DE2611178C3

DE2611178C3 - Abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais

Info

Publication number: DE2611178C3
Application number: DE19762611178
Authority: DE
Inventors: Hubert Ing.(Grad.) 5628 Heiligenhaus Roellecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2611178B2; DE2611178A1; SE409930B; SE7701211L; GB1547672A; FR2344993B1; FR2344993A1; ES454350A1

Description

2. Überstromzeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ÄC-Glied (R₄, Q; R₅, G) an einer aus Gleichrichterdioden (D\ bis D₆) bestehenden Gleichrichterschaltung liegt, die wechselspannungsseitig an mit Widerständen (R\ bis R₃) abgeschlossenen Eingangsstromwandlern (W₄ bis W₆) angeschaltet ist.

3. Überstromzeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterschaltung eine aus Gleichrichterdioden (Dg bis Di₅) aufgebaute Drehstrom-F.-ückenschaltung eingesetzt ist, die an einem Widerstand (R«) eine den Phasenströmen proportionale Spannung zur Verfügung stellt.

4. Überstromzeitrelais nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgrih des Widerstandes (Rs) am nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (V₂) liegt, daß am Verstärkerausgang die RC-G\\eder (R₄. Q; R_s, C₂) angeschlossen sind und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V₂) auf den invertierenden Eingang zurückgeführt ist.

5. Überstromzeitrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu jedem /?C-GIied (R₄. G; /?5. G) eine Gleichrichterdiode (D₁₆, D₁₇) angeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais zur Abschaltung von Leitungen oder Drehstromverbrauchern bei Überlastungen und Kurzschlüssen mit einem in jede Neizphase eingeschalteten Hauptstromwandler, einer den Stromwandlern nachgeschalteten Gleichrichterschaltung und mit an der Gleichrichterschaltung angeschlossenen Scheitelwertspeichern, Integriergliedern und Netzabschalteinrichtungen.

Abhängige Überstromzeitrelais werden häufig zur selektiven Abschaltung fehlerbehafteter Leitungen in Strahlennet/en eingesetzt. Die Auslösezeit ist abhängig von der Größe des Stromes in der fehlerbehafteten Leitung. Seit einigen Jahren sind Geräte dieser Art mit elektronischen Schaltungen bekanntgeworden,

Um die Anzahl der Bauelemente möglichst gering zu hallen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den für die Abschaltcharakteristik verantwortlichen Schaltungsteil mit nur einem Meßsystem auszustatten. Dies hat allerdings zur Folge, daß diesem Meßsystem eine Spannung zugeführt werden muß, die dem größten der fließenden Phaüenströme proportional ist.
Bei einem bekannten Überstromzeitrelais der obengenannten Art (Techn. Mitt. AEG-Telefunken 58 [1968] 6, Seite 372 bis .375) ist dieser Forderung schaltungstechnisch dadurch Rechnung getragen, daß die drei Phasenströme über Hauptstromwandler ausgekoppelt

ίο und den Primärwicklungen von innerhalb des Gerätes angeordneten ,Stromwandlern zugeführt werden. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler sind mit Shunts abgeschlossen; die an diesen Shunts abfallende Spannung wird durch eine aus Dioden aufgebaute ODER-Schaltung verknüpft und steht somit als Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung zur Verfügung. Die pulsierende Gleichspannung wird nun einem ÄC-Glied zugeführt, dessen Kondensator auf den Scheitelwert aufgeladen wird und sich nur langsam über

-° den parallelgeischalteten Widerstand entladt. Die Entladung zwischen zwei Halbwellen ist dabei so geringfügig, daß der arithmetische Mittelwert nur 1 bis 2°/o vorn Scheite'wert abweicht, also innerhalb des genannten Zeitraumes nahezu konstant bleibt. Die

^2> Beständigkeit der Kondensatorspannung bewirkt nun einerseits gleiche Auslösezeiten bei ein- und mehrpoligen Fehlern, so daß es ohne Einfluß auf die Auslösezeit bleibt, ob ein Überstrom nur in einer oder gleich in mehreren Netzphasen fließt; sie bringt jedoch andererseits den Nachteil mit sich, daß auch kurzzeitig auftretende Fehler relativ lange durch den Kondensator gespeichert werden. Den dem Kondensator nachgeschalteten Schaltungsteilen wird also noch etwa 100 bis 200 ms ein nicht vorhandener Fehler vorgetäuscht,

^!> wodurch unter Umständen eine Betätigung des Leistungsschalters erfolgen kann.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais zu schaffen, dessen Auslösezeit unabhängig

""' von der Fehlerart (einpolig, mehrpolig) ist, bei dem jedoch nach dem Fortfall eines Ί ehlers durch den raschen Abbau der Kondensatorspannung eine unbeabsichtigte Auslösung mit Sicherheit vermieden wird.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß die Gleichrichterschaltung über ein erstes RC-G\\ed mit größerer Ze tkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites RC-GWed mit kleinerer Zeitkonstante den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers belegt und daß der invertierende

Verstärkereingang über einen Spannungsteiler und der Verstärkerausgang über eine Gleichrichterdiode am ersten RC-Ghed angekoppelt ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in F i g. 1 bi" Fig. 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-

" Spieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild des Überstromzeitrelais,
Fig. 2 einige zur Erläuterung der Wirkungsweise herangezogene Liniendiagramme und

Fig. 3 eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltbil-^W1 des nach F ig. 1.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen ßezugszeichen versehen:

In Fig. 1 sind mit R₁ S, Γ die drei Phasen eines Drehstromnetzeis, mit W\ bis W₃ Hauptstromwandler, ""' mit W₄ bis We Eingangswandler, mit R\ bis R₇ mehrere Widerstände, mit C\, G zwei Kondensatoren Und mit D\ bis D₇ Gleichriühterdioden bezeichnet, Ferner enthält das Schaltbild einen Differenzverstärker Vi, eine

Zeitstufe ZS, einen Schwellwertschalter SS und ein Hilfsrelais H, das über einen Kontakt h verfügt.

Die genannten Bauteile sind wie folgt zusammengeschaltet: In die Phasen R, S, T sind zunächst die Hauptstromwandler IVi bis Wi eingeschaltet, die die Eingangswandler VK₄ bis VV₆ des Oberstromzeitrelais versorgen. Die Eingangswandler W₄ bis W₆ sind sekundärseitig mit den Widerständen R\ bis R₃ abgeschlossen, die einseitig über eine Verbindungsleitung an Masse gelegt sind. An den zweiten Anschlüssen der Widerstände R, bis R₃ liegt eine aus den Gleichrichterdioden D, bis D₃ bestehende erste Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt über ein aus dem Widerstand R₄ and dem parallelgeschalteten Kondensator Ci zusammengesetzten ersten ÄC-Glied und über einen aus den Widerständen R₆, R₇ gebildeten Spannungsteiler mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Vi verbunden ist Ferner bilden die Gleichrichterdioden D₄ bis D₆ eine zweite Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Vi liegt. An diesem Verstärkereingang liegt ein zweites RC-Glied, das aus dem Widerstand R-, und dem Kondensator C₂ besteht

Der Kathodenpunkt der Gleichrichterdiodr.n D₁ bis Lh ist im weiteren über die Zeitstufe ZS und den Schwellwertschalter SS mit dem Hilfsrelais H verbunden. Zwischen dem Eingang der Zeitstufe ZS und dem Ausgang des Differenzverstärkers V liegt die Gleichrichterdiode Eh.

Die Wirkungsweise des Überstromzeitrelais ist folgende:

Im fehlerfreien Betrieb liefern die Gleichrichterdioden ~)\ bis Db zwei durch die Kondensatoren G und C₂ geglät ete und auf die Scheitelwerte gespeicherte Gleichspannungen Uy, U₂ mit gleicher Amplitude. Die durch die relativ lange Zeitkonstante Ti des ersten /?C-Gliedes R₄. G stark geglättete Gleichspannung Uy wird /u einem Anteil LV. der durch das Verhältnis der Widerstände Rb, R? bestimmt ist, dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Vi zugeführt. Die infolge der kurzen Zeitkonstante Γ2 des zweiten /?C-Gliedes R₅, C₂ nur schwach geglättete Gleichspannung Ui gelangt in voller Höhe zu dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V|. Durch diese Belegung der Verstärkereingänge ist die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode Di iii Sperrichtung gepolt, so o?ß die pulsierende Gleichspannung Uy zu der Zeitstufe ZS gelangen kann. Durch das in der Zeitstufe ZS vorhandene Integrierglied wird der Schwellwertschaltung SS die Spannung (7, verzögert zugeführt, C\e Spannung U\ liegt im fehlerfreien Betrieb unterhalb der Ansprechspannung des Schwellwertschalter JS, so daß eine Anregung des Hilfsrelais /^unterbleibt.

F i g. 2 zeigt die zeitlichen Verläufe der Spannungen Ur. ll\. Uy' und U) für den Fall einer kurzzeitig in der Phase R auftretenden Überlastung. Die stromproportionale Spannung Ur am Widerstand Ry nimmt dort zwischen den Zeitpunkten ty und t₂ während drei Halbwellen ungewöhnlich hohe Werte an. Zum Zeitpunkt ti sei der Fehler bereits nicht mehr Vorhanden.

Aus F i g. 2 geht hervor, daß die Spannungen Uy und U₂ der Spannung Ur bis zum Scheitelwert der ersten Halbwelle folgen und danach mit den unterschiedlichen Zeitkonstanten ti, T₂ (vy > T₂) abklingen. Die nächcte Halbwelle von Ur mit gleicher Polarität hebt die Spannungen Uy und LZ₂ wiederum auf den Scheitelwert von Ur an.

Während dieses gesamten Vorgangs ist die Spannung U₂ größer als die zum invertierenden Eingang des

ι» Differenzverstärkers Vi gelangende Teilspannung Uy', der infolgedessen sperrt und die hohe Gleichspannung Uy zur Zeitstufe ZSgelangen läßt.

Nach F i g. 2 hält der Fehler nur bis zum Zeitpunkt t₂ an, so daß die Spannungen Uy und Uy entsprechend den

H Zeitkonstanten Ti, τ₂ der ÄC-Glieder R₄, Cy, A₅, C₂ weiter abklingen. Zum Zeitpunkt fj sinkt die Spannung Lh unter den Wert der Spannung Uy'; es liegt die Durchschaltbedingung des Differenzverstärkers V vor. Die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode Dj ist nun in Durchlaßrichtung gepolt und entlädt den Kondensator G mit der kurzen Zeitkonstante r₂ des zweiten RC-Gliede A₅, C₂. Da die Verzögerungszeit der Zeitstufe ZS in den vorliegenden Beispiel größer ajs drei Halbwellen sein soll, führt die

-'i vorübergehende Überlastung in der Phase R nicht zur Abschaltung.

F i g. t zeigt eine Schaltungsanordnung für ein abhängiges Überstromzeitrelais, bei dem durch eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Eingangsschaltung posi-

·» tive und negative Halbwellen zur Messung herangezogen werden. Das Schaltbild enthält aa'telle der beiden Gleichrichterschaltungen eine aus Gleichrichterdioden D₈ bis Di₅ bestehende Dreiphasen-Brückenschaltung, die durch einen Widerstand Re abgeschlossen ist.

i> Weitere Bestandteile der dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei Gleichrichterdioden Di₆, D17 und ein zweiter Differenzverstärker V₂.

Der Differenzverstärker V₂ liegt mit seinem nicht invertierenden Eingang am Widerstand Re und speist

'" über die Dioden Di₆, D,7 die RC-Glieder Ra, Cy. R₅, C₂. Vom Kondensator C₂ des zweiten RC-Gliedes besteht eine Rückführung auf den invertierenden Eingang des DiF'erenzverstärkers V₂, der infolgedessen den Verstärkungsfaktor »1« aufweist.

*'· Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus:

Die am Widerstand Rg auftretende sechspulsige Gleichspannung steuert den Differenzverstärker V₂ und bewirkt so über die Gleichrichterdioden Di₆. Di? die

>■· Aufladung der Kondensatoren G, C₂. Der niedrige Ausgangswiderstand des Differenzverstärkers V₂ und die Dioden Di₆, Di? bewirken eine Aufladung der Kondensatoren Cy, C₂ auf den Scheitelwert der Spannung am Widerstand Rg.

Di" f'ibrige Wirkungsweise der Schaltungsanordnung enspricht den Ausführungen zu F i g. 1.

Bei der in Fig 3 dargestellten Ausfüh.-jngsform ist als Vorteil eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit nach dem Fortfall eines Überstromes in einer oder mehreren Phasen zu nennen, da sowohl die positiven als auch die negativen Halb'.,eilen zur Messung herangezogen werden.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Abhängiges elektronisches Oberstromzeitrelais zur Abschaltung von Leitungen oder Drehstromverbraucharn bei Überlastungen und Kurzschlüssen mit einem in jede Netzphase eingeschalteten Hauptstromwandler, einer den Stromwandlern nachgeschalteten Gleichrichterschaltung und mit an der Gleichrichterschaltung angeschlossenen Scheitelwertspeichem, Integriergliedern und Netzabschalteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung über ein erstes .RC-GIied (R₄, Q) mit größerer Zeitkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites ÄC-Glied (Rs, G) mit kleinerer Zeitkonstante den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (V\) belegt und daß der invertierende Verstärkereingang über einen Spannungsteiler (R₆, Rj) und der Verstärkerausgang über eine Gleichrichterdiode (D₇) am ersten ÄC-Glied (Ra, Q) angekoppelt isL