DD275144A1

DD275144A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR PROTECTING BUSHES

Info

Publication number: DD275144A1
Application number: DD26626684A
Authority: DD
Inventors: Juergen Lehm
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1984-08-15
Filing date: 1984-08-15
Publication date: 1990-01-10

Abstract

Schaltungsanordnung zum Schutz von Sammelschienen mit Abzweigen, die sowohl Einspeisungen als auch Abgaenge sein koennen nach dem Differentialschutzprinzip. Dabei werden Stromwandler in den Phasenleitern der Abzweige und stromrichtungsabhaengige nichtlineare Schaltelemente aufweisende Vierpole verwendet, um die Stroeme der Abzweige geometrisch zu summieren. Die Sekundaerwicklungen der Wandler liegen an den Eingaengen der Vierpole, waehrend die Ausgaenge der Vierpole an eine Sammelleitung und ein das Ausschaltkommando gebende Schaltorgan angeschlossen sind. Damit nur relativ geringe Anforderungen an Leistung und Ueberstromverhalten der Stromwandler zu stellen sind - aber dennoch Fehlausloesungen vermieden werden - sollen Stromwandler eingesetzt werden, die in ihrem Ueberstromverhalten aufeinander abgestimmt sind. Dazu liegt in Reihe mit der Sekundaerwicklung jedes Stromwandlers die Primaerwicklung eines Zwischenwandlers, dessen Ueberstromziffer wesentlich niedriger gewaehlt ist als die des Stromwandlers und dessen Sekundaerwicklung an die Sammelleitung und an das Schaltorgan angeschlossen ist. Fig. 1Circuit arrangement for the protection of busbars with branches, which can be both inputs and outputs according to the differential protection principle. In this case, current transformers in the phase conductors of the branches and current-directional nonlinear switching elements having four-poles are used to sum the currents of the branches geometrically. The secondary windings of the transducers are located at the inputs of the four poles, while the outputs of the four poles are connected to a bus and the switch-off command giving the switch-off. So that only relatively small demands are placed on the power and overcurrent behavior of the current transformer - but still false triggers are avoided - should be used current transformer, which are matched in their overcurrent behavior to each other. For this purpose, in series with the secondary winding of each current transformer, the primary winding of an intermediate transformer whose overcurrent digit is chosen substantially lower than that of the current transformer and whose secondary winding is connected to the collecting line and to the switching element. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Anwendungsfiebiet the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die universell für den Schutz von Sammelschienen und ähnlichen Knotenpunkten eins3tzbar ist, d. h. auch dann, wenn alle oder ein Teil der an die Sammelschiene oder den Knotenpunkt angeschlossenen Abgänge zugleich auch Einspeisungen sind. Bei Mehrfachsammelschienen-Anordnungen ist zur Gewährleistung der Selektivität zusätzlich ein übliches Sammelschienen-Abbild erforderlich.The invention relates to a circuit arrangement that is universal for the protection of busbars and similar nodes, d. H. even if all or part of the outlets connected to the busbar or the junction are at the same time also feeders. For multiple busbar arrangements, a conventional busbar image is additionally required to ensure selectivity.

Characteristic of the known technical solutions

Sammelschienen-Schutzeinrichtungen nach den. Oifforentialschutzprinzip sind bereits seit längerem bekannt (vgl.z. B. Clemens, H./Rothe, K. „Relaisschutztechnik in Elektroeneryiasystemen", Verlag Technik Berlin, 1980, S. 256-259). Ebenso bekannt ist das dabei bestehende Problem, daß bei einem Kurzschluß auf einer der von der Sammelschiene abgehenden Leitungen außerhalb des Schutzbereiches die btromwandler in dieser Leitung in Sättigung gelangen und eine Fehlauslösung des Sammelschienenschutzes verursachen könne:;.Busbar protection devices according to. Oifforential protection principle have been known for some time (see, for example, Clemens, H./Rothe, K. "Relay protection technology in Elektroeneryiasystemen", Verlag Technik Berlin, 1980, pp 256-259) in the event of a short circuit on one of the lines leaving the busbar outside the protected area, the CTs in this line saturate and cause a false trip of the busbar protection:;.

Zur Vermeidung derartiger Fehlauslösungen wurden sehr verschiedenartige Lösungen voraeschlagen bzw. z.T. bereits realisiert (DE 1208397,1763564,1918447, 2013737, 2144839, 2216377, 2339931, 2413399, 2453042, 2846570).To avoid such false triggering very different solutions were predicted or z.T. already realized (DE 1208397,1763564,1918447, 2013737, 2144839, 2216377, 2339931, 2413399, 2453042, 2846570).

Bei mehreren bekannten Lösungen wurde die Erkenntnis genutzt, daß die Stromwandler unmittelbar nach Kurzschlußeintritt oder zu Beginn einer jeden Halbwelle für eine kurze Zeit den Strom noch richtig übertragen (DE 2216377,2339931,2413399,In several known solutions, the recognition was used that the current transformer right after short-circuit entry or at the beginning of each half-wave for a short time, the power still properly transmitted (DE 2216377,2339931,2413399,

Nach DE 2216377 wird eine Sperrgröße gebildet, indem die Beträge der Abgangsströme summiert werden. Der in einer Halbwelle aufgetretene Maximalwert dieser Sperrgröße wird gespeichert, so daß in den Momenten danach, in denen die Wandlorsättigung eingetreten ist, die gespeicherte Sperrgröße das Ansprechen des Schutzes verhindert.According to DE 2216377 a lock size is formed by summing the amounts of the outgoing currents. The maximum value of this lockout value occurring in a half-wave is stored so that in the moments after the wall lock has occurred, the stored lockout size prevents the protection from responding.

in der DE-OS 2339931 wird vorgeschlagen, daß die Entscheidung des Schutzes über Auslösung oder Nichtauslösung innerhalb eines ku'zen, feststehenden Meßintervalls nach Kurzschlußeintritt (z. B. 1,5 Millisekunden) erfolgt.in DE-OS 2339931 it is proposed that the decision of the protection via tripping or non-tripping takes place within a fixed measuring interval after short-circuiting (eg 1.5 milliseconds).

Nach DE-OS 2413399 wird durch eine elektronische Schalt« ng bei Einsetzen der Wandlersättigung ein Sperrsignal gebildet, das den Schutz bis zum nächsten Nulldurchgang sperrt.According to DE-OS 2413399 a blocking signal is formed by an electronic Schalt¬ ng at the onset of saturation saturation, which blocks the protection until the next zero crossing.

Das Wesen der Lösung nach DE-OS 2846570 besteht darin, daß dann, wenn im ersten Moment nach Kurzschlußeintritt der die Auslösung bewirkende Differenzstrom gleich Null ist, ein Blockiersignal gebildet wird, das sich hält, und nach Eintritt der Wandlersäti igung die Auslösung blockiert.The essence of the solution according to DE-OS 2846570 is that when, at the first moment after short-circuiting the tripping causing differential current is equal to zero, a blocking signal is formed, which stops, and after the arrival of Wandlersäti igung the trigger blocks.

Diese Lösungen haben den Nachteil, dnß die zur Realisierung notwendigen Schaltungen aufwendig sind.These solutions have the disadvantage that the circuits necessary for the realization are expensive.

Zi< i der ErfindungZi <i the invention

Ziel der Erf.ndung ist eine selektiv und schnell wirkende Sammelschienen-Schutzeinrichtung, die auch unter ungünstigsten Fehlerbedingungen Fohi'auslösungen sicher vermeidet, trotzdem nur sehr geringe Anforderungen an Leistung und Überstromverhalten der Stromwandler stellt und im Schaltungsaufbau weniger aufwendig ist als die bekannten Lösungen.The purpose of the invention is a selective and fast-acting busbar protection device, which safely avoids Fohi'auslösungen even under the most unfavorable fault conditions, yet only very low demands on performance and overcurrent behavior of the current transformer and is less expensive in circuit design than the known solutions.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für den Sammelschienenschutz zu schaffen, die nach dem Different alschutzprinzip arbeitet und bei der durch den Einsatz von Stromwandiern in den Abzweigen, die in ihremThe invention has for its object to provide a circuit arrangement for the busbar protection, the alschutzprinzip works according to the different and in the through the use of Stromwandiern in the branches that in their

Überstromverhalton aufeinander abgestimmt sind, eindeutige Kriterien für die Funktion der Schutzeinrichtung gewonnen werden.Overcurrent behavior are matched to each other, clear criteria for the function of the protective device can be obtained.

Es wird von einer Schaltungsanordnung ausgegangen, bei der mit Hilfe der Stromwandler in den Abzweigen und von Vierpolen mit stromrichtungsabhängigen nichtlinearen Schaltelementen die Ströme in den Abzweigen geometrisch summiert werdon, wobei die Sekundärwicklungen der Wandler an den Eingängen der Vierpole liegen, während die Ausgänge der Vierpole an eine Sammelleitung und ein das Ausschaltkommandc gebende Schaltorgan angeschlossen sind.It is assumed that a circuit in which using the current transformers in the branches and quadrupoles with directional dependent nonlinear switching elements summed the currents in the branches geometrically werdon, the secondary windings of the converter are located at the inputs of the quadrupoles, while the outputs of the four poles a bus and the Ausschaltkommandc giving switching member are connected.

Erfindungsgemäß liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung jedes Stromwandlers die Primärwicklung eines Zwischenwandlers, dessen Überstromziffer wesentlich niedriger gewählt ist als die des Stromwandlers und dessen Sekundärwicklung an die Sammelleitung und an das Schaltorgan angeschlossen ist.According to the invention is in series with the secondary winding of each current transformer, the primary winding of an intermediate converter whose overcurrent index is chosen to be much lower than that of the current transformer and the secondary winding is connected to the manifold and to the switching element.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß für jeden Abzweig ein Schaltorgan an die Sammelleitung angeschlossen ist. Zweckmäßig sind dann für die Schaltorgane Entkopplungsglieder vorgesehen.An embodiment provides that a switching element is connected to the manifold for each branch. Appropriately, decoupling members are then provided for the switching elements.

Die den Abgängen zugeordneten elektronischen Vierpole sind so aufgebaut, daß sie in einem eingangs- und ausgangsseitigen Querzweig jeweils zwei gegeneinanderges;;haltele Dioden aufweisen, wobei die Dioden des einen Querzweiges entgegengesetzt zu denen des anderen Querzweiges geschaltet sind. In den beiden Längszweigen liegen die Emitt8r-/Kollektor-Strp<*^u.>„i von Transistoren, deren Basen direkt oder über einen Widerstand an zusammengefaßten Verbindungspunkten der Dioden beider Querzweige angeschlossen sind.The electronic four-terminal poles assigned to the outgoing circuits are constructed in such a way that they each have two opposing diodes in an input and output lateral branch, the diodes of one transverse branch being connected opposite to those of the other transverse branch. In the two longitudinal branches are the Emitt8r- / collector Strp <> ^u >"i of transistors whose bases are connected directly or via a resistor to the combined connection points of the diodes of both shunt branches.

Die von den Stromwandlern in den an die zu schützende Sammelschiene angeschlossenen Abgängen (nachfolgende als Abgangswandler bezeichnet) Sekundarseitig bereitgestellten Ströme werden zunächst auf zwei getrennten Wegen weiterverarbeitet. Einerseits wird dieser Strom dem Eingang des elektronische Bauelemente aufweisenden Vierpols direkt zugeführt, andererseits durchfließt er die Primärseite eines Zwischenwand'ers (nachfolgend als Sättigungswandler bezeichnet), der ein Übersetzungsverhältnis von z. B. 1:1 und eine wesentlich niedrigere Überstromziffer als der Abgangswandler hat.The currents provided by the current transformers in the outlets to be protected (hereinafter referred to as outgoing transducers) connected to the busbar to be protected are first processed further in two separate ways. On the one hand, this current is supplied directly to the input of the electronic components having quadrupole, on the other hand, it flows through the primary side of a Zwischenwand'ers (hereinafter referred to as saturation converter), which has a transmission ratio of z. B. 1: 1 and a much lower overcurrent digit than the outgoing converter has.

Durch Parallelschalten der Sekundärseiten der den einzelner. Abgängen zugeordneten Sättigungswandler wird der für Differentialschutzeinrichtungen typische Differenzstrom gebildet und dem als Stromrelais ausgeführten Ansprechorgan, das bei fehlerbehafteter Sammelschiene die Ausschaltung bewirkt, zugefüh;By paralleling the secondary sides of the individual. Departures associated saturation transformer is formed of differential current typical differential current and supplied to the power relay designed as a response that causes the faulty busbar switching off, fed;

Dta Lösung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:Dta solution is characterized by the following advantages:

- hohe Zuverlässigkeit,- high reliability,

- geringe Kostenaufwendungen für die Herstellung und den Einsatz der S.* hubeinrichtung,- low costs for the production and use of the S. * hubeinrichtung,

- geringer Wartungsaufwand im Betrieb.- low maintenance during operation.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Fig. 1 bis 3 zeigen den Aufbau der Schaltung und ihre Funktion bei vorschiedenen Betriebs- bzw. Fehlerzuständen. Oben ist jeweils das oinpolige Schaltbild der zu schützenden Schaltanlage und der jeweilige Betriebs- bzw. Fehlerzustand und darunter die Schaltung der Schutzeinrichtung für einen der Leiter R, S, T dargestellt. Für die anderen beiden Leiter ist die gleiche Schaltung aufzubauen. Die eingezeichneten Ströme sind Momentanwerte. Die Strompfeile gelten deshalb nur für eine Halbwelle; in der anderen Halbweile ist das Verhalten der Schutzeinrichtung entsprechend den umgekehrten SUornrichtungen analog. Dargestellt ist die Schaltung für 3 Abgänge; sind mehr Abgänge an die Sammelschiene angeschlossen, ist die Schaltung entsprechend zu erweitern. Die Stromwandler in den Abgängen AW müssen im Übersetzungsverhältnis übereinstimmen. Um das zu erreichen, können ggf. zusätzliche Zwischenwandler (in Cig. 1 bis 3 nicht dargestellt) verwendet werden. Bei den folgenden Erläuterungen wird vorausgesetzt, daß die Sättigungswandlor SW aller Abgänge ein Übersetzungsverhältnis 1:1 haben.FIGS. 1 to 3 show the construction of the circuit and its function in the case of different operating or fault conditions. Above each oopole circuit diagram of the protected switchgear and the respective operating or fault condition and below the circuit of the protection device for one of the conductors R, S, T is shown. For the other two conductors is the same circuit build. The drawn currents are instantaneous values. The power files therefore only apply to one half-wave; in the other halfway the behavior of the protection device is analogous to the reverse direction of the SUOM. Shown is the circuit for 3 outlets; If more outlets are connected to the busbar, the circuit must be extended accordingly. The current transformers in the outlets AW must match in the transmission ratio. In order to achieve this, additional intermediate transducers (not shown in cigs 1 to 3) may be used. In the following explanations it is assumed that the saturation wall SW of all outlets have a transmission ratio of 1: 1.

Entscheidend für die Funktion der Schutzeinrichtung ist, daß die Sättigungswandler eine wesentlich niedrigere Überstromzahl als die Abgangswandler AW aufweisen.Decisive for the function of the protective device is that the saturation converter have a significantly lower overcurrent number than the leaving transducers AW.

Fig. 1 zeigt das Verhalten der Schutzeinrichtung im fehlerfreien Betriebszustand der Schaltanlage. Dabei gelangt keiner far Wandler in Sättigung. Die von den Sättigung; wandlern SW aller Abgänge übertragenen Ströme (gestrichelt gezeichnete IVeile) summieren sich zu Null. Die in den Dioden-Transistoren-Schaltungen fließenden Ströme haben in diesem Fall keinen Einfluß auf das Verhalten der Schutzeinrichtung.Fig. 1 shows the behavior of the protective device in error-free operating state of the switchgear. In this case, no far converter reaches saturation. The of the saturation; converters SW of all outgoing currents (dashed lines) add up to zero. The currents flowing in the diode-transistor circuits in this case have no influence on the behavior of the protective device.

Tritt ein Kurzschluß außerhalb des Schutzbereiches auf, und bleiben die Kurzschlußströme dabei so klein, daß keiner der zur Schutzeinrichtung gehörenden Wandler in Siittigung gelangt, verhalt sich die Schutzeinrichtung genauso, wio es obon für den fehlerfreien Betriebszustand erläutert wurde.If a short circuit occurs outside the protected area, and the short-circuit currents remain so small that none of the transducers belonging to the protective device gets involved, the protective device behaves exactly as described above for the fault-free operating state.

Normalerweise sind jedoch dann die Kurzschlußströme so groß, daß der Sättigungswandler SW im kurzschlußbehafteten Abgang in Sättigung gelangt. Dieser Fall ist i ι Fig. 2 dargestellt. Der kurzschlußbehaftete Abgang ist dort der Abgang 3.Normally, however, then the short-circuit currents are so large that the saturation converter SW reaches saturation in short-circuited outlet. This case is shown in FIG. 2. The short-circuited departure is there the departure 3.

Entsprechend der vorausgesetzten Dimensionierung der Stromwandler befindet sich zwar der Sättigungswandler SW dieses Abganges in Sättigung, der AbgangswancMei AW jedoch nicht. Es ergibt sich dann ein resultierender Differenzstrom, der jedoch nicht durch das Ansprechorgan fließen kann, weil für diesen Differenzstrom auf Grund beiner Grpße und seiner Richtung der parallel zum Ansprechorgan liegende Ausgang des dem kurzschlußbehafteten Sammelschienen-Abgang zugeordneten Vierpols als Kurzschluß wirkt. Der vom Abgangswandler übertragene Strom fließt in der dargestellten Halbwelle über die Dio^e D₂ (durchgezogener Pfeil). Dieser Strom ist genauso groß wie <l\e Summe der von den Sättigungswandlern aller anderen Abgänge kommenden Ströme (gestrichelt gezeichnete Pfeile). Beide Ströme (durchgezogener Pfeil und gestrichelt gezeichneter Pfeil) kompensieren sich folglich an der Diode D₂, so daß über das Ansprechorgan R kein Strom fließt.In accordance with the presumed dimensioning of the current transformers, although the saturation transformer SW of this outgoer is in saturation, the outgoing transducer AW is not. It then results in a resulting differential current, which, however, can not flow through the Ansprechorgan, because for this differential current due to its size and its direction of parallel to the Ansprechorgan output of the short-circuited busbar outgoer associated quadrupole acts as a short circuit. The current transmitted by the outgoing transformer flows in the half-wave shown over the Dio ^ e D ₂ (solid arrow). This current is equal to <l \ e sum of the currents coming from the saturation transducers of all other outlets (dashed arrows). Both currents (solid arrow and dashed arrow) thus compensate for the diode D ₂ , so that via the Ansprechorgan R no current flows.

Gelangen im kurzschlußbehafteten Sammdlschienen-Abgang sowohl Sättigungswandler SW a's auch Abgangswandl6r AW in Sättigung, dann ist dadurch, daß die Überstromziffer der Sättigungswandler SW in den anderen, nicht kurzschlußbehafteten SammelschifMen-Abgängen niedriger ist als die Überstromziffer des Abgangswandlers AW im ku< 'schlußbehafteten Sammelschienen-Abgang, gewährleistet, daß die Sättigungswandler aller Abgänge gesättigt sind Jnd folglich der Difforenzstrom Null ist.If the saturation transducers SW in the other non-short-circuited busbar outlets are lower than the overcurrent numbers of the outgoing transducers AW in the busbar busbar system in the short-circuited busbar outfeed, both saturation transducers SW a and saturable outgoing wall AW are saturated. Disposal, ensures that the saturation transducers of all outlets are saturated and consequently the diffforcing current is zero.

Fig. 3 zeigt das Verhalten dnr Schutzeinrichtung bei Kurzschluß innerhalb des Schutzbereiches (Sammelschiene).Fig. 3 shows the behavior dnr protective device in case of short circuit within the protection area (busbar).

Der von den Abgangswandlern AW übertragene Strom (durchgezogene Pfeile) fließt in der dargestellten Halbwelle in allen Abgängen jeweils über die Diode D₁. Die Summe der von den Sättigungswandlern SW aller Abgänge übertragenen StrömeThe current transmitted by the outgoing transformers AW (solid arrows) flows in the illustrated half-wave in all outlets in each case via the diode D ₁ . The sum of the currents transmitted by the saturation transducers SW of all outgoing circuits

(gestrichelt gezeichnete Pfeile) muß über das Ansprechorgan R fließen, weil bei diesem Zustand die Vierpole aller Abgänge wirkungslos sind. Selbstverständlich werden auch in diesem Fall die Sättigungswandler SW in Sättigung gelangen; es ist jedoch leicht möglich, die Sättigungsgrenze dieser Wandler dem Ansprechwert des Ansprechorgans R so anzupassen, daß der von den gesättigten Wandlern SW übertragene Effektivwert der Ströme für das Ansprechen des Ansprechorgans R ausreicht. Fig.4 zeigt noch eine mögliche Variante mit veränderter Schaltung für das Ansprechorgan R, wobei jedem Abgang in der dargestellten Weise ein Ansprechorgan zugeordnet ist. Das prinzipielle Verhalten der Schutzeinrichtung ändert sich dadurch nicht.(dashed arrows) must flow through the Ansprechorgan R, because in this state, the four poles of all outlets are ineffective. Of course, even in this case, the saturation converter SW will saturate; However, it is easily possible to adjust the saturation limit of these converters to the response of the Ansprechglieds R so that the transmitted by the saturated transducers RMS rms of the currents for the response of the Ansprechorgans R is sufficient. 4 shows a possible variant with a modified circuit for the Ansprechorgan R, each outlet in the manner shown, a Ansprechorgan is assigned. The basic behavior of the protective device does not change as a result.

Claims

1. Circuitry for the protection of busbars and similar nodes with branches, which may be both feeds and outlets, according to the differential protection principle, in which using the current transformers in the phase conductors of the branches and directional non-linear switching elements having quadrupoles, the currents of the branches geometrically the secondary windings of the current transformers are connected to the inputs of the four poles, while the outputs are connected to a bus and a switching device giving the turn-off command, characterized in that the primary winding of an intermediate transformer lies in series with the secondary winding of each current transformer Overcurrent digit is chosen to be much lower than that of the current transformer and its secondary winding is connected to the manifold and to the switching element.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that a switching element is connected to the manifold for each branch.

3. Circuit arrangement according to item 2, characterized in that decoupling members are provided for the switching elements.