NO770880L - ELECTRONIC OVERFLOWER - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et overstrømrelé med elektroniske måle-, forsinkelses- og koblingsorganer som styres av en strømtrans-formator. The invention relates to an overcurrent relay with electronic measuring, delay and switching devices which are controlled by a current transformer.

Reléer av denne art har til oppgave å overvåke strøm-kretser resp. elektriske driftsmidler inneholdt i disse, og bevirker frakobling av strømkretsene resp. driftsmidlene når der opptrer en kortslutning eller bestemte strømstyrker blir overskredet. For en fullstendig overvåkning av elektriske anlegg strekker imidlertid reléer av denne art ikke til, fordi deres virkning består i ved overskridelse av bestemte grense-verdier å avgi et utgangssignal eller utløse en koblings-prosess. Derimot kan den strøm som går til enhver tid, ikke avleses. Av den grunn er det vanlig i tillegg å anvende visende måleinstrumenter hvor.strømmene kan avleses. Til å mate måle-instrumentene behøves i alminnelighet strømtransformatorer som avgir en sekundærstrøm egnet for driften av instrumentene. For fullstendig overvåkning av elektriske anlegg behøver man derfor i alminnelighet to sett strømtransformatorer, ett for matning av de visende måleinstrumenter og ett for et overstrømrelé. Relays of this type have the task of monitoring current circuits or electrical operating means contained in these, and cause disconnection of the current circuits or the operating means when a short circuit occurs or certain currents are exceeded. However, relays of this type are not sufficient for a complete monitoring of electrical installations, because their effect consists in emitting an output signal or triggering a switching process when certain limit values are exceeded. In contrast, the current that is running at any time cannot be read. For that reason, it is also common to use indicating measuring instruments where the currents can be read. In order to feed the measuring instruments, current transformers are generally needed which emit a secondary current suitable for the operation of the instruments. For complete monitoring of electrical installations, you therefore generally need two sets of current transformers, one for powering the indicating measuring instruments and one for an overcurrent relay.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å minske antallet av nødvendige strømtransformatorer i et anlegg hvor der både benyttes et overstrømrelé og visende måleinstrumenter. Med sikte på dette går oppfinnelsen ut på at det av strømtransformatoren avgitte signal tilføres en inngangskobling med innstillbar forsterkningsfaktor og forsterkes til en normalverdi som er den samme for hver innstilt nominell strøm-styrke, og som tilføres tolkningsorganene for kortslutnings- The invention is based on the task of reducing the number of necessary current transformers in a plant where both an overcurrent relay and indicating measuring instruments are used. With a view to this, the invention consists in the signal emitted by the current transformer being supplied to an input link with an adjustable amplification factor and amplified to a normal value which is the same for each set nominal current strength, and which is supplied to the interpretation means for short-circuit

og overstrømutløsning samt et visende måleinstrument. Måleinstrumentet blir således matet fra overstrømreléets inngangs- and overcurrent release as well as an indicating measuring instrument. The measuring instrument is thus fed from the input of the overcurrent relay

kobling. Den særlige fordel består i den forbindelse i at der for alle strømområder og nominelle strømstyrker bare behøves en eneste type av et måleinstrument, da skalaen kan inndeles coupling. The particular advantage in this connection is that for all current ranges and nominal current strengths only one type of measuring instrument is needed, as the scale can be divided

i prosent av den nominelle strøm. Dette gjør det også lettere for driftspersonalet å gjøre seg kjent med driftstilstanden til enhver tid, siden det ikke lenger er nødvendig å sette en vist absolutt verdi av strømmen i relasjon til en tillatt strøm eller nominell strøm. as a percentage of the nominal current. This also makes it easier for the operating staff to familiarize themselves with the operating state at all times, since it is no longer necessary to set a certain absolute value of the current in relation to a permitted current or nominal current.

Svarende til det anvendte måleinstruments egenskaper kan det være å anbefaie.å innkoble en forsterker direkte foran instrumentet.. Dette gjør en spesialutførelse av overstrøm-reléets inngangskobling overflødig og gjør det mulig å anvende det i enkel utførelse såvel med som uten måleinstrument. Corresponding to the characteristics of the measuring instrument used, it may be recommended to connect an amplifier directly in front of the instrument. This makes a special design of the overcurrent relay's input connection redundant and makes it possible to use it in a simple design both with and without a measuring instrument.

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 prinsippkoblingsskjema 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 operasjons-forsterkere 10, 11, 12. Utgangene .13, 14, 15 fra disse opera-sjonsforsterkere 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 diagram for an overcurrent relay for a three-phase alternating current network intended for short-circuit and overcurrent tripping.- Each of the phase conductors R, S and T is assigned an iron-free measuring transformer 1, 2 and 3, whose output signal is over one and one switching resistance 4, 5, 6 are fed to the respective non-inverting inputs 7, 8, 9 to 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 with the inverting inputs 22, 23, 24 over a multi-stage selector switch 19. The selector switch 19 makes it possible in connection with the resistor 20 in position a, the resistor 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 effect rectification of the common output signal, which corresponds to the strongest current.

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. At the common output from the operational amplifiers 10, 11 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 supplied to the inverting input 26 to a further operational amplifier 27. The continuously adjustable resistor 25 forms together with a fixed resistor 28 connected to the output 29 from the operational amplifier 27 an adjustable negative feedback network.

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 tidobbélte 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 resistor 25 makes it possible to set the overcurrent relay to 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 that 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 2.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 + UD via en Z-diode 47 og en motstand 48. Er en valgt grenseverdi for overstrømutløs-ningen nådd, dvs. er kondensatoren.43 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 2.t characteristic is aimed 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 + UD via 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, the operational amplifier 50, which is connected as a Schmitt trigger, reacts and causes the relay 51 to close.

Hvis overstrømreléets driftsspenning + UD og - U '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 åt 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 + UD and - U' were to drop out, then the capacitor would immediately discharge across the operational amplifier 44 with the previously 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 ignores 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 43 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 4 3 gjennom en dermed parallellkoblet motstand,, som imidlertid bare blir virksom ved ledende transistor 45, altså ved for-håndenværende driftsspenning. Den øyeblikkelige utladning av kondensatoren 4 3 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 43 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 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. Furthermore, a natural cooling of the operating medium corresponds to a discharge of the capacitor 4 3 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 4 3 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 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 43 by 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 release and disconnection.

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. With 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.

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. With the standardized 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 is divided into percentages of nominal current, so where for the entire range of currents 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 erkomponentene til å levere driftsspenning + U_, og - U_ sløyfet. Disse elementer er alminnelig kjent og behøver derfor ikke å forklares særskilt. Imidlertid er betegnelsene henholdsvis + Un og - U,, innført i koblingsskjemaet på steder som behøver tilkobling til strømforsynings-innretningen. In the circuit diagram, the components for supplying operating voltage are + U_, and - U_ the loop. These elements are generally known and therefore do not need to be explained separately. However, the designations + Un and - U, respectively, are introduced in the connection diagram in places that require connection to the power supply device.

Claims (2)

1. Overstrømrelé med elektroniske måle-, forsinkelses- ogk oblingsorganer som styres av en strømtransformator, karakterisert ved at det av strømtransformatoren (1, 2, 3) avgitte signal tilføres en inngangskobling (10, 11, 12; 27)1. Overcurrent relay with electronic measuring, delay and coupling devices which are controlled by a current transformer, characterized in that the signal emitted by the current transformer (1, 2, 3) is supplied to an input connection (10, 11, 12; 27) med innstillbar forsterknihgsfaktor og forsterkes til en normalverdi som er den samme for enhver innstilt nominell strømstyrke, og som tilføres tolkningsorganene for kortslut-ningsutløsning (34, 35, 37) og overstrømutløsning (40, 42, 43, 50, 51) og et visende måleinstrument (55). with adjustable amplification factor and is amplified to a normal value which is the same for any set nominal current strength, and which is supplied to the interpretation means for short-circuit tripping (34, 35, 37) and overcurrent tripping (40, 42, 43, 50, 51) and an indicating measuring instrument (55). 2. Overstrømrelé som angitt i krav 1, karakterisert ved at der foran måleinstrumentet (55) er inn-skutt en ytterligere forsterker (56), og at skalaen (57) er inndelt i prosent av nominell strøm.2. Overcurrent relay as specified in claim 1, characterized in that an additional amplifier (56) is inserted in front of the measuring instrument (55), and that the scale (57) is divided into percentages of nominal current.