DE2252689C3 - Schutzschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine :hutzschaltungsanordnung zur Erfassung der Ströme nes elektrischen Netzes, mit einem Hauptstrom- und nem Zwischenstromwandler pro Phase und mit je nem an die Sekundärwicklungen jedes Zwischenromwandlers angeschlossenen Lastwiderstand.
Bei der Überwachung elektrischer Netze werden die ⁶S etzströme und Netzspannungen zunächst mittels /andler erfaßt und in Ströme bzw. Spannungen solier Größe umgewandelt, daß eine Verarbeitung in den nachgeschalteten Schutzeinrichtungen erfolgen kann Mit der Einschaltung von Wandler zur Erfassung der zu überwachenden Ströme und Spannungen wird gleichzeitig die erforderliche elektrische Isolation zwischen dem zu überwachenden Netz und der eigentlichen Schutzeinrichtung erreicht. Die Sekundärströme der Wandler werden anschließend in der Regel in proportionale Spannungen umgeformt. Dazu ist aus den »Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNK.EN« 58 (1968) 6, S. 372 bis 375 eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, bei der jeder der drei Ströme des zu überwachenden Drehstromsystems zuerst in einem sogenannten Hauptstromwandler erfaßt wird. Jedem Hauptstromwandler ist ein Zwischenstromwandler nachgeschaltet. Die Ströme dieser Zwischenstromwandler werden in einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, in der zugleich der größte der drei Ströme ausgewählt wird. Dieser Strom wird an einem an der Gleichrichterschaltung liegenden einstellbaren Widerst;-.rd iii eine proportionale Spannung umgeformt, die eine Schwellwcrtstufe mit festeingestelltem Schwellwert beaufschlagt. Die Schwellwertstufe gibt ein Signal ab, wenn die Spannung am einstellbaren Widerstand gleich oder größer als die Schwellwertspannung ist. Da der Ausgangsstrom der Gleichrichterschaltung dem zu überwachenden elektrischen Netz anzupassen ist, muß der einstellbare Widerstand dementsprechend so einjustiert werden, daß die an ihm abfallende Spannung mindestens so groß ist wie die Schwellwertspannung der nachgeschalteten Schwellwertstufe. Hat der einstellbare Widerstand bei einem Strom /1 der Gleichrichterschaltung, der gerade den Ansprechwert der Schwellwertstufe erreichen soll, einen Wert R\, so muß er bei einem Strom 2 · /1 den Wert /?l/2, bei einem Strom 3 ■ /1 den Wert R\ /3 usw. haben. Die mit dem einstellbaren Widerstand verbundene Skala weist somit einen nichtlineare Einteilung auf. Diese nichtlinearc Einteilung erschwert nachteiligerweise die Einstellung von Zwischenwerten insbesondere dann, wenn nicht die gesamte Skala überblickt werden kann.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, bei der die drei Phasenströme des zu überwachenden Drehstromsystems nach Umformung in drei Hauptstromwandlern und drei Zwischcnstromwandlern über drei Gleichrichter und drei Widerstände in drei Gleichspannungen umgewandelt werden. In einer nachgeschaltcten. aus Dioden aufgebauten ODER-Schaltung wird die größte Spannung ausgewählt und wiederum auf eine nachgeschaltete Schwellwertstufe gegeben. Um den verfälschenden Einfluß der Temperaturabhängigkeit der Dioden, die die ODER-Schaltung bilden, auszuschalten, ist der Schwellwert der Schwellwertstufe auf einen gewissen Mindestwert begrenzt Der Ansprechempfindlichkeit der Schwellwertstufc isi damit nachteiligerweise von vornherein eine Grenzt gesei/.t, was insbesondere bei Erfassung von Erdschluß strömen mit Hilfe von Summenstromwandler!! sehi nachteilig ist, da dann die Gefahr besteht, daß be einem Erdschluß mit hohem Strom durch die Bcbür dung des Hauptstrotnwandlers mit dem Summenstrom wandler der erstgenannte in die Sättigung geht, so dal der Ansprechwert für den Kur/.schlußauslöser nicht er reicht wird (DT-AS 10 62 SOl).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es danacr eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die geschil derten Nachteile vermeidet und bei einer hohen An sprechempfindlichkeit der Schwellwertstufen di Hauptstromwandler nur wenig belastet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die an den Lastwiderständen abfallenden Wechselspsr.r.ungcr. cinstei'bäi .n Differenzgieichspannungen überlagert sind und daß die Summenspannungen aus Differenzgleichspannungen und Wechselspannungen je einen Operationsverstäiker derart aussteuern, daß diese Operationsverstärker bei Erreichen einer die Differenzgleichspannung überschreitenden Wechselspannungsamplitude ein Ausgangssignal abgeben.

Ist nur eine Spannungsquelle mit einer positiven Versorgungsspannung vorhanden und soll außerdem eine lineare Anpassung an veränderte Phasenströme möglich sein, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß jeder Lastwiderstand mit seinem ersten Anschluß in Reihe mit jeweils einem Spannungsteiler jeschaltet ist, daß die Abgriffe dieser Spannungsteiler zu den ersten Eingängen der Operationsverstärker geführt sind, daß die zweiten Anschlüsse der Lastwiderständc mit dem einen Pol einer Hilfsgleichspannungsquelle verbunden sind, *" daß der weitere Anschluß des Spannungsteilers jeweils mit dem anderen Pol der Hilfsgleichspannungsquelle verbunden ist und daß die zweiten Eingänge der Operationsverstärker am Abgriff eines gemeinsamen, von der Hilfsgleichspannungsquelle gespeisten einstellbaren Widerstandes liegen.

Die Erfindung wird nachstehend au !kind von zwei in F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiekn näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäßc Schaltungsanordnung mit drei Zwischenstromwandlern;

F i g. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ein- und Ausgangsspannung an einem Operationsverstärker:

F i g. 3 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem zusätzlichen Summenstromwandler.

In F i g. 1 sind R, S, 7~die drei Phasen eines zu überwachenden Drchstromsystems, deren Ströme durch drei Hauptstromwandler 1, 2. 3 erfaßt werden. Den drei Hauptstromwandlern 1, 2, 3 sind drei Zwischcnstromwandler 4, 5, 6 nachgeschaltet, an deren Sckundärwicklungen 4", 5", 6" jeweils ein Lastwiderstand 8. 9, 10 parallel geschaltet ist. Während jeweils der erste Anschluß der Lastwiderstände 8, 9. 10 mit dem Minuspol einer Glcichspannungsquelle UB verbunden ist, sind deren zweite Anschlüsse über als Spannungsteiler geschaltete Festwiderstände 12, 13; 14, 15; 16, 17 mit den nichtinveriicrcnden Eingängen £1 dreier Operationsverstärker Vl, V2, V3 und dem Pluspol der Spannungsquelle UB verbunden. Die invertierenden Eingänge £2 der Operationsverstärker Vl, V2, V3 sind untereinander und zusätzlich mit einem Abgriff 7 eines gemeinsamen, einstellbaren Widerstandes 11 verbunden. Die beiden Anschlüsse des einstellbaren Widerstandes 11 liegen über weitere Festwiderständc 18, 19 an den Polen der Spannungsquelle UB. Diese liefert ferner die Vcrsorgungsspannung für die drei Operationsverstärker Vl, V2, V3. Die Festwiderstände 12 bis 19 sind wesentlich hochohmiger ausgelegt als die Lastwiderstände 8, 9, 10.

Die Funktion der Schaltung wird nachfolgend im Zusammcnhang mit den F i g. 2a bis 2c erläutert, wobei in den F i g. 2a bis 2c die Ein- und Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Vl für drei verschiedene Betriebsfälle dargestellt sind. Die nachfolgenden Erläuterungen werden an Hand des Operationsverstärkers Vl ⁶S ausgeführt, jedoch sind sie entsprechend auf die Operationsverstärker V2, V3 anwendbar. Es sei angenommen, daß zur Zeit t = O (F i g. 2a) in den drei Leitungen R, S, T noch kein Strom fließt. Damit kann an den Operationsverstärker Vl keine Wechselspannung gelangen, was aus den F i g. 2a und 2b deutlich wird, in der der Verlauf der Wechselspannung am Lastwiderstand 8 und dem Operationsverstärker Vl dargestellt ist. Solange kein Strom durch die Phasen R. S. T fließt, liegt an den Eingängen Ei, El des Operationsverstärkers Vl nur eine Differenzgleichspannung UD an, die aus den Spannungen UEi = Ul und UEl an den Eingängen El und El des Operationsverstärkers Vl gebildet wird. Die Ausgangsspannung UEXi des Operationsverstärkers Vl ist Null (F i g. 2c), da die als Referenzspannung dienende Gleichspannung UEl von der an dem Eingang Ei anliegenden Spannung LJEi = Ul nicht erreicht wird. Zur Zeit t = rl werden die drei Phasen R. S, T eingeschaltet, womit an dem Widerstand 8 eine Wechselspannung Ut anliegt, die abgeschwächt und mit der Gleichspannung Ul überlagert auf den Eingang Ei des Operationsverstärkers Vl gelangt. Der Verlaul und die Größe dieser an dem Eingang Ei des Operationsverstärkers Vl anliegenden Spannung UEi ist in Fig 2b dargestellt. An diesem Eingang liegt nun also eine Summenspannung an, die sich aus der Gleichspannung Ul und der abgeschwächten Wechselspannung UX' zusammensetzt. Da die Amplitude dieser .Summenspannung aber nach wie vor kleiner ist als die Referenzgleichspannung UEl am Eingang El. können keine Impulse am Ausgang des Operationsverstärkers Vl erscheinen. Zur Zeit t — ti soll nun der Strom zumindestcns in der Phase R so groß werden, daß die den Eingang £1 des Operationsverstärkers Vl beaufschlagende Wechselspannung UX' die Differenzgleichspannung UD während bestimmter Zeitintervalle Jf überschreitet. Während dieser Zeitintervalle Δι wird der Operationsverstärker Vl durchgesteuert, so daß in diesen Zeitintervallen Δι am Ausgang Spannungsimpulse UEXi auftreten (F ig. 2c).

Diese Spannungsimpulse gelangen über eine ODER-Schaliung 25, die von den Ausgängen der Operationsverstärker VI, V2, V3 angesteuert wird, auf eine Impulsverlängerungsstufe 26, die ein Gleichspannungssignal abgibt und über ein nachgeschaltetes Hilfsrelais die Abschaltung der fehlerhaften Leitung veranlaßt.

Die Differenzgleichspannung UD zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers Vl kann durch Verstellen des Abgriffes 7 des einstellbaren Widerstandes 11 leicht verändert werden. Vorteilhafterweise sind auch die anderen beiden Eingänge El der Verstärker V2, V3 mit dem Eingang /:2 des Operationsverstärkers Vl und mit dem Abgriff 7 des einstellbaren Widerstandes 11 verbunden, womit zur gemeinsamen Verstellung der Referenzgleichspannungen an den drei Eingängen £2 der Operationsverstärker Vi, V2, V3 nur ein einstellbarer Widerstand benötigt wird.

Soll der Operationsverstärker VI erst bei einem größeren Strom in der Phase R ansprechen, so wird die Referenzgk'ichspannung i7£2 und du mil auch die Differenzgleichspannung UD= Ul-Tl- IfI vergrößert. Erst wenn die Amplitude der Wechselspannung UX' wieder größer als der Betrag der Differenzgleichspannung UD = UEl — Ul wird, gibt der Ausgang des Operationsverstärkers Vl Spannungsimpulse ab.

Umgekehrt werden bei Verringerung der Referenzgleichspannung UEl am Eingang £2 des Operationsverstärkers Vl und damit bei Verringerung der Differenzgleichspannung UD schon bei kleineren Amplituden der Wechselspannung UX' Spannungsimpulse am Ausgang des Operationsverstärkers VI erzeugt.

Eine Veränderung in den Strömen der zu überwachenden Phasen R, S, That eine entsprechende Veränderung der Wechselspannungen Ui an den Lastwiderständen und der Spannungen UY an den Eingängen Ei der Operationsverstärker Vl, V2. V3 zur Folge.

Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 können auch die nichtinvertierenden Eingänge Ei untereinander und mit dem Abgriff 7 des einstellbaren Widerstandes 11 verbunden werden, während die Wechselspannungen UY nun auf die invertierenden Eingänge El der Operationsverstärker Vl, V2, V3 gegeben werden.

In F i g. 3 ist zusätzlich zu den in F i g. 1 vorhandenen Schaltmitteln, die mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ein den Summenstrom erfassender Summenstromwandler 24 vorgesehen, dessen Sekundärwicklung 24" durch einen Festwiderstand 20 überbrückt ist. Parallel zum Widerstand 20 sind zwei Zenerdioden 21. 22 geschaltet. Für den Summenstromwandler 24 ist außerdem ein weiterer Operationsverstärker V4 vorgesehen, der von der Spannungsquelle UB versorgt wird und dessen invertierender Eingang El mit einem weiteren einstellbaren Widerstand 23 verbunden ist. Dem Operationsverstärker V4 ist eine weitere Impulsverlängerungsstufe 27 nachgeschaltet.

Der Summenstromwandler 24 erfaßt die Summe aller durch die Primärwicklungen der Zwischenstromwandler 4, 5, 6 fließenden Ströme, die an dem Widerstand 20 in eine Spannung umgeformt werden. Diese Spannung wird durch die Zenerdioden 21, 22 auf einer vorbestimmten Wert begrenzt und abgeschwächt derr Eingang Ei des Operationsverstärkers V4 zugeführt An den Eingängen El, El liegt wiederum eine ver änderbare Differenzgleichspannung an, so daß der Operationsverstärker V4 erst dann Spannungsimpulsc an die in seinen Ausgang geschaltete Impulsverlängerungsstufe 27 abgibt, wenn der Betrag der Amplitude

ίο der Wechselspannung, die den Eingang Ei beaufschlagt, größer ist als der Betrag der Differenzgleichspannung, die zwischen den Eingängen £"1 und £2 liegt. Da die Ansprechempfindlichkeit der Operationsverstärker sehr groß gewählt werden kann, benötigt man an den Widerständen 8, 9, 10, 20 nur kleine Wcchsclspannungen bei vorgegebenen Widerständen 8, 9, 10 20. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise der Summenstromwandler 24 und die Hauptstromwandler 1, 2. 3 nur so wenig belastet, daß nie die Gefahr besteht. d;ili diese in Sättigung gelangen.

Zwischen jedem Zwischenstromwandler 4, 5, 6 und den Widerständen 12 bis 17 kann außerdem ein /. B. aus /?C-Gliedern bestehendes Filter vorgesehen werden, wodurch man innerhalb kurzer Zeit eine obcrschwingungsfreie Wechselspannung an den Widerständen 12 bis 17 erhält. Dieses Filter kann z. B. aus einem Differenzierglied mit nachgeschaltetem Integrierglied bestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung zur Erfassung der Ströme eines elektrischen Netzes, mit einem Hauptitrom- und einem Zwischenstromwandler pro Phale und mit je einem an die Sekundärwicklungen jedes Zwischenstromwandlers angeschlossenen Lastwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lastwiderständen (8, 9, 10) abfallenden Wechselspannungen einstellbaren Differenzgleichspannungen überlagert sind und daß die Summen-Spannungen aus Differenzg'eichspannungen und Wechselspannungen je einen Operationsverstärker (Vl; V2; V3) derart aussteuern, daß diese Opera- >5 lionsverstärker (Vl, V2, V3) bei Erreichen einer die Differenzgleichspannung überschreitenden Wechselspannungsamplitude ein Ausgangssigna! abgeben.

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lastwiderstand (8; 9; 10) mit seinem ersten Anschluß in Reihe mit jeweils einem Spannungsteiler (12, 13; 14, 15: 16, 17) geschaltet ist, daß die Abgriffe dieser Spannungsteiler zu den ersten Eingängen (£1) der Operationsverstärker (Vl, V2, V3) geführt sind, daß die zweiten Anschlüsse der Lastwiderstände (8. 9, 10) mit dem einen Pol ( —) einer Hilfsgleichspannungsquelle (UB) verbunden sind, daß der weitere Anschluß des Spannungsteilers jeweils mit dem anderen Pol ( + ) der Hilfsgleichspannungsquelle (UB) verbunden ist und daß die zweiten Eingänge (El) der Operationsverstärker (Vl, V2, V3) am Abgriff (7) eines gemeinsamen, von der Hilfsgleichspannungsquelle (UB) gespeisten einstellbaren Widerstandes (11) liegen.

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Strom aller Zwischenstromwandler (4, 5. 6) erfassender Summenstromwandler (24) vorgesehen ist, daß an die Sekundärwicklung (24) des Summenstromwandlers (24) ein Festwiderstand (20) angeschlossen ist, daß die an dem Festwiderstand (20) abfallende Wechselspannung einer weiteren einstellbaren Differenzgleichspannung überlagert ist und daß die Summenspannung aus Wechselspannung und Differenzgleichspannung einen weiteren Operationsverstärker ( V4) derart aussteuert, daß dieser bei Erreichen einer die Differenzglcichspannung überschreitenden Wechselspannungsamplitude ein Ausgangssignal abgibt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsverstärker (Vl, V2, V3, V4) integrierte Operationsverstärker sind.

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