regler liefern zu können.
Der Konstantstrom-Regler 8, 12 lässt einen Strom fliessen, welcher nur wenig von der am Regler anliegenden Spannung abhängt. Durch Verändern des Widerstandes 12 kann dieser Strom beeinflusst und eingestellt werden. Er lädt den Zeitkondensator 13 allmählich auf. Der Widerstand 22 dient zur Entladung des Zeitkondensators 13, vor allem wenn ein Fehlerstrom wieder verschwindet, bevor der Schwellwertschalter 14 angesprochen hat.
Der Schwellwertschalter besteht aus einem Unijunction-Transistor 14,dessen Steuerelektrode 18 an eine Referenz-Spannung gelegt ist, die über der Zehnerdiode 20 erzeugt wird.
enn die Spannung über dem Zeitkondensator 13 die Referenz-Spannung erreicht hat, wird der Unijunction-Transistor 14 leitend und die Ladung des Zeitkondensators 13 kann über die Spule 17 des Auslöserelais fliessen, wobei dieses Relais in bekannter Weise den zur Fehlerstrom-Schutzschaltung gehörenden Schalter auslöst oder auch, in besonderen Fällen, einen Stromkreis schliesst, z.B. Alarm auslöst. Die im Zeitkondensator 13 gespeicherte Ladung wird mit Vorteil so gross gewählt, dass sie auf alle Fälle sicher ausreicht, um das Relais auszulösen, so dass seine Auslösecharakteristik und eventuelle Streuungen keine Rolle spielen.
Falls die Auslöseschaltung mit unverzögerten Fehlerstromschutzschaltern selektiv arbeiten soll, muss auch bei sehr grossen Fehlerströmen die Verzögerungszeit mindestens 40 ms betragen. Dies kann durch eine geeignete Wahl der Schwellenspannungen der Zehnerdioden 5 einerseits und der Zehnerdìode 20 andererseits sowie durch entsprechende Bemessung des Widerstandes 12 erreicht werden. Andererseits erlaubt eine zweckmässige Wahl des Entladewiderstandes 22 den minimalen Ansprechstrom der Schaltung festzulegen, wobei aber dieser Ansprechstrom auch von der Schwellenspannung der Zehnerdiode 20 abhängig ist.
Wie dargelegt, werden von der erfindungsgemässen elektronischen Auslöseschaltung alle 7 eingangs erwähnten Forderungen erfüllt.
Damit mit der erfindungsgemässen Auslöseschaltung eine möglicht hohe Empfindlichkeit erreicht wird (kleine Auslöser ströme), sollte sie möglichst wenig Energie verbrauchen. Zu diesem Zweck ist es wichtig, dass die Zehnerdiode 20 erst zu leiten beginnt, wenn ihre stabilisierende Wirkung benötigt wird, d.h. wenig über den kleinsten zur Auslösung führenden Fehlerstrom.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Elektronische Auslöseschaltung für Fehlerstrom-Schutzschaltung mit einem den Fehlerstrom erfassenden Stromwandler, dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichter-Brückenschaltung speist, die mit einer nachgeschalteten Energiespeichereinrichtung und einer Zeitverzögerungsschaltung verbunden ist, welche ein in Reihe mit der Spulenwicklung eines Auslösers der Schutzschaltung liegendes spannungsabhängiges Schaltorgan ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass - die Gleichrichter-Brückenschaltung (3) Halbleiter (5) enthält, welche bei Ueberschreiten einer Spannung schwelle auch in der Sperrichtung durchlässig werden, - ein über ein anschliessendes Siebglied (6, 7) gespeistes Konstantstrom-Regulierglied (8, 12), das mit einem Zeitverzögerungskondensator (13) verbunden ist, - womit, zusammen mit einer Referenzspannung, ein in Reihe mit der Spulenwicklung (17) des Auslösers liegender Schwellwertschalter (14) gesteuert wird.
2. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Resonanz-Kondensator (2) zur Sekundärwicklung (1) des Stromwandlers parallel geschaltet ist, mit einer Resonanzfrequenz des Kondensators zusammen mit der wirksamen Induktivität des Wandlers zwischen einfacher und doppelter Netzfrequenz.
3. Elektronische Ausoseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter-Brückenschaltung (3) in den zwei Zweigen zwischen den Gleichstromanschlüssen je eine Reihenschaltung einer Diode (4) und einer Zehnerdiode (5) aufweist.
4. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Siebglied aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes (6) und eines Siebkondensators (7) besteht.
5. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konstantstrom-Regler aus einem Feldeffekt-Transistor (8) besteht, dessen einer Anschluss "Drain" (9) mit der einen Seite des Sieb-Kondensators (7) verbunden ist und der Anschluss "Gate" (10) sowie über einen Zeiteinstellwiderstand (12) auch der Anschluss Soürce1 (11) mit dem einen Pol des Zeitverzögerungskondensators (13), dessen anderer Pol mit dem anderen Pol des Siebkondensators (7) verbunden ist.
6. Elektronische Auslöseschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertschalter aus einem programmierbaren Unijunction-Transistor (14) besteht, dessen Anode (15) dem einen Pol des Zeitverzögerungskondensators (13) und dessen Kathode (16) über die Spule (17) des Auslöserelais mit dem anderen Pol des Zeitverzögerungkondensators (13) verbunden sind und dass ausserdem eine vom Siebkondensator (7) gespiesene Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes (19t und Zehnerdiode (20) für die Erzeugung einer Referenzspannung vorgesehen ist, deren mittlerer Anschluss (23) mit der Steuerelektrode (18) des Unijunction-Transistors (14) verbunden ist.
7. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Störschutzkondensator (21) parallel zur Zehnerdiode (20) geschaltet ist.
8. Elektronische Auslöseschaltung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Zeitverzögerungskondensator (13) ein Entladewiderstand (22) geschaltet ist.
9. Elektronische Auslöseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände tl9) und (22) so dimensioniert, die Schwellenspannung (Referenz-Spannung) der Zehnerdiode (20) und die Durchbruchspannung des Unijunction-Transistors (14) so gewählt sind, dass bei langsam steigendem Fehlerstrom, d.h. langsam steigender Spannung am Siebkondensator (7), die Zehnerdiode (20) erst leitend wird, kurz bevor der Durchbruch im Unijunction-Transistor (14) stattfindet.