DE2611178A1

DE2611178A1 - Abhaengiges elektronisches ueberstromzeitrelais

Info

Publication number: DE2611178A1
Application number: DE19762611178
Authority: DE
Inventors: Hubert Ing Grad Roellecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1977-09-22
Also published as: SE409930B; DE2611178B2; GB1547672A; DE2611178C3; FR2344993B1; FR2344993A1; SE7701211L; ES454350A1

Description

HARTMANN & BRAUN ^(^iV^O

Aktiengesellschaft * 0 111 / ö

Abhängiges elektronisches überstromzeitrelais

Die Erfindung bezieht sich auf ein abhängiges elektronisches überstromzeitrelais zur Abschaltung von Leitungen oder Drehstromverbrauchern bei Überlastungen und Kurzschlüssen mit
einem in jede Netzphase eingeschalteten Hauptstromwandler, einer den Stromwandlern nachgeschalteten Gleichrichterschaltung -und mit an der Gleichrichterschaltung angeschlossenen Scheitelwertspeichern, Integriergliedern und Netzabschalteinrichtungen .

Abhängige überstromzeitrelais werden häufig zur selektiven Abschaltung fehlerbehafteter Leitungen in Strahlennetzen eingesetzt. Die Auslösezeit ist abhängig von der Größe des Stromes in der fehlerbehafteten Leitung. Seit einigen Jahren sind Geräte dieser Art mit elektronischen Schaltungen bekanntgeworden.

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Um die Anzahl der Bauelemente möglichst gering zu halten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den für die Abschaltcharakteristik verantwortlichen Schaltungsteil nur mit einem Meßsystem auszustatten. Dies hat allerdings zur Folge, daß diesem Meßsystem eine Spannung zugeführt werden muß, die dem größten der fließenden Phasenströme proportional ist.

Bei einem bekannten Überstromzeitrelais der obengenannten Art (Techn. Mitt. AEG-Telefunken 58 (1968) 6, Seite 372 - 375) ist dieser Forderung schaltungstechnisch dadurch Rechnung getragen, daß die drei Phasenströme über Hauptstromwandler ausgekoppelt und den Primärwicklungen von innerhalb des Gerätes angeordneten Stromwandlern zugeführt werden. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler sind mit Shunts abgeschlossen; die an diesen Shunts abfallende Spannung wird durch eine aus Dioden aufgebaute ODER-Schaltung verknüpft und steht somit als Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung zur Verfügung. Die pulsierende Gleichspannung wird nun einem RC-Glied zugeführt, dessen Kondensator auf den Scheitelwert aufgeladen wird und sich nur langsam über den parallelgeschalteten Widerstand entlädt. Die Entladung zwischen zwei Halbwellen ist dabei so geringfügig, daß der arithmetische Mittelwert nur 1 bis 2 % vom Scheitelwert abweicht, also innerhalb des genannten Zeitraumes nahezu konstant bleibt. Die Beständigkeit der Kondensatorspannung bewirkt nun einerseits gleiche Auslösezeiten bei ein- und mehrpoligen Fehlern, so daß es ohne Einfluß auf die Auslösezeit bleibt, ob ein überstrom nur in einer oder

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gleich in mehreren Netzphasen fließt; sie bringt jedoch andererseits den Nachteil mit sich, daß auch kurzzeitig auftretende Fehler relativ lange durch den Kondensator gespeichert werden. Den dem Kondensator nachgeschalteten Schaltungsteilen wird also noch etwa 1oo - 2oo ms ein nicht vorhandener Fehler vorgetäuscht, wodurch unter Umständen eine Betätigung des Leistungsschalters erfolgen kann.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais zu schaffen, dessen Auslösezeit unabhängig von der Fehlerart (einpolig, mehrpolig) ist, bei dem jedoch nach dem Fortfall eines Fehlers durch den raschen Abbau der Kondensatorspannung eine unbeabsichtigte Auslösung mit Sicherheit vermieden wird.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleichrichterschaltung über ein erstes RC-Glied mit größerer Zeitkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites RC-Glied mit kleinerer Zeitkonstante den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers belegt und daß der invertierende Verstärkereingang über einen Spannungsteiler und der Verstärkerausgang über eine Gleichrichterdiode am ersten RC-Glied angekoppelt ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in Fig. 1 bis Fig. der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Schaltbild des Überstromzeitrelais, Fig. 2 einige zur Erläuterung der Wirkungsweise herangezogene

Liniendiagraiiune und
Fig. 3 eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltbildes nach Fig. 1.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind mit R, S, T die drei Phasen eines Drehstromnetzes,

mit W. W₃ Hauptstromwandler, mit W. ... W_g Eingangswandler,

mit R₁ ... R_ mehrere Widerstände, mit C-, C^ zwei Kondensatoren und mit D₁ ... D₇ Gleichrichterdioden bezeichnet. Ferner enthält das Schaltbild einen Differenzverstärker V-, eine Zeitstufe ZS, einen Schwellwertschalter SS und ein Hilfsrelais H, das über einen Kontakt h verfügt.

Die genannten Bauteile sind wie folgt zusammengeschaltet: In die Phasen R, S, T sind zunächst die Hauptstromwandler W₁ ... W eingeschaltet, die die Eingangswandler W. ... W, des überstromzeitrelais versorgen. Die Eingangswandler W. ... W_ß sind sekundärseitig mit den Widerständen R. ... R-abgeschlossen, die einseitig über eine Verbindungsleitung an Masse gelegt sind. An den zweiten Anschlüssen der Widerstände R₁ ... R₃ liegt eine aus den Gleichrichterdioden D^ ... D₃ bestehende erste Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt über ein aus dem Widerstand R. und dem parallelgeschalteten

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Kondensator C₁ zusammengesetzten ersten RC-Glied und über einen aus den Widerständen R , R gebildeten Spannungsteiler mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V₁ verbunden ist. Ferner bilden die Gleichrichterdioden D. ... D_

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eine zweite Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers,V₁ liegt. An diesem Verstärkereingang liegt ein zweites RC-Glied, das aus dem Widerstand R_ und dem Kondensator C_ besteht.

Der Kathodenpunkt der Gleichrichterdioden D₁ ... D₃ ist im weiteren über die Zeitstufe ZS und den Schwellwertschalter SS mit dem Hilfsrelais H verbunden. Zwischen dem Eingang der Zeitstufe ZS und dem Ausgang des Differenzverstärkers V liegt die Gleichrichterdiode D_.

Die Wirkungsweise des überstromzeitrelais ist folgende:

Im fehlerfreien Betrieb liefern die Gleichrichterdioden

D_- ... D,- zwei durch die Kondensatoren C₁ und C_n geglättete Ib Jz

und auf die Scheitelwerte gespeicherte Gleichspannungen U₁, ü_ mit gleicher Amplitude. Die durch die relativ lange Zeitkonstante τ des ersten RC-Gliedes R₄, C₁ stark geglättete Gleichspannung U₁ wird zu einem Anteil U₁', der durch das Verhältnis der Widerstände R_g, R₇ bestimmt ist/ dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V₁ zugeführt. Die infolge der kurzen Zeitkonstante _τ_ des zweiten RC-Gliedes R_, C₀ nur schwach geglättete Gleichspannung U-5 2 *

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gelangt in voller Höhe zu dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V₁. Durch diese Belegung der Verstärkereingänge ist die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode D_ in Sperrichtung gepolt, so daß die pulsierende Gleichspannung U₁ zu der Zeitstufe Zs gelangen kann. Durch das in der Zeitstufe ZS vorhandene Integrierglied wird der Schwellwertschaltung SS die Spannung U₁ verzögert zugeführt. Die Spannung U₁ liegt im fehlerfreien Betrieb unterhalb der Ansprechspannung des Schwellwertschalters SS, so daß eine Anregung des Hilfsrelais H unterbleibt.

Fig. 2 zeigt die zeitlichen Verläufe der Spannungen U_, U₁,

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U₁· und U„ für den Fall einer kurzzeitig in der Phase R auftretenden Überlastung. Die stromproportionale Spannung U_D am Widerstand R₁ nimmt dort zwischen den Zeitpunkten t.. und t₂ während drei Halbwellen ungewöhnlich hohe Werte an. Zum Zeitpunkt t_ sei der Fehler bereits nicht mehr vorhanden.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Spannungen U₁ und U₂ der Spannung U_ bis zum Scheitelwert der ersten Halbwelle folgen und danach mit den unterschiedlichen Zeitkönstanten T₁, τ₂ ( τ_Λ p O abklingen, die nächste Halbwelle von U_ mit gleieher Polarität hebt die Spannungen U- und U₂ wiederum auf den Scheitelwert von U_. an.

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Während dieses gesamten Vorgangs ist die Spannung ü„ größer als die zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V₁ gelangende Teilspannung U₁', der infolgedessen sperrt und die hohe Gleichspannung U₁ zur Zeitstufe Zs gelangen läßt.

Nach Fig. 2 hält der Fehler nur bis zum Zeitpunkt t₂ an, so daß die Spannungen U₁ und U₁' entsprechend den Zeitkonstanten τ .,/ τ2 ^^er RC-Glieder R., C-; R₅, C₃ weiter abklingen. Zum Zeitpunkt t₃ sinkt die Spannung U₂ unter den Wert der Spannung U.'; es liegt die Durchschaltbedingung des Differenzverstärkers V vor. Die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode D₇ ist nun in Durchlaßrichtung gepolt und entlädt den Kondensator C₁ mit der kurzen Zeitkonstante τ_ des zweiten RC-Gliedes R₅, C_. Da die Verzögerungszeit der Zeitstufe ZS in dem vorliegenden Beispiel größer als drei Halbwellen sein soll, führt die vorübergehende überlastung in der Phase R nicht zur Abschaltung.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein abhängiges überstromzeitrelais, bei dem durch eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Eingangsschaltung positive und negative Halbwellen zur Messung herangezogen werden. Das Schaltbild enthält anstelle der beiden Gleichrichterschaltungen eine aus Gleichrichterdioden Dg ... D₁₅ bestehende Dreiphasen-Brückenschaltung, die durch einen Widerstand R„ abgeschlossen ist. Weitere Bestandteile der dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei Gleichrichterdioden D₁ ., D₁₇ und ein zweiter Differenzverstärker V₃.

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Der Differenzverstärker V₂ liegt mit seinem nicht invertierenden Eingang am Widerstand R₀ und speist über die Dioden Ώ_Λ,, Ώ_Λη die RC-Glieder R., C₁; R₅, C₃. Vom Kondensator C₂ des zweiten RC-Gliedes besteht eine Rückführung auf den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V₂, der infolgedessen den Verstärkung s faktor "1" aufweist.

Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus:

Die am Widerstand R_ auftretende sechspulsige Gleichspannung steuert den Differenzverstärker V„ und bewirkt so über die Gleichrichterdioden D₁g, D₁₇ die Aufladung der Kondensatoren C₁, C-. Der niedrige Ausgangswiderstand des Differenzverstärkers V„ und die Dioden D₁,-, D₁₇ bewirken eine Aufladung der Kondensatoren C₁, C_? auf den Scheitelwert der Spannung am Widerstand R_ß,

Die übrige Wirkungsweise der Schaltungsanordnung entspricht den Ausführungen zu Fig. 1 .

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist als Vorteil eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit nach dem Fortfall eines Überstromes in einer oder mehreren Phasen zu nennen, da sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen zur Messung herangezogen werden.

8 Seiten Beschreibung
5 Ansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren

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Claims

Ansprüche

/ 1. !Abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais zur Abschal- —^ tung von Leitungen oder Drehstromverbrauchern bei Überlastun gen und Kurzschlüssen mit einem in jede Netzphase eingeschal teten Hauptstromwandler, einer den Stromwandlern nachgeschal teten Gleichrichterschaltung und mit an der Gleichrichterschaltung angeschlossenen Scheitelwertspeichern/ Integriergliedern und Netzabschalteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung über ein erstes RC-Glied (R., C₁) mit größerer Zeitkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites RC-Glied (R₅, C₃) mit kleinerer Zeitkonstante den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (V₁) belegt und daß der invertierende Verstärkereingang über einen Spannungsteiler (R_ß, R_) und der Verstärkerausgang über eine Gleichrichterdiode (D_) am ersten RC-Glied (R., C₁) angekoppelt ist.
2. überstromzeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes RC-Glied (R , C₁; R_, C) an einer aus Gleichrichterdioden (D. ... D^) bestehenden Gleichrichterschaltung liegt, die wechselspannungsseitig an mit Widerständen (R₁ ... R₃) abgeschlossenen Eingangsstromwandlern (W₄ ... Wg) angeschaltet ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. überstromzeitrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterschaltung eine aus Gleichrichterdioden (D„ ... D₁C-) aufgebaute Drehstrom-Brückenschaltung eingesetzt ist, die an einem Widerstand (R₀) eine den Phasen-

strömen proportionale Spannung zur Verfügung stellt.
4. Überstromzeitrelais nach Anspruch 3, dadurch'·gekennzeichnet, daß ein Abgriff des Widerstandes (R_fl) am nicht invertierenden Eingang eines Differentverstärkers (V₂) liegt, daß am Verstärkerausgang die RC-Glieder (R₄, C. ; R₅, C-) angeschlossen sind und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (V„) auf den invertierenden Eingang zurückgeführt ist.
5. überstromzeitrelais nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu jedem RC-Glied (R., C₁; R₅, C₃) eine Gleichrichterdiode (D₁ _c, D₁-) angeordnet ist.

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