Schaltungsanordnung für elektronische Schutzeinrichtungen zur Erfassung
von Uberstrom bzw. Über- oder Unterspannungen, Die ßrfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
für elektronische Schutzeinriehtungen zur Erfassung von Uberstrom bzw, Ober- oder
Unterspannungen in elektrischen '-,Vechselstromnetzen, Es sind Schaltungsanordnungen
bekannt, bei denen der Überstrom. der Messung der blomentanwerte festgestellt wird.
Dieses Meßverfahren läßt sehr kurze Auslösezeiten zu, jedoch sind besondere Maßnahmen
notwendig um es für verzerrte Wechseletromgrößen (Spitzen) zu verwenden, Bei einer
anderen Anordnung wird das Überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes kontrolliert,
und zwar für die Dauer eines definierten Zeitabschnittes innerhalb jeder Halbwelle,
wozu die periodische Eingangsgröße in eine spezielle Impulsfolge umgewandelt wird,
deren Gleichstromglied als eigentliche Meßgröße fungiert» Des weiteren sind
Anordnungen bekannt, bei denen die Integrationsgrenzen von einer beliebig
einstellbaren Vorspannung eines als steuerbarer Nebenschluß wirkenden Transistor
und der Eingangsspannung abhängen und die Spannung am Kondensator schneller als
bei festen Integrationsgrenzen gmoteigt, Eine andere Schutzeinrichtung ist so aufgebaut,
daß ein mit dem zu überwachenden Stromkreis gekuppelter Eingangskreis ein in seiner
Höhe von der Grölie des Stromes (oder der Spannung) im zu überwachenden Stromkreis
entsprechendes Gleichstromsignal an einem Speicherkreis anlegt, der aus zwei in
Reihe ge.schalteten Widerstands- und Reaktanzelemente enthaltenden Abschnitten besteht,
und daß von mindestens zwei Widerstandselementen des einen Abschnittes das eine
mit einem nichtlinearen Impedanzglied in der Weise verbunden ist, daß ein Parameter
dieses Abschnittes und damit die Zeitkonstante des Mpeicherkreiaes verändert wird,
wenn die an das Impedanzgliea angelegte Spannung einen vorbestimmten kritischen
Wert erreicht.Circuit arrangement for electronic protective devices for detecting overcurrent or overvoltage or undervoltage, The ßrfindung relates to a circuit arrangement for electronic protective devices for detecting overcurrent or, over- or undervoltage in electrical '-, alternating current networks, There are known circuit arrangements in which the overcurrent. the measurement of the instantaneous values is determined. This measuring method allows very short tripping times, but special measures are necessary in order to use it for distorted alternating current values (peaks) periodic input variable is converted into a special pulse sequence, the direct current element of which acts as the actual measured variable » Furthermore , arrangements are known in which the integration limits depend on an arbitrarily adjustable bias voltage of a controllable shunt transistor and the input voltage and the voltage on the capacitor is faster than with fixed ones Integration limits gmoteigt, Another protective device is constructed in such a way that an input circuit coupled to the circuit to be monitored corresponds to a level corresponding to the magnitude of the current (or voltage) in the circuit to be monitored Current direct current signal applies to a storage circuit which consists of two serially switched resistance and reactance elements containing sections, and that of at least two resistance elements of the one section is connected to a nonlinear impedance element in such a way that a parameter of this section and so that the time constant of the storage circuit is changed when the voltage applied to the impedance link reaches a predetermined critical value.
Der Nachteil dieser bekannten Schutzeinrichtungen liegt daring daß
oie entweder zu große Auslosezeiten, aber einen geringen Kurvenformeinfluß haben
und zum anderen auch unempfindlich gegen Störspitzen pind, andererseits haben sie
aber geringe Auslösezeiten, sind jedoch
empfindlich geGen Störspitzen.
Der ErrindunU, liegt die Aufgabe zuGrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erfassung
von Oberstrom bzw. Uber- und Unterspannungen zu schaffen, bei der die aufgezeigten
Mängel beseitiLt werden und sämtliche Vorteile wie kurze Auslösezeiten, geringer
Kurvenformeinfluß und.Unempfindlichkeit gegen Störspiüzen in sich vereinigt.The disadvantage of these known protective devices is that
oie either too long draw times, but little influence on the curve shape
and on the other hand also insensitive to glitches pind, on the other hand they have
but short tripping times are, however
sensitive to interference peaks.
The invention is based on the task of a circuit arrangement for detection
to create of overcurrent or overvoltage and undervoltage, at which the indicated
Defects are eliminated and all advantages such as short tripping times are reduced
Curve shape influence and insensitivity to Störspiüzen combined.
Erfindungsvemäß wird das dadurch erreicht, daß die Einganeswech.,elca
spannung je Phase über einen Stromwandler, einen Bürdenwiderstand, einen
Darallel dazu lier-enden Ubertrager, eine Diode, eine Begrenzerdiode, ein Netzwerk,
bestehend aus einem Ciderstand und einem veränderlichen Widerstand, durch einen
vorgenannten Schmitt-Trigger in entsprechend breite Impulse geformt wird, die bei
Erreichen einer bestimmten Breite eine Vergleichsschaltung passieren. Die Vergleichsschaltung
wird gebildet, einmal durch eine monostabile Kippstufe, der ein Kondensator vorgeschaltet
und unmittelbar ein veränderlicher Widerstand sowie ein Kondensator anLeschlossen
int und zum anderen durch ein parallel dazu liegenden Negator, dem ein R-C-Glied
nachgeschaltet ist. Beide parallelen Zweige werden in einem Oder-Glied vereinigt,
dem ein Ilegator nachüeschaltet istt welcher mit einer dominierend löschenden bistabilen
Kippstufe die mit einer Löschtaste versehen, mit einem nachfolgenden Verstärker
und einem Leuchtmelder verbunden und dessen Ausgang zusammen mit den Ausgängen der
beiden übrigen Phasen in einem Oder-Glied zusammengefaßt ist. Am Ausgang des Oder-Gliedes
liegt ein Frequenzteiler über den die entsprechend breiten Impulse die nachfolgenden
Zählstufen steuern, die einmal über die Bewertungswiderstände mit einem Anzeigeinstrument
und zum zweiten mit einer Vorwählmatrix verbunden sind, zum anderen ist am AusganG#des
Oder-Gliedes über ein '-R-C" -
Glied ein Impulsformer mit nachgeschaltetem
Differentierglied, welchem eine LÖschtaste vorgeschaltet ist, angeordnet, Die Erfindung
soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen: Fig. 1: eine Schaltungsanordnung zu vorliegender Erfindung,
Fig. 2: Fortsetzung der Figur* 1, Fig. 3: eine SchaltunGsanordnung bei der
monostabile Kippstufen parallel geschaltet sind, Fig. 4z eine Schaltungsanordnung
bei der der Ubertrager weggelassen werden.kann,
Nach.FiGur
1 sind die Stromwandier 1; 11; 111 mit den Durdenwiderständen 2; 21;
Z" und den parallel dazu liegenden Ubertragern 3; -1'; Y' verbunden,
wobei eirer bei Drehstromsystemen entweder gegenläufig gewickelt ist oder die Sekundärwicklung
Über Kreuz angeschlossen wird, in der Nachfolge liegen dann die Dioden 4; 4v
; 4119 In der weiteren Erläuterung wird sich auf das System einer rhase beschränkt,
da die Systeme der ubrigen Phasen analog aufL7ebaut sind. Eine Begrenzerdiode
5 und ein 1-Tetzvieric bestehend aus einem 17iderstand 6 und einem
veränderlichen Widerstand 7 ist einem Schmitt-TriLGer ö vorLeschaltet und
diesem ist parallel zu einem Negator 9 mit einem nach:ro%#-enden R-C-Glied
10 Über einen Kondensator 11
eine monostabile Kippstufe 12 nac14,eschaltet,
an welche unmittelbar ein Kondensator 13 und ein veränderlicher Widerstand
14 zur VergleichsimpulsbreiteneinstellunG anbeschlossen ist. Die Ausgänge der beiden
parallelen ZweiGe werden in einem Oder-Glied 15 vereiniGtv dem ein 1..Tegator
16 nachGeschaltet ist, welcher mit einer dominierend löschenden bistabilen
Kippstufe 17, die mit einer Löschtaste 20 versehen, mit einem nachfolgenden Verstärker
18 und einem Leuchtmelder 19 verbunden, und dessen Ausgang zusammen
mit den AusGängen der beiden übrijen Phasen in einem Oder-Glied 21 zusammengefaßt
ist. An dem Ausganü des Oder-Gliedes 21 nach Figur 2 liegt zum einen ein Frequenzteiler
22 mit nachfolgenden Zählstufen 23; 249 die einmal über die Bewertungswiderstände
29 mit einem AnzeiGeinstrument 30, und züm zweiten mit einer Vorwählmatrix
31 verbunden sind, zum anderen ist am Ausgang des Oder-Gliedes 21 über ein
R-C-Glied 25 ein Impulsformer 26 mit nachgeschaltetem Differentierglied,
welchem eine Löschtaste 28 vorgeschaltet ist, angeordnet* Nach Figur
1 und 2 werden Uberstrom bzw. Uber- oder Unterspannunf; in an sich bekannter
!`leise in entsprechend breite Impulse umgeformt, die mit Impulsen einstellbarer
Breite verglichen werden. Übersteigt der Momentanwert der an dem Bürdenwiderstand
21 21; 211 anstehenden, dem Strom proportionale 1,1;pamungg welche durch den Übertrager
3; Y; Y' in den Pegel transistorielerter Bausteine transformiert und
durch die Diode 4; 411 411 gleichgerichtet wird, den mittels der Widerstände
6; 7 eingestellten Wert, so spricht der Scbmitt-Trit;t#er 8 an, sinkt
der Momentanwert unter den eingestellten Pegel, sokippt der Schmitt-TrigGer
8 zurück und bewirkt somit einen 'Rechteckimpuls, dessen Breite von dem effektiven
Wert
der sinusfÖrmigen EinganGsspannung abhänut. Die EinganGsbausteine
werden vor zu hohen Eingangsspannungen, z. B. im Falle des Netzk-urzschlusses, vor
Zerstörung durch die Begrenzerdiode 5 geschützt. Durch das Verschieben einer
Phase um 1800 bei Umpolung des ÜbertraGers 3; Y; Y' wird erreicht,
daß auch bei dreiphasigem Ansprechen ein diskontinuierliches SiGnal zur Steuerung
des Frequenzteilds 22 und der Zählstufen 23; 24 zu erhalten, Die Ausgangsimpulse
des Schmitt-Trigger 8 steuern einmal über einen Kondensator 11
eine
monostabile Kippstufe 12 und zum anderen einen Negator 9 an, Beim Auftreten
eines AusGanGssiGnales wird der Nesator auf O-Signal gesteuert und gleichzeitit;
läuft die Kippstufe 12 an. Bei einem Impuls, dessen Dauer kürzer als die eingestellte
Ablaufzeit der monostabilen Eippstufe 12 ist, wird durch seine Abfallflanke die
Kippstufe 12 vor dem Ablaufen in die AusranL;elaGe zurückgezogen, ist die Impulsdauer
länger als die an der monostabilen Kippstufe 12 durch die Einstellglieder
13; 14 vorgegebene Zeit.' so steht am Ausgang der monostabilen Kippstufe
12 an Stelle dest-Signales ein 0-Siünal an. Da gleichzeitig am NeGator
9 ein 0-Signal ansteht, wird der Negator 16 so gesteuert, an seinem
Ausgang ein L-SEignal steht. Durch das R-C-Glied 10; 101 wird verhindert,
daß die durch die Laufzeiten der Transistoren bedinüten Wischimpulse auftreten,
Das Ausgangssignal des Negators 16 steuert eine bistabile Kippsture
17 derart, daß das Auftreten eines L-SiGnales durch einen Verst,#-rker
18 und einen Leuchtmelder ig op-tisch sichtbar gemacht wird. Die Ausgangssignale
der Negatoren 17; 1711 171', welche aus den Eingangsgrößen der Piiasen
R, 69 T resultieren, werden in dem Oder-Glied 21 zusammengefaßt* Das resultierende
AusganUssignal des Oder-Gliedde 211 welches eine der Netzfrequenz entsprechende
Impulerrequenz besitzt, wird durch einen Frequenzteiler 22 auf 10 fiz rierabgesetzt,
Mit dieser Frequenz wurden die Zählsturen 24; 25 angesteuert. Der zeitliche
Ablauf wird über Bewertungswiderstände 29 und ein Anzeigeinstrument 30 sichtbar
gemacht. Die gewünschte Verzögerungszeit kann durch die Vorwählmatriz
31 vorgewählt werden und nach Äblauf der eingestellten Zeitkann an der Vorwählmatrix
31 das Äuslösesignal abgenommen werden, Um in jeder Impulsfolge einen Löschimpuls
für den Frequenzteiler 22 und die Zählstufen 23; 24 zu erhalten, wird die
Impulsfolge hinter den Oder-Glied 21 durch das R-C-Glied 25;
251 geglättet
und durch den Impulsformer 26 iait nachgeschaltetem
Differentierglied
27; 278 ein einmaliger Löschnadelimpuls erzeuLt. Der#Nadelimpuls kann auch
von Hand durch ein konstantes L-Äljignal mittels einer Taste erzeugt werden, Nach
Figur 3 ist der monostabilen Kippstufe 12 eine monostabile Kippstufe
33 parallel geschaltet, an die ebenfalls unmittelbar ein Kondensator 34 und
ein veränderlicher Widerstand 35 zur Vergleichsimpulsbreiteneinstellung angeschlossen
ist, Der Ausgang der monostabilen KiPPstufe 33 und der AusUang des parallelen
Zweiges, bestehend aus dem Negator 9 mit dem nachfolgenden R-C-Glied
101 101, werden vereiniGt in einem Oder-Glied 36 dessen Ausgang zur
Schnellauslösung führt.According to the invention this is achieved in that the input change., Elca voltage per phase via a current transformer, a load resistor, a parallel to this lier-ending transformer, a diode, a limiter diode, a network consisting of a C resistor and a variable resistor, through a aforementioned Schmitt trigger is formed into correspondingly wide pulses which pass a comparison circuit when a certain width is reached. The comparison circuit is formed, on the one hand by a monostable multivibrator, which is preceded by a capacitor and immediately a variable resistor and a capacitor connected to int and on the other hand by an inverter connected in parallel and followed by an RC element. Both parallel branches are combined in an OR element, which is followed by an Ilegator which is equipped with a dominant, extinguishing bistable multivibrator with a cancel button, connected to a subsequent amplifier and an indicator light and its output together with the outputs of the two remaining phases in one Or-member is summarized. At the output of the OR element there is a frequency divider via which the correspondingly wide pulses control the subsequent counting stages, which are connected on the one hand to a display instrument via the evaluation resistors and on the other hand to a preselection matrix, and on the other hand at the output # of the OR element via a ' -RC "- element a pulse shaper with a following differentiating element, which a cancel key is connected upstream arranged the invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment In the accompanying drawings: Figure 1 is a circuit arrangement to the present invention, Figure 2:... Continuation of the figure * 1, Fig. 3: a circuit arrangement in which monostable multivibrators are connected in parallel, Fig. 4z a circuit arrangement in which the transformer can be omitted, according to FiGur 1 , the current converters 1; 11; 111 with the Durden resistors 2 ; 21; Z " and the transmitters 3; -1'; Y 'connected, whereby eirer is either wound in opposite directions in three-phase systems or the secondary winding is connected cross-wise, the diodes 4 are then in succession; 4v ; 4119 The rest of the explanation is limited to the system of a rhase, since the systems of the other phases are built up analogously. A limiter diode 5 and a 1-Tetzvieric consisting of a resistor 6 and a variable resistor 7 is connected upstream of a Schmitt-TriLGer ö and this is parallel to an inverter 9 with an RC element 10 via a capacitor 11 A monostable multivibrator 12 is switched to which a capacitor 13 and a variable resistor 14 are connected directly for setting the comparison pulse width. The outputs of the two parallel ZweiGe are combined in an OR element 15, which is followed by a 1..Tegator 16 , which is connected to a dominant, extinguishing bistable multivibrator 17, which is provided with a delete button 20, with a subsequent amplifier 18 and an indicator light 19 , and the output of which is combined with the outputs of the two remaining phases in an OR element 21. At the output of the OR element 21 according to FIG. 2, there is on the one hand a frequency divider 22 with subsequent counting stages 23; 249 which are connected on the one hand to a display instrument 30 via the evaluation resistors 29 and on the other hand to a preselection matrix 31 , and on the other hand at the output of the OR element 21 via an RC element 25 there is a pulse shaper 26 with a downstream differentiating element, which is preceded by a delete key 28 is, arranged * According to Figure 1 and 2, overcurrent or overvoltage or undervoltage; in a well-known! `` quietly converted into correspondingly wide impulses, which are compared with impulses of adjustable width. If the instantaneous value of the load resistor 21 exceeds 21; 211 pending, the current proportional 1,1; pamungg which is transmitted by the transformer 3; Y; Y 'transformed into the level of transistorielerter components and through the diode 4; 411 411 is rectified, the means of the resistors 6; 7 set value, then the Scbmitt-Trit; t # er 8 responds, the instantaneous value falls below the set level, so the Schmitt-Trigger 8 flips back and thus causes a 'square pulse, the width of which depends on the effective value of the sinusoidal input voltage. The input modules are protected against excessive input voltages, e.g. B. in the event of a mains short circuit, protected from destruction by the limiter diode 5 . By shifting a phase by 1800 when the polarity of the transmitter 3 is reversed; Y; Y 'it is achieved that a discontinuous signal for controlling the frequency part 22 and the counting stages 23; 24, the output pulses of the Schmitt trigger 8 control a monostable multivibrator 12 via a capacitor 11 and an inverter 9. When an output signal occurs, the Nesator is controlled to a 0 signal and at the same time; the flip-flop 12 starts up. In the case of a pulse, the duration of which is shorter than the set elapsed time of the monostable Eippstufe 12, the flip-flop 12 is withdrawn by its falling edge in the AusranL; elaGe, the pulse duration is longer than that on the monostable flip-flop 12 by the setting elements 13; 14 given time. ' so at the output of the monostable multivibrator 12 there is a 0 signal instead of the dest signal. Since a 0 signal is present at the NeGator 9 at the same time , the inverter 16 is controlled in such a way that an L-SE signal is present at its output. Through the RC element 10; 101 prevents the wiping impulses caused by the transit times of the transistors from occurring. The output signal of the inverter 16 controls a bistable tilting gate 17 in such a way that the occurrence of an L signal is optically visible through an amplifier 18 and an indicator light ig is made. The output signals of the inverters 17; 1711 171 'which result from the input variables of the Piiasen R, 69 T, are combined in the OR gate 21 * The resulting AusganUssignal of the OR Gliedde 211 which has one of the line frequency corresponding Impulerrequenz is rierabgesetzt fiz by a frequency divider 22 to 10 , With this frequency the counters were 24; 25 controlled. The time sequence is made visible via evaluation resistors 29 and a display instrument 30. The desired delay time can be preselected by the preselection matrix 31 and, after the set time has elapsed, the trigger signal can be taken from the preselection matrix 31 , in order to generate a clearing pulse for the frequency divider 22 and the counting stages 23; To obtain 24, the pulse sequence behind the OR element 21 is transmitted by the RC element 25; 251 and smoothed by the pulse shaper 26 iait downstream differentiating element 27; 278 a single erase needle pulse is generated. The # spike can also be by hand by a constant L-Äljignal by means of a key are generated, of Figure 3 of the monostable multivibrator is a monostable flip-flop 33 connected in parallel 12, is connected to the likewise directly, a capacitor 34 and a variable resistor 35 for comparison pulse width adjustment The output of the monostable KiPPstufe 33 and the output of the parallel branch, consisting of the inverter 9 with the subsequent RC element 101 101, are combined in an OR element 36, the output of which leads to rapid tripping.
Durch das Parallelschalten der monostabilen Kippstufen 12;
33 ist es möglich die Breite der vom Schmitt-Trigger 8 abgegebenen
Impulse mit weiteren Impulsbreiten zu vergleichen. Wird die weitere monostabile
Kippstufe 33 für eine größere Impulsbreite eingestellt, so besteht die Möglichkeit
bei hohen Fehlerströmen eine sofortige Auslösung (Schnellauslösung) zu bewirken*
Nach Figur 4 Ist der Begrenzerdiode 5 eine Niveaudiode 37, ein veränderlicher
Niderstand 38 und ein ?liderstand 39 nachgeschaltet, dessen Ausgang
mit dem Schmitt-Trigger 8 verbunden ist» Beim Überschreiten eines durch die
Niveaudiode 37 bestimmten Spannunt,spegels beginnt die Niveaudiode
37 voll zu leiten, das Netzwerk bestehend aus dem veränderlichen ',.'liderstand
38 und dem Widerstand 39 liegt-an Spannung und der Schmitt-TrigL.er
8 formt den Spannungssprung in ein L-Eigiaal um.By connecting the monostable flip-flops 12; 33 it is possible to compare the width of the pulses emitted by the Schmitt trigger 8 with other pulse widths. If the further monostable flip-flop 33 is set for a larger pulse width, so there is the possibility at high fault currents for an immediate release (instantaneous tripping) to effect * After 4 is the limiter 5, a level diode 37, a variable Niderstand 38 and a eyelids was? 39 downstream, the output of which is connected to the Schmitt trigger 8. When a voltage level determined by the level diode 37 is exceeded, the level diode 37 begins to conduct fully, the network consisting of the variable resistor 38 and the resistor 39 is connected to voltage and the Schmitt-TrigL.er 8 transforms the voltage jump into an L-Eigiaal.