Dokumentenidentifikation |
DE3315190C3 12.10.1989 |
Titel |
Auslösesystem für Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter |
Anmelder |
Felten & Guilleaume Energietechnik AG, 5000 Köln, DE |
Erfinder |
Grotheer, Detlef, Dipl.-Ing., 2850 Bremerhaven, DE |
DE-Anmeldedatum |
27.04.1983 |
DE-Aktenzeichen |
3315190 |
Offenlegungstag |
31.10.1984 |
Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
05.11.1987 |
Date of publication of amended patent |
12.10.1989 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
12.10.1989 |
IPC-Hauptklasse |
H02H 3/08
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IPC-Nebenklasse |
H02H 3/33
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Zusammenfassung |
Es ist ein Auslösesystem für einen Fehlerstrom-Schutzschalter zu entwickeln, das vor allem in verzweigten Anlagen eingesetzt werden kann, in denen sowohl die Hauptverteilung als auch die Unterverteilung und die dazwischenliegenden Anlagenteile in die Fehlerstrom-Schutzschaltung einbezogen werden sollen. Hierbei sollen auch von außen auftretende Störimpulse sich nicht auf die nachfolgende Schaltung auswirken. Um dieses Ziel zu erreichen, sind in der Schaltungsanordnung zunächst spannungsbegrenzende Halbleiter (D6, D7) vorgesehen, die eine gewisse Selektivität bewirken. Eine einstellbare Ladeschaltung (T3, P1) versorgt den Ladekondensator (C2) mit einem konstanten Strom, unabhängig von der Eingangsspannung, womit der Anstieg der Ladespannung verlangsamt wird. Schließlich sorgt ein RC-Glied (R4, C3) dafür, daß Störimpulse hoher Frequenzen auf ein unschädliches Maß für die Schaltung reduziert werden.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung bezieht sich auf ein Auslösesystem für
Schutzschalter, insbesondere für Fehlerstrom-Schutzschalter, gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Auslösesystem ist bereits bekannt (DE-AS
27 45 464). In der Schaltung dieses Auslösesystems ist ein
aus einer Zenerdiode und einem Transistor bestehender
Konstantstromreglerkreis vorgesehen, bei dem in die Basis-
Emitterstrecke des Transistors ein einstellbarer Widerstand
zwischen der Zenerdiode und dem Emitter geschaltet ist. Die
aus Zenerdiode und Transistor bestehende Anordnung sorgt
durch Stabilisierung der Basis-Emitterspannung des Transistors
für einen annähernd konstanten Strom durch die
Emitter-Kollektor-Strecke. Über diese Strecke wird nun ein
Verzögerungskondensator aufgeladen. Der konstante Strom im
Verzögerungskondensator bewirkt eine zeitlich konstante Aufladung dieses
Kondensators, wodurch die Aufladung bis zu einer bestimmten Höhe
der Ladespannung, zeitlich unabhängig von der Höhe der
Sekundärspannung des Summenstromwandlers erfolgt. Von der
Ladespannung des Verzögerungskondensators wird eine Auslöseschaltung
eines Schaltschlosses gesteuert, das bei der bestimmten Höhe
der Ladespannung anspricht und über das Schaltschloß die
Kontakte des Fehlerstrom-Schutzschalters öffnet. - Im Rahmen von
wirtschaftlichen Überlegungen wird ständig überprüft,
inwieweit solche Schaltungen weniger aufwendig und bei dem
herrschenden Zwang zu immer kleineren Schaltervolumina
platzsparender gebaut werden können.
Es ist ein Auslösesystem für einen Schutzschalter in Form
eines Fehlerstromschutzschalters bekannt, bei dem im
Spannungszweig der Sekundärwicklung des Stromwandlers
spannungsbegrenzende Halbleiter vorgesehen sind, die aus zwei
gleichsinnig geschalteten Dioden bestehen, zu denen zwei
gleichsinnig geschaltete Dioden antiparallel angeordnet sind
(IEEE spectrum Jan. 70, S. 55-62, "Transistorized
groundfault interrupter reduces shock hazard"). Dieser
Halbleiteranordnung ist ein strombegrenzendes RC-Glied nachgeschaltet,
das als Dämpfungsglied für hochfrequente Störimpulse wirkt.
Um eine wirksame Spannungsbegrenzung zu erreichen, sind
allerdings vier Dioden erforderlich.
Aus einer Erdschlußvorrichtung des energieunabhängigen Typs
mit polarisierten Auslösern ist es bekannt, parallel zur
Sekundärwicklung eines Toroids zwei gleichsinnig in Serie
geschaltete Zener-Dioden einzusetzen, zwischen welchen
zusätzlich ein Widerstand geschaltet ist (DE-OS 22 16 001).
Der Einsatz von Feldeffekttransistoren in einer
Zweipol-Konstantstromquelle ist bekannt (Tietze/Schenk: "Halbleiter-
Schaltungstechnik, 5. Auflage, 1980, S. 77, 87). Die alleinige
Aufgabe einer derartigen Zweipol-Konstantstromquelle
besteht in der Erzeugung eines konstanten Stromes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Auslösesystem für Schutzschalter der eingangs geschilderten Art mit
selektiv wirkenden, einfachen Mitteln auszustatten und
hierbei den Einfluß von hochfrequenten Störimpulsen auf die
Schaltung auf ein unschädliches Maß zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen
gelöst. Der Schutzbereich wird durch die Gesamtheit
der Merkmale des Anspruchs 1 bestimmt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß
mit einer einfachen Zweipolschaltung hinter der
Gleichrichteranordnung und einem geringen Schaltungsaufwand im
Sekundärkreis des Summenstromwandlers ein sicher und zuverlässig
arbeitender, von äußeren Störeinflüssen unabhängiger
Selektivschalter entstanden ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt
die Figur eine Schaltung für einen selektiv wirkenden
Fehlerstrom-Schutzschalter.
Nach der Figur besitzt die Schaltung verschiedene Klemmen,
die für die Anschlußmöglichkeiten vorgesehen sind. So
bedeuten die Klemmen A, B die Verbindungspunkte für den Anschluß
der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers. Die Klemmen C,
D dienen dem Anschluß des Auslösers. Schließlich sind die
Klemmen E, F dafür vorgesehen, den Widerstand R3
gegebenenfalls überbrücken zu können.
Zwischen den Klemmen A, B sind zwei Zenerdioden D6, D7 mit
ihren Kathoden gegeneinander geschaltet. Bei hohen
Fehlerströmen (6 kA) sowie bei der Stoßstromnormwelle für
Selektivschalter (5 kA) gelangt der Summenstromwandler zwar
strommäßig in die Sättigung, spannungsmäßig jedoch nicht. Somit
können an den Klemmen A, B Spannungswerte von mehreren kV
auftreten, die für die nachfolgenden elektronischen
Schaltungsglieder von Nachteil sind. Durch die beiden Zenerdioden,
welche die Spannung auf einen Maximalwert begrenzen, tritt eine
gewisse Selektivität auf. - Gleichfalls zwischen den Klemmen
A, B, jedoch den beiden Zenerdioden D6, D7 nachgeschaltet,
befindet sich ein aus einem Widerstand R4 und einem
Kondensator C3 bestehender Tiefpaß. Dieser Tiefpaß dämpft
hochfrequente Störimpulse, wie sie z. B. beim Einschalten von
Elektromotoren (Bohrmaschine) auftreten können. - An den Ausgang des
Tiefpasses ist eine Gleichrichteranordnung geschaltet, die
aus vier Dioden D1 bis D4 besteht. Ein Kondensator C1, der
der Diode D3 parallel geschaltet ist, bildet zusammen mit der
Sekundärwicklung des Summenstromwandlers einen Resonanzkreis.
Der Resonanzkondensator C1 ist dabei so dimensioniert, daß
bei reinem Wechselfehlerstrom, sowie bei pulsierendem
Gleichfehlerstrom annähernd die gleichen Strom- und Spannungswerte
abgegeben werden. - An die Gleichrichteranordnung schließt
sich eine als zweipolgeschaltete Kombination aus einem
Feldeffekttransistor T3 und einem regelbaren Widerstand P&sub1; an.
Diese Kombination bewirkt einen konstanten Ladestrom für
einen Ladekondensator C2, welcher mittels dem Widerstand
beliebig eingestellt werden kann. Unabhängig von der vom Wandler
abgegebenen Leistung wird dem Ladekondensator ein konstanter
Strom aufgeprägt, welcher einen verlangsamten Anstieg der
Ladespannung zur Folge hat. Dies führt zu einer Verzögerung im
Auslösefall. - Hinter der Ladeschaltung erfolgt die Bestimmung
der Schaltschwelle. Hierzu ist parallel zum Ladekondensator
C2 eine aus einer Zenerdiode D5, einem Widerstand R2 und einem
Widerstand R3 bestehende Reihenschaltung geschaltet. Am
Verbindungspunkt zwischen der Anode der Zenerdiode D5 und dem
Widerstand R2 ist ein als Impulsgeber eingesetzter Transistor T1
mit seiner Basis angeschaltet. Nachdem die Zenerspannung an
der Zenerdiode D5 erreicht ist, baut sich an den Widerständen
R2 und R3 eine Spannung auf, die nach Erreichen der Basis-
Emitter-Spannung den Transistor T1 durchschaltet. Durch
Überbrücken des Widerstandes R3 wird der Basis-Widerstand zum
dynamischen Widerstand der Zenerdiode D5 geringer und somit
ist durch den höheren Strom, der zum Schalten des
Transistors T1 benötigt wird, auch die Ladespannung am Kondensator
höher. Der Transistor T1 versteilert die
Zenerdioden-Kennlinie um den Faktor β. Gleichzeitig tritt eine Temperatur-
Kompensation der beiden entgegengesetzten pn-Übergänge auf.
Nach Schalten des Transistors ist die Kollektor-Emitter-
Spannung gleich UCE sat. Somit fällt fast die gesamte
Ladespannung am Widerstand R1 ab, wodurch schließlich mittels
eines programmierbaren Unijunction-Transistors (PUT) die
übrige Energie auf den Auslöser geschaltet wird.
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Anspruch[de] |
- 1. Auslösesystem für Schutzschalter, insbesondere für
Fehlerstrom-Schutzschalter, mit einem eine Störgröße
erfassenden Stromwandler, dessen Sekundärwicklung eine
Gleichrichteranordnung speist, die mit einer aus einem
Ladekondensator bestehenden Energiespeichereinrichtung mit
einer darauf folgenden Schaltschwelle verbunden ist, die nach
erfolgter Aufladung des Ladekondensators einen mit der
Spulenwicklung des Auslösers in Reihe liegenden
steuerbaren Halbleiter ansteuert, dadurch
gekennzeichnet, daß spannungsbegrenzende Halbleiter
(D6, D7) im Spannungszweig des Sekundärkreises eingesetzt
sind und den Halbleitern (D&sub6;, D&sub7;) ein strombegrenzendes RC-Glied
(R4, C3) nachgeschaltet ist, das als Dämpfungsglied für
Störimpulse hoher Frequenzen ausgebildet ist, und daß eine
einstellbare Ladeschaltung (T3, P1) vorgesehen ist, die
den Ladekondensator (C2) mit einem konstanten Strom
unabhängig von der Eingangsspannung beaufschlagt, wobei die
Halbleiter (D&sub6;, D&sub7;) und das RC-Glied (R&sub4;, C&sub3;) der Gleichrichteranordnung
(D1 bis D4) vorgeschaltet sind und die Ladeschaltung (T&sub3;, P&sub1;) der
Gleichrichteranordnung (D&sub1; bis D&sub4;) nachgeschaltet ist.
- 2. Auslösesystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die spannungsbegrenzenden Halbleiter
zwei gegensinnig in Serie geschaltete Zenerdioden (D6, D7)
sind, die mit ihren Kathoden gegeneinander und mit ihren
Anoden zwischen den Verbindungspunkten der
Sekundärwicklung des Summenstromwandlers und der
Gleichrichteranordnung (D1 bis D4) geschaltet sind.
- 3. Auslösesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das RC-Glied
(R4, C3) zwischen die
Anodenanschlüsse der spannungsbegrenzenden Halbleiter (D6, D7)
und der Gleichrichteranordnung (D1 bis D4) geschaltet ist.
- 4. Auslösesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ladeschaltung aus einer als Zweipol geschalteten Kombination
aus einem Feldeffekttransistor (T3) und einem regelbaren
Widerstand (P&sub1;) besteht, die mit dem Ladekondensator (C2)
verbunden ist.
- 5. Auslösesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Feldeffekttransistor (T3) ein n-Kanal-Sperrschicht-FET ist.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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