DE1105044B

DE1105044B - Differential relay with inrush stabilization

Info

Publication number: DE1105044B
Application number: DEA34277A
Authority: DE
Inventors: Roland Braun; Reijo Ovaska
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1960-03-04
Filing date: 1960-03-22
Publication date: 1961-04-20

Description

Differentialrelais mit Einschaltstabilisierung Die Erfindung betrifft einen Differentialschutz in Gleichrichterbrückenschaltung, welcher eine Einrichtung zur Einschaltstabilisierung beim Einschalten von Transformatoren besitzt.Differential relay with inrush stabilization The invention relates to a differential protection in rectifier bridge circuit, which is a device for inrush stabilization when transformers are switched on.

Beim Einschalten von Transformatoren treten bekanntlich kurzzeitig Stöße im Magnetisierungsstrom auf, welche den Differentialschutz zum Ansprechen bringen können, da diese Stöße nur auf einer Seite des I.'ransformators auftreten. Es sind verschiedene Maßnahmen bekanntgeworden, um diese Stromstöße unschädlich zu machen und zu verhindern, daß der Differentialschutz falsch anspricht.It is well known that when transformers are switched on, they occur briefly Surges in the magnetizing current, which the differential protection to respond because these surges only occur on one side of the transformer. Various measures have become known to render these power surges harmless and to prevent the differential protection from responding incorrectly.

Beispielsweise hat man vorgeschlagen, die im Magnetisierungsstrom auftretenden Oberwellen dazu heranzuziehen, um im Differentialschutz eine Sperrwirkung zu erzielen. Insbesondere bei der Verwendung von Gleichrichterbrückenschaltungen, in denen also die Meßgrößen gleichgerichtet werden, hat man außer dem Differenz- und Haltestrom, welcher in bekannter Weise die Auswirkung der Ungleichheiten in der Übersetzung des Transformators oder in den Wandlern vom Relais abhalten soll, noch als dritte Meßgröße den Oberwellenstrom zugeführt.For example, it has been proposed that in the magnetizing current to use occurring harmonics in order to have a blocking effect in the differential protection to achieve. Especially when using rectifier bridge circuits, in which the measured quantities are rectified, besides the difference and holding current, which, in a known manner, is the effect of the inequalities in the translation of the transformer or in the converters should prevent the relay, The harmonic current is also supplied as a third measured variable.

Im Einschaltstoß beim Schalten von Transformatoren tritt bevorzugt die zweite Oberwelle auf, also bei 50 Hz Netzfrequenz die Frequenz von 100 Hz. Bei den bekannten Einrichtungen führt man nun den Differenzstrom über ein auf 100 Hz abgestimmtes Durchgangsfilter und läßt in der Gleichrichterbrückenschaltung diesen Strom dem Differenzstrom der Betriebsfrequenz entgegenwirken. Der Strom im Relais wird dadurch abgeschwächt und unter dem Ansprechwert gehalten oder fließt in Sperrichtung. Bei den bekannten Ausführungen wurde dies entsprechend der Fig. 1 ausgeführt. Hierbei sind sämtliche Gleichrichteranordnungen parallel oder antiparallel geschaltet. Aus den vor und hinter dem Transformator 1 liegenden Stromwandlern 2 und 3 werden die Ströme dem Zwischenwandler 4 zugeführt. Dieser besitzt zwei Primärwicklungen 41 und 42, wobei in 41 die Differenz der zugeführten Ströme, in 42 die einzelnen Ströme selbst fließen. Der Primärwicklung 41 sind zwei Sekundärwicklungen 43 und 44 zugeordnet, der Primärwicklung 42 eine Sekundärwicklung 45. Die Wicklung 43 speist die Gleichrichtergruppe 5, die Wicklung 44 die Gleichrichtergruppe 6 und die Wicklung 45 die Gleichrichtergruppe 7. Die Stromrichtung der Gleichrichtergruppe 5 ist der Richtung der anderen beiden Gleichrichtergruppen 6 und 7 entgegengesetzt. Im Brückenzweig dieser Gleichrichter ist das Relais 8 angeordnet. Der in der Gleichrichtergruppe 5 entstehende Differenzstrom ist bestrebt, das Relais 8 zum Ansprechen zu bringen, während die Ströme der beiden anderen Gruppen dem Differenzstrom entgegengesetzt gerichtet sind und das Relais in Sperrichtung zu halten versuchen. Der Gleichrichtergruppe 7 wird der Haltestrom zugeführt, welcher die Wandler und Übersetzungsfehler berücksichtigen soll, der Gleichrichtergruppe 6 der im Differenzstrom enthaltene Oberwellenstrom. Die Oberwellen, insbesondere die zweite, werden durch das Filter 9 ausgesiebt. Das Filter 10 ist ein Sperrfilter, das die betreffende Oberwelle aus dem parallelliegenden Kreise abhält und damit den Oberwellenstrom im von der Wicklung 44 gespeisten Kreise erhöht. Das Filter 10 kann auch in diesem Kreis selbst als Parallelfilter angeordnet sein.Inrush when switching transformers occurs preferentially the second harmonic, i.e. the frequency of 100 Hz at 50 Hz mains frequency the known devices are now fed the differential current over a to 100 Hz matched through filter and leaves this in the rectifier bridge circuit Current counteract the differential current of the operating frequency. The current in the relay is thereby weakened and kept below the response value or flows in the reverse direction. In the known designs, this was carried out in accordance with FIG. 1. Here all rectifier arrangements are connected in parallel or anti-parallel. the end the current transformers 2 and 3 in front of and behind the transformer 1 become the Currents fed to the intermediate converter 4. This has two primary windings 41 and 42, where in 41 the difference of the supplied currents, in 42 the individual currents flow yourself. The primary winding 41 is assigned two secondary windings 43 and 44, the primary winding 42 is a secondary winding 45. The winding 43 feeds the rectifier group 5, the winding 44 the rectifier group 6 and the winding 45 the rectifier group 7. The current direction of the rectifier group 5 is the direction of the other two Rectifier groups 6 and 7 opposite. In the bridge branch of this rectifier the relay 8 is arranged. The differential current arising in the rectifier group 5 strives to make the relay 8 to respond while the currents of the two other groups are directed opposite to the differential current and the relay Try to hold in the blocking direction. The rectifier group 7 is the holding current fed, which should take into account the converter and translation errors, the Rectifier group 6 the harmonic current contained in the differential current. The harmonics, especially the second, are screened out by the filter 9. The filter 10 is a notch filter that selects the relevant harmonic from the parallel circles and thus increases the harmonic current in the circuit fed by the winding 44. The filter 10 can also be arranged as a parallel filter in this circle itself.

Der Nachteil dieser Anordnung ist nun, daß der Haltestrom- und der Oberwellenstromkreis parallel geschaltet sind und die Ströme sich daher im Relais addieren. Im Relais fließt dann die Summe beider Ströme, welche dem Differenzstrom entgegengesetzt sind. Hierdurch entstehen aber keine eindeutigen Verhältnisse. Bekanntlich wird der Haltestrom durch Widerstände oder durch Übersetzungsänderung am Zwischenwandler 4 in bestimmter Weise eingestellt. Die Einstellung ergibt sich aus den möglichen Fehlerströmen in den Wandlern und vor allem bei Regeltransformatoren aus dem Regelbereich des Transformators bei außenliegenden Fehlern. Diese Einstellung kann nun durch den Oberwellenstrom gefälscht werden, weil dieser sich dem Haltestrom überlagert, denn .auch bei außenliegenden Fehlern, insbesondere infolge der Sättigung der Wandler, können Ober- Wellenströme auftreten. Diese machen dann das Relais noch unempfindlicher als erforderlich. Andererseits wird, sobald ein Differenzstrom fließt, über die Gleichrichtergruppe 6 immer auch ein Teil des Grundwellenstromes fließen, der dem Differenzstrom und nicht dem Durchgangsstrom proportional ist und welcher auch im Fehlerfalle ohne Oberwellenstrom eine Ungenauigkeit zur Folge hat.The disadvantage of this arrangement is that the holding current and the Harmonic circuits are connected in parallel and the currents are therefore in the relay add. The sum of the two currents, which is the differential current, then flows in the relay are opposite. However, this does not create any clear relationships. As is well known the holding current is caused by resistors or by changing the ratio at the intermediate converter 4 set in a certain way. The setting results from the possible Residual currents in the converters and especially with regulating transformers from the regulating range of the transformer in the event of external faults. This setting can now go through the harmonic current is falsified because it is superimposed on the holding current, because .also with external faults, especially due to the saturation of the transducers, can upper Wave currents occur. These then make the relay even less sensitive than necessary. On the other hand, as soon as a differential current flows, a part of the fundamental wave current always flows through the rectifier group 6 flow which is proportional to the differential current and not to the through current and which results in inaccuracy even in the event of a fault without harmonic current.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die beiden Gleichrichtergruppen für den Halte- und den Oberwellenstrom gleichstromseitig in Reihe zu schalten.In order to avoid this disadvantage, it is proposed according to the invention that the two rectifier groups for the holding and the harmonic current on the DC side to be connected in series.

Die Schaltung eines Ausführungsbeispiels zeigt Fig. 2. Der Transformator 1, die Wandler 2 und 3 sowie der Zwischenwandler 4 sind in gleicher Weise wie bei der bekannten in Fig. 1 gezeigten Schaltung ausgeführt. Die beiden Gleichrichtergruppen 6 und 7 sind aber im Gegensatz zu ihr hintereinandergeschaltet. Hierdurch ergibt sich folgender wesentlicher Vorteil. Der Oberwellenstrom und der Haltestrom können sich nicht addieren. Dies liegt daran, daß der eine Strom, also beispielsweise der Haltestrom, die Gleichrichtergruppe des anderen Stromes, also des Oberwellenstromes, auch in der Sperrichtung durchlässig macht. Der Haltestrom fließt in diesem Fall über den Gleichrichter 74 in die Gleichrichtergruppe 6, teilt sich dort auf die beiden Zweige 62, 63 und 61, 64 auf und fließt über das Relais 8 und zum Teil über die Gruppe 5 zu dem Gleichrichter 72 zurück. Die Gleichrichter 61, 62 die den Oberwellenstrom sperren würden, werden durch den Haltestrom auch für den Oberwellenstrom durchlässig gemacht, so daß der Oberwellenstrom durch die Gleichrichter fließen kann, solange er einen kleineren :llomentanwert als der Haltestrom hat. Der Oberwellenstrom flieflt daher im wesentlichen über die Gleichrichter 61, 62 und 64, 63 zurück und nicht über das Relais B. Es entsteht hierdurch eine Art Kurzschluß über die Gleichrichter für den Oberwellenstrom, so daß dieser nicht durch das Relais fließen kann. Ist umgekehrt der Momentanwert des Oberwellenstromes größer als der gleichzeitige des Haltestromes, so wird letzter über seine Gleichrichter kurzgeschlossen und vom Relais ferngehalten. Im Relais fließt dann also immer jeweils der Sperrstrom, welcher den größeren Momentanwert besitzt, d. h., bei außenliegenden Fehlern, wo der Haltestrom überwiegt, ist dieser maßgebend für die sperrende Wirkung. Beim Einschalten von Transformatoren überwiegt aber der Oberwellenstrom, so daß dieser allein eine sperrende Wirkung ausüben kann. Die Wandlerübersetzung ist so zu wählen, daß der Oberwellenstrom und der Haltestrom den praktisch vorkommenden Verhältnissen richtig angepaßt sind. Der Oberwellenstrom wird im allgemeinen höher übersetzt werden müssen als der Haltestrom, da der Oberwellenanteil im Strom verhältnismäßig gering ist; die Windungszahl der Wicklung 44 muß also in der Regel geringer sein als die der Wicklung 45.The circuit of an exemplary embodiment is shown in FIG. 2. The transformer 1, the transducers 2 and 3 and the intermediate transducer 4 are in the same way as in the known circuit shown in Fig. 1 carried out. The two groups of rectifiers In contrast to it, however, 6 and 7 are connected in series. This results in the following essential advantage. The harmonic current and the holding current can do not add up. This is due to the fact that one stream, for example the Holding current, the rectifier group of the other current, i.e. the harmonic current, also makes permeable in the blocking direction. The holding current flows in this case Via the rectifier 74 into the rectifier group 6, there is divided into the two branches 62, 63 and 61, 64 and flows through the relay 8 and partly over group 5 back to rectifier 72. The rectifiers 61, 62 the harmonic current would block, the holding current also allows the harmonic current to pass through made so that the harmonic current can flow through the rectifier as long as it has a smaller instantaneous value than the holding current. The harmonic current flows therefore essentially via the rectifiers 61, 62 and 64, 63 back and not via relay B. This creates a kind of short circuit across the rectifier for the harmonic current so that it cannot flow through the relay. is conversely, the instantaneous value of the harmonic current is greater than the simultaneous des Holding current, the latter is short-circuited via its rectifier and the relay kept away. The reverse current then always flows in the relay, which is the has a greater instantaneous value, d. i.e., for external faults, where the holding current predominates, this is decisive for the blocking effect. When switching on Transformers outweighs the harmonic current, so that this alone is a blocking Can have an effect. The converter ratio is to be selected so that the harmonic current and the holding current are correctly adapted to the conditions occurring in practice. The harmonic current will generally have to be translated higher than the holding current, since the harmonic content in the current is relatively low; the number of turns of the Winding 44 must therefore generally be smaller than that of winding 45.

Der Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist also, daß eine weitgehende Trennung von Haltestrom und Oberwellenstrom möglich ist. Eine Addition der Ströme und eine gegenseitige Beeinflussung ist praktisch beseitigt, so daß auch die Festlegung des Haltestromes eindeutig ist und die bei den bekannten Systemen vorhandenen Mängel im wesentlichen beseitigt sind.The advantage of the proposed arrangement is that an extensive Separation of holding current and harmonic current is possible. An addition of the currents and mutual interference is practically eliminated, so that the definition of the holding current is clear and the deficiencies that exist in the known systems are essentially eliminated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Differential relay with inrush stabilization when transformers are switched on in a rectifier bridge circuit, in which the differential current, the holding current and the harmonic current occurring when switching on are fed as reverse current via separate rectifier groups, characterized in that the rectifier groups for the holding and harmonic currents in the DC side Are connected in series.

2. Differential relay according to claim 1, characterized in that that the reverse current is obtained in a known manner via filter, which is based on the second harmonic are matched.

3. Differential relay according to claim 1, characterized characterized in that the reverse current is obtained from the differential current via a resonance filter will.

4. Differential relay according to claim 3, characterized in that the filter arrangement from an in Row with the associated rectifier group lying pass filter and one notch filter lying parallel to it.

5. Differential relay according to claim 4, characterized in that the blocking filter in the circle of the acting in the triggering direction Differential current lies.