DE2611178B2

DE2611178B2 - Abhängiges elektronisches Überstromzeitrelais

Info

Publication number: DE2611178B2
Application number: DE19762611178
Authority: DE
Inventors: Hubert Ing.(Grad.) 5628 Heiligenhaus 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: 1978-05-11
Also published as: ES454350A1; SE7701211L; SE409930B; GB1547672A; FR2344993B1; DE2611178A1; FR2344993A1; DE2611178C3

Description

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 Hauptstrom wandler, 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.

Um die Anzahl der Bauelemente möglichst gering zu halten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den für die Abschaltcharakteristik verantwortlichen Schaltungsteil mit nur 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 bis 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-G\\ed 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 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 nachgeschalneten Schaltungsteilen wird also noch etwa 100 bis 200 ms ein nicht vorhandener Fehler vorgetäuscht,

^J5 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-G\\ed mit größerer Zeitkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites ÄC-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-G\\ed angekoppelt ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in F i g. 1 bis F i g. 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-Spieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild des Überstromzeitrelais,
F i g. 2 einige zur Erläuterung der Wirkungsweise herangezogene Liniendiagramme und
F i g. 3 eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltbiides nach Fig. 1.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 sind mit R, S, T die drei Phasen eines Drehstromnetzes, mit Wi bis W₃ Hauptstromwandler, mit M^ bis W₆ Eingangswandler, mit R\ bis Rj mehrere Widerstände, mit Ci₁ C₂ zwei Kondensatoren und mit D\ bis Dj Gleichrichterdioden bezeichnet. Ferner enthält das Schaltbild einen Differenzverstärker Vi. 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 W\ bis Wj eingeschaltet, die die Eingangswandler IV₄ bis W_b des Überstromzeitrelais versorgen. Die Eingangswandler W* bis Wt. sind sekundärseitig mit den Widerständen R] bis Rj abgeschlossen, die einseitig über eine Verbindungsleitung an Masse gelegt sind. An den zweiten Anschlüssen der Widerstände R₁ bis Ri liegt eine aus den Gleichrichu rdioden A bis D₃ bestehende erste Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt über ein aus dem Widerstand Ra und dem parallelgeschalteten Kondensator C\ zusammengesetzten ersten /?C-Glied und über einen aus den Widerständen Rb, /?7 gebildeten Spannungsteiler mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V\ verbunden ist. Ferner bilden die Gleichrichterdioden D₄ bis A, eine zweite Gleichrichterschaltung, deren Kathodenpunkt am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers \'\ liegt. An diesem Verstärkereingang liegt ein zweites /?C-Glied, das aus dem Widerstand Rs und dem Kondensator Ci besteht.

Der Kathodenpunkt der Gleichrichterdioden A bis Dj ist im weiteren über die Zeitstufe ZS und den Schwellwertschalter 55 mit dem Hilfsrelais H verbunden. Zwischen dem Eingang der Zeitstufe ZS und dem Ausgang des Differenzverstärkers V liegt die Gleichrichterdiode Dj.

Die Wirkungsweise des Überstromzeitrelais ist folgende:

Im fehlerfreien Betrieb liefern die Gleichrichterdioden A bis D₆ zwei durch die Kondensatoren Ci und C2 geglättete und auf die Scheitelwerte gespeicherte Gleichspannungen U], Ui mit gleicher Amplitude. Die durch die relativ lange Zeitkonstante τ\ des ersten WC-Gliedes R₄, Q stark geglättete Gleichspannung U\ wird zu einem Anteil Ut', der durch das Verhältnis der Widerstände R₆, Ri bestimmt ist, dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Vi zugeführt. Die infolge der kurzen Zeitkonstante T2 des zweiten /?C-GIiedes Rs, C₂ nur schwach geglättete Gleichspannung t/₂ gelangt in voller Höhe zu dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Vi. Durch diese Belegung der Verstärkereingänge ist die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode Di in Sperrichtung gepolt, so daß die pulsierende Gleichspannung U\ zu der Zeitstufe ZSgelangen kann. Durch das in der Zeitstufe Z5vorhandene Integrierglied wird der Schwellwertschaltung 55 die Spannung U\ verzögert zugeführt. Die Spannung L'i liegt im fehlerfreien Betrieb unterhalb der Ansprechspannung des Schwellwertschalters SS, so daß eine Anregung des Hilfsrelais //unterbleibt.

F i g. 2 zeigt die zeitlichen Verläufe der Spannungen Ur, Uu U\ und Ui für den Fall einer kurzzeitig in der Phase R auftretenden Überlastung. Die stromproportionale Spannung Ur am Widerstand R\ nimmt dort zwischen den Zeitpunkten t\ und ti während drei Halbwellen ungewöhnlich hohe Werte an. Zum Zeitpunkt h sei der Fehler bereits nicht mehr vorhanden.

Aus Fig. 2 geht hervor, ds.ß die Spannungen U\ und Ui der Spannung Ur bis zum Scheitelwert der ersten Halbwelle folgen und danach mit den unterschiedlichen Zeitkonstanten τι, τ 2 (τι > τι) abklingen. Die nächste Halbwelle von Ur mit gleicher Polarität hebt die Spannungen U₁ und U₂ wiederum auf den Scheitelwert von Ur an.

Während dieses gesamten Vorgangs ist die Spannung Ui größer als die zum invertierenden Eingang des

ι« Differenzverstärkers Vi gelangende Teilspannung U\ , der infolgedessen sperrt und die hohe Gleichspannung U\ zur Zeitstufe Z5gelangen läßt.

Nach Fi g. 2 hält der Fehler nur bis zum Zeitpunkt (2 an, so daß die Spannungen U\ und Uy entsprechend den Zeitkonstanten τι, τ2 der /?C-Glieder R₄, Q; Ri, Ci weiter abklingen. Zum Zeitpunkt /3 sinkt die Spannung Ui unter den Wert der Spannung U'; es liegt die Durchschaltbedingung des Differenzverstärkers V vor. Die am Verstärkerausgang angeschlossene Gleichrichterdiode Di ist nun in Durchlaßrichtung gepolt und entlädt den Kondensator Ci mit der kurzen Zeitkonstante τ2 des zweiten /?C-Gliedes Rs, C2. Da die Verzögerungszeit der Zeitstufe Z.Sin 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 F i g. 1 abgeänderte Eingangsschaltung posi-

■H) tive und negative Halbwellen zur Messung herangezogen werden. Das Schaltbild enthält anstelle der beiden Gleichrichterschaltungen eine aus Gleichrichterdioden Da bis D]s bestehende Dreiphasen-Brückenschaltung, die durch einen Widerstand Rs abgeschlossen ist.

Weitere Bestandteile der dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei Gleichrichterdioden A β, A? und ein zweiter Differenzverstärker V2.

Der Differenzverstärker V2 liegt mit seinem nicht invertierenden Eingang am Widerstand Rs und speist über die Dioden Ae, A7 die ÄC-Glieder R₄, Cv, Rs, C₂. Vom Kondensator C2 des zweiten ÄC-Gliedes besteht eine Rückführung auf den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V2, der infolgedessen den Verstärkungsfaktor »1« aufweist.

Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus:

Die am Widerstand Rg auftretende sechspulsige Gleichspannung steuert den Differenzverstärker V₂ und bewirkt so über die Gleichrichterdioden Di6, A7 die Aufladung der Kondensatoren Ci, G>. Der niedrige Ausgangswiderstand des Differenzverstärkers V2 und die Dioden Αβ, Az bewirken eine Aufladung der Kondensatoren Ci, C2 auf den Scheitelwert der Spannung am Widerstand R$.

Die übrige Wirkungsweise der Schaltungsanordnung enspricht den Ausführungen zu F i g. 1.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist als Vorteil eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit nach dem Fortfall eines Überstromes in einer oder mehreren

m> Phasen zu nennen, da sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen zur Messung herangezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung über ein erstes RC-Glied (Ra, Q) mit größerer Zeitkonstante die Netzabschalteinrichtung ansteuert und über ein zweites RC-GYied (Rs, C₂) mit kleinerer Zeitkonstante den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (V\) belegt und daß der invertierende Verstärkereingang über einen Spannungsteiler (Rf_n Ri) und der Verstärkerausgang über eine Gleichrichterdiode (D₇) am ersten WC-Glied (Ra, C₁) angekoppelt ist.

2. Überstromzeitrelais nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jedes /?C-Glied (Ra, Cr, Rs, C₂) an einer aus Gleichrichterdioden (D\ bis Dt) bestehenden Gleichrichterschaltung liegt, die wechselspannungsseitig an mit Widerständen (R\ bis R3) abgeschlossenen Eingangsstromwandlern (Wa bis Wi) angeschaltet ist.

3. Überstromzeitrelais nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterschaltung eine aus Gleichrichterdioden (Ds bis D15) aufgebaute Drehstrom-Brückenschaltung eingesetzt ist, die an einem Widerstand (Rs) eine den Phasenströmen proportionale Spannung zur Verfügung stellt.

4. Überstromzeitrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff des Widerstandes (Rs) am nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (V₂) liegt, daß am Verstärkerausgang die ÄC-Glieder (Ra, Cw Rs, C2) angeschlossen sind und daß die Ausgajigsspannung des Differenzverstärkers (Vi) auf den invertierenden Eingang zurückgeführt ist.

5. Überstromzeitrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu jedem ÄC-Glied (Ra, Ci; Rs, C₂) eine Gleichrichterdiode (D₁₆,
angeordnet ist.