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Differentialschutzeinrichtung mit geknickter Relais-Ansprechkennlinie
Zum Differentialschutz elektrischer Anlagenteile, insbesondere von Transformatoren, ist eine An- ordnung bekannt, bei der das Relais über zwei entgegengesetzt gepolte, einander parallel geschaltete
Gleichrichteranordnungen gespeist wird ; die eine der beiden Gleichrichteranordnungen ist wechselstrom- seitig an die Sekundärwicklung eines Wandlers angeschlossen, dessen Primärwicklung im Diagonalzweig einer aus Wandlern bestehenden Brückenschaltung liegt ; in zwei benachbarten Zweigen dieser Brücken- schaltung liegen die Sekundärwicklungen zweier Stromwandler, die primärseitig von dem Eingangs-bzw.
Ausgangsstrom des zu schützenden Anlagen'teiles gespeist werden. In die beiden andern Brückenzweige ist je ein halber. Wicklungsteil eines mit Mittenanzapfung der Primärwicklung versehenen dritten Strom- wandlers eingeschaltet, der sekundärseitig mit den Wechselstromklemmen der andern Gleichrichteran- ordnung des Relais verbunden ist. Auf diese Weise ergibt. sich somit eine Speisung der beiden Gleichrichteranordnungen durch den Summen- und den Differenzstrom der Differentialschutzanordnung. Diese be- kannte Schaltung ist aus Fig. 1 der Zeichnung zu entnehmen, wenn man die zusätzliche Anordnung 9 bis 11 als nicht vorhanden betrachtet. Die Steigung der Ansprechkennlinie des Relais ist durch das gegenseitige Verhältnis dieser beiden Speiseströme festgelegt, was an anderer Stelle der Beschreibung noch näher erläutert wird.
Der Verlauf der Kurve selbst ist beispielsweise aus der Zeichnung zu entnehmen, wo die Ansprechkennlinie durch die Kurve b im Diagramm der Fig. 2 dargestellt ist ; der Summenstrom ist in diesem Diagramm mit iD bezeichnet, der Differenzstrom dagegen mit id.
Mit Rücksicht auf Wandlersättigung ist im allgemeinen eine steile Ansprechkennlinie erwünscht ; dieses hat jedoch den Nachteil, dass schon innerhalb des Nennstrombereiches ein sehr grosser Fehlerstrom notwendig ist, um ein Ansprechen des Schutzrelais zu bewirken.
Diese Nachteile werden bei einer andern bekannten Anordnung vermieden, die im Prinzip ebenso aufgebaut ist wie die oben beschriebene Anordnung, wobei jedoch der vom Wandlersummenstrom gespeisten Gleichrichteranordnung ein ohmscher Shunt zugeordnet ist und in Reihe mit ihr ein Widerstand und ein Sperrventil in den Gleichstromkreis eingeschaltet sind ; der Widerstand wird von einer zusätzlichen Gleichstromquelle - im allgemeinen der Stationsbatterie - so gespeist, dass die an ihm abfallende Gleichspannung entgegen der Gleichspannung der Gleichrichteranordnung gepolt ist. Als Sperrventil wird ein Gleichrichter verwendet, der so gepolt ist, dass er für den von der Gleichrichteranordnung eingespeisten Strom in Durchlassrichtung liegt, eine Einspeisung der zusätzlichen Spannungsquelle in den Gleichstromkreis dagegen verhindert.
Die zusätzliche Spannungsquelle ist so dimensioniert, dass die am Widerstand abfallende Spannung für Summenströme innerhalb des Nennstrombereiches grösser ist als die am Shunt der Gleichrichteranordnung liegende Spannung. Infolgedessen ist wegen der negativen Vorspannung des Gleichrichters dieser zunächst gesperrt, so dass von der Gleichrichteranordnung aus kein Strom durch das Relais fliessen kann ; sobald die Vorspannung positiv und die Schleusenspannung des Gleichrichters überschritten wird, öffnet das Ventil, so dass ein Strom über das Relais fliesst. Man erhält auf diese Weise eine geknickte Relais-Ansprechkennlinie, wie sie beispielsweise in Fig. 2 der Zeichnung durch die Kurve c dargestellt ist.
Es ist ein grosser Nachteil der Schaltung, dass eine Gleichspannungsquelle - meist die normale Sta- tionsbatterie-mit den Messkreisen des Relais zusammengeschaltet werden muss. Die Verkopplung der Messkreise mit den allgemeinen Betätigungskreisen einer Anlage kann nämlich bei Isolationsfehlern, De- fektwerden eines Gleichrichters, insbesondere des Sperrgleichrichters, im Durchgangsstromkreis zu sehr
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unerwünschten Konsequenzen führen. Abgesehen davon werden die Ansprechwerte des Relais durch Zusammenschaltung mit der Hilfsstromquelle von der zeitlich schwankenden Höhe der Batteriespannung unerwünscht beeinflusst. In der Praxis bevorzugt man deshalb Mess- bzw. Relaisanordnungen, bei denen eine solche Verkopplung vermieden wird.
Gemäss der Erfindung erzielt man die oben erwähnte geknickte Relais-Ansprechkennlinie auf eine andere Weise, wobei die Nachteile der bekannten Anordnung vermieden werden. Es wird vorgeschlagen, der aus dem Differenzstromkreis der Schutzanordnung gespeisten Gleichrichteranordnung eine weitere Gleichrichteranordnung gleicher Polarität parallelzuschalten die über einen als Sättigungswandler ausgebildeten Zwischenwandler vom Sekundärstrom des Summenstromwandlers gespeist wird.
Ein einphasig dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung ist in Fig. 1 und die zugehörige Kennlinie des Relais in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Zum Differentialschutz des Umspanners 1 sind die ober-und unterspannungsseitig angeordneten Stromwandler 2 und 3 sekundärseitig in der allgemein bekannten Brückenschaltung miteinander verbunden. In der Diagonale liegt ein Zwischenwandler 4, der der Gleichrichteranordnung 5 den Differenzstrom id zuführt. Die Gleichrichteranordnung 5 ist so gepolt, dass der von ihr gelieferte Gleichstrom den nicht dargestellten Kontakt des gepolten Relais 6 zum Schliessen bringt.
Der Zwischenwandler 7 führt der Gleichrichteranordnung 8 entsprechend seinem Übersetzungsverhältnis den Strom iD. 2k + id. k zu, wobei'D der"durchfliessende"Strom und k eine Konstante ist, in der das Übersetzungsverhältnis des Wandlers 7 berücksichtigt ist. Die Gleichrichteranordnung 8 ist entgegen der Gleichrichteranordnung 5 gepolt.
Betrachtet man zunächst die soweit bekannte Anordnung für sich und lässt den erfindungsgemäss weiterhin vorgesehenen Zwischenwandler 9 und die Gleichrichteranordnung 10 unberücksichtigt, so wird das Relais 6 von einem Strom entsprechend der Differenz der von den Gleichrichteranordnungen 5 und 8 gelieferten Ströme erregt, und es herrscht Gleichgewicht, wenn id D-2k+id. k ist. wobei die mechanische Gegenkraft der Einstellfeder des Relais zunächst vernachlässigt ist. Nimmt man Gleichphasigkeit von id und iD an, so ist algebraische Addition möglich, und es ergibt sich Gleichgewicht für ein Verhältnis i=p=2k/ (l-k) Diese Gleichung, die die Ansprechkennlinie der Relaisanordnung festlegt, ist in Fig. 2 dargestellt u. zw, als die durch den Ursprung gehende Gerade a mit der Neigung p.
Berücksichtigt man nun auch noch die mechanische Federvorspannung, so ergibt sich die parallel verschobene Ansprechgerade b, die auf der Ordinate den kleinstmöglichen Ansprechstrom ido bei iD = 0 abschneidet.
Erwünscht ist nun aber weder die Ansprechkennlinie a noch b, sondern eine geknickte Kennlinie c, die bis zu einem gewissen Wert von in. parallel zur Abszisse oder wenigstens nur mit geringer Steigung (gestrichelt) verläuft und erst dann in die eigentliche Steilheit p übergeht. Um eine solche Kennlinie ohne Zuhilfenahme der Batteriespannung oder einer sonstigen dem Messkreis fremden Grösse zu erzielen, ist gemäss der vorliegenden Erfindung noch der Zwischenwandler 9 und die wie 5 gepolte Gleichrichteranordnung 10 vorgesehen, die demRelais 6 nochmals den gleichen Strom wie die Gleichrichteranordnung 8 zuführt, nur in umgekehrter Richtung. Damit ist der "haltende" Einfluss der Gleichrichteranordnung 8 zunächst kompensiert, und der Ansprechstrom der Relaisanordnung wäre unabhängig von iD konstant und gleich in. rie im ersten Teil der Kennlinie c dargestellt ist.
Der Wandler 9 ist so dimensioniert, dass er bei einem bestimmtenPrimärstrom gesättigt ist ; wird dieser Strom überschritten, so fällt infolgedessen der kompensierende Einfluss der Gleichrichteranordnung 10 fort, und es ergibt sich nun für den weiteren Verlauf der Kennlinie die gewünschte Steilheit p und damit der in Fig. 2 dargestellte geknickte Linienzug c.
Durch einen Widerstand 11 im Sekundärkreis des Wandlers 9 kann man den Kennlinienpunkt, an dem die Sättigung und damit der Knick einsetzt, wenn erwünscht, einstellbar machen.
Da je nach verwendeter Blechsorte die Sättigung sich mehr oder weniger plötzlich einstellt, kann man dem ersten Teil der Kennlinie auch bereits einen kleinen Anstieg geben. Je nach den Erfordernissen kann man den Kern des Wandlers 9 also gemäss der weiteren Erfindung z. B. aus normalem Wandlerblech, aus Mu-Metall oder auch als Mischkern ausführen. Wenn man für den Anfangsteil der Kennlinie schon eine grössere Steigung haben will als sie durch das natürliche Einsetzen der Sättigung im Wandler 9 erzielbar ist, so kann man dieses gemäss der weiteren Erfindung dadurch erreichen, dass man die Übersetzung des Zwischenwandlers 9 verschieden von 1 macht.
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Die Anwendung der Erfindung ist sinngemäss natürlich auch in dreipoliger Differentialschutzschaltung möglich u. zw. unabhängig davon, ob man für alle drei Phasenleiter zusammen ein gemeinsames Gleichstrom-Relais vorsieht oder ob zwei oder drei Leiter je ein eigenes Relais erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Differentialschutzeinrichtung, bei der das Relais über zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichteranordnungen vom Differenz- und Summenstrom (Durchgangsstrom) der Anordnung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Differenzstrom gespeisten Gleichrichteranordnung (5) eine weitere Gleichrichteranordnung (10) gleicher Polarität parallelgeschaltet ist, die über einen als Sättigungswandler ausgebildeten Zwischenwandler (9) vom Sekundärstrom des Summenstromwandlers (7) gespeist wird.