DE2538705A1

DE2538705A1 - Stromempfindliches schutzschaltsystem

Info

Publication number: DE2538705A1
Application number: DE19752538705
Authority: DE
Inventors: Wardell Gary; Donald S Kimmel; Glenn R Taylor
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-30
Publication date: 1976-03-18
Also published as: CH607397A5; USB504405I5; JPS5153242A; BE833055A; US4007401A; FR2284208A1; FR2284208B1; JPS5457332U; DE2538705C2; ES440834A1; GB1524825A; IT1050899B; AU8355675A; CA1036663A; ZA754336B; SE399343B; SE7508020L; BR7505035A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 29. Aug. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Stromempfindliches Schutzschaltsystem

Die Erfindung betrifft ein stromempfindliches Schutzschaltsystem, genauer gesagt, ein elektrisches Steuerungssystem, um die Arbeitsweise eines zugehörigen Schutzsystems, z. B. einen Schaltkreis-Unterbrechungsschalter zu steuern. Von besonderem Interesse ist dabei die Anwendung von einsteckbaren Einheiten, die über weite Bereiche von Stromwerten verwendbar sind.

Es sind Steuersysteme für Stromkreis-Unterbecher bekannt, die eine Anzahl von strom- oder spannungsempfindlichen Fühlern verwenden, um bestimmte Funktionen zu steuern, wie z. B. zeitverzögerte Überlastung, wodurch ein Schaltkreis-Unterbrecher zur Auslösung gebracht wird. Manchmal ist auch ein getrennter Schaltkreis-Unterbrecher für jede zu steuernde Funktion vorgesehen. In anderen Fällen ist es notwendig, zahlreiche Stromfühler vorzusehen, die jeweils unterschiedliche Strombereiche oder unterschiedliche Wertbereiche von Strömen oder unterschiedliche Änderungsgeschwin-

609812/0321

Teiefoi (0211) 32Ο8 58 Telegramme Custopat

" ²" 253070S

digkeiten von Strömen oder Spannungen abfühlen, um ihrerseits dann Informationen an eine logische Schaltung zu liefern, die einen bestimmten Schaltkreis-Unterbrecher veranlassen kann, auszulösen. Einrichtungen dieser Art sind in der US-Patentschrift 3 713 005 der Anmelderin, aber auch in dem technischen Bericht 980 vom Juni 1972 mit dem Titel "Phase Failure Relays", herausgegeben von Wilmar Electronics, Inc., 2103 Border Avenue, Torrance, California sowie auch in einem technischen Bericht 948-B1 vom Juni 1971, mit dem Titel "Overload Relays", herausgegeben von Furnas Electric Company of Batavia, Illinois.

Es wäre günstig, wenn ein universelles Steuerungssystem für einen Schaltkreis-Unterbrecher gefunden werden könnte, das über einen weiten Bereich von Lastkreisströmen und Spannungszuständen anwendbar wäre und das auch mit einsteckbaren logischen Einheiten verwendbar wäre, um den Schaltkreis-Unterbrecher zu steuern oder zu veranlassen, aufgrund von bestimmten unterschiedlichen Schaltkreis-Funktionen anzusprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Steuerungssystem zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Abfühleinrichtung vorgesehen wird, um die Größe eines Schaltkreis-Stromes in einem elektrischen Schaltkreis zu messen und ein Ausgangs-Stromsignal zu liefern, das zur Höhe des Schaltkreis-Stromes in Beziehung steht; daß weiterhin eine ersetzbare Lastwiderstandseinrichtung vorgesehen wird, die mit dem Ausgangssignal der

609812/0321

Abfühleinrichtung verbindbar ist, einschließlich Umsetzer für Umwandlung des Ausgangs-Stromsignals in einen Spannungswert, der innerhalb eines vorbestimmten Bereiches veränderlich ist, unabhängig vom Wert des Schaltkreis-Stromes, mit zumindest einer ersetzbaren Einheit, die zu der Lastwiderstandseinrichtung parallelgeschaltet werden kann, um auswählbar das Auslösen des Schaltkreis-Unterbrechers zu ermöglichen, wobei zumindest eine Einheit über dem genannten Spannungsbereich arbeiten kann; und daß Schaltkreis-Unterbrechungseinrichtungen vorgesehen sind, die mit der austauschbaren Einheit verbunden sind, um den Schaltkreis-Unterbrecher auszulösen und den elektrischen Schaltkreis zu öffnen, wenn die Auslösefunktion auftritt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können auch mehrere austauschbare Einheiten der vorgenannten Art vorgesehen werden, die zu der Lastwiderstandseinrichtung und zueinander parallelgeschaltet sind. Die genannten Einheiten können insbesondere eine zeitverzögerte Überlastauslösung bewirken, es können aber auch Einheiten für plötzliche Überströme, für Phasenfehler, für Unterlast, oder für Phasenungleichgewicht sein. In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung kann es sich auch um eine Meßfeld-Untersuchungstafel oder eine Überlast-Zustandsanzeige handeln, wobei die letzten zwei Einheiten nicht notwendigerweise den Schaltkreis-Unterbrecher steuern, sondern lediglich eine Anzeige für den Zustand des zu steuernden elektrischen Schaltkreises liefern.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von vor-

6u9812/fn?1

£518705

zugsweisen Ausführungsformen, die nur als Beispiele gegeben sind, in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein universell anwendbares einsteckbares Steuerungssystem für einen Schaltkreis-Unterbrecher für ein elektrisches Drexphasennetz;

Fig. 2 ein System ähnlich des Systems der Fig. 1, aber für nur ein einphasiges Netz;

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Systems;

Fig. 4 eine Kennlinie eines Teils des in Fig. 3 dargestellten Systems; und

Fig. 5 eine Darstellung, wie die in Fig. 1 und 3 gezeigten Geräte miteinander verbunden werden können.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Schaltkreis-Schutzsystem 1O dargestellt, das in dieser Ausführungsform der Erfindung eine dreiphasige Leitung aufweist, bestehend aus den Leitungen L1, L2 und L3, die rechts mit einer dreiphasigen Last verbunden sind und links gemäß der Darstellung mit einer dreiphasigen Quelle für elektrische Energie verbunden sind. Zwischen der Last und der Quelle für elektrische Energie ist ein Stromfühler 12 und ein in Serie geschalteter Schaltkreis-Unterbrecher oder Motorstarter 45 angeordnet. In der in Fig. 1 darge-

60981 2/0321

stellten Ausfuhrungsform fließt ein Strom IL in der Leitung L1. In den anderen Leitungen L2 und L3 können und werden gewöhnlich andere Ströme fließen, die zu dem Strom IL in Beziehung stehen können. Lediglich aus Vereinfachungsgründen wurde der Strom IL gewählt.

Es gibt zwei Ausgangsanschlüsse 14 und 16 des Stromfühlers 12. Mit diesen Anschlüssen 14 und 16 ist ein Lastwiderstandsmodul verbunden. Der Lastwiderstandsmodul 18 umfaßt ein Widerstandselement, das über die Anschlüsse 14 und 16 gelegt ist, um den Strom IL in eine nutzbare Spannung V umzusetzen, die durch andere Schaltkreis-Schutzeinrichtungen in dem Gerät der Fig. 1 verwendet werden kann. Parallel zum Lastwiderstandsmodul 18 können weitere Moduln geschaltet sein, z. B. ein Modul für lange Beschleunigung 20, ein Logikmodul für verzögerte Überlastauslösung 22, ein Logikmodul für sofortige überStromauslösung 24, ein Logikmodul für Phasenfehlerauslösung 26, ein Logikmodul für Unterlastauslösung 28, ein Logikmodul für Phasenungleichgewichtsauslösung 30, aber auch eine Feldtesttafel 32 und eine Anzeige für Motorrückwärtslauf und Überlastzustand 34, wenn die zu schützende Last einen Motor umfaßt. Zahlreiche andere Kombinationen von Logikmoduln können in gleichartiger Parallelschaltung vorgesehen sein, wie es für die Elemente 20 bis 34 der Fig. 1 dargestellt ist. Die verbleibenden Elemente werden beispielsweise mit den Anschlüssen 38 und 36 verbunden.Natürlich können auch einige der Moduln 20 bis 34 entfernt oder ersetzt werden und andere Moduln können hinzugefügt werden, vorausgesetzt, daß die Parallelschaltungsanordnung mit dem Lastwiderstandsmodul 18 aufrecht-

609812/0 3 21

erhalten wird. Jedes der vorgenannten Moduln 20 bis 30 besitzt z. B. einen Ausgangsanschluß, der mit einer Leitung 40 verbindbar ist, die wiederum mit einem Ausgangsschalter 42 verbunden ist, der mit dem schon beschriebenen Schaltkreis-Unterbrecher oder Motorstarter 45 in Verbindung steht. In der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung besitzen die Feldtesttafel 32 und die Anzeige für den Motorrückswärtslauf 34 keinen Ausgang zur Leitung 40. Bei der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist die Spannung V an den Ausgangsanschlüssen 14 und 16 proportional zum Strom IL. Wenn der voraussichtliche Anstieg des Stromes IL sehr groß wird, kann ein anderes Lastwiderstandsmodul mit den Anschlüssen 14 und 16 verbunden werden, um die Spannung zwischen den Anschlüssen 14 und 16 auf einer gewünschten Höhe zu halten, obwohl der Strom IL wesentlich größer geworden ist. Das gleiche würde gelten, wenn der Strombereich IL wesentlich kleiner ist. Das bedeutet, daß die Elemente 20 bis 34 nicht ausge^· wechselt werden müssen, da sie lediglich gegenüber der Spannung V empfindlich sind, die aurechterhalten wird. Das bedeutet auch, daß der Ausgangsschalter 42 nicht verändert zu werden braucht. Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung führt der Modul für lange Beschleunigung 20 eine Funktion aus, die im folgenden beschrieben wird. Der Modul für verzögerte überlastauslösung 22

liefert eine Funktion, die in der Form It=K dem Fachmann bekannt ist. Der Logikmodul für sofortige überStromauslösung 24 bewirkt eine sofortige Auslösefunktion, wie ebenfalls dem Fachmann geläufig ist. Diese Funktion bezieht sich auf extrem hohe überlast-Stromwerte oder Kurzschlußströme. Der Logikmodul für Phasenausfallauslösung 26 liefert eine Anzeige, daß eine der

60981 2/0321

Phasen oder Leitungen L1, L2 oder L3 versagt und liefert eine geeignete, dazu entsprechene Schaltwirkung. Der Logikmodul für Unterlastauslösung liefert eine Anzeige, daß die Last unter einen Wert gefallen ist, der noch als sicherer vorbestimmter Wert für den Strom IL angesehen wird. Der Logikmodul für Phasenungleichgewichtsauslösung 30 liefert eine Anzeige und ein automatisches Signal an den Ausgangsschalter 42, wenn die in den Leitungen L1, L2 und L3 fließenden Ströme zueinander in starker Disproportionalität stehen. Die Feldtesttafel 32 liefert eine Ausgangsanzeige des Stromes IL und andere nützliche Ausgangsfunktionen. Die Anzeige für Motorrückwärtslauf 34 liefert, wie der Name sagt, eine Anzeige dafür, daß ein Motor, der mit der dreiphasigen Last verbunden sein mag, polaritätsmäßig so angeschlossen ist, daß er rückwärts läuft.

In Fig. 2 ist eine andere Schutzeinrichtung 10' dargestellt, die anwendbar ist, wenn ein einphasiges Netz oder Gleichstromlast und -quelle vorhanden sind. In dieser Ausfuhrungsform ist, wie dargestellt, eine einzige Leitung L1' vorgesehen, die von einer Einzelphasen-Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle auf der linken Seite Leistung an eine Last auf der rechten Seite liefert. Ebenfalls vorgesehen ist ein Einzelkontakt-Schaltkreisunterbrecher oder Motorstarter 45', der einen Kontakt A aufweist, um den Strom IL¹ zu unterbrechen. Der Stromfühler 12' kann der gleiche sein, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Der Lastwiderstandsmodul 18 ist gegenüber dem Lastwiderstandsmodul 18 der Fig. 1 unterschiedlich, wenn der Bereich des Stromes IL¹ wesentlich anders liegt als der Bereich des Stromes IL der Fig. 1.

60981 2/Π32 1

Der Modul für lange Beschleunigung 20, der Logikmodul für verzögerte Überlastauslösung 22, der Logikmodul für sofortige Überstromauslösung 24, der Logikmodul für Unterlastauslösung 28, die Feldtesttafel 32 und die Anzeige für Motorrückwärtslauf 34 sind gleichartig oder können von der gleichen Art sein wie die entsprechenden Moduln der Fig. 1. Dadurch zeigt sich bereits die vielfältige Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Schutzschaltapparates. Es sei darauf hingewiesen, daß hier kein Logikmodul für Phasenungleichgewichtsauslösung vorhanden ist, ebensowenig ein Logikmodul für Phasenausfallauslösung, da derartige Funktionen nur für mehrphasige Wechselstromnetze typisch sind. Es sei auch bemerkt, daß die Ausgänge der Moduln 22, 24 und 28 beispielsweise mit der Leitung 40 verbunden sind, die wiederum einen Eingang für den Ausgangsschalter 42 liefert, der seinerseits die Leitung 44 steuert und damit eine Auslösung des Schaltkreisunterbrechers 45" bewirkt.

In Fig. 3 ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung gezeigt, die bei einer Dreiphasenleitung mit einer dreiphasigen Versorgung verwendet werden kann und einen Motor M steuert, der eine dreiphasige Belastung darstellt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfassen die elektrischen und elektronischen Elemente den Stromfühler 12, den Lastwiderstandsmodul 18, den verzögerten Überlastauslösungsmodul 22, den Ausgangsschalter 42, den Modul für lange Beschleunigung 20 und den Schaltkreis-Unterbrecher 45. Diese Elemente sind in schematischer Form dargestellt. Ebenfalls in Blockform sind die schon beschriebenen Funktionsblocks 24, 26,

609812/0321

28, 30, 32 und 34 wie auch die Verbindungsanschlüsse 38 und 36, die Leitung 40 und die Ausgangsleitung oder die Ausgangsleitungen 44 dargestellt. Im vorliegenden Fall wird ein durch die Leitung L1 fließender Strom IL vom Transformator T1 im Stromfühler 12 erfaßt. Der Widerstand R1, der in dem Modul 18 gezeigt ist, umfaßt den bereits beschriebenen Widerstand, der den Lastbereich oder den Motorstrombereich festlegt. Es ist dieser Widerstand, über den die Ausgangsspannung V auftritt.

Die Widerstände R9, R10 und der Kondensator C1 bilden ein Zeitverzögerungsnetzwerk für den Überlast-Auslöseschalter, der die Transistoren Q3 und Q4 umfaßt. Der Zeitverzögerungskondensator C1 wird von dem Vollast-Abfühlschalter, der die Transistoren Q1 und Q2 umfaßt, im aufgeladenen Zustand gehalten, bis der Motor sich nahe am Überlastzustand befindet. Das Auslösesignal der Transistoren Q3 und Q4 wird durch das automatische Rückstell-Verzögerungsnetzwerk gehalten, das die Elemente C3, R13 und R14 umfaßt. Das Überlastrelais 80 ist mit einer manuellen Rückstellung, Relais RA1, ausgestattet. Das Relais RA1 wird betätigt und wird gehalten, um zu verhindern, daß der Motorstarter 45 betätigt wird. Die Motorstarterspule wird durch den Ausgangs-Serienschalter gesteuert, der den Thyristor SCR Q7 und die Gleichrichterbrücke B1 umfaßt. Der Ausgangs-Serienschalter SCR Q7 wird normalerweise von dem Rückstell-Steuerungsschalter, der die Transistoren Q5 und Q6 umfaßt, vorgespannt. Wenn ein Auslösesignal auftritt, wird der Rückstell-Steuerungsschalter für eine feste Zeitperiode abgeschaltet.

609812/0321

Die zum Leitungsstrom IL proportionale Gleichspannung, die über dem Widerstand R1 auftritt, wird im folgenden als "Eingangsspannung" bezeichnet.

Die Widerstände R3 und R5 bilden einen Spannungsteiler, der einen Bruchteil der Eingangsspannung zum Basiswiderstand R4 des Transistors Q1 liefert. Die Eingangsspannung, die dem vollen Laststrom entspricht, kann beispielsweise 10 V betragen. Bei Eingangsspannungen unterhalb von ungefähr 9,5 V beträgt die Spannung am Emitter von Q1 zumindest 0,7 V oberhalb der Spannung an seiner Basis. Somit wird Q1 eingeschaltet. Der Kollektorstrom des Transistors Q1 fließt durch den Widerstand R6 in die Basis des Transistors Q2. Der Transistor Q2 wird daher eingeschaltet und der Zeitverzögerungskondensator C1 auf einem Potential von ungefähr 0,8 V über Massepotential gehalten.

Wenn die Eingangsspannung über einen Wert von ungefähr 9,5 V ansteigt, kann die Spannung am Emitter des Transistors Q1 nicht über 7,7 V ansteigen, weil die Zenerdiode DI4 bei einer Spannung von ungefähr 8,4 V arbeitet (bei den Strompegeln, die von dem Serienwiderstand R12 zugelassen werden). Wenn die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände R4, R3 und R5 nicht ausreichend weit unterhalb dieses Wertes liegen, um dem Transistor Q1 zu ermöglichen, eingeschaltet zu verbleiben, hört der Kollektorstrom von Q1 auf, durch den Basiswiderstand R6 und damit in den Transistor Q2 zu fließen. Damit schaltet Q2 ab und der Zeitkondensator C1 beginnt sich durch die Widerstände R9 und R10 aufzuladen. Der Widerstand R7 verhindert ein ungewünschtes Einschalten von Q2

60981 2/0321

aufgrund von Restrückstrom durch den Kollektor-Basisübergang von Q2 aufgrund von hoher Temperatur. Die Diode D7 verhindert, daß C1 durch die Widerstände R12 und R8 geladen werden. Die Diode D8 verhindert/ daß C1 seine Ladung durch den ansonsten verhältnismäßig niedrigen Impedanzweg zur Masse über Diode D7, Widerstand R8 und Zenerdiode D14 beraubt wird.

Wenn der Vollast-Abfühlschalter Q1, Q2 abschaltet, beginnt der Zeitverzögerungskondensator C1 sich durch die Widerstände R9 und R1O aufzuladen. Die Geschwindigkeit der Aufladung hängt von dem Wert der Eingangsspannung ab: Je größer der Überlaststrom IL ist, desto schneller wird sich der Kondensator C1 aufladen. Der Auslöse-Signalschalter Q3 und Q4 verwendet die Zenerdiode D14 als Bezugsspannungseinrichtung. Solange die Spannung am Emitter von Q3 geringer ist als seine Basisspannung, verbleibt Q3 abgeschaltet. Der Transistor Q4 ist ebenfalls abgeschaltet und das Auslösesignal (Spannung über R11) ist Null. Wenn die Spannung an dem Emitter von Q3 (Spannung über C1) um 0,7 V die Spannung an der Basis von Q3 überschreitet, beginnt Q3 sich einzuschalten. Der Basis-Emitter-Strom durch Q4 beginnt Q4 einzuschalten und die Kollektor-Emitter-Spannung von Q4 abzusenken. Die verminderte Spannung am Verbindungspunkt vom Kollektor des Transistors Q4 und Basis des Transistors Q3 veranlaßt Q3, noch härter einzuschalten und erzeugt auf diese Weise das plötzliche Einschalten der Transistoreinrichtung, die die Transistoren Q3 und 04 umfaßt. Die Energie, die normalerweise von dem Kondensator C2 gespeichert ist, der durch Widerstand R12 und Diode D9 aufgeladen wurde, wird durch Transistor Q4 mittels seines plötzlichen Einschaltens ab-

609817/0321

geleitet. Der Hauptanteil der in C2 gespeicherten Energie wird über zwei parallele Wege beseitigt: Über den automatischen Rückstell-Verzögerungskondensator C3 und über die Relaiswicklung RA1. Der Widerstand R11 besitzt eine verhältnismäßig hohe Impedanz verglichen mit den anderen zwei parallelen Wegen, aber er liefert einen Weg nach Masse für die Transistoren Q4, wenn dieser normalerweise abgeschaltet ist. Die Dioden D1O und D11 isolieren C3 und RA1 voneinander.

Wenn ein Auslösesignal den Rückstell-Verzögerungskondensator C3 auflädt, wird der Rückstell-Kontrollschalter Q5, Q6 abgeschaltet und verbleibt abgeschaltet, bis sich C3 durch die Ruckste11-Verzögerungswider stände R13 und R14 auf einen Wert von ungefähr 2 V oder weniger entlädt. Der Ausgangs-Serienthyristor Q7, der normalerweise durchgeschaltet ist, wird ebenfalls für diese Zeitperiode abgeschaltet.

Unter normalen Bedingungen, wenn eine Steuerungs-Wechselspannung von 110 V der Starterwicklung K zugeführt wird, wird der Serienthyristor Q7 in jeder Halbwelle durchgeschaltet. Die vollwellige Wechselspannung (von B1 gleichgerichtet) erscheint über dem Anoden-Kathoden-Weg des Thyristors Q7. Wenn die Spannung an der Anode von Q7 auf 2 V oder mehr ansteigt, schaltet sich Q5 ein, vorausgesetzt, daß der Rückstell-Verzögerungskondensator C3 entladen ist. Der Kollektorstrom von Q5 fließt durch den Basis-Emitter-tibergang von Q6 in die Steuerelektrode des Thyristors Q7. Wenn der Thyristor Q7 einschaltet, fällt die Anoden-Kathoden-Spannung von Q7 auf ungefähr 1,5 V und der größte Teil der

609812/03 2 1

2B387O5

Wechselspannung erscheint über der Starterwicklung K.

Wenn ein Auslösesignal den Kondensator C3 auf mindestens 3 V oder mehr auflädt, wird zu Beginn der nächsten Halbwelle der Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q5 umgekehrt vorgespannt und Q5 schaltet nicht ein. Somit wird der Transistor Q6 abgeschaltet und kein Strom zur Steuerelektrode des Thyristors Q7 geliefert. Während die Wechselspannung weiter ansteigt, wird, wenn die Spannung am Emitter von Q5 ungefähr 2 1/2 bis 3 V erreicht, die lichtemittierende Diode (LED D13) und die Seriendiode D12 leiten. Dies verhindert, daß die Spannung am Emitter von Q5 weiter ansteigt und Q5 bleibt somit abgeschaltet. Während des verbleibenden Teils einer jeden Halbwelle wird die Spannung über Q7 weiter ansteigen und dann abfallen. Dies liefert genug Strom durch R19 und D13, um eine sichtbare Anzeige dafür zu geben, daß das Überlastrelais 80 den Starter 45 veranlaßt hat, auszulösen und sich zu öffnen. Wenn die Steuerwechselspannung an der Starterwicklung K entfernt wird, sobald das Überlastrelais 80 auslöst (wie in dem Fall, wenn der Starter 45 durch einen Druckknopfschalter sowie einen Hilfskontakt des Starters, der nicht gezeigt ist, betätigt wird), wird keine Spannung zur Verfügung stehen, um die lichtemittierende Diode D13 zum Leuchten zu bringen. Wenn der Starterknopf jedoch gedrückt wird und sich das Überlastrelais 80 noch im ausgelösten Zustand befindet, wird die Leuchtdiode D13 eingeschaltet und leuchten.

Der Widerstand R15 begrenzt den Kollektorstrom des Transistors Q6 auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert und der Widerstand R16

609812/0321

verhindert ein nicht gewünschtes Einschalten von Q6 aufgrund rückwärts gerichteten Leckstroms durch den Kollektor-Basistibergang von Q6 bei hohen Temperaturen. Der Widerstand R17 hilft, ein ungewünschtes Einschalten des Thyristors Q7 zu verhindern, wenn aufgrund von hoher Temperatur ein Leckstrom oder wenn Störimpulse auftreten. Der Widerstand R18 und der Kondensator C4 liefern ein Abflachungs-Netzwerk, um den Thyristor Q7 gegen eine ungewünschte Betätigung aufgrund eines übermäßigen dv/dt zu schützen.

Wenn der Schaltkreis mit einer manuellen Rückstellung versehen ist, wird die Relaiswicklung RA1 durch den durch D12 und D13 fließenden Strom sowie auch durch das Auslösesignal durch D1O erregt. Wenn die Spannung für die Starterwicklung K durch einen Druckknopf und einen Hilfskontakt des Starters (nicht gezeigt) geliefert wird, könnte die dem Thyristor Q7 zugeführte Spannung zu früh beseitigt werden, um die Wicklung RA1 zu erregen, falls der Hilfskontakt zu schnell betätigt wird. Dieser Zustand würde bewirken, daß der Rückstell-Schaltkreis im automatischen Betrieb arbeitet, und der Motor M könnte nach wenigen Minuten erneut gestartet werden, indem der Startknopf (nicht gezeigt) gedrückt wird, ohne daß es erforderlich wäre, den Rückstellknopf vorher zu betätigen. Aus diesem Grunde wird RA1 sowohl von dem Auslösesignal durch D1O als auch durch den über R19, D13 und D12 gelieferten Strom erregt.

Wenn die Relaiswicklung RA1 erregt wird, schließen sich die Kontakte und verbinden die Steuerelektrode des Thyristors Q7 mit

60981 2/032 1

der Kathode, wodurch der Thyristor Q7 abgeschaltet wird, wenn der Rückstell-Verzögerungskondensator C3 sich entladen hat, wird der Ausgangsserien-Thyristor Q7 sich wieder einschalten, wenn die Spannung der Starterspule K wieder zugeführt wird. Wenn die manuelle Rückstellung betätigt wird, bevor das Rückstell-Verzögerungsnetzwerk abgelaufen ist, öffnen sich die Relaiskontakte des Relais RA1, aber sie schließen sich wieder durch die Wicklung von RA1, wenn der Startknopf (nicht gezeigt) gedrückt wird, bevor die Rückstell-Verzögerungszeit abgelaufen ist. Der manuelle Rückstellmechanismus (nicht gezeigt) muß dann wiederum betätigt werden, bevor der Startknopf den Starter 45 auslösen kann. Wenn der manuelle Rückstellmechanismus betätigt wird, bevor die Rückstell-Verzögerungszeit abgelaufen ist, aber der Startknopf nicht gedrückt wird, bis die Rückstell-Verzögerungszeit abgelaufen ist, wird der Starter 45 ausgelöst. Auf jeden Fall kann der Starter nicht erregt werden, bevor nicht folgende drei Bedingungen erfüllt sind: Der manuelle Rückstellmechanismus wurde zumindest einmal betätigt; die Rückstell-Verzögerungszeit ist abgelaufen; und der Startknopf (nicht gezeigt) wurde gedrückt oder betätigt.

Es ist zu erkennen, daß das Auslösesignal mit Hilfe der Leitung 40 zu dem Ausgangsmodul 42 und dann über die Leitungen 44 zu dem Schaltkreis-Unterbrecher 45 gelangt, wo die Kontakte A, B und C unter entsprechenden Bedingungen geöffnet werden. Es ist zu erkennen, daß irgendeine der Einrichtungen 20, 22, 24, 26, 28 und 30 ein Ausgangssignal liefern können, das unabhängig von den übrigen ein Signal auf der Leitung 40 liefert, das eine Auslösung bewirkt.

ßO981?/O3?1

In Fig. 4 ist der Verlauf des Motorstromes in Prozent der Volllast über der Auslösezeit in Sekunden für ein Gerät gemäß Fig. 3 dargestellt. Unter normalen Bedingungen folgt die Abhängigkeit der Auslösezeit von der prozentualen Motorstrombelastung der Kurve 50. Wird jedoch eine Zenerdiode 20 (Fig. 3) zwischen den Anschlüssen 14 und 16 angeordnet, so ergibt sich eine Kennlinie, die als Kennlinie der langen Beschleunigung bezeichnet werden kann. Dies bedeutet, daß ein Motor oder eine andere Einrichtung, die eine lange Zeitdauer braucht, um sich zu beschleunigen und daher während dieser Zeitdauer einen Überlaststrom führt, so daß IL während einer langen Zeitperiode vorhanden ist, nicht notwendigerweise eine Auslösung des Unterbrechers 45 verursacht. Andere Unterbrecher, die nicht gezeigt sind und mit anderen Teilen der Leitungen L1, L2 und L3 verbunden sind, liefern einen Schutz gegenüber großer überlastung.

Abhängig von der Kennlinie der Zenerdiode 20 kann die Zeit, die für die Beschleunigung des Motors bis zu einem ziemlich hohen Überlastzustand verändert werden. Wenn beispielsweise eine Zenerdiode 20 gewählt wird, die zu der Kennlinie 52 der Fig. 4 führt, ist eine Zeitdauer von vollen 40 Sekunden im Überlastbereich zulässig, ohne daß der Unterbrecher 45 auslöst. Wenn andererseits die Zenerdiode 20 derart gewählt wird, daß sich die Kennlinie 54 der Fig. 4 ergibt, beträgt die Beschleunigungszeit nur 20 Sekunden, innerhalb der der Motor seine Geschwindigkeit erreichen muß, bevor eine Auslösung auftritt. Die Zenerdiode 20 kann aber auch so gewählt sein, daß sich die Charakteristik 56 der Figur ergibt, so daß nur 15 Sekunden zur Beschleunigung zugelassen werden. Die

60981 2/0321

Zenerdiode 20 kann im Meßfeld entsprechend den Überlasteigenschaften des durch das in Fig. 3 dargestellte System 10" zu
schützenden Gerätes ersetzt werden.

In Fig. 5 ist ein die Erfindung verwendendes Modulkonzept dargestellt. In diesem Falle sind die drei Phasenleitungen Li, L2 und I»3 so dargestellt, daß sie mit einer Dreiphasenbelastung auf der rechten Seite (nicht gezeigt) und einer Dreiphasenquelle auf der linken Seite (nicht gezeigt) verbunden sind. Ein Modul 12-42, der die Stromfühler 12 und den Ausgangsschalter 42 umfaßt, ist mit
den Leitungen L1, L2 und L3 verbunden. Die Anschlüsse 4Q, 16 und 14 sind vorgesehen, deren Funktionen bereits im Zusammenhang mit den anderen Figuren beschrieben wurden. Ein Einsteckmodul, wie
beispielsweise 22, der dem in den Fig. 1,2 und 3 dargestellten
Modul für verzögerte Überlastauslösung entspricht, besitzt Einsteckstifte, die mit den Anschlüssen 40, 16 und 14 des Moduls
12-42 verbindbar sind. Ein zweites Einsteckmodul, das das Modul
für sofortige Überstromauslösung 24 umfassen mag, ist mit anderen Stiften 40, 38 und 36 verbindbar, die sich auf dem Rückenteil des gerade beschriebenen Moduls 42 befinden mögen. Es ist zu erkennen, daß die Einsteckmoduln 42 und 24 getrennt oder miteinander vertauscht werden können. Der Modul 12-42 besitzt einen Satz von Ausgangsanschlüssen 44, die der in Fig. 1,2 und 3 dargestellten Leitung 44 entsprechen. An diese Leitung kann ein
Schaltkreis-Unterbrecher (nicht gezeigt) angeschlossen sein, der in den Fig. 1,2 und 3 allgemein mit 45 oder 45' bezeichnet
wurde.

609812/0321

Natürlich können auch bezüglich der verschiedenen Ausführunsformen der Erfindung andere Moduln an den Anschlüssen 38 und 36 vorgesehen werden, als sie in den Fig. 1,2 und 3 gezeigt wurden. Außerdem kann das dargestellte Schaltkreis-Schutzkonzept auch mit vielphasigen Geräten oder mit Gleichstromeinrichtungen verwendet werden. Auch kann der in Fig. 3 dargestellte Motor M durch ein anderes Gerät ersetzt werden. Auch die in Fig. 4 dargestellten Kurven 52, 54 und 56 stellen nur Beispiele für Arbeitskennlinien dar, die von der jeweils verwendeten Zenerdiode oder Zenerdioden-Einrichtung 20 abhängen.

Das Gerät, das gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, besitzt viele Vorteile. Ein Vorteil liegt darin, daß das Gerät über einen weiten Bereich von Arbeitskennlinien verwendet werden kann, einschließlich Strömen gemäß der vollen Nennleistung, die sich von Gerät zu Gerät stark ändern können. Ein anderer Vorteil liegt darin, daß das Gerät im Meßfeld geändert und neu programmiert werden kann, indem der Lastwiderstand 18 ersetzt wird. Ein dritter Vorteil liegt darin, daß beim Versagen eines der Arbeitsmoduln dieses Modul ersetzt werden kann, ohne daß das gesamte System erneuert werden muß. Ein anderer Vorteil liegt noch darin, daß die Einrichtungen, wie z. B. Motoren, die lange Anlaufperioden benötigen, um normale Geschwindigkeit nach dem Start zu erreichen, benutzt werden können, ohne daß eine unnötige Auslösung des Unterbrechers oder Motor Starters 45 oder 45' auftritt, wenn die gemäß Fig. 1,2 und 3 gezeigte Einrichtung 20 verwendet wird.

Patentansprüche: 609812/0321

Claims

Patentansprüche :

Stromempfindliches Schutzschaltsystem, gekennzeichnet durch Stromfühler (12) zur Erfassung der Größe des Stromes in einem elektrischen Stromkreis und zur Lieferung eines Ausgangs-Stromsignals, das zu dem Strom in dem elektrischen Stromkreis in Beziehung steht; durch austauschbare Lastwiderstandseinrichtungen (18), die mit dem Ausgangs-Stromsignal des Stromfühlers (12) verbindbar ist, einschließlich Einrichtungen zur Umsetzung des Ausgangs-Stromsignals in eine Spannung, deren Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches veränderlich ist, unabhängig von dem Wert des Stromes in dem elektrischen Stromkreis; zumindest ein austauschbarer Modul (22, 24, 26 oder 28), der zur Lastwiderstandseinrichtung (18) parallelgeschaltet werden kann, um auswählbar einen in den elektrischen Stromkreis eingeschalteten Unterbrecher (45, 45') auszulösen, wobei zumindest ein Modul in dem vorbestimmten Spannungsbereich arbeitet; und durch Ausgangs-Schaltereinrichtungen (42), die mit dem austauschbaren Modul verbunden sind, um den Unterbrecher (45, 45') auszulösen und damit den elektrischen Schaltkreis zu öffnen, wenn die Auslösefunktion auftritt.
2. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Moduln (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) gibt, die zueinander und zu der Lastwiderstandseinrichtung (18) parallelgeschaltet werden können und jeweils unabhängig in der Lage sind, die Auslösefunktion auszulösen.

609812/0 3 21
3. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites austauschbares Modul (32) vorgesehen ist, das in der Lage ist, eine Anzeigefunktion vorzunehmen, wobei das zweite Modul (32) nur in dem vorbestimmten Spannungsbereich arbeitet.
4. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul eine Überlasteinrichtung (22) darstellt, die eine verzögerte Überlastauslösung bewirkt.
5. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul ein Modul umfaßt, das eine sofortige überStromauslösung bewirkt .
6. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, insbesondere für mehrphasige Netze, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul auf Phasenausfall reagiert.
7. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul für Unterlastauslösung ausgeführt ist.
8. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 1, insbesondere für mehrphasige Netze, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul eine Phasenungleichgewichtsauslösung bewirkt.

609812/0321
9. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das austauschbare Modul eine Feldtest-Schalttafel (32) umfaßt.
10. Stromempfindliches Schutzschaltsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite austauschbare Modul eine Anzeige für überlastzustand (34) umfaßt.

ES/hs 5

609812/0321

Leerseite