NO145179B

NO145179B - ELECTRONIC FLOOD RELAY

Info

Publication number: NO145179B
Application number: NO77770879A
Authority: NO
Inventors: Bernhard Mueller
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-03-13
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1981-10-19
Also published as: CH604402A5; ATA140777A; BE852315A; DE2611014A1; GB1527962A; JPS52111645A; NO145179C; DE2611014B2; SE7702715L; FR2343349A1; AT346415B; NO770879L; FR2343349B1

Description

Oppfinnelsen angår et overstrømrelé for forsinket utløs-ning, omfattende en integras.jonsstrømkrets som inneholder en kondensator, og som når en innstillbar grenseverdi av strøm-tidsintegralet nås, avgir et utløsningssignal, samt oppviser en utladningsstrømkrets for kondensatoren. The invention relates to an overcurrent relay for delayed release, comprising an integration current circuit which contains a capacitor, and which, when an adjustable limit value of the current-time integral is reached, emits a release signal, as well as having a discharge current circuit for the capacitor.

Kondensatorens ladning svarer ved overstrømreléer av The capacitor's charge responds with overcurrent relays off

den foreliggende art til en bestemt termisk påkjenning på et elektrisk driftsmiddel. Blir f.eks. drivmotoren for et tran-sportbånd for sterkt belastet med transportgods ved overfylling av båndet, så er en slik belastning bare tillatelig for en viss tid. Overstrømreléet, som er innkoblet i drivmotorens strømkrets, reagerer derfor på overbelastningen på den måte at oppladningen av kondensatoren begynner. Ved en velgbar grenseverdi av kondensatorens oppladning reagerer en elektronisk terskelbryter som forårsaker avgivelse av et utgangssignal enten direkte eller via et elektromekanisk relé. Den overbelastede motor bli da koblet fra. the present species to a specific thermal stress on an electrical operating device. Will e.g. the drive motor for a conveyor belt too heavily loaded with transported goods when the belt is overfilled, then such a load is only permissible for a certain time. The overcurrent relay, which is connected to the drive motor's current circuit, therefore reacts to the overload in such a way that the charging of the capacitor begins. At a selectable limit value of the capacitor's charging, an electronic threshold switch reacts which causes the emission of an output signal either directly or via an electromechanical relay. The overloaded motor is then disconnected.

For å oppnå de store tidskonstanter som behøves for slike anvendelser, med små kapasiteter er det kjent å lade opp kondensatoren i den kjente Miller-kobling. Hvis der som Miller-integrator benyttes en operasjonsforsterker, virker denne i fravær av driftsspenning som forholdsvis lavohmig utladnings-motstand for kondensatoren. Derved blir der forespeilet en fullstendig avkjøling av driftsmiddelet som skal beskyttes, In order to achieve the large time constants needed for such applications, with small capacities, it is known to charge the capacitor in the known Miller connection. If an operational amplifier is used as a Miller integrator, this acts in the absence of operating voltage as a relatively low-resistance discharge resistance for the capacitor. Thereby, a complete cooling of the operating medium to be protected is predicted,

noe som kan føre til beskadigelse eller ødeleggelse av dette når overstrømreléet igjen settes i drift etter at matespen-ningen er vendt tilbake og oppladningen av kondensatoren må begynne påny hvis driftsmiddelet fremdeles er overbelastet; which can lead to damage or destruction of this when the overcurrent relay is put into operation again after the supply voltage has returned and the charging of the capacitor must begin again if the operating means is still overloaded;

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å for- The invention is based on the task of

hindre overbelastning av de strømkretser som skal beskyttes, prevent overloading of the circuits to be protected,

ved at det i tilfelle av bortfall av overstrømreléets driftsspenning blir sørget for at den uheldige plutselige utladning av den i integrasjonsstrømkretsen inneholdte kondensator blir sperret. in that, in the event of a failure of the overcurrent relay's operating voltage, it is ensured that the unfortunate sudden discharge of the capacitor contained in the integration current circuit is blocked.

Ifølge oppfinnelsen blir dette oppnådd ved at kondensatorens utladningsstrømkrets inneholder en elektronisk bryter som styres av driftsspenningen, og som er sperret når denne mangler. According to the invention, this is achieved by the capacitor's discharge current circuit containing an electronic switch which is controlled by the operating voltage, and which is blocked when this is missing.

Oppfinnelsen kan på gunstig måte realiseres ved at der som elektronisk bryter tjener en transistor hvis basis er koblet til driftsspenningens ene pol via en motstand og en Z-diode, og hvis emitter-kollektorstrekning i serie med integrasjonskondensatoren er innkoblet mellom den inverterende inngang til og utgang fra en operasjonsforsterker. Z-dioden bevirker at transistoren er sperret før'operasjonsforsterkeren ved gradvis synkende driftsspenning går over i lavohmig tilstand. The invention can advantageously be realized by serving as an electronic switch a transistor whose base is connected to one pole of the operating voltage via a resistor and a Z-diode, and whose emitter-collector line in series with the integration capacitor is connected between the inverting input to and output from an operational amplifier. The Z-diode causes the transistor to be blocked before the operational amplifier goes into a low-ohm state when the operating voltage gradually decreases.

I det følgende vil oppfinnelsen 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 over et overstrøm-relé for kortslutnings- og overstrømutløsning ved et trefaset vekselstrømnett. Der er tilordnet faselederne R, S, T en og en jernfri transformator 1, 2, 3, hvis utløsningssignaler over en og en koblingsmotstand 4, 5, 6 tilføres de ikke inverterende innganger 7, 8, 9 til operasjonsforsterkere 10, 11, 12. Ut-gangene 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 flertrinns velgerbryter 19 og motstander 20 og 21. Velgerbryteren 19 gjør det mulig i forbin-delse med motstanden 20 i stilling a, motstanden 21 i stilling b og den direkte (motstandsfrie) stilling c å skaffe en avtrap-pet innstilling av den negative tilbakekobling og dermed av for-sterkningsfaktoren. Diodene 16, 17f 18 avkobler operasjonsforsterkerne 10, 11, 12 fra hverandre, så et felles omstillingsorgan (velgerbryter 19) kan anordnes for innstillingen av den negative tilbakekobling, og bevirker samtidig likeretting av det felles utgangssignal som tilsvarer den sterkeste strøm. The drawing is a principle connection core above an overcurrent relay for short-circuit and overcurrent tripping in a three-phase alternating current network. There, the phase conductors R, S, T are assigned one and one iron-free transformer 1, 2, 3, whose release signals via one and one switching resistor 4, 5, 6 are supplied to the 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 and resistors 20 and 21. The selector switch 19 makes it possible in division with the resistor 20 in position a, the resistor 21 in position b and the direct (resistance-free) position c to obtain a stepped setting of the negative feedback and thus of the amplification factor. The diodes 16, 17f 18 decouple the operational amplifiers 10, 11, 12 from each other, so that a common switching device (selector switch 19) can be arranged for the setting of the negative feedback, and at the same time causes rectification of the common output signal corresponding to the strongest current.

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

12 står der således til rådighet et likerettet spenningssignal som tilsvarer en i fasene R, S, T flytende strøm, og som via en innstillbar motstand 25 tilføres den inverterende inngang 26 til en ytterligere operasjonsforsterker 27. Den trinnløst innstillbare motstand 25 danner sammen med en fast motstand 28 tilkoblet utgangen 29 fra operasjonsforsterkeren 27 et inn-stillbart negativt tilbakekoblingsnettverk. 12, there is thus available a rectified voltage signal which corresponds to a current flowing in the phases R, S, T, and which via an adjustable resistor 25 is supplied to the inverting input 26 of a further operational amplifier 27. The continuously adjustable resistor 25 together with a fixed resistor 28 connected the output 29 of the operational amplifier 27 to an adjustable negative feedback network.

Motstanden 25 gjør det mulig å stille inn overstrømreléet 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 strøm-styrker som kan velges med motstanden 25. Ligger således motstanden 25 f.eks. området 20 - 80 A, så fremkommer alt etter stillingen av velgerbryteren 19 områdene 20 - 80 A, 60 - 240 A og 200 - 800 A. Skal overstrømreléet bare innstilles på en nominell strømstyrke av 180 A, blir velgerbryteren 19 å bringe i midtstillingen b, som bevirker tredobling av de strømverdier som kan innstilles på motstanden 25. Motstanden 25 blir dermed på sin innstillingsskala å stille inn på 60 A. Ved utgangen 29 fra operasjonsforsterkeren 27 står der da til rådighet et nor-mert signal som er uavhengig av den absolutte verdi av den nominelle strømstyrke, og som blir tilført koblingskomponentene til kortslutningsutløsning og overbelastningsutløsning - organer som vil bli omtalte nærmere i det følgende. The resistor 25 makes it possible to set the overcurrent relay to a certain desired nominal current strength, 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 current strengths that can be selected with the resistor 25. Thus, if the resistor 25 e.g. the range 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 only to be set to a nominal current of 180 A, the selector switch 19 must be brought to the middle position b , which causes a tripling of the current values that can be set on the resistor 25. The resistor 25 can thus be set to 60 A on its setting scale. At the output 29 of the operational amplifier 27, there is then available a normalized signal that is independent of the absolute value of the nominal current strength, and which is supplied to the switching components for short-circuit tripping and overload tripping - organs that will be discussed in more detail below.

Først kommer det normerte utgangssignal via et koblings-organ som tjener til å undertrykke innkoblingsstrømstøt og om-fatter en mostand 30, en kondensator 31 og en bryter som tjener til frakobling av kondensatoren, til den inverterende inngang 33 til en operasjonsforsterker 34, hvis utgangsstørrelse kan forårsake kobling av et utløsningsrelé 35. Den grenseverdi i form av multipla av den innstilte nominelle strømstyrke ved hvilken reléet 35 skal reagere og dermed forårsake utløsning, bestemmes ved en sammenligningsspenning som er tilkoblet den ikke-inverterende inngang 36 til operasjonsforsterkeren 34 og kan velges med potensiometeret 37. First, the normalized output signal comes via a switching device which serves to suppress switching current surge and includes a resistor 30, a capacitor 31 and a switch which serves to disconnect the capacitor, to the inverting input 33 of an operational amplifier 34, whose output size can cause switching of a tripping relay 35. The limit value in the form of multiples of the set nominal current at which the relay 35 should react and thus cause tripping is determined by a comparison voltage connected to the non-inverting input 36 of the operational amplifier 34 and can be selected with 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 kom-binasjon av lineære og ikke-lineære komponenter (motstander, dioder, Z-dioder) og tjener til dannelse av den ønskede ut-gangskarakteristikk for overstrømutløsningen. Der tilstrebes en såkalt I •t-karakteristikk. Det ved hjelp av nettverket 40 formede signal kommer til den inverterende inngang 41 til en operasjonsforsterker 42 som inngår i en integrasjonsstrømkrets. 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 tilkobling til den positive pol for overstrømreléets driftsspenning + U"B over en Z-diode 47 og en motstand 48. Er en valgt grenseverdi for overstrømutløsningen nådd, dvs. er kondensatoren 43 ladet opp til en bestemt verdi, så reagerer den som Schmitt-trigger koblede operasjonsforsterker 50 og brin-ger releet 51 til å trekke til. The normalized output value prepared by the operational amplifier 27 is further applied to a network which is denoted generally by 40, and which in a known manner consists of a combination of linear and non-linear components (resistors, diodes, Z-diodes) and serves to form the desired output characteristic for the overcurrent release. A so-called I •t characteristic is sought. The signal formed by means of the network 40 reaches 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 a conducting state by connection to the positive pole of the overcurrent relay's operating voltage + U"B across a Z- diode 47 and a resistor 48. If a selected limit value for the overcurrent release is reached, i.e. the capacitor 43 is charged up to a certain value, then it reacts as a Schmitt-trigger coupled operational amplifier 50 and causes the relay 51 to energize.

Hvis overstrømreléets drif tsspenning + U_, og - U_ skulle If the overcurrent relay's operating voltage + U_, and - U_ should

B B B B

falle bort, så ville kondensatoren 4 3 ved de hittil vanlige inte-gras jonskoblinger straks lade seg ut over operasjonsforsterkeren 44, siden dennes indre motstand i fravær av driftsspenning er forholdsvis liten. I det foreliggende eksempel forsvinner imidlertid sammen med driftsspenningen også styrespenningen ved basis 46 hos transistoren 45, hvorved denne blir sperret. Dette forhindrer den ugunstige 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 ladningsminskning på grunn av den indre motstand av transistoren 45 og ved selvutladning. fall away, then the capacitor 4 3 would immediately discharge itself across the operational amplifier 44 in the case of the hitherto usual integration connections, since its internal resistance in the absence of 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 unfavorable sudden discharge of the capacitor 43. The charging of the capacitor that is present at all times thus remains maintained, when one ignores that over a longer period of time a gradual charge reduction occurs due to the internal resistance of the transistor 45 and by self-discharge.

En bestemt oppladning av kondensatoren 43 tilsvarer en bestemt termisk påkjenning på et elektrisk driftsmiddel som skal beskyttes, f.eks. en motor. Til en naturlig avkjøling av driftsmiddelet svarer enn videre en utladning av kondensatoren 4 3 gjennom en motstand 49 som er koblet parallelt med den, men som bare er virksom ved ledende transistor 45, altså i nærvær av driftsspenning. En øyeblikkelig 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 mens overbelastningen stadig foreligger. For i dette tilfelle må oppladningen av kondensatoren begynne påny,, hvorved utløsningen (reaksjon av releet 51) sinkes. I det foreliggende eksempel forblir derimot ladningen på kondensatoren 4 3 opprettholdt selv ved avbrudd i overstrømreléets strømforsyning. Vender nå driftsspenningen tilbake, blir oppladningen av kondensatoren 43 i tilfelle av vedvarende overbelastning av den strømkrets resp. det driftsmiddel som skal overvåkes, fortsatt praktisk talt med utgangs-punkt i den verdi den ble avbrutt ved. Dette fører til den ønskede rettidige utløsning og frakobling. A specific charging of the capacitor 43 corresponds to a specific thermal stress on an electrical operating device to be protected, e.g. an engine. A natural cooling of the operating medium also corresponds to a discharge of the capacitor 4 3 through a resistor 49 which is connected in parallel with it, but which is only active when conducting transistor 45, i.e. in the presence of operating voltage. An immediate 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 while the overload is still present. Because in this case the charging of the capacitor must start again, whereby the release (reaction of the relay 51) is slowed down. In the present example, on the other hand, the charge on the capacitor 4 3 remains maintained even when the overcurrent relay's power supply is interrupted. If the operating voltage now returns, the charging of the capacitor 43 in the case of persistent overload of the circuit or the operating asset to be monitored, practically still with the starting point at the value at which it was interrupted. This leads to the desired timely release and disconnection.

Ved hjelp av Z-dioden 47, som befinner seg i styrestrøm-kretsen 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. With the help of the Z-diode 47, which is located in the control current circuit 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.

Ved hjelp av den normerte utgangsspenning som avgis av operasjonsfdrsterkeren 27, drives foruten koblingsorganene for kortslutnings- og overbelastnings-utløsning også et visende måle-instrument 55, nemlig etter forsterkning ved hjelp av en operasjonsforsterker 56. Skalaen 57 på måleinstrumentet 55 er gradert i prosent av nominell strømstyrke, så der for det samlede om-råde av strømstyrker som kan dekkes av overstrømreléet, bare behøves ett instrument og én skala. Måleinstrumentet er an-vendelig både ved enfaset og ved den beskrevne trefasede ut-førelse av inngangskoblingen. Ved flerfaset utførelse 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 til drift av strømmålere, faller bort. With the help of the normalized output voltage emitted by the operational amplifier 27, in addition to the switching means 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 is graduated in percent of nominal amperage, so for the total range of amperages that can be covered 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 version of the input connection. With a multi-phase design, the advantage is that the strongest current flowing 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 de komponenter som tjener til å levere driftsspenningen + UD og - U sløyfet. Disse elementer er alminnelig kjent og behøver derfor ingen særskilt forklaring. I koblingsskjemaet er dog.betegnelsene henholdsvis + Ufi og - Ug innført på de steder som behøver tilkobling til strømforsynings-innretningen. In the circuit diagram, the components that serve to supply the operating voltage + UD and - U are the loop. These elements are common knowledge and therefore need no special explanation. In the connection diagram, however, the designations + Ufi and - Ug respectively have been introduced in the places that require connection to the power supply device.

Claims

1. Overcurrent relay for delayed tripping, comprising an integrated ion current circuit containing a capacitor, and which emits a trip signal when an adjustable limit value of the current-time integral is reached, and has a discharge current circuit for conden-

sator, characterized in that the discharge current circuit contains an electronic switch (45) controlled by the operating voltage (+ Ug) which is blocked in the absence of operating voltage.

2. Overcurrent relay as stated in claim 1, characterized in that a transistor (45) whose base (46) is connected to one pole of the operating voltage (+ Ug) via a resistor (48) and a Z-diode (47) serves as an electronic switch ), and whose emitter-collector line in series with the integration capacitor (43) is connected between the inverting input (41) to and output (44) from an operational amplifier (42).