DE2645465A1 - PROCEDURE AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE APPEARANCE OF MAGNETIC SATURATION IN A TRANSFORMER CORE - Google Patents

PROCEDURE AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE APPEARANCE OF MAGNETIC SATURATION IN A TRANSFORMER CORE

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DE2645465A1
DE2645465A1 DE19762645465 DE2645465A DE2645465A1 DE 2645465 A1 DE2645465 A1 DE 2645465A1 DE 19762645465 DE19762645465 DE 19762645465 DE 2645465 A DE2645465 A DE 2645465A DE 2645465 A1 DE2645465 A1 DE 2645465A1
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Michael Alan Hughes
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General Electric Co
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Description

PatentanwältePatent attorneys

Dr-Ing. Wilhelm MchelDr-Ing. Wilhelm Mchel Di5L-In5. Walfang RachelDi 5 L-In 5 . Whaling Rachel

6 Frankfurt a. M. 16 Frankfurt a. M. 1

Pariutrcröe 13Pariutrcröe 13

The General Electric Company Limited, London "WlA IEH, EnglandThe General Electric Company Limited, London "WlA IEH, England

Verfahren und Anordnung zum Feststellen des Auftretens der magnetischen Sättigung in einem TransformatorkernMethod and arrangement for determining the occurrence of magnetic saturation in a transformer core

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Transformatoren, die einen Magnetkern enthalten.The invention relates to electrical transformers containing a magnetic core.

Wenn ein derartiger Transformator beim Betrieb in das Gebiet der magnetischen Sättigung des Kernes gelangt, leidet die Genauigkeit der Transformation.If such a transformer comes into the area of magnetic saturation of the core during operation, the accuracy suffers the transformation.

Bei einigen Anwendungen hat dies so nachteilige Folgen, daß es wünschenswert ist, festzustellen, wenn der Transformatorkern in das Gebiet der Sättigung gelangt, so daß entsprechende Maßnahmen getroffen werden können, um ein Fehlverhalten der Anordnung infolge der Sättigung zu vermeiden. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung ist ein Schutzsystem für eine Kraftübertragungsleitung, bei dem eine oder mehrere Stromwandler benutzt werden, um den Strom in der Leitung so weit herunter zu transformieren, wie es für die Schutzanordnung erforderlich oder zweckmäßig ist.In some applications this has such detrimental consequences that it is desirable to determine when the transformer core reaches the area of saturation, so that appropriate measures can be taken to prevent a malfunction of the arrangement to avoid as a result of saturation. An example of such an arrangement is a power transmission line protection system that uses one or more current transformers, in order to transform the current in the line down as far as is necessary or appropriate for the protection arrangement.

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Bei derartigen Anordnungen ist der Kern des Stromwandlers besonders der Gefahr ausgesetzt, in das Sättigungsgebiet zu gelangen, da der Fehlerstrom einer Kraftübertragungsleitung sehr hohe Werte annehmen kann und unsymmetrisch zum Nullpunkt liegen kann. Infolge der Sättigung kann das Ansprechen des Schutzsystems auf einen Fehler viel zu langsam sein.In such arrangements, the core of the current transformer is special exposed to the risk of getting into the saturation area, since the fault current of a power transmission line is very can assume high values and can be asymmetrical to the zero point. The protection system may respond as a result of saturation be way too slow for a mistake.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät zum Feststellen der magnetischen Sättigung in einem Transformatorkern anzugeben.The invention is therefore based on the object of a method and a device for determining the magnetic saturation in a transformer core.

Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zum Feststellen des Auftretens der magnetischen Sättigung in einem Transformatorkern durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.According to the invention, the method of determining the occurrence is the magnetic saturation in a transformer core characterized by the features specified in claim 1.

Das Gerät zum Feststellen des Auftretens der magnetischen Sättigung in dem Magnetkern eines Transformators ist gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.The device for determining the occurrence of magnetic saturation in the magnetic core of a transformer is according to FIG of the invention characterized by the features specified in claim 2.

Das im Anspruch 1 im Kennzeichen erwähnte Filter enthält vorzugsweise einen Serienresonanzkreis, der in Reihe mit der Impedanz und der Signalquelle liegt und auf die Frequenz der Signalquelle abgestimmt ist.The filter mentioned in claim 1 in the label preferably contains a series resonant circuit, which is in series with the impedance and the signal source and at the frequency of the Signal source is matched.

Das Gerät enthält vorzugsweise ferner ein weiteres Filter, welches dazu dient, den Stromfluß von der Signalquelle über die Last des Transformators praktisch zu verhindern, ohne Jedoch den Transformatorstrom, der die Last durchsetzt, wesentlich zu behindern. Dieses weitere Filter enthält vorzugsweise eine Induktivität, die in Reihe mit der Last liegt.The device preferably also contains a further filter which serves to control the flow of current from the signal source practically preventing the load on the transformer without, however, significantly increasing the transformer current passing through the load hinder. This further filter preferably contains an inductance which is in series with the load.

Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung gehen aus einem Ausführungsbeispiel hervor, das unter Bezugnahme auf dieFurther features and properties of the invention emerge from an exemplary embodiment which, with reference to FIGS

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Zeichnung im folgenden beschrieben wird: Fig. 1 ist ein Schaltbild des Gerätes undDrawing is described in the following: Fig. 1 is a circuit diagram of the device and

Fig. 2 zeigt Stromverläufe, die beim Betrieb des Gerätes auftreten.Fig. 2 shows current curves that occur during operation of the device appear.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät dient dazu, das Auftreten der magnetischen Sättigung in dem nicht dargestellten Kern eines Stromwandlers 1 festzustellen. Der Stromwandler t ist so angeordnet, daß er den Strom, der in dem Leiter 2 einer Kraftübertragungsleitung liegt, herabtransformiert, wie es für die Verwendung in einer Schutzrelaisanlage der Übertragungsleitung notwendig ist. In Fig. 1 ist die Last 3 dargestellt, die durch das Schutzrelaissystem gebildet wird und an der Sekundärwicklung 4 des Wandlers 1 liegt. Der Leiter 2 bildet die Primärwicklung des Stromwandlers 1.The device shown in Fig. 1 is used to prevent the occurrence of magnetic saturation in the core, not shown of a current transformer 1 to be determined. The current transformer t is arranged so that it the current in the conductor 2 a Power transmission line is stepped down as it is for use in a protective relay system of the transmission line necessary is. In Fig. 1, the load 3 is shown, which is formed by the protective relay system and at the Secondary winding 4 of the converter 1 is located. The conductor 2 forms the primary winding of the current transformer 1.

Das Gerät zur Feststellung der Sättigung enthält eine Signalquelle 5, die ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die hoch ist im Vergleich zu der Frequenz des in dem Leiter 2 fließenden Stromes. Es enthält ferner einen Widerstand 6, eine Induktivität 7 und einen Kondensator 8, die alle in Reihe an der Sekundärwicklung 4 des Wandlers parallel zur Last 3 liegen.· Außerdem ist ein Gerät 9 zur Feststellung des Spannungspegels an den Widerstand 6 angeschlossen und eine Induktivität 10 liegt in Reihe mit der Last 3 an einer solchen Stelle, daß sie außerhalb des geschlossenen Stromkreises zwischen der Signalquelle 5 und der Wicklung 4 liegt.The device for determining the saturation contains a signal source 5, which generates a signal at a frequency that is high compared to the frequency of that in conductor 2 flowing stream. It also includes a resistor 6, an inductor 7 and a capacitor 8, all connected in series of the secondary winding 4 of the converter are parallel to the load 3. There is also a device 9 for determining the voltage level connected to the resistor 6 and an inductance 10 is in series with the load 3 at such a point that it lies outside the closed circuit between the signal source 5 and the winding 4.

Der Kondensator 8 und die Induktivität 7 bilden zusammen einen Reihenresonanzkreis, der auf die Frequenz der Signalquelle abgestimmt ist. Der Wert der Induktivität 10 ist so bemessen, daß sie eine hohe Impedanz bei der Frequenz der SignalquelleThe capacitor 8 and the inductance 7 together form a series resonance circuit, which is based on the frequency of the signal source is matched. The value of the inductance 10 is dimensioned so that it has a high impedance at the frequency of the signal source

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jedoch eine vernachlässigbare Impedanz bei der Frequenz des in dem Leiter 2 fließenden Stromes ist, d.h. bei der Transformationsfrequenz des Stromwandlers 1.however, there is negligible impedance at the frequency of the current flowing in the conductor 2, i.e. at the transformation frequency of the current transformer 1.

Beim Betrieb bildet die Induktivität 10 einen hohen Widerstand gegenüber dem Strom durch die Last 3, der von der Signalquelle 5 herrührt, während sie den Transformatorstrom aus der Wicklung 4 über die Last 3 nicht nennenswert behindert. In ähnlicher Weise bildet der Resonanzkreis 7, 8 einen hohen Widerstand für den Transformatorstrom im Kreis des Widerstandes 6 und der Signalquelle 5, während der Strom der Signalquelle 5 über den Widerstand 6 und die Wicklung 4 bzw. der Transformator strom über die Last 3 praktisch ungehindert fließen können.In operation, the inductor 10 forms a high resistance to the current through the load 3 from the signal source 5, while it does not significantly impede the transformer current from the winding 4 via the load 3. In a similar way Way forms the resonance circuit 7, 8 a high resistance for the transformer current in the circuit of the resistor 6 and the Signal source 5, while the current of the signal source 5 through the resistor 6 and the winding 4 or the transformer current can flow practically unhindered over the load 3.

Wenn der Trsnsformatorkern nicht gesättigt ist, ist die Impedanz der Wicklung 4 bei der Frequenz der Signalquelle 5 groß, z.B. 20 000 0hm, so daß der von der Signalquelle 5 zur Wicklung 4 über den Widerstand 6 fließende Strom und daher auch die Spannung an dem Widerstand 6 niedrig sind. Wenn der Kern des Stromwandlers in das Sättigungsgebiet kommt, nimmt die Impedanz der Wicklung bei der Frequenz der Signalquelle 5 stark ab und bewirkt, daß die Spannung an dem Widerstand 6 auf einen hohen Wert zunimmt. Das Gerät 9, welches den Spannungspegel feststellt, ist so ausgebildet, daß es anzeigt, wenn die Spannung an dem Widerstand 6 über den höchsten Wert sich erhebt, den die Spannung haben kann, wenn der Kern nicht gesättigt ist. Wenn der Sättigungsfall eintritt und festgestellt wird, wird diese Feststellung dem Schutzrelaissystem mitgeteilt, so daß entsprechende Maßnahmen getroffen werden können. Das Schutzrelaissystem kann z.B. so angeordnet sein, daß eine Messung nur während der Zeiten stattfinden kann, wenn der Transformatorkern ungesättigt ist.When the transformer core is not saturated, the impedance is of the winding 4 at the frequency of the signal source 5 is large, e.g. 20,000 ohms, so that the signal from the signal source 5 to the winding 4 Current flowing through resistor 6 and therefore also the voltage across resistor 6 are low. When the core of the Current transformer comes into the saturation area, the impedance of the winding decreases sharply at the frequency of the signal source 5 and causes the voltage across the resistor 6 to increase to a high value. The device 9, which determines the voltage level, is designed so that it indicates when the voltage across the resistor 6 rises above the highest value that the voltage can have if the core is not saturated. If the saturation case occurs and is determined, this determination becomes communicated to the protection relay system, so that appropriate Measures can be taken. The protective relay system can be arranged, for example, so that a measurement is only taken during the times can take place when the transformer core is unsaturated.

Fig. 2 zeigt typische Stromverläufe, die beim Betrieb des Gerätes auftreten. Fig. 2a) zeigt den Verlauf des Primär-Fig. 2 shows typical current profiles that occur when the Device occur. Fig. 2a) shows the course of the primary

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stroms des Stromwandlers, wenn eine vorübergehende Störung abklingt. Fig. 2b) zeigt den Stromverlauf des zugehörigen Sekundärstroms, wobei das Auftreten der Kernsättigung durch diejenigen Teile des Sekundärstromes zum Ausdruck kommt, die sich in ihrer Verlaufsform von den entsprechenden Teilen des Primär stromes unterscheiden. Fig. 2c) zeigt den Verlauf der Spannung an dem Widerstand 6, -wobei die Amplitude der Spannung in den Zeitabschnitten wesentlich zunimmt, wenn der Transformatorkern gesättigt ist.current of the CT when there is a temporary fault subsides. Fig. 2b) shows the current profile of the associated secondary current, with the occurrence of core saturation through those parts of the secondary current are expressed which differ in their shape from the corresponding parts of the primary current. Fig. 2c) shows the course of the Voltage across the resistor 6, -which the amplitude of the voltage increases significantly in the time segments when the transformer core is saturated.

Wenn der Stromwandler z.B. eine Betriebsfrequenz von 50 Hz aufweist, kann die Signalquelle eine Frequenz von 5 kHz haben.For example, if the current transformer has an operating frequency of 50 Hz, the signal source can have a frequency of 5 kHz to have.

Das Verfahren und das Gerät gemäß der Erfindung haben folgende Vorteile:The method and apparatus according to the invention have the following Advantages:

Die Feststellung der Sättigung geschieht sehr rasch in Abhängigkeit von dem Auftreten der Sättigung.The determination of the saturation happens very quickly in dependence from the occurrence of saturation.

Die Feststellung der Sättigung erfolgt nicht durch Messung an Schwingungen der Betriebsfrequenz des Transformators und ist daher unabhängig von vorübergehenden Stör spannungen dieser Schwingungen.The determination of the saturation is not carried out by measuring the oscillations of the operating frequency of the transformer and is therefore independent of temporary interference voltages of these vibrations.

Da die Sättigung jederzeit festgestellt wird, während sie auftritt, ist es nicht notwendig, die Meßergebnisse zu speichern.Since saturation is detected anytime while it is occurring, it is not necessary to take the measurement results to save.

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Claims (1)

PatentansprücheClaims Verfahren zum Feststellen des Auftretens der magnetischen Sättigung im Magnetkern eines elektrischen Transformators,Method for determining the occurrence of magnetic saturation in the magnetic core of an electrical Transformer, dadurch gekennzeichnet, daß einer Wicklung des Transformators ein Signal von im Vergleich zur Betriebsfrequenz des Transformators relativ hoher Frequenz zugeführt wird und daß das Auftreten einer Verminderung der Impedanz der Wicklung gegenüber diesem Signal festgestellt wird.characterized in that one winding of the transformer has a signal of relatively high frequency compared to the operating frequency of the transformer and that the occurrence of a decrease in the impedance of the winding relative to that signal is detected will. Gerät zum Feststellen des Auftretens der magnetischen Sättigung in dem Kern eines elektrischen Transfor- mators zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalquelle (5) und eine Impedanz (6) in Reihe an einer Wicklung (4) des Transformators (1) liegt, daß die Signalquelle eine im Vergleich mit der Betriebsfrequenz des Transformators hohe Frequenz aufweist, daß ein Filter (7, 8) vorgesehen ist, welches verhindert, daß der Transformatorstrom über die Impedanz fließt, ohne jedoch den Strom des Transformators über eine Last (3) wesentlich zu behindern, die an der Wicklung des Transformators liegt, oder den Strom aus der Signalquelle über die Impedanz und die Wicklung wesentlich zu behindern, und daß Einrichtungen (9) zur Feststellung einer Zunahme der Spannung an der Impedanz über den höchsten Spannungspegel hinaus vorgesehen sind, den dieDevice for determining the occurrence of magnetic saturation in the core of an electrical transformer for carrying out the method according to claim 1, characterized in that that a signal source (5) and an impedance (6) in series on a winding (4) of the transformer (1) is that the signal source has a high compared to the operating frequency of the transformer Frequency has that a filter (7, 8) is provided which prevents the transformer current flows via the impedance without significantly hindering the current of the transformer via a load (3), which is connected to the winding of the transformer, or the current from the signal source via the Impedance and the winding to hinder significantly, and that means (9) for detecting a Increase in voltage at the impedance beyond the highest voltage level provided by the 709816/083S709816 / 083S Spannung haben kann, wenn der Transformatorkern ungesättigt ist.Voltage when the transformer core is unsaturated. 3. Gerät nach Anspruch 2 ,3. Device according to claim 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Reihenresonanzkreis aufweist, der in Reihe mit der Impedanz und der Signalquelle liegt und auf die Frequenz der Signalquelle abgestimmt ist.characterized in that the filter has a series resonance circuit, which is in series with the impedance and the signal source and tuned to the frequency of the signal source is. 4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Filter (10) vorgesehen ist, welches dazu dient, den Stromfluß aus der Signalquelle über die Last des Transformators zu verhindern, ohne jedoch den Strom des Transformators über die Last nennenswert zu beeinträchtigen.4. Apparatus according to claim 2 or 3 »characterized in that a further filter (10) is provided, which serves to prevent the flow of current from the signal source through the load of the transformer without however, significantly affecting the current of the transformer through the load. 5. Gerät nach Anspruch 4,5. Apparatus according to claim 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Filter eine Induktivität aufweist, die in Reihe mit der Last liegt.characterized in that the further filter has an inductance, which is in series with the load. 6. Gerät nach Anspruch 5f 6. Apparatus according to claim 5 f dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Transformator ein Stromwandler ist.that the transformer is a current transformer. 7. Gerät nach Anspruch 6,7. Apparatus according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator so geschaltet ist, daß er den Strom in einer Kraftübertragungsleitung herabtransformiert, so daß er in einer Schutzschaltung für die Übertragungsleitung verwendbar ist.characterized in that the transformer is connected to the Current in a power transmission line stepped down so that it is in a protection circuit for the Transmission line is usable. Re/Pi.Re / Pi. 709816/Q836709816 / Q836
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