DE2609654B2 - Digitaler ueberstromausloeser - Google Patents

Digitaler ueberstromausloeser

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DE2609654B2 DE19762609654 DE2609654A DE2609654B2 DE 2609654 B2 DE2609654 B2 DE 2609654B2 DE 19762609654 DE19762609654 DE 19762609654 DE 2609654 A DE2609654 A DE 2609654A DE 2609654 B2 DE2609654 B2 DE 2609654B2
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    • H02H3/08—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 excess current
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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Überstromauslöser mit einer zentralen Steuereinrichtung und einem Datenspeicher.
Durch die DT-OS 23 10 103 ist bereits ein elektronischer Überstromauslöser bekannt, der aus Datenspeichern, einem Rechenwerk, einem Steuerwerk und Ein- und Ausgabeeinrichtungen besteht.
Der bekannte Überstromauslöser arbeitet an sich zufriedenstellend, jedoch ist der technische Aufwand beträchtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen relativ einfachen digitalen Überstromauslöser zu schaffen, mit dem auch eine schnell reagierende Kurzschluß- bo Stromüberwachung in mehreren Phasen gleichzeitig möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung jeweils im Bereich des Scheitelwertes des Phasenstromes digitale Signalkom- ιό binationen an einen Digital-Analog-Umsetzer ausgibt, dessen analoge Ausgangsspannung mittels eines digitalen Koirmaratorkreises mit aus dem Phasenströmen mittels eines Meßwertgebers abgeleiteten Spannungen verglichen wird, und daß bei Gleichheit der Spannungen der Komparatorkreis ein digitales Signal an die Steuereinrichtung gibt, welche damit die Speicherung der gerade vorliegenden digitalen Signalkombination in den Datenspeichern veranlaßt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine prinzipielle Ausbildung des digitalen Überstromauslösers,
F i g. 2 eine genauere Ausbildung der verwendeten Baugruppen,
F i g. 3 ein Signaldiagramm mit den an verschiedenen Punkten des Überstromauslösers auftretenden Signalfolgen.
Nach Fig. 1 umfaßt der Überstromauslöser einen Meßwertgeber 1, der mit den Leitern der Phasen R1S, T verbunden ist und den Strom jeder Phase in eine Spannung umsetzt, einen Komparatorkreis 2, dem die drei Meßspannungen um des Meßwertgebers 1 und eine Vergleichsspannung uν eines Digital-Analog-Umsetzers 3 zugeführt sind, einen Logikschaltkreis 4, der von den drei digitalen Ausgangsspannungen uo des Komparatorkreises 2 und einer zentralen Steuereinrichtung 5 angesteuert wird und der seinerseits die Steuereinrichtung 5 ansteuert, einen der Steuereinrichtung 5 zugeordneten Speicher 6, ein mit der Steuereinrichtung 5 verbundenes Dateneingabefeld 7 und einen Auslösekreis 8, der an seinem Ausgang ein Signal abgibt, wenn die am Eingabefeld 7 eingestellten Grenzwerte überschritten werden.
Wie aus der F i g. 2 ersichtlich, besteht der Meßwertgeber 1 aus drei Stromwandlern 11,12,13 für die Phasen R, S, T, deren sekundärseitig Vollweggleichrichter 14, 15, 16 nachgeschaltet sind, deren pulsierende Gleichspannungen Ur, us, Ut mit einer Frequenz von 100 Hz zur Messung herangezogen sind; ein etwa in der negativen Halbwelle auftretender Kurzschlußstrom kann damit ebenfalls erkannnt werden.
Der Komparatorkreis 2 besteht aus drei von analogen Spannungen angesteuerten und digitale Signale (L, O) ausgebenden Komparatoren 17,18,19 für je eine Phase, die als Operationsverstärker ausgebildet sein können.
Die pulsierenden Gleichspannungen ur, u& Ut des Meßwertgebers 1 sind an die Plus-Eingänge der Komparatoren 17, 18, 19 geführt, wohingegen die Minus-Eingänge der Komparatoren zusammengefaßt sind und an ihnen die analoge Spannung Uv des Digital-Analog-Umsetzers 3 wirkt. Der Ausgang der Komparatoren 17,18,19 wird positiv (entsprechend L), sobald die aus dem Strom abgeleitete Spannung des Meßwertgebers 1 größer als die analoge Vergleichsspannung ui' des Umsetzers 3 ist, und der Komparatorausgang wird negativ bzw. Null (entsprechend O), sobald die Meßwertgeberspannung kleiner als die Vergleichsspannung uyist.
Der Logikschaltkreis 4 besteht beispielsweise aus drei UND-NICHT-Stufen 21, 22, 23 und einer diesen nachgeschalteten UND-NICHT-Stufe 24; die UND-NICHT-Stufen 21 bis 23 werden von den digitalen Ausgangsspannungen der Komparatoren 17 bis 19 und von der zentralen Steuereinrichtung 5 angesteuert; die UND-NICHT-Stufe 24 beeinflußt die zentrale Steuereinrichtung 5, wohingegen diese an die UND-NICHT-Stufen 21 bis 23 vorgibt, welches Ergebnis der
Komparatoren 17, 18, 19 in der Steuereinrichtung 5 verarbeitet werden soll; während des Meßzyklus ist durch die Steuereinrichtung 5 jeweils nur eine der UND-NICHT-Stufcn 21 bis 23 geöffnet und die anderen beiden gesperrt, so daß die zugeordneten und zu jedem Zeitpunkt aktiven Komparatoren auf die Steuereinrichtung 5 keinen Einfluß haben. In Verbindung mit der Steuereinrichtung 5 schaltet der Logikschaltkreis 4 bei einer Überstrommessung zu vorbestimmten Zeitpunktten (etwa im Strommaximum in jeder Phase) jeweils einen Ausgang der Komparatoren 17 bis 19 an die Steuereinrichtung 5, wohingegen bei einer Kurzschlußstromüberwachung alle drei Ausgänge zusammengefaßt an die Steuereinrichtung 5 geschaltet werden.
Der Digital-Analog-Umsetzer 3 hat digiialseitig beispielsweise eine Breite von 10 Bit und erhält von der zentralen Steuereinrichtung 5 digitale Werte, die in eine analoge Spannung umgesetzt werden, die an den Komparatoren 17 bis 19 wirkt und mit den Meßwertgeberspannungen us, us, ut verglichen wird. Die Erzeugung der analogen Vergleichsspannung uv erfolgt derart, daß die Steuereinrichtung 5 zum Anfang das digitale Wort 29 (LOOOOOOOOO) an den Umsetzer 3 gibt; damit liegt an den Minus-Eingängen der Komparatoren 17 bis 19 eine analoge Spannung uv bestimmter Größe an; ist beispielsweise die Meßwertgeberspannung Ur größer als die Vergleichsspannung Uv, so wird dies durch den Komparator 17 der Steuereinrichtung 5 gemeldet, indem an seinem Ausgang ein positives Signal (entsprechend L) auftritt; da zu diesem Meßzeitpunkt ω von der Steuereinrichtung 5 allein die UND-NICHT-Stufe 21 des Logikschaltkreises 4 geöffnet ist, gelangt dieses Ausgangssignal des Komparators 17 zur Steuereinrichtung 5, die darauf das Wort 29 + 28 (LLOOOOOOOO) an den Umsetzer 3 gibt; ist dadurch die analoge Vergleichsspannung uv größer als die Meßwertgeberspannung ur geworden, so wird das Ausgangssignal des Komparators 17 numehr negativ (entsprechend O), was der Steuereinrichtung 5 wieder über den Logikschaltkreis 4 gemeldet wird; die Steuereinrichtung 5 gibt darauf das Wort 29 + 27 (LOLOOOOOOO) an den Umsetzer 3 aus, das in eine entsprechende analoge Spannung uv umgesetzt wird, die wieder mittels des Komparators 17 mit der Meßwertgeberspannung u« verglichen wird. Dieses Verfahren wird bis zum letzten Bit weitergeführt und der dann vorliegende Digitalwert als MeSergebnis im Speicher 6 abgespeichert.
Das Dateneingabefeld 7 besteht beispielsweise aus vier an sich bekannten Zahlenschaltern 31 bis 34, wobei jedem Schalterkontakt eine bestimmte Wertigkeit zugeordnet ist; die eingestellten Zahlen werden der Steuereinrichtung 5 als binäre Signale zugeführt. An diesen Schaltern werden Grenzwerte eingestellt; sind diese erreicht, so spricht der Auslösekreis 8 an. Eingestellt wird beispielsweise der Kurzschlußstrom Ik, der Nennstrom /m die Zeitkonstante T und die Kurzschlußabschaltzeit Tk- Die Berechnung der gemessenen Stromwerte erfolgt durch die zentrale Steuereinrichtung 5. M)
Die zentrale Steuereinrichtung 5 gibt zu bestimmten Zeiten Steuersignale an den Digital-Analog-Umsetzer 3 und den Logikschaltkreis 4; da der Komparator nur ί-Entscheidungen treffen kann und der Meßwertgeber positive pulsierende Gleichspannungen ausgibt, wird *> vor dem in aufsteigender Richtung auftretenden Nulldurchgang einer Phase (beispielsweise R) der Digital-Analog-Umsetzer von der Steuereinrichtung 5 auf die kleinste Spannung >0, entsprechend einem digitalen Wert 1, eingestellt und die dieser Phase zugeordnete UND-N!CHT-Stufe 21 geöffnet; ist ein Stromnulldurchgang erfolgt, so ändert der dieser Phase zugeordnete Komparator 17 seinen Schaltzustand, da die Meßwertgeberspannung ur unter den Wert der Vergleichsspannung uy sinkt und dann wieder ansteigt und dieses wird als erfolgter Nulldurchgang der Steuereinrichtung 5 gemeldet, die etwa 4,5 ms nach dem Stromnulldurchgang (annähernd Strommaximum) zwecks Ermittlung des in der Phase R fließenden Stromes für etwa 1 ms dem Digital-Analog-Umsetzer 3 die verschiedensten digitalen Werte zuführt, so daß in dieser 1 ms ein Vergleich der Meßwertgeberspannung ur und der analogen Spannung uv des Digital-Analog-Umsetzers 3 erfolgt.
Nach Beendigung dieser Strommessung sperrt die Steuereinrichtung 5 die UND-NICHT-Stufe 21 und öffnet die der Phase S zugeordnete UND-NICHT-Stufe
22 und stellt den Digital-Analog-Umsetzer 3 auf Eins; nach etwa 1,1 ms erfolgt der Stromnulldurchgang der Phase 5, und nach etwa 4,5 ms wird im Scheitelwert der Strom dieser Phase für 1 ms gemessen, dann der Digital-Analog-Umsetzer 3 von der Steuereinrichtung 5 auf Eins gestellt, die UND-NICHT-Stufe 22 gesperrt und die der Phase Γ zugeordnete UND-NICHT-Stufe
23 geöffnet; der Stromnulldurchgang der Phase T erfolgt nach etwa 1,1 ms, und der vorstehend beschriebene Steuerablauf wiederholt sich. Die drei Strommessungen in den Phasen R, S, Terfolgen also in etwa 20 ms (Aufeinanderfolge der positiven Maxima der drei Phasen im zeitlichen Abstand von 120° C el. bzw. 6,66 ms). Danach erfolgt für etwa 20 ms durch die Steuereinrichtung 5 die Berechnung der drei gemessenen und im Speicher 6 abgespeicherten Stromwerte. An diesen Rechenzyklus schließt sich wieder ein MeQ- und Speicherzyklus an, dem ein Rechenzyklus folgt usf.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des Überstromauslösers anhand des Signaldiagramms nach der F i g. 3 in Verbindung mit der F i g. 2 näher erläutert.
Für die pulsierenden Meßgleichspannungen ur, s, γ ist nur deren Verlauf im Bereich der in aufsteigender Richtung auftretenden Nulldurchgänge der Phasen R, S, Tdargestellt.
Zum vor dem Nulldurchgang der Phase R liegenden Zeitpunkt % ist die UND-NICHT-Stufe 21 durch ein Signal 21 e der Steuereinrichtung 5 vorbereitend geöffnet (L), während die UND-NICHT-Stufen 22, 23 durch die Signale 22e, 23e gesperrt sind (O), so daß die Komparatoren 18,19 keine Wirkung auf die Steuereinrichtung 5 haben können. Die Steuereinrichtung 5 hat an den Digital-Analog-Umsetzer 3 das Wort Eins gegeben, so daß dieser eine entsprechende Spannung an die Komparatoren 17 bis 19 gibt. Zum Zeitpunkt ii erfolgt der Nulldurchgang der Phase R, und kurz danach zum Zeitpunkt ti ist die Meßwertgeberspannung Ur größer als die Ausgangsspannung uv des Digital-Analog-Umsetzers 3, so daß der Komparator 17 seinen Schaltzustand ändert und das Ausgangssignal Jl entsprechend L der UND-NICHT-Stufe 21 über die UND-NICHT-Stufe 24 an die Steuereinrichtung 5 gelangt, welcher damit gemeldet ist, daß der Nulldurchgang der Phase R erfolgt ist; die Steuereinrichtung 5 öffnet darauf durch die Ausgabe der Signale 22e, 23e vorbereitend die UND-NICHT-Stufen 22, 23 und gibt zum Zeitpunkt h an den Digital-Analog-Umsetzer 3 ein Wort, das einem bestimmten Kurzschlußstrom entspricht, so daß am Ausgang des Umsetzers 3 eine analoge Spannung uv
auftritt; diese ist größer als die zum Zeitpunkt h herrschende Meßwertgeberspannung ur, so daß das Signal jies !Comparators 17 und damit das Ausgangssignal 2Ϊ der UND-NICHT-Stufe 21 entsprechend 0 wird. Da alle drei UND-NICHT-Stufen 21 bis 23 durch die Steuereinrichtung 5 geöffnet sind, können die Ausgangssignale der Komparatoren 17 bis 19 auf die Steuereinrichtung 5 wirken; an den negativen Eingängen der Komparatoren 17 bis 19 wirkt die einem bestimmten ICurzschlußstrom entsprechende Spannung Uv und an den positiven Eingängen der Komparatoren 17 bis 19 die Meßwertgeberspannungen ur. s. t- Die Kurzschlußstromüberwachung für alle drei Phasen R, S, rdauert bis zum Zeitpunkt tt (etwa 4,5 ms); liegt in einer der Phasen ein Kurzschluß vor, so wirkt dieser auf einen der Komparatoren 17 bis 19 und das dann auftretende Komparatorausgangssignal entsprechend L gelangt über den Logikschaltkreis 4 an die Steuereinrichtung 5, der damit der Kurzschluß gemeldet ist. Die Steuereinrichtung 5 geht darauf in eine Wartestellung und prüft mehrere Male (beispielsweise alle 10 ms), ob der Kurzschluß noch vorhanden ist. Diese Anzahl der Prüfzyklen kann am Zahlenschalter Tk des Dateneingabefeldes 7 eingestellt werden. Ist diese Zeit überschritten, so gibt der Auslösekreis 8 ein Signal aus, durch das der Strom in den Leitern der Phasen R, S, T unterbrochen wird.
Zum Zeitpunkt U ist die Kurzschlußstromüberwachung beendet, und es beginnt die Überstrommessung für die Phase R; die Steuereinrichtung 5 sperrt durch die Ausgabe der Signale 22e, 23e entsprechend 0 die UND-NICHT-Stufen 22, 23 und gibt an den Digital-Analog-Umsetzer 3, wie einleitend beschrieben, die verschiedensten digitalen Werte aus, bis der Meßwert ermittelt ist und von der Steuereinrichtung 5 in den Datenspeicher 6 übernommen wird.
Damit steht der Strommeßwert für die Phase R fest.
Die Überstrommessung für die Phase R erfolgt im Zeitraum von u, bis is (etwa 1,1 ms). Im Diagramm nach der Fig.3 ist die Zustandsänderung des Ausgangssignals 2\ der UND-NICHT-Stufe 21 innerhalb u bis f5 durch Strichelung angedeutet, da ja zu jedem Zeitpunkt in diesem Zeitintervall das Ausgangssignal mehrere Male zwischen O und L wechseln kann. Ebenso ist die Veränderung der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 3 durch Strichelung angedeutet.
Zum Zeitpunkt is sperrt die Steuereinrichtung 5 durch die Ausgabe des Signals 21 e entsprechend O auch die UND-NICHT-Stufe 21 und gibt an den Digital-Analog-Umsetzer 3 zwecks Feststellung des Nulldurchganges der Phase S das Wort Eins, so daß sich eine entsprechende Vergleichsspannung uv ergibt. Zum Zeitpunkt u, öffnet die Steuereinrichtung 5 durch die Ausgabe des Signals 22e entsprechend L die UND-NICHT-Stufe 22 vorbereitend, zum Zeitpunkt t7 erfolgt der Nulldurchgang der Phase 5, und zum Zeitpunkt i8 ist die Meßwerlgeberspannung Us größer als die vom Digital-Analog-Umsetzer 3 ausgegebene Vergleichsspannung uv, so daß der Kornparator 18 seinen Schaltzustand wechselt und das dadurch auftretende Ausgangiisignal 2Ü entsprechend L der allein geöffneter UND-NICHT-Stufe 22 über die UND-NICHT-Stufe 2' an die Steuereinrichtung 5 gelangt, der damit de Nulldurchgang der Phase S gemeldet ist, so daß si« durch Ausgabe der Signale 21 e, 23e entsprechend I auch die UND-NICHT-Stufen 21, 23 öffnet und zun Zeitpunkt r9 an den Digital-Analog-Umsetzer 3 wiede ein einem bestimmten Kurzschlußstrom entsprechende
ίο Wort gibt, das als analoge Vergleichsspannung uv ar allen drei Komparatoren 17 bis 19 wirkt; die Kurzschlußstromüberwachung dauert bis zum Zeit punkt ί,ο, zu dem die UND-NICHT-Stufen 21,23 durct die Ausgabe der Signale 21 e, 23e entsprechend 0 de Steuereinrichtung 5 wieder gesperrt werden und di< Überstrommessung in der gleichen Weise erfolgt, wi vorstehend in Verbindung mit der Überstrommessunj in der Phase R beschrieben wurde. Zum Zeitpunkt in is die Überstrommessung beendet; zum Zeitpunkt t\ öffnet die Steuereinrichtung 5 durch Ausgabe de Signals 23e entsprechend L die UND-NICHT-Stufe Z vorbereitend, und die Vergleichsspannung uv wird au Eins gestellt; zum Zeitpunkt in geht die Phase Tdurd Null, was der Steuereinrichtung 5 zum Zeitpunkt
durch Zustandswechsel des Komparator 19 und durcl das Ausgangssignal S entsprechend L der UND NICHT-Stufe 23 gemeldet wird; zum Zeitpunkt U beginnt die Kurzschlußstromüberwachung aller dre Phasen R, S, T, die zum Zeitpunkt ίιβ endet; darai
schließt sich die Überstrommessung nur für die Phase ' bis zum Zeitpunkt tn an.
Damit sind in den Phasen R, S, T im Maximun Überstrommessungen durchgeführt {U—k, fio—
fie— tu) und die ermittelten Werte im Datenspeicher (
abgespeichert worden. Den Überstrommessungen vor aus gingen Kurzschlußstromüberwachungen für alle drei Phasen R, S, Γ(ί3— U, ig—/ίο, fis— fie).
Mit der Beendigung der Überstrommessung in dei Phase Γ erfolgt zum Zeitpunkt fie durch die Steuerein richtung 5 die öffnung der UND-NICHT-Stufe 21; zun Zeitpunkt fig erfolgt ein erneuter Nulldurchgang dei Phase R in positiver Richtung, und zum Zeitpunkt
meldet der Komparator 17 über die UND-NICHT-Stufe 21 der Steuereinrichtung 5 diesen Nulldurchgang, die nunmehr zum Zeitpunkt fei ihren Rechenzyklus einlei tet; innerhalb des Rechenzyklus erfolgt ebenfalls eine Kurzschlußstromüberwachung in der vorstehend be schriebenen Weise.
Der Rechenzyklus wird abgeschlossen, indem der ir aufsteigender Richtung liegende Nulldurchgang de! Phase R ermittelt wird; zum Zeitpunkt tu wird die Vergleichsspannung Uv zu Eins und die UND-NICHT Stufen 22, 23 gesperrt; zum Zeitpunkt f23 erfolgt dei Nulldurchgang der Phase R, zum Zeitpunkt /24 wird die; über Komparator 17 und UND-NICHT-Stufe 21 de: Steuereinrichtung 5 gemeldet, und zum Zeitpunkt t2 beginnt für die Phase R wieder die Kurzschlußstrom überwachung, an die sich, wie vorstehend beschrieben die Überstrommessung anschließt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Digitaler Überstromauslöser mit einer zentralen Steuereinrichtung und einem Datenspeicher, ϊ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) jeweils im Bereich des Scheitelwertes der Phasenströme digitale .Signalkombinationen an einen Digital-Analog-Umsetzer (3) ausgibt, dessen analoge Ausgangsspannung (uv) mittels eines digita- ι ο len Komparatorkreises (2) mit aus den Phasenströmen mittels eines Meßwertgebers (1) abgeleiteten Spannungen (ur, s. t) verglichen wird, und daß bei Gleichheit der Spannungen (ur, s, t. uv) der Komparatorkreis (2) ein digitales Signal an die Steuereinrichtung (5) gibt, welche damit die Speicherung der gerade vorliegenden digitalen Signalkombination in den Datenspeicher (6) veranlaßt.
2. Überstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Überstrommessung in allen drei Phasen über die folgenden drei Phasen eine Berechnung der während der vorangegangenen Messung im Datenspeicher (6) abgespeicherten drei Meßwerte und von an einem Dateneingabefeld (7) eingegebenen Grenzwerten durch die zentrale Steuereinrichtung (5) erfolgt.
3. Überstromauslöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstrommessung in jeder Phase eine Kurzschlußstromüberwachung in allen drei Phasen vorausgeht. jo
4. Überstromauslöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparatorkreis (2) aus drei digitalen Komparatoren (17 bis 19) besteht, wobei jeder Komparator von einer der mittels des Meßwertgebers (1) abgeleiteten Spannungen (Ur, s. t) und alle gemeinsam von der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers (3) angesteuert sind, und daß die Ausgänge der Komparatoren mit Verknüpfungsgliedern (21 bis 23) eines Logikschaltkreises (4) verbunden sind, die einzeln oder gemeinsam von der Steuersinrichtung (5) angesteuert werden und die ihrerseits die Steuereinrichtung (5) ansteuern.
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