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Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenströme
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in Mehrphasennetzen Die Erfindung betrifft eine Schalturgsanordnung
zur Überwachung der Phasenströme in Mehrphasennetzen mit Eingangsstromwandlern und
nachgeschalteten Shunts zur Ableitung stromproportionaler Spannungen.
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Zur Ableitung eines Eingangssignales für abhängige elektronische Uberstromzeitrelais
schlägt die DT-AS 22 45 605 eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art vor,
bei welcher die an den Shunts entstehenden stromproportionalen Spannungen einer
gemeinsamen Gleichrichterschaltung zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung
gelangt zu einem Spannung/Frequenz-Umsetzer und anschließend zu einer Ouadrierstufe,
deren Ausgangsimpulse über eine Zähleinrichtung bei einer ausreichend
hohen
Impulsfrequenz zur Anregung eines Hilfsrelais führen.
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Elektronische Überstromzeitrelais nehmen im allgemeinen eine Auswertung
der Scheitelwerte der zu überwachenden Phasenströme vor. Für die Erwärmung eines
Schützlings ist jedoch der Effektivwert des Stromes ausschlaggebend. Das Verhältnis
zwischen Effektivwert und Spitzenwert ist bei sinusförmigem Stromverlauf bekannt
und bleibt konstant, so daß eine Berücksichtigung des Umrechnungsfaktors mit einfachen
Mitteln erfolgen kann.
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Wenn die Stromversorgung eines Schützlings allerdings aus einer Gleichrichteranlage
erfolgt, weicht die Stromkurve stark von der Sinusform ab, so daß aufgrund des sich
in Abhängigkeit des Ansteuerwinkels z. B. einer Thyristorgleichrichteranlage ändernden
Formfaktors erhebliche prinzipbedingte Meßfehler auftreten. Bei der Speisung von
Schützlingen mit Hilfe von Thyristoranlagen muß daher der Effektivwert der Phasenströme
meßtechnisch erfaßt werden.
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Dies kann dadurch geschehen, daß in jede Phase ein Effektivwert-Meßsystem
eingeschaltet wird. Da derartige Effektivwert-Meßsysteme bei der Verwendung in Schutzeinrichtungen
über möglichst geringe Fehlergrenzen verfügen müssen, verursacht die genannte Lösung
sehr hohe Kosten.
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Der vorliegenden Erfingung laq daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bekannte elektronische tiber UberitromzeitrellaLs
auch bei thyristorgespeisten Schützlingen einsetzbar sind und die zugleich durch
eine Einsparung von Effektivwert-Meßsystemen eine kostengünstige Lösung darstellt.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die stromproportionalen
Eingangsspannungen ersten Eingängen von Differenzverstärkern zugeführt sind, daß
die zweiten Elngänge der Differenzverstärker an einem jeweils auf den Scheitelwert
der größten Eingangsspannung uf'jeladenen Kondensator mit großer Entladezeitkonstante
angeschlossen sind und daß ein Ausgangsimpuls eines Differenverstärkers seine stromproportionale
Eingangsspannung zu einem am gemeinsamen Ausgang der Schaltungsanordnung angeschlossenen
Effektivwert-Meßsystem durchschaltet.
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Ein Ausführungsbeispiel ist im folgenden anhand von Fig. 1 und 2 der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 2 eine Zusatzeinrichtung
zur Erhöhung der Betriebssicherheit.
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Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 ist mit R, S, T ein Dreiphasennetz bezeichnet, aus dem mit
Hilfe von nicht dargestellten Stromwandlern und Shunts den Phasenströmen proportionale
Spannutl(len uRS u UT at>-geleitet werden. Die Schaltungsanordnung enthält ferner
Differenzverstärker 1, 2, 3, Widerstände 1 bis 19, Dioden 20, 21, 22 und Thyristoren
23, 24, 25. Mit 26, 27, 28, 29 sind Kondensatoren bezeichnet, während drei Feldeffekttransistoren
die Bezugszeichen 30, 31, 32 tragen.
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Die aufgeführten Bauelemente sind wie folgt zusammengeschaltet: Den
nlchtinvertierenden Eingängen der Differenzverstarker 1, 2, 3 sind die stromproportionalen
Spannungen uR, uS, uT zugeführt.
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Die Ausgänge der Differenzverstärker 1, 2, 3 beaufschlagen er Dioden
20, 21, 22 den Kondensator 29, dem der Entladewiderstand 19 parallelgeschaltet ist.
Der Kondensator 29 steht ferner über die Widerstände 10, 11, 12 mit den invertierenden
Eingä.ncjen der Differenzverstärker 1, 2, 3 in Verbindung.
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Die Ausgänge der Differenzverstärker 1, 2, 3 sind über Widerstände
7, 8, 9 mit den Steueranschlüssen der Thyristoren 23, 24, 2@ verbunden, die ihrerseits
über die Widerstände 13, 11, 15 an einer Gleichspannung Uß angeschlossen sind. Den
Thyristoren 23, 21, 25 sind in bekannter Weise zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen
Kommutierung die Löschkondensatoren 26, 27, 28 zugeschaltet.
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Die Anode jedes Thyristors 23, 24, 25 ist über je einen Widerstand
4, 5, 6 an den invertierenden Eingang der Differenzverstärker 1, 2, 3 gelegt und
hat über Widerstände 16, 17, 18 gleichzeitig Verbindung mit dem Steueranschluß der
Feldeffekttransistoren 30, 31, 32.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende
Wirkungsweise aus: Die Differenzverstärker 1,2, 3 arbeiter mit den Dioden 20, 21,
22, den Gegenkopplungswiderständen 10, 11, 12 und dem Kondensator 29 als Spitzenwertgleichrichter.
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Die dabei am Kondensator 29 entstehende Spannung entspricht jeweils
dem Scheitelwert der größten stromproportionalen Eingangsspannung UR' US oder UT.
Der am Kondensator 29 angeschlossen Entladewiderstand 19 bewirkt innerhalb einer
Periode eine Abnahme der Kondensatorspannung am wenige Prozent, so daß derjenige
Differenzverstärker 1, 2 oder 3, dem die großer stromproportionale Eingangsspannung
uR, uS, uT zugeführt wird, jeweils im Maximum der positiven Stromiialbwelle einen
kurzen Ladeimpuls an den Kondensator 29 abgibt.
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Jeder Ausgangsimpuls eines der Differenzverstärker 1, 2, 3 wird darüber
hinaus an einem Steueranschluß der Thyristoren 23, 24, 25 wirksam. Ist beispielsweise
die Eingangsspannung \ am größten, so wird der Thyristor 23 durchsteuern. An seiner
anode li<9t dann bei Vernachlässigung des Durchlaßwiderstandes (lle negative
Betriebsspannung -UB, die über den Widerstand 4 am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
j geringfli(3ig wirksam wird. Der Differenzverstärker 1 weist aufgrund dieser I3eschaltung
ein Triggerverhalten auf.
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Die Iescllaltung der Differenzverstärker 1, 2, 3 ruft ferner ein Rückfallverhältnis
hervor, das geringfügig unter "1" liegt, so daß ein einmal durchgeschalteter Thyristor
23, 24 oder 25 seinen Schaltzustand solange beibehält, bis am nichtinvertierenden
Eingang
des zugehörigen Differenzverstärkers 1, 2 oder 3 die stromproportionale Eingangsspannung
uRf US' UT gegenüber den anderen Eingangsspannungen um einige Prozent ansteigt.
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Ein zu häufiges Umschalten der Thyristoren 23, 24, 25 wird damit verhindert.
Durch die Kondensatoren 26, 27, 28 ist gewährleistet, daß beim Durchschalten eines
Thyristors die anderen gelöscht werden.
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Von den Anodenspannungen der Thyristoren 23, 24, 25 werden über die
hochohmigen Widerstände 16, 17, 18 die Feldeffekttransistoren 30, 31, 32 angesteuert,
die nun die jeweils größte Eingangsspannung URI uSI uT als Ausgangsspannung UA durchschalten.
Die Ausgangsspannung uA läßt sich nun einem Effektivwert-Meßsystem zuführen, das
als Eingangssignalgeber für an sich bekannte Überstromzeitrelais dient.
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Der entscheidende Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt
also darin, daß in mehrphasigen Netzen nur ein Effektivwert-Meßsystem erforderlich
ist, da zur Messung die Phase mit dem größten Strom ausgewählt wird.
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Fig. 2 zeigt eine Zusatzeinrichtung, die dann zur Wirkung kommt, wenn
trotz der Kondensatoren 26, 27, 28 mehr als ein Thyristor durchschaltet; unter Umständen
könnte dieser rall beim Zuschalten der Betriebsspannung UB eintreten.
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Der Schaltungsteil besteht aus weiteren Widerstänaen 33 bis 36, einem
weiteren DifferenzverstJLrker 37 und 2n«l Transistor 38.
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Der Widerstand 33 liegt zwischen dem gemeinsamen Kathodenpunkt der
Thyristoren 23, 24, 25 und dem negativen Pol der Betriebsspannung UB. Der am Widerstand
33 entstehende Spannungsabfall bildet ein Eingangssignal für den Differenzverstärker
37, dessen zweiter Eingang mit Hilfe des Spannungsteilers 34,35 und der Betriebsspannung
UB an eine Referenzspannung gelegt ist. Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung
ist stets nur einer der Thyristoren 23, 24, 25 durchgeschaltet und der dem Thyristorstrom
proportionale Spannungsabfall am Widerstand 33 wird einen bestimmten Betrag nicht
überschreiten. Die Spannung am Widerstand 33 nimmt tedoch sprunghaft zu, sobald
ein zweiter Thyristor durchgeschaltet wird. Bei einem derartigen Fehler wird die
Spannung am Widerstand 33 größer als die Referenzspannung. Das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers 37 versetzt daraufhin über den Widerstand 36 den Transistor
38 in den Sperrzustand. Die Thyristoren 23, 24, 25 sind nun von der Betriebsspannung
UR getrennt und gehen daher auf jeden Fall in den Sperrzustand ober. Erst der nAchste4^mpuls
an einem der Differenzverstärker 1, 2, 3 wird wiederum einen der Thyristoren 23,
24, 25 etnachalten.
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Der Ausfall der Xeßwertübertragungszeit beim Eingriff der in Fig.
2 dargestellten Zusatzeinrichtung beträgt bei 50 Hz-Netzen weniger als 20 ms, die
im Verhältnis zu den langen Aullösezeiten vernachlässigt werden können.
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Obwohl die Vorteile der beschriebenen Schaltungsanordnung insbesondere
in thyristorgesteuerten Mehrphasennetzen zur Geltung kommen, arbeitet sie auch bei
sinusförmigen Netzs strömen einwandfrei.
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8 Seiten Beschreibung 5 Ansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 2 Piguren