DE1918447B2 - Hochimpedanz-prozentvergleichsschutz - Google Patents

Description

geschalteten Widerstände l·-=-, RDJ hochohmig und linear sind, daß der Wirkwiderstand des Vergleichskreises mindestens genau so groß ist wie der vom Differentialrelais her gesehen größte vorkommende Schleifenwirkwiderstand jedes Sekundärkreises der Stromwandler (TA, TB, TQ und daß die Prozentstabilisierungscharakteristikip) des Schutzes durch die folgende allgemeine Gleichung bestimmt ist:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochimpedanz-Prozentvergleichsschutz für Sammelschienen zu schaffen, der volle und sichere Stabilität bei äußeren Fehlern mit unendlich großer Kurzschlußleistung und vollständiger Gleichstromsättigung der Leitungsstromwandler bietet, auch wenn deren Charakteristik sehr schlecht ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vergleichsschutzanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die in den Stabilisierungskreis als auch in den Vergleichskreis eingeschalteten Widerstände hochohmig und linear sind, ,daß der Wirkwiderstand des Vergleichskreises min-'destens genau so groß ist wie der vom Differentialrelais her gesehen größte vorkommende Schleifenwirkwiderstand jedes Sekundärkreises der Stromwandler und daß die Prozentstabilisierungscharakteristik (p) des Schutzes durch die folgende allgemeine Gleichung bestimmt ist:

P =

ID

RS

NDRD +

RS'

P =

ID

RS

ND-RD +

RS'

/T3

worin bedeuten

ID der Vergleichsstrom,

/T3 der gesamte zufließende Strom,
RS der Wirkwiderstand des Stabilisierungskreises,
RD der Wirkwiderstand des Vergleichskreises

und

ND das übersetzungsverhältnis eines im Vergleichskreis angeordneten Zwischenwandlers TD, dessen Primärwicklung von dem Vergleichsstrom ID durchflossen ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochimpedanz-Prozentvergleichsschutz Tür Sammelschienen mit mindestens zwei angeschlossenen Leitungen, mit einem Differentialrelais, dessen Meßkreis einen Stabilisierungskreis und einen Vergleichskreis enthält, die beide entweder direkt oder über Zwischenstromwandler an den Sekundärwicklungen der Stromwandler der Leitungen angeschlossen sind.

Eine Vergleichsschutzanordnung Tür Sammelschienen mit mindestens zwei angeschlossenen Leitungen, mit einem Differentialrelais, dessen Meßkreis einen Stabilisierungskreis und einen Vergleichskreis enthält, die in vorgenannter Weise an die Leitungen anschließbar sind, ist bekannt (schweizerische Patentschrift 416 803).

Diese und andere bekannte Vergleichsschutzan-Ordnungen für Sammelschienen bieten im allgemeinen einen guten Schutz bei inneren Kurzschlüssen und Erdfehlern und eine verhältnismäßig schnelle Funktion bei inneren Fehlern. Dagegen ist es schwer, die Schutzanordnungen bei äußeren Fehlern mit sehr großer Kurzschlußleistung zu stabilisieren, besonders dann, wenn die Leitungsstrom wandler eine schlechte Charakteristik haben.

IT3

worin bedeuten

ID der Vergleichsstrom,
IT3 der gesamte zufließende Strom,
RS der Wirkwiderstand des Stabilisierungskreises, RD der Wirkwiderstand des Vergleichskreises und ND das übersetzungsverhältnis eines im Vergleichskreis angeordneten Zwischenwandlers TD, dessen Primärwicklung von dem Vergleichsstrom ID durchflossen ist.

Die Vorteile des Schutzes bestehen darin, daß der Schutz nur etwa eine Millisekunde braucht, um zu bestimmen, ob der Fehler außerhalb oder innerhalb des Schutzgebietes liegt, und daß die Stabilität des Schutzes von der Kurzschlußleistung des Netzes unabhängig ist. Weiter ist es möglich, normale Stromwandler mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen und mit verhältnismäßig ungünstiger Charakteristik zu verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein einphasiges Schema für einen Vergleichsschutz nach der Erfindung, der an eine Sammelschiene mit drei angeschlossenen Leitungen geschaltet ist,

F i g. 2 ein Stromverteilungsschema bei einem äußeren Fehler und

F i g. 3 das entsprechende Schema bei einem inneren Fehler.

Nach F i g. 1 sind drei Leitungen A, B und C an einer Sammelschiene 5 angeschlossen. Die Pfeile IA1 und IB1 zeigen, daß die Leitungen A und B der Sammelschiene Strom zuführen, der Pfeil /Cl, daß die Leitung C der Sammelschiene Strom entnimmt. Jede Leitung hat einen Leitungsstromwandler TA, TB bzw. TC; die an diesen eingezeichneten Pfeile zeigen die Stromrichtung im Stromwandlerkreis. Je ein Zwischenstromwandler TMA, TMB ist in die Leitungsstromwandlerkreise eingeschaltet. Durch eine geeignete Bemessung der Zwischenstromwandler ist es möglich, Leitungsstromwandler mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen und verschiedenen Charakteristiken zu verwenden. Ferner kann mittels richtig bemessener Zwischenstromwandler eine Begrenzung

sekundärer Überspannungen auf einen für das Relais des Schutzes ungefährlichen Wert erreicht werden. Der Schutz hat ein Differentialrelais 1, dessen Meßkreis drei Anschlüsse 2, 3 und 4 hat, d. h. einen Anschluß für jede Leitung, die an der Sammelschiene angeschlossen ist. Von jedem Zwischenstromwandler ist das eine Ende seiner Sekundärwicklung an einein entsprechenden Anschluß 2, 3 und 4 des Relais angeschlossen. Außerdem gibt es einen vierten Anschluß 5, an dem das andere Ende der Sekundärwicklungen sämtlicher Zwischenstromwandler TMA, TMB und TMC angeschlossen ist. Das Relais hat zwei Leiter 6 und 7, zwischen denen eine Ventilkette 9, 11 bzw. 13 für jede der angeschlossenen Leitungen A, B und C eingeschaltet ist. Der Mittelpunkt 8 der Ventilkette 9 ist mit den Anschluß 2 des Relais verbunden. In gleicher Weise ist der Mittelpunkt iO der Ventilkette 11 mit dem Anschluß 3 und der Mittelpunkt 12 der Kette 13 mit dem Anschluß 4 verbunden. Die Stromrichtung in den Verbindungen zwischen den Ventilketten und Anschäüssen des Relais ist mit den Pfeilen IA3, IB3 und /C3 gezeigt. Der Leiter6 endet in einem Anschluß 14, der Leiter 7 in einem Anschluß 15. Zwischen diesen zwei Anschlüssen sind zwei

gleiche Widerstände -=- in Reihe geschaltet, ihr

Zusammenschaltpunkt ist mit 16 bezeichnet. Vom Punkt 14 geht ein Strom /Γ3 aus, der gleich den gesamten von den Zwischenstromwandlern zum Relais fließenden Strömen ist. Der Punkt 16 zwischen den Widerständen ist mit dem Anschluß 5 des Relais über die Primärwicklung 17 eines weiteren Zwischenwandlers TD verbunden, dessen übersetzungsverhältnis mit ND bezeichnet ist. Die Sekundärwicklung 18 ist an einer Gleichrichterbrücke 19 angeschlossen, deren Gleichstromanzapfungen über einen Widerstand RD zusammengeschaltet sind. Das eine Ende des Widerstandes RD ist in einem Punkt 20 an den Punkt 15 des Leiters 7 und zugleich an das Ende der Reihenschaltung der beiden Widerstände -γ

angeschlossen. Ein Ausgangsrelais 21 ist über die Widerstandskette, die von den drei Widerständen RD hieraus folgt

UR = UD - US UD = ND- ID- RD

US = 1Τ3*1 + {

RS *

und 2 χ -y gebildet wird, eingeschaltet. Der Vergleichsstrom, der vom Punkt 16 zum Anschluß 5 fließt, ist mit ID bezeichnet, weil er gleich dem Unterschied zwischen dem dem Differentialrelais 1 zugeführten und dem von ihm weggelegten Strom ist.

Unter normalen Verhältnissen ist IT3 = IA3 + IB3 = /C3. Der Strom IT3 durchfließt den einen der

RS

Widerstände -~-, der Strom /C 3 den anderen. Die

Spannungsabfälle, die dabei in den beiden Wider-

RS 5^

ständen -=- entstehen, haben die gleiche Richtung

und ergeben einen resultierenden Spannungsabfall US. der mit einem Pfeil in Fig. 1 markiert ist. In diesem Falle ist der Vergleichsstrom ID und damit die auf das Ausgangsrelais 21 wirkende Differenzspannung UR gleich Null. Die Spannung US wirkt stabilisierend auf das Ausgangsrclais 21.
Aus F i g. 1 ergibt sich

RS

UR = ID- ND- RD - IT3- —

- (IT3- ID) ^

^-)- IT3RS

UR =

a) bei Stabilität: UR < 0

ID (ND ■ RD + ?ψ\ < IT3 · RS

ID IT3

RS

ND RD + ^-

b) bei Ansprechen: UR > 0

ID (ND ■ RD + Ά > IT3-RS

ID IT3

RS

ND RD

c) Stabilitätskennlinie UR = 0
ID RS '

ND- RD₊ ™

Das Verhältnis

wird auch die Prozentstabili

sierungscharakteristik ρ des Schutzes genannt, und ρ · 100 ist die Stabilisierung in Prozent ausgedrückt. F i g. 2 zeigt die Verhältnisse bei einem äußeren Fehler auf der Leitung C, der dabei Fehlerstrom von der Sammelschiene zugeführt wird. Die Ventile in Fig. 1, durch die die Ströme IA3, IB3 und IC3 fließen, und der Zwischenwandler TD sind der Einfachheit halber nicht in F i g. 2 gezeigt. Wenn der primäre Fehlerstrom in derselben Richtung wie IC 1 in F i g. 1 sehr groß wird, wird der Leitungsstromwandler TC sehr schnell gesättigt, d. h., seine EMiC wird auf Null reduziert. Der Strom IC3 vom Punkt 15 in F i g. 1 und 2 hängt deshalb nur von der Ausgangsspannung von den Zwischenstromwandlern TMA und TMB ab, d. h. von der Spannung UT3 in Fig. 2. Der gesamte Wirkwiderstand, den der Strom IC3 passiert, einschließlich des Wirkwiderstandes von TMC und TC und des Leitungs-Wirkwiderstandcs ist in F i g. 2 mit RC bezeichnet. Die Erfindung setzt voraus, daß RC ein Wirkwiderstand ist, dessen Blindanteil vernachlässigbar klein ist. Durch geeignete Wahl der Wirkwiderstandswerte für RD und '^ und des Übersetzungsverhältnisses ND

für den Zwischenwandlcr TD kann man zeigen, daß der Schutz bei einem vorgegebenen Wert von RC stabil ist

Um dieses zu zeigen, nimmt man beispielsweise an, daß

Mit Hinweis auf Fig. 1
lasteten Leitung C wird

mit nur einer unbe-

ND =	1/1	Ohm
RD =	30	Ohm
RS 2	10	Ohm
RC =	20

Wenn diese Werte in F i g. 2 eingesetzt werden, sieht man, daß ID und /C3 gleich werden, weil die beiden Kreise zwischen den Punkten 16 und 22 den gleichen Wirkwiderstand haben, nämlich 30 Ohm.

Daraus folgt, daß

ID = 0,5 · ITi

UD = 0,5·/Γ3 ·30 = 15/73
US = 10 · /T3 + 0,5 · /Γ3 · 10 = 15 · /73

UD und US sind also gleich, und das Ausgangsrelais 21 kann nicht ansprechen. Weil in diesem speziellen Fall ID = 0,5 /73 ist, ist die prozentuale Stabilitätscharakteristik gleich 50%. Wenn mar. RC einen Wert gibt, der kleiner als 20 Ohm ist, wird /C 3 zunehmen und ID abnehmen, d. h., US nimmt zu und wird größer als UD. Hieraus kann man sehen, daß, wenn RC gleich oder kleiner als 20 Ohm wird, der Schutz bei äußeren Fehlern stabil ist, auch wenn der Fehlerstrom unendlich groß ist.

F i g. 3 zeigt die Verhältnisse bei innenliegenden Sammelschienenfehlern. Auch für diesen Fall sei angenommen, daß der Fehlerstrom über die Leitungen A und B zufließt und daß alle übrigen Leitungen der Anlage abgeschaltet oder unbelastet sind.

An der Relaisklemme 15 erhält man dann die Impedanz

ZM3= UM 3/IM 3,

die der gesamten Magnetisierungsimpedanz aller unbelasteten Stromwandler entspricht

ZM3 = ZMC.

Eine zweite unbelastete, gestrichell dargestellte Leitung gibt eine Magnetisierungsimpedanz ZME, die mit ZMC parallel geschaltet ist.

Das Differentialrelais spricht an, wenn UD > US ist, d.'h., wenn ID > 0,5 IT3 und ZM 3 > RD ist.

Das Relais spricht also an, wenn die Stabilitätsgleichung /D > 0,5 /73 um einen konstanten Betrag von etwa 0,1 A überschritten wird.

Die gesamte Magnetisierungsimpedanz ZM 3 ist normalerweise viel höher als der Widerstand RD₁.

Der Strom ID wird deshalb viel höher als der Strom IM 3, was ein sicheres Ansprechen gewährleistet.

Auch wenn eine sehr hohe Anzahl von unbelasteten Abzweigen, z. B. über 40. an den Schutz angeschlossen wird, erhält man ein sicheres Ansprechen. Teilweise hängt das damit zusammen, daß ZM 3 im wesentlichen induktiv ist, so daß die Stabilisierungsspannung US mit der Differenzspannung UD nicht in Phase liegt. Außerdem ist die Zeitkonstante für den ZM 3-Kreis sehr hoch, etwa 200 ms, während die Zeitkonstante des Differenzkreises praktisch gleich Null ist. Der vorliegende Schutz kann infolgedessen in allen Anlagen verwendet werden, ganz gleich, wie viele Abzweige angeschlossen sind.

Zuvor ist vorausgesetzt worden, daß man Zwischenstromwandler benutzt. Es ist jedoch denkbar, diese wegzulassen, wenn alle Leitungsstromwandler im wesentlichen die gleiche Übersetzung haben und die Ventile im Relaiskreis mit Sicherheit die höchste vorstellbare Sekundärspannung der Leitungsstromwandler aushalten. Weiter hat man eine gewisse positive Referenzrichtung der Wechselströme IA1, /Bl, /Cl und der entsprechenden Relaisströme IA 3, IB 3, /C 3 vorausgesetzt Man erhält jedoch dasselbe Resultat wenn die Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen, d. h., wenn dem Relais 21 die gleiche Spannung während einer positiven Halbperiode und auch während einer negativen Halbperiode aufgedrückt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hochimpedanz - Prozentvergleichsschutz für Sammelschienen mit mindestens zwei angeschlossenen Leitungen, mit einem Differentialrelais, dessen Meßkreis einen Stabilisierungskreis und einen Vergleichskreis enthält, die beide entweder direkt oder über Zwischenstromwandler an den Sekundärwicklungen der Stromwandler der Leitungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die in den Stabilisierungskreis als auch in den Vergleichskreis ein-