Differentialschutzeinrichtung. Es ist bekannt, elektrische Maschinen, Apparate und Leitungen gegen innere Feh ler mit Hilfe eines Differentialschutzes zu schützen. Dieser beruht auf dem Vergleich des Stromes (der Ströme), der in den Schütz ling hineinfliesst, mit dem Strom (den Strömen), der aus dem Schützling heraus fliesst. Im fehlerfreien Betrieb stehen diese Ströme in einem bestimmten gleichbleibenden Verhältnis, beispielsweise sind sie bei einem Generator gleich gross. Diese Ströme werden mit Hilfe von Stromwandlern überwacht. Tritt ein Fehler in dem Schützling auf, so ändert sich das Verhältnis der Ströme, und es fliesst über das Relais ein Strom.
Bei die sen bekannten Differentialschutzeinrichtun- gen tritt jedoch der Übelstand auf, dass das Relais auch ansprechen kann, wenn ein Feh ler ausserhalb des Schutzbereiches der Diffe- rentialschutzeinrichtung liegt. Dieses fehler hafte Ansprechen kann bei einem Regeltrans formator seine Ursache darin haben, dass die Wandler des Differentialschutzes bei Ände rung des Übersetzungsverhältnisses des Regel transformators nicht auch in ihrem Über setzungsverhältnis entsprechend geändert werden, sondern, wie es allgemein üblich ist, auf ein mittleres Übersetzungsverhältnis fest eingestellt bleiben.
Man kann zwar das Dif ferentialrelais so einstellen, dass der im gesunden Betrieb über das Relais fliessende Differenzstrom dieses nicht zum Ansprechen bringt. Tritt aber ein aussenliegender Kurz- schluss auf, so kann der Strom so gross wer den, dass das Relais anspricht.
Eine weitere wesentliche Ursache für das fehlerhafte Ansprechen liegt in der Ungleich heit der Wandlercharakteristiken. Würden die Wandler bei allen Strömen linear über setzen oder würden sie bei Abweichung von dieser linearen Übersetzung immer die gleiche Charakteristik aufweisen, .so würde im fehlerfreien Zustand des Sehützlings kein Differenzstrom auftreten. In der Praxis er geben sich aber, wenn die Wandler in das Sät tigungsgebiet kommen, Unterschiede in der Übersetzung, bedingt bei gleichen Wandlern durch Unterschiede in der Bürde oder bei gleicher Bürde dadurch, dass die Wandler bei verschieden hohen Strömen gesättigt werden.
Hierdurch können bei grossen Kurzschluss strömen, die durch einen Fehler ausserhalb des Schützlings hervorgerufen werden, grosse Differenzströme auftreten, die das Relais zum Ansprechen bringen.
Um diesen Übelstand zu vermeiden, ist es bekannt, ein sogenanntes Prozentsatzrelais zu verwenden, das heisst ein Relais, bei welchem der Differenzstrom im auslösenden Sinne, der Durchgangsstrom dagegen im sperrenden Sinne einwirkt. Dadurch erhält der Schutz eine Ansprechkennlinie (Differenzstrom, bei welchem das Relais anspricht, in Abhängig keit vom Durchgangsstrom), bei welcher die Höhe des zum Ansprechen des Relais erfor derlichen Differenzstromes mit wachsendem Durchgangsstrom zunimmt, also die Emp findlichkeit der Differentialschutzeinrich- tung abnimmt.
Zur Vermeidung des fehler haften Ansprechens des Differentialschutzes bei Regeltransformatoren lässt sich dieses Prozentsatzrelais gut verwenden. Dagegen muss man, um die Verschiedenheit der Wandlercharakteristiken auf das Anspre chen des Relais zu vermeiden, die Ansprech- kennlinie des Schutzes sehr steil legen, wo durch die Empfindlichkeit des Schutzes bei innern Fehlern leidet.
Gegenstand der Erfindung ist eine Differentialschutzeinrichtung, welche diese Schwierigkeit vermeidet. Gemäss der Erfin dung werden der Differenzstrom und der Durchgangsstrom gleichgerichtet und im entgegengesetzten Sinne auf das Relais zur Einwirkung gebracht, und es wird eine Gleichstromquelle vorgesehen, welche dem Fliessen des Durchgangsstromes über das Relais entgegenwirkt. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise in die Verbindungslei tung zwischen der Gleichrichteranordnung, welche den Durchgangsstrom gleichrichtet, und dem Relais eine Spannung einfügen,
die dem Fliessen des gleichgerichteten Durch gangsstromes über das Relais entgegenwirkt, und in Reihe mit dieser Spannung ein Ventil einschalten, welches verhindert, dass ein von dieser Spannung herrührender Strom sich über das Relais schliesst. Man kann auch beispielsweise von der Hilfsspan nungsquelle einen Hilfsstrom über die Gleichrichter, welche den Durchgangsstrom gleichrichten, führen. Man erreicht dadurch, dass vom Durchgangsstrom Null bis zu einem bestimmten Wert des Durchgangsstromes die Ansprechempfindlichkeit des Schutzes kon stant bleibt, dass aber von einer bestimmten Höhe des Durchgangsstromes ab die Emp findlichkeit des Schutzes abnimmt.
Man wird die Bemessung zweckmässig so treffen, dass erst bei einem Durchgangsstrom, der gleich s dem ein- bis zweifachen Nennstrom ist, der a-leichgerichtete Summenstrom Einfluss auf die Empfindlichkeit des Schutzes gewinnt. Die Bemessung hängt dabei davon ab, wel- eher Durchgangsstrom bei Auftreten eines Fehlers im Schützling noch zu erwarten ist. Die Ansprechkennlinie bleibt also beispiels weise bis zu einem Durchgangsstrom, der gleich dem 1,5fachen des, Nennstromes ist, konstant und steigt dann an.
Dadurch kann ein fehlerhaftes Ansprechen des Relais, her vorgerufen durch Wandlerfehler, verhindert werden, ohne dass die Empfindlichkeit des Schutzes bei innern Fehlern herabgesetzt zu werden braucht.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungs beispiele der Erfindung für eine dreiphasige Anlage dargestellt.
In der Fig.1 ist mit 1 der Schützling, zum Beispiel ein Regeltransformator, be zeichnet. Die drei Stromwandler auf der Eingangsseite tragen das Bezugszeichen 2, die drei Stromwandler auf der Ausgangsseite das Bezugszeichen 3. Die Sekundärseiten der beiden Stromwandlergruppen sind hinter einander geschaltet. Der Unterschied der Ströme in den Wandlern 2 und 3, also der Differenzstrom bzw. Fehlerstrom, wird durch die Wandlergruppe 1 erfasst. Die Ströme der Wandler .I werden über eine Gleichrichteranordnung 7 gleichgerichtet.
Es sind vier Gruppen von Gleichrichtern vorge sehen, um nicht nur die Phasenströme, son dern um auch einen etwa auftretenden Null strom gleichzurichten. Parallel zur Gleich stromseite der Gleichrichteranordnung 7 liegt die Spule 9 eines Relais, zum Beispiel die Spule eines Drehspulenrelais. Es ist ferner eine Gleichrichteranordnung 8 vor gesehen, welche vom Durchgangsstrom ge speist wird. Der von der Gleichrichteran ordnung 8 gelieferte Strom wirkt auf die Relaisspule 9 im entgegengesetzten Sinne ein wie der von der Gleichrichtergruppe 7 ge lieferte Strom.
Im Ausführungsbeispiel sind zier Bildung des Durchgangsstromes zwei Stromwandlergruppen 5 und 6 vorgesehen. Die Sekundärseiten der Wandler sind in jeder Phase parallel geschaltet. Es wird hier bei also der Durchgangsstrom nicht durch eine einzige ZVandlergruppe erfasst, sondern die Summe aus den ein- und austretenden Strömen gebildet, was vorteilhaft ist, wenn. die Wandlergruppen 2 und 3 sich in ihrer Charakteristik stark unterscheiden.
Wie bereits erwähnt, wird der Durchgangsstrom bzw. die Summe der Ein- und Ausgangs ströme durch die Gleichrichtergruppe 8 gleichgerichtet und wirkt im entgegengesetz ten Sinne wie der Strom der Gleichrichter gruppe 7 auf die Relaisspule 9 ein. In der Verbindungsleitung zwischen der Gleieh- richteranordnung 8 und der Relaisspule 9 liegt ein Widerstand 11, über welchen eine nur durch ein Plus- und Minuszeichen dar gestellte Gleiehspannungsquelle über einen Widerstand 14 einen Hilfsstrom sendet und dadurch an dem Widerstand 11 eine Gleich spannung erzeugt, die dem Fliessen des gleichgerichteten Durchgangsstromes über d:
e Relaisspule 9 bzw. die Wandlergruppe 7 entgegenwirkt. In Reihe mit dieser Gegen spannung bzw. dem Widerstand 11 liegt ein Ventil 12, das so geschaltet ist, dass die Span nung an dem Widerstand 11 keinen Strom über die Relaisspule 9 treiben kann. Parallel zu der Gleichstromseite der Gleichrichteran- ordnung 8 liegt ein 'Widerstand 10, an dessen Stelle auch Parallelwiderstände auf der \Veehselstromseite der Gleiehrichteranord- nung 8 vorgesehen sein können.
Solange die vom Durchgangsstrom am -Widerstand 10 hervorgerufene Spannung kleiner ist als die Summe aus der Spannung am Widerstand 11 und der Spannung in der Wicklung 9, übt der Durchgangsstrom keinen Einfluss auf die Grösse des zum Ansprechen des Relais erfor derlichen Differenzstromes aus. Der zum An sprechen des Relais erforderliche Differenz strom bleibt also bis zu diesemWert konstant.
Übersteigt aber die Spannung an dem Wider stand 10 die Summe der Spannungen an dem Widerstand 11 und der Wicklung 9, so be wirkt der Durchgangsstrom eine Verringe rung der Ansprechempfindlichkeit des Schutzes, das heisst eine Erhöhung des zum Ansprechen erforderlichen Differenzstromes, so dass von diesem Wert ab die Ansprech- kennlinie des Schutzes ansteigt (Knickpunkt in der Kennlinie). Der Einfluss des Durch- gangsstromes ist dabei von der Grösse der Widerstände 10 und 11 und von der Grösse des Durehlasswiderstandes des Ventils 12, zum Beispiel eines Trockengleichrichters, ab hängig.
Wie bereits erwähnt, wird man die Gegenspannung am Widerstand 11 so wählen, dass der Knick in der Kennlinie bei einem Durchgangsstrom, der ungefähr gleich dem 1,5-fachen Nennstrom ist, liegt, also von hier ab der zum Ansprechen erforderliche Differenzstrom ansteigt. Die Neigung der An sprechkennlinie rechts vom Knickpunkt kann durch Änderung der Grösse der Widerstände 10 oder 11 bzw. des Widerstandes des Ventils 12 geändert werden.
Um bei Regeltransformatoren zu erreichen, dass auch in dem Bereich unterhalb des 1,5 fachen Nennstromes die Ansprechkennlinie etwas, wenn auch weniger steil als von einem Durchgangsstrom gleich dem 1,5-fachen Nenn strom ab, ansteigt, ist im Ausführungsbeispiel noch ein Widerstand 13 vorgesehen, der par allel zu der Reihenschaltung aus dem Wider stand 11 und dem Ventil 12 geschaltet ist.
In der Fig. 2 ist die Grösse des zum An sprechen erforderlichen Differenzstromes bzw. Fehlstromes Ja in Abhängigkeit vom Durchgangsstrom JL aufgetragen. Man sieht, dass der Strom Ja zunächst mit wachsendem Durchgangsstrom konstant bleibt, um dann bei einem Durchgangsstrom gleich dem 1,5- fachen Nennstrom steil anzusteigen, wobei man, wie erwähnt, die Steilheit der Kenn linie durch Wahl der Grössen der Wider stände einstellen kann.
Ist noch der Wider stand 13 vorhanden, so erreicht man eine Charakteristik, die in Fig.2 gestrichelt ein gezeichnet ist, bei welcher der Strom Ja unter halb des 1,5-fachen Nennstromes ebenfalls an steigt und sich die Steilheit ändert, wenn der Durchgangsstrom gleich dem 1,5-fachen Nenn strom ist.
Wie bereits erwähnt, kann man auch an Stelle einer Hilfsspannung einen Hilfsstrom einführen, und zwar über die Gleichrichter anordnung B. Solange der gleichgerichtete Durchgangsstrom kleiner als dieser Hilfs- Strom ist, bleibt er ohne Einfluss auf die An sprecheharakteristik erst wenn der Durch gangsstrom den Hilfsstrom überwiegt, wird der zurr Ansprechen des Relais erforderliche Differenzstrom grösser. Es ist dabei zweck mässig, die Gleichstromklemmen der Gleich richteranordnung 8 durch einen Widerstand zu überbrücken und an eine Anzapfung dieses Widerstandes die Relaisspule anzu schliessen, da durch Veränderung der An zapfung die Neigung der Ansprechkennlinie eingestellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig. 3, und zwar ist hierbei nur die Schaltung auf der Gleichstromseite dargestellt. Bei der Anordnung nach Fig.3 ist die durch ein Plus- und ein Minuszeichen dargestellte Gleichstromquelle über einen Widerstand 15 (der Widerstand 16 ist zunächst fortzu denken) an die Gleichstromklemmen der Gleichriehteranordnung 8 angeschlossen, die durch einen Widerstand 10 überbrückt wer den. Die Relaisspule 9 ist an eine Anzapfung dieses Widerstandes angeschlossen.
Solange der gleichgerichtete Durchgangsstrom kleiner ist als der Hilfsstrom der Gleichspannungs- quelle, der über den Widerstand 15 fliesst, be- einflusst der Summenstrom die Ansprech- charakteristik nicht.
Erst wenn der Summen " s trom grösser ist als der Hilfsgleichstrom, wird der zum Ansprechen des Relais erforder liche Differenzstrom erhöht, so dass die in Fig. 2 dargestellte Charakteristik erreicht wird. Die Einstellung der Steilheit der Kenn linie rechts vorn Knickpunkt erfolgt hierbei durch Veränderung der Anzapfung am Widerstand 10.
Im Ausführungsbeispiel ist, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1, noch ein Ventil 12 in die Verbindungsleitung zur Relaisspule eingefügt, um zu verhindern, dass von der Gleichspannungsquelle ein Strom über diese Relaisspule fliessen kann. Dieses Ventil könnte in Wegfall kommen, wenn der Durchlasswiderstand der Gleichriehteranord- nung 8 Null wäre.
In den Ausführungsbeispielen ist ein Relais mit nur einer einzigen Spule vorge sehen. Man kann aber auch ein Relais mit zwei Spulen verwenden, die einander ent gegenwirken, von denen die eine von dem gleichgerichteten Differenzstrom durchflossen wird, während die andere über das Ventil in Gier gleichen Weise an die Gleichrichteran- crdnung 8 angeschlossen wird, wie es in den Fig.1 und 3 für die Spule 9 dargestellt ist.
Wird ein Relais mit nur einer Spule ver wendet, so hat die Höhe der beim Ansprechen an der Relaisspule auftretenden Spannung einen Einfluss auf die Lage des Knickpunktes der Kennlinie. Will man daher den Ansprech- wert des Relais einstellbar machen, ohne den Knickpunkt zu verschieben, so muss die An sprechspannung des Relais konstant bleiben.
Zu diesem Zweck wird der Ansprechwert des Relais nicht durch Änderung der Vorspan- nung der Rückzugfeder des Relais eingestellt, sondern durch einen veränderlichen Wider stand 14 zur Relaisspule 9, der in den Fig.1 und 3 dargestellt ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird bei Änderung der Steilheit der Anspr echcharak- teristik .durch Veränderung der Anzapfung am Widerstand 10 die Lage des Knickpunktes beeinflusst, wenn ein Relais mit nur einer ein zigen Spule vorgesehen ist.
Um diese Beein flussung zit vermeiden, ist im Ausführungs beispiel ein Widerstand 16 vorgesehen, dessen Grösse so gewählt ist, dass der über diesen fliessende Hilfsstrom der (Tleichspannnngs- quelle an ihm eine Spannung hervorruft, die gleich der Ansprechspannung des Relais ist. Man kann dann durch Änderung der An zapfung die Steilheit der Kennlinie verändern, ohne die Lage des Knickpunktes der An sprechkennlinie zu verschieben.