OVERCURRENT PROTECTIVE RELAIS

Abstract: 1. An overload protection relay, with a switch (12) which is connected into a circuit to be protected from an excess current, with a current transformer (10) which is connected into the circuit, with a current-voltage converter (16) which is connected to the secondary side of the current transformer and which serves to obtain a voltage corresponding to the load current in the circuit, and with a long-therm-delayed trigger element, a short-term-delayed trigger element and a delay-free-trigger element (18, 20, 22) by means of which the switch (12) can be actuated in dependence upon the level of the load current following a first delay time or a comparatively shorter second delay time or without delay, characterised in that the current-voltage converter (16) is provided with a control element which serves to change its transformation ratio, and that a timer (28) is provided which is actuated when the response threshold value of the short-term-delayed trigger element (20) is reached and whose output signal controls the control element in order to reduce the transformation ratio of the current-voltage converter (16).

Description: Uberlastüberwachungseinrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine über lastüberwachungseinrichtung, bestehend aus Stromerfassung mittels Stromwandlern und Stromspannungsumsetzer und Auswertgliedern, die überlastabhängig in Wirkverbindung mit der Auslösevorrichtung des Lastschalters stehen. Bei einem bekannten Uberstromrelais - wie in Fig. 1 gezeigt - wird das Maximum des Sekundärstromes des Stromwandlers 10, der primärseitig mit einem Mehrphasenwechselstrom in Verbindung steht, in jedem Augenblick einer Naximumstromerfassungseinrichtung 14 zugeführt, dann über einen Stromspannungsumsetzer 16, durch den der Ausgangsstrom des Stromwandlers 10 in eine vorbestimmbare Spannung umgewandelt wird, geführt, so dass ein Langzeitbegrenzungskreis 18, ein Kurzzeitbegrenzungskreis 20 und ein Sofortkreis 22 beaufschlagt werden können, die die Funktion des überstromrelais bewirken und dass hierdurch die Auslösespule 26 im Ausgangskreis durch eine Triggereinheit 24 den Schalter 12 zur Auslösung bringen kann, um hierdurch den Mehrphasenwechselstromkreis zu schützen. In der Anordnung nach Fig. 1 ist es insbesondere, wenn der Laststrom IL einen hohen Wert (oder einen Strompegel in der Nähe des Grenzstromes) erreicht, für den Schalter erforderlich, den Kreis sofort abzuschalten. Daher ist zusätzlich ein Relais erforderlich, das den Sofortkreis 22 für den hohen Strom sofort beaufschlagen kann und hierbei zuverlässig ein Auslösekommando erzeugt. Jedoch bei den herkömmlichen überstromrelais tritt das Sättigungsphänomen des Stromwandlers 10 bei dem vor erwähnten überstrom mit der Tendenz auf, dass die Erzeu gung des Auslösekommandos verzögert wird, wobei der Nachteil auftreten kann, dass die Kontakte verschweissen oder Beschädigungen des Schalters auftreten. Dies trifft insbesondere für Schalter kleiner Schaltleistung zu. Die Charakteristiken der Stromwandler 10, wie in Fig.1 gezeigt, sind z.B. derart, dass sich die Kurvenformen für den Primär- und Sekundärstrom ergeben, wie sie aus den Fig. 2a und b zu entnehmen sind. Wie insbesondere aus Fig. 2a zu entnehmen ist, ist der Laststrom IL im wesentlichen bestimmt durch die Impedanz des Kreises, so dass zumindest in der Schliessphase vorübergehend für mehrere Halbwellen ein Strom mit einem Gleichstromanteil fliesst. Im Bereich des höheren Pegels des vorübergehenden Stromes ist der Stromwandler in die Sättigung über gegangen, so dass sein Sekundärstrom die Tendenz zeigt, kleiner zur Zeit dieser Halbwellen zu sein als der Pegel des eingeschwungenen Strombereiches, wie aus Fig. 2b ersichtlich. Diese Tendenz wird auch augenscheinlich bei einem Vergleich zwischen dem eingeschwungenen Strom I und dem ersten Stromanstieg II des sekundären Ausgangs stroms des Stromwandlers 10 beim Laststrom IL, wie Fig. 3 zeigt. Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ergeben sich für die aus Fig. 1 ersichtliche Schaltung Probleme hinsichtlich der Ausschaltleistung des Schalters, wenn die Anordnung bei hohen Strömen insbesondere im Momen- tanstrombereich betrieben wird, da die Sekundärseite des Stromwandlers mit einer Verzögerungszeit für die Sätti gungszeit (1 bis 2 Perioden des Stromwandlers) beauf schlagt ist. Aus diesem Grunde sind bisher übliche Uberstromschutz anordnungen mit dem Nachteil behaftet, dass sie in niedrigeren Strombereichen betrieben werden müssen als die Schaltkapazität des Schalters beträgt. Im Hinblick hierauf soll die Uberstromauslöseeinrich- tung durch die Erfindung dahingehend verbessert werden, dass es möglich ist, einen Schalter augenblicklich und mit Sicherheit ohne Beschädigung sogar bei hohen Strombereichen auszuschalten. Dies ist dadurch möglich, dass ein Zeitglied auswertgliedabhängig mit einer das Messniveau des Stromspannungsumsetzers ändernden Vorrichtung in Wirkabhängigkeit steht, wobei das Messniveau des Stromspannungsumsetzers auf den Stromanstieg der ersten überstromwelle ausgelegt ist. Hierdurch ist es möglich, die Zeitverzögerungen der bekannten Anordnung zu kompensieren. Im folgenden soll das tiberstromrelais gemäss der Erfindung beschrieben und die Schaltung näher erläutert werden. Das überstromrelais nach der Erfindung, wie es aus der Fig. 4 zu entnehmen ist, hat dieselben grundlegenden'Kreise wie das aus Fig. 1 ersichtliche. In Abweichung von den vorerwähnten Grundkreisen ist zusätzlich gemäss der Erfindung der vorerwähnte Stromspannungs- umsetzer 16 mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Einstellung des Umsetzungsniveaues versehen, und ein Zeitglied 28 ist mit dem Kurzzeitbegrenzungskreis 20 verbunden, der wie das überstromrelais arbeitet, so dass der Ausgang des Kurzzeitbegrenzungskreises 20 auf die Umsetzungsniveaujustiereinrichtung des vorerwähnten Stromspannungsumsetzers 16 einwirkt. Tritt nun am Stromwandler 10 ein Signal entsprechend Maximalstrom auf, so wird es durch die Maximalstromerfassungseinrichtung 14 erfasst, es wird durch den Stromspannungsumsetzer 16 in ein vorbestimmtes Spannungsniveau umgeformt. Dann wird im Zusammenwirken mit dem erhaltenen Spannungspegel der Langzeitbegrenzungskreis 18, der Kurzzeitbegrenzungskreis 20 und der Sofortkreis 22 in der üblichen Weise beaufschlagt, die alle die Funktion des Uberstromrelais aufweisen. Sobald der Spannungspegel höher wird als der vorgegebene Wert des Kurzzeitbegrenzungskreises 20, wird das Zeitglied 28 aktiviert, um sein Ausgangssignal der Einrichtung zur Einstellung des Umsetzungsniveaues des vorerwähnten Stromspannungsumsetzers 16 zuzuführen, sobald die vorgegebene Zeit des Zeitgliedes 28 abgelaufen ist, wobei die innere Impedanz auf einen niedrigeren Umsetzpegel umgeschaltet ist. In dem vorerwähnten überstromrelais nach Fig. 1 hingegen sind die Betriebsniveaus der entsprechenden Kreise für den eingeschwungenen Strom festgelegt, wie dies aus der Kurve I der Fig. 3 zu ersehen ist. Entsprechend der Erfindung sind im Gegenteil die Betriebsniveaus der entsprechenden Kreise für den Stromanstieg der ersten Halbwelle vorbestimmt, wie dies aus der Kurve II ersichtlich ist. Wie bereits oben näher beschrieben wurde, wird die erste Welle des Sekundärausganges des Stromwandlers 10 erfasst und als Signal benutzt, um die entsprechenden Funktionskreise 18, 20 und 22 wie ein über stromrelais zu beaufschlagen. So tritt im Gegensatz zum Stand der Technik keinerlei Zeitverzögerung im Hochstrombereich auf. Das Relais kann zuverlässig ausgelöst werden in der ersten halben Periode des Laststromes IL, wobei alle Probleme hinsichtlich des benutzten Schalters in bezug auf die Schaltleistung gelöst sind. So ist gemäss der Erfindung das Zeitglied 28 derart eingefuhrt und verbunden, dass das Relais nicht irrtümlicherweise in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem eingeschwungenen Strom des Sekundärausganges des Stromwandlers 10 und der ersten Stromwelle ausgelöst werden kann. Im nachfolgenden sollen die Arbeitsweise der Sberstrom- relaiskreise, wie sie in Fig. 4 angegeben sind, näher beschrieben werden. Fig. 5 ist ein ltellenformdiagramm, das die Betriebsbedingungen der entsprechenden Teile der Kreise, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, darstellen, und Fig. 5a, b und c entsprechen den Fällen, in denen der Kreis nach Fig. 4 bei einem Wechsel stromkreis mit mindestens drei Phasen benutzt wird. Wird nun der Laststrom IL als ILI bezeichnet, wie in Fig. 3 gezeigt wurde, und wenn das Niveau des Stromes ILI in dem Kurzzeitbegrenzungsbereich liegt, führt der Kreis die Kurzzeitbegrenzungsoperation im Zusammenwirken mit dem Niveau des des ersten Wellenstromes II durch. Da die Kurzzeit- begrenzungsfunktionszeit in dem Bereich mehrerer 10 bis mehrerer 100 ms liegt, ist der Sekundärausgang des Stromwandlers 10 O im Falle von Kurzzeitbegrenzungsfunktio- nen in den eingeschwungenen Strom I (ipl),wie in Fig. 3 zu ersehen ist, übergegangen. Wenn der eingeschwungene Strom i höher ist als der augenblickliche Funktionspegel des Kreises, wird die Kurzzeitbegrenzungsoperation, die durch den ersten Wellenstrom ip2 verursacht wurde, durch den eingeschwungenen Strom in die Sofortfunktion überführt, so dass die gewünschten Charakteristiken nicht erreicht werden können und dass der Einfluss auf den Schutz und das Zusammenwirken Probleme hervorrufen kann. Im Gegensatz zu der beschriebenen Funktion der Einzelkreise wird beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sobald der erste Wellenstrom 1p2 in den Kurzzeitbegrenzungsbereich kommt, wie Fig. 5a und b zeigt, das Zeitglied 28 gleichzeitig angesteuert. Nach Ablauf: der vom Zeitglied 28 vorbestimmten Zeit (T Sekunden), wie dies aus Fig. 5c zu ersehen ist, wird die interne Impedanz des Stromspannungsumsetzers 16 umgeschaltet, um die Umsetzungsausgangsspannung des Stromtransformators 10 zu erniedrigen, wie die Fig. 5b zeigt, wobei der Einfluss des eingeschwungenen Stromes ipl auf die Kurzzeitbegren zunzsoperation eliminiert wird. Im einzelnen ist in rig. 5a der Maximalausgangsstrom jeder Phase zu ersehen, wie er durch die Maximalstromerfassungseinrichtung 14 erfasst wurde und zwar in einer gleichgerichteten Wellenform. In Fig. 5b ist die Spannungsausgangswellenform, in die der Ausgang der Maximalstromerfassungseinrichtung (14) über den Stromspannungsumsetzer (16) auf das vorbestimmte Spannungsniveau umgesetzt ist, wobei es sich um eine geglättete Wellenform handelt. In Fig. 5c indessen sind Bedingungen dargestellt, unter denen, sobald der Ausgang, wie aus Fig. 5b zu ersehen, den Kurzzeitbegrenzungspegel überschreitet, der Zeitkreis 28 in Betrieb gesetzt wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das in einer vorbestimmten Zeit (T-Sekunden) erlischt, so dass die interne Impedanz des Stromspannungsumsetzers 16 auf ein niedrigeres Stromspannungsumsetzungsniveau umgeschaltet wird. Wie demnach aus den Fig. 5a, b, c entsprechend der vorliegenden Erfindung hervorgeht, wird das Zeitglied 28 in Betrieb gesetzt, um die Umsetzung des Stromspannungsumsetzers zu erniedrigen, sobald der erste Wellenstrom 1p2 das Niveau des Kurzzeitbegrenzungspegels überschreitet, um hierbei die Betriebsverzögerung des Schalters zu verhindern, die auf das Sättigungsphänomen des Stromwandlers zurückzuführen ist, so dass der Schutz des Schalters leicht erreicht werden kann. Da-das überstromrelais gemäss der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der ersten Stromwelle betrieben und nicht vom eingeschwungenen Strom des Sekundärausganges des Stromwandlers der oben geschilderten Ausführung, kann die Schaltleistung des Schalters erhöht werden und kann für unterschiedliche Schalter auch ein Luftschalter in Nehrphasenwechselstromkreisen benutzt werden. Da darüber hinaus das Uberstromschutzrelais entsprechend der Erfindung einfach im Aufbau ist, kann es ohne wesebtliche Erhöhung der Produktionskosten hergestellt werden.

Claims: PatentansDrüche 1. Uberlastüberwachungseinrichtung, bestehend aus Stromerfassung mittels Stromwandlern und Stromspannungsumsetzer und Auswertgliedern, die überlastabhängig in Wirkverbindung mit der Auslösevorrichtung des Lastschalters stehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass ein Zeitglied (28) auswertgliedabhängig (20) mit einer das Messniveau des Stromspannungsumsetzers (16) ändernden Vorrichtung in Wirkabhängigkeit steht, wobei das Messniveau des Stromspannungsumsetzers (16) auf den Stromanstieg der ersten überstromwelle ausgelegt ist. 2. überlastüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertglieder aus einem Langzeitbegrenzungskreis (18), einem Kurzzeitbegrenzungskreis (20) und einem Sofortkreis bestehen und das Zeitglied (28) mit dem Anlaufen des Kurzzeitbegrenzungskreises (20) anläuft. 3. ttberlastüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die das Messniveau ändernde Vorrichtung aus einer die innere Impedanz des Stromspannungsumsetzers (16) umschaltenden Vorrichtung besteht.

Inventors: KOHANAWA, AKIHIKO, DIPL.-ING., TAKASAKI, YASUO, DIPL.-ING., TANAKA, JUNZOH, DIPL.-ING.
Applicants: FUJI ELECTRIC CO. LTD.
Application year: 1980
Main classification: H02H3
IPC codes: H02H3, H02H1