DE1916951A1 - Electromagnetic relay combined with a current transformer for network protection - Google Patents
Electromagnetic relay combined with a current transformer for network protectionInfo
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Description
Mit einem Stromwandler kombiniertes elektromagnetisches Relais für den lmetzschutz In der elektrischen Netzschutztechnik werden normalerweise den Schutzrelais Stromwandler mit Schutzkernen, die hohe Uberstromfaktoren haben, vorgeschaltet, um die großen primären Kurzschlußströme auf kleine, leicht zu verarbeitende Sekundärströme herunterzutransformieren und um die Schutzrelais gegen das Potential des Hochspannungsnetzes zu isolieren. Um den Schaden in einem Kurzschlußfall und den Aufwand für die Kurzschlußfestigkeit möglichst klein zu halten, werden Schutzsysteme angestrebt, die den primären Jberstrom sehr schnell abschalten; das bedingt jedoch recht große Herstellungskosten für die otromwandler - Schutzkerne, die Schutzrelais und die Leistungsschalter.Electromagnetic relay combined with a current transformer for the lmetzschutz In the electrical network protection technology normally the protection relays Current transformers with protective cores that have high overcurrent factors connected upstream, to reduce the large primary short-circuit currents to small, easy-to-process secondary currents to step down and to protect the relay against the potential of the high voltage network to isolate. About the damage in the event of a short circuit and the cost of short-circuit resistance To keep as small as possible, protection systems are aimed at, which the primary Jberstrom switch off very quickly; However, this entails quite high manufacturing costs for the otromwandler - protective cores, the protective relays and the circuit breakers.
Durch den Gegenstand der erfindung ist es möglich, bei vergleichsweise geringem Aufwand eine sehr schnelle Abschaltung des wLurzschlußstromes zu erzielen. Dazu wird ein elektromagnetisches Relais baulich derart mit dem eisenkern eines Jtromwandlers vereinigt, daß ab einem gewissen primären Uberstrom das Relais anspricht und dadurch mittels eines Hilfsstromkreises die beistungsschalter ausgelöst werden.Due to the subject matter of the invention, it is possible at comparatively to achieve a very quick disconnection of the short-circuit current with little effort. For this purpose, an electromagnetic relay is structurally with the iron core of a Current converter combines that the relay responds from a certain primary overcurrent and thereby the circuit breakers are triggered by means of an auxiliary circuit.
Die unmittelbare Auslösung von Leistungsschaltern durch den Primärstrom ohne einen Hilts.st.romkreis ist bereits bekannt, ebenso Primär - Auslöserelais (Hauptstromrelais), die unmittelbar vom Primärstrom erregt werden und mit ##### einer hilfsspannung die Auslösung von Schaltern bewirken können. Auch die als Wandlerstromauslösung bezeichnete Betätigung von Schaltern durch den Setubdärstrom von Stromwandlern ohne Zwischenschaltung von Hilfsstromkreisen ist seit langem bekannt. Neu ist dagegen die bauliche und magnetisch gekoppelte Kombination elektromagnetischer Relais mit Stromwandlern, die verschiedene im folgenden näher erläuterte Vorteile gegen über den genannten bauarten aufweist.The immediate tripping of circuit breakers by the primary current without a Hilts.st.romkreis is already known, as is the primary trip relay (Main current relay), which are excited directly by the primary current and with ##### an auxiliary voltage can trigger switches. Also as a transformer current release designated operation of switches by the setubdärstrom of current transformers without Interconnection of auxiliary circuits has been known for a long time. What is new, however the structural and magnetically coupled combination of electromagnetic relays Current transformers, the various advantages explained in more detail below compared to has the types mentioned.
Bei einem nicht gesättigten Kern eines Stromwandlers verläuft der magnetische Fluß fast ausschließlich im Eisen, während bei gesättigtem Eisen der Fluß seinen Weg zum Teil auch durch die Luft in der Umgebung des Eisenkern nimmt.If the core of a current transformer is not saturated, the magnetic flux almost exclusively in iron, while in saturated iron the The river partly also takes its way through the air in the vicinity of the iron core.
Durch eine geeignete Formgebung des Eisenkerns läßt sich dieser Effekt verstärken, zum Beispiel durch einen magnetischen Nebenschluß, der einen Luftspalt enthält.This effect can be achieved through a suitable shape of the iron core reinforce, for example, by a magnetic shunt that creates an air gap contains.
Der Luftspalt kann nun baulich mit dem Anker eines elektromagnetischen Relais verbunden werden. Beim normalen Betriebsstrom ist der Kern im allgemeinen noch nicht in Sättigung, und der Magnetfluß verläuft praktisch nicht über den magnetischen Nebenschluß, da die magnetische Leitfähigkeit des Nebenschlusses infolge des £uftspaltes wesentlich kleiner ist als die des nicht gesättigten Kernes. bei gesattigtem Kern infolge des primären Kurzschlußstromes wird die magnetische Leitfähigkeit des Kernes jedoch viel kleiner, und ein Teil des dann sowieso verstärkten magnetischen Flusses fließt über den Nebenschluß, wodurch der dort angebrachte Anker des Relais angezogen wird.The air gap can now structurally with the armature of an electromagnetic Relays are connected. At normal operating current, the core is generally not yet saturated, and the magnetic flux practically does not run over the magnetic one Shunt, since the magnetic conductivity of the shunt due to the air gap is much smaller than that of the unsaturated core. with a saturated core as a result of the primary short-circuit current, the magnetic conductivity of the core is reduced but much smaller, and part of the magnetic flux that is then increased anyway flows via the shunt, which attracts the armature of the relay attached there will.
Der Sättigungabeginn eines Stromwandlerkernes liegt bei Nennbürde etwa beim n - fachen Nennstrom, wobei n der dberstromfaktor ist. Während Schutzkerne im allgemeinen hohe öberstromfaktoren (z. B. n - 20 oder 400) haben müssen und damit großen Material- und Raumaufwand erforderlich machen, sind bei dem erfindungsgemäßen Kern meist kleine Uberstromfaktoren (z. B. n = 3) zweckmälSig, die keinen großen Aufwand erfordern.The start of saturation of a current transformer core is at the nominal burden around n times the nominal current, where n is the overcurrent factor. While protective cores generally have to have high overcurrent factors (e.g. n - 20 or 400) and thus Make large material and space required, are in the invention At the core mostly small overcurrent factors (e.g. n = 3) are expedient, which are not large Require effort.
Es ist sogar möglich, diesen Kern zugleich als Meßkern zu verwenden, da die Kerne für Meßzwecke bekanntlich kleine dberstromziffern haben sollen. Durch die Größe der Bebürdung, erforderlichenfalls durch Zusatzbürden, kann der tatsächliche Uberstromfaktor von außen so verändert werden, wie es für das Ansprechen des mit dem Stromwandlerkern kombinierten Relais zweckmäßig ist.It is even possible to use this core as a measuring core at the same time, as it is well known that the cores should have small overcurrent numbers for measurement purposes. By the size of the burden, if necessary through additional burdens, can be the actual The overcurrent factor can be changed from the outside as required for the response of the with the current transformer core combined relay is appropriate.
An das Relais kann über einen Hilfsstromkreis zum Beispiel die Auslösespule des Leistungsschalters angeschlossen werden, um ohne Zeitverzögerung durch dazwischengeschaltete Relais kreise unmittelbar einen Kurzschlußstrom des Netzes abzuschalten. Ein besonderer Schutzkern zusätzlich zum Meßkern ist also für diesen Zweck nicht mehr erforderlich. Bei einem voll verlagerten Kurzschlußstrom wird das erfindungsgemäße Relais besonders rasch ansprechen, da der Stromwandlerkern infolge des Gleichstromgliedes im Kurzschlußstrom sehr schnell in Sättigung geht. Wenn auch der angeschlossene Leistungsschalter sehr rasch anspricht, kann damit erreicht werden, daß außer der thermischen Wirkung des Eurzschlußstromes auch die bei voller Verlagerung besonders großen Kurzschlußkräfte klein gehalten werden.For example, the trip coil can be connected to the relay via an auxiliary circuit of the circuit breaker can be connected to without time delay through intermediary Relay circuits immediately switch off a short-circuit current in the network. A special A protective core in addition to the measuring core is therefore no longer required for this purpose. With a fully displaced short-circuit current, the relay according to the invention is special respond quickly because the current transformer core is in the short-circuit current due to the direct current element saturates very quickly. Albeit the connected circuit breaker very much responds quickly, it can be achieved that in addition to the thermal effect of the The short-circuit forces, which are particularly large in the case of full displacement, also apply to the short-circuit current can be kept small.
Figur 1 zeigt ein Ausfihrungsbeispiel des Erfindungsgedankens.Figure 1 shows an embodiment of the inventive concept.
kit 1 ist der Kern, mit 2 der Primärleiter, mit 3 die Sekundärwicklung und mit 4 die Hauptisolation eines schematisch skizzierten Durchfuhrungs-Stromwandlers gekennzeichnet. An dem Krn Ist ein magnetischer Nebenschluß 5 mit einem Luftspalt a(lgedeutets der von dem Anker 6 eines elektromagnetischer Relais überwXrackt wird. An dem Anker ist das Kontaktglied eines Schließers 7 befestigt. Bei normalem Betrieb hält die Druckfeder 8 die Kontakte geöffnet.kit 1 is the core, with 2 the primary conductor, with 3 the secondary winding and with 4 the main insulation of a schematically sketched bushing current transformer marked. On the head is a magnetic shunt 5 with an air gap a (I mean that is monitored by the armature 6 of an electromagnetic relay. The contact member of a closer 7 is attached to the armature. During normal operation the compression spring 8 keeps the contacts open.
Je nach der Dimensionierung des magnetischen Kreises und der Größe der Bürde 9 werden ab einem gewissen überstrom die Kontakte geschlossen. Um ein Flattern der Kontakte durch das magnetische Wechselfeld zu vermeiden, können erforderlichenfalls im Kreis des magnetischen Nebenschlusses Kurzschlußwindungen angebracht werden.Depending on the dimensions of the magnetic circuit and the size the burden 9, the contacts are closed from a certain overcurrent. To a If necessary, you can avoid fluttering the contacts due to the alternating magnetic field short-circuit windings are attached in the circuit of the magnetic shunt.
Eine zweite Möglichkeit der Verwirklichung der erfindung ist in Figur 2 skizziert. Die Zahlen 1, 3, 4 und 9 haben dieselbe Bedeutung wie in Figur 1. 10 ist die aus mehreren Windungen bestehende Frimrwicklung des Wickelstromwandlers.A second way of realizing the invention is shown in FIG 2 outlined. The numbers 1, 3, 4 and 9 have the same meaning as in Figure 1. 10 is the multi-turn winding of the winding current transformer.
Als Anker und zugleich als Kontaktglieder des elektromagnetischen Relais ist hier ein gekapselter Schutzgas-Magnetschalter 11 vorgesehen, der häufig auch Reed oder HERKON (geschützte Bezeichnung) genannt wird. Die Kontaktfahnen aus weichmagnetischem material sind zum Schutz gegen Korrosion und Verschmutzung meist in einer Glasröhre eingeschmolzen, die mit einem Schutzgas gefüllt ist; dadurch sind die Kontakte besonders betriebssicher. Derartige hlagnetschalter können auch unter Isolierol angeordnet oder in Gießharz eingegossen werden.As an anchor and at the same time as contact elements of the electromagnetic Relay, an encapsulated inert gas magnetic switch 11 is provided here, which often also called Reed or HERKON (protected name). The contact flags off Soft magnetic material are mostly used to protect against corrosion and pollution melted in a glass tube filled with a protective gas; through this the contacts are particularly reliable. Such hlagnetschalters can also placed under Isolierol or cast in resin.
In Figur 2 wird ein magnetischer Nebenschluß mit einem Luftspalt dadurch gebildet, daß der eisenkern außen eine nutförmige Vertiefung 12 aufweist, Über der der Magnetschalter angeordnet ist. Da die Strombelastbarkeit der Magnetschalter begrenzt ist, z. B. auf 3 A, können erforderlichenfalls mehrere derartige Kontakte parallelgeschaltet oder Relais mit stärkerem Schaltvermögen nachgeschaltet werden.In Figure 2, a magnetic shunt is created with an air gap formed that the iron core has a groove-shaped recess 12 on the outside, about the the magnetic switch is arranged. As the current carrying capacity of the magnetic switch is limited, e.g. B. to 3 A, if necessary, several such contacts connected in parallel or relays with stronger switching capacity connected downstream.
Die ständige Unterbrechung des Stromkreises durch das Flattern der Magnetschalter - Kontakte im magnetischen Wechselfeld kann, falls erforderlich, dadurch beseitigt werden, dalZ z. B. zwei Kontakte parallelgeschaltet werden, von denen der eine Kontakt in einem magnetischen Kreis mit einer Kurzschlußwindung liegt. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Magnetschalter infolge einer Phasenverschiebung der erregenden W1agnetfelder zu keinem Augenblick gleichzeitig geöffnet sind.The constant interruption of the circuit due to the fluttering of the Magnetic switch - contacts in the alternating magnetic field can, if necessary, be eliminated by z. B. two contacts are connected in parallel, of which one contact is in a magnetic circuit with a short-circuit winding. This ensures that the two magnetic switches as a result of a phase shift the exciting magnetic fields are never open at the same time.
Anstelle der beiden verschiedenartigen magnetischen Nebenschlüsse in den Figuren 1 und 2 sind auch andere konstruktive Lösungen möglich, um das aus dem Kern bei starker Erregung austretende magnetische Streufeld auf elektromagnetische Relais einwirken zu lassen. Außer den gezeicneten beiden Arten von elektromagnetischen Relais sind auch andere Bauformen zur Verwirklichung der Erfindung möglich.Instead of the two different types of magnetic shunts In Figures 1 and 2, other constructive solutions are possible to get this out The magnetic stray field emerging from the core under strong excitation changes to electromagnetic Let the relay work. Except for the two types of electromagnetic that have been drawn Relays other designs are also possible to implement the invention.
Wenn man ein elektromagnetisches Relais ohne magnetische Ankopplung an den Kern wie bekannt lediglich baulich mit dem Stromwandler vereinigt, um die nauptisolierung des Stromwandlers zugleich für das Relais zu verwenden, dann wird bei geeigneter Ausbildung des Relais dieses durch das magnetfeld des Primärleiters ausgelöst. Diese Bauweise hat jedoch den Nachteil, daj die Ansprechstromstärke stark von der jeweiligen Anordnung des Primärleiters und der sachbarleiter bei der Montage des Stromwandlers abhängig wird. Bei der magnetischen Ankopplung an den Stromwandlerkern dagegen ist das auf das Relais einwirkende Magnetfeld weitgehend unabhängig von der äußeren Verlegung der Stromleiter; erforderlichenfalls erhält dazu der Stromwandlerkern bekanntlich Ausgleichswicklungen oder Schirme, um den Fremdfeldeinfluß zur Einhaltung der Meßgenauigkeit zu vermindern.If you have an electromagnetic relay without magnetic coupling to the core as known only structurally combined with the current transformer to the to use the main insulation of the current transformer for the relay at the same time, then with a suitable design of the relay this is caused by the magnetic field of the primary conductor triggered. However, this design has the disadvantage that the response current is high the respective arrangement of the primary conductor and the material conductor during assembly of the current transformer becomes dependent. With the magnetic coupling to the current transformer core on the other hand, the magnetic field acting on the relay is largely independent of the external routing of the conductors; if necessary, the current transformer core is provided for this purpose As is well known, compensation windings or screens to maintain the external field influence to reduce the measurement accuracy.
Außerdem gestattet die magnetische Ankopplung die Veränderung der Ansprechstromstärke durch die Änderung der Stromwandlerbürde, die im allgemeinen zwischen 25 * und 100 % der Nennbürde variiert werden darf, ohne daß die Fehlergrenzen des Wandlers überschritten werden.In addition, the magnetic coupling allows the Response current due to the change in the current transformer burden, which in general between 25 * and 100% of the nominal burden may be varied without affecting the error limits of the converter are exceeded.
Durch den bekannten Knick in der Wjagnetisierungskennlinie steigt bei der erfindungsgemäßen Kombination das auslösende Magnetfeld bei eintretender Sättigung schlagartig an, wodurch die juslösestromstärke mit besonders kleiner Toleranz festgelegt werden kann. Das ist ein weiterer Vorteil des entsprechend der Erfindung gebauten Relais gegenüber der Auslösung durch das proportional mit dem Uberstrom ansteigende kagnetfold des Primärleiters.The well-known kink in the magnetization characteristic increases in the combination according to the invention, the triggering magnetic field when entering Saturation abruptly, whereby the adjustment current strength with a particularly small tolerance can be set. This is another advantage of the invention built relay opposite the tripping by the proportional with the overcurrent rising magnetic fold of the primary conductor.
Da zur erzielung einer ausreichenden Meßleistung und Genauigkeit Stromwandler für kleine nennströme als Wickelwandler iit mehreren Primärwindungen ausgebildet werden, ist gewährleistet, daß bclsk Anbau eines erfindungsgemäßen Relais an ..ia.n derartigen Stromwandler auf Wunsch auch kleine Kurzschlußströme ein Ansprechen des Relais bewirken können Anstelle der üblichen Anregung von Distanzschutzrelais über einen Schutzstromwandler mit einem Drehankerrelais, das eine kürzeste Kommandozeit von etwa 30 bis 100 ms hat, kann die Anregung unmittelbar gemäßder fflrfindung--erfolgen, wobei im halle von Magnetschaltern die kürzeste Kommandozeit auf etwa 2 bis 5 ms vermindert werden kann.As a current transformer to achieve sufficient measuring performance and accuracy Designed as a winding transformer with several primary windings for small rated currents it is guaranteed that bclsk attaching a relay according to the invention to ..ia.n Such current transformers can also be used with small short-circuit currents on request a Can cause the relay to respond instead of the usual excitation of distance protection relays via a protective current transformer with a rotating armature relay, which has the shortest command time of about 30 to 100 ms, the excitation can take place immediately according to the fflinvention -, In the case of magnetic switches, the shortest command time is around 2 to 5 ms can be reduced.
Für eine gestaffelte Überstromerfassung lassen sich mehrere Relais mit unterschiedlichen Ansprechstromstärken an einen Stromwandlerkern anbauen.Several relays can be used for staggered overcurrent detection attach to a current transformer core with different response currents.
Distanz- und Differentialschutzeinrichtungen können in ihrer Arbeitsweise gestört werden, wenn die Schutzkerne infolge des Gleichstromgliedes im Kurzschlußstrom zeitweise in Sättigung gehen. Baut man an diesen Schutzkernen die beschriebenen Relais an, dann läßt sich damit blei eintretender Sättigung eine Information an die Schutzeinrichtung geben, um deren Arbeitsweise zu stabilisieren.Distance and differential protection devices can in their mode of operation are disturbed when the protective cores as a result of the DC link in the short-circuit current temporarily go into saturation. If you build the described ones on these protective cores Relay on, then information can be sent to the saturation that has occurred give the protective device to stabilize their operation.
Durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Relais an verschiedenen Stellen eines Netzes ist eine Fernmeldung über den Verlauf des Kurzschlußstromes und eine selbsttätige Abschaltung des kurzschlußbehafteten lMetzteiles möglich.By arranging the relay according to the invention on different Setting a network is a remote message about the course of the short-circuit current and an automatic switch-off of the short-circuit-prone power supply is possible.
Für die Ferrimeldung kann es zweckmäßig sein, das Relais mit einer Haltewicklun: und mit Haltekontakten zu versehen, so daß mittels einer Hilfsspannung nach dem Abschalten des primären Uberstromes die Relaiskontakte tn der Ansprechstellung gehalten werden.For the ferrimessage it can be useful to connect the relay with a Holding winding: and to be provided with holding contacts, so that by means of an auxiliary voltage after switching off the primary overcurrent, the relay contacts tn the response position being held.
Schließlich kann durch die besctwiebene Stromwandler -Relais - Kombination der Schnellgang eines Störungsschreibers .eingeschaltet und nach dem Ende des Kurzschlußstromes wieder ausgeschaltet werden.Finally, through the specified current transformer-relay combination the overdrive of a fault recorder. switched on and after the end of the short-circuit current be switched off again.
Aus den oben geschilderten Anwendungsbeispielen, die noch weiter ergänzt werden könnten, ist ersichtlich, daß durch die erfindung auf einfache weise und mit sehr kurzer Ansprechzeit eine Reihe von Aufgaben aus dem Bereich der Netzschutztechnik zu lösen ist, die bisher nur mit größerem Aufwand und mit längeren Kommandozeiten zu erfüllen waren.From the application examples described above, which are further supplemented could be, it can be seen that by the invention in a simple manner and a number of tasks in the field of network protection technology with a very short response time is to be solved, which so far only with greater effort and with longer command times were to be fulfilled.
In Betracht gezogene Druckschriften: 1¢ Deutsche Patent- und Gebrauchsmuster - Hilfsanmeldung "Kippschwingungsgedämpfter Spannungswandler" Aktenzeichen P 1901612.7 H02h 21 d 3 2 Anmeldedatum 14. Januar 1969 2. Petry, H.: nStrom- und Spannungswandler für schnellen - Netzschutz" Zeitschrift "Elektriz it ätswirtschaft " 3. Petry, H.: "Kurzschluß, in Mittelspannungsnetzen angezeigt" Zeitschrift "Elektrotechnik" 51 t(1969) 13 bis 20Considered publications: 1 ¢ German patents and utility models - auxiliary application "Kippschwingungsgedämfter voltage converter" file number P 1901612.7 H02h 21 d 3 2 filing date January 14, 1969 2. Petry, H .: nStrom- und voltage converter für Schnell - Netzschutz "Zeitschrift" Elektriz it ätswirtschaft " 3. Petry, H .: "Short circuit, displayed in medium-voltage networks" magazine "Elektrotechnik" 51 t (1969) 13 to 20
Claims (3)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2201470A1 (en) * | 1972-09-28 | 1974-04-26 | Electricite De France | |
DE3826334C1 (en) * | 1988-07-04 | 1989-12-21 | Helmut 4453 Langen De Appelrath | |
US5136453A (en) * | 1990-04-04 | 1992-08-04 | Oliver Bernard M | Method and means for suppressing geomagnetically induced currents |
-
1969
- 1969-04-02 DE DE19691916951 patent/DE1916951A1/en active Pending
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