PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3612621C2 28.10.1993
Titel Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Oshikiri, Keiichi, Kobe, Hyogo, JP
Vertreter Eisenführ, G., Dipl.-Ing.; Speiser, D., Dipl.-Ing.; Rabus, W., Dr.-Ing.; Brügge, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 28195 Bremen
DE-Anmeldedatum 15.04.1986
DE-Aktenzeichen 3612621
Offenlegungstag 20.11.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.10.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.10.1993
IPC-Hauptklasse H02H 7/122
IPC-Nebenklasse H02J 9/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kurzschluß-Schutzschaltung ist aus der Siemens-Zeitschrift 52 (1978), Heft 7, Seiten 422-425, bekannt. Hieraus ist eine unterbrechungssichere Stromversorgung bekannt, bei der die Last normalerweise aus batterie-gestützten Wechselrichtern gespeist wird. Es ist möglich, jederzeit für eine kürzere oder längere Zeit auf die öffentliche Stromversorgung zurückzuschalten. Zusätzlich wird ein Hinweis gegeben (Seite 425), daß bei Anlagen mit kleiner Leistung träge Sicherungen mit kurzer Netzunterstützung selektiv ausgelöst werden können. Weitere unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit Pulswechselrichtern sind aus der Literaturstelle ETZ, Band 100 (1979), Heft 11, Seiten 540-545, und der DE-OS 31 27 460 bekannt. Bei letzterer Literaturstelle wird zur Auslösung von Sicherungen die Ausgangsspannung eines Wechselrichters durch einen Transformator herunter- und der entsprechende Strom herauftransformiert, so daß die Sicherungen auch dann ausgelöst werden können, wenn der Wechselrichter die notwendige Stromstärke nicht direkt liefern kann.

Nachfolgend soll eine der Anmelderin intern vorliegende Kurzschluß-Schutzschaltung anhand eines Blockschaltbildes nach Fig. 1 einschließlich der damit zusammenhängenden Probleme erläutert werden.

Die Kurzschluß-Schutzschaltung nach Fig. 1 enthält einen Wechselrichter 1, einen zwischen diesem Wechselrichter 1 an eine Leitung 3 angeschlossenen Thyristorschalter 2 mit einer Mehrzahl von Speisekreisen, die über Sicherungen 4 angeschlossen sind, einen in der Leitung 3 eingefügten Stromsensor 5, eine öffentliche Stromversorgung 6, die über einen Überbrückungskreis 11 und einen Überbrückungs-Thyristorschalter 7 mit der Leitung 3 verbunden ist, einen an den Stromsensor 5 angeschlossenen Überstromdetektor 8 und eine UND-Schaltung 9. Die UND-Schaltung 9 verknüpft ein Signal S1 und das Ausgangssignal des Überstromdetektors 8, wobei das Signal S1 ein Schaltbereitschaftssignal ist, das dann auftritt, wenn die Spannung der öffentlichen Stromversorgung 6 mit der Spannung des Wechselrichters 1 synchron ist. Außerdem ist ein Flip-Flop 10 vorgesehen, das bestimmt, ob Leistung über den Überbrückungskreis 11 oder von dem Wechselrichter 1 zugeführt wird. Gattertreiberschaltungen 12 und 13 sind vorgesehen sowie ein Abschaltverzögerungskreis 14, mit dem das Abschalten des Überbrückungsthyristorschalter 7 verzögert wird. Eine Verriegelungsschaltung 15 führt eine Verriegelung eines Wechselrichtersignals S2 durch, welches anzeigt, ob der Wechselrichter 1 betriebsbereit ist, um einen Wechsel der Stromversorgung von dem Überbrückungskreis 11 auf den Wechselrichter 1 zuzulassen. S3 ist ein Befehlssignal, das von dem Überbrückungskreis 11 an den Wechselrichter 1 gegeben wird.

Die Funktion dieser Schutzschaltung wird nachstehend erläutert. Wird die an einen der Speisekreise angeschlossene Last von dem Wechselrichter 1 mit Strom versorgt, so führt ein (fehlerhafter) Kurzschluß in der Last zu einem Überstrom am Ausgang des Wechselrichters 1. Dieser Überstrom wird durch den Stromsensor 5 gemessen und durch den Überstromdetektor 8 festgestellt. Ein Signal aus dem Überstromdetektor 8 wird mit dem Schaltbereitschaftssignal S1 in der UND-Schaltung 9 verknüpft, und beim Auftreten beider Signale an den Eingängen wird das Flip-Flop 10 getriggert, wodurch der Thyristorschalter 2 des Wechselrichters 1 über die Gattertreiberschaltung 13 gesperrt und darüber hinaus der Überbrückungsthyristorschalter 7 über die Gattertreiberschaltung 12 und den Abschaltverzögerungskreis 14 eingeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Stromversorgung der Last von dem Wechselrichter 1 auf den Überbrückungskreis 11 umgeschaltet wird. Sobald der Überbrückungsthyristorschalter 7 einschaltet, fließt von der öffentlichen Stromversorgung 6 ein hoher Kurzschlußstrom über die Sicherung 4 in den Speisekreis zur Last, so daß die Sicherung 4 durchbrennt. Sobald der Ausgangsstrom auf einen normalen Wert und der Überstromdetektor 8 in die Ruhelage zurückkehrt, wird das Flip-Flop 10 abhängig von dem Wechselrichtersignal S2 und dem Ausgangssignal der UND-Schaltung 9 zurückgestellt. Dies hat zur Folge, daß der Thyristorschalter 2 wieder einschaltet und der Überbrückungsthyristorschalter 7 ausschaltet. Da der Wechselrichter 1 einen verhältnismäßig hohen Innenwiderstand hat, wird beim Umschalten der Stromversorgung von dem Überbrückungskreis 11 auf den Wechselrichter 1 das Abschalten des Überbrückungsthyristorschalters 7 verzögert, während die Phase des Wechselrichter in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal S3 langsam angepaßt wird.

Bei dieser Kurzschluß-Schutzschaltung ist es notwendig, die Last wieder mit dem Wechselrichter 1 zu verbinden, nachdem die Sicherung 4 durchgebrannt ist, und dies erfordert eine komplizierte Folgesteuerung des Wechselrichters zur Wiederinbetriebnahme, was einen erheblichen Nachteil bedeutet. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei der Umschaltung der Last auf den Überbrückungskreis 11 ein Ausfall des Überbrückungsthyristorschalters 7 aufgrund des Kurzschlußstromes auftreten kann, so daß dieser in einem leitenden Zustand verbleibt. In einem solchen Fall ist das Zurückschalten der Last auf den Wechselrichter 1 unmöglich, weil der Überbrückungsthyristorschalter 7 nicht mehr ausgeschaltet werden kann. Ein drittes Problem besteht darin, daß nach Einschalten des Thyristorschalters 2 ein stetiges Ansteigen des Querstromes und damit ein Ausfall des Systems auftreten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurzschluß-Schutzschaltung der eingangs genannten Art mit einer einfachen und zuverlässigen Steuerung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen naher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer konventionellen Kurzschluß-Schutzschaltung; und

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschluß-Schutzschaltung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 werden die mit der Schutzschaltung nach Fig. 1 gemeinsamen Teile nicht noch einmal beschrieben. Die Anordnung nach Fig. 2 enthält darüber hinaus eine UND-Schaltung 21, deren Ausgangssignal das logische Produkt eines Ausgangssignals des Überstromdetektors 8 und eines Strombegrenzungssignals S4 ist, das den Befehl zur Begrenzung des Ausgangsstromes des Wechselrichters gibt. Weiterhin ist ein Zähler 22 vorgesehen, der mit dem Ausgang der UND-Schaltung 21 verbunden ist, sowie ein Zeitgeber 23 zur Überwachung der Dauer des Überstromes. Eine Gattertreiberschaltung 24 steuert den Überbrückungsthyristorschalter 7, und das Signal S4 dient zur Auslösung einer Strombegrenzung des Wechselrichters.

Nachfolgend soll die Funktion dieser Kurzschluß- Schutzschaltung beschrieben werden. Die Stromversorgung der Last erfolgt normalerweise von dem Wechselrichter 1, der als unterbrechungssichere Stromversorgung mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz arbeitet. Beim Auftreten eines Kurzschlusses an einem der Last-Speisekreise wird der daraus resultierende Überstrom durch den Überstromdetektor 8 festgestellt und ein entsprechendes Ausgangssignal gelangt an die UND-Schaltung 21. Bei Vorhandensein eines Schaltbereitschaftssignals S1, das die Betriebsbereitschaft des öffentlichen Stromnetzes sowie den Synchronismus mit dem Wechselrichter anzeigt, liefert der Zähler 22 aufgrund des Ausgangssignals des Überstromdetektors 8 ein Ausgangssignal an den Zeitgeber 23. Liegt das Schaltbereitschaftssignal S1 nicht vor, so wird ein Strombegrenzungssignal S4 ausgegeben, während dann, wenn die logischen UND-Bedingungen erfüllt sind, der Zeitgeber 23 ein Impulssignal definierter Zeitdauer ausgibt. Dieses Signal gelangt als Eingangssignal über die Gattertreiberschaltung 24 an den Überbrückungsthyristorschalter 7 und schaltet diesen ein. Auf diese Weise wird für eine kurze Zeitdauer Leistung sowohl von der öffentlichen Stromversorgung 6 als auch über den Wechselrichter 1 auf die Sicherung 4 des betreffenden Speisekreises gegeben, die innerhalb weniger Millisekunden aufgrund des hohen Kurzschlußstromes durchbrennt, der aufgrund der öffentlichen Stromversorgung 6 mit kleinem Innenwiderstand ermöglicht wird. Auf diese Weise wird der kurzgeschlossene Speisekreis abgetrennt.

Auf der anderen Seite stellt der Wechselrichter 1 eine Stromquelle mit verhältnismäßig großem Innenwiderstand gegenüber dem Innenwiderstand der öffentlichen Stromversorgung 6 dar und läßt somit nur einen geringen Kurzschlußstrom zu. Beim üblichen Synchronbetrieb des Wechselrichters 1 zusammen mit der öffentlichen Stromversorgung 6 sind die bei einem solchen kurzen Parallelbetrieb fließenden Querströme verhältnismäßig niedrig.

Sollte eine Entfernung des Kurzschlusses in dem Speisekreis oder ein Durchbrennen der Sicherung 4 nicht innerhalb kurzer Zeit gelingen, so wird ein Strombegrenzungssignal S4 von dem Zähler 22 ausgegeben. Abhängig von diesem Signal vermindert der Wechselrichter 1 seinen Strom und beendet dann seinen Betrieb. Ein solcher bleibender Kurzschluß über einige Millisekunden führt wiederum zu einem Ausbleiben der Ausgangsspannung und damit zu einer Außerbetriebnahme der Belastung. Auf diese Weise führt eine Unterbrechung der ausfallsicheren Stromversorgung zu keinem Problem der Betriebsweise des Systems.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems bleiben auch erhalten, wenn anstelle eines einzigen Wechselrichters und eines Überbrückungskreises eine Mehrzahl von Wechselrichtern vorgesehen ist und ein Überstromdetektor den Gesamtstrom im Überbrückungskreis 3 mißt.

Anstelle des Thyristorschalters 2 im Stromkreis des Wechselrichters 1 kann auch ein elektromechanisch betätigter Schaltschutz oder Kontakt vorgesehen sein, der als Ruhekontakt oder Arbeitskontakt ausgebildet ist, da es nicht notwendig ist, zwischen dem Einzustand und den Auszustand schnell zu schalten.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung während des Betriebs des Wechselrichters ein öffentliches Stromnetz kurzzeitig über einen Überbrückungskreis mit der Last verbunden, um auf diese Weise ein selektives Abschalten des kurzgeschlossenen und fehlerhaften Speisekreises durchzuführen. Der erfindungsgemäße Aufbau läßt eine einfache sequentielle Steuerung des Wechselrichters zu und verhindert, daß der Überbrückungsthyristorschalter ausfällt. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung hat außerdem den Vorteil, daß im Fall eines Zurückschaltens der Last von dem Überbrückungskreis zum Wechselrichterkreis der fließende Querstrom gering ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Kurzschluß-Schutzschaltung für eine unterbrechungssichere Stromversorgung mindestens eines Speisekreises mit einer Last und einer vorgeschalteten Sicherung;

    mit einem Wechselrichter,

    einem Überstromdetektor für den Speisekreis und

    einem Überbrückungs-Thyristorschalter zum kurzzeitigen Anschalten des Speisekreises an eine öffentliche Stromversorgung, wobei der Wechselrichter mit dem Speisekreis verbunden bleibt,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    eine UND-Schaltung (21) vorgesehen ist, der ein Überstromsignal des Überstromdetektors (8) und ein für den Wechselrichter (1) bestimmtes Strombegrenzungssignal (S4) zugeführt wird, und die dann ein Ausgangssignal an einen Zähler (22) abgibt, wenn das Überstromsignal vorhanden, aber das Strombegrenzungssignal (S4) nicht vorhanden ist;

    daß der Zähler (22) durch das Ausgangssignal der UND- Schaltung (21) und durch ein Schaltbereitschaftssignal (S1), das signalisiert, wenn die öffentliche Stromversorgung (6) intakt und mit der Ausgangsspannung des Wechselrichters (1) synchron ist, gesteuert wird und
    1. - bei Vorhandensein des Ausgangssignals der UND-Schaltung (21) und Nichtvorhandensein des Schaltbereitschaftssignals (S1) das Strombegrenzungssignal (S4) für den Wechselrichter (1) abgibt, aber
    2. - bei Vorhandensein des Ausgangssignals der UND-Schaltung (21) und Vorhandensein des Schaltbereitschaftssignals (S1) einen Zeitgeber (23) ansteuert und dieser den Überbrückungs-Thyristorschalter (7) für eine vorbestimmte Zeitdauer einschaltet.
  2. 2. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechselrichter (1) und dem Speisekreis eine Schaltvorrichtung (2) angeordnet ist.
  3. 3. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (2) ein Thyristorschalter ist.
  4. 4. Kurzschluß-Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (2) ein elektromechanisch betätigter Schaltschütz ist.
  5. 5. Geänderte Kurzschluß-Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wechselrichtern (1) vorgesehen ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com