DE3884204T2 - Overcurrent protection switch. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schaltkreisunterbrecher mit einer Schaltvorrichtung für den Übersprungschutz.The invention relates to a circuit breaker with a switching device for jump-over protection.
Ein Beispiel eines solchen Schaltkreisunterbrechers ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 32211/1985 und in der EP-A-0 133 968 gezeigt. Er umfaßt einen Stromwandler zum Erfassen eines Fehlerstroms in einer Leitung. Der Ausgangsstrom des Stromwandlers wird in ein Gleichstromsignal über einen Vollwellengleichrichter umgewandelt und dann einem Shunt-Kreis zugeführt. Die Wellenform der in dem Shunt-Kreis induzierten Signalspannung ist die allgemein bekannte Absolutwertwellenform. Das Ausgangssignal des Shunt-Kreises wird in ein Signal entsprechend seinem Effektivwert oder Mittelwert in einem Signalwandlungskreis umgewandelt.An example of such a circuit breaker is shown in Japanese Laid-Open Patent Application No. 32211/1985 and EP-A-0 133 968. It comprises a current transformer for detecting a fault current in a line. The output current of the current transformer is converted into a DC signal via a full-wave rectifier and then supplied to a shunt circuit. The waveform of the signal voltage induced in the shunt circuit is the well-known absolute value waveform. The output signal of the shunt circuit is converted into a signal corresponding to its effective value or average value in a signal conversion circuit.
Das Ausgangssignal des Signalwandlungskreises wird einem Fehlerverarbeitungskreis zugeführt, und wenn der Fehlerstrom eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wird ein Pegelerfassungssignal einem Zeitverzögerungskreis zugeführt, der eine bestimmte Zeitverzögerung durchführt und das Gate eines Thyristors triggert, um eine Überstromschaltspule des Typs des Lösens zu erregen und einen Leitungskontakt zu öffnen und den Strom in der Leitung zu unterbrechen.The output signal of the signal conversion circuit is supplied to a fault processing circuit, and when the fault current exceeds a predetermined threshold, a level detection signal is supplied to a time delay circuit, which performs a certain time delay and triggers the gate of a thyristor to energize a release-type overcurrent switching coil and open a line contact and interrupt the current in the line.
In diesem Fall ist ein Spannungsversorgungskreis für den Fehlerverarbeitungskreis parallel zu dem Shunt- Kreis geschaltet.In this case, a power supply circuit for the error processing circuit is connected in parallel to the shunt circuit.
In der oben beschriebenen Anordnung fließt ein Teil des Sekundärstroms des Stromwandlers, der zur Erfassung eines Stroms verwendet wird, durch den Spannungsversorgungskreis. Als Ergebnis entspricht der durch den Shunt-Kreis fließende Strom nicht demjenigen, der durch die Wechselstromleitung fließt, und ein Fehler tritt im Erfassungspegel des Fehlerstroms auf. Da der durch die Spannungsversorgung fließende Strom nicht festgelegt ist, ist eine Korrektur des Fehlers in der Fehlerstrom-Pegelerfassung schwierig.In the arrangement described above, a part of the secondary current of the current transformer used to detect a current flows through the power supply circuit. As a result, the current flowing through the shunt circuit does not match that flowing through the AC line, and an error occurs in the detection level of the fault current. Since the current flowing through the power supply is not fixed, it is difficult to correct the error in the fault current level detection.
Eine Maßnahme zur Verbesserung der Genauigkeit der Pegelerfassung des Fehlerstroms ist in der japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 29931/1980 offenbart. In der Vorrichtung ist allerdings der einen Kondensator bildende Teil des Zeitverzögerungskreises einem Leckstrom zugeordnet. Im Falle eines Kurzzeit-Verzögerungskreises ist der Leck- oder Verluststrom sehr klein im Vergleich mit dem Fehlerstrom und die Leckzeit beträgt etwa 10 msec, so daß das Problem nicht schwerwiegend ist. Im Falle eines Langzeitverzögerungs-Schaltkreises ist selbst, wenn der Verluststrom so gering wie 0,5 uA ist, der Verluststrom und der Ladungsstrom gleich, wenn der Strom 1 uA beträgt und die Zeitverzögerungsoperation ist doppelt zu der des Nennwertes. Somit weicht er von dem Nennwert ab.A measure for improving the accuracy of level detection of the leakage current is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 29931/1980. In the device, however, the capacitor-forming part of the time delay circuit is associated with a leakage current. In the case of a short-time delay circuit, the leakage current is very small compared with the leakage current and the leakage time is about 10 msec, so that the problem is not serious. In the case of a long-time delay circuit, even if the leakage current is as small as 0.5 µA, the leakage current and the charge current are equal when the current is 1 µA and the time delay operation is double that of the rated value. Thus, it deviates from the rated value.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Probleme zu lösen.An object of the invention is to solve the problems described above.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltkreisunterbrecher mit einer verbesserten Genauigkeit in der Pegelerfassung des Fehlerstroms und einer verbesserten Zeitverzögerungsoperation zur Verfügung zu stellen.Another object of the invention is to provide a circuit breaker with improved accuracy in the level detection of the fault current and to provide an improved time delay operation.
Die EP-A-289 011 offenbart eine Schaltkreis-Unterbrechervorrichtung mit einem Leitungskontakt, der in eine Wechselstromleitung eingefügt ist;EP-A-289 011 discloses a circuit breaking device having a line contact inserted into an AC line;
einem Stromwandler zum Erfassen des durch den Leitungskontakt fließenden Stroms;a current transformer for detecting the current flowing through the line contact;
einem Gleichrichterkreis, der mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers verbunden ist, um den Sekundärwechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln;a rectifier circuit connected to the secondary winding of the current transformer to convert the secondary alternating current into a direct current;
einem Gleichstrom-Konstant-Spannungsversorgungskreis, der zwischen die Ausgangsklemmen des Gleichrichterkreises geschaltet ist und der positive, negative und Zwischenausgangsklemmen zum Erzeugen eines positiven, negativen und eines Zwischenpotentials aufweist;a DC constant voltage supply circuit connected between the output terminals of the rectifier circuit and having positive, negative and intermediate output terminals for generating a positive, negative and intermediate potential;
einem Stromerfassungswiderstand, der in Reihe mit dem Spannungsversorgungskreis geschaltet ist;a current sensing resistor connected in series with the power supply circuit;
einem Differenzverstärkerkreis, der von dem Ausgangssignal des Spannungsversorgungskreises versorgt wird und den Spannungsabfall über den Stromerfassungswiderstand, der proportional zu dem gleichgerichteten Strom ist, in ein Ausgangssignal umwandelt, das ein zwischen dem positiven und dem negativen Potential liegendes und das Zwischenpotential als Referenzpotential nehmendes Potential aufweist;a differential amplifier circuit which is supplied by the output signal of the power supply circuit and converts the voltage drop across the current detection resistor, which is proportional to the rectified current, into an output signal which has a potential lying between the positive and the negative potential and taking the intermediate potential as a reference potential;
einem Zeitverzögerungskreis, der von dem Spannungsversorgungskreis versorgt wird und das zu dem gleichgerichteten Strom proportionale Ausgangssignal des Differenzverstärkers empfängt und eine bestimmte Zeitverzögerung in bezug auf eine vorbestimmte Größe des gleichgerichteten Stroms erzeugt;a time delay circuit supplied by the voltage supply circuit and receiving the output signal of the differential amplifier proportional to the rectified current and producing a certain time delay with respect to a predetermined magnitude of the rectified current;
einem Schalterkreis, der in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal von dem Verzögerungskreis von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand gebracht wird;a switching circuit which, in accordance with the output signal from the delay circuit, is switched by a from an open state to a closed state;
einer elektromagnetischen Schaltspule, die in Reihe mit dem Schalterkreis geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung zwischen elektromagnetischer Schaltspule und Schalterkreis von dem Ausgangssignal des Gleichrichterkreises versorgt wird; undan electromagnetic switching coil connected in series with the switching circuit, the series connection between the electromagnetic switching coil and the switching circuit being supplied by the output signal of the rectifier circuit; and
einem Schaltmechanismus, der erregt wird, wenn die elektromagnetische Schaltspule stromführend ist, wobei der Zeitverzögerungskreis einen Langzeitverzögerungs-Schaltkreis umfaßt.a switching mechanism that is energized when the electromagnetic switching coil is energized, wherein the time delay circuit comprises a long time delay circuit.
US-A-3803455 entsprechend der DE-A-2400084 offenbart einen Mehrphasen-Schaltkreisunterbrecher mit unterschiedlichen Zeitkreisen, die jeweils übliche Widerstands-Kondensatorkombinationen umfassen.US-A-3803455 corresponding to DE-A-2400084 discloses a multiphase circuit breaker with different timing circuits, each comprising conventional resistor-capacitor combinations.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt der Langzeitverzögerungs-Schaltkreis einen Kondensator, der von einem einem Fehlerstrom entsprechenden Strom aufgeladen wird und einen Stromkompensationskreis aufweist, der eine Konstantstromquelle umfaßt, die dem Kondensator einen Strom gleich einem maximalen Verluststrom des Kondensators liefert, um den Verluststrom zu kompensieren.In contrast to the prior art and in accordance with the present invention, the long-time delay circuit includes a capacitor charged by a current corresponding to a fault current and a current compensation circuit including a constant current source supplying to the capacitor a current equal to a maximum leakage current of the capacitor to compensate for the leakage current.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine Schaltkreis- Unterbrechervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.Fig. 1 is a circuit diagram showing a circuit breaker device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines Langzeit-Verzögerungskreises zeigt.Fig. 2 is a circuit diagram showing an example of a long-time delay circuit.
Fig. 3 ist eine Kennlinie, die die Betriebseigenschaften der Schaltkreis-Unterbrechervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.Fig. 3 is a characteristic curve showing the operational characteristics of the circuit breaking device according to the present invention.
Fig. 4 ist ein Schaltbild eines Beispieles des in der Schaltkreis-Unterbrechervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eingeschlossenen Spannungsversorgungskreises.Fig. 4 is a circuit diagram of an example of the power supply circuit included in the circuit breaker device according to the present invention.
Fig. 5 ist ein Schaltbild eines Beispieles eines Kurzzeitverzögerungs-Schaltkreies.Fig. 5 is a circuit diagram of an example of a short-time delay circuit.
Der Schaltkreisunterbrecher nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechend Fig. 1 ist einer Leitung 11 eines elektrischen Spannungsversorgungssystems oder einem Schaltkreis zugeordnet, die geschützt werden sollen. Das elektrische System kann jeder beliebigen Art sein, wie ein Einphasensystem oder ein Mehrphasensystem. In Fig. 1 ist nur eine einzige Leitung zum Zwecke der Vereinfachung dargestellt.The circuit breaker according to an embodiment of the invention shown in Fig. 1 is associated with a line 11 of an electrical power supply system or circuit to be protected. The electrical system may be of any type, such as a single-phase system or a multi-phase system. In Fig. 1, only a single line is shown for the purpose of simplification.
Ein Schaltkreisunterbrecher umfaßt einen Schaltkreisunterbrecher-Mechanismus 100, und ein Leitungskontakt 201 ist für die Isolierung oder Trennung der unterschiedlichen Bereiche des elektrischen Systems unter bestimmten anomalen oder fehlerhaften Bedingungen, wie eine Überstrombedingung, vorgesehen. Der Schaltkreisunterbrecher-Mechanismus 100 kann eine elektromagnetische Schaltspule 80 umfassen, die, wenn sie erregt wird, während der Leitungskontakt 201 geschlossen ist, ein Schalten oder Öffnen des Leitungskontaktes 201 bewirkt.A circuit breaker includes a circuit breaker mechanism 100 and a line contact 201 for isolating or separating the different areas of the electrical system under certain abnormal or faulty conditions, such as an overcurrent condition. The circuit breaker mechanism 100 may include an electromagnetic Switching coil 80 which, when energized while the line contact 201 is closed, causes switching or opening of the line contact 201.
Um einen Ausgangsstrom zu erhalten, der im wesentlichen proportional zu dem Leitungsstrom in der Leitung 11 ist, ist ein Stromwandler 21 vorgesehen, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Der Stromwandler 21 wird in Übereinstimmung mit dem Leitungsstrom der Leitung 11 erregt.In order to obtain an output current which is substantially proportional to the line current in the line 11, a current transformer 21 is provided as shown in Fig. 1. The current transformer 21 is energized in accordance with the line current of the line 11.
Der Stromwandler 21 weist eine sekundäre Ausgangswicklung auf, die mit den Wechselstromanschlüssen eines Brückenvollweg-Gleichrichterkreises 30 verbunden ist, der den sekundärseitigen Ausgangsstrom des Stromwandlers 21 gleichrichtet. Der Gleichrichterkreis 30 umfaßt eine Reihenschaltung von Dioden 31 und 32 und eine andere Reihenschaltung von Dioden 33, 34.The current transformer 21 has a secondary output winding connected to the AC terminals of a bridge full-wave rectifier circuit 30 which rectifies the secondary output current of the current transformer 21. The rectifier circuit 30 comprises a series connection of diodes 31 and 32 and another series connection of diodes 33, 34.
Ein Spannungsversorgungskreis 500 ist vorgesehen, um das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises 30 zu empfangen. Genauer gesagt, ist ein erster Eingangsanschluß 5b des Spannungsversorgungskreises 500 mit dem positiven Gleichstromausgangsanschluß des Gleichrichterkreises 30 verbunden. Der Spannungsversorgungskreis 500 weist einen positiven Ausgangsanschluß 5a, einen negativen Ausgangsanschluß 5d und einen Zwischenanschluß 5c auf. Der Zwischenanschluß 5c ist geerdet. Das Potential an dem positiven Ausgangsanschluß 5a ist positiv in bezug auf den und 12 V höher als der Zwischenanschluß 5c. Das Potential an dem negativen Anschluß 5d ist negativ in bezug auf den und ungefähr 3 V niedriger (negativer) als der Zwischenanschluß 5d. Der negative Ausgangsanschluß 5d ist über einen Stromerfassungswiderstand 400 an einen negativen Gleichstromausgangsanschluß des Gleichrichterkreises 30 angeschlossen. Somit fließt ein vollwellengleichgerichteter Strom entsprechend dem Leitungsstrom in der Leitung 11 durch den Erfassungswiderstand 40.A power supply circuit 500 is provided to receive the output signal of the rectifier circuit 30. More specifically, a first input terminal 5b of the power supply circuit 500 is connected to the positive DC output terminal of the rectifier circuit 30. The power supply circuit 500 has a positive output terminal 5a, a negative output terminal 5d and an intermediate terminal 5c. The intermediate terminal 5c is grounded. The potential at the positive output terminal 5a is positive with respect to and 12 V higher than the intermediate terminal 5c. The potential at the negative terminal 5d is negative with respect to and approximately 3 V lower (more negative) than the intermediate terminal. 5d. The negative output terminal 5d is connected to a negative DC output terminal of the rectifier circuit 30 through a current sensing resistor 400. Thus, a full-wave rectified current corresponding to the line current in the line 11 flows through the sensing resistor 40.
Ein Beispiel des Spannungsversorgungskreises 500 ist in Fig. 4 dargestellt. Wie gezeigt ist, umfaßt er eine Reihenverbindung eines Widerstandes 500a und einer Zehner-Diode 500b, die zwischen die Anschlüsse 5b und 5c geschaltet sind. Die Zehner-Diode 500b weist eine Zehnerspannung von ungefähr 12 V auf. Der Spannungsversorgungskreis 500 umfaßt weiterhin eine Reihenschaltung von drei Dioden 500c, an denen ein Vorwärtsspannungsabfall auftritt, der ungefähr 2 V beträgt und die zwischen die Anschlüsse 5d und 5c geschaltet sind, weiterhin eine Diode 500e, deren Anode mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 500a und der Zehner-Diode 500b verbunden ist und deren Kathode an den Anschluß 5a angeschlossen ist, und einen Kondensator 500d, der zwischen die Anschlüsse 5a und 5c geschaltet ist, und einen anderen Kondensator 500f, der zwischen den Anschlüssen 5c und 5d liegt. Die Kondensatoren 500d und 500f stabilisieren die Spannung über die Anschlüsse 5a, 5c und 5d. Die Diode 500e verhindert eine Entladung der Kondensatoren 500d und 500f.An example of the power supply circuit 500 is shown in Fig. 4. As shown, it comprises a series connection of a resistor 500a and a Zener diode 500b connected between the terminals 5b and 5c. The Zener diode 500b has a Zener voltage of approximately 12 V. The voltage supply circuit 500 further comprises a series connection of three diodes 500c, across which a forward voltage drop occurs which is approximately 2 V and which are connected between the terminals 5d and 5c, a diode 500e, the anode of which is connected to the connection point between the resistor 500a and the Zener diode 500b and the cathode of which is connected to the terminal 5a, and a capacitor 500d which is connected between the terminals 5a and 5c, and another capacitor 500f which is connected between the terminals 5c and 5d. The capacitors 500d and 500f stabilize the voltage across the terminals 5a, 5c and 5d. The diode 500e prevents the capacitors 500d and 500f from discharging.
Eine Differenzverstärkerkreis 60 verstärkt den Spannungsabfall über den Stromerfassungswiderstand 40, und zur gleichen Zeit verschiebt er den Pegel des Potentials, das unter dem Erdpotential liegt, in ein Signal mit dem Zwischenpotential V&sub0; des Spannungsversorgungskreises 500 als Referenz. Anders gesagt, erzeugt der Differenzverstärkerkreis 60 über eine Ausgangssignalleitung und eine Erdleitung ein Ausgangssignal Vout, das in seiner Größe dem Spannungsabfall über den Stromerfassungswiderstand entspricht. Der Differenzverstärkerkreis 60 umfaßt einen Operationsverstärker 63 und vier Widerstände 64, 65, 66 und 67. Die Versorgung für den Differenzverstärkerkreis 60 wird von dem Spannungsversorgungskreis 500 geliefert. Die Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkerkreises 60 sind mit beiden Enden des Stromerfassungswiderstandes 40 verbunden.A differential amplifier circuit 60 amplifies the voltage drop across the current sensing resistor 40 and at the same time shifts the level of the potential which is below the ground potential into a signal with the intermediate potential V₀ of the power supply circuit 500 as a reference. In other words, the differential amplifier circuit 60 produces an output signal Vout through an output signal line and a ground line, which corresponds in magnitude to the voltage drop across the current sensing resistor. The differential amplifier circuit 60 comprises an operational amplifier 63 and four resistors 64, 65, 66 and 67. The supply for the differential amplifier circuit 60 is provided by the power supply circuit 500. The input terminals of the differential amplifier circuit 60 are connected to both ends of the current sensing resistor 40.
Die Verstärkung A des Differenzverstärkerkreises 60 ist:The gain A of the differential amplifier circuit 60 is:
A = Vout/Vin = Rout/Rin,A = Vout/Vin = Rout/Rin,
wobei Rin = R64 = R66where Rin = R64 = R66
und Rout = R65 = R67and Rout = R65 = R67
ist. Hier sind R64, R65, R66 und R67 Widerstandswerte der Widerstände 64, 65, 66 und 67.Here, R64, R65, R66 and R67 are resistance values of resistors 64, 65, 66 and 67.
Damit der Differenzverstärkerkreis 60 richtig arbeitet, sollten die Eingangspotentiale V&sub1; und V&sub2; zwischen dem positiven und dem negativen Potential liegen, die seinem positiven und negativen Spannungsversorgungsanschluß zugeführt werden.For the differential amplifier circuit 60 to operate properly, the input potentials V₁ and V₂ should be between the positive and negative potentials applied to its positive and negative power supply terminals.
Ein Zeitverzögerungskreis 70 umfaßt einen Sofortschaltkreis 230, einen Kurzzeitverzögerungs-Schaltkreis 220 und einen Langzeitverzögerungs-Schaltkreis 170. Die Ausgangsanschlüsse des Langzeitverzögerungs- Schaltkreises 170, des Kurzzeitverzögerungs-Schaltkreises 220 und des Sofortschaltkreises 230 sind parallel zueinander geschaltet und haben einen Ausgangsanschluß 70a.A time delay circuit 70 includes an instantaneous circuit 230, a short-term delay circuit 220, and a long-term delay circuit 170. The output terminals of the long-term delay circuit 170, the short-term delay circuit 220, and the instantaneous circuit 230 are connected in parallel to each other and have an output terminal 70a.
Der Sofortschaltkreis 230 ist mit dem Eingangsanschluß des Differenzverstärkerkreises 60 verbunden. Parallel zu dem Sofortschaltkreis 230 liegen eine Reihenschaltung eines Spitzenwert-Wandlerkreises 210 und des Kurzzeitverzögerungs-Schaltkreises 220 und eine andere Reihenschaltung eines Spitzenwert-Wandlerkreises 211 und des Sofortschaltkreises 170. Die jeweiligen Spitzenwert-Wandlerkreise 210 und 211 wandeln das Eingangssignal der vollwellengleichgerichteten Wellenform in ein kontinuierliches Gleichstromsignal um, das ein Größenproportional zu dem Spitzenwert des Eingangssignals aufweist.The instantaneous circuit 230 is connected to the input terminal of the differential amplifier circuit 60. In parallel with the instantaneous circuit 230 are a series connection of a peak converter circuit 210 and the short time delay circuit 220 and another series connection of a peak converter circuit 211 and the instantaneous circuit 170. The respective peak converter circuits 210 and 211 convert the input signal of the full-wave rectified waveform into a continuous DC signal having a magnitude proportional to the peak value of the input signal.
Die elektromagnetische Schaltspule 80 ist über einen Schalter 120 mit dem positiven und dem negativen Gleichstromanschluß des Gleichrichterkreises 30 verbunden. Ein nicht dargestellter Anker, der durch die elektromagnetische Schaltspule 80 angetrieben wird, ist mechanisch über den Schaltkreisunterbrecher-Mechanismus 100 mit dem Leitungskontakt 201 gekoppelt. Wenn der Schalter 120 von seinem offenen Zustand in seinen geschlossenen Zustand übergeht, ist der Leitungskontakt 201 geöffnet.The electromagnetic switching coil 80 is connected to the positive and negative DC terminals of the rectifier circuit 30 via a switch 120. An armature (not shown) driven by the electromagnetic switching coil 80 is mechanically coupled to the line contact 201 via the circuit breaker mechanism 100. When the switch 120 changes from its open state to its closed state, the line contact 201 is opened.
Ein unterspannungsbetrieb-Sperrkreis 50 ist zwischen den positiven und den negativen Ausgangsanschluß 5a und 5b des Spannungsversorgungskreises 500 geschaltet. Ein Schalter 55 wird von dem Unterspannungsbetrieb-Sperrkreis 50 gesteuert.An undervoltage operation blocking circuit 50 is connected between the positive and negative output terminals 5a and 5b of the power supply circuit 500. A switch 55 is controlled by the undervoltage operation blocking circuit 50.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Langzeitverzögerungs- Schaltkreises 170. Wie dargestellt, umfaßt er einen Komparator 35, der an einem Eingangsanschluß ein Ausgangssignal e des Spitzenwertwandlerkreises 211 erhält. Ein Langzeitverzögerungsschaltstrom-Referenzspannungsvorgabekreis 37 ist mit dem anderen Eingangsanschluß des Komparators 35 verbunden, um einen Nennstromwert als Referenz vorzugeben. Ein Schalter 36 wird durch den Komparator 35 gesteuert, der normalerweise geschlossen ist, aber im Falle eines Überstroms geöffnet wird.Fig. 2 shows an example of the long-term delay circuit 170. As shown, it comprises a comparator 35 which receives an output signal e of the peak converter circuit 211 at an input terminal. A long-term delay switching current reference voltage setting circuit 37 is connected to the other input terminal of the comparator 35 to provide a rated current value as a reference. A switch 36 is controlled by the comparator 35 which is normally closed but is opened in the event of an overcurrent.
Ein Langzeitverzögerungs-Schaltkondensator 38 und ein Entladungswiderstand 39 sind parallel zu dem Schalter 36 geschaltet. Der Entladungswiderstand 39 ist für die Entladung des Kondensators 38 mit einer vorbestimmten Zeitkonstante vorgesehen. Die Zeitkonstante des Widerstandes 39 und des Kondensators 38 ist so gewählt, daß sie der Zeitkonstanten der Hitzeverteilung der Leitung entspricht. Der Verbindungspunkt a, der den Kondensator 38 und den Widerstand 39 verbindet, ist mit dem Ausgang eines Spannungs/Stromwandlerkreises 44 verbunden. Der Eingang des Spannungs/- Stromwandlerkreises 44 ist so geschaltet, daß er das Ausgangssignal e des Spitzenwert-Wandlerkreises 211 empfängt. Das Ausgangssignal des Spannungs/Stromwandlerkreises 44 ist proportional zu dem Quadrat des Eingangssignals.A long delay switch capacitor 38 and a discharge resistor 39 are connected in parallel with the switch 36. The discharge resistor 39 is designed to discharge the capacitor 38 with a predetermined time constant. The time constant of the resistor 39 and the capacitor 38 is selected to correspond to the time constant of the heat distribution of the line. The junction point a connecting the capacitor 38 and the resistor 39 is connected to the output of a voltage/current converter circuit 44. The input of the voltage/current converter circuit 44 is connected to receive the output signal e of the peak converter circuit 211. The output signal of the voltage/current converter circuit 44 is proportional to the square of the input signal.
Der Ausgangsstrom I1 des Spannungs/Stromwandlerkreises 44 fließt in den Kondensator 38 für die Aufladung desselben.The output current I1 of the voltage/current converter circuit 44 flows into the capacitor 38 for charging the same.
Der Verbindungspunkt a ist gleichfalls mit dem Eingangsanschluß eines Komparators 41 verbunden. Ein Langzeit-Referenzspannungsvorgabekreis 42 ist mit dem anderen Eingangsanschluß des Komparators 41 verbunden, um ein Potential entsprechend der Langzeitverzögerungsoperation zu liefern, das zu der Referenz für den Komparator 41 wird.The connection point a is also connected to the input terminal of a comparator 41. A long-time reference voltage setting circuit 42 is connected to the other input terminal of the comparator 41 to provide a potential corresponding to the long-time delay operation, which becomes the reference for the comparator 41.
Ein Stromkompensationskreis 43 ist zwischen den Verbindungspunkt a und den positiven Gleichstrom-Ausgangsanschluß 5a geschaltet. Der Stromkompensationskreis 43 dient zur Kompensation des Verluststroms des Kondensators 38. Der Verluststrom des Kondensators 38 wird als nicht größer als 0,5 uA angesehen, und der Stromkompensationskreis 43 umfaßt eine Konstantstromquelle, die 0,5 uA zum Kompensieren des maximalen Verluststroms liefert.A current compensation circuit 43 is connected between the connection point a and the positive DC output terminal 5a. The current compensation circuit 43 serves to compensate the leakage current of the capacitor 38. The leakage current of the capacitor 38 is considered to be not greater than 0.5 µA, and the current compensation circuit 43 includes a constant current source which supplies 0.5 µA to compensate the maximum leakage current.
Ein Kurzzeitverzögerungs-Schaltkreis 220 ist in Fig. 5 dargestellt. Er ist ähnlich zu dem Langzeitverzögerungs-Schaltkreis 170. Wie dargestellt, umfaßt er einen Komparator 221, einen Schalter 222, einen Kurzzeitschaltstrom-Einstellkreis 223, einen Spannungs/- Stromwandlerkreis 224, einen Kondensator 225, einen Widerstand 226, einen Komparator 227 und einen Kurzzeitverzögerungszeit-Referenzspannungs-Einstellkreis 228, die ähnlich zu dem Komparator 35, dem Schalter 36, dem Spannungs/Stromwandlerkreis 44, dem Langzeitverzögerungs-Schaltstrom-Referenz spannungs-Einstellkreis 37, dem Kondensator 38, dem Widerstand 39, dem Komparator 41 und dem Langzeitverzögerungszeit-Referenzspannungs-Einstellkreis 42 sind. Allerdings ist das Ausgangssignal des Spannungs/Stromwandlers 224 proportional zu seinem Eingangssignal.A short-time delay circuit 220 is shown in Fig. 5. It is similar to the long-time delay circuit 170. As shown, it includes a comparator 221, a switch 222, a short-time switching current setting circuit 223, a voltage/current converter circuit 224, a capacitor 225, a resistor 226, a comparator 227 and a short-time delay time reference voltage setting circuit 228, which are similar to the comparator 35, the switch 36, the voltage/current converter circuit 44, the long-time delay switching current reference voltage setting circuit 37, the capacitor 38, the resistor 39, the comparator 41 and the long-time delay time reference voltage setting circuit 42. However, the output signal of the voltage/current converter 224 is proportional to its input signal.
Die Betriebsweise der oben beschriebenen Anordnung wird im folgenden beschrieben.The operation of the arrangement described above is described below.
Wenn ein Strom durch die Wechselstromleitung 11 fließt, fließt ein Sekundärstrom durch die Sekundärwicklung des Stromwandlers 21. Die Größe des Sekundärstroms wird durch das Wandlerverhältnis bestimmt. Der Sekundärstrom wird in einen gleichgerichteten Strom durch den Gleichrichterkreis 30 umgewandelt. Der Ausgangsstrom vom Gleichrichterkreis 30, der ein vollwellengleichgerichteter Strom entsprechend der Wechselstromleitung 11 ist, geht durch die Spannungsversorgung 500 und den Stromerfassungswiderstand 40.When a current flows through the AC line 11, a secondary current flows through the secondary winding of the current transformer 21. The magnitude of the secondary current is determined by the transformer ratio. The secondary current is converted into a rectified current by the rectifier circuit 30. The output current from the rectifier circuit 30, which is a full-wave rectified current corresponding to the AC line 11, passes through the power supply 500 and the current detection resistor 40.
Wenn ein vollwellengleichgerichteter Strom durch den Spannungsversorgungskreis 500 fließt, werden die Ausgangsanschlüsse 5a und 5d des Spannungsversorgungskreises 500 Potentiale +V (= ungefähr +12 V) und -V (= ungefähr -2V) erzeugen, bzw. wenn das Potential an dem Zwischenanschluß 5c als Referenz Vo (= 0V) gewählt wird.When a full-wave rectified current flows through the power supply circuit 500, the output terminals 5a and 5d of the power supply circuit 500 will produce potentials +V (= approximately +12 V) and -V (= approximately -2 V), respectively, when the potential at the intermediate terminal 5c is selected as a reference Vo (= 0 V).
Der Differenzverstärkerkreis 60 wird von dem Spannungsversorgungskreis 500 versorgt und das Eingangssignal des Differenzverstärkerkreises 60 wird über den Stromerfassungswiderstand 40 geliefert. Die Verstärkung A des Differenzverstärkerkreises 60 ist gegeben durchThe differential amplifier circuit 60 is supplied by the power supply circuit 500 and the input signal of the differential amplifier circuit 60 is supplied via the current sensing resistor 40. The gain A of the differential amplifier circuit 60 is given by
A = Vout/Vin = Rout/Rin,A = Vout/Vin = Rout/Rin,
wie zuvor dargelegt wurde.as previously stated.
Wenn der Leitungsstrom, wie er durch das Ausgangssignal des Differenzverstärkerkreises 60 repräsentiert wird, den Bereich des Sofortschaltstroms, den Kurzzeitverzögerungs-Schaltbereich und den Langzeitverzögerungs-Schaltbereich überschreitet, wie in Fig. 3 gezeigt wird, d. h. wenn die Größe des Leitungsstroms, wie sie durch die Größe des Stroms des Differenzverstärkerkreises 60 repräsentiert wird, einen Überstromwert für eine Zeit längs der Kennlinie überschreitet oder kontinuierlich überschreitet, wird ein Ausgangssignal entsprechend dem jeweiligen Langzeitverzögerungs-Schaltkreis 170, Kurzzeitverzögerungs- Schaltkreis 220 oder Sofortschaltkreis 230 erzeugt.When the line current as represented by the output signal of the differential amplifier circuit 60 exceeds the instantaneous switching current range, the short-time delay switching range and the long-time delay switching range as shown in Fig. 3, that is, when the magnitude of the line current as represented by the magnitude of the current of the differential amplifier circuit 60 exceeds or continuously exceeds an overcurrent value for a time along the characteristic curve, a Output signal generated according to the respective long time delay circuit 170, short time delay circuit 220 or instantaneous circuit 230.
Das Ausgangssignal des Spitzenwert-Wandlerkreises 211 wird dem Komparator 35 entsprechend Fig. 2 eingegeben, und wenn dieses Ausgangssignal das Ausgangssignal des Langzeitverzögerungs-Schaltstrom-Referenzvorgabekreises 37 überschreitet, wird der Schalter 36 von dem Komparator 35 von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand gesteuert, wodurch die Aufladung des Kondensators 38 ermöglicht wird. Die Zeitverzögerungsoperation wird dadurch gestartet.The output of the peak conversion circuit 211 is input to the comparator 35 as shown in Fig. 2, and when this output exceeds the output of the long-time delay switching current reference setting circuit 37, the switch 36 is controlled by the comparator 35 from the closed state to the open state, thereby allowing the charging of the capacitor 38. The time delay operation is thereby started.
Der Spannungs/Stromwandlerkreis 44 wandelt die Eingangsspannung in ein Stromsignal um. Sein Ausgangsstrom I1 wird für die Aufladung des Kondensators 38 verwendet. Wenn die Spannung an dem Kondensator 38 aufgrund der Aufladung erhöht wird und die Ausgangsspannung des Langzeit-Verzögerungszeit-Referenzspannungseinstellkreises 42 überschreitet, wird ein Ausgangssignal von dem Langzeitverzögerungs-Schaltkreis 170 als Anzeige des Ablaufes einer Langverzögerungszeit geliefert. Mit höherer Eingangsspannung e ist die Operationszeit kürzer.The voltage/current converter circuit 44 converts the input voltage into a current signal. Its output current I1 is used for charging the capacitor 38. When the voltage across the capacitor 38 is increased due to the charging and exceeds the output voltage of the long-time delay time reference voltage setting circuit 42, an output signal is provided from the long-time delay circuit 170 as an indication of the elapse of a long delay time. With higher input voltage e, the operation time is shorter.
Allgemein soll der Langzeitverzögerungs-Schaltkreis 170 arbeiten, wenn der durch den Leitungskontakt 201 fließende Strom im Bereich von 125% des Nennstroms liegt.In general, the long delay circuit 170 should operate when the current flowing through the line contact 201 is within 125% of the rated current.
Wenn der Strom I1 entsprechend dem Fehlerstrom in den Kondensator 38 fließt, dann fließt ein Verluststrom des Kondensators 38. Ein Kompensationsstrom I3 entsprechend dem Verluststrom wird von dem Stromkompensationskreis 43 hinzugefügt. Als Ergebnis wird der Kondensator 38 entsprechend der Größe des Fehlerstroms I1 aufgeladen mit der Wirkung, daß der Verluststrom entfernt wurde. Eine genaue Zeitverzögerungsoperation wird dadurch erzielt.When the current I1 corresponding to the fault current flows into the capacitor 38, a leakage current of the capacitor 38 flows. A compensation current I3 corresponding to the leakage current is supplied by the current compensation circuit 43 is added. As a result, the capacitor 38 is charged in accordance with the magnitude of the leakage current I1, with the effect that the leakage current is removed. An accurate time delay operation is thereby achieved.
Das Ausgangssignal des Langzeitverzögerungs-Schaltkreises 170 geht durch den Schalter 55, der nun geschlossen ist, des unterspannungsbetrieb-Sperrkreises 50 und triggert den Schalter 120, wodurch der Schalter 120 von dem offenen Zustand in den geschlossenen Zustand übergeführt wird, wodurch wiederum die elektromagnetische Schaltspule 80 erregt wird. Die elektromagnetische Schaltspule 80 betätigt dann den Leitungskontakt 201 von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand, wodurch der Fehlerstrom unterbrochen wird.The output of the long delay circuit 170 passes through the now closed switch 55 of the undervoltage operation blocking circuit 50 and triggers the switch 120, thereby moving the switch 120 from the open state to the closed state, which in turn energizes the electromagnetic switching coil 80. The electromagnetic switching coil 80 then actuates the line contact 201 from the closed state to the open state, thereby interrupting the fault current.
Wenn der durch den Leitungskontakt 201 fließende Strom geringer ist als 10 bis 20% des Nennstroms, ist die Ausgangsspannung des Spannungsversorgungskreises 500 unzureichend für die Operation des Zeitverzögerungskreises 70. In einem solchen Zustand kann der Zeitverzögerungskreis 70 ein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugen. Um ein derartiges fehlerhaftes Ausgangssignal zu verhindern, ist der Unterspannungsbetrieb-Sperrkreis 50 vorgesehen. Dieser Sperrkreis 50 öffnet den Schalter 55, wenn der Strom über den Leitungskontakt 201 klein und die Spannung über die Anschlüsse 5a und 5b niedrig ist.When the current flowing through the line contact 201 is less than 10 to 20% of the rated current, the output voltage of the power supply circuit 500 is insufficient for the operation of the time delay circuit 70. In such a state, the time delay circuit 70 may produce an erroneous output signal. To prevent such an erroneous output signal, the undervoltage operation blocking circuit 50 is provided. This blocking circuit 50 opens the switch 55 when the current across the line contact 201 is small and the voltage across the terminals 5a and 5b is low.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das elektrische System ein Einphasen-Wechselstromsystem. Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf Mehrphasensysteme.In the described embodiment, the electrical system is a single-phase alternating current system. The invention is also applicable to multi-phase systems.
Wie entsprechend der Erfindung beschrieben wurde, fließt ein Gesamtstrom entsprechend dem Strom durch den Wechselstromleiter durch den Spannungsversorgungskreis und den Stromerfassungswiderstand, so daß die Genauigkeit der Stromerfassung verbessert wird.As described according to the invention, a total current corresponding to the current through the AC conductor flows through the power supply circuit and the current detection resistor, so that the accuracy of current detection is improved.
Darüber hinaus ist ein Stromkompensationskreis in dem Langzeitverzögerungs-Schaltkreis vorgesehen, um den Verluststrom durch den Entladungswiderstand zu kompensieren. Ein Strom, der genau dem Fehlerstrom entspricht, fließt daher in den Kondensator für seine Aufladung, so daß die Zeitverzögerungsoperation genau ist.In addition, a current compensation circuit is provided in the long-time delay circuit to compensate for the leakage current through the discharge resistor. A current exactly equal to the leakage current therefore flows into the capacitor for its charging, so that the time delay operation is accurate.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP88310948A EP0370139B1 (en) | 1988-11-22 | 1988-11-21 | Circuit breaker with overcurrent protection |
Publications (2)
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| DE3884204D1 DE3884204D1 (en) | 1993-10-21 |
| DE3884204T2 true DE3884204T2 (en) | 1994-04-28 |
Family
ID=8200295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19883884204 Expired - Fee Related DE3884204T2 (en) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | Overcurrent protection switch. |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE3884204T2 (en) |
-
1988
- 1988-11-21 DE DE19883884204 patent/DE3884204T2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3884204D1 (en) | 1993-10-21 |
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Legal Events
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |