CH661133A5

CH661133A5 - Schutzrelais fuer elektrische maschinen.

Info

Publication number: CH661133A5
Application number: CH526482A
Authority: CH
Inventors: Walter Dipl-Ing Garn
Original assignee: Elin Union Ag
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1982-09-06
Publication date: 1987-06-30
Also published as: AT380592B; ATA401981A; DE3233203C2; DE3233203A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzrelais für elektrische Maschinen, bei dem die Auslösesignale während des Betriebes der Maschine zur Überwachung einer Grenzbelastung derselben regel- bzw. steuerbar sind, mit einer Eingangsschaltung zur Erfassung von elektrischen Betriebsgrössen als Istwert-Parameter der Maschine und mit einer

Verknüpfungsschaltung zur Umformung dieser Istwert-Para-meter in eine proportionale Gleichspannung und zur Normierung der Spannungssignale und mit einem Komparator zur Bildung von Auslösesignalen und einer nachgeschalteten Auslöselogik.

Die Schutztechnik und die Schutzrelais elektrischer Maschinen arbeiten zurzeit mit konstanten Auslösewerten, die zumeist bei der Inbetriebnahme der Schutzeinrichtungen einmal eingestellt werden und während der gesamten Lebensdauer der auf diese Weise geschützten Maschine so verbleiben. Nur bei unvorhersehbaren Fehlauslösungen werden diese Werte korrigiert. Wird während des Betriebes einer derart geschützten Maschine einer dieser fest eingestellten Auslösewerte überschritten, so wird die Maschine in der vorgesehenen Zeit abgeschaltet.

Diese Schutzrelais arbeiten so lange richtig, als sich die der Schutzeinstellung zugrundeliegenden Faktoren nicht ändern. Im speziellen Fall können diese Relais nicht auf veränderte Umwelteinflüsse, die das Verhalten der elektrischen Maschinen massgeblich beeinflussen, reagieren. Im Besonderen können Veränderungen in der Qualität des Kühlmittels bzw. der Kühlung, Veränderungen der Umgebungstemperatur, komplexere Belastungszustände etc. nicht berücksichtigt werden. Hiedurch kann es aber bereits zu Zerstörungen kommen, wenn die einmal fest eingestellten Grenzwerte noch gar nicht überschritten werden, andererseits kann es aber zu Auslösungen kommen, wenn diese aufgrund der geänderten Situation noch gar nicht nötig wären. Sogenannte «gewollte» und ungewollte Fehlauslösungen sind deshalb in der herkömmlichen Technik nicht selten bzw. sogar unvermeidlich.

Zu erwähnen ist, dass es auch Relais gibt (Distanzrelais), mit zwar fest eingestellten Grenzwerten, die aber nach einem fest eingestellten Programm nach erfolgter Anregung dem Komparator sequentiell aufgeschaltet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und nur Auslösungen zuzulassen, die der festgelegten und errechneten tatsächlichen Grenzbelastbarkeit der Maschine oder sonstigen elektrischen Einrichtungen entspricht.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Schutzrelais der oben genannten Art, bei dem erfindungsgemäss eine weitere Eingangsschaltung vorgesehen ist, zur Erfassung von Temperatur- und/oder Betriebsmitteleinflussgrössen als Adaptivparametern, dass der weiteren Eingangsschaltung ein Adaptivsignalgenerator nachgeschaltet ist, zur Umformung dieser Adaptivparameter in normierte und verknüpfte, der Momentbelastbarkeit der elektrischen Maschine proportionale Gleichspannungen, dass diesem Adaptivsignalgenerator der für die Verarbeitung der umgeformten Istwert-Parameter bereits vorhandene Komparator nachgeschaltet ist, der zum Vergleich der eingegebenen Gleichspannung und zur Bildung eines entsprechenden Signals dient, dass weiters dem Komparator eine Auslöselogik nachgeschaltet ist, in die das Signal eingespeist ist.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist ein zwischen Komparator und Auslöselogik geschaltetes Verzögerungsvorgabeglied mit je einem Eingang und Ausgang an den Adaptivsignalgenerator geschaltet, zur Rückmeldung von Signalen und der Adaptivsignalgenerator ist mit je einem entsprechenden Aus- und Eingang an die Auslöselogik geschaltet, zur Rückmeldung von Signalen zur Korrektur der Auslösung infolge T oleranzzeitvorgabe.

In einer weiteren Ausgestaltung ist eine erste Anzeigevorrichtung vorgesehen, die die umgeformte Gleichspannung aus der Verknüpfungsschaltung für die Istwert-Parameter, die Gleichspannung aus dem Adaptivsignalgenerator für die Adaptivparameter, sowie den Ausgangswert aus dem ver-

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zögerungszeilvorgabeglied, der an dem Adaptivsignalgenerator eingespeist ist, anzeigt.

Weiters sind die Istwert-Parameter in der Verknüpfungsschaltung und die Adaptivparameter in dem Adaptivsignalgenerator analog erfasst und sind dem Komparator zugeführt.

Weiters kann zwischen dem Komparator und dem Verzögerungszeitvorgabeglied eine zweite Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, die zur Anzeige einer einmaligen eventuell kurzzeitigen Überschreitung eines Grenzwertes dient.

Weiters kann zwischen dem Verzögerungszeitvorgabeglied und der Auslöselogik eine dritte Anzeigevorrichtung für die Anzeige der Auslösung einer Abschaltung vorgesehen sein.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der Zeichnung. Die Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Festwertre-lais, Fig. 2 ein Schutzrelais (Adaptivrelais) und die Fig. 3a und 3b Varianten desselben.

Fig. 1 zeigt als Beispiel die schematische Schaltung eines Festwertrelais.

Je nach Typ des Relais wird der Istwert IPi der Eingangs-grössen (1, U, f...) in Eingangsbauteilen 1 erfasst und zumeist potentialgetrennt über Strom- und Spannungswandler in der Eingangsschaltung in eine den Signalgrössen proportionale Wechselspannung umgeformt. Diese Spannungen werden in dem anschliessenden Rechner 2 normiert, verknüpft (Nip) und gleichgerichtet zu einem normierten Istwerlsignal Na (Gleichspannung), das proportional den Ein-gangsgrössen ist und dessen Betrag in einem einfach verarbeitbaren Bereich liegt. Diese Spannung Na wird über eine Widerstandsschaltung 2a, in welcher der Auslösewert fest eingestellt wird (bei Sonderausführungen auch umschaltbar), am Eingang des Komparators (Triggers) 3 mit einer fest eingestellten Normalspannung Vr verglichen. Ist der Eingangswert Na grösser als der Festwert, kippt der Komparator 3 und die nachfolgende Auslöselogik (Auslöseprogrammvorgabe) 7 (im Prinzip ein Verstärker mit Sonderbeschaltung) erzeugt das Auslösesignal. Weiters kann noch ein Verzögerungszeitglied 6 vorgesehen sein, das die Auslösung verzögert und vom normierten Istwert beeinflusst werden kann in einer Art Rückkopplung 6a (durch den Istwert beeinflusste Auslösezeil, Wert Niip). Weiter kann eine Anzeige 8 der Anregung des Triggers 3 vorgesehen sein, die gespeichert wird. Eine Anzeige 9 der erfolgten Auslösung wird in einem anderen (eigenen) Schaltkreis gespeichert. Eine Anzeige 10 des Istwertes kann fallweise ebenso erfolgen. Die Verknüpfung der Auslösung erfolgt in der Auslöselogik 7 entsprechend dem Auslöseprogramm.

Fig. 2 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemässen Adaptivrelais in schematischer Weise.

Die Istwert-Parameter IPi, wie Spannung U, Strom I, Frequenz f etc. werden, wie bei einem Festwertrelais, in der Eingangsschaltung 1 erfasst und über eine in dieser enthaltenen Widerstandsschaltung, in der eine Voreinstellung erfolgt, dem Rechner 2 zugeführt, in dem die Normierung und Verknüpfung der Eingangsparameter erfolgt (Nip. Die Adaptivparameter APj, wie Temperatur 8 (der Wicklung oder der Umgebung, wie Kühlmittel od. dgi.), Druck P (Kühlmittel-, Dampf-Schmiermitteldruck od. dgi.), Menge Q (Kühlmittel-, Dampf-, Schmiermittelmenge od. dgi.) werden in einer weiteren Eingangsschaltung 4 erfasst, dort normiert und verknüpft und einem Adaptivsignalgenerator 5 zugeführt, in der normierte Spannungen Nap gebildet werden, die proportional der Moment belastbarkeit der zu schützenden elektrischen Einrichtung sind. Die Ausgangswerte (Spannungen) Na und Ga beider Rechner 2, 5, wobei Na dem normierten Istwertsignal und G a einem Adaptivgrenzwert entspricht, werden dem Eingangeines Komparators (Triggers) 3 so zugeführt, dass ein Kippen desselben an der errechneten Belastungsgrenze erfolgt und die Auslösung über die Auslöselogik 7 durchgeschaltet wird.

Weiters sind ein Verzögerungszeitvorgabeglied 6 vorgesehen, das von Adaptivsignalgenerator 5 korrigiert wird,

sowie eine Anzeigeeinrichtung 8 zur Anzeige einer einmaligen kurzzeitigen Überschreitung eines Grenzwertes einer weiteren Anzeigevorrichtung 9 für die Anzeige der Auslösung einer Abschaltung und einer Anzeigevorrichtung 10, die die umgeformte Gleichspannung Na, die Gleichspannung Ga sowie den Ausgangswert tR anzeigt. Ausserdem ist eine Auslöseprogramminformation Vr vorgesehen, in der je nach Fehlerfall die einzelnen Auslösungen durchgeschaltet werden.

Fig. 3a zeigt das Schaltbild eines Adaptivrelais in Analog-Technik. Die Istwert-Parameter werden im Eingangsbauteil 1 wie bei den elektronischen Standardrelais analog erfasst und einer Normierung 2 zugeführt, in der die Umformung der Eingangsparameter auf einfach verarbeitbare Signalpegel erfolgt. Die Adaptivparameter 9, P, Q od. dgi. werden von der Eingangsschaltung 4 erfasst und dem Adaptivsignalgenerator 5 zugeführt, sodann der errechnete Grenzwert Ga samt dem normierten Istwert Na dem Trigger (Komparator) 3 zugeführt. Fallweise kann eine Diode 3a am Eingang zum Komparator 3 angeordnet sein, die den Adaptivwertkreis vom Istwertkreis entkoppelt.

Das Verzögerungszeitvorgabeglied 6 wird wie bei den heute üblichen elektronischen Relais gebildet oder von der Adaptionssignalgenerierung korrigiert. Dem Komparator 3 wird die Auslöselogik 7 nachgeschaltet. Diese ist wie bei einem Festwertrelais aufgebaut und umfasst die Auslöseverstärkung. Die Anzeige der erfolgten Auslösung ist in 9 angedeutet, ebenso die der erfolgten Anregung des Komparators 3 in 8.

Als Vorteile dieses Relaistyps sind zu nennen:

Es sind extrem schnelle Auslöse-Automatiken möglich.

Die Geschwindigkeit der Adaption ist vollkommen unabhängig von der Auslösezeit der Relais.

Die Adaptionsschaltung kann unter Umständen auch analog aufgebaut werden.

Die Adaptionswertrechenschaltung 5 kann, wenn sie auf digitaler Basis arbeitet, mehrfach verwendet werden. Dazu muss der errechnete Grenzwert gespeichert werden.

Bei Ausfall des Adaptivrechners 5 arbeitet das Relais aufgrund des gespeicherten Grenzwertes wie ein Standardrelais mit dem zuletzt errechneten Grenzwert als Fixeinstellwert weiter.

Eine stufenweise Entwicklung bzw. Ausbau dieser Relais ist möglich.

Fig. 3b zeigt das Schaltbild eines Adaptivrelais in Digital-Technik. Die Istwertparameter wie Strom I, Spannung U, Frequenz f, Phasenwinkel od. dgi. werden in der Istwerterfassung und -normierung 1 erfasst und im Analog-Digital-wandler 1 a digitalisiert, sodann dem Komparator 3 als Zahlenwert Na zugeführt. (Dieser Komparator 3 ist Bestandteil eines Rechners 3a, der ausserdem noch den Adaptivsignalgenerator 5 und das Verzögerungszeitvorgabeglied 6 umfasst.) Die Adaptivparameter S, P, Q, od. dgi. werden in der Eingangsschaltung 4 erfasst und normiert und über einen weiteren Analog-Digitalwandler4a mit vorgeschaltetem Multi-plexer 4b digitalisiert, sodann dem Adaptivsignalgenerator 5 -zugeleitet, in dem aufgrund der digital vorliegenden Adaptivparameter der Adaptivgrenzwert Ga errechnet wird und dem Komparator 3, ebenso wie der digitalisierten Istwertpara-meter Na zugeführt wird. Aufgrund des Vergleiches beider Werte wird die Zeitverzögerung der Auslösung in dem Verzögerungszeitvorgabeglied 6 festgelegt und die Auslösung über einen digitalen Ausgang auf die Auslöselogik 7 durchgeschaltet. Eine Auslöseanzeige 9 zeigt die erfolgte Auslösung an.

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Die Berechnung der Grenzwerte Ga kann in vergleichsweise längeren Intervallen erfolgen.

Der Vergleich Istwert Na Grenzwert Ga erfolgt in kurzen Intervallen.

Als Vorteile dieser digitalen Bauart sind zu nennen :

Die Entwicklungeines «Hardware Standardrelais» ist möglich. Die einzelnen Relais unterscheiden sich nur durch deren Programm (Software) bzw. die Anzahl der belegten Ein- und Ausgänge.

Es sind sogenannte «Vielfachrelais» möglich. Ein «Relais» vereinigt mehrere sogenannte Festwertrelais in sich. Einfache Erweiterung durch Programmänderung ist möglich. Die Speicherung der Istwert-Maximalwerte und deren Dauer s bzw. des gesamten Störungsverlaufes ist auf einfache Art und Weise möglich.

Ein Störungsprotokoll ist einfach realisierbar, ebenso Merkfähigkeit des Störungsverlaufes.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

661 133 PATENTANSPRÜCHE

1. Schutzrelais für elektrische Maschinen, bei dem die Auslösesignale während des Betriebes der Maschine zur Überwachung einer Grenzbelastung derselben regel- bzw. steuerbar sind, mit einer Eingangsschaltung zur Erfassung von elektrischen Betriebsgrössen als Istwert-Parameter (IPi) der Maschine und mit einer Verknüpfungsschaltung zur Umformung dieser Istwert-Parameter (IPi) in eine proportionale Gleichspannung und zur Normierung der Spannungssignale und mit einem Komparator zur Bildung von Auslösesignalen und einer nachgeschalteten Auslöselogik, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Eingangsschaltung (4) vorgesehen ist, zur Erfassung von Temperatur- und/oder Betriebsmitteleinflussgrössen als Adaptivparametern (APj), dass der weiteren Eingangsschaltung (4) ein Adaptivsignal-generator (5) nachgeschaltet ist, zur Umformung dieser Adaptivparameter(APj) in normierte und verknüpfte, der Momentbelastbarkeit der elektrischen Maschine proportionale Gleichspannungen, dass diesem Adaptivsignalgenerator (5) der für die Verarbeitung der umgeformten Istwert-Parameter (Na) bereits vorhandene Komparator (3) nachgeschaltet ist, der zum Vergleich der eingegebenen Gleichspannungen (Ga, Na) und zur Bildung eines entsprechenden Signals dient, dass weiters dem Komparator (3) eine Auslöselogik (7) nachgeschaltet ist, in die das Signal eingespeist ist.

2. Schutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen Komparator (3) und Auslöselogik (7) geschaltetes Verzögerungszeitvorgabeglied (6) mit je einem Eingang und Ausgang an den Adaptivsignalgenerator (5) geschaltet ist, zur Rückmeldung von Signalen (tA, tR) und dass der Adaptivsignalgenerator (5) mit je einem entsprechenden Aus- und Eingang an die Auslöselogik (7) geschaltet ist, zur Rückmeldung von Signalen (Va, Vr) zur Korrektur der Auslösung infolge Toleranzzeitvorgabe.

3. Schutzrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anzeigevorrichtung (10) vorgesehen ist, die die umgeformte Gleichspannung (Na) aus der Verknüpfungsschaltung (2) für die Istwert-Parameter, die Gleichspannung (Ga) aus dem Adaptivsignalgenerator (5) für die Adaptivparameter, sowie den Ausgangswert (tR) aus dem Verzögerungszeitvorgabeglied (6), der an den Adaptivsignalgenerator (5) eingespeist ist, anzeigt.

4. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Istwert-Parameter in der Verknüpfungsschaltung (2) und die Adaptivparameter in dem Adaptivsignalgenerator (5) analog erfasst sind und dem Komparator (3) zugeführt sind (Fig. 2, Fig. 3a).

5. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Komparator (3) und dem Verzögerungszeitvorgabeglied (6) eine zweite Anzeigevorrichtung (8) vorgesehen ist, die zur Anzeige einer einmaligen eventuell kurzzeitigen Überschreitungeines Grenzwertes dient (Fig. 2).

6. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verzögerungszeitvorgabeglied (6) und der Auslöselogik (7) eine dritte Anzeigevorrichtung (9) für die Anzeige der Auslösung einer Abschaltung vorgesehen ist (Fig. 2).