CH634414A5

CH634414A5 - Circuit arrangement for monitoring the phase currents in a multi-phase system

Info

Publication number: CH634414A5
Application number: CH1604077A
Authority: CH
Inventors: Hubert Roellecke; Reinhart Koenig
Original assignee: Hartmann & Braun Ag
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1983-01-31
Also published as: SE7800495L; DE2702666C3; SE433895B; DE2702666B2; DE2702666A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltunganordnung zur Über- Die aufgeführten Bauelemente sind wie folgt zusammenge- The components listed are grouped together as follows.

wachung der Phasenströme in einem Mehrphasennetz mit Ein- schaltet: Den nichtinvertierenden Eingängen der Differenzver- Monitoring of the phase currents in a multi-phase network with switched on: The non-inverting inputs of the differential

gangsstromwandlern und nachgeschalteten Shunts zur Ablei- stärker 1,2,3 sind die stromproportionalen Spannungen uR, us, current transformers and downstream shunts for arresters 1,2,3 are the current-proportional voltages uR, us,

tung stromproportionaler Spannungen. 45 ux zugeführt. Die Ausgänge der Differenzverstärker 1,2,3 be- voltage-proportional voltages. 45 ux fed. The outputs of the differential amplifiers 1,2,3

Zur Ableitung eines Eingangssignales für abhängige elek- aufschlagen über Dioden 20,21,22 den Kondensator 29, dem tronische Überstromzeitrelais schlägt die DT-AS 22 45 605 ei- der Entladewiderstand 19 parallelgeschaltet ist. Der Kondensa- To derive an input signal for dependent electrical opening via diodes 20, 21, 22, the capacitor 29, the tronic overcurrent relay is struck by the DT-AS 22 45 605, the discharge resistor 19 being connected in parallel. The condensation

ne Schaltungsanordnung der obengenannten Art vor, bei wel- tor 29 steht ferner über die Widerstände 10,11,12 mit den eher die an den Shunts entstehenden stromproportionalen invertierenden Eingängen der Differenzverstärker 1,2,3 in A circuit arrangement of the type mentioned above, in which case 29 also stands out via the resistors 10, 11, 12 with the rather the current-proportional inverting inputs of the differential amplifiers 1, 2, 3 in which arise at the shunts

Spannungen einer gemeinsamen Gleichrichterschaltung zuge- so Verbindung. Voltages of a common rectifier circuit and connection.

führt werden. Das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung Die Ausgänge der Differenzverstärker 1,2,3 sind über Wi- leads. The output signal of the rectifier circuit The outputs of the differential amplifiers 1, 2, 3 are

gelangt zu einem Spannung/Frequenz-Umsetzer und anschlies- derstände 7,8,9 mit den Steueranschlüssen der Thyristoren 23, arrives at a voltage / frequency converter and connecting states 7, 8, 9 with the control connections of the thyristors 23,

send zu einer Quadrierstufe, deren Ausgangsimpulse über eine 24,25 verbunden, die ihrerseits über die Widerstäne 13,14,15 send to a squaring stage, the output pulses of which are connected via a 24.25, which in turn via the resistors 13, 14, 15

Zähleinrichtung bei einer ausreichend hohen Impulsfrequenz an einer Gleispannung UB angeschlossen sind. Den Thyristoren zur Anregung eines Hilfsrelais führen. 55 23,24,25 sind in bekannter Weise zur Sicherstellung einer Counting device are connected to a track voltage UB at a sufficiently high pulse frequency. Lead the thyristor to excite an auxiliary relay. 55 23,24,25 are in a known manner to ensure one

Elektronische Überstromzeitrelais nehmen im allgemeinen ordnungsgemässen Kommutierung die Löschkondensatoren 26. Electronic overcurrent time relays generally take the quenching capacitors 26 properly commutation.

eine Auswertung der Scheitelwerte der zu überwachenden Pha- 27,28 zugeschaltet. Die Anode jedes Thyristors 23,24,25 ist senströme vor. Für die Erwärmung eines Schützlings ist jedoch über je einen Widerstand 4,5,6 an den invertierenden Eingang der Effektivwert des Stromes ausschlaggebend. Das Verhältnis der Differenzverstärker 1,2,3 gelegt und hat über Widerstände zwischen Effektivwert und Spitzenwert ist bei sinusförmigem 6016,17,18 gleichzeitig Verbindung mit dem Steueranschluss der an evaluation of the peak values of the Pha to be monitored 27.28 switched on. The anode of each thyristor 23, 24, 25 is pre-energized. However, the effective value of the current is decisive for heating a protege via a resistor 4,5,6 to the inverting input. The ratio of the differential amplifiers 1, 2, 3 and has resistors between the RMS value and the peak value is simultaneously connected to the control connection of the 6016, 17, 18 sinusoidal

Stromverlauf bekannt und bleibt konstant, so dass eine Berück- Feldeffekttransistoren 30,31,32. Current curve known and remains constant, so that a Berück field effect transistors 30,31,32.

sichtigung des Umrechnungsfaktors mit einfachen Mitteln erfol- Die beschriebene Schaltungsanordnung zeichnet sich durch gen kann. folgende Wirkungsweise aus: Die Differenzverstärker 1,2,3 The conversion circuit described is characterized by gene can. the following mode of action: The differential amplifiers 1,2,3

Wenn die Stromversorgung eines Schützlings allerdings aus arbeiten mit den Dioden 20,21,22, den Gegenkopplungswidereiner Gleichrichteranlage erfolgt, weicht die Stromkurve stark 65 ständen 10,11,12 und dem Kondensator 29 als Spitzenwert-von der Sinusform ab, so dass aufgrund des sich in Abhängigkeit gleichrichter. Die dabei am Kondensator 29 entstehende Span-des Ansteuerwinkels z.B. einer Thyristorgleichrichteranlage än- nung entspricht jeweils dem Scheitelwert der grössten strompro-dernden Formfaktors erhebliche prizipbedingte Messfehler auf- portionalen Eingangsspannung uR, us oder ux. Der am Konden- However, if the power supply of a protege is working with the diodes 20, 21, 22, the negative feedback of a rectifier system, the current curve deviates strongly from 65, 10, 11, 12 and the capacitor 29 as a peak value, so that due to the depending on rectifier. The chip of the control angle that arises at capacitor 29, for example A thyristor rectifier system corresponds to the peak value of the largest current-reducing form factor, significant measurement errors due to the principle of proportional input voltage uR, us or ux. The most condensed

sator 29 angeschlossene Entladewiderstand 19 bewirkt innerhalb einer Periode eine Abnahme der Kondensatorspannung um wenige Pronzent, so dass derjenige Differenzverstärker 1, 2 oder 3, dem die grösste stromproportionale Eingangsspannung uR, us, uT zugeführt wird, jeweils im Maximum der positiven Stromhalbwelle einen kurzen Ladeimpuls an den Kondensator 29 abgibt. Sator 29 connected discharge resistor 19 causes the capacitor voltage to decrease by a few percent within one period, so that the differential amplifier 1, 2 or 3 to which the greatest current-proportional input voltage uR, us, uT is supplied, each applies a short charging pulse at the maximum of the positive current half-wave releases the capacitor 29.

Jeder Ausgangsimpuls eines der Differenzverstärker 1,2,3 wird darüber hinaus an einem Steueranschluss der Thyristoren 23,24,25 wirksam. Ist beispielsweise die Eingangsspannung uR am grössten, so wird der Thyristor 23 durchsteuern. An seiner Anode liegt dann bei Vernachlässigung des Durchlasswiderstandes die negative Betriebsspannung -UB, die über den Widerstand 4 am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 1 geringfügig wirksam wird. Der Differenzverstärker 1 weist aufgrund dieser Beschaltung ein Triggerverhalten auf. Each output pulse of one of the differential amplifiers 1, 2, 3 is also effective at a control connection of the thyristors 23, 24, 25. For example, if the input voltage uR is greatest, the thyristor 23 will turn on. At its anode, neglecting the forward resistance, there is the negative operating voltage -UB, which becomes slightly effective via the resistor 4 at the inverting input of the differential amplifier 1. The differential amplifier 1 has a trigger behavior due to this wiring.

Die Beschaltung der Differenzverstärker 1,2,3 ruft ferner ein Rückfallverhältnis hervor, das geringfügig unter «1» liegt, so dass ein einmal durchgeschalteter Thyristor 23,24 oder 25 seinen Schaltzustand solange beibehält, bis am nichtinvertierenden Eingang des zugehörigen Differenzverstärkers 1,2 oder 3 die stromproportionale Eingangsspannung uR, us, ux gegenüber den anderen Eingangsspannungen um einige Prozent ansteigt. Ein zu häufiges Umschalten der Thyristoren 23,24,25 wird damit verhindert. Durch die Kondensatoren 26,27,28 ist gewährleistet, dass beim Durchschalten eines Thyristors die anderen gelöscht werden. The connection of the differential amplifiers 1, 2, 3 also causes a dropout ratio that is slightly below «1», so that a thyristor 23, 24 or 25 which has been switched through maintains its switching state until the non-inverting input of the associated differential amplifier 1, 2 or 3 the current proportional input voltage uR, us, ux increases by a few percent compared to the other input voltages. This prevents the thyristors 23, 24, 25 from switching too often. The capacitors 26, 27, 28 ensure that when one thyristor is switched on, the others are deleted.

Von den Anodenspannungen der Thyristoren 23,24,25 werden über die hochohmigen Widerstände 16,17,18 die Feldeffekttransistoren 30,31,32 angesteuert, die nun die jeweils grösste Eingangsspannung uR, us, uT als Ausgangsspannung uA durchschalten. Die Ausgangsspannung uA lässt sich nun einem Effektivwert-Messsystem zuführen, das als Eingangssignalgeber für an sich bekannte Überstromzeitrelais dient. The field-effect transistors 30, 31, 32 are controlled by the anode voltages of the thyristors 23, 24, 25 via the high-resistance resistors 16, 17, 18, which now switch through the greatest input voltage uR, us, uT as the output voltage uA. The output voltage uA can now be fed to an effective value measuring system that serves as an input signal generator for overcurrent time relays known per se.

Der entscheidende Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt also darin, dass in mehrphasigen Netzen nur ein Effektivwert-Messsystem erforderlich ist, da zur Messung die The decisive advantage of the circuit arrangement described is therefore that only one effective value measuring system is required in multiphase networks, since the

3 634 414 3,634,414

Phase mit dem grössten Strom ausgewählt wird. Phase with the largest current is selected.

Fig. 2 zeigt eine Zusatzeinrichtung, die dann zur Wirkung kommt, wenn trotz der Kondensatoren 26,27,28 mehr als ein Thyristor durchschaltet; unter Umständen könnte dieser Fall 5 beim Zuschalten der Betriebsspannung UB eintreten. Der Schaltungsteil besteht aus weiteren Widerständen 33 bis 36, einem weiteren Differenzverstärker 37 und einem Transistor 38. Fig. 2 shows an additional device, which comes into effect when more than one thyristor turns on despite the capacitors 26,27,28; Under certain circumstances, this case 5 could occur when the operating voltage UB is switched on. The circuit part consists of further resistors 33 to 36, a further differential amplifier 37 and a transistor 38.

Der Widerstand 33 liegt zwischen dem gemeinsamen Kathodenpunkt der Thyristoren 23,24,25 und dem negativen Pol îoder Betriebsspannung UB. Der am Widerstand 33 entstehende Spannungsabfall bildet ein Eingangssignal für den Differenzverstärker 37, dessen zweiter Eingang mit Hilfe des Spannungsteilers 34,35 und der Betriebsspannung UB an eine Referenzspannung gelegt ist. Beim ordnungsgemässen Betrieb der Schalls tungsanordnung ist stets nur einer der Thyristoren 23,24,25 durchgeschaltet und der dem Thyristorstrom proportionale Spannungsabfall am Widerstand 33 wird einen bestimmten Betrag nicht überschreiten. Die Spannung am Widerstand 33 nimmt jedoch sprunghaft zu, sobald ein zweiter Thyristor durch-20 geschaltet wird. Bei einem derartigen Fehler wird die Spannung am Widerstand 33 grösser als die Referenzspannung. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 37 versetzt daraufhin über den Widerstand 36 den Transistor 38 in den Sperrzustand. Die Thyristoren 23,24,25 sind nun von der Betriebsspannung UB 25 getrennt und gehen daher auf jeden Fall in den Sperrzustand über. Erst der nächste Impuls an einem der Differenzverstärker 1,2,3 wird wiederum einen der Thyristoren 23,24,25 einschalten. The resistor 33 lies between the common cathode point of the thyristors 23, 24, 25 and the negative pole or operating voltage UB. The voltage drop across the resistor 33 forms an input signal for the differential amplifier 37, the second input of which is connected to a reference voltage with the aid of the voltage divider 34, 35 and the operating voltage UB. With proper operation of the sound arrangement, only one of the thyristors 23, 24, 25 is always switched on and the voltage drop across the resistor 33, which is proportional to the thyristor current, will not exceed a certain amount. However, the voltage across resistor 33 increases suddenly as soon as a second thyristor is switched through-20. In the event of such an error, the voltage across resistor 33 becomes greater than the reference voltage. The output signal of the differential amplifier 37 then puts the transistor 38 into the blocking state via the resistor 36. The thyristors 23, 24, 25 are now separated from the operating voltage UB 25 and therefore in any case go into the blocking state. Only the next pulse at one of the differential amplifiers 1, 2, 3 will turn on one of the thyristors 23, 24, 25.

so Der Ausfall der Messwertübertragungszeit beim Eingriff der in Fig. 2 dargestellten Zusatzeinrichtung beträgt bei 50Hz-Net-zen weniger als 20 ms, die im Verhältnis zu den langen Auslösezeiten vernachlässigt werden können.- The failure of the measured value transmission time when the additional device shown in FIG. 2 intervenes is less than 20 ms with 50 Hz networks, which can be neglected in relation to the long tripping times.

Obwohl die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanord-35 nung insbesondere in thyristorgesteuerten Mehrphasennetzen zur Geltung kommen, arbeitet sie auch bei sinusförmigen Netzströmen einwandfrei. Although the advantages of the circuit arrangement described particularly come into play in thyristor-controlled multiphase networks, it also works perfectly with sinusoidal line currents.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS occur. When feeding proteges with the help of thyri-

1. Circuit arrangement for monitoring the phase current systems must therefore detect the effective value of the phase currents me in a multi-phase network with input current transformers and by measurement.

downstream shunts to derive current proportional This can be done by having an effect in each phase

Voltages, characterized in that the current proportional value measurement system is switched on. Since such effective

nal input voltages (uR, us, ux) first inputs of value measuring systems when used in protective devices

Differential amplifiers (1,2,3) are supplied that the second must have the lowest possible error limits,

Inputs of the differential amplifiers (1, 2, 3) on each of the solutions mentioned gently the very high cost.

the peak value of the greatest input voltage (uR, us, ux) The object of the present invention was therefore based on the object

charged capacitor (29), with respect to the network period, a circuit arrangement of the type mentioned at de large discharge time constant are connected and that create a, with the known electronic overcurrent relay

Output pulse of a differential amplifier (1,2,3) which can also be used with thyristor-fed protégés and current-proportional input voltage (uR, us, ux) at one time, which at the same time saves on rms value measurement systems.

common output (UA) of the circuit arrangement, on which represents an inexpensive solution.

15 According to the invention, this object is achieved in that the correct is switched on. current proportional input voltages first inputs

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that differential amplifiers are supplied in such a way that the second inputs indicate that the outputs of the differential amplifiers (1, gears of the differential amplifiers on a respective one on the bus-2,3) control connections of thyristors (23, 24, 25) supplied telwert of the largest input voltage are charged condens, which in turn are connected via resistors (13, 14, 15) to a transformer with a discharge time operating voltage (UB) that is large compared to the mains period and are connected in the switched-through state and that an output pulse of one a positive feedback signal to the differential amplifiers (1, 2, 3) - differential amplifiers indicate their current-proportional input signals. to a common output of the circuit arrangement

3. Circuit arrangement according to claim 2, thereby voltage, to which output an effective value measuring system is to be marked, that the current-proportional input voltage is determined to close.

(uR, us, ux) via field effect transistors (30, 31, 32). An exemplary embodiment of the invention is described below.

the output of the circuit arrangement are laid, which is explained in more detail by hand of FIGS. 1 and 2 of the drawing. Thyristors (23,24,25) are controlled.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in FIG. 1, a circuit diagram and characterized in that between the operating voltage (UB) and 30 FIG. 2, an additional device for increasing the operating

the thyristors (23,24,25) a transistor (38) switched on security.

is the corresponding parts when exceeding a certain thyristor current with the same reference

mes locks. characters.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in Fig. 1 with R, S, T is a three-phase network, characterized in that the thyristor current proportional 35 with the help of not shown current transformers and voltage drop and a reference voltage to a differential shunts Phase currents proportional voltages uR, us, uT amplifier (37) are laid, which derive the switching state of the Transi-. The circuit arrangement also contains Dif-stors (38) controls. reference amplifier 1,2,3, resistors 4 to 19, diodes 20,21,

22 and thyristors 23, 24, 25. With 26, 27, 28, 29 capacitors are designated, while three field effect transistors have the reference numbers 30, 3132.