NO145178B

NO145178B - TRANSFER RELATIONSHIP FOR MULTIPLE PHASE NETWORKS.

Info

Publication number: NO145178B
Application number: NO770878A
Authority: NO
Inventors: Bernhard Mueller
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1981-10-19
Also published as: DE2611013B2; FR2344160B1; ATA140677A; FR2344160A1; JPS52111644A; BE852314A; SE7702714L; CH604401A5; AT351096B; DE2611013A1; NO770878L; NO145178C; GB1527964A

Description

Oppfinnelsen angår et overstrømrelé for flerfasede nett The invention relates to an overcurrent relay for multiphase networks

med en strømtransformator for hver fase og med en likeretter-strømkrets til å bedømme den til enhver tid sterkeste strøm som flyter i en fase, samt med forsterkning av et med strømmen proporsjonalt signal ved hjelp av operasjonsforsterkere. with a current transformer for each phase and with a rectifier circuit to judge the strongest current flowing in a phase at any given time, as well as with amplification of a signal proportional to the current using operational amplifiers.

Et overstrømrelé av denne art er kjent fra FR-A-2 214 196 . Til innstilling av reaksjonsverdien og til forsinkelse tjener potensiometre som samvirker med en operasjonsforsterker. Imidlertid finnes der ingen midler til også å gjøre det mulig An overcurrent relay of this kind is known from FR-A-2 214 196. Potentiometers that interact with an operational amplifier are used to set the reaction value and delay. However, there are no means to also make that possible

å endre måleområdet trinnvis. Man er derfor henvist til kjente, forholdsvis kostbare midler som f.eks. strømtransformatorer utført for omkobling eller variable byrdemotstander, når der behøves en områdeomkobling. to change the measurement range step by step. One is therefore referred to well-known, relatively expensive means such as e.g. current transformers made for switching or variable load resistors, when a range switching is required.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å oppnå måleområdeomkobling med vesentlig mindre påkostning. The invention is based on the task of achieving measurement range switching with significantly less expense.

Ifølge oppfinnelsen blir denne oppgave løst ved at der According to the invention, this task is solved by there

er tilordnet hver fase en operasjonsforsterker, at en innstillbar motstand for inns"tilling av forsterkningsfaktoren er forbundet med den inverterende inngang til hver operasjonsforsterker og via en og en diode med utgangen fra hver operasjonsforsterker, og at det felles utgangssignal forsterkes i en etterfølgende operasjonsforsterker som likeledes kan drives med variabel forsterkningsfaktor, til en normalverdi som er lik for hver innstilt nominell strøm, og som tilføres tydningsledd for kortslutningsutløsning og for overstrømutløsning. Diodene inngår i den forbindelse såvel i måleområdeomkoblingen an operational amplifier is assigned to each phase, that an adjustable resistor for setting the amplification factor is connected to the inverting input to each operational amplifier and via a single diode to the output from each operational amplifier, and that the common output signal is amplified in a subsequent operational amplifier which is likewise can be operated with a variable amplification factor, to a normal value which is the same for each set nominal current, and which is fed to the interpretation link for short-circuit tripping and for overcurrent tripping. The diodes are included in that connection as well in the measuring range switching

og i den strømkrets hvorfra man får det signal som svarer til den sterkeste flytende strøm. Til strømtransformatorene blir der bare stilt beskjedne krav, siden der ikke behøves uttak og en ytterst liten effekt strekker til for styring av operasjonsforsterkerne. Der kan derfor med fordel benyttes jernløse strømtransformatorer som ikke er beheftet med noen metning og derfor har lineær funksjon fra svake til meget sterke strømmer. Jernløse måletransformatorer som arbeider etter prinsippet for magnetiske spenningsmålere, er kjent i og for seg. and in the circuit from which you get the signal corresponding to the strongest flowing current. There are only modest requirements for the current transformers, since there is no need for an outlet and an extremely small power is sufficient for controlling the operational amplifiers. Ironless current transformers can therefore be advantageously used which are not affected by any saturation and therefore have a linear function from weak to very strong currents. Ironless measuring transformers that work according to the principle of magnetic voltage meters are known in and of themselves.

Som videre utvikling av oppfinnelsen kan en ønsket ut-løsningsstrøm på oversiktlig måte innstilles ved overstrøm-utløseren ved at motstanden for de operasjonsforsterkere som er tilordnet hver fase, er innstillbar i trinn, mens den etter-følgende operasjonsforsterkers forsterkningsfaktor er innstillbar ved hjelp av en trinnløs motstand. As a further development of the invention, a desired tripping current can be set in a clear manner at the overcurrent release by the resistance of the operational amplifiers assigned to each phase being adjustable in steps, while the subsequent operational amplifier's amplification factor is adjustable by means of a stepless resistance.

Muligheten for å endre forsterkningsfaktoren ved operasjonsforsterkere ved hjelp av negativ tilbakekobling er kjent i og for seg (Fagbok Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", 1971, side 54 og 62). Imidlertid kan der fra litteraturen herom ikke utledes noen samvirkning av flere operasjonsforsterkere i den omtalte koblingsanordning med sikte på å skaffe et elek-tronisk overstrømrelé. The possibility of changing the gain factor of operational amplifiers by means of negative feedback is known per se (Fagbok Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", 1971, pages 54 and 62). However, from the relevant literature no interaction of several operational amplifiers in the mentioned switching device with the aim of providing an electronic overcurrent relay can be deduced.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere ved et utførelseseksempel som er vist på tegningen. In the following, the invention will be explained in more detail by means of an embodiment shown in the drawing.

Tegningen er et prinsippkoblingsskjerna for et overstrøm-relé for et trefaset vekselstrømnett bestemt for kortslutnings-og overstrøm-utløsning. Der er tilordnet hver av faselederne R, S og T en jernfri måletransformator 1, 2 og 3, hvis utgangssignal over én og én koblingsmotstand 4, 5, 6 tilføres de respektive ikke-inverterende innganger 7, 8, 9 til operasjonsforsterkere 10, 11, 12. Utgangene 13, 14,'15 fra disse operasjonsforsterkere er forbundet med hverandre via dioder 16, 17, 18 og med de inverterende innganger 22, 23, 24 over en fler-trinnet velgerbryter 19. Velgerbryteren 19 gjør det mulig i forbindelse med motstanden 20 i stilling a, motstanden 21 The drawing is a principle connection core for an overcurrent relay for a three-phase alternating current network intended for short-circuit and overcurrent tripping. There is assigned to each of the phase conductors R, S and T an iron-free measuring transformer 1, 2 and 3, whose output signal across one and one switching resistor 4, 5, 6 is supplied to the respective non-inverting inputs 7, 8, 9 of operational amplifiers 10, 11, 12. The outputs 13, 14, '15 from these operational amplifiers are connected to each other via diodes 16, 17, 18 and to the inverting inputs 22, 23, 24 via a multi-stage selector switch 19. The selector switch 19 makes it possible in connection with the resistor 20 in position a, the resistance 21

i stilling b og den direkte (motstandsfrie) stilling c å foreta en avtrappet innstilling av den negative tilbakekobling og dermed av forsterkningsfaktoren. Diodene 16, 17, 18 avkobler operasjonsforsterkerne 10, 11 og 12 fra hverandre, så der kan anvendes et felles omstillingsledd (velgerbryter 19) for inn-stillingen av den negative tilbakekobling, og bevirker samtidig likeretting av det felles utgangssignal, som tilsvarer den sterkeste strøm. in position b and the direct (resistance-free) position c to make a stepped setting of the negative feedback and thus of the amplification factor. The diodes 16, 17, 18 decouple the operational amplifiers 10, 11 and 12 from each other, so that a common switching link (selector switch 19) can be used for setting the negative feedback, and at the same time causes rectification of the common output signal, which corresponds to the strongest current .

Ved den felles utgang fra operasjonsforsterkerne 10, 11 At the common output from the operational amplifiers 10, 11

og 12 står der således til rådighet et likerettet spennings-signal som tilsvarer den sterkeste strøm som går i en av fasene R, S og T, og som via en innstillbar motstand 25 til-føres den inverterende inngang 26 til en ytterligere opera- and 12 there is thus available a rectified voltage signal which corresponds to the strongest current flowing in one of the phases R, S and T, and which via an adjustable resistor 25 is fed to the inverting input 26 to a further opera-

sjonsforsterker 27. Den trinnløst innstillbare motstand 25 danner sammen med en fast motstand 28 tilkoblet utgangen 29 sion amplifier 27. The continuously adjustable resistor 25 forms, together with a fixed resistor 28, the connected output 29

fra operasjonsforsterkeren 27 et innstillbart negativt til-bakekoblingsnettverk. from the operational amplifier 27 an adjustable negative feedback network.

Motstanden 25 gjør det mulig å stille inn overstrøm- The resistor 25 makes it possible to set the overcurrent

reléet på en bestemt ønsket nominell strømstyrke som ligger innenfor de områder som innstilles med velgerbryteren 19. Det skal f.eks. antas at det med velgerbryteren 19 er mulig å innstille den enkle, den tredobbelte og den tidobbelte verdi av de strømstyrker som kan velges med motstanden 25. Dekker motstanden 25 således f.eks. verdiene 20 - 80 A, så fremkommer alt etter stilling av velgerbryteren 19 områdene 20 - 80 A, 60 - 240 A og 200 - 800 A. Skal overstrømreléet nå innstilles på en nominell strømstyrke av 180 A, blir velgerbryteren 19 å bringe i midt-stillingen b, som gir en tredobling av de strømstyrker som kan innstilles på motstanden 25. Motstanden 25 blir å innstille på 60 A på sin skala. Ved utgangen 29 fra operasjonsforsterkeren 27 står der da til rådighet et normert signal som er uavhengig av den absolutte verdi av den nominelle strømstyrke, og som til-føres koblingskomponenter som tjener til kortslutnings- og over-belastningsutløsning, noe som vil bli forklart nærmere. the relay at a certain desired nominal current which lies within the ranges set with the selector switch 19. It must e.g. It is assumed that with the selector switch 19 it is possible to set the single, the triple and the tenfold value of the currents that can be selected with the resistor 25. Does the resistor 25 thus e.g. the values 20 - 80 A, depending on the position of the selector switch 19, the ranges 20 - 80 A, 60 - 240 A and 200 - 800 A appear. If the overcurrent relay is now to be set to a nominal current of 180 A, the selector switch 19 has to the position b, which gives a tripling of the currents that can be set on the resistor 25. The resistor 25 must be set to 60 A on its scale. At the output 29 of the operational amplifier 27 there is then available a normalized signal which is independent of the absolute value of the nominal current strength, and which is supplied to switching components which serve for short-circuit and overload tripping, which will be explained in more detail.

Først kommer det normerte utgangssignal via en koblings-komponent som tjener til undertrykkelse av innkoblingsstrøm-støt og omfatter en motstand 30, en kondensator 31 og en bryter 32 som tjener til frakobling av kondensatoren, til den inverterende inngang 33 til en operasjonsforsterker 34, med hvis ut-gangsstørrelse et utløsningsrelé 35 kan kobles. Den grenseverdi i multipla av innstilt nominell strømstyrke hvor releet 35 skal reagere og dermed forårsake utløsning, bestemmes ved hjelp av en sammenligningsspenning som påtrykkes den ikke inverterende inngang 36 til operasjonsforsterkeren 33, og som kan velges ved hjelp av potensiometeret 37. First, the normalized output signal comes via a switching component which serves to suppress inrush current and comprises a resistor 30, a capacitor 31 and a switch 32 which serves to disconnect the capacitor, to the inverting input 33 of an operational amplifier 34, with if output size a release relay 35 can be connected. The limit value in multiples of the set nominal current at which the relay 35 should react and thus cause tripping is determined by means of a comparison voltage that is applied to the non-inverting input 36 of the operational amplifier 33, and which can be selected by means of the potentiometer 37.

Den normerte utgangsstørrelse som stilles parat av operasjonsforsterkeren 27, blir videre påtrykt et nettverk som er betegnet generelt med 40, og som på kjent måte består av en kombinasjon av lineære og ikke-lineære komponenter (motstander, dioder, Z-dioder), og som tjener til dannelse av den ønskede utløsningskarakteristikk for overstrømutløsningen. Der til-strebes en såkalt I •t-karakteristikk. Det ved hjelp av nett-verket formede signal kommer til den inverterende inngang 41 til en operasjonsforsterker 42, som inngår i en integrasjons-strømkrets. Som integrerende ledd tjener en kondensator 43, som imidlertid ikke lades opp direkte av utgangen 44 fra operasjonsforsterkeren 42, men via en transistor 45 hvis basis 46 holdes i ledende tilstand ved tilslutning til den positive pol for overstrømreléets driftsspenning + UB via en Z-diode 47 og en motstand 48. Er en valgt grenseverdi for overstrømutløs-ningen nådd, dvs. er kondensatoren 4 3 ladet opp til en bestemt verdi, så reagerer operasjonsforsterkeren 50, som er koblet som Schmitt-trigger og bringer releet 51 til å trekke til. The normalized output value prepared by the operational amplifier 27 is further applied to a network designated generally by 40, which in a known manner consists of a combination of linear and non-linear components (resistors, diodes, Z-diodes), and which serves to form the desired tripping characteristic for the overcurrent trip. A so-called I•t characteristic is striven for. The signal shaped by the network comes to the inverting input 41 of an operational amplifier 42, which forms part of an integration circuit. A capacitor 43 serves as an integrating element, which, however, is not charged directly by the output 44 of the operational amplifier 42, but via a transistor 45 whose base 46 is kept in the conducting state by connection to the positive pole of the overcurrent relay's operating voltage + UB via a Z diode 47 and a resistor 48. If a selected limit value for the overcurrent release is reached, i.e. the capacitor 4 3 is charged up to a certain value, the operational amplifier 50, which is connected as a Schmitt trigger, reacts and causes the relay 51 to close.

Hvis overstrømreléets driftsspenning + U„ og - UD skulle falle ut, så ville kondensatoren ved de hittil vanlige inte-gratorkoblinger straks lade seg ut over operasjonsforsterkeren 44, siden dennes indre motstand i fravær av en driftsspenning er forholdsvis liten. I det foreliggende eksempel forsvinner imidlertid tillike med driftsspenningen også styrespenningen ved basis 46 hos transistoren 45, hvorved denne blir sperret. Dette forhindrer den utilsiktede plutselige utladning av kondensatoren 43. Den til enhver tid foreliggende oppladning av kondensatoren forblir således opprettholdt, når man ser bort fra at der over et lengere tidsrom skjer en gradvis lad-ningsminskning på grunn av den indre motstand av transistoren 4 5 og ved selvutladning. If the overcurrent relay's operating voltage + U„ and - UD were to drop out, then the capacitor would immediately discharge across the operational amplifier 44 with the hitherto usual integrator connections, since its internal resistance in the absence of an operating voltage is relatively small. In the present example, however, together with the operating voltage, the control voltage at the base 46 of the transistor 45 also disappears, whereby this is blocked. This prevents the unintended sudden discharge of the capacitor 43. The charging of the capacitor that is present at all times thus remains maintained, when one disregards the fact that over a longer period of time a gradual charge reduction occurs due to the internal resistance of the transistor 4 5 and by self-discharge.

En bestemt oppladning av kondensatoren 4 3 tilsvarer en bestemt termisk påkjenning på et elektrisk driftsmiddel som skal beskyttes, f.eks. en motor. Videre motsvares en naturlig avkjøling av driftsmiddelet av en utladning av kondensatoren 43 gjennom en dermed parallellkoblet motstand, som imidlertid bare blir virksom ved ledende transistor 45, altså ved for-håndenværende driftsspenning. Den øyeblikkelige utladning av kondensatoren 43 svarer derfor til en plutselig avkjøling av driftsmiddelet som skal beskyttes, med risiko for beskadigelse eller ødeleggelse av dette hvis driften fortsettes med frem-deles opptredende overbelastning. For i så fall må oppladningen av kondensatoren begynne påny, hvorved utløsningen (reaksjon av reléet 51) sinkes. I det foreliggende eksempel forblir derimot ladningen på kondensatoren 43 opprettholdt i tilfelle av et avbrudd i overstrømreléets strømforsyning. Ven-der nå driftsspenningen tilbake, blir oppladningen av kondensatoren 4 3 ved stadig pågående overbelastning av den strømkrets resp. det driftsmiddel som skal overvåkes, fortsatt praktisk talt ut fra den verdi den ble avbrutt ved. Dette fører tii den ønskede rettidige utløsning og frakobling. A specific charging of the capacitor 4 3 corresponds to a specific thermal stress on an electrical operating device to be protected, e.g. an engine. Furthermore, a natural cooling of the operating medium corresponds to a discharge of the capacitor 43 through a thus parallel-connected resistance, which, however, only becomes effective at conducting transistor 45, i.e. at pre-existing operating voltage. The instantaneous discharge of the capacitor 43 therefore corresponds to a sudden cooling of the operating medium to be protected, with the risk of damage or destruction thereof if operation is continued with an overload still occurring. Because in that case the charging of the capacitor must start again, whereby the release (reaction of the relay 51) is slowed down. In the present example, however, the charge on the capacitor 43 remains maintained in the event of an interruption in the overcurrent relay's power supply. When the operating voltage is now reversed, the charging of the capacitor 4 becomes 3 due to continuous overloading of the current circuit or the operating asset to be monitored, practically still based on the value at which it was interrupted. This leads to the desired timely triggering and disconnection.

Med Z-dioden 47, som befinner seg i styrestrømkretsen With the Z-diode 47, which is located in the control circuit

for transistoren 45, blir det sørget for at transistoren 45 ved synkende driftsspenning blir sperret før operasjonsforsterkeren mister sin funksjonsdyktighet og går over i lavohmig tilstand. for the transistor 45, it is ensured that the transistor 45 is blocked when the operating voltage drops before the operational amplifier loses its functionality and goes into a low-resistance state.

Med den normerte utgangsspenning som avgis av operasjonsforsterkeren 27, drives foruten koblingskomponentene for kortslutnings- og overbelastnings-utløsning også et visende måleinstrument 55, nemlig etter forsterkning ved hjelp av en operasjonsforsterker 56. Skalaen 57 på måleinstrumentet 55 With the normalized output voltage emitted by the operational amplifier 27, in addition to the switching components for short-circuit and overload tripping, an indicating measuring instrument 55 is also operated, namely after amplification by means of an operational amplifier 56. The scale 57 on the measuring instrument 55

er inndelt i prosent av nominell strømstyrke, så der for hele det område av strømstyrker som kan beherskes av overstrøm-reléet, bare behøves ett instrument og én skala. Måleinstrumentet er anvendelig såvel ved enfaset som ved den beskrevne trefasede utførelse av inngangskoblingen. Ved flerfasete ut-førelse fås den fordel at der stadig blir vist den sterkeste strøm som går i en av fasene. Men fremfor alt oppnår man en besparelse ved at særskilte strømtransformatorer som man hittil behøvet for driften av strømmålere, faller bort. is divided into percentages of nominal current strength, so for the entire range of current strengths that can be controlled by the overcurrent relay, only one instrument and one scale are needed. The measuring instrument can be used both for single-phase and for the described three-phase design of the input connection. With a multi-phase design, the advantage is that the strongest current running in one of the phases is constantly displayed. But above all, a saving is achieved by the fact that special current transformers, which have hitherto been needed for the operation of current meters, are dispensed with.

I koblingsskjemaet er komponentene til å levere driftsspenning + U,, og - Un sløyfet. Disse elementer er alminnelig kjent og behøver derfor ikke å forklares særskilt. Imidlertid er betegnelsene henholdsvis + U_ og - innført i koblings-skjemaet på steder som behøver tilkobling til strømforsynings-innretningen. In the circuit diagram, the components for supplying operating voltage + U,, and - Un are looped. These elements are generally known and therefore do not need to be explained separately. However, the designations + U_ and - respectively are introduced in the connection diagram in places that require connection to the power supply device.

Claims

1. Overcurrent relay for multiphase networks with a current transformer for each phase and with a rectifier current circuit to judge the strongest current flowing in a phase at any time, as well as with amplification of a signal proportional to the current using operational amplifiers, characterized in that there is assigned to each phase (R, S, T) an operational amplifier (10, 11, 12), that an adjustable resistor (19a, b, c) for setting the gain factor is connected to the inverting input (26) of each operational amplifier (10, 11, 12) and over one diode (16, 17, 18) with the output (13, 14, 15) from each operational amplifier (10, 11, 12), and that the common output signal is amplified in a subsequent operational amplifier (27 ) which can also be operated with a variable amplification factor, to a normal value which is the same for each set nominal current, and which is fed to the interpretation link for short-circuit tripping (34, 35, 37) and for overcurrent tripping (40, 42, 43, 51).

2. Overcurrent relay as specified in claim 1, characterized in that the resistance (19a, b, c) for the operational amplifiers (10, 11, 12) assigned to each phase is adjustable in steps, while the subsequent operational amplifier's (27) amplification factor is adjustable using a stepless resistor (25).