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Oberstromschutz mit Richtungsentscheid
Die Erfindung betrifft einen Überstromschutz, der mit einer Messgrössenregelung ausgerüstet ist und mit elektronischen Mitteln den Phasenwinkel zwischen zwei Messgrössen bestimmt und für die richtungsabhängige Auslösung auswertet.
Es sind elektromechanische Relais bekannt, die den Drehsinn von Ferrarisscheiben oder Drehspulen für den Richtungsentscheid ausnutzen. Diese bestreichen allerdings nur einen Arbeitsbereich von 1800 ; wobei diese Relais in der einen Hälfte auslösen und in der andern sperren. Nachteilig ist ausserdem der hohe Energieverbrauch der Messpfade. Weiterhin sind der Empfindlichkeit des Spannungspfades derartige Grenzen gesetzt, dass ein relativ grosser toter Bereich vorhanden ist, in welchem kein Richtungsentscheid erfolgt.
In ähnlicher Weise arbeiten auch Richtungsrelais in Gleichrichterbrückenschaltung oder mit Ringmodulatoren. Zur Verringerung der toten Zone wird der Spannungspfad mit analogen Transistorverstärkern ausgerüstet. Dadurch erhöhen sich allerdings die Störanfälligkeit sowie der materielle Aufwand.
Weiterhinwird ein Vergleich der Messgrössenmit elektronischen Mitteln durchgeführt, indem eine Messgrösse in ein Rechtecksignal, die andere Messgrösse in einen Impuls umgewandelt wird. Wenn der Impuls mit dem Rechtecksignal zusammenfällt, so löst das Relais aus ; bei Nichtkoinzidenz sperrt das Relais. Je nach der Lage des Impulses kann man die Grenzen des nur 1800 betragenden Auslöse- oder Sperrbereiches verändern.
Es ist ausserdem bekannt, ein Richtungsrelais mit Zeitkippern zu versehen, die ein Signal so verzögern, dass der Auslösebereich beliebig vorbestimmt werden kann. Diese Lösung vermeidet zwar den Nachteil des begrenzten Messbereiches der vorgenannten Schaltungen, ist aber auf Grund der Zeitkipper sehr aufwendig, störanfällig und temperaturabhängig.
Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Richtungsrelais zu beheben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringen und zuverlässigen Mitteln einen Überstromschutz zu schaffen, bei welchem nicht nur die Bereiche beliebig verdreht und erweitert bzw. verringert werden können, sondern bei dem auch ohne Verstärkung eine optimale Empfindlichkeit des Spannungspfades bei geringster Störanfälligkeit erreicht wird.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass die für den Richtungsentscheid notwendige Span- nung einem Zwischenwandler zugeführt wird und parallel zu dem Zwischenwandler über zwei gegeneinandergeschaltete Zenerdioden ein weiterer Zwischenwandler, welcher in seinem Aufbau dem ersten völlig gleicht, geschaltet ist und die Sekundärspannungen beider Zwischenwandler, welche sich subtrahieren, in einem Diodenteil gleichgerichtet, begrenzt und danach einem Bewertungstrigger zugeführt werden. Parallel zu einem weiteren Zwischenwandler, dem der zu überwachende Strom zugeführt wird, ist ein Bürdenwiderstand und nachfolgend ein Phasenschieber geschaltet.
Auf dieser schaltungstechnischen Basis lässt sich ein Richtungsrelais gestalten, dessen Sperrungs- und
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Auslösebereich beliebig eingestellt, erweitert oder verkleinert werden kann. Es lässt sich weiterhin die Mitte der Messlage des Richtungsrelais beliebig verdrehen. Diese Vorteile sind besonders für den Impedanzschutz von grosser Bedeutung, denn man kann sich jeder beliebigen Betriebsimpedanz anpassen. Dadurch braucht bei der Einstellung der Ansprechimpedanz auf die Betriebsimpedanz keine Rücksicht genommen werden. Somit werden Fehlauslösungen besonders bei Schwachlastkurzschlüssen mit Sicherheit vermieden.
Dadurch, dass unabhängig von der Höhe der Vergleichsspannung an der Sekundärseite der subtraktiv zusammengeschaltetenZwischenwandler nur die von der Zenerspannung der Zenerdioden abhängige Differenzspannungwirksamwird, erreicht man eine hohe Spannungsempfindlichkeit und starke Reduzierung der toten Zone mit geringen Mitteln und ohne zusätzliche Stabilisierungsverluste. Es erübrigt sich ausserdem der Einsatz von analogen Spannungsverstärkern.
Die Erfindungsoll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild des Richtungsrelais.
Der zu überwachende Strom-J-wird dem Zwischenwandler-l-, die für den Richtungsentscheid notwendige Spannung --U-- dem Zwischenwandler --2-- zugeführt. Parallel zu dem Zwischenwandler --2-- ist über die gegeneinandergeschalteten Zenerdioden --4,5-- der Zwischenwandler --3--, welcherinseinemAufbau den Zwischenwandler-2-völlig gleicht, geschaltet. Die Sekundärspannungen derZwischenwandler--2, 3--, welche sich subtrahieren, werden in dem Diodenteil-6-gleichge- richtet und begrenzt, wonach sie dem Bewertungstrigger-7-zugeführt werden.
Der Ausgang des Be- wertungstriggers-7-- ist auf einen Eingang des Und-Gatters --8-- geführt. Parallel zur Sekundärwicklung des Zwischenwandlers --1-- liegt der Bürdenwiderstand --9-- und der Phasenschieber --10--, wel-
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-10-- istger-l2--liegtmit seinem Ausgang am zweiten Eingang des Und-Gatters-8-. Zwischen einem Ausgang des Phasenschiebers-10-und einem Eingang des Bewertungstriggers --7-- ist die Kompensa-
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einrichtung angeregt werden soll, eingestellt werden. Das nachgeschaltete Und-Gatter --8-- gibt nur dann ein Signal weiter, wenn das Signal des Spannungsmesszweiges vorhanden ist und die notwendige Phasenlage hat.
Unabhängig von der Höhe der Vergleichsspannung-U-wird an der Sekundärseite der subtraktiv zusammengeschaltetenZwischenwandler-2, 3- nur die von der Zenerspannung der Zenerdioden --4, 5-abhängige Differenzspannung wirksam. Durch diese Massnahme wird eine hohe Spannungsempfindlichkeit und starke Reduzierung der toten Zone mit geringen Mitteln und ohne zusätzliche Stabilisierungsverluste erreicht. Es erübrigt sich ausserdem der Einsatz von analogen Spannungsverstärkern. Im Dioden- teil--6-- wird die stabilisierte Vergleichsspannung gleichgerichtet und zum Schutz des nachgeschalteten Bewertungstriggers-7-begrenzt. Der Bewertungstrigger --7- formt die sinusförmige Vergleichsspannung in Rechteckimpulse um.
Um eine grössere Spannungsempfindlichkeit bei hohen Überströmen und gleichzeitig eine hohe Störsicherheit im Betriebsfall zu erreichen, setzt das Kompensationsglied --13-- die Ansprechschwelle des Bewertungstriggers-7-bis zu einem unteren Grenzwert in Abhängigkeit des Überstromes umgekehrt proportional herab.
Die im Und-Gatter --8-- zusammengefassten Impulse der Schmitt-Trigger --7 und 12-- werden zur Impulsverstärkung einem weiteren Schmitt-Trigger-14-zugeführt. Dessen Ausgangssignal gelangt an ein eingangsverzögertes Zeitglied. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers --14-- gelangt an den Negator-19-und durch den Kondensator --15- in einen Nadelimpuls umgeformt an die monostabile Kippstufe-16-, welche durch den Nadelimpuls angeregt wird. Dadurch wird das Oder-Gat- ter-18-an einem Eingang mit einem Signal beaufschlagt.
Das im Ruhezustand vom Negator-19-
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abgegebene Signal ist mit Erscheinen des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers-14-weggefallen. Da sich aus den Eingängen des Oder-Gatters --18- nur die Signalquellen abwechseln, bleibt das Signal am Ausgang des Oder-Gatters -18-- erhalten, wodurch der Negator --20-- an seinem Ausgang kein Signal abgeben kann. Erst wenn das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers --14-- länger als die durch
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die- -20-- das z. B. zur Auslösung eines Leistungsschalters dienende Signal abgenommen werden kann.
Fällt das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers-14-jedoch vor dem Ablauf der monostabilen Kipp- stufe--l6-- zurück, so übernimmt der Negator --19-- die Signalzuführung am Oder-Gatter --18--, so dass am Ausgang des Negators --20-- kein Signal erscheint.