DE2611015A1 - Elektronisches ueberstromrelais - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT - Unser Zeichen ^- O » I O 1 5 Berlin und München ** VPA 76 P 3712 BRD

Elektronisches Überstromrelais

Die Erfindung befaßt sich mit einem Überstromrelais mit elektronischen Meß-, Verzögerungs- und Schaltgliedern, die von einem Stromwandler gesteuert werden.

Relais dieser Art haben die Aufgabe, Stromkreise bzw. darin befindliche elektrische Betriebsmittel zu überwachen und die Abschaltung der Stromkreise bzw. Betriebsmittel zu veranlassen, wenn ein Kurzschluß auftritt oder bestimmte Stromstärken überschritten werden. Für eine vollständige Überwachung elektrischer Anlagen reichen aber Relais dieser Art nicht aus, weil ihre Wirkung darin besteht, beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte ein Ausgangssignal abzugeben oder einen Schaltvorgang auszulösen. Dagegen kann der jeweils fließende Strom nicht abgelesen werden. Aus diesem Grund ist es üblich, zusätzlich anzeigende Meßinstrumente zu verwenden, an denen die Ströme abgelesen werden können. Zur Speisung der Meßinstrumente werden im allgemeinen Stromwandler benötigt, die einen für den Betrieb der Meßinstrumente geeigneten Sekundärstrom abgeben. Für die vollständige Überwachung einer elektrischen Anlage benötigt man daher im allgemeinen zwei Sätze von Stromwandlern, und zwar einen Satz für die Speisung der anzeigenden Meßinstrumente und einen weiteren Satz für ein Überstromrelais.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Stromwandler in einer Anlage zu verringern, für die sowohl ein Überstromrelais als auch anzeigende Meßinstrumente vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß das von dem Stromwandler abgegebene Signal einer Eingangsschaltung mit einstell-

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barem Verstärkungsfaktor zugeführt und auf einen für jeden eingestellten Nennstrom gleichen Normalwert verstärkt wird, der den Auswertungsgliedern für Kurzschluß- und Uberstromauslösung und einem anzeigenden Meßinstrument zugeführt wird. Das Meßinstrument wird somit aus der Eingangsschaltung des Uberstromrelais gespeist. Der besondere Vorteil besteht hierbei darin, daß für alle Strombereiche und Nennströme nur ein einziger Typ eines Meßinstrumentes benötigt wird, da die Skale in Prozent des Nennstromes geteilt werden kann. Dies erleichtert es auch dem Betriebspersonal, den jeweiligen Betriebszustand zu erkennen, weil es nicht mehr erforderlich ist, einen angezeigten Absolutwert des Stromes in Beziehung zu einem zulässigen Strom oder Nennstrom zu setzen.

Entsprechend den Eigenschaften des vorgesehenen Meßinstrumentes kann es sich empfehlen, dem Meßinstrument unmittelbar einen weiteren Verstärker vorzuschalten. Dies macht eine besondere Auslegung der Eingangsschaltung des Uberstromrelais entbehrlich und gestattet dessen Verwendung sowohl mit als auch ohne Meßinstrument bei einfachem Aufbau.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Uberstromrelais für ein dreiphasiges Wechselstromnetz für Kurzschluß- und Uberstromauslösung. Den Phasenleitern R, S und T ist je ein eisenloser Wandler 1, 2 und 3 zugeordnet, deren Ausgangssignale über je einen Koppelwiderstand 4, 5 und 6 den nichtinvertierenden Eingängen 7» 8 und 9 von Operationsverstärkern 10, .11 und 12 zugeführt werden. Die Ausgänge 13» 14 und 15 dieser Operationsverstärker sind über Dioden 16, 17 und 18 miteinander und über einen mehrstufigen Wahlschalter 19 sowie Widerstände 20 und 21 mit den invertierenden Eingängen 22, 23 und 24 verbunden. Der Wahlschalter 19 gestattet in Verbindung mit dem Widerstand 20 in der Stellung a, dem Widerstand 21 in der Stellung b und der direkten (widerstandsfreien) Stellung c eine gestufte Einstellung der Gegenkopplung und damit des Verstärkungsfaktors. Die Dioden 16, 17 und 18 entkoppeln die Operationsverstärker 10, 11 und 12 voneinander, so

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daß ein gemeinsames Stellglied (Wahlschalter 19) für die Einstellung der Gegenkopplung verwendet werden kann, und bewirken gleichzeitig die Gleichrichtung des gemeinsamen Ausgangssignals, das dem höchsten Strom entspricht.

An dem gemeinsamen Ausgang der Operationsverstärker 10, 11 und steht somit ein dem größten, in einer der Phasen R, S und T fließenden Strom entsprechendes gleichgerichtetes Spannungssignal zur Verfügung, das über einen einstellbaren Widerstand 25 dem invertierenden Eingang 26 eines weiteren Operationsverstärkers zugeführt wird. Der stufenlos einstellbare Widerstand 25 bildet zusammen mit einem am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 liegenden Festwiderstand 28 ein einstellbares Gegenkopplungsnetzwerk .

Der Widerstand 25 gestattet die Einstellung des Überstromrelais auf einen bestimmten gewünschten Nennstrom, der innerhalb der durch den Wahlschalter 19 eingestellten Bereiche liegt. Es sei z. B. angenommen, daß mit dem Wahlschalter 19 der einfache, dreifache und zehnfache Wert der mit dem Widerstand 25 wählbaren Ströme einstellbar ist. Überstreicht der Widerstand 25 somit z.B. 20 - 80 A, so ergeben sich je nach Stellung des Wahlschalters die Bereiche 20 - 80 A, 60 - 240 A und 200 - 800 A. Soll das Überstromrelais nun auf einen Nennstrom von 180 A eingestellt werden, so ist der Wahlschalter 19 in die mittlere Stellung b zu bringen, die eine Verdreifachung der an dem Widerstand 25 einstellbaren Stromwerte bewirkt. Der Widerstand 25 ist dementsprechend an seiner Einstellskale auf 60 A einzustellen. Am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 steht dann ein von dem Absolutwert des Nennstromes unabhängiges normiertes Signal zur Verfügung, das den noch zu erläuternden Schaltungsteilen für die Kurzschlußauslösung und die Überlastauslösung zugeführt wird.

Zunächst gelangt das normierte Ausgangssignal über ein zur Unterdrückung von Einschaltstromstößen dienendes Schaltungsglied, das einen Widerstand 30 und einen Kondensator 31 sowie einen zur Abschaltung des Kondensators dienenden Schalter 32 umfaßt, an

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den invertierenden Eingang 33 eines Operationsverstärkers 34, durch, dessen Ausgangsgröße ein Auslöserelais 35 geschaltet werden kann. Der Grenzwert in Vielfachen des eingestellten Nennstromes, bei dem das Relais 35 anziehen und damit eine Auslösung veranlassen soll, wird durch eine an den nichtinvertierenden Eingang 36 des Operationsverstärkers 34 angelegte Vergleichsspannung bestimmt, die mittels des Potentiometers 37 wählbar ist.

Die von dem Operationsverstärker 27 bereitgestellte normierte Ausgangsgröße wird ferner an ein insgesamt mit 40 bezeichnetes Netzwerk angelegt, das in bekannter Weise aus einer Kombination linearer und nichtlinearer Bauelemente (Widerstände, Dioden, Z-Dioden) besteht und das zur Bildung der gewünschten Auslösekennlinie der ÜberStromauslösung dient. Angestrebt wird die sogenannte I «t-Kennlinie. Das mit Hilfe des Netzwerkes 40 geformte Signal gelangt an den invertierenden Eingang 41 eines Operationsverstärkers 42, der Bestandteil eines Integrationsstromkreises ist. Als integrierendes Glied dient ein Kondensator 43, der jedoch nicht direkt von dem Ausgang 44 des Operations-Verstärkers 42 aufgeladen wird, sondern über einen Transistor 45, dessen Basis 46 durch Anschluß an den positiven Pol der Betriebsspannung + Ug des Überstromrelais über eine Z-Diode 47 und einen Widerstand 48 in leitendem Zustand gehalten wird. Ist ein gewählter Grenzwert für die ÜberStromauslösung erreicht, d. h., ist der Kondensator 43 auf einen bestimmten Wert aufgeladen, so spricht der als Schmitt-Trigger geschaltete Operationsverstärker 50 an und bringt das Relais 51 zum Anziehen.

Falls die Betriebsspannung + Ug und - Ug des Überstromrelais ausfällt, so würde sich bei bisher üblichen Integratorschaltungen der Kondensator 43 sofort über den Operationsverstärker 44 entladen, weil dessen Innenwiderstand ohne Vorhandensein einer Betriebsspannung verhältnismäßig gering ist. Im vorliegenden Beispiel jedoch verschwindet zugleich mit der Betriebsspannung auch die Steuerspannung an der Basis 46 des Transistors 45, wodurch dieser gesperrt wird.'Dies verhindert die unerwünschte plötzliche Entladung des Kondensators 43. Es bleibt somit die

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jeweils vorhandene Aufladung des Kondensators erhalten, wenn man davon absieht, daß über einen längeren Zeitraum durch den Innenwiderstand des Transistors 45 und durch Selbstentladung ein allmählicher Ladungsabbau stattfindet.

Eine bestimmte Aufladung des Kondensators 43 entspricht einer bestimmten thermischen Beanspruchung eines zu schützenden elektrischen Betriebsmittels, z. B. eines Motors. Ebenso entspricht einer natürlichen Abkühlung des Betriebsmittels die Entladung des Kondensators 43 durch einen parallel zu diesem geschalteten Widerstand 49, der jedoch hur bei leitendem Transistor 45, d. h. bei vorhandener Betriebsspannung wirksam ist. Die sofortige Entladung des Kondensators 43 entspricht daher einer plötzlichen Abkühlung des zu schützenden Betriebsmittels, was zu dessen Be-Schädigung oder Zerstörung führen kann, wenn der Betrieb bei noch vorhandener Überlastung fortgesetzt wird. In diesem Fall muß nämlich die Aufladung des Kondensators von neuem beginnen, wodurch sich die Auslösung (Anziehen des Relais 51) verzögert. In dem vorliegenden Beispiel bleibt dagegen die Ladung des Kondensators 43 bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Überstromrelais erhalten. Kehrt nun die Betriebsspannung zurück, so wird die Aufladung des Kondensators 43 bei fortdauernder Überlastung des zu überwachenden Stromkreises bzw. Betriebsmittels praktisch von dem Wert ausgehend fortgesetzt, bei dem sie unterbrochen wurde.

Dies führt zu der gewünschten rechtzeitigen Auslösung und Abschaltung.

Durch die.Z-Diode 47, die sich in dem Steuerstromkreis des Transistors 45 befindet, wird dafür gesorgt, daß bei absinkender Betriebsspannung der Transistor 45 gesperrt wird, bevor der Operationsverstärker seine Funktionsfähigkeit verliert und in den niederohmigen Zustand übertritt.

Durch die von dem Operationsverstärker 27 abgegebene normierte Ausgangsspannung wird außer den Schaltungsteilen für Kurzschluß- und Überlastauslösung noch ein anzeigendes Meßinstrument 55 betrieben, und zwar nach Verstärkung durch einen Operationsverstär-

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ker 56. Die Skale 57 des Meßinstrumentes 55 ist in Prozent des Nennstromes geteilt, so daß für den gesamten von dem Überstromrelais erfaßbaren Bereich von Strömen nur ein Instrument und eine Skale benötigt werden. Das Meßinstrument ist sowohl bei einphasiger als auch bei der beschriebenen dreiphasigen Ausführung der Eingangsschaltung verwendbar. Bei mehrphasiger Ausführung ergibt sich der Vorteil, daß stets der höchste Strom angezeigt wird, der in einer der Phasen fließt. Vor allem aber erzielt man eine Ersparnis durch den Wegfall besonderer Stromwandler, die man bisher zum Betrieb von Strommessern benötigte.

In dem Schaltbild sind die zur Bereitstellung der Betriebsspannung + U-o und - Un dienenden Bauelemente fortgelassen. Diese Elemente sind allgemein bekannt und bedürfen daher keiner gesonderten Erläuterungen. Jedoch sind in dem Schaltbild an den Stellen, die des Anschlusses an die Stromversorgungseinrichtung bedürfen, jeweils die Bezeichnungen + Ug bzw. - Un angebracht.

7 Ansprüche
1 Figur

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Lee

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Überstromrelais mit elektronischen Meß-, Verzögerungs- und Schaltgliedern, die von einem Stromwandler gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Stromwandler (1, 2, 3) abgegebene Signal einer Eingangsschaltung (10, 11, 12; 27) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt und auf einen für jeden eingestellten Nennstrom gleichen Normalwert verstärkt wird, der den Auswertungsgliedern für KurzSchlußauslösung (34, 35, 37) und ÜberStromauslösung (40, 42, 43, 50, 51) und einem anzeigenden Meßinstrument (55) zugeführt wird.

2. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßinstrument (55) ein weiterer Verstärker (56) vorgeschaltet ist und daß die Skale (57) in Prozent des Nennstromes geteilt ist.

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