DE3638935A1 - SIGNAL ADJUSTMENT CIRCUIT FOR ELECTRONIC RELEASE SWITCHES - Google Patents

SIGNAL ADJUSTMENT CIRCUIT FOR ELECTRONIC RELEASE SWITCHES

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DE3638935A1 DE19863638935 DE3638935A DE3638935A1 DE 3638935 A1 DE3638935 A1 DE 3638935A1 DE 19863638935 DE19863638935 DE 19863638935 DE 3638935 A DE3638935 A DE 3638935A DE 3638935 A1 DE3638935 A1 DE 3638935A1
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John James Dougherty
Edward Keith Howell
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means

Description

Die Anwendung von digitalen Verarbeitungstechniken bei Schutz­ schaltern hat die Verwendung einer Effektivwert-Abtastung für eine Überstromermittlung gestattet. Die Verwendung von effektiven Stromwerten für die Zeit-Überstromermittlung reduziert das Auf­ treten einer sogenannten "Störauslösung", die auftritt, wenn ein Spitzenstrom abgetastet wird. Die Spitzenstromwerte tragen nicht zur harmonischen Verzerrung der Netzfrequenz bei, die aus Stromkreisunterbrechungen resultieren, wenn der tatsächliche Effektivwert des Stromes innerhalb zulässiger Pegel liegt.The use of digital processing techniques for protection switch has the use of an effective value sampling for overcurrent detection allowed. The use of effective Current values for the time overcurrent determination reduce the up occur a so-called "tripping" that occurs when a peak current is sensed. Wear the peak current values does not contribute to the harmonic distortion of the mains frequency result from circuit breaks when the actual RMS value of the current is within the permissible level.

In einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelde­ rin P ... (Anwaltszeichen 9903.6-41PS-6360) werden die Vorteile, die bei der Verwendung der Effektivwert-Probenentnahme (Sampling) bei Überlastzuständen für eine genaue Zeit-Überstromermittlung und der Spitzenstrom-Probenentnahme (Sampling) bei Kurzschluß­ zuständen entstehen, beschrieben. Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 18 874.3 ein Mittel offenbart für Effektiv­ wert-Berechnungen, ohne daß ein digitaler Signalprozessor er­ forderlich ist.In a patent application filed simultaneously by applicant P ... (attorney number 9903.6-41PS-6360), the advantages of using RMS sampling in overload conditions for precise time overcurrent determination and peak current sampling (sampling ) arise in the event of a short circuit. Furthermore, in the German patent application P 36 18 874.3 a means is disclosed for effective value calculations, without the need for a digital signal processor.

Ferner ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 00 172.4 ein digitaler Überstromschalter angegeben, der Spitzenstrom-Proben­ entnahmetechniken verwendet. Dort ist die Verwendung von Strom­ transformatoren näher erläutert für eine Probenentnahme (Samp­ ling) einzelner Phasenströme für die Zeit-Überstromermittlung und zum Liefern von Betriebsleistung an den digitalen Prozessor.Furthermore, in German patent application P 36 00 172.4 digital overcurrent switch indicated the peak current samples removal techniques used. There is the use of electricity transformers explained in more detail for a sampling (Samp ling) of individual phase currents for the time overcurrent determination  and to provide operational power to the digital processor.

Eine bekannte Einrichtung für die Effektivwert-Probenentnahme für die Überstromermittlung erfordert getrennte Stromtransfor­ matoren für jede Phase zum Liefern von Betriebsleistung an den Signalprozessor zusammen mit getrennten Stromtransformatoren für jede Phase zu Liefern von Effektivwerten an den Signal­ prozessor für die Überstromermittlung.A known device for RMS sampling separate current transfer is required for overcurrent detection mators for each phase to deliver operational performance to the Signal processor together with separate current transformers for each phase to deliver RMS values to the signal processor for overcurrent detection.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Effektivwert-Probenentnahme­ einrichtung für elektronische Auslöseschalter zu schaffen, ohne daß irgendwelche Stromhilfstransformatoren erforderlich sind.It is an object of the invention to take an RMS sample create device for electronic trigger switch without that any auxiliary power transformers are required.

Gemäß der Erfindung verwendet eine Effektivwert-Signalanpassungs­ schaltung für elektronische Auslöseschalter bzw. Schnellschalter drei Stromtransformatoren, und zwar einen für jede Phase einer drei­ phasigen Leistungsschaltung, wobei drei getrennte Bürde-Wider­ stände vorgesehen sind zum Entwickeln einzelner Phasensignale zur Zeit-Überstromermittlung innerhalb eines Signalprozessors. Die gleichen Stromtransformatoren liefern Betriebsleistung an die Leistungseinspeisung des Schalters zum Speisen des digitalen Prozessors und auch an die aktiven Schalterkomponenten.According to the invention uses an RMS signal adjustment Circuit for electronic trigger switches or quick switches three current transformers, one for each phase, one three phase power circuit, with three separate burden-cons Stands are provided for developing individual phase signals for time overcurrent detection within a signal processor. The same current transformers deliver operating power the power feed of the switch for feeding the digital Processor and also to the active switch components.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an­ hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now have further features and advantages hand the description and drawing of exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Effektivwert- Signalanpassungsschaltung innerhalb einer elektronischen Auslöseeinheit gemäß der Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of the RMS is signal-processing circuit within an electronic trip unit according to the invention.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Komponenten inner­ halb des Schalters gemäß Fig. 1. FIG. 2 is a schematic illustration of the components within the switch of FIG. 1.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer anderen An­ ordnung der Komponenten innerhalb des Schalters gemäß Fig. 1. FIG. 3 is a schematic illustration of another arrangement of the components within the switch according to FIG. 1.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Schaltungs­ anordnung gemäß Fig. 3, die für zusätzliche Schutz­ funktionen angepaßt ist. Fig. 4 is a schematic representation of a circuit arrangement according to FIG. 3, which is adapted for additional protection functions.

Fig. 1 zeigt einen Schalter 10, der aus drei trennbaren Kontakt­ stücken 11 besteht, die in jeweils eine Phase A, B, C eines drei-phasigen Netzes geschaltet sind, wobei die Phasenströme durch Stromtransformatoren CT 1 bis CT 3 abgetastet bzw. gesampelt und in einem Gleichrichter 17 gleichgerichtet werden, bevor durch Bürde-Widerstände R b Spannungen erzeugt werden, die jeden der drei-phasigen Ströme darstellen. Die Phasenströme liefern auch die Betriebsleistung für die Einspeisung 19, die die IC- Auslöseeinheit 15 und auch die Treiberschaltung 14 durch eine Verbindung über die Leitung 16 speist. Die Treiberschaltung betätigt die Auslösespule 12 über einen Thyristor 13, um die Kontaktstücke durch die Verbindungsleitung 7 zu trennen. Der Schalter sorgt für eine ähnliche Funktion wie die, die in der bereits genannten deutschen Patentanmeldung P 36 00 172.4 be­ schrieben ist, abgesehen von den drei Leitern 18 A bis 18 C, die für drei getrennte Stromsamples für die Bürde-Widerstände R b sorgen, die über eine Leitung 8 mit Erde bzw. Masse und über die Leitung 9 mit der Einspeisung 19 verbunden sind. Die Span­ nungsdarstellungen für die drei getrennten Phasenströme werden über die Leitungen 18 A bis 18 C zur Effektivwert-Ermittlung an den I A -I C -Eingang an die Auslöseeinheit in der gezeigten Weise angelegt. Die andere Seite der Einspeisung 19 ist mit dem Ein­ gang der Auslöseeinheit für die negative Spannung verbunden. Mehrere digitale Schalter 30, die über Leitungen 21 bis 29 mit der Auslöseeinheit verbunden sind, liefern die erforderlichen digitalen Eingangseinstellungen an den digitalen Prozessorab­ schnitt der Auslöseeinheit, wie es in der deutschen Patent­ anmeldung P 36 00 172.4 näher erläutert ist. Während der dort beschriebene Schalter eine Spitzenstrom-Probenentnahme verwen­ det zur Ermittlung von Überstrom-Zuständen, wird erfindungs­ gemäß die Effektivwert-Probenentnahme für derartige Zeit-Über­ stromermittlungen verwendet. Die Effektivwert-Signalanpassungs­ schaltung 6 innerhalb des Schalters 10 ist in Fig. 2 gezeigt und besteht aus Stromtransformatoren CT 1 bis CT 3 für eine Probenentnahme bzw. das Sampeln der Phasenströme I A bis I C . Der Gleichrichter 17 besteht aus drei Brückengleichrichtern, wie beispielsweise Dioden D 1 bis D 4 für die Phasenströme I C , Dioden D 5 bis D 8 für die Phasenströme I B und Dioden D 9 bis D 12 für Phasenströme I A . Die Bürde-Widerstandsschaltung R b weist drei getrennte Widerstände R A bis R C auf, die an dem einen Ende gemeinsam mit der Leitung 9 verbunden sind, die direkt mit der Einspeisung 19 in Verbindung steht. Das andere Ende von jedem Phasenwiderstand ist mit der Auslöseeinheit 15 durch getrennte Leitungen 18 A bis 18 C verbunden zum Sampeln jedes einzelnen Effektivwertsignals für jede der drei Phasen. Die Einspeisung 19 kann einen ähnlichen Aufbau besitzen, wie er in der US-PS 42 71 447 beschrieben ist. Die Einspeisung bzw. Versorgung weist im wesentlichen einen Darlington-Leistungs­ transistor 35 auf, dessen Emitter mit den Anoden der Dioden D 3, D 4 über eine Leitung 33 verbunden ist. Der Emitter des Darlington-Leistungstransistors ist auch mit den Anoden der Dioden D 7, D 8 über eine Leitung 34 und mit den Anoden der Dioden D 11, D 12 über eine Leitung 20 verbunden. Die Steuerbasis des Leistungstransistors ist mit dem Kollektor eines bipolaren Steuertransistors Q 1 verbunden, dessen Basis mit einer Steuer­ leitung 32 verbunden ist. Der Kollektor des Leistungstransistors und der Emitter des Steuertransistors sind gemeinsam mit der Leitung 9 und mit dem positiven Ausgangsanschluß 30 verbunden. Der negative Ausgangsanschluß 31 ist über eine Diode D 13 mit dem Emitter des Leistungstransistors und mit Leitungen 20 und 33 verbunden. Fig. 1 shows a switch 10 , which consists of three separable contact pieces 11 , each of which is connected to a phase A, B, C of a three-phase network, the phase currents being sampled and sampled by current transformers CT 1 to CT 3 and be rectified in a rectifier 17 before voltages are generated by burden resistors R b , which represent each of the three-phase currents. The phase currents also supply the operating power for the feed 19 , which feeds the IC trigger unit 15 and also the driver circuit 14 through a connection via the line 16 . The driver circuit actuates the trigger coil 12 via a thyristor 13 in order to separate the contact pieces through the connecting line 7 . The switch provides a function similar to that described in the aforementioned German patent application P 36 00 172.4, apart from the three conductors 18 A to 18 C , which provide three separate current samples for the load resistors R b , which are connected via a line 8 to earth or ground and via line 9 to the feed 19 . The voltage representations for the three separate phase currents are applied via lines 18 A to 18 C for determining the effective value at the I A - I C input to the trip unit in the manner shown. The other side of the feed 19 is connected to the input of the tripping unit for the negative voltage. Several digital switches 30 , which are connected via lines 21 to 29 to the release unit, deliver the required digital input settings to the digital processor section of the release unit, as is explained in more detail in the German patent application P 36 00 172.4. While the switch described there uses a peak current sampling to determine overcurrent conditions, the effective value sampling is used according to the invention for such time overcurrent determinations. The RMS signal matching circuit 6 within the switch 10 is shown in Fig. 2 and consists of current transformers CT 1 to CT 3 for sampling or sampling the phase currents I A to I C. The rectifier 17 consists of three bridge rectifiers, such as diodes D 1 to D 4 for the phase currents I C , diodes D 5 to D 8 for the phase currents I B and diodes D 9 to D 12 for phase currents I A. The burden-resistance circuit R b has three separate resistors R A to R C , which are connected at one end to the line 9 , which is directly connected to the feed 19 . The other end of each phase resistor is connected to the trip unit 15 by separate lines 18 A to 18 C for sampling each RMS signal for each of the three phases. The feed 19 can have a similar structure to that described in US Pat. No. 4,271,447. The feed or supply essentially has a Darlington power transistor 35 , the emitter of which is connected to the anodes of the diodes D 3 , D 4 via a line 33 . The emitter of the Darlington power transistor is also connected to the anodes of the diodes D 7 , D 8 via a line 34 and to the anodes of the diodes D 11 , D 12 via a line 20 . The control base of the power transistor is connected to the collector of a bipolar control transistor Q 1 , the base of which is connected to a control line 32 . The collector of the power transistor and the emitter of the control transistor are connected together to line 9 and to the positive output terminal 30 . The negative output terminal 31 is connected via a diode D 13 to the emitter of the power transistor and to lines 20 and 33 .

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Komponenten innerhalb der Effektivwert-Signalanpassungsschaltung gemäß der Erfindung ist bei 5 in Fig. 3 gezeigt, wo die Stromtransformatoren CT 1 bis CT 3 und die Dioden D 1 bis D 12 elektrisch mit dem positiven Bus 37 verbunden sind, der über die Sperrdiode D 13 an dem positiven Anschluß 39 endet, und über die Bürde-Widerstandsschaltung R b mit dem negativen Bus 38 verbunden sind, der an dem negativen Busanschluß 41 endet. Der Bürde-Widerstand R a ist elektrisch zwischen den negativen Bus und die Leitung 39 geschaltet, um die Effektivspannungsdarstellung V A des Stroms durch die erste Phase der Schaltungsanordnung zu liefern. Die Bürde-Widerstände R b , R c sind mit dem negativen Bus verbunden, um die Effektiv­ spannungsdarstellungen durch Leitungen 40, 41 des Stromes durch die übrigen zwei Phasen zu liefern. Der Darlington-Leistungs­ transistor 35 ist mit dem positiven Bus an seinem Kollektor­ anschluß und mit dem negativen Bus durch seinen Emitter verbun­ den. Der Steuertransistor Q 1 ist an seiner Basis mit der Steuer­ leitung 32 und dem Anschluß 40 verbunden, und sein Kollektor ist mit der Basis des Leistungstransistors verbunden. Alle drei Anschlüsse 39 bis 41 sind mit der Einspeisung in der in Verbin­ dung mit Fig. 2 beschriebenen Weise verbunden.Another embodiment of the components within the RMS signal matching circuit according to the invention is shown at 5 in Fig. 3, where the current transformers CT 1 to CT 3 and the diodes D 1 to D 12 are electrically connected to the positive bus 37 which is connected via the Blocking diode D 13 ends at the positive terminal 39 , and are connected via the load resistor circuit R b to the negative bus 38 , which ends at the negative bus terminal 41 . Load resistor R a is electrically connected between the negative bus and line 39 to provide the effective voltage representation V A of the current through the first phase of the circuitry. The load resistors R b , R c are connected to the negative bus to provide the effective voltage representations through lines 40 , 41 of the current through the remaining two phases. The Darlington power transistor 35 is connected to the positive bus at its collector and to the negative bus through its emitter. The control transistor Q 1 is connected at its base to the control line 32 and the terminal 40 , and its collector is connected to the base of the power transistor. All three connections 39 to 41 are connected to the feed in the manner described in conjunction with FIG. 2.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4, in der zusätzliche Bürde- Widerstände R A 2 bis R C 2 und zusätzliche Anschlüsse V A 2 bis V C 2 vorgesehen sind, sorgt für eine zusätzliche Schutzfunktion für das Netzsystem. Durch richtige Anordnung der Stromtransformatoren in bezug auf die Bürde-Widerstände können sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen-Stromwerte genau ermittelt werden. Dies ist nützlich, wenn eine Meßfunktion erforderlich ist neben den Leistungsfaktor- und Leistungsumkehr-Ermittlungen. Die Verwendung von getrennten Bürde-Widerständen, um den Halb­ wellenstrom zur Leistungsumkehr-Ermittlung zu überwachen, ist ein wichtiges Merkmal bei dem industriellen Stromnetzschutz, da die meisten Überstrom-Schutzeinrichtungen nicht in der Lage sind, das Auftreten einer Leistungs- bzw. Stromumkehr zu ermit­ teln, wodurch Strom von der Last zurück zur Quelle geleitet wird ohne eine meßbare Erhöhung des Stromes.The circuit arrangement according to FIG. 4, in which additional burden resistors R A 2 to R C 2 and additional connections V A 2 to V C 2 are provided, provides an additional protective function for the network system. By correctly arranging the current transformers in relation to the load resistors, both the positive and the negative half-wave current values can be determined precisely. This is useful when a measurement function is required in addition to power factor and power reversal determinations. The use of separate load resistors to monitor the half-wave current for power reversal detection is an important feature in industrial power grid protection since most overcurrent protection devices are unable to detect power or current reversal means that current is conducted from the load back to the source without a measurable increase in current.

Die Effektivwert-Signalanpassungsschaltung gemäß der Erfindung liefert also unabhängige Effektivspannungswerte, die den abge­ tasteten Strom durch jede der Phasen für eine Effektivwert- Probenentnahme auf einer kontinuierlichen Basis darstellen, während Arbeitsleistung an den Signalprozessor und die Unter­ brechungskomponenten geliefert werden, ohne daß drei zusätzliche Phasenstromtransformatoren erforderlich sind. Die Erfindung ist anwendbar in Verbindung mit einem Mikrocomputer für die Zeit- Überstromermittlungen, wie es in der gleichzeitig eingereichten P... (Anwaltszeichen 9903.6-41PS-6360) angegeben ist, oder mit Aufwärts/Abwärts-Zählern, wie sie in der digitalen integrierten Auslöseschaltung verwendet werden, die in der deutschen Patent­ anmeldung P 36 00 172.4 beschrieben ist.The RMS signal matching circuit according to the invention provides independent rms voltage values that the felt current through each of the phases for an RMS Represent sampling on a continuous basis, while working on the signal processor and the sub  refractive components are supplied without three additional Phase current transformers are required. The invention is applicable in connection with a microcomputer for the time Overcurrent determinations, as it is filed in the simultaneously P ... (lawyer 9903.6-41PS-6360) is specified, or with Up / down counters as integrated in the digital Trigger circuit used in the German patent registration P 36 00 172.4 is described.

Claims (6)

1. Signalanpassungsschaltung für elektronische Auslöseschalter gekennzeichnet durch: Stromabtastmittel (CT 1-CT 3) zum Liefern von Stromwerten, die einen Stromfluß durch jede der drei Phasen eines elektrischen Netzsystems darstellen, Schaltmittel (11-14), die mit den drei Phasen verbunden sind zum Unterbrechen des Stromflusses, wenn die Stromwerte vorbe­ stimmte Überstromwerte überschreiten, einen Signalprozessor, der mit den Stromabtastmitteln und den Schaltmitteln verbunden ist, zum Vergleichen der Stromwerte mit den vorbestimmten Überstromwerten und zum Betätigen der Schalt­ mittel auf Befehl, eine Einspeisung (9), die mit den Stromabtastmitteln zum Empfan­ gen von Betriebsleistung verbunden ist und die mit den Schalt­ mitteln und dem Signalprozessor verbunden ist zum Liefern von Betriebsleistung an die Schaltmittel und den Signalprozessor, und eine Bürde-Widerstandsschaltung (R A -R C ), die mit den Stromab­ tastmitteln und dem Signalprozessor verbunden ist, zum Liefern einer Spannungsdarstellung der Stromwerte, wobei die Bürde- Widerstandsschaltung drei getrennte Widerstände aufweist, die jeweils in eine der drei Phasen geschaltet sind, um eine ge­ trennte Spannungsdarstellung für jede der drei Phasen zu liefern.1 signal-processing circuit for electronic trip switch characterized by: Stromabtastmittel (C T 1 -C T 3) for supplying current values representing current flow through each of the three phases of an electric power system switching means (11-14) connected to the three phases for interrupting the current flow when the current values exceed predetermined overcurrent values, a signal processor which is connected to the current sensing means and the switching means, for comparing the current values with the predetermined overcurrent values and for actuating the switching means on command, a feed ( 9 ), which is connected to the current sensing means for receiving operating power and which is connected to the switching means and the signal processor for supplying operating power to the switching means and the signal processor, and a load resistor circuit (R A - R C ) which is connected to the current tactile means and the signal processor is connected to deliver a r voltage representation of the current values, the load resistor circuit having three separate resistors, each of which is connected in one of the three phases, in order to provide a separate voltage representation for each of the three phases. 2. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Stromabtastmitteln (CT 1-CT 3) ver­ bundene Gleichrichter (17) vorgesehen sind für eine Vollweg- Gleichrichtung der Stromwerte.2. Signal matching circuit according to claim 1, characterized in that with the current sensing means (CT 1 - CT 3 ) connected rectifier ( 17 ) are provided for full-wave rectification of the current values. 3. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Widerstände ein getrenntes Paar erster und zweiter Verbindungen aufweist, wobei eine erste Verbindung von jedem Paar mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist und eine zweite Verbindung von jedem Verbindungspaar ge­ trennt mit dem Signalprozessor verbunden ist zum Liefern einer getrennten Darstellung von jedem Stromwert für jede der drei getrennten Phasen.3. signal matching circuit according to claim 1, characterized characterized in that each of the three resistors is a separate one Has pair of first and second connections, a first Connection of each pair connected to a common point and a second connection from each connection pair disconnects from the signal processor is connected to deliver one separate representation of each current value for each of the three separate phases. 4. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung (9) einen Leistungstransistor (35) oder einen anderen Halbleiter aufweist, wobei der Kollektor oder Emitter des Leistungstransistors mit den drei Widerständen an dem gemeinsamen Punkt verbunden ist.4. signal matching circuit according to claim 3, characterized in that the feed ( 9 ) comprises a power transistor ( 35 ) or another semiconductor, the collector or emitter of the power transistor being connected to the three resistors at the common point. 5. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabtastmittel drei getrennte Strom­ transformatoren aufweisen.5. signal matching circuit according to claim 1, characterized characterized in that the current sensing means three separate currents have transformers. 6. Signalanpassungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürde-Widerstandsschaltung drei zusätz­ liche Widerstände (R A 2 -R C 2 ) aufweist, wobei jeder zusätzliche Widerstand in jeweils eine der drei Phasen geschaltet ist für eine Meß- und eine zusätzliche Schutzfunktion der Schalter.6. signal matching circuit according to claim 1, characterized in that the burden-resistance circuit has three additional union resistors (R A 2 - R C 2 ), each additional resistor being connected in one of the three phases for a measuring and an additional protective function the desk.
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