DE1463419A1

DE1463419A1 - Differential protection device

Info

Publication number: DE1463419A1
Application number: DE19631463419
Authority: DE
Inventors: Kolar Dipl-Ing Adolf
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1962-05-17
Filing date: 1963-05-11
Publication date: 1969-01-02
Also published as: CH394357A

Description

Differentialschutzeinrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Differentialschutzeinrichtung mit einem Differentialstromwandler, an dessen Sekundärwicklung ein bezüglich einer Gleichrichteranordnung als Stromteiler wirkendes Schaltelement angeschlossen ist.Differential protection device. The present invention relates to on a differential protection device with a differential current transformer, on whose Secondary winding acts as a current divider with respect to a rectifier arrangement Switching element is connected.

Das Prinzip des Differentialschutzes soll im Zusammenhang mit einem Transformator kurz behandelt werden, dessen Verhalten man bekanntlich mit Hilfe des in Fig. 1 gezeigten, vereinfachten Ersatzschemas hinreichend genau beschreiben kann. Dort sind, mit X1 der primäre, mit X2 der reduzierte sekundäre Streublindwiderstand und mit X@ die Leerlaufreaktanz bezeichnet. Beim einwandfreien Transformator ist J1 + J# stets gleich dem Magnetisierungsstrom J )-, . Tritt hingegen ein Windungsschluss, ein Phasenschluss oder eine andere innere Störung auf, so ist an Stelle von X U eine wesentlich kleinere Reaktanz vorhanden, und es fliesst ein beträchtlicher Differentialstrom. Diese Tatsache wird benützt, um Transformatoren oder andere Schutzobjekte durch Differentialstromrelais vor .den Folgen innerer Fehler zu schützen. Ordnet man nämlich gemäss Fig. 2 im Primär-bzw. Sekundärstrom des Transformators die Stromwandler 1 bzw.The principle of differential protection will be dealt with briefly in connection with a transformer, the behavior of which, as is known, can be described with sufficient accuracy with the aid of the simplified substitute scheme shown in FIG. 1. There, X1 denotes the primary, X2 the reduced secondary blind resistance and X @ denotes the no-load reactance. In the case of a faultless transformer, J1 + J # is always equal to the magnetizing current J ) -,. If, on the other hand, an interturn fault, a phase fault or some other internal disturbance occurs, then instead of X U there is a significantly smaller reactance, and a considerable differential current flows. This fact is used to protect transformers or other protected objects from the consequences of internal faults by means of differential current relays. If you order according to FIG. 2 in the primary or. Secondary current of the transformer the current transformer 1 resp.

2 an, so lässt sich durch entsprechende Wahl der Uebersetzungsverhältnisse erreichen, dass über das Relais 3 der Differentialstrom iD fliesst und beim Auftreten eines Defektes die Abschaltung des Transformators erfolgt.2, it can be determined by choosing the appropriate gear ratio achieve that through the relay 3 the differential current iD flows and if a defect occurs, the transformer is switched off.

Wenn das Schutzobjekt grosse Ströme führt, können die Wandler 1 und 2 gesättigt werden. Bei ungleichmässigen Sättigungen tritt ein Differentialstrom auf, der eine Störung vortäuscht und Fehlauslösungen zur Folge hat. Es ist daher wünschenswert, zwischen dem Strom iS des Schutzobjektes und dem Differentialstrom iD etwa eine Funktion gemäss Fig. 3 einzuhalten. Oberhalb dieser Kennlinie liegt das Auslösegebiet.If the protected object carries large currents, transformers 1 and 2 become saturated. In the case of uneven saturation, a differential current occurs which simulates a malfunction and results in false alarms. It is therefore desirable between the current in the sense of the protected object and the differential current iD approximately to maintain a function according to FIG. 3. Is above this characteristic the trigger area.

Im Bereich kleiner Werte von iS ist die Ansprechempfindlichkeit hoch, während bei grösseren Strömen eine gute Stabilisierung erreicht wird, so dass auch unterschiedliche Wandlersättigungen keine Fehlauslösungen hervorrufen können.In the range of small values of iS, the response sensitivity is high, while a good stabilization is achieved with larger currents, so that too different transformer saturations cannot cause false tripping.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge bekannt geworden, welche es ermöglichen, einen Funktionsverlauf entsprechend Fig. 3 einzuhalten. Fig. 4 zeigt eine solche zum Stand der Technik zu rechnende Anordnung. Mit 1 und 2 sind wiederum zwei Stromwandler, und mit 3 ist das Auslöserelais bezeichnet. Zwisehen den Wandlern 1,2 liegt das Schutzobjekt 4. Der Differentialstrom iD gelangt über einen Stromwandler 5 sowie eine Gleichrichterbrücke 6 zum Relais 3, ein anderer, vom Strom is gespeister Wandler 7 steht. mit einer Gleichrichterbrücke in Verbindung. Schliesslich sind noch ein weiterer. Stromwandler 9 sowie eine Brücke 10 vorgesehen. Vernachlässigt man zunächst den Einfluss des Wandlers 9 bzw. der Brücke 10, so folgt in bekannter Weise aus den Durchflu%tungsgleichungen und Knotenpunktsbeziehungen für die Wandler 7 und 5, dass. zwischen iD und 1S ein linearer Zusammenhang besteht (vergl.beispielsweise die schweizerische Patentschrift 355508). Der Wandler 9 ist als Sättigungswandler ausgeführt,-und bei kleinen Beträgen von is hebt der Strom der Brücke 10 denjenigen der Brücke 8 im Relais 3 praktisch auf', da die beiden Gleichrichter mit entgegengesetzter Polarität angeschlossen sind. Die Ansprechstromstärke ist daher nahezu unabhängig vom_Strom i s. Erreicht hingegen der Wandler 9 seinen Sättigungszustand, so kann auch is zur Wirkung kommen, und es gilt zwischen iD und is der vorgenannte lineare Zusammenhang. Die bekannte Schaltung ermöglicht demnach einen Funktionsverlauf gemäss Fig. 3. Von Nachteil ist aber die Tatsache, dass ein zusätzlicher Stromwandler (9) und eine zusätzliche Gleichriehterbrücke (10) erforderlich werden. Ferner ist auch die Dimensionierung der einzelnen Kreise sehr schwierig, da die durch den jeweiligen Arbeitspunkt auf der Strom-Spannungscharakteristik gegebenen dynamischen Widerstände der einzelnen Brücken möglichst gleich sein sollen, was sich jedoch insbesondere unter Berücksichtigung des Sättigungswandlers 9 nicht ohne weiteres erreichen lässt.Various proposals have already become known as to which make it possible to maintain a function curve according to FIG. 3. Fig. 4 shows such an arrangement to be counted towards the state of the art. With 1 and 2 are again two current transformers, and 3 denotes the trip relay. Between the converters 1.2 is the protected object 4. The differential current iD passes through a current transformer 5 as well as a rectifier bridge 6 to relay 3, another one, powered by the current Converter 7 stands. connected to a rectifier bridge. After all, are yet another. Current transformer 9 and a bridge 10 are provided. Neglected if one first examines the influence of the converter 9 or the bridge 10, it follows in a known manner Way from the flow equations and Node relationships for the transducers 7 and 5 that there is a linear relationship between iD and 1S (See, for example, Swiss patent 355508). The converter 9 is designed as a saturation converter, -and with small amounts of is the current increases the bridge 10 that of the bridge 8 in the relay 3 practically ', since the two Rectifiers with opposite polarity are connected. The response current is therefore almost independent of the current i s. If, however, the converter 9 reaches its value State of saturation, is can also come into effect, and it applies between iD and is the aforementioned linear relationship. The known circuit therefore enables a function curve according to FIG. 3. A disadvantage, however, is the fact that a additional current transformer (9) and an additional rectifier bridge (10) required will. Furthermore, the dimensioning of the individual circles is very difficult, as given by the respective operating point on the current-voltage characteristic dynamic resistances of the individual bridges should be as equal as possible, what however, especially taking into account the saturation converter 9, this is not without it can achieve further.

Die Mängel des Bekannten können vermieden werden, wenn erfindungsgemäss ein an sich bekanntes, nichtlineares Schaltelement, welches mit wachsender Grösse des Schutzobjektstromes (is) kleinere Widerstandswerte annimmt, als Stromteiler Verwendung findet.The shortcomings of the known can be avoided if according to the invention a known, non-linear switching element, which with increasing size of the protected object current (is) assumes lower resistance values than the current divider Is used.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass unter Einhaltung einer Kennlinie gemäss Fig. 3 sowohl die Schaltung als auch die Dimensionierung der einzelnen Kreise wesentlich vereinfacht werden kann.The advantage of the invention is that while maintaining a Characteristic curve according to FIG. 3 both the circuit as well as the dimensioning the individual circles can be significantly simplified.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. Hierbei zeigt die Fig. 5 die Anwendung des neuen Prinzips auf eine herkömmliche Differentialschutzschaltung analog zu Fig.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown schematically. 5 shows the application of the new principle to a conventional differential protection circuit analogous to Fig.

Fig. 6 bezieht-sich auf die Strom-Spannungscharakteristik eines nichtlinearen Schaltelements. Schliesslich veranschaulicht Fig. 7 die Anwendung des Erfindungsgedankens beim Längsdifferentialschutz einer Leitung und Fig. 8 beim Sammelschienen= schutz.Fig. 6 relates to the current-voltage characteristic of a non-linear Switching element. Finally, FIG. 7 illustrates the application of the concept of the invention with the line differential protection of a line and Fig. 8 with the busbar = protection.

In Fig. 5 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 4. Der Stromwandler 9 und die Gleichrichterbrücke 10 können nun eingespart werden. Statt dessen überbrückt ein als Stromteiler wirkendes Schaltelement 11 die Sekundärwicklung des Differentialstromwandlers 5.In Fig. 5, the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 4. The current transformer 9 and the rectifier bridge 10 can now be saved will. Instead, a switching element 11 acting as a current divider bridges the Secondary winding of the differential current transformer 5.

Die Wirkungsweise einer Anordnung gemäss Fig. 5 ist folgende: Der vom Gleichrichter 6 gelieferte Strom dient zur Auslösung des Relais 3, während der Strom des Gleichrichters 8 infolge der entgegengesetzten Polarität beider Brücken einen Haltestrom erzeugt. Vernachlässigt man zunächst das Schaltelement 11, so besteht zwischen iD und iS wiederum ein linearer Zusammenhang, und man kann durch entsprechende Wahl der Uebersetzungsverhältnisse für die Wandler 5 und 7 einen flachen Kurvenverlauf festlegen, so dass die Ansprechempfindlichkeit hoch wird. Dies gilt für kleine Werte von is._ Schaltet man nun in Abhängigkeit von der Grösse des Stromes iS, beispielsweise mittels eines-Zusatzrelais, Widerstände an die Sekundärwicklung des Differentialstromwandlers 5, so lässt sich die Steigung der Kennlinie 3.D = f(iS) verändern. Eleganter ist jedoch die Verwendung von nichtlinearen Elementen. Fig. 6 zeigt die Strom-Spannungscharakteristik eines solchen. Bis zum Schwellenwert U` nimmt es praktisch keinen Strom auf, es wirkt jedoch als Stromteiler, sobald U' überschritten wird. Der Differentialstrom muss dann erheblich grössere Werte annehmen, um eine Auslösung zu ermöglichen. Dies bedingt einen Kurvenverlauf, der demjenigen von Fig. 3 ähnlich ist, wobei die Schwellenspannung den Kurvenknickpunkt bestimmt. Da der Widerstand des nichtlinearen Elements sehr klein werden kann, ist es zweckmässig, einen stromunabhängigen, z.B. ohmschen Widerstand vorzuschalten. Dieser schreibt die Grenzsteilheit der Kennlimie iD = f(iS) vor und garantiert auch bei sehr grossen Werten von is eine sichere Auslösung. Als nichtlineare Elemente kommen vorzugsweise Halbleiter aller Art, spannungsabhängige Widerstände, Kaltkathodenröhren, Eisendrosseln usw. in Betracht. Bei letzteren kann infolge des Wicklungswiderstandes der Vor-Schaltwiderstand entfallen In Fig. 7 ist das zu schützende Objekt 4 eine Leitung; mit gleichen Zahlen bezeichnete Teile entsprechen denjenigen der vorhergehenden Figuren. Bei.stßrungsfreiem Betrieb ist der Spannungsabfall an den Widerständen 12 etwa gleich gross, so dass an den Punkten A,B dasselbe Potential herrscht. Tritt hingegen ein Fehler auf, so entsteht ein Differentialstrom i D. Der Einfachheit halber ist die Schutzeinrichtung nur im Zusammenhang mit dem Wandler 1 wiedergegeben. In Wirklichkeit wird dieselbe Anordnung auch in der zweiten Station, in welcher sich der Wandler 2 befindet, vorgesehen.The mode of operation of an arrangement according to FIG. 5 is as follows: The from the rectifier 6 supplied current is used to trigger the relay 3, during the Current of the rectifier 8 due to the opposite polarity of the two bridges generates a holding current. If one first neglects the switching element 11, then there is there is a linear relationship between iD and iS, and one can use corresponding Choice of the transmission ratios for the converters 5 and 7 a flat curve so that the responsiveness becomes high. This applies to small values von is._ One now switches depending on the size of the current iS, for example by means of an additional relay, resistors to the secondary winding of the differential current transformer 5, the slope of the characteristic curve 3.D = f (iS) change. However, it is more elegant to use non-linear elements. Fig. 6 shows the current-voltage characteristics of such. Up to the threshold U` it takes practically no current, but it acts as a current divider as soon as U 'is exceeded. The differential current must then have considerably larger values assume to enable a trip. This requires a curve that is similar to that of Fig. 3, with the threshold voltage being the corner of the curve certainly. Since the resistance of the nonlinear element can become very small It is advisable to connect a current-independent, e.g. ohmic resistor upstream. This prescribes the steepness of the limit of the characteristic iD = f (iS) and also guarantees it with very high values of is a safe release. As non-linear elements Preferably semiconductors of all kinds, voltage-dependent resistors, cold cathode tubes, Iron chokes etc. into consideration. In the case of the latter, it can be due to the winding resistance the pre-switching resistor is omitted. In FIG. 7, the object 4 to be protected is a Management; Parts identified by the same numbers correspond to those of the preceding Characters. In the case of trouble-free operation, the voltage drop across the resistors 12 approximately the same size, so that the same potential prevails at points A, B. Kick on the other hand, if an error occurs, a Differential current i D. For the sake of simplicity, the protective device is only in connection with the converter 1 reproduced. In reality, the same arrangement is also used in the second station, in which the converter 2 is located, is provided.

Fig. 8 stellt einen Sammelschienenschutz dar. 13 ist eine bezüglich der Sammelschiene 4 ankommende, 14 eine abgehende Leitung: Die entsprechenden Ströme sind durch Pfeile gekennzeichnet. Auch hier kann nur im Störungsfalle ein. Differentialstrom iD auftreten.Fig. 8 illustrates a busbar protector. 13 is one relating to the busbar 4 incoming, 14 an outgoing line: The corresponding currents are indicated by arrows. Again, only in the event of a malfunction. Differential current iD occur.

Claims

Claims 1. Differential protection device with a differential current transformer, on its secondary winding a with respect to a rectifier arrangement as a current divider acting switching element is connected, characterized in that; that one in itself known, non-linear switching element (11), which with increasing size of the protected object current (iS) assumes smaller resistance values than current dividers are used.

2. Establishment according to claim 1, characterized in that the non-linear switching element (11) an ohmic resistor is connected upstream.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the non-linear switching element (11) is a semiconductor is.

4. Device according to claim 1, characterized in that the non-linear Switching element (11) is an iron choke. . Device according to claim 1, characterized characterized in that the non-linear switching element (1.1) acting as a current divider depending on the size of the protected object current (i.).