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Dokumentenidentifikation DE3531079A1 24.04.1986
Titel Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern
Anmelder Budapesti Müszaki Egyetem, Budapest, HU
Erfinder Iváncsy, Szabolcs;
Tuschák, Robert;
Magyar, Peter;
Hermann, Imre;
Ipsits, Imre;
Kárpáti, Attila;
Varjasi, István, Budapest, HU;
Gájász, Zoltán, Budaörs, HU
Vertreter Pagenberg, J., Dr.jur., Rechtsanw.; Bardehle, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw.; Frohwitter, B., Dipl.-Ing., Rechtsanw.; Dost, W., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw.; Gravenreuth Frhr. von, G., Dipl.-Ing.(FH), Rechtsanw.; Altenburg, U., Dipl.-Phys., Pat.-Anw.; Kroher, J., Dr., Rechtsanw.; Geißler, B., Dipl.-Phys.Dr.-jur., Pat.- u. Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 30.08.1985
DE-Aktenzeichen 3531079
Offenlegungstag 24.04.1986
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.04.1986
IPC-Hauptklasse H02H 7/04

Beschreibung[de]

Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern, insbesondere zur Verhinderung von Überspannungs- und Überlastungserscheinungen und deren Folgen beim Unterbrechen des sekundären Stromkreises, Die in der Starkstromtechnik oft verwendeten Stromwandler sind solche Transfortn-atoren, in welchen die Wicklungszahl der sekundären Wicklung um eine Größenordnung von 1 bis 5 größer als die Wicklungszahl der primären Wicklung ist und die Impedanz der Belastung viel niedriger ist als die Impedanz der sekundären Wicklung, Demzufolge wird der sekunde Strom praktisch nur durch den primären Storm bestimmt, und die an den sekundären Klemmen meßbare Ausgangsspannung e^ibt sich als Produkt des sekundären Stromes und de Impedanz der Belastung. Der normale Betriebszustand eines Stromwandlers is ein solcher Zustand, wo der primäre Strom durch das angeschlossene Netz bestimmt ist, und die an den sekundären lXleelmen angeschlossene Belastung s-ch zwischen einem Kurzschluß und einer, der zugelassener Belastung entsprechenden Impedanz verandern kann, In solchen Fällen sind der Fluß und der Bisenverlust des tisenkerns des Stromwandlers sowie die and den sekundären Klemmen meßbare Spannung wegen der Gegenerregung beider Wicklungen relative klein, Wenn die Impedanz der Belastung erhöht wird, wächst auch der Fluß und der Eisenverlust des Eisenkerns des Stromwandlers zusammen mit der Ausgangsspannung an den sekundären Klemmen, Dieser Prozeß spielt sich in erhöhtem Grad bei einer Unterbrechnung des sekundären Kreises ab, wenn die Impedanz der Belastung unendlich hoch ist, In diesem Fall wird der FluB des Eisenkern durch die wolle primäre Erregung erzeugt, so daß dieser das Vielfache des Nennwertes beträgt, Demzufolge erscheint eine Überspannung an den sekundären Klemmen, die so die Einrichtung wie das Bedienungspersonal gefährdet, zugleich erwärmt sich auch der Eisenkern in starkem Laß, was vielleicht eine Explosion zur Folge hat. Die Uberlastung verursacht also Unfallgefahr und Schaden, Den Schadenwert bestimmt hauptsächlich der Zerstörschaden und der mittelbare Schadenwert des Betriebsausfalls, mit diesen verglichen kann der ert des zerstörten Stromwandlers vernachlässigt werden.

Zur Vermeidung der obenbeschriebenen ungunstigen Wirkungen soll die Überlastung, die sich aus der Erhöhung der Belastungsimpedanz der sekundären Seite des Stromwandlers ergibt, unbedingt verhindert werden. Laut des Standes der Technik wird die dauernde Oberlastung des Stromvandlers mit fachgemäßen Betrieb und die durch die Unterbrechung des sekundären Kreises verursachte Überlastung durch Kurzschließen der sekundären Klemmen vor äedwelcher tiontagearbeit in der sekundären Seite verhindert.

Der Nachteil der bekannten Maßnahmen besteht also darin, daß ihr Erfolg von menschlichen Tätigkeit abhangig ist und wegen ihrer vorgeplanten Charakter zur Verhinderung einer durch unfachgemäßen Betrieb und technische Fehler verursachten Überlastung unfähig ist. Eben deshalb sollte eine technische Maßnahme gefunden werden, die von menschlicher Tätigkeit unabhangig die Überlastung eines Stromwandlers automatisch verhindert, Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern zu schaffen, insbesondere zur Verhinderung von Überspannungs- und Überlastungserscheinungen und deren Folgen beim Unter- brechen des sekundären Stromkreises des Stromwandlers, Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine seits die an den sekundären Klemmen des Stromwandlers auftretende erhöhte Spannung die Uberlastung vorangeht und detektiert, andererseits das Auftreten der Überlastung durch Kurzschließen der sekundären Klemmen des Stromwandlers verhindert werden kann.

Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung gelöst, in welcher mit einer an den sekundären Klemmen des Stromwandlers angeschlossenen Belastung eine elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit derart parallel geschlossen ist, daß eine Klemme der belastung an einem gemeinsamen Punk einer sekundären Elemme des Stromwandlers und einer Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit und die andere Klemme der Belastung an einem anderen gemeinsamen Punkt einer anderen sekundarren Klemme des Stromwandlers und einer anderen Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit angeschlossen ist, ach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die elektronische berspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit in einem ausgegossenen Gehäuse des Stromwandlers derart eingebaut, daß zum Anschließen der Belastung die gemeinsamen Punkte der sekundären Klemmen des Stromwandlers und der Elektroden der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kursschlußeinheit ausgebildet sind.

Es ist vorteilhaft, wenn die elektronische Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit als zweckmäßig ausgestalteter Uberspannungsableiter ausgebildet ist, Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung enthält die Uberspannungsfühler und Kurzschlußeinheit einen antiparallel geschalteten, aus einem ersten Thyristor, erster Diode und erster Zener-Diode und aus einem zweiten Thyristor, zweiter Diode und zweiter Zener-Diode aufgebauten elektronischen Schaltkreis derart, daß ein gemeinsamer Punkt der Anode des ersten Thyristors und der Kathode des zweiten Thyristors die eine Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit bildet, und ein zweiter gemeinsamer Punkt der Kathode des ersten Thyristors und der Anode des zweiten Thyristors die andere Elektrode der elektronischen Uberspannungsfühler- und KurzschluSeinheit bildet. 3ie Anode der ersten Diode ist an der Anode des ersten Qhyristors angeschlossen, und die Kathode der ersten diode ist mit der Kathode der ersten Zener-Diode verbunden, deren Anode an der Steuerelektrode d-s ersten Thyristors angeschlossen ist;die Anode der zweien diode ist an de Aroie des zweiten Thyristors angesch oseen, und die Kathode der zweiten Diode ist mit der Kathode der zweiten Zener-Diode verbunden, deren Anode ar der Steuerelektrode des zweiten Thyristors angeschlossen ist, Nac einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalt die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit einen aus dem ersten und zweiten Thyristor, aus der ersten und zweiten Zener-Diode aufgebauten, antiparallel eschalteten elektronischen Schaltkreis derart, da3 der gemeinsame Punkt der Anode des ersten Thyristors und der Kathode des zweiten Thyristors die eine Elektrode der Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit bildet, un der gemeinsame Punk der Kathode des ersten Thyristors und der Anode des zweiten Thyristors die andere Elektrode der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit bildet, zugleich die Kathode der ersten Zener-Diode an der Anode des ersten Thyristors, und die Anode der ersten Zener-Diode an der Steuerelektrode des ersten Thyristors angeschlossen ist, und die Kathode der zweiten Zener-Diode mit der Anode des zweiten Thyristors und die Anode der zweiten Zener-Diode mit der Steuerelektrode des zweiten Thyristors verbunden ist, Weitere Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand der einige Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert, Es zeigt Figur 1 ein theoretisches Schaltschema, Figur 2 ein theoretisches Schaltschema mit einer in dem ausgegossenen Gehause des Stromwandlers eingebauten überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit, Figur 3 ein theoretisches Schaltschema mit einem berspannungsableiter, figur 4 ein theoretisches Schalt schema mit einem Dioden/ Zener-Dioden-Überspannungsfühler und einer Thyristor-Kurzschlußeinheit, Figur 5 ein theoretisches Schaltschema mit einem Zener-Dioden-Überspannungsfühler und einer Thyristor-Kurzschlußeinheit.

Laut eines in der Figur 1 sichtbaren theoretischen Schemas ist eine elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 mit einer an sekundären Klemmen 2 und 3 eines Stromwandlers 1 angeschlossenen Belastung 4 parallel geschaltet, Eine Klemme 6 der Belastung 4 ist an einer sekundären Klemme 2 des Stromwandlers 1 und an einer gemeinsamen Klemme 8 einer Elektrode 7 der elektronischen überspannungsfühler- und Rurzschlußeinheit 5 angeschlossen, Eine andere Klemme 9 der Belastung 4 ist an einer anderen gemeinsamen Klemme 11 der anderen sekundären Klemme 3 des Stromwandlers 1 und einer anderen Elektrode 10 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 angeschlossen, Dadurch werden die sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 im Pall einer überlastung infolge der an den sekundären Klemmen 2 und 3 auftretenden überspannung duerch die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 kurzgeschlossen, und damit die Überlastung des Stromwandlers 1 automatisch beseitigt, Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Überlastungsschutzes soll zweckmä3ig gesichert werden, daß die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlu2einheit 5 von den sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 versehentlich überhaupt nicht und mit absicht nur mit grober Zerstörung abgetrennt werden kann. Diese bedingung wird in der Ausführungsform in der riFur 2 erfüllt, wobei die elektronische Überspannungsfühler- und Eurzschlu3einheit 5 in einem ausgegossenen Gehause 12 des Stromwandlers 1 eingebaut ist, Zum Anschließen der elastung 4 dient die eine gemeinsame Klemme 8 der sekunderen Klemme 2 des Stromwandlers 1 und der elektrode 7 der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5, und die andere gemeinsame kleine 11 der anderen sekundären Klemme 3 des Stromwandlers 1 und der anderen Elektrode 10 der elektronischen TMerspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5, Die Aufgabe des überspannungsfühlens und des Kurzschlie-3ens des Überlastungsschutzes kann mit einem einzigen Mittel gelöst werden. Eine derartige Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt, wobei die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 durch einen zweckmäßig ausgebildeten überspannungsableiter 13, z,B, einen überspannungsableiter aus Halbleitermaterial, oder entsprechend zusammengestellten Selenzellenreihe oder einen anderen, gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Jberspannungsableiter ausgeführt ist.

Tn den Ausführungsformen in den Figuren 4 und 5 kann die Ansprechspannung der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 genauer eingestellt und ihre Verlustleistung vermindert werden, In der Schaltungsanordnung aus Figur 4 enthält die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5 einen aus ersten Thyristor 14, ainer ersten Diode 15 und einer ersten Zener-Diode 16 ferner aus einem zweiten Thyristor 17, einer zweiten Diode 18 und einer zweiten Zener-Diode 19 bestehenden antiparallel geschalteten elektronischen Stromkreis, Ein gemeinsamer Punkt einer anode 20 des ersten Thyristors 14 und einer Kathode 21 des weiten Thyristors 17 bildet eine Elektrode 7 der elektronischen Überspanngunsfühler- und Kurzschlußeinheit , und ein gemeinsamer Punkt einer kathode 22 des ersten Thyristors 14 und einer Anode 23 des zweiten Thyristos 17 bildet die andere Elektrode 10 der elektronischen berspannungsfühler- und Kurzschlu2einheit 5, Die sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 werden durch die Thyristoren 14 und 17 kurzgeschlossen, wobei die Aufgabe des Überspannungsfühlens und der Zündung der Thyristoren 14 und 17 durch die Dioden 15 und 18 und durch die Zener-Dioden 16 und 19 versehen ist, Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anode 24 der ersten Diode 15 an der Anode 20 des ersten Thyristors 14 angeschlossen, und eine Kathode 25 der ersten Diode 15 ist mit einer Kathode 26 der ersten Zener-Diode 16 verbunden und eine Anode 27 der ersten Zener-Diode 16 ist an einer Steuerelektrode 28 des ersten Thyristors 14 angeschlossen.

Ahnlicherweise, eine Anode 29 der zweiten Diode 18 ist an der Anode 23 des zweiten Thyristors 17 angeschlossen, und eine Kathode 30 der zweiten Diode 18 ist mit der Ka- thode 31 der zweiten Zener-Diode 19 verbunden, una eine Anode 32 der zweiten Zener-Diode 19 ist an einer Steuerelektrode 33 des zweiten Thyristor 17 angeschlossen, Dadurch wird erreicht, daß wenn die an der sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 meßbare Spannung von beliebiger Polarität den Wert der Zener-Spannung der Zener-Dioden 16 oder 19 übersteigt, bekommt der entsprechende Thyristor 14 oder 17 einen Steuerimpuls und schaltet durch, wodurch die überlastung des Stromwandlers 1 durch das Kurzschlie3en seiner sekundären Klemmen 2 und 3 verhindert wird, Der leitende Thyristor 14 oder 17 unterbricht den Strom nach dem Ablauf der Halbperiode und der Kurzschluß des Überlastungsschutzes wird automatisch aufgehoben, Die erste und die zweite Diode 15 und 18 vermindern die Beanspruchung der Steuerkreise des ersten und des zweiten Thyristors 14 und 17 in Sperrichtung, nenn die an den Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 meßbare Spannung niedriger ist als die zugelassene Sperrichtungsspannung der Steuerkreise der Thyristoren 14 und 17 ar können die Dioden 15 und 18 verlassen werden. reine solche Äusführungsform ist in der Figur 5 dargestellt, wobei die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit einen aus dem ersten Thyristor 14, dem zweiten Thyristor 17,der ersten Zener-Diode 16 und der zweiten Zener-Diode 19 bestehenden elektrischen antiparallel geschalteten Stromkreis enthält, In dieser Schaltungsanordnung bilden die miteinander verbundenen Anode 20 des ersten Thyristors 14 und Kathode 21 des zweiten Thyristors 17 die Elektrode 7 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5, und der gemeinsame Punkt der Kathode 22 des ersten Thyristors 14 und der Anode 23 des zweiten Thyristors 17 bilden die andere Elektrode 10 der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit 5, zur die Triggerung der Thyristoren 14 und 17 ist die kathode 26 der ersten Zener-Diode 16 and der Anode 20 des ersten Thyristors 14 und die Anode 27 der ersten Zener-Diode 16 an der Steuerelektrode 28 des ersten Thyristors ld, angeschlossen, Ahnlicherweise, die Kathode 31 der zweiten Zener-Diode 19 ist an der Anode 23 des zweiten Thyristors 17 und die Anode 32 der zweiten Zener-Diode 19 an der Steuerelektrode 33 des zweiten Thyristors 17 angeschlossen, Durch die ausffihrliche Darstellung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde hoffentlich für alle Fachleute klar, da3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dem gesetzten Ziel völlig entspricht, da durch die automatische Begrenzung der Spannung zwischen den sekundären Klemmen 2 und 3 des Stromwandlers 1 zur Verhinderung der oberlastung des Stromwandlers 1 und dadurch zur Beseitigung der Folgen der Überlastung geeignet ist. in wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Überlastungsschutz automatisch und von der menschlichen Tätigkeit unabhängig arbeitet und nur in dem Fall einschaltet, wenn der Eingriff unvermeidlich ist, Als weiterer Vorteil dient die Tatsache, da3 zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung keine ëuSere Energiequelle benötigt wird und dadurch die Zuverlässigkeit des Überlatungsschutzes ansteigt,


Anspruch[de]

Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern Patentansprüche 1, Schaltungsanordnung zum automatischen Überlastungsschutz von Stromwandlern, insbesondere zur Verhinderung von Überspannungs- und Überlastungserscheinungen und deren Polgen bei dem Unterbrechen des sekunden Stromeises, dadurch gekennzeichnet, da? eine elektronische berspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit (5) mit einer an den sekundären Klemmen (2, 3) des Stromwandlers (1) angeschlossenen Belastung (4) derart parallel geschaltet ist, da. eine klemme (6) dr 3elastung (4) an einem gemeinsamen Punkt (8) einer sekundären Klemme (2) des Stromwandlers (1) und einer Elektrode (7) der elektronischen Überspannungsfühler-und Kurzschlußeinheit (5) und die andere Klemme (9) der Belastung (4) an einem anderen gemeinsamen Punkt (11) der anderen sekundären Klemme (3) des Stromwandlers (1) und einer anderen Elektrode (10) der elektronischen Überspanungsfühler- und Kurzschlu3einheit (5) angeschlossen ist.

2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Überspannungsfühler-und KurzschluSeinheit (5) in einem ausgegossenen Gehäuse (12) des Stromwandlers (1) derart eingebaut ist, daß zum Anschliessen der Belastung (4) der gemeinsamen Punkt (8) einer sekundären Klemme (2) des Stromwandlers (1) und der Elektrode (7) der elektronischen bberspannungsfuhler- und Kurzschlu3einheit (5) und der andere gemeinsame Punkt (11) der anderen sekundären Klemme (3) des Stromwandlers (1) und der anderen Elektrode (10) der elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlu3einheit (5) ausgebildet ist.

3, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da3 die elektronische Überspannungsfühler- und Kurzschlueinheit (5) als zweckmä3ig ausgestalteter Überspannungsableiter (13) ausgebildet ist.

d, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da3 die elektronische tfberspannungsfühler- und Kurzschlu3einheit (5) einen antiparallel geschalteten, aus einem ersten Thyristor (14), einer ersten Diode (15) und einer ersten Zener-Diode (16) und aus einem zweiten Thyristor (17), einer zweiten Diode (18) und einer zweiten Zener-Diode (19) aufgebauten elektronischen Stromkreis enthält, wobei ein gemeinsamer Punkt der Anode (20) des ersten Thyristors (14) und der Kathode (21) des zweiten Thyristors (17) die eine Elektrode (7) des elektronischen Uberspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit (5) bildet, und ein zweiter gemeinsamer Punkt der Kathode (22) des ersten Thyristors (14) und der Anode (23) des zweiten Thyristors (17) die andere Elektrode (10) der elektronischen Überspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit (5) bildet, wobei die Anode (24) der ersten Diode (ins) an der Anode (20) des ersten Thyristors (14) angeschlossen und die Kathode (25) der ersten Diode (15) mit der Kathode (26) der ersten Zener-Diode (16) verbunden und die Anode (27) der ersten Zener-Diode (16) and der Steuerelektrode (28) des ersten Thyristors (14) angeschlossen ist, und ähnlicherweise die Anode (29) der zweiten Diode (18) an der Anode (23) des zweiten Thyristors (17) angeschlossen und die Kathode (30) der zweiten Diode (18) mit der Kathode (31) der zweiten Zener-Diode (19) verbunden und die Anode (32) der zweiten Zener-Diode (19) an der Steuerelektrode (33) des zweiten Thyristors (17) angeschlossen ist, 5, Schaltungsanordnung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische tbespannungsfühler- und Kurzschlußeinneit (5) einen aus dem ersten und zweiten Thyristor (14,17), aus der ersten und zweiten Zener-Diode (16,19) aufgebauten, antiparallel geschalteten elektronischen Schaltkreis enthält, wobei der gemeinsame Punkt der Anode (20) des ersten Thyristors (14) und der Kathode (21) des zweiten Thyristors (17) die eine Elektrode (7) der elektronischen Uberspannungsfühler - und ?urzschlu2einheit (5), ferner der gemeinsame Punk der kathode (22) des ersten Thyristors (14) und der Anode (23) des zweiten Thyristors (17) die andere Elektrode (10 der elektronischen berspannungsfühler- und Kurzschlußeinheit (5) bildet, weich die Kathode (26) der ersten Zener-Diode (16) an der Anode (20) des ersten Thyristors (14) und die Anode (27) der ersten Zener-Diode (16) an der Steuerelektrode (28) des ersten Thyristors (14) angeschlossen ist, und die Kathode (31) der zweiten Zener-Diode (19) mit der Anode (23) des zweiten Thyristors (17) und die Anode (32) der zweiten Zener-Diode 119) mit der Steuerelektrode (33) des zweiten Thyristors (17) verbunden ist,







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