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Schutzrelais auf der Grundlage des Impulsvergleichs
Die Erfindung betrifft ein Schutzrelais auf der Grundlage des Impulsvergleichs, insbesondere für Energierichtungsentscheid.
Bei allen Schaltungen für Relais beliebiger Charakteristik (z. B. Energierichtungsgerade, Impedanzkreis u. a.), welche als Messglied ein System mit Kontakten benutzen, ist eine grosse Empfindlichkeit gegen Erschütterungen und Lageanderungen vorhanden. Wird als Messglied eine Einrichtung auf der Grundlage des wattmetrischen Prinzips verwendet, ist der Ansprechwert der einen Messgrösse stark von der Amplitude der andern abhängig. So kann es zu Fehlentscheiden kommen, wenn die eine Messgrösse zu geringe Werte annimmt (z. B. Relais für Erdschlussschutz in kompensierten Netzen).
Es ist möglich, diePhasenlage direkt zu vergleichen. Jedoch hat eine Einrichtung, welche auf diesem Prinzip beruht, infolge des verwendeten Integrationsgliedes eine für Halbleiterschaltung relativ geringe Ansprechgeschwindigkeit. Auch hier ist der Entscheid kurvenabhangig.
Weiterhin wurde bereits versucht, Verstärkerschaltungen zum Energierichtungsentscheid nach dem Impulsvergleichsprinzip zu verwenden. Diese Einrichtungen lassen sich aber in bezug auf Umgebungstempcraturanderungen nicht völlig stabilisieren.
Es ist weiter bekannt, dass man über das Impulsvergleichsprinzip ein Relais beliebiger Charakteristik erhalten kann. Dabei wl ; d bel kleinen Eingangsgrössen aber eine starke Abhängigkeit von der Kurvenform auftreten.
In der DAS 1 049 964 wird vorgeschlagen, das ar, sich bekannte Impulsvergleichsprinzip zu verwenden, wobei die eine Messgrösse über Amplitudenbegrenzer und Rechteckwandler in eine Rechteckkurve und die andere Messgrösse in Nadelimpulse umgewandelt werden.
Die Rechteckimpulse und die Nadelimpulse werden auf eine Torschaltung gegeben, die je nach Pha- ; enlage einen Ausgangsimpuls abgibt. Dieser Impuls löst eine Kippschaltung aus, die ein Signal abgibt, das von einem Impuls bis zum andern reicht.
Gemäss der Erfindung wird eine Einrichtung geschaffen, die ebenfalls kurvenunabhängig ist, aber einen weitaus geringeren Aufwand hat. da die beiden Verstärker als Begrenzerschaltungen in Fortfall kommen. Damit wird auch gleichzeitig eine Möglichkeit für Fehlentscheidungen beseitigt ; denn eine jede Traniistorverstärkerschaltung weist ein "Weglaufen" des Arbeitspl111ktes auch bei guter Stabilisierung infolge Temperaturänderungen auf. Hiedurch ist es also möglich, dass sich die Länge der erzeugten Rechteckim- ) ulse andert und damit eme fehlerhafte Phasenlage vorgetauscht wird. Innerhalb des verlangten Arbeitsbereiches ist der Ansprechwert der einen Messgrösse von der Amplitude der andern unabhängig.
Die Impulse werden demzufolge durch eine Kippschaltung erzeugt, die einen Ansprechwert nahe Null und ein durch den einstellbaren Abgriff des gemeinsamen Emitterwiderstandes festgelegtes Halteverhältnis von annähernd 1 iat. Die aus der Koinzidenzstufe kommenden Nadelimpulse werden durch eine monostabile Kippschaltung verlängert, wobei die Impulsdauer um die RüCKStellzeit der Kippschaltung kleiner ist als der Abstand zwei- : r aufeinanderfolgender Nadelimpulse. Der Mittelwert der so erzeugten Impulsfolge liegt Ubei dem An- . prechwert der Endstufe.
Die Koinzidenzstufe besteht aus einem Transistor solcher Schaltung, dass die eine Eingangsgrösse Über ein Differenzierglied an die Basis des Transistors, die andere dagegen an den Kollektor
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gelangen, während die verstärkte Ausgangsgrösse über dem Emitterwiderstand abgegriffen wird. Weiter ist die Anordnung so getroffen, dass der Eingangsübertrager innerhalb seines Arbeitsbereiches eine konstante Permeabilität aufweist und dass zur Erzeugung der positiven Vorspannung des Endstufentransistors ein nichtlineares Element verwendet wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung wird als Ausführungsbeispiel an den in Fig. l bis 6b dargestellten Schaltbildern bzw. Diagrammen eines Energierichtungsrelais näher erläutert.
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inRechteckimpulse und die andere in Nadelimpulse umgewandelt, und durch einen Vergleichveränderlichen Abgriff des Emitterwiderstandes RE # zu 1 gemacht, FIg.2. Hiedurch wird es möglich, auch bei voneinander abweichenden Widerstandswerten der Kollektorwiderstände und unterschiedlicher Strom- verstärkungsfaktoren der Transistoren ein Halteverhältnis von 1' einzustellen.
Der Kippschaltung 3b, welcher der Strom oder eine mit ihm in definierter Beziehung stehende Grösse zugeführt wird, ist ein Übertrager l'vorgeschaltet, welcher die Grösse auf einen für die Kippschaltung zulässigen Wert herabsetzt. SeinKemmaterial hat über den gesamten Arbeitsbereich eine konstante Permeabilität, um Messfehler infolge der stromabhängigen Induktivität zu vermeiden. Auch wird so ein Fehler infolge der zusätzlichen Vormagnetisierung über die Begrenzerschaltung 2 (dient als Schutz gegen Überlastung des Eingangs der Kippschaltung) verhindert. Die aus einer der Grössen erzeugten Rechteckimpulse gelangen über ein Differenzierglied bekannter Art 4 an den Eingang 1 (siehe Fig. 3) des Koinzidenzkreises 5. Dieser wird durch die Basis des als Koinzidenzkreis verwendeten Flächentransistors gebildet.
Der aus der andern Grösse erzeugte Impuls wird an den Kollektor (6 Eingang 2) geleitet. Bei einer Energierichtungsumkehr erscheint am Ausgang ein um den Stromverstärkungsfaktor B grösserer Nadelimpuls. Der Ausgang ist der Emitterwiderstand R (Fig. 3). Es wäre unzweckmässig, hinter die Koinzidenzstufe eine bistabile Kippschaltung zu legen, da diese zwar eine Zeitverzögerung ermöglicht, aber schon bei einem einmaligen Impuls in ihre zweite sta- bile Lage kippt. Es wird deshalb eine an sich bekannte monostabile Kippschaltung verwendet, welche nach eiaer einstellbaren Zeitwiederindie Ausgangslager zurückfällt. Die Kippdauer der Schaltung 6 nach Fig. 4 ist so ausgewählt, dass die Nadelimpulsfolge in einen pulsierenden Gleichstrom umgewandelt wird.
Ein Fehlentscheid der Koinzidenzstufe 5 infolge Überlagerung eines Gleichstromgliedes der einen Messgrösse (z. B. hervorgerufen durch einen Einschaltvorgang) bewirkt demnach keine Fehlauslösung. Es müssen nämlich mindestens zwei Impulse der monostabilen Kippschaltung vergehen, bis der Ansprechwert der Endstufe erreicht ist. Eine zusätzliche Sperreinrichtung gegen Fehlauslösung durch Einschaltvorgänge ist demzufolge nicht erforderlich. Soll eine einstellbare Zeitverzögerung erreicht werden, ist der Kippschaltung ein Zeitglied 7 nachzuschalten. Eine Zeitverzögerung mit Hilfe einer bekannten Multivibratorschaltung zu erreichen, ist unmöglich, da die Impulsfolge das Zeitglied immer auslösen würde.
Deshalb wird eine an sich bekannte Anordnung beispielsweise nach Fig. 5 vorgeschlagen, welche aus einem RC-Glied, einem nichtlinearenElement (z. B. Zenerdiode) und einer nachgeschalteten Verstärkerstufe besteht. Der Verstärkerarbeitet im Schaltbetrieb und hat die Aufgabe, eine "schleichende Aussteuerung" der Endstufe 8, be-
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ausüber den Verstärker ausgesteuert. Zur Vermeidung des thermischen "Weglaufens" der Endstufe wird die an sichbekannte Methodeder"pos. Vorspannung"verwendet. Um aber den Leistungsverürauch niedrig zu halten, ist als Emitterwiderstand ein nichtlineares Element mit einer Kennlinie nach Fig. 6a oder 6b zu ver-
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auch hier der Ansprechwert der Kippschaltung nahe Null liegt.
GibtmandenEingangsgrösseneine definierte Abhängigkeit voneinander, kann man ein Relais mit beliebiger Charakteristik erhalten. Somit ist die im Ausführungsbeispiel dargestellte Schaltung nicht auf die Anwendung für einen Energierichtungsentscheid beschränkt.
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