DE1241526B - Current transformer circuit for selective protection - Google Patents
Current transformer circuit for selective protectionInfo
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DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIhHOIh
H02hH02h
Deutsche Kl.: 21 c - 68/50 German class: 21 c - 68/50
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S92565VIIIb/21c
11. August 1964
1. Juni 1967S92565VIIIb / 21c
August 11, 1964
June 1, 1967
Mit der Vergrößerung der Leistungen in den Hochspannungsnetzen und mit der dadurch bedingten Erhöhung der Übertragungsspanrnmgen werden die Anforderungen an die Selektivschutzeinrichtungen und an die Stromwandler zum Abbilden der in 5 den Leitungen fließenden Ströme für die Selektivschutzeinrichtungen, immer größer. In Netzen mit hohen Spannungen, die zur Übertragung großer Leistungen ausgelegt sind, können — bezogen auf den Nennstrom — sowohl sehr hohe als auch nied- io rige Kurzschlußströme auftreten, die alle von Stromwandlern noch ausreichend genau abgebildet werden müssen, wenn eine richtige Messung des Fehlerortes gewährleistet werden soll:With the increase in performance in the high-voltage networks and with the resulting The demands on the selective protection devices are increasing the transmission voltages and to the current transformers for mapping the currents flowing in the lines for the selective protection devices, getting bigger. In networks with high voltages that are designed for the transmission of large powers, - based on the rated current - both very high and low Rige short-circuit currents occur, all of which are mapped with sufficient accuracy by current transformers must, if a correct measurement of the fault location is to be guaranteed:
Stromwandlerschaltung für SelektivschutzCurrent transformer circuit for selective protection
Anmelder:Applicant:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München,Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Friedrich Geise f, ErlangenDipl.-Ing. Friedrich Geise f, Erlangen
oder Verstärkerschaltungen vorzu-or amplifier circuits
verwendenuse
Außerdem ist bei Höchstspannungen das Verhält- 15 sehen,
nis zwischen dem induktiven und dem ohmschen Es ist außerdem bei einer Zeitverzögerungsein-Widerstand
der Leitungen und der Transformatoren richtung für elektrische Schutzrelais eine Stromim
Verhältnis zu den Werten in Mittelspannungs- wandlerschaltung bekannt, bei der zwei Stromnetzen
sehr groß. Bei einem im ungünstigen Augen- wandlerkerne mit unterschiedlichem Sättigungsverblick
auftretenden Kurzschluß wird — bedingt 20 halten vorgesehen sind, deren Primärwicklungen zudurch
den hohen induktiven Widerstand gegenüber einander in Reihe liegen. Bei dieser Stromwandlerdem
ohmschen Anteil — das Gleichstromglied im schaltung sind die Sekundärwicklungen gegenein-Kurzschlußstrom
sehr langsam abklingen, so daß es andergeschaltet, so daß bei kleinem Primärstrom sebei
normal aufgebauten Stromwandlern besonders kundärseitig der Ausgangswert Null vorhanden ist,
bei hohen Kurzschlußströmen sehr schnell zu Sätti- 25 während bei größerem Primärstrom durch die Sättigungserscheinungen
kommt, welche die Meßwerte gung des einen Wandlerkernes die Sekundärspan-In addition, at maximum voltages the relationship is to be seen,
nis between the inductive and the ohmic In addition, with a time delay in-resistance of the lines and the transformer direction for electrical protective relays, a current in relation to the values in the medium-voltage converter circuit is known, in which two current networks are very large. In the event of a short circuit occurring in the unfavorable eye-walker core with different saturation perspectives, 20 stops are provided, the primary windings of which are in series with one another due to the high inductive resistance. With this current transformer, the ohmic component - the direct current element in the circuit, the secondary windings with respect to the short-circuit current decay very slowly, so that it is switched on to the other, so that with a small primary current with normally constructed current transformers the output value zero is particularly available on the secondary side, with high short-circuit currents it saturates very quickly. 25 while with a larger primary current the saturation phenomena occur, which the measured values of one transformer core reduce the secondary voltage.
verfälschen und ein fehlerhaftes Ansprechen der Selektivschutzeinrichtung verursachen. Der Sekundärstrom eines gesättigten Stromwandlers entsprichtfalsify and cause the selective protection device to respond incorrectly. The secondary stream of a saturated current transformer
nung des anderen stärker ansteigt, so daß sich nunmehr eine von. Null verschiedene Ausgangsgröße einstellt. Diese bekannte Schaltung dient also nicht zurtion of the other increases more so that now one of. Sets zero different output variable. This known circuit is not used for
dann dem Primärstrom weder in der Größe noch in 30 Abbildung eines Wechselstromes und ist daher als der Phasenlage, d. h., auch die Zeitpunkte der Null- Stromwandlerschaltung für den Selektivschutz nicht durchgänge von Primär- und Sekundärstrom stimmen nicht mehr überein. _ Dies hat zur Folge, daßthen the primary current neither in the size nor in the mapping of an alternating current and is therefore as the phase position, d. That is, not even the times of the zero current transformer circuit for selective protection Primary and secondary currents no longer match. _ As a result,
auch in Differentialschutzeinrichtungen, bei denenalso in differential protection devices where
geeignet.suitable.
Die neue Stromwandlerschaltung zum Abbilden eines Wechselstromes für den Selektivschutz (Di-The new current transformer circuit for mapping an alternating current for selective protection (di-
aus der Lage der Nulldurchgänge auf die Richtung 35 Stanzschutz, Differentialschutz) ist besonders für des Stromes geschlossen wird, Fehlschaltungen auf- Höchstspannungsanlagen geeignet, bei denen zwitreten können. sehen dem kleinsten und dem größten möglicher-from the position of the zero crossings to the direction 35 punch protection, differential protection) is especially for of the current is closed, faulty switching on high-voltage systems, in which there is a twitch can. see the smallest and the largest possible-
Um die bei hohen Strömen auftretenden Sätti- weise auftretenden Fehlerstrom ein erheblicher Ungungserscheinungen zu beseitigen, hat man bereits terschied besteht, unter Verwendung von mehreren Wandler in Spezialausführung gebaut, welche Eisen- 40 primärseitig in Reihe geschalteten Wandlerkernen kerne mit großen Luftspalten oder auch reine Luft- mit unterschiedlichem Sättigungsverhalten, die je kerne und eine relativ große Kupfermenge enthalten. mindestens eine Sekundärwicklung tragen. Die neue Diese allgemein als »Linearkoppler« bezeichneten Stromwandlerschaltung besteht erfindungsgemäß Wandler sind so ausgelegt, daß sie auch bei den darin, daß für jeden abzubildenden Wechselstrom höchstmöglichen Überströmen nicht in Sättigung ge- 45 zwei Wandlerkerne vorgesehen sind, von denen sich raten, jedoch ist die entnehmbare Leistung gegen- nur einer bei hohen Strömen sättigt, und daß zwiüber den Normalwandlern sehr klein. Wegen der sehen die Sekundärwicklungen und den Auslösekreis äußerst geringen Leistung der oben beschriebenen der nachgeschalteten Selektivschutzeinrichtung eine Linearkoppler ist man daher gezwungen, für die stromabhängig schaltende Umschalteinrichtung ge-Meßwerke der nachgeschalteten Selektivschutz- 50 schaltet ist, die den Auslösekreis bei kleinen Fehlereinrichtungen, z. B. Distanzschutzrelais oder Dif- strömen mit der Sekundärwicklung auf dem sättigferentialschutzrelais, teuere Sonderausführungen zu baren Kern und bei großen Fehlerströmen mit derThe fault current that occurs with high currents is a considerable problem to eliminate, one has already made a difference, using several Converters built in a special design, which iron 40 converter cores connected in series on the primary side cores with large air gaps or pure air with different saturation behavior, depending on the contain cores and a relatively large amount of copper. carry at least one secondary winding. The new This current converter circuit, generally referred to as a “linear coupler”, exists according to the invention Converters are designed in such a way that they also work in that for each alternating current to be mapped 45 two converter cores are provided, of which guess, but the power that can be drawn is only saturated at high currents, and that is over the normal converters very small. Because of that see the secondary windings and the trip circuit extremely low performance of the above-described downstream selective protection device Linear coupler is therefore forced to ge measuring units for the current-dependent switching switching device the downstream selective protection 50 is switched, which activates the trip circuit in the case of small fault devices, z. B. distance protection relay or differential currents with the secondary winding on the saturation relay, expensive special designs for a bare core and for large fault currents with the
709 588/264709 588/264
3 43 4
Sekundärwicklung auf dem nichtsättigbaren Kern schenwandlers 11 ist nun ein dem Primärstrom proverbindet, portionaler Strom zu entnehmen, der z. B. über denSecondary winding on the non-saturable core converter 11 is now connected to the primary current, to take portional stream, the z. B. over the
Bei der neuen Lösung kommt man bei der Ver- Widerstand 14' und die Zener-Dioden 15 zu einem Wendung von Linearkopplern ohne Sonderausfüh- Rechteckstrom bzw. einer Rechteckspannung umge-With the new solution, the resistor 14 'and the Zener diodes 15 come to one another Reversal of linear couplers without special design.
rung für die Meßwerke der Schutzeinrichtungen aus 5 wandelt werden kann. In dem den Zener-Diodention for the measuring units of the protective devices from 5 can be converted. In which the zener diodes
und benötigt im allgemeinen auch keinen zusatz- nachgeschalteten Transformator 16 wird dieseand generally no additional transformer 16 connected downstream is required either
liehen Aufwand für die Stromwandlerschaltung, da Rechteckspannung differenziert, so daß sich in denborrowed effort for the current converter circuit, since square wave voltage differentiates, so that in the
als zweiter Wandlerkern einer der stets vorhandenen Nulldurchgängen des Stromes/3 in der Wicklung 13as the second converter core, one of the zero crossings of the current / 3 that is always present in the winding 13
normalen Stromwandlerkerne mit herangezogen wer- Impulse ergeben. In Fig. 2 b sind untereinander dernormal current transformer cores can also result in pulses. In Fig. 2 b are among each other
den kann. Diese Vorteile lassen sich durch die neue io sinusförmige Strom /3 in der Wicklung 13 und diecan. These advantages can be seen through the new io sinusoidal current / 3 in the winding 13 and the
Anordnung erreichen, weil die Leistung aller Strom- am Transformator 16 zu entnehmenden ImpulseAchieve arrangement because the power of all current at the transformer 16 to be drawn pulses
wandler quadratisch mit dem Primärstrom steigt dargestellt, die beispielsweise zu dem anderen Endeconverter shown as the square of the primary current increases, for example to the other end
bzw. fällt. Infolgedessen wird auch bei entsprechend der Leitung 1 übertragen werden können und inor falls. As a result, line 1 can also be transmitted at corresponding and in
hohem Primärstrom die Leistung eines Linearkopp- ihrer Phasenlage mit am anderen Leitungsende ähn-high primary current the performance of a linear coupling - their phase position is similar at the other end of the line -
lers ausreichen, um normale Schutzeinrichtungen zu 15 lieh gewonnenen Impulsen zu vergleichen sind. Fürlers are sufficient to compare normal protective devices to 15 borrowed pulses. For
betätigen. diesen Vergleich läßt sich dann eine Phasenver-actuate. this comparison can then be a phase comparison
In Fig. 1 sind die einem Stromwandler zu ent- gleichseinrichtung verwenden, die wegen der ausreinehmenden
Leistungen N abhängig vom fließenden chenden, dem Stromwandler zu entnehmenden Lei-Primärstrom
Ip aufgetragen. Dabei stellt die Kurve stung, einfach aufgebaut sein kann.
Nl den Verlauf der entnehmbaren Leistung aus 20 Eine andere Anwendungs- und Schaltungsmögeinem
normalen Wandlerkern und die Kurve Nl lichkeit zeigt Fig. 3. Gleiche Teile sind hierin mit
die einem Linearkoppler zu entnehmende Leistung den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 versehen,
dar. Parallel zur Abszisse ist eine mit Na bezeich- Hier wird die Stromwandlerschaltung für einen
nete gestrichelte Linie aufgetragen, die beispiels- Distanzschutz ausgenutzt. Der Zwischenwandler 11
weise die für das Ansprechen einer Schutzeinrich- 25 entfällt. Dafür sind zwei Meßwerke 17 und 18 für
tung erforderliche Leistung darstellen soll. Wie aus den Distanzschutz vorhanden. Die Eingangsklemmen
Fig. 1 zu ersehen ist, wird in diesem Fall bei einem für den Strom im Meßwerk 17 sind über die Wick-Primärstrom,
der größer ist als 3In, die dem Li- lung 9 der Umschalteinrichtung an die Sekundärnearkoppler
zu entnehmende Leistung ausreichen, wicklung 4 angeschlossen. Die Eingangsklemmen für
um ein sicheres Ansprechen der nachgeschalteten 30 den Strom im Meßwerk 18 sind unmittelbar an die
Schutzeinrichtung zu gewährleisten. Es genügt also Sekundärwicklung 5 geschaltet. Außerdem ist noch
bei diesem Beispiel, wenn der Kern des normalen ein Spannungswandler 19 vorhanden, dessen Sekun-Stromwandlers
bei dem Stromwert 3In noch nicht därwicklung über Vorwiderstände 20 bzw. 21 an die
gesättigt ist. Die Umschalteinrichtung wird in die- Eingangsklemmen der Meßwerke 17 und 18 für die
sem Fall so eingestellt, daß beim Strom 3In die Se- 35 Spannungen angeschlossen ist. Der abhängig vom
kundärwicklung auf dem normalen Kern ab- und Strom in der Wicklung 9 (Stromrelais) umschaltende
diejenige auf dem nichtsättigbaren Kern (Linear- Umschalter 12 liegt in einem die Auslösespule 22
koppler) zugeschaltet wird. eines Leistungsschalters enthaltenden Auslösestrom-In FIG. 1, the equalizing devices to be used for a current transformer are plotted, because of the power N which are required, as a function of the flowing corresponding Lei primary current Ip to be taken from the current transformer. The curve represents stung, can be set up simply.
Nl the course of the removable power from 20 Another application and Schaltungsmögeinem normal transformer core and the curve Nl friendliness is shown in FIG. 3. The same parts are herein with a linear coupler the power to be removed by the same reference numerals as in F i g. 2 is provided. Parallel to the abscissa, a is denoted by Na . Here the current transformer circuit is plotted for a nete dashed line, which uses distance protection as an example. The intermediate converter 11 is omitted for the response of a protective device. For this purpose, two measuring units 17 and 18 are intended to represent the power required for processing. As present from the distance protection. The input terminals Fig. 1 can be seen, in this case with a for the current in the measuring unit 17 are above the Wick primary current, which is greater than 3In, the power to be taken from the line 9 of the switching device to the secondary close coupler is sufficient, winding 4 connected. The input terminals for a reliable response of the downstream 30 the current in the measuring unit 18 are to be guaranteed directly to the protective device. It is therefore sufficient to switch the secondary winding 5. In addition, in this example, if the core of the normal is a voltage transformer 19, whose secondary current transformer is not yet saturated with the current value 3In through the series resistors 20 or 21 to the. The switching device is set in the input terminals of the measuring units 17 and 18 for this case so that the Se- 35 voltages are connected to the current 3In. The depending on the secondary winding on the normal core and current in the winding 9 (current relay) switching that on the non-saturable core (linear switch 12 is in a trip coil 22 coupler) is switched on. of a circuit breaker containing tripping current
Ein Schaltungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. kreis und ist in der Ruhestellung über den Ausgangs-Die
Leitung 1 führt den abzubildenden Wechsel- 40 Stromkreis des Meßwerkes 17 und in der Arbeitsstelstrom.
Sie ist durch einen Eisenkern 2 und einen lung über den Ausgangsstromkreis des Meßwerkes
Luftspaltkern 3 geführt, so daß sie die Primärwick- 18 mit dem positiven Pol »+« einer Gleichspanlung
für beide Kerne darstellt. Jeder Kern enthält nungsquelle verbunden, deren negativer Pol »—« an
außerdem noch eine Sekundärwicklung 4 bzw. 5. dem mit dem Umschalter 12 nicht verbundenen Ende
Zur Umwandlung der Sekundärströme in proportio- 45 der Auslösespule 22 des Leistungsschalters liegt.
nale Spannungen und zum Schutz gegen Überspan- Fig.4 zeigt die Stromwandlerschaltung für den
nungen sind an die Sekundärwicklungen Wider- Differentialschutz eines Sammelschienensystems mit
stände 6 bzw. 7 angeschlossen. Die Sekundärwiek- den Abzweigleitungen 23, 24 und 25. Jede der Ablung
4 des Eisenkernes 2 ist über ein Amperemeter 8, Zweigleitungen 23 bis 25 ist durch einen Eisenkern 2
die Wicklung 9 einer hier als Stromrelais ausgebil- 50 und einen Luftspaltkern 3 geführt. Die Kerne tragen
deten Umschalteinrichtung, die Primärwicklung 10 jeweils — wie in Fi g. 2 und 3 — die Sekundärwickeines
Zwischenwandlers 11 und den in der Ruhe- Jungen 4 bzw. 5. In Reihe zu jeder Sekundärwickstellung
geschlossenen Umschaltkontakt 12 der Um- lung 4 liegt jeweils die Wicklung 26 eines Stromschalteinrichtung
verbunden. In. gleicher Weise ist relais. Jedes dieser Stromrelais enthält einen Ardie
Sekundärwicklung 5 des Luftspaltkernes 3 über 55 beitskontakt 27, die alle einerseits an den positiven
die in der Arbeitsstellung des Umschaltkontaktes 12 Pol» + « einer Gleichspannungsquelle angeschlossen
geschlossenen Kontakte sowie über die Primärwick- sind und andererseits über eine Verzögerungszeitlung
12 α des Zwischenwandlers 11 verbunden. Die stufe 28 und über die Wicklung 9 einer Umschalt-Windungszahlen
der Primärwicklungen 12 und 12a einrichtung an den negativen Pol» — « der Gleichdes
Zwischenwandlers 11 sind so gewählt, daß in 60 spannungsquelle geführt sind. Die Sekundärwicklunder
Sekundärwicklung 13 des Zwischenwandlers 11 gen 4 sind alle parallel geschaltet und mit einem Difein
dem Primärstrom im Leiter 1 proportionaler ferentialrelais 29 verbunden. In gleicher Weise sind
Strom fließt, gleichgültig, ob der Umsehaltkontakt die Sekundärwicklungen 5 einander parallel geschal-12
seine Ruhe- oder Arbeitsstellung einnimmt tet und an ein Differentialrelais 30 angeschlossen.
Über den Zwischenwandler U und auch über die 65 Wie in F i g. 3 sind die Ausgangsstromkreise der Dif-Widerstände
6 und 7 ist also eine Anpassung der ferentialrelais 29 und 30 über den zur Wicklung 9
verschiedenen Übersetzungsverhältnisse der beiden zugehörigen Umschaltkontakt 12 mit einem Auslöse-Kerne
möglich. Der Sekundärwicklung 13 des Zwi- kreis verbunden, der wiederum durch die Auslöse-A circuit example is shown in FIG. circle and is in the rest position via the output line 1 leads the alternating circuit to be mapped 40 of the measuring mechanism 17 and in the working current. It is led through an iron core 2 and a development via the output circuit of the measuring mechanism air-gap core 3, so that it represents the primary winding with the positive pole "+" of a DC voltage for both cores. Each core contains a connected voltage source whose negative pole "-" is also connected to a secondary winding 4 or 5, the end not connected to the changeover switch 12.
4 shows the current transformer circuit for the voltages are connected to the secondary windings with differential protection of a busbar system with levels 6 and 7 respectively. The secondary branches 23, 24 and 25. Each of the abutments 4 of the iron core 2 is routed via an ammeter 8, branch lines 23 to 25 through an iron core 2, the winding 9, a current relay 50 and an air gap core 3. The cores carry the switching device, the primary winding 10 each - as in Fi g. 2 and 3 - the secondary winding of an intermediate transformer 11 and the boy 4 or 5 in the resting position. The switching contact 12 of the winding 4, which is closed in series with each secondary winding position, is connected to the winding 26 of a current switching device. In. same way is relay. Each of these current relays contains a secondary winding 5 of the air gap core 3 via 55 working contacts 27, all of which are connected on the one hand to the positive contacts connected to the 12 pole "+" of a DC voltage source in the working position of the changeover contact and via the primary winding and on the other hand via a delay time 12 α of the intermediate converter 11 connected. The stage 28 and via the winding 9 of a switching number of turns of the primary windings 12 and 12a device to the negative pole "-" the equivalent of the intermediate converter 11 are selected so that a voltage source is routed to 60. The secondary winding 13 of the intermediate converter 11 gene 4 are all connected in parallel and connected to a differential relay 29 proportional to the primary current in the conductor 1. Current flows in the same way, irrespective of whether the switching contact switches the secondary windings 5 to one another in parallel, 12 assumes its rest or working position and is connected to a differential relay 30. Via the intermediate transformer U and also via the 65 As in FIG. 3 are the output circuits of the Dif resistors 6 and 7, an adaptation of the differential relays 29 and 30 is possible via the different transmission ratios of the two associated changeover contacts 12 with a trip core to the winding 9. The secondary winding 13 of the intermediate circuit is connected, which in turn is controlled by the tripping
Claims (6)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1124 587.Considered publications:
German publication No. 1124 587.
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