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Stabilisierte Differentialschutzeinrichtun@ Es sind: zum Schutz
von Sammelschienen, Transformatoren, Generatoren und ähnlichen elektrischen Einrichtungen
Differentialschutzeinrichtungen bekannt, bei denen über Stromwandler die in den
schützenden Bereich hinein- und hinausfließenden Ströme miteinander verglichen werden
und bei Auftreten eines Differenzstromes eine Abschaltung vorgenommen wird.
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Diese Differentialschutzeinrichtungen können infolge von Wandlerfehlern
bei
hohen Strömen eine Fehlermeldung abgeben bzw. eine Abschaltung vornehmen, auch wenn
der Fehler außerhalb des zu schützenden Grenzbereiches liegt. Um derartige Fehlabschaltungen*
zu verhindern, werden stabilisierte Differentialschutzeinrichtungen verwendet, bei
denen abhängig von dem die zu schützende Strecke durchfließenden Durchgangsstrom
die Me3glieder für, die Differentialschutzeinrichtung unempfindlicher gemacht werden.
Durch diese bekannten stabilisierten Differentialschutzeinrichtungen lassen sich
relativ sichere Schutzanordnungen verwirklichen. Mit steigenden Kurzschlußleistungen
der Netze und 'wachsender Energiedichte werden jedoch die Anforderungen an die Stromwandler
recht hoch. Dies liegt vor allem daran, daß relativ große Kurzschlußströme auftreten
können, und daß die bei einem Fehler auftretenden, in dem Fehlerstrom enthaltenen
Gleichstromglieder infolge der bei den dichteren Netzen vorhandenen langen Zeitkonstanten
relativ lange wirksam sind und so eine Sättigung der Stromwandler über mehrere Perioden
hervorrufen können. Bei Verwendung der Kurzunterbrechung kann zusätzlich die Remanenzinduktion
der Meßwandler bei Wiedereinsetzen des Fehlerstromes nach Beendigung der Kurzunterbrechung
zu einer weitgehenden Sättigung führen.
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Dies hat zur Folge, daß bei den bekannten stabilisierten Differentialschutzeinrichtungen
zur Vermeidung von Fehlabschaltungen die bei großen Strömen vorhandene Unempfindlichkeit
relativ groß gewählt werden muß. Da andererseits auch bei im Schutzbereich liegenden
Fehlern relativ hohe Ströme auftreten können, hat dies Zur Folge, daß u.U. auch
bei innerem Fehler
der Differentialschutz einmal nicht oder nur
zu spät ansprechen wird.
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Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Im Gegensatz zu dem bekannten
stabilisierten Differentialschutz wird das Differentialschutzrelais nicht mehr abhängig
vom Durchgangsstrom unempfindlicher gemacht. Das stabilisierte Differentialschutzrelais
nach der Erfindung besitzt unabhängig vom Durchgangsstrom immer die gleiche Empfindlichkeit,
ohne daß sättigungsfreie Stromwandler verwendet werden müssen. Hei der neuen Einrichtung
ist gewährleistet, daß auch bei vollständig gesättigtem Stromwandler eine Fehlabschaltung
vermieden wird.
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Die Erfindung betrifft also eine Differentialschutzeinrichtung mit
Stabilisierung gegen Wandlerfehler durch Sättigung bei hohen . Strömen, bei der
das Meßglied für den Fehlerstrom an die parallelgeschalteten Sekundärwicklungen
der Meßwandler angeschlossen ist, während die Sekundärwicklungen mit einem Meßglied
und einem Belastungswiderstand verbunden sind. Die neue Lösung besteht erfindungsgemäß
darin, daß als Meßgled ein Impedanzmeßglied vorgesehen ist, dessen Strompfad in
Reihe zur. Sekundärwicklung des Meßwandlers für den betreffenden Abzweig geschaltet
ist und daß die Spannungspfade aller Impedanzmeßglieder - parallel zum Beiastungswiderstand
geschaltet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der neuen Differentialschutzeinrichtung ist
in Figur 1 einpolig dargestellt. Die Sammelschiene 1 wird über drei Zeitungen, 3
und 4. gespeist. In die Zeitungen sind die Meßwandler W1, W2 und W3 für den Differentialschutz
einge:-schaltet.
Die Sekundärwicklungen der Meßwandler sind einander
. parallel geschaltet und an einen Widerstand R angeschlossen, dessen Widerstandswert
so bemessen ist, daß@er eine erhebliche Bürde für die verwendeten Meßwandler darstellt.
Parallel zu dem Widerstand R sind die Spannungspfade von Impedanzmeßgliedern I1,
12 und 13 geschaltet, deren Strompfade in Reihe zu je einer Sekundärwicklung eines
der Meßwandler W1, W2 bzw. W3 liegen. Die Strompfade der Impedanzmeßglieder I1 bis
13 sind über Stromwandler 7, 8 und 9 in Reihe zu den Sekundärwicklungen der Meßwandler
W1, W2 und W3 geschaltet.
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Bei dieser in Fig. 1 dargestellten Differentialschutzeinrichtung ergibt
sich am Widerstand R, der auch induktiv oder kapazitiv sein kann, eine Spannung,
wenn ein Fehler innerhalb des durch die Meßwandler W1 bis W3 abgegrenzten Schutzbereiches
auftritt und die Summe der Ströme in den Abzweigen 2, 3 und 4 nicht mehr Null ist.
Bei einem äußeren Fehler, wie er z.B. durch den Kurzschlußpfeil F dargestellt ist,
kann es vorkommen, daß der Meßwandler W3 gesättigt ist, so daß von ihm ein zu geringer
Stromwert übertragen wird. Hierdurch kommt es ebenfalls zu einem Spannungsabfall
an-dem Widerstand R, durch den die Gefahr einer Fehlabschaltung besteht. Im Gegensatz
zum Bekannten ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch nicht nur ein spannungsabhängiges
Meßglied (Relais) vorhanden, sondern es ist für jeden Abzweig ein Impedanzme13glied
vorgesehen. Dieses Impedanzmeßglied mißt den äußeren Widerstand, der bei Sättigung
des Wandlers W3 nicht mehr dem Widerstandswert des Widerstandes R entspricht, sondern
wesentlich verringert ist,
da. der gesättigte Meßwandler W3 ebenfalls
einen Widerstand mit geringem Widerstandswert darstellt.
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D#e Impedanzmeßglieder I1 und 12 stellen aufgrund der geringen gemessenenen
Impedanz fest, daß der Fehler außerhalb des Schutzbereiches der Differentialschutzeinrichtung
liegt: Hierbei ergibt sich die richtige Messung auch dann, wenn die Spannung am
Widerstand R durch hohen Gesamtstrom trotz des parallel geschalteten, gesättigten
Meßwandlers weiter ansteigt. Das Impedanzme-ßglied 13 erhält über seinen Strompfad
einen relativ großen Strom, so daß es ebenfalls einen geringen Widerstandswert mißt
und daher nicht anspricht. t Da die Kontakte K1, K2, K3 der ImpedanzmeßgLieder I1,L2,I3
hintereinander und in Reihe zur Auslösesbule A geschaltet sind, erfolgt keine Auslösung.
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Diese in Fig. 1 dargestellte Schaltung läßt sich nur einwandfrei anwenden,
wenn die Meßwandler W1, W2 und W3 alle das gleiche Übersetzungsverhältnis aufweisen,
da nur in diesem Fall gilt, daß bei einem Fehler außerhalb des Schutzbereiches die
Summe der Wandlerströme 0 ist: In Fig, 2 ist nun eine Schaltung dargestellt, die
ebenfalls auf dem Prinzip der Schaltung nach Fig. 1 beruht, aber anders auf;ge-baut
ist und es gestattet, Stromwandler mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
anzuwenden. In Abwandlung zu Fig. 1 sind zwischen die Meßwandler W1, W2 und W3 und
den gemein-Samen Belastungswiderstand R Zwischenwandler Z1, Z2 und Z3 eingeschaltet,
Mit diesen Zwischenwandlern werden die unterschiedlichen
Übersetzungsverhältnisse
der Meßwandler ausgeglichen, so da.3 auf der Sekundärseite der Zwischenwandler Z1
bis Z3 wieder das Gesetz gilt, daß die Summe der bei fehlerfreiem Betrieb fließenden
Ströme Null ergibt.
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In Fig. 2 ist ebenfalls für jeden Meßwandler ein Impedanzmeßglied
I1 bi3 13 vorgesehen; die Impedanzmeßglieder I1 bis 13 sind mit ihren Spannungseingängen
parallel zu den Oekundärwicklungen der Zwischenwandler geschaltet, die Stromeingänge
liegen über Stromwandler 7, 8 und 9 in Reihe zu den GekundärwickLungen der Zwischenwandler
Z1 bis Z3. 1"_z £mpedanzme3glieder Il, 12, 13 messen wiederum den Widerstand R,
der im Verhältnis der übrigen über diesen Wiae rs tin1 fließenden Ströme bei einem
inneren Fehler vergrö3ert erscheint. FalLa bei dieser Schaltung ein äußerer Fehler
(Kurzochlulpfeil F1) auftritt, so wird eine Impedanz gemessen, die sich aus der
Parallelschaltung des Widerstandes R mit der Innenwiderstand des zum gesättigten
Me3wandler zugehörigen ZwLJChenwandlers ergibt. Das Impedanzmeßglied, das dem Zwischenwandler
nachgeschaltet ist, der zu dem gerade gesättigten Me3wanller gehört, wird wieder
keine Fehlermeldung abgeben, da der von ihm gemessene Strom relativ groß ist und
so dieses Me3-glied einen geringen Widerstand mißt. Es blockiert die Auslösung.
Im Ausführungsbeispiel sind in Reihe zu den Se.Kundä,rwicklungen der Zwischenwandler
Z1 bis Z3 Widerstände Rl, R2 und R3-geschaltet. Diese Widerstände dienen zur Begrenzung
der von den Zwis:chenwandiern übersetzten Sättigungsspannungen der Mwandler.
| In den -Aüsfük:rungsbeiüpielen sind als Meßglieder zur Fehlerer- |
| f:issun"Impedanzme2glieder genannt worden. Anstelle dieser |
| ImpedanZmeßgliedar können auch Me.3glieder mit richtungsabhängiger |
| Charakteristik zur Anwendung kommen, So ist es z.B. möglich, |
| Konduktanzmeßglieder oder Mischimpedanzmeßglieder zu verwenden. |