DE3233203A1

DE3233203A1 - Schutzrelais fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DE3233203A1
Application number: DE19823233203
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 1210 Wien Garn
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1983-03-31
Also published as: CH661133A5; ATA401981A; AT380592B; DE3233203C2

Description

"Schutzrelais für elektrische Maschinen"
Die Erfindung betrifft ein Schutzrelais für elektrische Maschinen Die Schutztechnik und die Schutzrelais elektrischer Maschinen arbeiten zur Zeit mit konstantentuslösewertent die zumeist bei der Inbetriebnahme der Schutzeinrichtungen einmal eingestellt werden und während der gesamten Lebensdauer der auf diese WeisegeschütstenMaschine so verbleiben. Nur bei unvorhersehbaren Fehlauslösungen werden diese Werte korrigiert. Wird wahrend des Betriebes einer derart geschützten Maschine einer dieser fest eingestellten Auslösewerte überschritten, so wird die Maschine in der vorgesehenen Zeit abgeschaltet.
Diese Schutzrelais arbeiten solange richtig, als sich die der Schuizeinstellung zugrunieliegenden Faktoren nicht ändern. Im speziellen Fall können diese Relais nicht auf veränderte Umwelteinflüsse, die das Verhalten der elektrischen Maschinen maßgeblich beeinflussen, reagieren.
Im Besonderen können Veränderungen in der Qualität des Kühlmittels bzw.
der Kühlung, Veränderungen der Umgebungstemperatur, FomplexereBelastungszustände etc. nicht berücksichtigt werden. Hiedurch kann es aber bereits zu Zerstörungen kommen, wenn die einmal fest eingestellten Gren2werte noch gar nicht überschritten werden, andererseits kann es aber zu Auslösungen kommen, wenn diese aufgrund der geänderten Situation noch gar ni.cht nötig wären. Sogenanfrte "gewollte" und ungewollte Fehlauslösungen sind deshalb in der herkömmlichen Technik nicht selten bzw. sogar unvermeidlich.
Zu erwähnten ist, daß es auch Relais gibt (istanzrelais), mit zwar fest eingestellten Grenzwerten, die aber nach einen fest eingestellten Programm nach erfolgter Anregung dem Komparator sequentiell aufgeschaltet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und nur Auslösungen zuz;uiassen, die der festgelegten und errechneten tatsächlichen Grenzbelastbarkeit der Maschine oder sonstigen elektrischen Ei;nflchtung entspricht.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Schutzrelais der oben genannten Art, bei dem erfindungsgemäß die Auslösewerte desselben während des Betriebes der Maschine ständig aufgrund von Messungen von Maschinenparametern an der Maschine und deren Verwertung in Recbenschaltungen im Sinne einer zulässigen Grenzbelastung der Maschine kontinuierlich bzw. quasikontinnierlich regelbar bzw. steuerbar sind.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag werden die Auslösewerte des 5 chut zreiai s durch Adaptiv-Maschinenparameter, wie Kühlmitteldruck, -temperatur und -konzentration, Vor- und Zusatzbelastungen, etc. ermittelt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Istwert-Parameter der Maschine, wie Spannung, Strom, Frequenz, etc. in einer Eingangaschaltung erfaßt und in proportionale Wechsel spannungen umgeformt, anschließend in einer Verknüpfungsschaltung normiert, verknüpft und in eine proportionale Gleichspannung umgeformt werden, wobei dieser Wert einer in der Verknäpfungsschaltung enthaltenen Widerstandsschaltung zugeführt wird, in der eine Voreinstellung des Auslösewertes aufgrund der Maschinen-Istwertparameter erfolgt, wobei diese Spannung nun dem Eingang eines Komparators (Triggers) zugefuhrt wird, wobei weiters in einer Rechenschaltung die Adaptivaschinenparameter erfaßt werden die in einem Adaptivsignalgenerator in eine normierte Spannung umgeformt werden, die proportional der Moment anbei astbarkeit der zu schützenden Maschine ist, wobei weiters diese Spannung ebenfalls dem Eingang des Komparators (Triggers) zugeführt wird, in dem aufgrund des Vergleiches beider Werte am Ausgang des Komparators ein Signalwert an eine Auslöselogik weitergegeben wird.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann ein Verzögerungszeitvorgabeglied vorgesehen sein, das zwischen Komparator und Auslöselogik geschaltet ist und in das von der Adaptivrechenschaltung ein Zusatzsignal eingespeist wird, das die Auslösezeit entsprechend der Belastbarkeit verändert und das weiters ein Statussignal an den Adaptivrechner einspeist und schließlich über diesen Adaptivrechner ein Auslöseprogramm an die Auslösesignallogik weitergibt.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann von dem Adaptivrechner ein Adaptiv-Grenzwert an die Auslöselogik eingespeist werden, und von der Auslöselcgik an den Adaptivrechner ein Statussignal weitergegeben werden, welches die Rückmeldung des ausgewählten Auslöseprogrammes darstellt.
Weiters kann erfindungsgemäß eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, an der die umgeformten Werte für die Istwertparameter und Grenzwertparameter von der Verknüpfungsschaltung und dem Adaptivrechner engezeigt werden, sowie die Zeitbereichrückmeldung vom Verzögerungszeitvorgabeglied an den Adaptivrechner.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann zwischen dem Komparator und dem Verzögerungsseitvorgabeglied eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, die zur Anzeige einer einmaligen, eventuell kurzzeitigen Überschreitung dient.
Außerdem kann erfindungsgemäß zwischen dem Verzögerungszeivorgabeglied und der Auslöselogik eine Anzeigevorrichtung für die Auslösung der Abschaltung vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Istwert-Parameter in der Verknüpfungsschaltung und die Adaptivparameter in dem Ädaptivsignalgenerator analog erfaßt und einem analogen Komparator zugeführt werden.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag können die Istwert-Parameter in der Verknüpfungsschaltung analog erfaßt und in einem Analog-Digitalwandler digitalisiert werden1 und die Adaptivparameter in einer Alaptivwerterfassung erfaßt und in einem Analog-Digitalwandler mit eingebxwhex Multiplexer digitalisiert werden, wobei die von beiden Analog-Digitalwanlern gebildeten Werte einem Gssamtrechner zugefiihrt werden, der in sich einen Adaptivsignalgenerator, einen Komparator und ein Verzögerungszeitvorgabeglied mit den jeweils bekonaten Funktionen vereinig und das zur endgultigen Auslösung führende Signal an einen nachge3chalteten Auslöseverstärker weitergibt.
Weiters kann in dem Adaptivsignalgenerator ein Adaptivgrenzwert errechnet werden, der zusammen mit dem vom Analog-Digitalwandler abgegebenen Istwert-Paramter dem Komparator zugeführt wird, in dem der Vergleich beider Werte erfolgt, wobei bei Überschreiten des Adaptivgrenzwertes ein Auslösesignal an das nachgeschaltete Verzögerungszeitvorgabeglied weitergegeben wird, das zur endgültigen Auslösung einen Wert an den nachgeschalteten Auslösevarstärker weitergibt.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der Zelchnung, in der Fig. 1 ein herkömmliches, dem Stand der Technik entsprechendes Schutzrelais, ein sogenanntes Festwertrelais darstellt, Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Schutzrelais (Adaptivrelais) und die Fig 3 a und 3 b Varianten desselben.
Fig. 1 zeigt als Beispiel die schematische Schaltung eines Festwert relais.
Je nach Typ des Relais wird der Istwert IP. der Eingangsgrößen (I, U, f*..
in Eingangsbauteilen 1 erfaßt und zumeist potentialgetrennt über Strom-und Spannungswandler in der Eingangsschaltung in eine den Signalgrößen proportionale Wechselspannung umgeformt. Diese Spannungen werden in dem anschließenden Rechner 2 normiert, verknüpft (NIp) und gleichgerichtet z, einem normierten Istwertsignal NA 1 (Gleichspannun) das proportional den Eingangsgrößen ist und dessen Betrag in einem einfach verarbeitbaren Bereit liegt. Diese Spannung NA wird über eine Widerstandsschaltung 2 a, in welcher der Auslösewert fest eingestellt wird (bei Sonderausführungen auch umschaltbar), am Eingang des Komparators (Triggers) 3 mit einer fest eingestellten Normalspannung VR verglichen. Ist der Eingangswert NA größer als der Pestwert, kippt der Komparator 3 und die nachfolgende Auslösesignallogik (Auslöseprogrammvorgabe) 7 (im Prinzip ein Verstärker mit Sonderbeschaltung) erzeugt das Auslösesignal. Weiters kann noch ein Zeitglied 6 vorgesehen sein, das die Auslösung verzögert und vom normierten Ist wert beeinflußt werden kann in einer Art Rücklcopplung 6 a (durch den Istwert beeinflußte Auslösezeit, Wert NtIp). Weiter kann einAnzeige 8 der Anregung; des Triggers 3 vorgesehen sein, die gespeichert wird.
Eine Anzeige 9 der erfolgten Auslösung wird in einem anderen (eigenen) Schaltkreis gespeichert. Eine Anzeige 10 des Istwertes kann fallweise ebenso erfolgen. Die Verknüpfung der Auslösung erfolgt in der Auslösesignallogik 7 entsprechend dem Auslöseprogramm, Fig. 2 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Adaptivrelais in schematischer Weise.
Die Istwert-Parameter IP. , wie Spannung U, Strom I, Frequenz f etc.
werden, wie bei einem Festwertrelais, in der Eingangsschaltung 1 erfaßt unit über eine in dieser enthaltenen Widerstandsschaltung in der eine Voreinstellung erfolgt, dem Rechner 2 zugefuhrt,in dem die Normierung und Verknüpfung der Eingangsparameter erfolgt (NIP).
Die Adaptivparameter APj , wie Temperatur /97 (der Wicklung oder der Umgebung, wie Kuhlmittel od. dgl.), Druck P (Kühlmittel-, Dampf-Schmiermitteldruck od. dgl.)Menge Q (ühlmittel-, Dampf-, Scbmiermittelmenge od. dgl.) werden in einer Adaptivparametererfassung 4 erfaßt, dort normiert uni verknüpft und einer weiterenRechenschaltung (Adaptivsignalgenerator) 5 zugeführt, in der normierte Spannungen NAP gebildet werden7 die proportional der Momentbelastbarkeit der zu schützenden elektrischen Einrichtung sind. Die Ausgangswerte (Spannungen) NA und GA beider Rechner 2, 5 , wobei NA dem normierten Istwertsignal und GA einem Adaptivgrenzwert entspricht, werden dem Eingargeines Komparators (Triggers) 3 so zugeführt, daß ein Kippen desselben. an der errechneten Belastungsgrenze erfolgt und die Auslösung über die Auslösesignallogik 7 durchgeschaltet wird. Weiters sind ein Zeitglied (Verzögerungszeitvorgabe) 6 vorgesehen, das von der Rechenschaltung 5 korrigiert wird, sowie Anzeigeeinrichtungen 8 (der erfolgten Anregung des Triggers 3) 9 (der erfolgten Auslösung desselben)und 10 der Istwerte NA (normiertes Istwertsignal) GA (adaptiv vorgegebener Grenzwert) und Toleranzzeit tR (Zeitbereichrückmeldung). Außerdem ist eine Auslöseprogramminformation VR vorgesehen, in der je nach Fehlerfall die einzelnen -Auslösungen durchgeschaltet werden.
Fig. 3 a zeigt das Schaltbild eines Adaptivrelais in Analog-Technik.
Die Istwert-Parameter werden im EiBgangsbauteil 1 wie bei den elektronischer Standardrelais analog erfaßt und einer Normierung 2 zugeführt, in der die Umformung der Eingangsparameter auf einfach verarbeitbare Signalpegel erfolgt. Die Adaptivparameter .t ,P, Q od. dgl. werden von der Adaptivparametererfassung- und normierung 4 erfaßt und der Rechenschaltung (Adaptionssignalgeneri erung und allenfalls Speicherung) 5 zugefuhrt, sodann der errechnete Grenzwert GA samt dem normierten Istwert NA dem Trigger (Komparator) 3 zugeführt. Fallweise kann eine Diode 3 a am Eingang zum Komparator 3 angeordnet sein, die den Adaptiv wertkreis von Istwertkreis entkoppelt.
Die Auslösezeitverzögerung 6 wird wie bei den heute üblichen elektronischen Relais gebildet oder von der Adaptionssignalgenerierung korrigiert.
Dem Trigger 3 wird der Auslöseverstärker 7 nachgeschaltet. Dieser ist wie bei einem Fefiwertrelais aufgebaut und umfaßt die Auslöseverstärkung.
Die Anzeige der erfolgten Auslösung ist in 9 angedeutet, ebenso die der erfolgten Anregung des Komparators 3 in 8.
Als Vorteile dieses Relaistyps sind ZU nennen: Es sind extrem schnelle Auslöse-Automatiken möglich.
Die Geschwindigkeit der Adaption ist vollkommen unabhängig von der Auslösezeit der Relais.
Die Adaptionsschaltung kann unter Umständen auch analog aufgebaut werden.
tie Idaptionswertrechenschaltung 5 kann, wenn sie auf digitaler Basis arbeitet, mehrfach verwendet werden. Dazu muß der errechnete Grenzwert gespeichert werden.
Bei Ausfall des Adaptivrechners 5 arbeitet das Relais aufgrund des gespeicherten Grenzwertes wie ein Standardrelais mit dem zuletzt errechneten Grenzwert als Fixeinstellwert weiter.
Eine stufenweise Entwicklung bwz. Ausbau dieser Relais ist möglich.
Fig. 3 b zeigt das Schaltbild eines Adaptivrelais in Digital-Technik.
Die Istwertparameter wie Strom 1, Spannung U, Frequenzf, Phasenwinkel od. dgl. werden in der Istwerterfassung und -normierung 1 erfaßt und im Analog-Digitalwandler 1 a digitalisiert sodann dem Komparator 3 als Zahlenwert NA zugeführt. (Dieser Komparator 3 ist Bestandteil eines Rechners 3 a der außerdem noch die Adaptivparametererfassung 5 und die Zeitadaption 6 umaßt). Die Adaptionsparamter 4' P, Q zuod. dgl.
werden in der Adaptionsparametererfassung 4 erfaßt und normiert und über einen weiteren Analog-Digitalwandler 4 a mit vorgeschaltetem Multiplexer 4 b digitalisiert, sodann der Adaptivparametererfassung 5 zugeleitet, in der aufgrund der digital vorliegenden Adaptivparameter der Adaptivgrenzwert G errechnet wird und dem Komparator 3, ebenso wie der digitalisierte Istwertparameter NA, zugeführt wird. Aufgrund des Vergleiches-beider Werte -wird die Zeitverzögerung der Auslösung in der Zeitadaption 6 festgelegt und die Auslösung über einendigitalen Ausgang auf den Auslösesignalverstärker 7 durchgeschaltet. Eine Auslöseanzeige 9 zeigt die erfolgte Auslösung an.
Die Berechnung der Grenzwerte GA kann in vergleichsweise langeren Intervallen erfolgen.
Der Vergleich Istwert N Grenzwert GA erfolgt in kurzen Intervallen.
Als Vorteile dieser digitalen Bauart sind zu nennen: Die Entwicklung eines "Hardware Standardrelais" ist möglich.
Die einzelnen Relais unterscheiden sich nur durch deren Programm, (Software) bzw. die Anzahl der belegten Ein- und Ausgänge.
Es sind sogenannte "Vielfachrelais" möglich. Ein "Relais" vereinigt mehrere sogenannte Festwertrelais in sich. Einfache Erweiterung durch Programmänderung ist möglich. Die Speicherung der Istwertaiimalwerte und deren Dauer, bzw. des gesamten Störungsverlaufes ist auf einfache Art und Weise möglich.
Ein Störungsprotokoll ist einfach realisierbar, ebenso Merkfähigkeit des Störungsverlaufes.

Claims

Yat ent ansprüche 1.'Schutzrelais für elektrische Maschinen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewerte desselben wahrend des Betriebes der Maschinen ständig aufgrund von Messungen von Maschinenparametern an der Maschine und deren Verwertung in Rechenschaltungen im Sinne einer zulässigen Grenzbelastung der Maschine kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich regelbar bzw. steuerbar sind.
2. Schutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewerte des Schutzrelais durch Adaptiv-Maschinenparameter, wie Kühlmitteldruck, temperatur und -konzentration, Vor- und Zusatzbelastungen etc. ermittelt werden.
3. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwert-Parameter (IP>) der Maschine, wie Spannung, Strom, Frequenz, etc. in einer Eingangsschaltung (1) erfaßt und in proportionale Wechselspannungen umgeformt, anschließend in einer Verknüpfungsschaltung (2) normiert, verknüpft und in eine porportionale Gleichspannung umgeformt werden, diese Werte einer in der Verknüpfungsschaltung (2) enthaltenen Widerstandsschaltung ugefuhrt wird, in der eine Voreinstellung des Auslösewertes aufgrund der Maschinen- 1 stwert parameter erfolgt, diese Spannung (NA) nun dem Eingang eines Komparators (Triggers) (3) zugeffihrt wird, weiters in einer Rechenschaltung (4) die Adaptiv4aschinenparameter erfaßt werden, die in einem Adaptivsignalgenerator (5) in eine normierte Spannung (GA) umgeformt werden, die proportional der Momentbelastbarkeit der zu schützenden Maschine ist, diese Spannung (GA) ebenfalls dem Eingang des Komparators (Triggers) (3) zugeführt wird, in dem aufgrund des Vergleiches beider Werte ( NA, GA) am Ausgang des Komparators (3) ein Signalwert an eine Auslöselogik (7) weitergegeben wird (Fig. 2).
4. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungszeitvorgabeglied (6) vorgesehen ist, das zwischen Komparator (3) und Auslöselogik (7) geschaltet ist und in das von der Adaptivrechenschaltung (5) ein Zusatzsignal (t) eingespeist wird, das die Auslösezeit entsprechend der Belastbarkeit verändert und das weiters ein StatussignaltR an den Adaptivrechner (5) einspeist und schließlich über diesen Adaptivrechner (5) ein Auslösepragramm an die Auslösesignallogik (7) weitergibt (Fig. 2).
5. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Adaptivrechner (5) einAdaptiv -Grenzwert CV5A) an die Auslöselogik (7) eingespeist wird, und von der Auslöselogik (7) an den Adaptivrechner (5) ein Statussignal (VR) weitergegeben wird, welches die Rückmeldung des ausgewählten Auslöseprograames darstellt (Fig. 2).
6. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung (10) vorgesehen ist, an der die umgeformten Werte für die Istwertparameter (NA) und Grenzwertparameter (GA) von der Verknüpfungsschaltung (2) und dem Adaptivrechner (5) angezeigt werden, sowie die Zeftbereichrückmeldung (tR) vom Verzögerungszeitvorgabeglied (6) an den Adaptivrechner (5) (Fig. 2).
7. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Komparator (3) und dem Verzögerungßzeitvorgabeglied (6) eine Anzeigevorrichtung (8) vorgesehen ist, die zur Anzeige einer einmaligen eventuell kurzzeitigen Überschreitung dient (Fig. 2).
8. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verzögerunszeitvorgabegliei (6) und der Auslöselogik (7) eine Anzeigevorrichtung (9) für die Auslösung der Abschaltung vorgesehen ist (Fig. 2).
9. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertparameter in der Verknüpfungsschaltung (2) und die Adaptivparameter in dem Adaptivsignalgenerator (5) analog erfaßt sind und einem analogen Komparator (3) zugeführt werden (Fig. 2, Fig. 3 a).
10. Schutzrelais nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertparameter in der Verknüpfungsschaltung (1) analog erfaßt sind und in einem Bnalog-Digitslwandler (1 a) digitalisiert werden, und die Aiaptivparameter in einer Adaptivwerterfassung (4) erfaßt und in einem Änalog-Digitalwandler (4 a) mit eingebautem Multiplexer (4 b) digitalisiert werden, wobei die von beiden 4nalog-Digitalwandlern (1 a, 4 a) gebildeten Werte einem Gesamtrechner (3 a) zugeführt werden, der in sich einen Adaptivsignalgenerator (5), einen Komparator (3) und ein Verzögernngezeitvorgabeglied (6) mit den jeweils bekannten Funktionen vereinigt und der das zur endgultigen Auslösung führende Signal an einen nachgeschalteten Auslöseverstärker (7) weitergibt (Fig. 3 b).
11. Schutsralais nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ädaptivsignalgenerator (5) ein Adaptivgrenzwert (GA)errechnet wird, der zusammen mit dem vom Analog-Digitalwandler (i a) abgegebenen Istwertparameter (NA) dem Komparator (3) zugeführt wird, in dem der Vergleich beider Werte (NA, GA) erfolgt, wobei bei Unter- bzw.

Überschreiten des Adaptivgrenzwertes (GA) ein Auslösesignal an das nachgeschaltete. Verzögerungszeitvorgabeglied (6) weitergegeben wird, das zurendgültigen Auslösung einen Wert an den nachgeschalteten Auslöseverstärker (7) weitergibt (Fig. 3 b).