CH387149A - Arrangement with differential relays to protect alternating current electrical machines, devices and lines against internal faults - Google Patents

Arrangement with differential relays to protect alternating current electrical machines, devices and lines against internal faults

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CH387149A
CH387149A CH1116560A CH1116560A CH387149A CH 387149 A CH387149 A CH 387149A CH 1116560 A CH1116560 A CH 1116560A CH 1116560 A CH1116560 A CH 1116560A CH 387149 A CH387149 A CH 387149A
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CH
Switzerland
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dependent
arrangement according
voltage
arrangement
resistor
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Application number
CH1116560A
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German (de)
Inventor
K Sonnemann William
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of CH387149A publication Critical patent/CH387149A/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/28Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  

  Anordnung mit     Differentialrelais    zum Schutz elektrischer     Wechselstrom-Maschinen,     -Apparate und -Leitungen gegen     innere        Fehler       Es ist ein Differentialrelais, insbesondere aus ruhen  den Teilen, bekannt, das zum Schutz elektrischer An  lagen oder Apparate gegen innere Fehler dient und  hierzu auf die Differenz zwischen dem den Eingangs  klemmen des Schützlings zugeführten und dem die  Ausgangsklemmen desselben verlassenden Strom an  spricht.  



  Fälschlich kann jedoch eine Erregung der Relais  anordnung durch die Differenzgrösse bei Fehlen eines  inneren Fehlers z. B. dann eintreten, wenn die Erre  gung der Relaisanordnung durch beiderseits des  Schützlings liegende Stromtransformatoren erfolgt, die  eine unterschiedliche Sättigungscharakteristik haben.  Dadurch kann ein unerwünschter Differenzstrom im  Sekundärkreis dieser Transformatoren nämlich auch  bei gleich grossen Primärströmen auftreten. Um eine  unerwünschte Betätigung der Relaisanordnung zu ver  meiden, wird diese noch     inAbhängigkeit    von der Summe  der Eingangs- und Austrittsströme gebracht; es  handelt sich dann um ein Prozentdifferentialschutz  relais.

   Eine weitere Sicherheit gegen eine fehlerhafte  Betätigung der     Differentialschutzrelaisanordnung    kann  durch Anwendung einer Relaisanordnung mit einer  sich erweiternden Charakteristik, wie sie in dem     US-          Patent    Nr. 2240677 beschrieben ist, vermieden werden.  



  Die Anordnung nach der     Erfindung    unterscheidet  sich vom Bekannten dadurch, dass die Summenwerte  und die Differenzwerte für sich gleichgerichtet und aus  diesen Gleichstromwerten eine die Erregergrösse be  stimmende Differenzspannung abgeleitet ist.  



  Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung  ist es möglich gemacht, dass die dritte Differenzgleich  spannung einen bestimmten Mindest- oder Schwellwert  überschreitet, um die     Schutzübertragungsmittel    in  Tätigkeit zu setzen. Hierbei kann zusätzlich vorteilhaft    eine in der oben genannten Patentschrift erwähnte  Charakteristik beim Gegenstand der Erfindung ange  wendet werden. Die Anwendung von Gleichspannun  gen erleichtert die Benutzung von rein ruhenden Mitteln  in der     Differentialschutzrelaisanordnung.     



  Weitere Einzelheiten sind nachfolgend für ein Aus  führungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeich  nung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Relais  schutzanordnung und Figur 2 einen Teil der Einrich  tung nach Figur 1 in abgewandelter Form.  



  An den     Klemmen    des Lastwiderstandes 3 tritt bei  einem inneren Fehler im Schützling 23 eine Gleich  spannung     Eo    auf, die zur Betätigung der nachfolgend  genannten Teile der Anordnung dient. Eine fehlerhafte  Betätigung wird durch eine Gegengleichspannung ER  verhindert, die an den Klemmen des Lastwiderstandes 5  auftritt. Die beiden Spannungen     E,    und ER wirken in  einem Stromkreis mit dem Widerstand 7 gegeneinan  der, so dass der durch den Widerstand 7 fliessende  Strom und die dabei an diesem auftretende Spannung  von der Differenz der Spannungen     Eo    und ER abhängig  ist.  



  Die Auslösung einer zugeordneten Schutzeinrich  tung wird vorzugsweise nur bei Überschreiten eines  Mindest- oder Schwellwertes dieser Differenzspan  nung vorgenommen. Hierzu wird ein     Schwellwert-          glied    9 in den die Widerstände 3, 5 und 7 enthaltenden  Stromkreis eingeschaltet. Dieses     Schwellwertglied    von  bekannter Art ist beispielsweise eine     Zenerdiode,    die  stromdurchlässig wird, wenn die Mindest- oder  Schwellspannung überschritten wird.  



  Die am Widerstand 7 auftretende Spannung dient  zur Betätigung einer Erregerspule     11Teines    Schalters 11  in dem den Schützling enthaltenden Stromkreis. Es  können an sich     Verstärkeranordnungen    beliebiger Art  zwischen Widerstand 7 und Erregerspule 11T geschal-           tet    sein, jedoch wird     vorteilhafterweise    ein aus Tran  sistoren bestehender Verstärker benutzt. Die am  Widerstand 7 auftretende Spannung ist über einen  Widerstand 13 dem     Basis-Emitter-Kreis    eines Transi  stors 15 zugeführt. An Stelle des gezeigten     NPN-          Transistors    kann auch ein     PNP-Transistor    verwendet  werden.

   Zwischen dem Kollektor des Transistors 15  und den oberen Klemmen der Widerstände 3 und 5 ist  ein Ausgangswiderstand 17 angeschlossen. Somit er  scheint bei durchlässigem Zustand des Transistors 15  am Widerstand 17 eine Ausgangsspannung, die über  den Verstärker 19 die Erregerspule 11T speist.  



  Die Wirkungsweise des vorgenannten Teiles der  Anordnung nach Figur 1 ist folgende:  Wenn die Gegenspannung ER die Betätigungs  spannung     Eo    übersteigt, dann     fliesst    durch den Wider  stand 7 ein Strom solcher Richtung, dass der Transistor  15 stromsperrend und somit auch der Schalter 11 ge  schlossen bleibt. Zum Schutze des Transistors dient ein  Gleichrichter 21, der den     Emitter    und die Basis mit  einander verbindet. Bei den angenommenen Span  nungsgrössen     fliesst    der Strom durch den Gleichrichter  21, ohne einen Spannungsabfall im Eingangskreis des  Transistors hervorzurufen.  



  Wenn nun angenommen wird, dass die Betätigungs  spannung     E,    die Gegenspannung ER übersteigt, dann  wird bis zum Erreichender Durchbruchsspannung der       Zenerdiode    9 über den Widerstand 7 kein Strom flie  ssen, so dass der Schalter 11 weiterhin geschlossen bleibt.  Wenn die     Differenz    zwischen der Betätigungsspannung       Eo    und der Gegenspannung ER jedoch gross genug ist,  um die     Zenerdiode    9 in den Durchbruchszustand zu  versetzen, so     fliesst    durch den Widerstand 7 und den  Eingangskreis des Transistors 15 ein Strom.

   Der Tran  sistor wird stromdurchlässig und an dem Widerstand  17 erscheint eine Ausgangsspannung, die über den Ver  stärker 19 den Schalter 11 auslöst und den Schützling  vom Netz trennt.  



  Beispielsweise kann der Schützling ein Drehstrom  generator 23 sein, der die Wicklungen 25, 25B und 25C  enthält. Der Generator solle mit einer Frequenz von  60 Hz arbeiten. Die linken Enden der Wicklungen 25,  25B und 25C sind über von aussen zugängliche Leiter  27, 27B und 27C geerdet und die rechten Enden der  Wicklungen über von aussen zugängliche Leiter 29,  29B und 29C mit dem Schalter 11 in Verbindung ge  bracht. Es wird die Verbindung der Stromtransforma  toren 31 und 33 mit den Leitern 27 und 29 der obersten  Phase betrachtet. Für die übrigen Phasen gilt Ent  sprechendes. Die Sekundärwicklungen der zwei Strom  transformatoren 31 und 33 sind gleichsinnig in Reihe  unmittelbar miteinander verbunden und geerdet und  ferner mit der Primärwicklung eines Gegentransforma  tors 35 verbunden.

   Die Primärwicklung eines Betäti  gungstransformators 37 ist einerseits an eine Mittel  punktsanzapfung der Primärwicklung des Gegen  transformators 35 angeschlossen und anderseits mit  der Erde verbunden.  



  Bei dieser Schaltung     fliesst    ein Strom durch die  Primärwicklung des Gegentransformators 35, der von    der Summe der Ströme abhängig ist, die über den Lei  ter 27 in die Phasenwicklung 25 über den Leiter 27 ein  treten und diese über den Leiter 29 verlassen. Der in der  Primärwicklung des Betätigungstransformators 37  fliessende Strom ist von der Differenz der ein- und aus  tretenden Ströme der Phasenwicklung 25 abhängig.  Folglich bildet der Primärstrom des Betätigungs  transformators 37 den Fehlerstrom im Generator 23  nach.  



  Die Sekundärwicklung des Betätigungstransforma  tors 37 ist mit einem veränderbaren Lastwiderstand 39  beschaltet, an dem eine Wechselspannung auftritt, die  abhängig ist von dem inneren Fehlerstrom der Phasen  wicklung 25. Sie kann den verschiedenen Fehlerstrom  werten durch Verstellen des Widerstandes angepasst  werden. Die am Widerstand 39 auftretende Wechsel  spannung wird durch einen Gleichrichter 41 gleich  gerichtet und diese Gleichspannung erzeugt am Wider  stand 3 die Betätigungsgleichspannung     Ea.    Dem  Gleichrichter 41 können gegebenenfalls Filter bei  geordnet sein, z. B. ein gesonderter Filter 43. Es kann  vorzugsweise ein Filter benutzt sein, der eine geringe  Zeitverzögerung ergibt. Diese Zeitverzögerung ist z. B.

    wünschenswert, um ein ungewolltes Ansprechen der  Relaisanordnung im Falle eines vorübergehend auf  tretenden Gleichstromgliedes bei aussenliegendem Feh  ler - nämlich wenn einer der Transformatoren 31 oder  33 etwas vor den anderen beiden Transformatoren 31  und 35 bzw. 33 und 35 in Sättigung kommt - zu ver  hindern. Der Filter 43 enthält zwei Kondensatoren 45  und 47 beiderseits eines Widerstandes 49.  



  In entsprechender Weise kann die Sekundärwick  lung des Gegentransformators 35 einen veränderbaren  Lastwiderstand 51 zur Erzeugung einer Wechsel  spannung speisen, die abhängig von der Summe der  Ströme in den Leitern 27 und 29 ist. Die am Wider  stand 51 auftretende Spannung wird nach Gleich  richten durch einen Gleichrichter 53 über einen     hand-          betätigbaren    Schalter 60 zum Kurzschliessen einer       Zenerdiode    60Z und über einen     handbetätigbaren     Schalter 55 dem Widerstand 5 zugeführt. Bei Öffnen  des Schalters 60 wird die     Zenerdiode    in den Ausgangs  kreis des Gleichrichters 53 eingeschaltet. Es wird dann  nur der den Schwellwert übersteigende Spannungswert  durchgelassen.  



  Dem Gleichrichter 53 kann ein Kondensator 57 als  Filter zugeordnet sein.  



  Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Figur 1  sei einmal bei einem ausserhalb des Generators 23 und  einmal bei einem innerhalb des Generators 23 auf  tretenden Fehler betrachtet.  



  Bei einem aussenliegenden Fehler an der Stelle     F1,     durch den die oberste Phase rechts vom Schalter 11  Erdverbindung hat,     fliessen    gleich grosse Ströme durch  die Transformatoren 31 und 33 und somit erscheint  eine beträchtliche Gegenwechselspannung am Wider  stand 51. Diese Wechselspannung wird durch den  Gleichrichter 53 gleichgerichtet und anschliessend dem  Widerstand 5 zugeführt.      Durch die Primärwicklung des Betätigungstransfor  mators 37 fliesst dagegen praktisch kein Strom, und es  kann daher über den Gleichrichter 41 dem Widerstand  3 keine Spannung zugeführt werden. Da eine grosse  Gegenspannung ER vorliegt und nur eine geringe oder  den Wert Null aufweisende Betätigungsspannung<B>EG</B>  zu dieser Zeit vorhanden ist, bleibt der Schalter 11  geschlossen.  



  Wenn dagegen an der Stelle     F2-    durch einen Fehler  eine Erdverbindung z. B. der Wicklung 25 innerhalb  des Generators 23 auftritt, dann     tritt    an dem Wider  stand 5 in der     vorbeschriebenen    Weise eine Gegen  spannung ER auf. Jedoch fliessen durch die Primär  wicklungen der Transformatoren 31 und 33 ungleich  grosse Ströme, so dass die Primärwicklung des Betäti  gungstransformators 37 von einem entsprechenden  Differenzstrom durchflossen wird. Dieser Differenz  strom erzeugt eine entsprechende Wechselspannung  am Widerstand 39 und somit eine entsprechende  Gleichspannung     EO    am Widerstand 3.

   Wenn die Be  tätigungsspannung     Eo    die Gegenspannung ER um  einen zum Durchbruch der     Zenerdiode    9 ausreichen  den Wert übersteigt, kann ein entsprechend grosser  Strom solcher Richtung durch den Widerstand 7 flie  ssen, dass der Transistor 15 stromdurchlässig wird und  somit eine Auslösung des Schalters 11 erfolgt.  



  Mit dem Relais nach Figur 1 kann demnach eine  einwandfreie Unterscheidung zwischen äusseren und  inneren Fehlern gemacht werden. Wenn Schutz nur für  die oberste Phase gefordert ist, oder nur eine einpha  sige Anordnung vorliegt, dann ist der beschriebene  Schaltungsaufbau ausreichend. Wenn dagegen, wie in  Figur 1 gezeigt, ein Schutz für alle drei Phasen des  Generators 23 gewünscht ist, dann müssen die übrigen  Teile der dreiphasigen Anordnung in entsprechender  Weise geschützt werden. Die den übrigen Phasen B  und C zugeordneten Schaltungsteile sind im vorliegen  den Fall durch die Buchstaben B und C hinter den Be  zugszeichen gekennzeichnet.  



  Die Gleichrichter 41, 41B und 41C sind parallel  zueinander an den Kondensator 45 angeschlossen, so  dass die Betätigungsspannung     E,    von der grössten  Spannung am Ausgang eines der drei Gleichrichter be  stimmt ist. Entsprechend sind die Gleichrichter 53,  <I>53B</I> und 53C in Parallelschaltung an den Kondensator  57 angeschlossen. Somit hängt die an dem Widerstand  5 auftretende Gegenspannung ER vom grössten Wert  der Ausgangsspannungen der drei Gleichrichter ab.  



  Die     Differentialschutzrelaisanordnung    nach Figur 1  kann vorzugsweise mit einer sich erweiternden     Prozent-          differentialcharakteristik    versehen werden. Hierzu  werden u. a. Betätigungstransformatoren 37, 37B und  37C benutzt, die erst bei grossen Primärströmen in  Sättigung gelangen.  



  Die Schaltung nach der     Erfindung    kann zur Ände  rung der Empfindlichkeit der Relaisanordnung abge  ändert sein. Beispielsweise kann der Schalter 55 beim  Öffnen einen     Varistor    59 mit nichtlinearer Widerstands  kennlinie in Reihe mit dem Widerstand 5 legen. Wenn  die Spannung an der Reihenschaltung der Widerstände    59 und 5     zunimmt,    nimmt der Widerstand des     Varistors     59 ab, so dass ein grösserer Spannungsabfall am Wider  stand 5 erscheint. Dadurch     nimmt    die Gegenspannung  ER im Verhältnis schneller zu als die Spannung am  Kondensator 57, und das Schutzrelais bekommt eine  sich erweiternde Charakteristik.  



  In weiterer Abänderung des Gegenstandes der Er  findung kann der Widerstand 3 ein     Varistor    sein. In  diesem Fall nimmt die Spannung am Widerstand 3 ver  hältnismässig weniger zu als die Spannung am Konden  sator 45, so dass das Relais wiederum eine sich erwei  ternde Charakteristik aufweist.  



  Eine weitere     Möglichkeit    hierzu besteht durch An  ordnung der bereits erwähnten     Zenerdiode    60Z im       Ausgangskreis    jedes Gleichrichters 53, 53B und 53C.  Es wird z. B. beim Öffnen des Schalters 60 die     Zener-          diode    60Z im Ausgangskreis des Gleichrichters 53 ein  geschaltet, der eine Spannung zum Durchbruch der       Zenerdiode    60Z ausreichende Spannung abgeben muss,  wenn die     Rückhaltekraft    aufbringen soll.  



  Die verwendeten Transformatoren haben Eisen  kern. Falls der     Transformatorenkern    35 einen Luft  spalt enthält, kann der Widerstand 51 in Fortfall  kommen.  



  Der in Figur 1 in dem strichpunktiert gezeichneten  Rechteck angeordnete Teil 61 ist in Figur 2 in etwas ab  geänderter Form gezeigt, wobei gleiche Teile wiederum  dieselben Bezugszeichen haben. Die     Zenerdiode    9 nach  Figur 1 kann auch durch einen Widerstand ersetzt  werden, jedoch ist in Figur 2 die     Zenerdiode    9 fort  gefallen. Bei dieser Schaltung wird der Schalter 11 aus  gelöst, sobald die Betätigungsspannung     Eo    die Gegen  spannung ER übersteigt. Es kann aber der Verstärker  19 so betrieben sein, dass er nur bei Überschreiten eines  Mindestwertes der Differenz zwischen den zwei Span  nungen     Eo    und ER den Schalter auslöst.  



  Ein Mindestwert der Differenz zwischen den Span  nungen     Eo    und ER kann auch durch Einführen eines  Gleichrichters 62 in den     Emitterkreis    des Transistors 15  hervorgerufen werden. Der Gleichrichter 62 ist so ge  polt, dass ein Strom über den Widerstand 17 und den  Transistor     fliessen    kann. Die Differenz zwischen den  Spannungen     E,    und ER muss dann den Schwellwert  überschreiten, um einen Strom in Vorwärtsrichtung  durch den Transistor und den Gleichrichter 62 zu  treiben.  



  In Figur 1 sind die Aussenelektroden des Transistors  15 über den Widerstand 17 mit dem Widerstand 3 ver  bunden. In der Schaltung nach Figur 2 ist der Ausgang  des Transistors 15 über den Widerstand 17 an eine  Batterie 63 angeschlossen, die zur Bereitstellung der  Speiseenergie des Verstärkers 19 dienen kann. Wie be  reits erwähnt, wird eine leichte Zeitverzögerung durch  den Filter 43 hervorgerufen. Eine Verzögerung kann  aber auch durch den Anschluss eines Kondensators 65  parallel zum Gleichrichter 21 hervorgerufen werden.  



  Die dargestellten Beispiele stellen jedoch keine Be  schränkung dar, da die Erfindung in mannigfacher  Weise abgeändert werden     kann,    ohne am     Sinn    der Er  findung etwas zu ändern.



  Arrangement with differential relays to protect electrical AC machines, devices and lines against internal errors There is a differential relay, in particular from resting parts, known that was used to protect electrical systems or apparatus against internal errors and this is based on the difference between the the input terminals of the protégé supplied and the output terminals of the same leaving current speaks.



  Incorrectly, however, excitation of the relay arrangement can be caused by the difference in the absence of an internal error z. B. occur when the energization of the relay arrangement occurs through current transformers lying on both sides of the protégé, which have different saturation characteristics. As a result, an undesired differential current can occur in the secondary circuit of these transformers even with the same primary currents. In order to avoid undesired actuation of the relay arrangement, it is made dependent on the sum of the input and output currents; it is then a percentage differential protection relay.

   Further security against erroneous actuation of the differential protection relay arrangement can be avoided by using a relay arrangement with an expanding characteristic, as described in US Pat. No. 2,240,677.



  The arrangement according to the invention differs from the known in that the sum values and the difference values are rectified individually and a differential voltage determining the excitation variable is derived from these direct current values.



  According to a further embodiment of the invention, it is made possible for the third DC differential voltage to exceed a certain minimum or threshold value in order to activate the protective transmission means. In this case, a characteristic mentioned in the above-mentioned patent specification can also advantageously be applied to the subject matter of the invention. The use of DC voltages facilitates the use of purely resting means in the differential protection relay arrangement.



  Further details are explained in more detail below for an exemplary embodiment of the invention with reference to the drawing. It shows Figure 1, a relay protection arrangement and Figure 2 part of the Einrich device according to Figure 1 in a modified form.



  At the terminals of the load resistor 3, in the event of an internal fault in the protégé 23, a direct voltage Eo occurs, which is used to actuate the parts of the arrangement mentioned below. Incorrect actuation is prevented by a counter DC voltage ER that occurs at the terminals of the load resistor 5. The two voltages E, and ER act in a circuit with the resistor 7 against one another, so that the current flowing through the resistor 7 and the voltage occurring at this depends on the difference between the voltages Eo and ER.



  An associated protective device is preferably only triggered when a minimum or threshold value of this differential voltage is exceeded. For this purpose, a threshold value element 9 is switched into the circuit containing the resistors 3, 5 and 7. This threshold value element of known type is, for example, a Zener diode, which becomes current-permeable when the minimum or threshold voltage is exceeded.



  The voltage appearing at the resistor 7 is used to actuate an excitation coil 11T of a switch 11 in the circuit containing the protégé. Amplifier arrangements of any kind can be connected between resistor 7 and excitation coil 11T, but an amplifier consisting of transistors is advantageously used. The voltage occurring at the resistor 7 is fed to the base-emitter circuit of a transistor 15 via a resistor 13. Instead of the NPN transistor shown, a PNP transistor can also be used.

   An output resistor 17 is connected between the collector of transistor 15 and the upper terminals of resistors 3 and 5. Thus, when the transistor 15 is on, it appears at the resistor 17 to have an output voltage which feeds the excitation coil 11T via the amplifier 19.



  The mode of operation of the aforementioned part of the arrangement according to FIG. 1 is as follows: If the counter voltage ER exceeds the actuation voltage Eo, then a current flows through the counter 7 in such a way that the transistor 15 remains current-blocking and thus the switch 11 remains closed. A rectifier 21, which connects the emitter and the base to one another, serves to protect the transistor. With the assumed voltage values, the current flows through the rectifier 21 without causing a voltage drop in the input circuit of the transistor.



  If it is now assumed that the actuation voltage E exceeds the counter voltage ER, then no current will flow through the resistor 7 until the breakdown voltage of the Zener diode 9 is reached, so that the switch 11 remains closed. If the difference between the actuation voltage Eo and the counter voltage ER is large enough to put the Zener diode 9 in the breakdown state, a current flows through the resistor 7 and the input circuit of the transistor 15.

   The Tran sistor is current-permeable and an output voltage appears at the resistor 17, which triggers the switch 11 via the Ver 19 stronger and separates the protégé from the network.



  For example, the protégé can be a three-phase generator 23 which contains the windings 25, 25B and 25C. The generator should work with a frequency of 60 Hz. The left ends of the windings 25, 25B and 25C are grounded via externally accessible conductors 27, 27B and 27C and the right ends of the windings are connected to the switch 11 via externally accessible conductors 29, 29B and 29C. It is considered the connection of the Stromtransforma gates 31 and 33 with the conductors 27 and 29 of the top phase. The same applies to the other phases. The secondary windings of the two current transformers 31 and 33 are directly connected to one another and grounded in the same direction in series and also connected to the primary winding of a counter-transformer 35.

   The primary winding of a Actuate supply transformer 37 is connected on the one hand to a center point tapping of the primary winding of the counter transformer 35 and on the other hand connected to earth.



  In this circuit, a current flows through the primary winding of the counter-transformer 35, which depends on the sum of the currents that enter the phase winding 25 via the conductor 27 via the Lei ter 27 and leave it via the conductor 29. The current flowing in the primary winding of the actuating transformer 37 is dependent on the difference between the currents of the phase winding 25 entering and exiting. Consequently, the primary current of the actuating transformer 37 simulates the fault current in the generator 23.



  The secondary winding of the actuation transformer 37 is connected to a variable load resistor 39, on which an alternating voltage occurs, which is dependent on the internal fault current of the phase winding 25. It can be adjusted to the various fault current values by adjusting the resistance. The AC voltage occurring at the resistor 39 is rectified by a rectifier 41 and this DC voltage generated at the opposing stand 3, the DC operating voltage Ea. The rectifier 41 can optionally be arranged with filters, for. B. a separate filter 43. A filter can preferably be used which gives a small time delay. This time delay is e.g. B.

    desirable to prevent unwanted response of the relay arrangement in the event of a temporarily occurring DC link with external Feh ler - namely if one of the transformers 31 or 33 is slightly before the other two transformers 31 and 35 or 33 and 35 in saturation - to prevent ver. The filter 43 contains two capacitors 45 and 47 on both sides of a resistor 49.



  In a corresponding manner, the secondary winding of the counter-transformer 35 can feed a variable load resistor 51 to generate an alternating voltage that is dependent on the sum of the currents in the conductors 27 and 29. The voltage appearing at the resistor 51 is fed to the resistor 5 via a rectifier 53 via a manually operated switch 60 for short-circuiting a Zener diode 60Z and via a manually operated switch 55. When the switch 60 is opened, the Zener diode is switched into the output circuit of the rectifier 53. Only the voltage value exceeding the threshold value is then allowed through.



  A capacitor 57 can be assigned to the rectifier 53 as a filter.



  The mode of operation of the device according to FIG. 1 is considered once in the case of an error occurring outside of the generator 23 and once in the case of an error occurring within the generator 23.



  In the event of an external fault at the point F1, through which the top phase to the right of the switch 11 has an earth connection, currents of the same size flow through the transformers 31 and 33 and thus a considerable negative alternating voltage appears at the resistor 51. This alternating voltage is rectified by the rectifier 53 and then fed to resistor 5. By contrast, practically no current flows through the primary winding of the actuation transformer 37, and therefore no voltage can be supplied to the resistor 3 via the rectifier 41. Since there is a large counter-voltage ER and only a low or zero actuating voltage EG is present at this time, switch 11 remains closed.



  If, however, at the point F2- by an error a ground connection z. B. the winding 25 occurs within the generator 23, then occurs at the counter stand 5 in the manner described above, a counter voltage ER. However, unequal currents flow through the primary windings of the transformers 31 and 33, so that the primary winding of the actuation transformer 37 is traversed by a corresponding differential current. This differential current generates a corresponding alternating voltage at resistor 39 and thus a corresponding direct voltage EO at resistor 3.

   If the operating voltage Eo exceeds the counter voltage ER by a value sufficient to break down the Zener diode 9, a correspondingly large current can flow through the resistor 7 in such a direction that the transistor 15 becomes current-permeable and the switch 11 is triggered.



  With the relay according to FIG. 1, a proper distinction can therefore be made between external and internal errors. If protection is only required for the top phase, or if there is only a single-phase arrangement, then the circuit structure described is sufficient. If, on the other hand, as shown in FIG. 1, protection is desired for all three phases of the generator 23, then the remaining parts of the three-phase arrangement must be protected in a corresponding manner. The circuit parts assigned to the remaining phases B and C are identified in the present case by the letters B and C after the reference symbols.



  The rectifiers 41, 41B and 41C are connected in parallel to one another to the capacitor 45, so that the actuation voltage E, is determined by the highest voltage at the output of one of the three rectifiers. Correspondingly, rectifiers 53, 53B and 53C are connected in parallel to capacitor 57. Thus, the counter voltage ER occurring across the resistor 5 depends on the highest value of the output voltages of the three rectifiers.



  The differential protection relay arrangement according to FIG. 1 can preferably be provided with an expanding percentage differential characteristic. For this purpose u. a. Actuating transformers 37, 37B and 37C are used, which only reach saturation with large primary currents.



  The circuit according to the invention can be changed to change the sensitivity of the relay arrangement. For example, the switch 55 can place a varistor 59 with a non-linear resistance characteristic in series with the resistor 5 when it is opened. When the voltage across the series circuit of resistors 59 and 5 increases, the resistance of varistor 59 decreases, so that a larger voltage drop across the resistor 5 appears. As a result, the counter voltage ER increases proportionally faster than the voltage on the capacitor 57, and the protective relay has an expanding characteristic.



  In a further modification of the subject matter of the invention, the resistor 3 can be a varistor. In this case, the voltage across the resistor 3 increases relatively less than the voltage across the capacitor 45, so that the relay in turn has a widening characteristic.



  Another possibility for this is to arrange the already mentioned Zener diode 60Z in the output circuit of each rectifier 53, 53B and 53C. It is z. B. when the switch 60 is opened, the Zener diode 60Z in the output circuit of the rectifier 53 is switched on, which must emit a voltage sufficient to break through the Zener diode 60Z if the restraining force is to apply.



  The transformers used have an iron core. If the transformer core 35 contains an air gap, the resistor 51 can be omitted.



  The part 61 arranged in the rectangle shown in dash-dotted lines in FIG. 2 is shown in a somewhat modified form in FIG. 2, the same parts again having the same reference numerals. The Zener diode 9 according to FIG. 1 can also be replaced by a resistor, but the Zener diode 9 has been removed from FIG. In this circuit, the switch 11 is released as soon as the actuation voltage Eo exceeds the counter voltage ER. However, the amplifier 19 can be operated in such a way that it triggers the switch only when a minimum value of the difference between the two voltages Eo and ER is exceeded.



  A minimum value of the difference between the voltages Eo and ER can also be produced by introducing a rectifier 62 into the emitter circuit of the transistor 15. The rectifier 62 is polarized so that a current can flow through the resistor 17 and the transistor. The difference between the voltages E 1 and ER must then exceed the threshold value in order to drive a current through the transistor and the rectifier 62 in the forward direction.



  In FIG. 1, the outer electrodes of the transistor 15 are connected to the resistor 3 via the resistor 17. In the circuit according to FIG. 2, the output of the transistor 15 is connected via the resistor 17 to a battery 63 which can be used to provide the power supply for the amplifier 19. As already mentioned, a slight time delay is caused by the filter 43. However, a delay can also be caused by connecting a capacitor 65 in parallel to the rectifier 21.



  However, the examples shown are not a limitation, since the invention can be modified in many ways without changing anything in the sense of the invention.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Anordnung mit Differentialrelais zum Schutz elek trischer Wechselstrom-Maschinen, >Apparate und -Leitungen gegen innere Fehler, bei dem eine Abschalt- vorrichtung für den Schützling von dem Auftreten einer Erregergrösse abhängig ist, die durch Vergleich zwischen dem Differenzwert und dem Summenwert der in den Schützling eintretenden und diesen verlas senden Ströme gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Summenwerte und die Differenzwerte für sich gleichgerichtet und aus diesen Gleichstromwerten eine die Erregergrösse bestimmende Differenzspannung ab geleitet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Arrangement with differential relay to protect electrical AC machines,> apparatus and lines against internal faults, in which a disconnection device for the protégé is dependent on the occurrence of an exciter variable that is determined by comparison between the difference value and the total value of the Protege entering and exiting currents is formed, characterized in that the sum values and the difference values are rectified individually and a difference voltage determining the exciter variable is derived from these direct current values. SUBCLAIMS 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen der die Summen- und Differenzwerte bildenden Transforma toren durch Stellwiderstände belastet sind, an die die Gleichrichter angeschlossen sind. 2. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass im Gleichstromkreis der Summen transformatoren überbrückbare Schwellwertglieder (60 Z) angeordnet sind. 3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens einer der gleichgerichte ten Ströme über elektrische Zeitverzögerungsmittel (43) der zur Bildung der Differenzspannung dienenden Ver gleichseinrichtung zugeführt ist. 4. Arrangement according to patent claim, characterized in that the secondary windings of the transformers forming the sum and difference values are loaded by variable resistors to which the rectifiers are connected. 2. Arrangement according to dependent claim 1, characterized in that in the direct current circuit of the summation transformers bypassable threshold value elements (60 Z) are arranged. 3. Arrangement according to claim, characterized in that at least one of the rectified currents via electrical time delay means (43) is supplied to the comparison device serving to form the differential voltage. 4th Anordnung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zeitverzögerungsmittel als elek trische Filter ausgebildet sind. 5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung einen vom gleichgerichteten Summen- und einen vom Differenz wert gespeisten Widerstand (3, 5) und ein von der Differenz der an beiden abfallenden Spannungen ab hängiges polarisiertes Schaltmittel enthält, das zur Auslösung einer Abschaltvorrichtung dient. 6. Anordnung nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als Schaltmittel ein Transistor vor gesehen ist. 7. Anordnung nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im Widerstandsstromkreis ein Schwellwertglied (9) angeordnet ist. B. Arrangement according to dependent claim 3, characterized in that the time delay means are designed as electrical filters. 5. Arrangement according to claim, characterized in that the comparison device contains a rectified sum and a value fed from the difference resistor (3, 5) and a dependent on the difference between the two voltages from the polarized switching means that is used to trigger a Shutdown device is used. 6. Arrangement according to dependent claim 5, characterized in that a transistor is seen as a switching means. 7. Arrangement according to dependent claim 6, characterized in that a threshold value element (9) is arranged in the resistance circuit. B. Anordnung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Zenerdiode (9) vorgesehen ist. 9. Anordnung nach Unteranspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass der Transistor über eine Verstärker anordnung die Abschaltvorrichtung, z. B. einen Schal ter im Hauptstromkreis, betätigt. 10. Anordnung nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass dem einen Widerstand der Ver gleichseinrichtung ein Varistor (59) vorgeschaltet ist. 11. Anordnung nach Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Basis-Emitter-Kreis ein Gleichrichter (21) angeordnet ist. 12. Arrangement according to dependent claim 7, characterized in that a Zener diode (9) is provided. 9. Arrangement according to dependent claim 8, characterized in that the transistor via an amplifier arrangement, the disconnection device, for. B. a scarf ter in the main circuit operated. 10. Arrangement according to dependent claim 5, characterized in that a varistor (59) is connected upstream of the one resistor of the comparison device. 11. Arrangement according to dependent claims 6 and 7, characterized in that a rectifier (21) is arranged in the base-emitter circuit. 12. Anordnung nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im Basis-Emitter-Kreis ein Gleich richter mit Parallelkondensator und im Emitterkreis ein zweiter Gleichrichter (62) angeordnet ist. 13. Anordnung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors eine Hilfsstromquelle (63) liegt. Arrangement according to dependent claim 6, characterized in that a rectifier with a parallel capacitor is arranged in the base-emitter circuit and a second rectifier (62) is arranged in the emitter circuit. 13. Arrangement according to dependent claim 12, characterized in that an auxiliary power source (63) is located in the emitter-collector circuit of the transistor.
CH1116560A 1959-11-12 1960-10-05 Arrangement with differential relays to protect alternating current electrical machines, devices and lines against internal faults CH387149A (en)

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