NO145178B - Overstroemrele for flerfasede nett. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et overstrømrelé for flerfasede nett

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.

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

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.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å oppnå måleområdeomkobling med vesentlig mindre påkostning.

Ifølge oppfinnelsen blir denne oppgave løst ved at der

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

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.

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.

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.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere ved et utførelseseksempel som er vist på tegningen.

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

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.

Ved den felles utgang fra operasjonsforsterkerne 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-

sjonsforsterker 27. Den trinnløst innstillbare motstand 25 danner sammen med en fast motstand 28 tilkoblet utgangen 29

fra operasjonsforsterkeren 27 et innstillbart negativt til-bakekoblingsnettverk.

Motstanden 25 gjør det mulig å stille inn overstrøm-

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.

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.

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.

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.

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.

Med Z-dioden 47, som befinner seg i styrestrømkretsen

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.

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

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.

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.

Claims (2)

1. Overstrømrelé for flerfasede nett med en strømtransformator for hver fase og med en likeretterstrømkrets 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, karakterisert ved at der er tilordnet hver fase (R, S, T) en operasjonsforsterker (10, 11, 12), at en innstillbar motstand (19a, b, c) for innstilling av forsterkningsfaktoren er forbundet med den inverterende inngang (26) til hver operasjonsforsterker (10, 11, 12) og over en og en diode (16, .17, 18) med utgangen (13, 14, 15) fra hver operasjonsforsterker (10, 11, 12), og at det felles utgangssignal forsterkes i en etterfølgende operasjonsforsterker (27) som likeledes kan drives med variabel forsterkningsfaktor, til en normalverdi som er den samme for hver innstilt nominell strøm, og som tilføres tydningsledd for kortslutningsutløsning (34, 35, 37) og for overstrømutløsning (40, 42, 43, 51).

2. Overstrømrelé som angitt i krav 1, karakterisert ved at motstanden (19a, b, c) for de operasjonsforsterkere (10, 11, 12) som er tilordnet hver fase, er innstillbar i trinn, mens den etterfølgende operasjonsforsterkers (27) forsterkningsfaktor er innstillbar ved hjelp av en trinnløs motstand (25).