DE2112065A1 - Stoerungsgeschuetztes,hochempfindliches Differentialrelais - Google Patents

Stoerungsgeschuetztes,hochempfindliches Differentialrelais

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DE2112065A1 DE19712112065 DE2112065A DE2112065A1 DE 2112065 A1 DE2112065 A1 DE 2112065A1 DE 19712112065 DE19712112065 DE 19712112065 DE 2112065 A DE2112065 A DE 2112065A DE 2112065 A1 DE2112065 A1 DE 2112065A1
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    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
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    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers

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Description

Patentanwälte
D'pi.-ing. Leinweber
Df-ln°- Zimmermann 12
München 2, Rosentai 7
TJ 2 603.983
Societe d1 Appareillage ©.ectrique Saparel Saint-Marcellin (Isere)/Prankreich
Störiongsgeschütztes,hochempfindliches Differentialrelais
Die Erfindung betrifft Differentialrelais, insbesondere zum Schutz gegen Isolationsfehler gegenüber der Masse in einer elektrischen Leitung.
Differentialrelais besitzen im allgemeinen einen Stromtransformator, meist einen Ringkerntransformator, durch den alle neutralen Leiter der Leitung hindurchgeführt sind und dessen Sekujadärseite ein elektromechanlsches Messrelais speist*, das eine Unterbrechungsvorrichtung betätigt. Zum Erzielen eines wirksamen Schutzes gegen elektrische Schläge bei direkter oder
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indirekter Berührung eines aktiven Leiters müssen die Differentialrelais bei einem Fehlerstrom arbeiten, der eine Stärke von etwa 2o bis 3o mA hat· Ausaer wenn ein Stromtransformator mit zu grossen Abmessungen benutzt wird, kann eine derartige Empfindlichkeit nicht mit einem Differentialrelais erreicht werden, das aus— schliesslich aus einem Stromtransformator besteht, dessen Sekundärseite die Spule eines elektromechanischen Messrelais speist. Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, zwischen die Sekundärseite des Stromtransformators und die Spule des Messrelais einen elektronischen Verstärker einzusetzen1, der an einem vor dem Differentialrelais liegenden Punkt von der zu überwachenden Leitung gespeist wird*
Auf diese Weise können Differentialrelais geschaffen werden, die wirksam bei einem Fehlerstrom von etwa 15 bis 3o mA arbeiten. Diese Relais sind jedoch praktisch nicht verwendbar, da sie bei der geringsten Störung, wie sie beispielsweise durch Umschalten einer Maschine in der zu überwachenden Leitung verursacht wird, anspringen·
Ziel der Erfindung ist es, ein Differentialrelais zu schaffen, bei dem ein Stromtransformator geringer Abmessungen mit hoher Unempfindlichkeit gegen Störungen, niedriger Anspringschwelle und geringer Ansprechzeit benutzt wird·
Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe hochempfindliche Differentialrelais mit einem Stromtransformator, dessen Sekundärseite über einen von der zu überwachenden Leitung gespeisten elektronischen Verstär-
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ker ein elektromechanisches Messrelais betätigt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verstärker ein Differentialverstärker ist, dessen einer Eingang mit der Sekundärseite des Stromtransformators verbunden ist·
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Differentialverstärker von der zu tiberwachenden Leitung über einen Kondensator und einen Widerstand gespeist ist, der mit einer Gleichrichterbrücke in Heine geschaltet ist, die zwei in Reihe geschaltete Zeh» nerdioden speist·
Ein anderes Merkmal besteht darin, dass die Sekundärseite des Stromtransformators mit einem Eingang des DifferentialVerstärkers über einen Korrekturkreis mit Phasenvoreilung verbunden ist·
Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass der Durchlassbereich des DifferentialVerstärkers durch zwei Rückkoppelungsschleifen begrenzt ist, deren eine ein zweites Tiefpassfilter enthält, welches die Gleichstromkomponente des Signals unterdrückt, und deren andere ein Hochpassfilter'besitzt, das die hohen Frequenzen des Signals unterdrückt·
Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Ausgang des Differentialverstärkers mit dem Hess*· relais über ein Tiefpassfilter verbunden·
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung-eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Auf der Zeichnung ist das elektrische Schaltbild einer
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Ausführungsform des erfindungsgemässen Differentialrelais dargestellt.
Das Differentialrelais enthält einen Rlngkern-Stromtransförmator 2, durch den alle neutralen Leiter der zu tiberwachenden elektrischen Leitung hindurchgeftihrt sind. Die Sekundärseite 5 ist einerseits an die Masse und andererseits über ein Regelpotentiometer 1, einen von einander, entgegengesetzt angeordneten Dioden 4 und 6 sowie von deren Schutzwiderstand 7 gebildeten Impulsbegrenzungskreis und einen Korrekturkreis mit Phasenvor-eilung, der von einem in Reihe geschalteten Widerstand 8 und eine darauffolgende parallel geschaltete Kapazität 9 gebildet wird, an den nicht umkehrenden Eingang NI eines Differentialverstärkers 11 angeschlossen.
Der Durchlassbereich des Differentialverstärkers 11 wird durch zwei RückkoppelungBschleifen begrenzt, die zwischen den Ausgang 1o und den umkehrenden Eingang I des Differentialverstärkers 11 geschaltet sind. Die erste Rückkoppelungsschleife besitzt ein Tiefpassfilter, und zwar ein stufenweiees RC-Filter, das in Reihe geschaltete Widerstände 12, 13, 14 und parallel geschaltete Kapazitäten 15 und 16 aufweist. Sie unterdrückt die gesamte Gleichstromkomponente des Signals. Die zweite Hückkoppelungsschleife besitzt ein Hochpassfilter, das aus einem Widerstand 18 und einer hierzu parallel geschalteten Kapazität 17 besteht. Diese unterdrückt die Komponenten hoher Frequenz des Signals·
Der Differentialverstärker wird vom Netz über eine ffleichrichterbrticke 19 gespeist, die gleichstrom-
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seitig zwei in Reihe geschaltete stabilisierende Zehner dioden 2o und 21 speist. Bin Kondensator 22 bzw. 23 ist zu jeweils einer Zehnerdiode 2o bzw. 21 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 22 und 23 besitzen vorzugsweise verschiedene Kapazität«, Dies ermöglicht eine Auslösung des Differentialrelais, wenn die Speisung des Differentialverstärkers 11 aufhört·
Wechselstromseitig ist mit der Gleichrichter— brücke 19 ein Widerstand 24 und eine Kapazität 3o in Reihe geschaltet. Die Werte dieser Bauelemente sind so gewählt, dass die Speisung des Differentialverstärkers 11 von Hetzen verschiedener Spannungen aus ohne Umschaltung und mit geringem Yerüus.t möglich ist.
Der Ausgang 1o des Differentialverstärkers 11 ist mit der Spule 5 des Messrelais über ein Tiefpassfilter verbunden, welches ein stufenweises RO-Hlter i3t, das von in Reihe geschalteten Widerständen 25 und 26 und parallel geschalteten Kapazitäten 27, 28 und 29 gebildet wird·
Aufgrund des Vorhandenseins der Korrekturvorrichtung mit Phasenvoreilung, der Rückkoppelungssehleifen und des mit dem Ausgang des Differenzialverstärker 11 verbundenen Tiefpassfilters ist der Durchlasebereicli dieses Differentialrelais sehr schmal. Wenn die zu überwachende elektrische Leitung ein Netz mit 5o Hz ist, sind die einzelnen Bauelemente der Filter eo bemessen, dass der Durohlassbereich des Systems bei 3 db auf etwa 25 Hz zentriert ist und eine Länge von etwa 6o Hs besitzt« Ausserhalb dieses Bereichs wird durch die ein.·· zelnen Filter eine starke Schwäohuog bewirkt, eo dass
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die industriellen Störungen, deren Frequenz weit über 1oo Hz liegen, auf das Relais keine Wirkung haben, während ein !Fehlerstrom, der die Frequenz des Netz-es besitzt, selbst bei sehr geringer Stromstärke des Relais auslöst·
Wird als Measrelais ein elektromechanisches polarisiertes Relais benutzt, so kann die Ansprechzeit des Differentialrelais dadurch verringert werden, dass vor die Spule 5· des Messrelais eine Gleichriehterbrükke eingesetzt wird«
Der Differentialverstärker 11 ist vorzugsweise ein als integrierte Schaltung ausgeführter Operationsverstärkere Er besitzt hierbei ausserdem seine eigenen Frequenzkorrekturkreise·
Das erfindungsgemässe Differentialrelais ist besonders zweokmässig in Schutzsystemen gegen elektrische Schläge bei direkter oder indirekter Berührung eines aktiven Leiters verwendbar·
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Claims (1)

  1. Mt ξ CSS
    Patentansprüche
    1.) Hochempfindliches Differentialrelais mit einem Stromtransformator, dessen Sekundärseite über einen von der zu überwachenden Leitung gespeisten elektronischen Verstärker ein elektromechanisch^ Messrelais betätigt, dadurch geke nn zeichnet t dass der Verstärker ein Differentialverstärker (11) ist, Λ
    dessen einer Eingang (NI) mit der Sekundärseite (3) des Stromtransformators (2) verbunden ist.
    2. Differentialrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Differentialverstärker (11) von der zu überwachenden leitung über einen Kondensator (3o) und einen Widerstand (24) gespeist ist, der mit einer Gleichrichterbrücke (19) in Reihe geschaltet ist, die zwei in Reihe geschaltete Zehnerdioden (2o, 21) speist.
    3. Differentialrelais nach Anspruch 2, dadurch
    gekennzeichnet , dass jeweils ein Konden- I
    sator (22 bzw. 23) mit jeder der Zehnerdioden (2o, 21) parallel geschaltet ist und dass die beiden Kondensatoren (22, 23) verschiedene Kapazitäten aufweisen·
    4. Differentialreläis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Sekundärseite (3) des Stromtransformators (2) mit einem Eingang (NI) des Differentialverstärkers (11) über einen Korrekturkreis mit !Phasenvoreilung verbunden ist.
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    5· Differentialrelais nach Anspruch 4, dadurch
    gekennzeichnet 9 dass der Korrekturkreis mit Phasenvoreilung aus einem in Reihe geschalteten Widerstand (8) und einer darauffolgenden, parallel geschalteten Kapazität (9) besteht.
    6. Differentialrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Ausgang (1o) des Differentialverstärkers (11) mit der Spule (5) des elektromechanischen Messrelais über ein erstes Tiefpassfilter verbunden ist.
    7. Differentialrelais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass das erste Tiefpassfilter ein stufenweises RC-Filter ist, das aus in Reihe geschalteten Widerständen (25, 26) und parallel geschalteten Kapazitäten (27, 28, 29) besteht.
    8· Differentialrelais nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, dass der Durchlasslaareich des Differentialverstärkers (11) durch zwei Rtiekkoppelungsschleifen begrenzt ist, deren eine ein zweites Tiefpassfilter enthält, welches die Gleichstromkomponente des Signals unterdrückt, und deren andere ein Hochpassfilter besitzt, dass die hohen Frequenzen des Signals unterdrückt.
    9· Differentialrelais nach Anspruch 8, dadurch g e k e nnz e i c hn e t , dass die Rückkoppelungsschleifen zwischen den Ausgang (1o) des Differentialverstärkere (11) und seinen umkehrenden Eingang (I) eingesetzt sind, und dass das zweite Tiefpassfilter ein stufenwei-
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    ses RC-Filter ist, das in Reihe geschaltete Widerstände (12, 13, 14) und parallel geschaltete Kapazitäten (15, 16) besitzt, und dass das Hochpassfilter ein RC-Filter ist, das aus einer Kapazität (17) und einem parallel geschalteten Widerstand (18) besteht,
    1o. Differentialrelais nach Anspruch 2, Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , dass der Eifferentialverstärker (11) ein in Form einer integrierten Schaltung ausgebildeter Operationsverstärker isto
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    Leerseite
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