Spannungswandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit

Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit zur Verwendung in einem Niederspannungs- Leistungsschalter.

Zur normalen Ausrüstung von Niederspannungs-Leistungs- Schaltern gehören Stromwandler, welche die Eingangssignale für einen Überstromauslδser bereitstellen. Jedoch kann zu¬ sätzlich die Aufgabe bestehen, die Spannung am Ort des Leistungsschalters zu messen, um beispielsweise eine Leistungsmessung vorzunehmen oder die Netzspannung anzeigen zu können.

An sich ist diese Aufgabe mit Hilfe der bekannten induktiven Spannungswandler zu erfüllen. Es besteht jedoch die Forderung, daß bei der vorgeschriebenen Hochspannungsprüfung eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit z. B. 3,5 kV auch Spannungswandler einzubeziehen sind, wenn diese im Betrieb angeschlossen sind. Induktive Spannungswandler, die für eine derart hohe Prüfspannung bemessen sind, stellen jedoch eine aufwendige Sonderausführung dar, die dem Wunsch nach geringer Baugrδße und Preis nicht entspricht.

Gewöhnliche Transformatoren, wie sie etwa zur Stromversorgung von Unterspannungsauslδsern verwendet werden (DE-Buch „Niederspannungs-Leistungsschalter", Springer-Verlag 1970, Seiten 135 bis 137) , eignen sich weder aufgrund ihrer

Eigenschaften noch ihrer Baugröße für den vorliegenden Zweck.

Es ist auch bereits ein kapazitiv arbeitender Spannungs- wandler für eine metallgekapselte Hochspannungsanlage bekannt, der einen kapazitiven Teiler und eine Verstärker¬ schaltung mit Operationsverstärkern umfaßt. Dieses Meß-

prinzip ist bei einem Niederspannungs-Leistungsschalter nicht anwendbar, da hier mittels eines kapazitiven Teilers kein brauchbares Meßsignal zu gewinnen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungs- wandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit zu schaffen, der eine nur geringe Baugröße aufweist und preiswert herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einem Widerstandsteiler aus ohmschen Widerständen mit der geforderten Spannungsfestigkeit ein Operationsverstärker nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die Primärwicklung eines induktiven Übertragers angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung die Unterspannungsseite des Spannungs- wandlers bildet. Der Vorteil eine solchen Spannungswandlers gegenüber den bekannten induktiven Spannungswandlern besteht darin, daß Widerstände mit der geforderten Spannungsfestig¬ keit preiswert erhältlich sind. Die vorgesehenen induktiven Übertrager sind gleichfalls preiswerte Bauelemente, weil sie der Unterspannungsseite des Spannungswandlers zugeordnet sind und nur die Aufgabe der galvanischen Trennung zwischen dem Spannungsteiler und der Ausgangsseite haben.

Wenngleich ein Spannungswandler nach der Erfindung prinzipiell für alle Netzformen geeignet ist, kann die Messung durch eingestreute StörSpannungen erschwert sein, wenn der Spannungswandler an einem Netz ohne Neutralleiter betrieben wird und der aus den Widerständen gebildete Eingangskreis sehr hochohmig ist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können solche Einstreuungen ("Brummen") dadurch unwirksam gemacht werden, daß zur Bildung eines künstlichen Sternpunktes die einen Enden der Sekundärwicklungen der induktiven Übertrager miteinander direkt verbunden und die anderen Enden der Sekundärwicklungen über je einen Widerstand miteinander verbunden sind und daß zwischen die Sekundärwicklungen und eine Meßeinrichtung je ein

Impedanzwandler geschaltet ist, wobei der künstliche Sternpunkt als Bezugspotential mit der Meßeinrichtung verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

An jeden Phasenleiter des Netzes Ll, L2 und L3 ist ein ohmscher Spannungsteiler angeschlossen, der aus einem ersten Widerstand Rl und einem zweiten Widerstand R2 besteht. Bei¬ spielsweise können die Widerstände Rl einen Widerstandswert von 4 MΩ aufweisen, während die Widerstände R2 einen Wider¬ standswert von 40 kΩ besitzen. Am Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 ist die anliegende Netzspannung somit im Verhältnis 1:100 geteilt. Bei den Widerständen Rl handelt es sich um eine ausreichend spannungsfeste Ausführung, wobei zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit auch eine Reihen¬ schaltung mehrerer Widerstände mit entsprechend geringerem Widerstandswert vorgesehen sein kann. Die an den Ver- bindungspunkten der Widerstände Rl und R2 anliegenden Spannungen werden jeweils einem Operationsverstärker VI zugeführt, dessen Ausgang die Primärwicklung Wl eines induktiven Übertragers T speist. Die Anschlußpunkte Kl, K2, K3 und K4 bilden den Ausgang des Spannungswandlers. Eine Meßeinrichtung ME ist zur Verbindung mit den Anschlußpunkten Kl, K2, K3 und K4 mit entsprechenden Kontakten versehen.

Die Messung kann durch eingestreute Störspannungen erschwert sein, wenn der Spannungswandler an einem Netz ohne Neutral- leiter betrieben wird und der aus den Widerständen gebildete Eingangskreis sehr hochohmig ist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können solche Einstreuungen ("Brummen") dadurch unwirksam gemacht werden, daß zur Bildung eines künstlichen Sternpunktes die einen Enden der Sekundärwicklungen W2 der induktiven Übertrager Tl miteinander direkt verbunden und die anderen Enden der Sekundärwicklungen W2 über je einen Widerstand R3 miteinander verbunden sind und daß zwischen die

Sekundärwicklungen W2 und eine Meßeinrichtung je ein als Impedanzwandler arbeitender Operationsverstärker V2 ge¬ schaltet ist. Die Meßeinrichtung ME erhält ein Bezugs¬ potential durch eine Verbindung mit dem künstlichen Stern- punkt der Widerstände R3.

Eine aus den Widerständen R3 und den Operationsverstärkern V2 gebildete Baugruppe kann als Zusatzgerät ausgebildet sein, das bei Bedarf zwischen die Anschlußpunkte Kl, K2, K3 und K4 und die Meßeinrichtung ME einzufügen ist. Dies ist in der Figur durch eine strichpunktierte Umrandung der genannten Bauelemente dargestellt.

Zum Betrieb des beschriebenen Spannungswandlers wird nur eine geringe Hilfsenergie benötigt. Diese steht in der Regel in einem Niederspannungs-Leistungsschalter insbesondere zum Betrieb des elektronischen Überstromauslösers zur Verfügung. Zur Anpassung an den beschriebenen Spannungswandler kann eine im unteren Teil der Figur gezeigte VersorgungsSchaltung VS dienen, die ausgehend von einem Anschlußpunkt A einen

Osszillator OS sowie Transistoren V3, V4 und V5 sowie einen Transformator T2 aufweist. Dioden V6 und V7 sowie Konden¬ satoren Cl und C2 richten den Wechselstrom am Ausgang des Transformators T2 gleich und glätten die Welligkeit.

In dem gezeigten Schaltbild ist nur der untere der Ope¬ rationsverstärker VI mit der Versorgungsschaltung VS ver¬ bunden dargestellt. Die übrigen Operationsverstärker VI und auch die Operationsverstärker V2 können in gleicher Weise aus der Versorgungsschaltung VS betrieben werden.