Differentialschutzschaltung Das Prinzip des Differentialstromschutzes ist seit lan gem bekannt und wird allgemein angewendet. Es beruht im wesentlichen auf folgendem: Bei fehlerfreiem Betrieb des zu schützenden Objekts ist die geometrische Summe aller dem Schutzobjekt zufliessenden und von diesem ab- fliessenden Ströme gleich Null; dasselbe trifft zu, wenn ein Fehler ausserhalb des Schutzobjektes auftritt. Dage gen fliessen bei einem innerhalb des Schutzobjektes auf tretenden Fehler alle Ströme dem Schutzobjekt zu, und die geometrische Summe der Ströme ist nicht mehr Null. Über Stromwandler werden den zu- und abfliessenden Strömen proportionale Ströme einem sog.
Differenzpfad zugeführt, worin die geometrische Summenbildung statt findet. Erreicht der Differentialstrom einen bestimmten Wert, so wirkt er auslösend auf ein im Differenzpfad be findliches Differentialstromrelais.
Durch die ungleiche Belastung infolge der Zufüh rungsleitungen, beispielsweise bei ungleicher Länge der selben, und durch kleine Unterschiede der Stromwandler selbst ist weder bei fehlerfreiem Betrieb noch bei aus- serhalb des Schutzobjektes auftretenden Fehlern der Strom im Differenzpfad Null. Es fliesst vielmehr ein klei ner Strom, der bei heftigen Kurzschlüssen bzw. bei un- gleichmässiger Sättigung der Stromwandler soweit anstei gen kann, dass er auslösend wirkt und ein Fehler vor getäuscht wird.
Es ist bekannt, dass bei einem hochohmigen Diffe renzpfad Übersetzungsfehler und kleinere Sättigungen der Stromwandler sich weniger bemerkbar machen. Jedoch werden dadurch die Stromwandler bei Fehlern innerhalb des Schutzobjekts stark belastet und sehr rasch in Sätti gung getrieben, wodurch gefährliche Spannungen ent stehen können.
Gemäss einer bekannten Lösung wird ein spannungs abhängiger Widerstand parallel zum Differentialstrom- relais geschaltet. Ein Nachteil dieser Lösung besteht dar in, dass die Auslegung der Schaltung oft schwierig ist. Darüber hinaus lassen sich diese Differentialschutzschal- tungen vielfach nicht einwandfrei mit Stromvergleichs anordnungen kombinieren, da durch Sätigung der Wand- ler bei internen Fehlern die Stromumkehr stattfinden kann. Die Erfindung bezweckt, die Nachteile des Bekann ten zu beheben.
Erfindungsgemäss besteht der Differenz pfad aus einer Reihenschaltung, gebildet von durch Thy- ristoren überbrückbaren Widerständen und einem Diffe- rentialstromrelais.
Der Vorteil ist, dass bei richtiger Wahl des Wider standswertes, bei fehlerfreiem Betrieb und bei Fehlern ausserhalb des Schutzobjektes, der Strom im Differenz pfad mit Sicherheit unterhalb des Auslösestromes des Differentialstromrelais bleibt. Bei Fehlern innerhalb des Schutzobjektes dagegen erreicht der Strom in sehr kur zer Zeit den Auslösewert.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispiels weise erläutert.
Es zeigt: Fig. l das Schema einer Differentialschutzschaltung für ein Einphasensystem, Fig. 2 die Schaltung für ein Dreiphasensystem.
In Fig. 1 ist mit 1 ein zu schützendes Objekt, mit 2 ein Differenzpfad und mit 3 ein Differentialstromrelais bezeichnet. Das Relais hat einen geringen Widerstand. 4 und 5 sind Stromwandler. Die gestrichelten Pfeile zeigen die Stromrichtungen bei fehlerfreiem Betrieb und bei Fehlern ausserhalb des Schutzobjektes 1, die ausgezoge nen Pfeile die Stromrichtungen bei Fehlern innerhalb des Schutzobjekts. In Reihe mit dem Differentialstromrelais 3 liegt ein Widerstand, bestehend aus einem ersten, zwei ten und dritten Widerstand 6, 7 bzw. B. Der Widerstand 7 ist verhältnismässig hochohmig. Die Widerstandskette wird durch einen Halbleiterschaltkreis überbrückt, der aus zwei Zweigen 9 und 10 besteht.
Der Zweig 9 enthält einen ersten Thyristor 11, dessen Steuerelektrode 12 über eine erste Zenerdiode 13 zwischen den Widerständen 6 und 7 angeschlossen ist. Im Zweig 10 befindet sich ein zweiter Thyristor 14, dessen Steuerelektrode 15 über eine zweite Zenerdiode 16 zwischen den Widerständen 7 und 8 ange schlossen ist. Da der Differenzpfad von Wechselstrom durchflossen wird, sind die Thyristoren antiparallel ge schaltet.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei fehlerfreiem Betrieb und bei Fehlern ausserhalb des Schutzobjektes ist der Strom im Differenzpfad 2 klein. Die Thyristoren 11 und 14 zünden nicht, da die Spannung an den Widerständen 6 bzw. 8 unterhalb der Durchbruchspannung der Zenerdioden 13 bzw. 16 liegt. Dem Differentialstromrelais 3 ist somit der verhältnis- mässig hohe Widerstand der Widerstandskette 6, 7, 8 vorgeschaltet, und der Strom im Differenzpfad kann auch bei heftigen Kurzschlüssen nicht zum Auslösewert an steigen.
Bei Fehlern innerhalb des Schutzobjekts 1 fliesst die arithmetische Summe der Ströme über den Differenzpfad 2. Die Spannung an den Widerständen 6 bzw. 8 steigt unmittelbar auf den Wert der Durchbruchspannung der Zenerdioden 13 bzw. 16, so dass die Steuerelektroden 12 und 15 der Thyristoren 11 bzw. 14 Zündspannung füh ren. Abhängig von der Stromrichtung im Differenzpfad zündet entweder der Thyristor 11 oder der Thyristor 14, und der Strom fliesst je nachdem über Zweig 9 oder Zweig 10.
In beiden Fällen wird die Widerstandskette 6, 7, 8 innerhalb weniger Mikrosekunden kurzgeschlos sen, so dass der Widerstand des Differenzpfades prak tisch gleich dem Widerstand des Differentialstromrelais 3 ist und der Strom dessen Auslösewert erreicht. Der Aus lösekontakt des Differentialstromrelais, welcher nicht dar gestellt ist, löst im allgemeinen den oder die Schalter des Schutzobjekts aus.
Fig. 2 zeigt eine dreiphasige Ausführung der Schal tung. Für jede Phase R, S, T ist ein Pfad 17, 18, 19 vor gesehen, denen eine gemeinsame Widerstandskette mit den Widerständen 20 und 21 vorgeschaltet ist. Die Wi derstandskette wird durch einen Halbleiterschaltkreis überbrückt, bestehend aus den Zweigen 22 und 23. Der Zweig 22 enthält einen dritten Thyristor 24, der Zweig 23 eine erste Diode 25. Der Schaltkreis in jedem Differenz pfad besteht hier aus zwei parallelen Zweigen 26 und 27 mit einem vierten Thyristor 28 bzw. einer zweiten Diode 29, die parallel zu den Widerständen 30 und 31 geschal tet sind.
Bei einem Fehler innerhalb des Schutzobjekts 32, z.B. in der Phase T, zündet bei der einen Richtung des Stromes im Differenzpfad 17 der vierte Thyristor 28, und der Strom fliesst über diesen und die Diode 25. Bei der umgekehrten Richtung des Stromes im Differenzpfad 17 wird der dritte Thyristor 24 gezündet und der Strom fliesst nun über diesen und die zweite Diode 29 im Dif ferenzpfad. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass in jedem Schaltkreis nur ein Thyristor benötigt wird.
Differential protection circuit The principle of differential current protection has been known for a long time and is generally used. It is essentially based on the following: If the object to be protected is operating correctly, the geometric sum of all currents flowing into and out of the protected object is zero; the same applies if an error occurs outside the protected object. On the other hand, if a fault occurs within the protected object, all currents flow to the protected object and the geometric sum of the currents is no longer zero. Currents proportional to the incoming and outgoing currents are transmitted to a so-called
Difference path fed, in which the geometric summation takes place. If the differential current reaches a certain value, it triggers a differential current relay in the differential path.
Due to the unequal load due to the supply lines, for example when the same length is unequal, and due to small differences in the current transformers themselves, the current in the differential path is zero, neither with fault-free operation nor with errors occurring outside the protected object. Rather, a small current flows which, in the event of severe short-circuits or uneven saturation of the current transformers, can rise to such an extent that it triggers the problem and simulates a fault.
It is known that with a high-resistance differential path, translation errors and smaller saturations of the current transformers are less noticeable. However, in the event of faults within the protected object, the current transformers are heavily loaded and very quickly driven into saturation, which can lead to dangerous voltages.
According to a known solution, a voltage-dependent resistor is connected in parallel to the differential current relay. A disadvantage of this solution is that the design of the circuit is often difficult. In addition, these differential protection circuits often cannot be perfectly combined with current comparison arrangements, since the current can be reversed in the event of internal faults by saturating the converters. The invention aims to eliminate the disadvantages of the known.
According to the invention, the differential path consists of a series circuit formed by resistors that can be bridged by thyristors and a differential current relay.
The advantage is that with the correct choice of the resistance value, with error-free operation and with errors outside the protected object, the current in the differential path will definitely remain below the tripping current of the differential current relay. In the event of errors within the protected object, on the other hand, the current reaches the trigger value in a very short time.
The invention is explained as an example with reference to the drawing.
It shows: FIG. 1 the diagram of a differential protection circuit for a single-phase system, FIG. 2 the circuit for a three-phase system.
In Fig. 1, 1 denotes an object to be protected, 2 denotes a differential path and 3 denotes a differential current relay. The relay has a low resistance. 4 and 5 are current transformers. The dashed arrows show the current directions in the event of fault-free operation and in the event of errors outside the protected object 1, the solid arrows show the current directions in the event of errors within the protected object. In series with the differential current relay 3 is a resistor consisting of a first, two th and third resistor 6, 7 and B. The resistor 7 is relatively high resistance. The chain of resistors is bridged by a semiconductor circuit, which consists of two branches 9 and 10.
The branch 9 contains a first thyristor 11, the control electrode 12 of which is connected between the resistors 6 and 7 via a first Zener diode 13. In branch 10 there is a second thyristor 14, the control electrode 15 of which is connected via a second Zener diode 16 between the resistors 7 and 8. As the differential path is traversed by alternating current, the thyristors are connected in anti-parallel.
The mode of operation of the circuit is as follows: In case of error-free operation and in case of errors outside the protected object, the current in differential path 2 is small. The thyristors 11 and 14 do not fire because the voltage at the resistors 6 and 8 is below the breakdown voltage of the Zener diodes 13 and 16, respectively. The differential current relay 3 is thus preceded by the relatively high resistance of the chain of resistors 6, 7, 8, and the current in the differential path cannot rise to the trigger value even in the event of severe short circuits.
In the event of errors within the protected object 1, the arithmetic sum of the currents flows via the differential path 2. The voltage at the resistors 6 and 8 increases immediately to the value of the breakdown voltage of the Zener diodes 13 and 16, so that the control electrodes 12 and 15 of the thyristors 11 or 14 ignition voltage. Depending on the direction of current in the differential path, either thyristor 11 or thyristor 14 ignites, and the current flows via branch 9 or branch 10, depending on the case.
In both cases, the resistance chain 6, 7, 8 is short-circuited within a few microseconds, so that the resistance of the differential path is practically the same as the resistance of the differential current relay 3 and the current reaches its trip value. From the trip contact of the differential current relay, which is not provided, generally triggers the switch or switches of the protected object.
Fig. 2 shows a three-phase embodiment of the scarf device. For each phase R, S, T a path 17, 18, 19 is seen before, which a common resistor chain with the resistors 20 and 21 is connected upstream. The resistance chain is bridged by a semiconductor circuit consisting of the branches 22 and 23. The branch 22 contains a third thyristor 24, the branch 23 a first diode 25. The circuit in each differential path consists of two parallel branches 26 and 27 with a fourth thyristor 28 and a second diode 29, which are switched parallel to the resistors 30 and 31 schal.
In the event of a fault within the protected object 32, e.g. In phase T, the fourth thyristor 28 ignites in one direction of the current in the differential path 17, and the current flows through this and the diode 25. In the opposite direction of the current in the differential path 17, the third thyristor 24 is ignited and the current flows now via this and the second diode 29 in the difference path. The advantage of this design is that only one thyristor is required in each circuit.