CH639223A5

CH639223A5 - Differentialschutzschaltung fuer ein elektrisches anlagenobjekt, insbesondere fuer generatoren, sammelschienen oder leitungsstrecken.

Info

Publication number: CH639223A5
Application number: CH1018178A
Authority: CH
Inventors: Thorleif Forford
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1977-11-11
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1983-10-31
Also published as: IT7869578A0; GB2010031B; CA1130437A; DE2846570A1; IT1108314B; SE408983B; GB2010031A; SE7712755L; FR2408933A1; FR2408933B1; US4237512A

Description

Die Erfindung betrifft eine Differentialschutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Prozent-Differentialschutzschaltungen kann eine korrekte Funktionsweise erschwert sein, wenn die Charakteristik der Stromtransformatoren ungenügend ist oder 50 wenn diese nicht in der Lage sind, korrekte Messwerte während einer genügend langen Messzeit beizubehalten und abzugeben. Bei den bekannten Differentialschaltungen wird ein analoger Vergleich der den Primärgrössen in dem zu überwachenden Anlagenobjekt entsprechenden Messgrössen im 55 Messkreis der Schutzschaltung durchgeführt. Unterschiedliche Eigenschaften der Stromtransformatoren können daher die Ursache sein, dass die Differentialschutzschaltung nicht mehr in der Lage ist, unter allen Umständen richtig zu funktionieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dif- m ferentialschutzschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. 65

In einem Störungsfall liefern die Messtransformatoren Messsignale an die schnellwirkenden niveauabtastenden Organe, deren Schaltglieder jeweils eine von zwei möglichen Stellungen einnehmen können. Der Messkreis erfordert keinen direkten analogen Zusammenhang zwischen den primären Messgrössen und den Signalen im Messkreis. Wesentlich ist nur, dass der Messkreis einen Impuls von entsprechender Polarität erhält. Die Amplitude und die Genauigkeit der Übertragung der Messsignale von den Messtransformatoren zum Messkreis ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Die beanspruchte Differentialschutzschaltung kann daher als digital betrachtet werden, auch wenn die niveauabtastenden Organe in einer bevorzugten Ausführungsform mechanische Relais, wie beispielsweise Zungenrelais, sind. Zungenrelais sind auch allgemein bekannt unter der englischen Bezeichnung «reedrelay».

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltschema für eine Differentialschutzschaltung zum Schutz einer Sammelschiene unter Verwendung von mechanischen Relais,

Fig. 2 ein Schaltschema für eine Differentialschutzschal-tung mit elektronischen Schaltkreisen und

Fig. 3 ein Schaltschema für eine Differentialschutzschaltung in vereinfachter Ausführung gegenüber der Fig. 1.

Fig. I zeigt ein Beispiel für eine Differentialschutzschaltung nach der Erfindung, bei der eine Sammelschiene S von einer Anzahl Leitungen gespeist wird, die hier mit LA und LB bezeichnet sind. Die Sammelschiene speist eine Leitung LX. Die Stromrichtungen während einer bestimmten Halbperiode sind mit Pfeilen gezeigt. Die Leitungen sind mit Stromtransformatoren Ta, Tb... Tx ausgerüstet, die über Zwischentransformatoren Tm jeweils an einen Anschluss 2 eines Messkreises 1 angeschlossen sind. Dieser hat ausserdem einen Anschluss 3 für den gemeinsamen Rückleiter 4 der Zwischentransformatoren. Der Anschluss 3 ist somit der Nullpunkt des Messkreises 1.

Der Messkreis hat zwei parallele Leiter 5 und 6, zwischen denen eine Diodenkette 7 für jede Leitung zur Sammelschiene angeordnet ist. Der Mittelpunkt jeder Diodenkette ist an einen entsprechenden Anschluss 2 angeschlossen, so dass beispielsweise die Diodenkette 7B der Leitung LB an den Punkt 2B angeschlossen ist usw. Die Leiter 5 bzw. 6 sind an ihren Enden 9 bzw. 10 über ein Relais K, einen Widerstand Rs und ein zweites Relais L miteinander verbunden. Dieser Kreis ist der Stabilisierungskreis der Schutzschaltung. Über dem Widerstand Rs herrscht während eines fehlerfreien Zustandes eine Stabilitätsspannung Us, die mit einem Pfeil mit entsprechender Bezeichnung in der Figur markiert ist. Der Mittelpunkt 8 des Widerstandes R5 ist über einen Widerstand Rd und ein Relais D mit dem Nullpunkt 3 verbunden. Der Widerstand Rd und das Relais D gehören zum Differential- oder Auslösekreis, der ausserdem eines der Relais K und L plus den halben Widerstand Rs enthält. Der Differentialkreis besteht somit aus den Komponenten zwischen den Punkten 9 und 3 während der einen halben Periode und aus den Komponenten zwischen den Punkten 10 und 3 während der anderen halben Periode.

Jedes der drei Relais hat einen Koniaktsatz mit mehreren Kontakten, die eine offene oder geschlossene Stellung einnehmen können. Die Kontakte, die bei unerregtem Relais offen sind, sind a-Kontakte, und diejenigen, die bei unerregtem Relais geschlossen sind, sind b-Kontakte. Die Zahl hinter dem Buchstaben gibt die Ordnungsfolge der betreffenden Kontaktart an. Die Kontaktsätze sind im unteren Teil der Figur gezeigt. Die obere Reihe der Kontakte ist mit einem ersten Auslöseausgang Ul verbunden, und die zweite Kontaktreihe ist mit einem zweiten Auslöseausgang U2 verbunden. Die beiden Ausgänge können miteinander verbunden sein. Die dritte Kontaktreihe enthält ein Blockierrelais B, dessen Funktion später beschrieben werden wird. Um die einzelnen Kontakte auseinanderhalten zu können, werden in der nachstehenden Funktionsbeschreibung die Relaisbezeichnungen K, L, D und B als Präfix der Kontaktbezeichnungen verwendet.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei äusseren Fehlern:

Bei einem äusseren Fehler soll die Schutzschaltung nicht

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auslösen, da der Fehler beispielsweise in der Leitung LX liegt, und ein solcher Fehler soll vom Leitungsschutz jener Leitung behoben werden. Die Relais K und L sind so eingestellt, dass sie bei normaler Belastung abgeschaltet sind. Somit sind die Kontakte Kai und Lai offen, und die Auslösekontakte Ul und U2 sind blockiert. Während der ersten Millisekunden des Fehlers ist der Stromtransformator der Leitung LX nicht gesättigt. Die Ströme IK und IL sind dann gleich. Die Relais K und L sprechen an, aber D bleibt abgeschaltet, da irgendein messbarer Differenzstrom noch nicht zu fliessen begonnen hat. Die Kontakte Kai und Lai werden geschlossen, doch gleichzeitig werden die Kontakte Kbl und Lbl geöffnet. Ferner werden die Kontakte Ka2 und La2 geschlossen, so dass das Blockierrelais gespeist wird und anspricht, wobei die Kontakte Bbl und Bb2 geöffnet werden, während Bai geschlossen wird.

Nach einer kurzen Zeit wird der Transformator Tx mehr oder weniger gesättigt sein, was zur Folge hat, dass ein Differenzstrom Ip zu fliessen beginnt und das Relais D anspricht. Dabei werden die Kontakte Dal, Da2 und Da3 geschlossen, während Dbl geöffnet wird. Das Relais B bekommt Selbsthaltung über die Kontakte Da3 und Bai. In der gezeigten Phasenlage nimmt der Strom IL in demselben Masse ab, wie ID ansteigt, was zur Folge haben kann, dass das Relais L abschaltet, so dass der Kontakt Lbl geschlossen wird. Dadurch, dass der Kontakt Bbl des Blockierrelais offen ist, kann trotzdem kein Auslösesignal gegeben werden. Während der zweiten Halbperiode geht der Differenzstrom durch das Relais L, wobei das Relais K abschalten kann, wenn IK niedrig ist, oder aber kann das Relais K in eingeschalteter Stellung verbleiben. Was auch geschehen mag, so ist es bedeutungslos, da Bbl und Bb2 offen sind. Hieraus kann man also die Schlussfolgerung ziehen, dass an keinem der Ausgänge Ul und U2 ein Auslösesignal abgegeben werden kann.

Wenn der Differenzstrom in Richtung des Pfeils Ik fliesst, besteht der Differenzkreis aus den Kreiselementen zwischen den Punkten 9 und 3, während der Differenzkreis aus den Elementen zwischen 3 und 10 besteht, wenn der Differenzstrom in Richtung des Pfeils IL während der zweiten Halbperiode fliesst.

Die Relais K, L und D können so eingestellt sein, dass sie schliessen, sowie sie von einem kleinen Überstrom, beispielsweise 1,3 • In durchflössen werden, wo In der nominelle Nennstrom ist.

Die Relais K, L und D können Zungenrelais sein, die eine sehr kurze Ansprechzeit haben, nämlich etwa 1 ms. Es kann daher angebracht sein, das Relais B mit einer Abfallverzögerung auszuführen, damit sicher ist, dass dasselbe in geschlossener Lage verbleibt und seine Kontakte Bbl und Bb2 offen hält, auch wenn die übrigen Kontakte Kai, Lbl und Dal bzw. Kbl, Lai und Da2 aufgrund eines befindlichen äusseren Fehlers kurzzeitig geschlossen sein sollten.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei inneren Fehlern:

Bei inneren Fehlern an der Sammelschiene S fliessen während der ersten Halbperiode Ströme von den Leitungen A und B zu. Wenn die Leitung LX eingeschaltet ist und Strom führt, wird auch dieser auf die Sammelschiene zufliessen. Alle Mess-transformatorströme werden zum Punkt 9 geleitet und IK ist = ID. Die Relais K und D schliessen, während die Relais L und B offen sind. Das Auslösesignal tritt am Ausgang Ul auf. Während der zweiten Halbperiode fliesst der Differenzstrom von 3 nach 10, wobei die Relais D und L schliessen, während das Relais K offen bleibt, so dass die Kontakte Lai und Da2 geschlossen werden, wobei ein Auslösesignal am Ausgang U2 auftritt.

Aufgrund des schnellen Ansprechens der Relais werden die Relais K, L und D beim Nulldurchgang des Kurzschlussstromes in ihre Ursprungslage zurückgehen. Dadurch kann darauf Rücksicht genommen werden, dass ein äusserer Fehler in einen inneren Fehler übergehen oder einen solchen verursachen kann. Nach jedem Stromnulldurchgang wird mit einer neuen Messung begonnen.

Schutzschaltung mit elektronischen Komponenten: Fig. 2 zeigt den Messkreis 1 mit elektronischen Komponenten. Die Relais K, L und D in Fig. 1 sind in Fig. 2 gegen niveauabtastende Glieder mit derselben Bezeichnung ausgetauscht. Die Ausgänge dieser Glieder sind jeweils an einerseits einen Eingang eines UND-Gliedes 13 und andererseits einen Eingang eines ODER-Gliedes 14 mit negiertem Ausgang angeschlossen. Der Kreis D ist dabei an einen negierten Eingang des Gliedes 13 angeschlossen. Eine bistabile Kippstufe 15 mit einem S-Eingang und einem R-Eingang hat den S-Eingang an den Ausgang des UND-Gliedes 13 und den R-Eingang an den Ausgang des ODER-Gliedes angeschlossen. Ein UND-Glied 16 hat einen Eingang an den Ausgang des Kreises D angeschlossen, während dessen anderer Eingang, der negiert ist, an den Ausgang der Kippstufe 15 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 16 ist an den Auslöseausgang U angeschlossen.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei äusseren Fehlern: Wenn die Kreise K und L, jedoch nicht D, ein Ausgangssignal abgeben, gibt das UND-Glied 13 ein Ausgangssignal an die Kippstufe 15, was darin resultiert, dass das UND-Glied 16 blockiert wird, so dass es am Ausgang U kein Ausgangssignal abgeben kann. Wenn weder K, L oder D ein Ausgangssignal abgeben, gibt das Glied 14 ein Rückstellsignal an die Kippstufe 15 an deren R-Eingang. Hieraus geht hervor, dass die Kippstufe bei jedem Nulldurchgang des Primärstromes zurückgestellt wird.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei inneren Fehlern: Bei inneren Fehlern muss einer der Kreise K und L während der ersten bzw. zweiten Halbperiode zusammen mit dem Kreis D funktionieren. Irgendein Ausgangssignal vom Glied 13 oder der Kippstufe 15 kann also nicht vorkommen. Der Kreis 16 wird daher ein Auslösesignal am Ausgang U abgeben.

Da bei jedem Nulldurchgang gemessen wird, wird ein durch einen früheren äusseren Fehler verursachter innerer Fehler ein Auslösesignal nach einer Zeit veranlassen, die höchstens einer halben Periode des Primärstromes entspricht.

In der in Fig. 3 gezeigten Alternative der Schutzschaltung nach Fig. 1 sind die Relais K und L durch ein einziges Relais M ersetzt worden, das über zwei Dioden Dl und D2 parallel zum Widerstand R, liegt. Der Ansprechwert für dieses Relais kann ungefähr mit 1,3 • In gewählt werden, wobei In der nominelle Nennstrom ist. Der Ansprechwert für das Relais D kann mit 0,2 • In gewählt werden.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei äusseren Fehlern: Bei äusseren Fehlern an der Leitung LX erhält man einen durchgehenden Strom IK = Im = Il = Ix- während ID = 0 ist, so lange keine Stromtransformatoren gesättigt sind. Während dieser Zeit spricht zuerst das Relais M und danach das Blok-kierrelais B an. Nach kurzer Zeit wird eventuell Tx gesättigt werden, wobei ID anzusteigen beginnt, so dass das Relais D anspricht. Das Blockierrelais B erhält dann Selbsthaltung über die Kontakte Da2 und Bai. Eine Auslösung kann nicht vorkommen, da der Kontakt Bbl offen ist.

Funktionsweise der Schutzschaltung bei inneren Fehlern: Bei einem inneren Fehler wird IK = ID oder ID = IL. Das Relais D spricht an und schliesst den Kontakt Dal, wobei ein Auslöseimpuls am Ausgang U auftritt. Der Ansprechwert der Schutzschaltung hängt nur von der Einstellung des Relais D ab Eine Schutzschaltung nach Fig. 3 kann also empfindlicher ausgeführt werden als eine solche nach Fig. I. Es ist jedoch notwendig, dass die Stromtransformatoren für äussere Fehler so gut sind, dass für Fehlerströme unter 1,3 • In keine Sättigung eintritt.

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2 Blatt Zeichnunge

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PATENTANSPRÜCHE

1. Differentialschutzschaltung für ein elektrisches Anlagenobjekt, insbesondere für Generatoren, Sammelschienen oder Leitungsstrecken, welche Schaltung Stromimpulse misst, die bei äusseren und inneren Fehlern auftreten, um Blockier- 5 bzw. Auslösesignale abzugeben, wobei das geschützte Objekt (S) mit Messtransformatoren (TA, Tß ... Tx) gekoppelt ist,

denen ein Messkreis (1) nachgeschaltet ist, der einen Stabilisierungskreis (K, Rs, L; M, D,, D:. Rs) und einen Differentialkreis (K, 0,5^, Rd, D bzw. L, 0,5R<„ R<j, D: Di, 0,5Rs, Rj, D 10 bzw. D2,0,511,, R<j, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskreis mindestens ein niveauabtastendes Organ (K, L; M) mit jeweils zugeordneten Schaltgliedern (al, bl, a2,

bl, al a2: 13, 14,15, 16: bl, al) aufweist und dass der Differentialkreis mindestens ein niveauabtastendes Organ (K, L, D; D) '5 mit jeweils zugeordneten Schaltgliedern (al, bl, a2, bl, al, a2. al, a2, bl, a3: 13,14,15,16: al, bl, a2) aufweist, um über mindestens einen Ausgangsanschluss (ul, u2; u) ein Auslösesignal abzugeben, wenn das mindestens eine niveauabtastende Organ (K + D, L + D: D) des Differentialkreises ein Signal liefert und 20 um die Abgabe eines Auslösesignals zu verhindern, wenn das mindestens eine niveauabtastende Organ (K bzw. L; M) des Stabilisierungskreises ein Signal liefert.
2. Differentialschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskreis zwei in Reihe 25 geschaltete niveauabtastende Organe (K, L) aufweist, von denen entweder das eine oder das andere zur Bildung des Differentialkreises mit einem weiteren niveauabtastenden Organ (D) in Reihe geschaltet ist.
3. Differentialschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, 30 dadurch gekennzeichnet, dass ein Blockierorgan (B) Schaltglieder (al, bl, b2; al, bl) aufweist, die derart mit den Schaltgliedern (al, bl, a2, a3) der niveauabtastenden Organe (K, L,

D; M, D) verbunden sind, dass die Abgabe eines Auslösesignals verhindert wird, wenn das Blockierorgan (B) erregt ist. 35
4. Differentialschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niveauabtastenden Organe (K, L, D) Zungenrelais sind.
5. Differentialschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die niveauabtastenden Organe 40 (K, L, D) elektrische Kippglieder und die zugeordneten Schaltglieder (13, 14,15, 16) elektronische digitale Verknüpfungsglieder sind.