CH658148A5

CH658148A5 - Statisches, verzoegerungsfreies ueberstromrelais.

Info

Publication number: CH658148A5
Application number: CH2051/80A
Authority: CH
Inventors: Thomas Bernard Breen
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1986-10-15
Also published as: DE3009581A1; IT1130928B; FR2451651A1; IT8020436A0; IN151644B; FR2451651B1; US4255774A; GB2044024A; SE8002030L; MX147633A; GB2044024B; ES489474A0; BR8000572A; DE3009581C2; SE442693B; ES8103469A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Als Resultat der Fortschritte in der Festkörpertechnologie wurden statische Schutzrelais entwickelt. Statische Relais wurden z.B. in der US-PS 4 092 690 mit dem Titel «Protective Re-lay Circuit Providing a Combined Distance and Overcurrent Function» vom 30. Mai 1978 und in der US-PS 4 034 269 mit dem Titel «Protective Relay Circuits» vom 5. Juli 1977 beschrieben.

Ein Überstromschutzrelais wird zur Betätigung eines Schalters benutzt, wenn der Strom in einem Netzteil eine vorbestimmte Grösse überschreitet. Solche Überstromrelais arbeiten entweder verzögerungsfrei oder mit einer Verzögerung, die stromabhängig und unterschiedlich reziprok sein kann. Ein verzögerungsfreies Überstromrelais hat normalerweise keine beabsichtigte Verzögerung, während verzögerte Überstromrelais unterschiedlich lange Verzögerungen aufweisen können.

Verzögerte Überstromrelais haben eine Tendenz zur Erweiterung des Schutzbereiches, was darin besteht, Störungen aufzunehmen und beispielsweise auf einen kleineren Fehlerstrom als beabsichtigt, anzusprechen, sofern die Wirkung einer Abweichung der Fehlerstromquelle missachtet wurde. Das Erweite-rungsmass in Prozent beschreibt den Grad einer Transienten-tendenz und kann folgendermassen definiert werden:

(A-B)

Prozentuales Erweiterungsmass =100 , wobei

A

A = effektiver Dauerwert des Relaisaufnahmestromes, und

B = effektiver Dauerwert des das Relais gerade noch betätigenden Stromes ist.

Als Beispiel für das Vorangehende soll ein elektromechani-sches, verzögerungsfreies Überstromrelais betrachtet werden, das typischerweise 15% Transienten-Übergriff oder -Erweiterung aufweist. Damit das Relais auf einen Fehler mit einer Dauerkomponente von 10 Amperes nicht anspricht, muss der Wert

100 X 10

A = Amperes =11,8 Amperes

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übersteigen.

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Bei einem statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais ist zu beachten, dass solche statische Relais wesentlich schneller arbeiten als elektromechanische, verzögerungsfreie Überstromrelais. Dies kommt im wesentlichen daher, dass das elektromechanische Relais eine gewisse Massenträgheit aufweist, die den Betrieb verzögert, jedoch nicht bei statischen Relais vorhanden ist. Der Transienten-Überholgriff oder das Überholmass eines statischen Relais erreicht seinen Höchstwert, der mit dem Wert eines Relais übereinstimmt, das schnell genug auf plötzliche Grössen im überwachten Strom anspricht.

In einem Versorgungsnetz mit einem Phasenwinkel 0 von 75° erreicht das maximale Überholmass 33%, dem mit dem obigen elektromechanischen Relais mit 15% Überholmass entsprochen werden kann. Im Falle des 33%-Überholmasses ist diese Technik nicht erwünscht, weil sie ein Ansprechen des Relais bei 50% erfordert, was über dem stationären Fehlerstrom liegt. Eine solche Einstellung würde einer guten Schutzwirkung in der Relais-Praxis entgegenstehen, die generell erfordert, dass das Relais so eng wie möglich auf den stationären Strom ansprechen soll, weil dies eine bessere Überwachung der Leitung auf Fehler ermöglicht.

Eine im Zusammenhang mit diesem Problem in statischen Überstromrelais vorgeschlagene Technik besteht in der Verzögerung des Betriebes eines Relais für eine Zeitperiode, die genügend gross ist, um das Überholmass auf einen akzeptablen Pegel zu reduzieren. Auch diese Technik ist unerwünscht, weil zu grosse Verzögerungen nicht mehr allen Bedinungen folgen können.

Eine Verwendung für ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais ist der Schutz einer Leitung in einem elektrischen Versorgungsnetz. Solch eine Versorgungsleitung kann einen Phasenwinkel 0 kleiner als 77° aufweisen. Es wäre wünschbar, dass ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais ein Überholmass von weniger als 10% aufweist, wenn der Winkel 0 mehr als 77° beträgt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais zu schaffen, das ein niedriges Überholmass aufweist.

Dabei ist das statische, verzögerungsfreie Überstromrelais so zu gestalten, dass das Überholmass unter 8% für eine überwachte Versorgungsleitung mit einem Phasenwinkel 0 bis zu 75° liegt. Ferner soll dieser Wert bei einem Phasenwinkel der überwachten Leitung bis zu 75° auf ein Dreiphasen-Eingangssignal ansprechen und nur eine Messeinheit benötigen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches gelöst.

Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais nach der Erfindung,

Fig. 2A-2F Signalverläufe, wie sie im Blockdiagramm der Fig. 1 vorkommen, wobei I, II und III drei verschiedene Fehlerbedingungen darstellen,

Fig. 3 ein Diagramm des prozentualen Überholmasses in zwei Formen eines statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais als eine Funktion des Phasenwinkels 0. Die Kurve 1 zeigt ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais mit einem Strom-Momentanwert, der dem Ansprechpegel entspricht oder ihn übersteigt. Die Kurve 2 zeigt ein statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais gemäss der vorliegenden Erfindung, das nur dann arbeitet, wenn die zweite Stromspitze dem Ansprechpegel entspricht oder ihn übersteigt, und

Fig. 4 ein Teilschaltschema des verzögerungsfreien Überstromrelais nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais 10 dargestellt, dessen gestrichelter Teil später beschrieben wird. Zur besseren Darstellung ist Fig. 2(A-F) vertikal in drei Teile, nämlich I, II und III, eingeteilt. Wenn nicht speziell erwähnt, ist bei der Bezugnahme auf Fig. 2 Teil I gemeint.

Die Relaisschaltung umfasst einen Pegeldetektor 12 für den Empfang eines Eingangssignals A. Dabei steht das Signal A für den Absolutwert des Stromes in der nicht dargestellten, überwachten Wechselstromleitung. Ferner ist der üblicherweise verwendete, mit der überwachten Leitung gekoppelte Transformator nicht dargestellt. Das Eingangssignal A ist ein zweiweg-gleichgerichtetes Signal, wie es in Fig. 2A dargestellt ist. Der Pegeldetektor 12 wandelt das Signal A in ein Pulssignal um, das am Ausgang als Ausgangssignal B (Fig. 2B) erscheint, wobei das Eingangssignal A immer gleich oder grösser ist als ein vorbestimmter Schwellenwert 1 pu, der den erwünschten Ansprechpegel darstellt.

Das Ausgangssignal B des Pegeldetektors 12 ist mit einem dazwischenliegenden Multivibrator 14 verbunden, der die Pulslänge des Signals C (Fig. 2C) bestimmt, wobei die Pulslänge vom Zeitpunkt des Pulssignals B weg Tl beträgt, wie in Fig. 2C dargestellt. Das Ausgangssignal C dieses Multivibrators 14 wird einem UND-Gatter und über einen Verzögerungskreis 18 dem zweiten Eingang des UND-Gatters 16 zugeführt. Der Verzögerungskreis 18 empfängt das Ausgangssignal C, und wenn es nach dem vorbestimmten Zeitintervall Tl auf Null absinkt, erzeugt der Verzögerungskreis 18 ein verzögertes Signal D. Dieses Signal D wird nach einer Verzögerung T2, beispielsweise nach einer Millisekunde, erzeugt. Die Dauer des verzögerten Signals D, hier mit T3 bezeichnet, ist vom Eingangssignal A unabhängig. Ein typisches Zeitintervall für T3 des verzögerten Signals D beträgt 1 Zyklus oder 20 ms, wobei ungefähr 25 ms bevorzugt werden. Ein UND-Gatter 16 erhält die Signale C und D und erzeugt beim Zusammenfallen von C und D ein Ausgangssignal E (Fig. 2E).

In Fig. 1 wird das Signal E zusammen mit anderen Signalen, deren Bedeutung später erklärt wird, dem Eingang eines ODER-Gatters 20 zugeführt. Am Ausgang des ODER-Gatters 20 erscheint ein Ausgangssignal F, das dem Ausgangssignal des Relaisschaltkreises 10 entspricht. Zur Verwendung dieses Ausgangssignals F zur Anregung eines Relais sind noch Signalfixiermittel 22 vorgesehen, deren Funktion lediglich darin besteht, die Dauer des Pulssignals E im Bereich von einigen Millisekunden auf die Dauer des Ausgangssignals F von ungefähr 20 ms zu vergrössern. Ein 20-ms-Signal ist im allgemeinen zur Betätigung einer Auslösespule für ein Relais ausreichend.

Die vorbestimmten Zeiten von Tl, T2, T3 werden vorzugsweise so ausgewählt, dass das Ausgangssignal E in Fig. 2E bei der zweiten Spitze des Eingangssignals A erzeugt wird, wenn dieses dem Ansprechen 1 pu entspricht oder ihn übersteigt. Dies bewirkt, dass das Relaisausgangssignal F an der zweiten Spitze des Eingangssignals A, das mindestens 1 pu entspricht, erzeugt wird und führt zu einem Ansprechen des Relais auf jeweils die zweite Spannungs- oder Stromspitze. Zur Bewerkstelligung dieses Zweitspitzenansprechens in einem 50-Hz- oder 60-Hz-Ver-sorgungsnetz haben TI, T2 und T3 folgende Werte:

TI + T2 < 8 ms, T3 ^ 20 ms.

In einem bevorzugten statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais betragen für ein 50- oder 60-Hz-Netz Tl ungefähr 1-7 ms, T2 ungefähr 0,5 ms und T3 ungefähr 25 ms.

In der vertikalen Einteilung I der Fig. 2A-2F zeigen die drei aufeinanderfolgenden Signalspitzen des Eingangssignals A denselben Wert, der dem Ansprechpegel entspricht. In der vertikalen Einteilung II ist dies nicht der Fall, weil die ersten zwei Spitzen des Eingangssignals A den Ansprechwert 1 pu über eine grössere Zeitdauer übertreffen als die dritte Signalspitze. Gleich wie in der Einteilung I wird das Ausgangssignal E der Fig. 2E

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bei der zweiten Signalspitze des Eingangssignals A erzeugt, das den Ansprechpegel übersteigt.

Betrachtet man nun die vertikale Einteilung III der Fig. 2A bis 2F, so ist hier das Eingangssignal A mit einem ersten Spitzenwert grösser als der Ansprechpegel, mit einem zweiten Spitzenwert kleiner als der Ansprechpegel und mit einem dritten Spitzenwert wiederum grösser als der Ansprechpegel. In diesem Fall erzeugt der Pegeldetektor 12 ein Ausgangssignal B nur für den ersten und den dritten Spitzenwert, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist. Der Multivibrator 14 erzeugt nur im Zusammenhang mit dem ersten und dritten Spitzenwert ein Ausgangssignal C. Der Verzögerungsschaltkreis 18 erzeugt sein Ausgangssignal D zur Zeit T2 auf das erste Ausgangssignal C folgend. Die Ausgangssignale C und D werden im UND-Gatter 16 zu einem Ausgangssignal E verknüpft, sofern die beiden Signale in der UND-Bedingung zusammenfallen. In diesem Falle ereignet sich eine solche Koinzidenz bei der zweiten Spitze des Eingangssignals A, welche grösser oder gleich der Ansprechschwelle ist. Dabei ist zu bemerken, dass die zweite Signalspitze von A, die einen Ansprechwert darstellt, von der ersten Signalspitze des Ansprechwertes durch eine zweite Spitze von A getrennt ist, die niedriger ist als der Ansprechwert.

Der Vorteil dieser oben beschriebenen zweiten Signalspitzenoperation der Schaltung 10 kann durch den folgenden Ausdruck vereinfacht werden. Die Formel steht für den Fehlerstrom I in der überwachten Leitung:

E -wt/tan0

(1) I = — [sin(wt- X -0)-e sin(V0)] ,

Z

wobei

E = Netzspannung Z = Netzimpedanz

X = Phase der Spannung bei Eintritt des Fehlers 0 = charakteristische Phase zwischen Spannung und Strom des Netzes t = Zeit w = 2îtf, wobei f die Frequenz bedeutet.

Der Ausdruck (1) kann betrachtet werden, als enthalte er einen stationären Teil:

(2) sin (wt -X-0) und einen transienten Teil

(3) -wt/tan0

-e sin (X-0).

Es ist zu bemerken, dass der transiente Teil des Ausdrucks

(3) gegen Null geht, wenn t unendlich wird und sich einem maximalen Wert nähert, wenn 0 = 90° und X = 0° ist. Dies entspricht einem maximalen Überholmass oder Stossspannung von 50% für ein Relais, das schnell genug ist, auf eine plötzliche Grössenänderung des Stromes in der überwachten Leitung anzusprechen. Der schlimmste Fall oder der Maximalwert liegt als bei X = 0°. Dementsprechend zeigt der folgende Ausdruck den schlimmsten Fall im Ausdruck (l),-mit E/Z zu 1 normiert:

-wt/tan0

(4) I = sin (wt - 0) -e sin (-0),

mit t = 0 als Eintrittszeit des Fehlers.

Fig. 3 zeigt Lösungen für verschiedene Winkel 0 der Gleichung (4). Das Überholmass in % (TOR) kann dann für jeden Phasenwinkel 0 berechnet werden. Die gestrichelte Linie der Kurve 1 in Fig. 3 zeigt das Überholmass als Funktion des Phasenwinkels 0, wenn die Gleichung 4 für eine Zeit t gelöst wird, welche der ersten Signalspitze entspricht und grösser ist als der Ansprechwert oder ihm entspricht, der hier als 1 angenommen wird. Die durchgezogene Linie in Kurve 2 zeigt das Überholmass als eine Funktion des Winkels 0, wenn die Gleichung 4 mit der Annahme gelöst wird, dass t gleich der zweiten Signalspitze ist, die grösser oder gleich dem Ansprechwert ist der wieder 1 beträgt. Dabei zeigt die Kurve 1 die Charakteristik eines statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais mit einem generell unerwünscht grossen Schutzbereich während die Kurve 2 eine Form des statischen, verzögerungsfreien Überstromrelais der vorliegenden Erfindung darstellt, das einen verkleinerten Schutzbereich aufweist.

In einem typischen Verzögerungsnetz, in dem der Winkel 0 zwischen 55° und 75° und X zwischen 0° und 360° liegt, spricht das Relais auf die zweite Stromspitze an (Kurve 2). Im schlimmsten Fall ist der Schutzbereich bei X = 0 niedriger als 8%, während das verzögerungsfreie Überstromrelais der Kurve 1 (Relais spricht auf die erste Stromspitze an) einen Schutzbereich in der gleichen Leitung grösser als 31% aufweist. Es ist auch zu beachten, dass der Schutzbereich, wenn andere Winkel X zwischen 0° und 360° auftreten, noch niedriger ist als dies in der Kurve 2 dargestellt ist. Es ist im weiteren zu beachten, dass die Kurve 2, die den Betrieb von einem Überstromrelais der vorliegenden Erfindung zeigt, der Schutzbereich eines elektro-mechanischen Relais sehr ähnelt, das die erwähnte «eingebaute» TrägheitsVerzögerung aufweist.

Anschliessend soll nun der gestrichelte Anteil der Schaltung in Fig. 1 besprochen werden. Das Eingangssignal A wird einem zweiten Pegeldetektor 24 zugeführt, der dem ersten Pegeldetektor 12 entspricht. Der zweite Pegeldetektor 24 wird zur Feststellung hoher Strompegel, sowie auch für eine minimale Auslösezeit der Fehler mit hohen Pegeln benutzt. Wenn der Wert des Pegeldetektors 12 auf 1 pu eingestellt wird, so wird der Wert des Pegeldetektors 24 auf etwa 2,1 pu gesetzt. Das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 für hohe Pegel ist ähnlich dem Ausgangssignal des Pegeldetektors 12. Aus diesem Grunde, um die Ähnlichkeit anzuzeigen, wird das Ausgangssignal des Pegeldetektors 24 mit B' bezeichnet. Das Ausgangssignal B' kann über ein UND-Gatter 26 auf das ODER-Gatter 20 geführt werden. Der zweite Eingang des UND-Gatters 26 kann mit einem Kontroll- oder Überwachungssignal versehen werden, wie beispielsweise ein Überwachungssignal eines Überstromzeitrelais-Schaltreises. Derartige Kontrollsignale werden mit TOC bezeichnet. Der gestrichelte Anteil der Schaltung in Fig. 1 ist nichts anderes als eine Überbrückung zur Erreichung einer reduzierten Auslösezeit für Fehler mit hohen Pegeln. Es ist dabei zu beachten, dass das UND-Gatter 26 weggelassen werden kann, wobei das Ausgangssignal B' direkt auf den Eingang des ODER-Gatters 20 geführt werden kann. Die letztere Konfiguration ergibt den oben erwähnten Überbrückungsbetrieb für Fehler mit hohen Pegeln.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild 30, das einen Teil des statischen Überstromrelais 10 der Fig.l darstellt.

Das Schaltbild 30 enthält einen ersten Widerstand R zum Empfang des Stromsignals der überwachten, nicht dargestellten, Leitung, das in ein Spannungssignal umgewandelt wird (Eingangssignal A). Der Widerstand R1 verbindet dieses Spannungssignal mit dem invertierenden Eingang eines Spannungs-vergleichers 32, wobei der nichtinvertierende Eingang mit einer variablen Spannungsquelle (Vpu) verbunden ist, um die Detek-tionsschwelle einzustellen. Der Spannungsvergleicher 32 arbeitet als erster Pegeldetektor 12 der Fig.l. Der Ausgang des Span-nungsvergleichers 32 führt auf einen Widerstand R2, dessen zweiter Anschluss mit einem positiven Gleichspannungs-Potential verbunden ist. Die Funktion des Potentials am Widerstand R2 ist die, das Pegeldetektorausgangssignal auf einen Gleichspannungswert von ungefähr plus 15 V zu bringen, wenn der vorbestimmte Pegel (Vpu) eingestellt ist. Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 32 wird über ein RC-Netzwerk gefiltert, welches einen Widerstand R3 und einen Kondensator Cl auf5

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weist. Das gefilterte Signal wird im weiteren durch den Kopplungswiderstand R4 abgeschnitten und auf den invertierenden Eingang eines zweiten Spannungsvergleichers 34 geführt. Der Spannungsvergleicher 34 ist dabei auf einen Pegel gesetzt, der niedriger ist als die vorher erwähnten plus 15 V, wobei Vr z.B. etwa plus 5 V betragen kann. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 34 führt zu einem Widerstand R2, dessen zweiter An-schluss an einem positiven Potential liegt. Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 34 entspricht dem Ausgangssignal B in den Fig. 1 und 2B.

Das Ausgangssignal B des Spannungsvergleichers 34 ist über einen Widerstand R5 mit einem Pulsaufbereitungsmittel 36 (monostabiler Multivibrator) verbunden. Ein Ausgangssignal B am Eingang des monostabilen Multivibrators 36 erzeugt an seinem Ausgang das Ausgangssignal C von der Zeitdauer Tl, welche durch das RC-Netzwerk R6, C2 bestimmt wird. Diese Zeitdauer Tl ist in Fig. 2C dargestellt. Zur Sicherstellung, dass das Ausgangssignal C am Multivibrator 36 nur dann auftritt, wenn das Pegeldetektorsignal B vorhanden ist, wird das andere Ausgangssignal C des Multivibrators 36 über ein ODER-Gatter zum zweiten Eingang (Io) zurückgeführt. Diese Rückkopplung kann in der Form, wie sie in Fig. 4 gezeigt wird, ausgeführt werden, wobei der Widerstand RO, der Kondensator CO und ein ODER-Gatter verwendet werden. Das Ausgangssignal C des monostabilen Multivibrators 36 wird dann in zwei Linien aufgeteilt und mit einem UND-Gatter aus den Dioden D2, D3 verbunden. Eine Verzweigung des Ausgangssignals C aus dem Multivibrator 36 wird direkt auf die Diode D2 geführt, während der zweite Zweig des Ausgangssignals C mit dem Widerstand R8 an der Basis eines Transistors Ti verbunden wird. Der Kollektor des Transistors Ti wird über ein RC-Netzwerk aus R9 und C3, einem positiven Potential zugeführt. Das RC-Netzwerk ergibt die vorher besprochene Zeitverzögerung T2 (siehe Fig. 2D). Der Kollektor des Transistors Ti ist im weiteren mit dem invertierenden Eingang eines Spannungsvergleichers 38 verbunden, welcher auf einen Schwellenpegel (Vr) von ungefähr 5 V gesetzt ist. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 38 wird über einen Widerstand RIO auf einen zweiten monostabilen Multivibrator 40 geführt. Dieser Multivibrator 40 ist gleich dem monostabilen Multivibrator 36. Der Multivibrator 40 erzeugt ein Ausgangssignal, welches dem Signal D der Fig. 1 und Fig. 2D entspricht. Die Zeitdauer (T3) des Ausgangssignals D wird durch das RC-Netzwerk Rll, C4 bestimmt.

Das verzögerte Ausgangssignal D des zweiten Multivibrators 40 und das Ausgangssignal C werden in einem UND-Gatter D2, D3 verknüpft und auf einen Widerstand R12 geführt, dessen zweiter Anschluss an einem positiven Potential anliegt. Gleichzeitig führt der Ausgang des UND-Gatters D2, D3 auf die Basis des Transistors T2. Der Kollektor des Transistors T2 ist über ein weiteres RC-Netzwerk R13, C5 an ein positives Potential geführt. Der Zweck dieses RC-Netzwerkes ist es, das an der Basis des Transistors T2 erscheinende Pulssignal (Ausgangssignal E) in ein längeres Zeitsignal zu verwandeln. Die Anwesenheit des Ausgangssignals E zeigt einen Zustand an, in dem zwei Signalspitzen des Eingangssignals A den Ansprechwert erreicht haben. Dabei ist das an der Basis des Transistors T2 erscheinende Pulssignal (Ausgangssignal E) im allgemeinen zum Auslösen oder Erregen einer Relaisspule in seiner Zeitdauer zu kurz und damit unwirksam. Das Ausgangssignal E hat eine Dauer von 1 bis 7 ms. Gemäss dem RC-Netzwerk R13, C5 wird diese Zeitdauer des Pulssignals auf etwa Tl + 15 ms, oder z.B. auf eine totale Dauer von etwa 20 ms erhöht. Dieses Signal von längerer Zeitdauer erscheint am Kollektor des Transistors T2, welcher mit einem weiteren Spannungsvergleicher 42 verbunden ist, der auf einen Vergleichspegel (Vr) von ungefähr 5 V gesetzt ist, um ein Rechteckauslösesignal zu erzeugen. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 42 wird wiederum an einen Widerstand R14

angelegt, dessen zweiter Anschluss an einem positiven Potential hängt, wobei gleichzeitig der Ausgang des Spannungsvergleichers 42 das Ausgangssignal F (siehe Fig. 2F) abgibt. Wie vorher schon erwähnt, nimmt der Ausgang jeder einzelnen Schal-s tung, der mit positivem Potential über einen Widerstand verbunden ist, einen von zwei diskreten Pegeln an.

Obschon die Schaltung 30 von Fig. 4 im Zusammenhang mit diskreten Bauteilen dargestellt würde, ist zu erwähnen, dass im Handel erhältliche integrierte Schaltungen, die die hier belo schriebenen Funktionen übernehmen können, ebenso geeignet sind. In diesem Zusammenhang ist ein integrierter Baustein mit der Nummer 239 zu erwähnen, der bei Fairchild Camera & Instrument Corp., Mountain View, Ca.; National Semiconductor Corp., Santa Clara, Ca., und Signetics Corp., Sunnyvale, Ca., 15 erhältlich ist, der die vier Spannungsvergleicher 32, 34, 38 und 42 ersetzen kann. Gleicherweise kann ein integrierter Baustein mit der Nummer 4538 von der Fairchild Camera & Instrument Corp., Motorola Semiconductor Inc., Az. und Solid State Scientific Ins., Pa., verwendet werden, um die zwei benötigten 20 monostabilen Multivibratoren 36 und 40 zu ersetzen.

Wenn auch die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Verwertung eines Eingangssignals A, repräsentativ für den Strom in einer einzigen überwachten AC-Netzleitung, beschrieben wurde, sind auch andere Ausführungsformen mög-25 lieh. Beispielsweise kann das Eingangssignal A ein Dreiphasen-Eingangssignal sein. In solch einer Anwendung, für 50-60 Hz, Dreiphasen-Betrieb, kann die Dauer Tl auf etwa 7 ms gesetzt werden, um zwischen Signalspitzen zu unterscheiden, so dass der Relaisschaltkreis nicht früher anspricht als bei der zweiten 30 Signalspitze derselben Phase. Nach der ersten Signalspitze des Ansprechpegels von einer Phase beginnt dieses Relais auf die zweite Signalspitze des Ansprechpegels der anderen zwei Phasen zu arbeiten. Ein Vorteil dieser Dreiphasen-Ausführung ist es, dass nur eine einzige Masseinheit, beispielsweise ein Relaisschalt-35 kreis, benötigt wird. Gleichermassen kann die vorliegende Erfindung für andere Multiphasenanwendungen verwendet werden.

Wie vorher schon erwähnt, kann das statische verzögerungsfreie Überstromrelais der vorliegenden Erfindung Signalaufbereitungsmittel enthalten, wie beispielsweise zusätzliche Überwa-40 chungssignale. Gleicherweise kann das Ausgangssignal des Relais weitere Signalaufbereitungsmittel, wie beispielsweise Mittel zur temporären Unterdrückung der Erzeugung an Ausgangssignalen für eine vorbestimmte Zeitperiode enthalten. Diese temporäre Unterdrückung des Relaisausgangssignals (Signal F von 45 Fig. 1) kann für Systemkoordinationszwecke wünschbar sein. Diese temporäre Unterdrückung ist typischerweise in der Grös-senordnung von 1 ms bis 1 sec.

Es ist zu erwähnen, dass das reduzierte Überholmass, gegeben durch das statische verzögerungsfreie Überstromrelais der 50 vorliegenden Erfindung, nicht mehr unter denselben Nachteilen leidet wie die schon erwähnte Technik der einfachen Verzögerung der Operation des Relais für eine Zeitperiode, welche genügend gross ist, um das Überholmass auf einen annehmbaren Pegel zu reduzieren. Bezugnehmend auf die vertikale Einteilung 55 III der Fig. 2A - 2F, ist zu bemerken, dass, wenn eine feste Verzögerungszeit von 10 ms nach der ersten Signalspitze eingebracht wird, das Relais nicht sauber arbeitet, weil die zweite Signalspitze in III 20 ms später auftritt als die erste Signalspitze. Wenn ferner 10 ms anstelle von einer festen Verzögerungs-60 zeit von 20 ms eingeführt wird, so würde auch dann das Relais unter den Bedingungen von III nicht sauber arbeiten. Ein solches Relais hat dann eine Betriebszeit, die nicht unter 20 ms liegen kann. Das statische verzögerungsfreie Überstromrelais der vorliegenden Erfindung ergibt immer einen fehlerfreien Betrieb 65 unter der Fehlerbedingung von III mit einer minimalen Betriebszeit von 10 ms, beispielsweise ein halber Zyklus der Quellenfrequenz.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Statisches, verzögerungsfreies Überstromrelais zum Schutz einer Wechselstrom-Leitung durch Abgabe eines Ausgangssignals (F) zur Betätigung eines Schalters, sofern der Strom in der Leitung einen Grenzwert übersteigt, wobei dem Überstromrelais ein Eingangssignal (A) in der Form einer pulsierenden Welle mit doppelter Leitungsfrequenz und der momentanen Stromstärke in der Leitung entsprechenden Amplituden zugeführt wird, mit einem Pegeldetektor (12) zum Abtasten des Eingangssignals (A), dessen Ansprechpegel einen vorbestimmten Grenzwert des Leitungsstromes darstellt, einem Mul-tivibrator (14), dem die diskreten Ausgangssignale (B) des Pegeldetektors (12) zugeführt werden, einer temporären Sperrschaltung (18) und einer Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Zeitsteuerschaltung mit vorbestimmten Zeitintervallen (Tl, T2, T3) aufweist, von denen das erste (Tl) beim Auftreten eines ersten Ausgangssignals (B) des Pegeldetektors anfängt und das zweite (T2) am Ende des ersten (Tl) beginnt, dass das Auftreten des Ausgangssignals temporär gesperrt ist, bis die Steuerschaltung (16) sowohl das erste als auch ein weiteres Ausgangssignal empfängt, das während des dritten Zeitintervalls (T3) auftritt, wobei das Auftreten der beiden letztgenannten Ausgangssignale (C, D) angibt, dass die Stromstärke in der Leitung den Grenzwert überschritten hat.
2. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegeldetektor (12) mit dem Multivibrator (14) zur Festlegung des ersten Zeitintervalls (Tl) von jedem diskreten Ausgangssignal (B) des Pegeldetektors (12) beim Abtasten eines Eingangssignals verbunden ist.
3. Überstromrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die temporäre Sperrschaltung umfasst:

a) eine Schaltung (18) zur Erzeugung eines verzögerten Signals (D), das am Ende des zweiten Zeitintervalls (T2) und vor dem Abtasten eines weiteren Eingangssignals (A) beginnt, und b) eine Steuerschaltung (16) zur Aufnahme sowohl des verzögerten Signals (D) als auch des nicht-verzögerten, diskreten Ausgangssignals (C), wobei die Steuerschaltung (16) das Ausgangssignal (E) liefert, wenn das verzögerte Signal (D) und das nicht-verzögerte Signal (C) im wesentlichen zusammenfallen.
4. Überstromrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des ersten Zeitintervalls (Tl) der Pegelde-tektor-Ausgangssignale (B) und des zweiten Zeitintervalls (T2) der Zeitsteuerschaltung (16, 18) kleiner als 8 Millisekunden ist und das vorbestimmte dritte Zeitintervall (T3) grösser als oder gleich 20 Millisekunden ist.
5. Überstromrelais nach Anspruch 4, für eine Netzfrequenz von 50 - 60 Hz, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer (Tl) des Pegeldetektors (12) 1 Millisekunde bis 7 Millisekunden und das dritte Zeitintervall (T3) etwa 25 Millisekunden beträgt.
6. Überstromrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine prozentuale transiente Überempfindlichkeit von weniger als 10% für Leistungswinkel bis zu 75° aufweist.
7. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteschaltung (22) vorgesehen ist, die das Relaisausgangssignal (E) für eine vorbestimmte Zeit nach seinem Beginn aufrechterhält.
8. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsschaltung eine Bypassschaltung (24, 26) aufweist, die der temporären Sperrschaltung parallel geschaltet ist und diese umgeht, wenn die Stromstärke in der Leitung einen vorbestimmten Wert erreicht, der wesentlich grösser als der vorbestimmte Grenzwert ist.
9. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temporäre Sperrschaltung die Entwicklung des Relaissausgangssignals für eine vorbestimmte Zeitperiode hemmt bzw. sperrt.
10. Überstromrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zeitintervall (Tl) derart bemessen ist, dass kein Ausgangssignal (E) von der Steuerschaltung (16) entsteht, bevor sie zwei der diskreten Ausgangssignale (B) des Pegeldetektors für eine Phase eines dreiphasigen Eingangs erhalten hat, wobei das zweite diskrete Ausgangssignal (B) des Pegeldetektors (12) zur Lieferung des Ausgangssignals (E) durch eine der zwei anderen Phasen geliefert sein kann.
11. Überstromrelais nach Anspruch 10, für eine Netzfrequenz von 50 bis 60 Hz, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zeitintervall (Tl) des Pegeldetektors (12) 7 Millisekunden beträgt.
12. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Eingangspulse (A) die Form von Spannungspulsen haben und der Pegeldetektor (12) einen Spannungsvergleicher (32, 34) aufweist.
13. Überstromrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung (18) eine Kippstufe (40) zum Festlegen des dritten Zeitintervalls (T3) aufweist.