FR2458925A1

FR2458925A1 - Release circuit for overload protection switch - has instantaneous and delayed release achieved using comparators and AND=gates

Info

Publication number: FR2458925A1
Application number: FR7914665A
Authority: FR
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1981-01-02
Also published as: FR2458925B1

Abstract

The release circuit has a transformer producing a signal describing the current being monitored and a delay circuit producing a delayed release command as a function of the transformer's signal level to produce an instantaneous release whose duration is a function of the magnitude of the overload. The transformer's output signal is applied to operational amplifiers acting as comparators. The outputs of the amplifiers are each connected to one input of an AND-gate whose other input is connected to a counter stage driven by a clock. Each AND-gate produces a release signal at the moment when the counter reaches the associated stage when the signal passes the level of the associated amplifier such that a delay varying according to the level of the signal is produced.

Description

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Jean Paul TEILLERE et Patrick MONTIGNIES, est relative à un déclencheur électronique pour une commande de déclenchement d'un disjoncteur en cas de surcharge et/ou de défaut, comprenant un transformateur de courant délivrant un signal représentatif du courant parcourant les conducteurs protégés par le disjoncteur, un dispositif de temporisation délivrant un ordre de déclenchement temporisé en fonction du niveau dudit signal pour réaliser un déclenchement instantané sur court-circuit et un déclenchement retardé d'une durée fonction de la valeur de la surcharge. The invention, due to the collaboration of Messrs Jean Paul TEILLERE and Patrick MONTIGNIES, relates to an electronic trip unit for a tripping command for a circuit breaker in the event of overload and / or fault, comprising a current transformer delivering a signal representative of the current flowing through the conductors protected by the circuit breaker, a timing device issuing a timed tripping order as a function of the level of said signal to carry out an instantaneous tripping on short-circuit and a tripping delayed by a duration depending on the value of the overload.

Les déclencheurs conventionnels, électromagnétiques et thermiques des disjoncteurs électriques basse tension et moyenne tension sont actuellement concurrencés par les déclencheurs électroniques qui présentent une plus grande souplesse d'utilisation. Conventional, electromagnetic and thermal trip devices for low and medium voltage electric circuit breakers are currently in competition with electronic trip devices which offer greater flexibility of use.

Les déclencheurs électroniques connus permettent une reconstitution par des moyens analogiques des courbes de déclenchement, appropriées à la protection des installations électriques, mais ils sont sensibles aux parasites et la conservation de leurs caractéristiques dans le temps n'est pas parfaite.Known electronic trip devices allow reconstitution by analog means of trip curves, suitable for the protection of electrical installations, but they are sensitive to parasites and the conservation of their characteristics over time is not perfect.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un déclencheur électronique simple b fonctionnement logique. The present invention aims to remedy these drawbacks and allow the realization of a simple electronic trigger b logic operation.

Le déclencheur selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit signal est appliqué à une pluralité d'amplifica teurs opérationnels montés en comparateurs et polarisés à des seuils échelonnés, les.sorties desdits amplificateurs étant eha- cune reliées à un circuit porte ET, dont l'autre entrée est reliée à un étage dtun compteur piloté par une horloge, chaque porte ET délivrant un ordre de déclenchement, à l'instant où ledit compteur atteint l'étage associé, si ledit signal dépasse le seuil de l'amplificateur associé, de manière à réaliser une temporisation variable avec le niveau du signal.
Le signal représentatif du courant est après redressement et traitement appliqué à une série de comparateurs à seuils échelonnés pour fournir une information tout ou rien lors d'un dépassement ou d'un non dépassement du seuil.Un compteur, piloté par une horloge, associe à chaque niveau de seuil une temporisation prédéterminée, de manière à réaliser une courbe de déclenchement en gradins respectant les normes et conditions de déclencheur ment. Le nombre de seuils et leurs valeurs sont bien entendu déterminés en conséquence et permettent entre autres une reproduction d'une courbe de déclenchement long retard en I2t. The trip device according to the invention is characterized in that said signal is applied to a plurality of operational amplifiers mounted in comparators and polarized at staggered thresholds, the outputs of said amplifiers being each connected to an AND gate circuit, the other input of which is connected to a stage of a counter controlled by a clock, each AND gate delivering a tripping order, at the instant when said counter reaches the associated stage, if said signal exceeds the threshold of the associated amplifier , so as to achieve a variable time delay with the signal level.
The signal representing the current is after rectification and processing applied to a series of comparators with staggered thresholds to provide all or nothing information when a threshold is exceeded or not exceeded. A counter, controlled by a clock, associates with each threshold level has a predetermined time delay, so as to produce a tripping curve in steps complying with the tripping standards and conditions. The number of thresholds and their values are of course determined accordingly and allow, among other things, a reproduction of a long delay tripping curve in I2t.

Le système est du type à propre courant dans lequel les transformateurs de courant fournissent le signal de mesure et l'alimentation des circuits électroniques et du déclencheur. Un sélecteur de calibres offre un choix de différents calibres adaptés à ceux du disJoncteur associé. The system is of the own current type in which the current transformers supply the measurement signal and the power supply for the electronic circuits and the trip device. A rating selector offers a choice of different ratings suited to those of the associated circuit breaker.

Selon un développement de l'invention, le déelencheur comporte un circuit de déclenchement à court retard, intervenant lors du dépassement d'un seuil prédéterminé et permettant par un circuit logique de comptage du genre précité une temporisation courte à plusieurs échelons. According to a development of the invention, the release device includes a short delay tripping circuit, intervening when a predetermined threshold is exceeded and allowing, by a counting logic circuit of the aforementioned kind, a short time delay with several steps.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 est un schéma synoptique du déclencheur selon l'invention;
la figure 2 illustre le schéma d'un mode de mise en oeuvre de l'invention;
la figure 3 montre, A échelle logarithmique la courbe de déclenchement réalisée par le déclencheur selon la fig. 2;
Sur les figures, quatre transformateurs de courant 10, 12, 14, 16 en forme de tores entourant les conducteurs protégés par le disjoncteur (non représenté), en l'occurrence les trois phases et le neutre, alimentent chacun un pont redresseur 18, 20, 22, 24, dont les sorties sont connectées en série.Aux bornes 26, 28 de la série des redresseurs 18, 20, 22, 24 est relié un circuit comprenant en série une résistance 30, une diode Zener 32 et une diode 34 pour faire apparattre aux bornes de la résistance 30 un signal de tension proportionnel à la valeur maximale du courant parcourant les conducteurs et aux bornes des diodes 32, 34 une tension d'alimentation des circuits électroniques. Le signal de tension est appliqué aux entrées d'un amplificateur atténuateur 36, dont la sortie est reliée à un sélecteur de calibres 38 constitué par un sélecteur de mise en circuit de l'une des résistances de valeur appropriée d'une série de résistances de shuntage 40. Le signal calibré est appliqué à un circuit détecteur de cette 42, formé par un amplificateur 44 et un ensemble condensateur 46, résistance 48. Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from the description which follows of an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example and shown in the appended drawings, in which:
Figure 1 is a block diagram of the trigger according to the invention;
FIG. 2 illustrates the diagram of an embodiment of the invention;
FIG. 3 shows, on a logarithmic scale, the trigger curve produced by the trigger according to FIG. 2;
In the figures, four current transformers 10, 12, 14, 16 in the form of toroids surrounding the conductors protected by the circuit breaker (not shown), in this case the three phases and the neutral, each supply a rectifier bridge 18, 20 , 22, 24, whose outputs are connected in series. At terminals 26, 28 of the series of rectifiers 18, 20, 22, 24 is connected a circuit comprising in series a resistor 30, a Zener diode 32 and a diode 34 for making appear at the terminals of the resistor 30 a voltage signal proportional to the maximum value of the current flowing through the conductors and at the terminals of the diodes 32, 34 a supply voltage of the electronic circuits. The voltage signal is applied to the inputs of an attenuating amplifier 36, the output of which is connected to a caliber selector 38 constituted by a selector for switching on one of the resistors of appropriate value from a series of resistors of shunt 40. The calibrated signal is applied to a detector circuit of this 42, formed by an amplifier 44 and a capacitor assembly 46, resistor 48.

I1 est inutile de décrire ce circuit de mesure et de traitement du signal représentatif de la valeur du courant parcourant les conducteurs, qui est bien connu des spécialistes. It is unnecessary to describe this circuit for measuring and processing the signal representative of the value of the current flowing through the conductors, which is well known to specialists.

Le signal apparaissant à la sortie 50 du circuit 42 est appliqué aux entrées de sept amplificateurs opérationnels 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, montés en comparateurs. A chaque comparateur 52 à 64 est associé un diviseur de tension 66 à deux résistances 68, 70 en série, qui établit un seuil de tension, auquel est comparé le signal appliqué au comparateur. La valeur des résistances 68, 70 est choisie de façon à obtenir des seuils dégressifs du comparateur 52 au comparateur 64, ces seuils correspondant par exemple à des courants mesurés de 9,5; 7; 5; 3s5; 2,6; 2 et 1,2 IR. The signal appearing at the output 50 of the circuit 42 is applied to the inputs of seven operational amplifiers 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, mounted in comparators. Each comparator 52 to 64 is associated with a voltage divider 66 with two resistors 68, 70 in series, which establishes a voltage threshold, to which the signal applied to the comparator is compared. The value of resistors 68, 70 is chosen so as to obtain decreasing thresholds from comparator 52 to comparator 64, these thresholds corresponding for example to measured currents of 9.5; 7; 5; 3s5; 2.6; 2 and 1.2 IR.

En d'autres termes, lorsque le courant maximal dans les conducteurs dépasse le seuil de 1,2 IR en restant inférieur à 2 IR, seul le comparateur 64 délivre un signal. Si le courant dépasse le seuil de 2 IR en restant inférieur à 2,6 IR, les deux comparateurs 64 et 62 délivrent un signal et ainsi de suite. Les sorties 72, 74, 76, 78, 80, 82 des comparateurs 52, 54, 56, 58, 60, 62 sont chacune reliées respectivement à l'une des entrées de circuits porte ET 84, 86, 88, 90, 92, 94, dont l'autre entrée est reliée à l'un des pas d'un compteur 96 piloté par une horloge 98. La sortie 100 du comparateur 64 est reliée au compteur 96 et déclenche le comptage.In other words, when the maximum current in the conductors exceeds the threshold of 1.2 IR while remaining less than 2 IR, only the comparator 64 delivers a signal. If the current exceeds the threshold of 2 IR and remains below 2.6 IR, the two comparators 64 and 62 deliver a signal and so on. The outputs 72, 74, 76, 78, 80, 82 of the comparators 52, 54, 56, 58, 60, 62 are each respectively connected to one of the AND gate circuit inputs 84, 86, 88, 90, 92, 94, the other input of which is connected to one of the steps of a counter 96 controlled by a clock 98. The output 100 of the comparator 64 is connected to the counter 96 and triggers the counting.

Les sorties des portes ET 84 - g4 et le dernier pas du compteur 96 sont chacune reliées à une entrée d'un circuit porte OU 102 à sept entrées, dont la sortie est reliée à la base d'un transistor 104 connecté dans un circuit d'alimentation de la bobine 106 de déclenchement du disjoncteur. Le dernier pas du compteur 96 associé au comparateur 64 correspond par exemple à une temporisation de 400 secondes, l'avant-dernier pas associé au comparateur 62 à 200 secondes, les pas successifs étant 100, 50, 25, 12,5 et 6,25 secondes, ce dernier pas correspondant au comparateur 52.The outputs of the AND gates 84 - g4 and the last step of the counter 96 are each connected to an input of an OR gate circuit 102 with seven inputs, the output of which is connected to the base of a transistor 104 connected in a circuit d supply of the circuit breaker trip coil 106. The last step of counter 96 associated with comparator 64 corresponds for example to a time delay of 400 seconds, the penultimate step associated with comparator 62 at 200 seconds, the successive steps being 100, 50, 25, 12.5 and 6, 25 seconds, this last step corresponding to comparator 52.

Le déclencheur long retard susmentionné fonctionne de la manière suivante
Dans le cas d'un courant de surcharge, par exemple d'une valeur de 3 IR, cette surcharge est détectée par les transformateurs de courant et le signal de tension correspondant aux bornes de la résistance 30 est appliqué après traitement aux comparateurs 52 à 64. Le seuil des comparateurs 64, 62 et 60 est dépassé et un signal est émis par ces derniers comparateurs 64, 62, 60, les autres restant inactifs. Le signal du comparateur 64 dé clenche le comptage du compteur 96, les signaux des comparateurs 62, 60 étant appliqués aux portes ET 92, 94. A 6,25 secondes, le compteur 96 applique un signal à la porte ET 84, qui, ne recevant pas de signal sur l'autre entrée, reste fermée.A 12,5 secondes un signal est appliqué à la porte ET 86, qui reste également fermée et ainsi de suite jusqu'au temps 100 secondes où le signal est appliqué à la porte ET 92 recevant le signal du comparateur 60 sur l'autre entrée. La porte ET 92-émet un signal transmis par la porte OU 102 pour rendre conducteur le transistor 104 et alimenter la bobine de déclenchement 106. Lors d'une surcharge temporaire, qui disparat avant la temporisation correspondante, les comparateurs excités reviennent à l'état initial en évitant tout déclenchement Par un choix approprié du nombre de pas du compteur 96, de l'échelonne- ment de ces pas et des valeurs de seuil des comparateurs 52 à 64, il est possible de réaliser une courbe quelconque de déclenchement.The aforementioned long delay trigger works as follows
In the case of an overload current, for example with a value of 3 IR, this overload is detected by the current transformers and the voltage signal corresponding to the terminals of the resistor 30 is applied after processing to the comparators 52 to 64 The threshold of comparators 64, 62 and 60 is exceeded and a signal is emitted by these latter comparators 64, 62, 60, the others remaining inactive. The signal from comparator 64 triggers the counting of counter 96, the signals from comparators 62, 60 being applied to AND gates 92, 94. At 6.25 seconds, counter 96 applies a signal to AND gate 84, which does not receiving no signal on the other input, remains closed. At 12.5 seconds a signal is applied to the door ET 86, which also remains closed and so on until the time 100 seconds when the signal is applied to the door AND 92 receiving the signal from comparator 60 on the other input. The AND gate 92-emits a signal transmitted by the OR gate 102 to make the transistor 104 conductive and supply the trip coil 106. During a temporary overload, which disappears before the corresponding time delay, the excited comparators return to the state initial by avoiding any tripping By an appropriate choice of the number of steps of the counter 96, the staggering of these steps and the threshold values of the comparators 52 to 64, it is possible to produce any tripping curve.

La figure 3 montre la courbe de déclenchement long retard qui reste comprise entre les limites représentées en trait fin.FIG. 3 shows the long delay tripping curve which remains between the limits shown in thin lines.

Le déclencheur comporte avantageusement un dispositif de déclenchement à court retard analogue au déclencheur à longretard décrit ci-dessus. Le signal atténué à la sortie de l'atténuateur 36 est appliqué à un amplificateur opérationnel 108, monté en comparateur et dont le seuil est fixé par un diviseur de tension 110 à sélecteur de seuil 112 à trois valeurs, en l'occurrence 7 IR, 2,6 IR et hors service. La sortie du comparateur 108 est reliée par l'intermédiaire d'un circuit de traitement 113 d'une part à une entrée d'une porte ET 114 et d'autre part à un compteur 116 piloté par une horloge 118. La base de temps de l'horloge 118 est de l'ordre de la milliseconde, notablement plus courte que celle de l'horloge 98 du circuit long retard.Le compteur 116 présente trois pas correspondant dans l'exemple illustré respectivement à un retard de 0,80 et 160 millisecondes. Un commutateur manuel 120 permet de relier sélectivement l'autre entrée de la porte ET 114 à l'un des pas du compteur 116. La sortie de la porte ET 114 est reliée directement à la base du transistor 104. The trigger advantageously includes a short delay trigger device similar to the long delay trigger described above. The attenuated signal at the output of the attenuator 36 is applied to an operational amplifier 108, mounted as a comparator and the threshold of which is fixed by a voltage divider 110 with threshold selector 112 having three values, in this case 7 IR, 2.6 IR and out of service. The output of comparator 108 is connected via a processing circuit 113 on the one hand to an input of an AND gate 114 and on the other hand to a counter 116 controlled by a clock 118. The time base of the clock 118 is of the order of a millisecond, significantly shorter than that of the clock 98 of the long delay circuit. The counter 116 has three steps corresponding in the example illustrated respectively to a delay of 0.80 and 160 milliseconds. A manual switch 120 makes it possible to selectively connect the other input of the AND gate 114 to one of the steps of the counter 116. The output of the AND gate 114 is connected directly to the base of the transistor 104.

Le déclencheur court retard fonctionne de la manière suivante
Dans la position indiquée du sélecteur 112 le système court retard est hors service et une surcharge supérieure à 9,5 IR est éliminée par le déclencheur long retard au premier pas du compteur 96 après 6,25 secondes. Une surcharge d'une valeur inférieure provoque une temporisation plus grande du déclenchement tel que dé crit ci-dessus. The short delay trigger works as follows
In the indicated position of the selector 112 the short delay system is out of service and an overload greater than 9.5 IR is eliminated by the long delay trigger at the first step of the counter 96 after 6.25 seconds. An overload of a lower value causes a longer time delay for triggering as described above.

En position 7 IR du sélecteur 112, une sur charge supérieure à cette valeur est transmise par le comparateur 108 du circuit court retard et déclenche le compteur 116. Parallèlement, le circuit long retard est excité, mais devancé par l'ordre de déclenchement du circuit court retard, il n'a pas le temps d'intervenir. In position 7 IR of the selector 112, an overload greater than this value is transmitted by the comparator 108 of the short delay circuit and triggers the counter 116. At the same time, the long delay circuit is energized, but preceded by the circuit tripping order short delay, he has no time to intervene.

Si le commutateur 120 est placé en position 0, le compteur 116 émet instantanément un signal de déclenchement sans que le déclencheur long retard soit intervenu. I1 en est de meme pour une temporisation de 80 ou de 160 millisecondes, fixée par le commutateur 120, le déclenchement intervenant respectivement à 80 ou 160 millisecondes.If the switch 120 is placed in position 0, the counter 116 instantaneously transmits a trigger signal without the long delay trigger having intervened. It is the same for a time delay of 80 or 160 milliseconds, fixed by the switch 120, the triggering occurring respectively at 80 or 160 milliseconds.

Dans la position 2,6 IR du sélecteur 112, le déclenchement à court retard intervient dès le dépassement de ce seuil de la manière susmentionnée à 0,80 ou 160 millisecondes. In the 2.6 IR position of the selector 112, the short-delay tripping takes place as soon as this threshold is exceeded in the above-mentioned manner at 0.80 or 160 milliseconds.

Il est clair que l'invention est nullement limitée au déclencheur plus particulièrement décrit et représenté et que certaines fonctions peuvent entre réalisées par des circuits équivalents. It is clear that the invention is in no way limited to the trip device more particularly described and shown and that certain functions can be performed by equivalent circuits.

Claims

1. Electronic trip device for a tripping command for a circuit breaker in the event of overload and / or fault, comprising a current transformer delivering a signal representative of the current flowing through the conductors protected by the circuit breaker, a time delay device issuing an order timed triggering as a function of the level of said signal to carry out an instantaneous short-circuit triggering and a delayed triggering of a duration depending on the value of the overload, characterized in that said signal is applied to a plurality of mounted operational amplifiers in comparators and polarized at staggered thresholds, the outputs of said amplifiers each being connected to an AND gate circuit, the other input of which is connected to a stage of a counter controlled by a clock, each AND gate delivering a triggering order, at the moment when said counter reaches the associated stage, if said signal exceeds the threshold of the associated amplifier, so as to achieve a variable time delay with the signal level.

2. Trigger according to claim 1, characterized in that all of the outputs of said AND gates are connected to the inputs of an OR gate, the output of which is connected to a transistor for controlling the trip coil.

3. Trigger according to claim 1 or 2, characterized in that the thresholds of the different amplifiers, corresponding to the overload or fault current I, and the associated stages of the counter, corresponding to the triggering delay wtw, are chosen to achieve a long delay trip curve in I2t.

4. Trigger according to any one of the preceding claims, characterized in that current transformers supply the signal representative of the current which after rectification and processing is applied to the amplifiers mounted as comparators.

5. Trip device according to claim 4, characterized in that said transformers supply the supply current of the electronic circuits and of the trip coil.

6. Trigger according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a short delay trigger circuit with threshold comparator and counter controlled by a time-based clock of the order of a millisecond.