DE19959789A1

DE19959789A1 - Integrator circuit for trigger circuit of power switch with Rogowski coil

Info

Publication number: DE19959789A1
Application number: DE1999159789
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Wolfgang Roehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-13

Abstract

The integrator circuit includes an operational amplifier (OPV) with a feedback circuit to one of its inputs, comprising a resistance (Rl) and a capacitor (C), and an integration resistance (R2) connected in series with that input. A switch (S) is arranged in series to the resistance, which is clocked with the frequency of an input voltage of the operational amplifier, which is simultaneously the operational frequency of the supervised network. The maximum switch-on time of the resistance is shorter than half the period of the maximum operating frequency of the network supervised with the power switch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Integratorschaltung für die Aus löseelektronik eines mit einer Rogowskispule zusammenwirken den Leistungsschalters.The invention relates to an integrator circuit for the off Solving electronics interact with a Rogowski coil the circuit breaker.

Elektronische Überstromauslöser von Niederspannungs-Lei stungsschaltern dienen dazu, einen nachgeordneten Verbraucher bei Überlast oder Kurzschluß selektiv vom Netz zu trennen und damit den Verbraucher und die Anlage einschließlich des Lei stungsschalters selbst zu schützen.Electronic overcurrent release from low voltage Lei Circuit breakers serve a downstream consumer in the event of overload or short circuit, selectively disconnect from the mains and thus the consumer and the facility including the lei to protect the switch itself.

Als ein Stromsignal liefernde Sensoren werden üblicherweise magnetische Stromwandler eingesetzt, wobei zwischen eisenbe hafteten und eisenlosen Stromwandlern unterschieden werden muß.Sensors supplying a current signal are usually used magnetic current transformers used, being between eisenbe liable and ironless current transformers can be distinguished got to.

Eisenbehaftete Stromwandler haben aufgrund der Sättigung des Eisenkerns nur einen eng begrenzten Dynamikbereich. Für einen höheren Dynamikbereich werden deshalb eisenlose Stromwandler mit einer sogenannten Rogowskispule eingesetzt. Eine solche Rogowskispule ist z. B. aus EP-B 0 808 460 bekannt.Due to the saturation of the Iron core only a narrowly limited dynamic range. For one higher dynamic range are therefore ironless current transformers used with a so-called Rogowski coil. Such Rogowski coil is e.g. B. known from EP-B 0 808 460.

Rogowskispulen arbeiten zur Gewinnung einer strompropor tionalen Spannung mit einer Integrationsschaltung und einem nachgeordneten Impedanzwandler. Bevorzugt werden aktive Inte gratoren eingesetzt.Rogowski coils work to obtain a power proportional tional voltage with an integration circuit and a downstream impedance converter. Active integers are preferred grators used.

Im Interesse einer rationalen Fertigung und geringer Lager haltung werden die Niederspannungs-Leistungsschalter so aus gelegt, daß sie bei möglichst allen möglichen Netzfrequenzen arbeiten. So arbeiten z. B. Bahnstromnetze mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz, während Bordnetze von Flugzeugen mit einer Frequenz von 400 Hz arbeiten. Gefordert wird deshalb die Kom patibilität der Schalter innerhalb eines bestimmten Frequenz bereiches. Die Eigenschaften der Schaltgeräte sollen in die sem Frequenzbereich möglichst konstant sein.In the interest of rational production and low stock This is how the low-voltage circuit breakers become placed that they at all possible network frequencies work. So work z. B. traction current networks with a frequency of 16 2/3 Hz, while on-board networks of aircraft with a Frequency of 400 Hz. The comm. Is therefore required switch compatibility within a certain frequency area. The properties of the switching devices should be in the be as constant as possible.

Der Integrator der Auswerteelektronik, die einer Rogowski spule nachgeschaltet ist, soll deshalb eine möglichst geringe Eckfrequenz aufweisen, die ein für Integratorschaltungen ty pischer Wert in der Frequenz-Ausgangsspannungs-Kennlinie des Integrators ist. Das Ausgangssignal des Integrators hängt in hohem Maße von dem Verhältnis der Eingangsfrequenz (Frequenz des Eingangssignals) zur Eckfrequenz ab. In dem zuvor genann ten großen Frequenzbereich für Niederspannungsschalter treten dabei erhebliche Unterschiede auf, die von der Differenz der Eingangsfrequenz und der Eckfrequenz des Integrators abhängen und kompensiert werden sollten, damit der Fehler der Stromab bildung gering gehalten wird. Die Eckfrequenz wiederum wird im wesentlichen durch den Rückkopplungswiderstand des Opera tionsverstärkers bestimmt, der zur Offsetkompensation des Operationsverstärkers nötig ist. Um also die Genauigkeit der Stromabbildung bei unterschiedlichen Frequenzen zu gewährlei sten, müßte der Rückkopplungswiderstand individuell an die Frequenz des Netzes, an dem der Leistungsschalter betrieben wird, angepaßt werden.The integrator of the evaluation electronics, that of a Rogowski coil is connected downstream, should therefore be as low as possible Have corner frequency, the one for integrator circuits ty pian value in the frequency output voltage characteristic of the Is integrators. The output signal of the integrator depends on largely from the ratio of the input frequency (frequency of the input signal) to the cutoff frequency. In the aforementioned wide frequency range for low-voltage switches doing significant differences based on the difference of Input frequency and the corner frequency of the integrator depend and should be compensated so that the error of the downstream education is kept low. The corner frequency in turn will essentially through the feedback resistance of the Opera tion amplifier determines the offset compensation of the Operational amplifier is necessary. So the accuracy of the To guarantee current mapping at different frequencies most, the feedback resistor would have to be individually connected to the Frequency of the network on which the circuit breaker is operated will be adjusted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Integrator ei ner Auslöseschaltung eines mit einer Rogowskispule zusammen wirkenden Leistungsschalters so zu gestalten, daß eine indi viduelle Anpassung der Eckfrequenz an die Betriebsfrequenz des jeweiligen Netzes, an der der Leistungsschalter betrieben wird entfallen kann.The invention is based on the object, the integrator egg ner trigger circuit together with a Rogowski coil acting circuit breaker so that an indi vidual adaptation of the basic frequency to the operating frequency the respective network on which the circuit breaker is operated will be eliminated.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1 im Zusammenhang mit dem Oberbegriff. Zweck mäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Danach ist in Reihe zu dem Rückkopplungswiderstand ein Schal ter angeordnet, der mit der Frequenz der Eingangsspannung des Operationsverstärkers, die ja die Betriebsfrequenz des über wachten Netzes ist, tastbar ist, wobei die maximale Ein schaltzeit des Rückkopplungswiderstandes kürzer ist als die halbe Periodendauer der maximalen Betriebsfrequenz des mit dem Leistungsschalter überwachten Netzes.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1 in connection with the preamble. Purpose moderate designs are the subject of the subclaims. Then there is a scarf in series with the feedback resistor ter arranged with the frequency of the input voltage of the Operational amplifier, which yes the operating frequency of the over is awake network, is palpable, the maximum on switching time of the feedback resistor is shorter than that half the period of the maximum operating frequency of the with the circuit breaker monitored network.

Durch diese Maßnahme bleibt das Verhältnis zwischen Eingangs frequenz und Eckfrequenz immer gleich.With this measure, the relationship between the input remains frequency and corner frequency always the same.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt ein Prin zipschaltbild der Integratorschaltung nach der Erfindung.The invention is illustrated below with the aid of an embodiment be explained in more detail. The drawing shows a print Zip circuit diagram of the integrator circuit according to the invention.

Der Ausgang einer Rogowskispule 1, die die Sekundärseite ei nes eisenlosen Stromwandlers bildet, dessen Primärwicklung der Hauptleiter eines zu überwachenden Verbrauchers in einem Netz mit der Netzfrequenz f_N ist, bildet den Eingang eines als Integrator wirkenden Operationsverstärkers OPV. Die Inte gratorwirkung beruht auf der Beschaltung des Operationsver stärkers OPV mit einem Rückkopplungswiderstand R1, einem par allel zu diesem geschalteten Integrationskondensator C und einem dem Operationsverstärker OPV vorgeschalteten Integra torwiderstand R2. Die Anpassung der Eckfrequenz des Integra tors, die im wesentlichen durch den Rückkopplungswiderstand R1 und den Integrationskondensator C bestimmt ist, wird da durch erreicht, das in Reihe zum Rückkopplungswiderstand R1 ein Schalter S angeordnet ist, der synchron mit der Netzfre quenz f_N ein- und ausgeschaltet wird. Die Ansteuerung des Schalters 5 erfolgt über eine Komparator-/Monoflop-Schaltung 2, die bei überschreiten des Ausgangssignals des Operations verstärkers OPV über einen am Komperator eingestellten Schwellwert in jeder Halbwelle der Ausgangsspannung des Ope rationsverstärkers OPV den Schalter 5 mit einer bestimmte Einschaltdauer einschaltet.The output of a Rogowski coil 1 , which forms the secondary side of an ironless current transformer, the primary winding of which is the main conductor of a consumer to be monitored in a network with the network frequency f _N , forms the input of an operational amplifier OPV acting as an integrator. The integrator effect is based on the wiring of the operational amplifier OPV with a feedback resistor R1, a parallel to this connected integration capacitor C and an upstream of the operational amplifier OPV integrator resistor R2. The adjustment of the cut-off frequency of the integrator, which is essentially determined by the feedback resistor R1 and the integration capacitor C, is achieved by arranging a switch S in series with the feedback resistor R1, which is synchronous with the network frequency f _N and is turned off. The control of the switch 5 is carried out via a comparator / monoflop circuit 2 which, when the output signal of the operational amplifier OPV exceeds a threshold value set at the comparator, switches on the switch 5 with a certain duty cycle in each half-wave of the output voltage of the operational amplifier OPV.

Daraus ergibt sich ein frequenzabhängiges Tastverhältnis für den Rückkopplungswiderstand R1.This results in a frequency-dependent duty cycle for the feedback resistor R1.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist das Tastverhältnis bei niedriger Eingangsfrequenz klein und bei höherer Ein gangsfrequenz entsprechend höher.The duty cycle is due to the measure according to the invention small at low input frequency and higher on gear frequency correspondingly higher.

Es erfolgt somit automatisch eine Anpassung an die Frequenz des überwachten Netzes, so daß der Betreiber eines Leistungs schalters keine individuellen Einstellungen hinsichtlich der Frequenz vornehmen muß.The frequency is therefore automatically adjusted of the monitored network, so that the operator of a service no individual settings regarding the switch Frequency must make.

Claims

1. Integrator circuit for the release electronics of a circuit breaker interacting with a Rogowski coil with the aid of an operational amplifier (OPV) with a resistor (R1) and capacitor (C) fed back to one of its inputs and an integration resistor (R2) connected upstream thereof, characterized in that in series the resistor (R1) a switch (S) is arranged, the frequency of the input voltage of the operational amplifier (OPV), which is also the operating frequency (f _N ) of the monitored network, is palpable, the maximum on-time of the resistor ( R1) is shorter than half the period of the maximum operating frequency (f _N ) of the network monitored by the circuit breaker.

2. Integrator circuit according to claim 1, characterized, that the switch (S) is controlled by a monoflop, its input with the output of the operational amplifier (OPV) is connected.