DE1918447C3 - Hochimpedanz-Prozentvergleichsschutz - Google Patents

Description

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, TC) und daß die Prozentstabilisierungscharakteristik (p) des Schutzes durch die folgende allgemeine Gleichung bestimmt ist:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochimpedanz-Prozentvergieichsschutz für Sammelschknen 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 mindestens 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

ND RD + —

P =

ID
/73

RS

ND■RD+

RS'

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.

3°

40

Die Erfindung bezieht sich auf einen 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. Eine solche Schutzschaltungsanordnung ist bekannt (Bull. SEV 56 [1965] 22, S. 990 bis 995).

Ferner ist eine Vergleichsschutzanordnung für 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, bekannt (schweizerische Patentschrift 4 16 803).

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 Leitungsstromwandler eine schlechte Charakteristik haben.

/T3

worin bedeuten

ID der Vergleichsstrom,
/73 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 Ausführungsbeispie! der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 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 S 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. 7C; die an diesen eingezeichneten Pfeile zeigen die Stromrichtung im Strornwandlerkreis. Je ein Zwischenstromwandler ΤΜΑ,ΤΜΒ bzw. 7 M C 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 Differenliairciais 1, dessen Meßkreis drei Anschlüsse 2, 3 un ! 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 einem 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 "erbunden. In gleicher Weise ist der Mittelpunkt 10 der Ventilkciic 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 Anschlüssen des Relais ist mit den Pfeilen IA3, IB3 und /C3 gezeigt. Der Leiter 6 endet in einem Anschluß 14, der Leiter 7 in einem Anschluß 15. Zwischen diesen zwei Anschlüssen sind zwei

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gleiche Widerstände -y- in Reihe geschallet, ihr Zusammenschaltpunkt ist mit 16 bezeichnet Vom Punkt 14 geht ein Strom IT3 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 einei' 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 -y-

angeschlossen. Ein Ausgangsrelais 21 ist über die Widcrstandskelte, die von den drei Widerständen RD RS

und 2 χ -~- gebildet wird, eingeschaltet. Der Ver-

■4

gleichsstrom, 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 weggeleitelen Strom ist.

Unter normalen Verhältnissen ist /73 = IA 3 + /Ö3 = /C3. Der Strom /73 durchfließt den einen der

RS

Widerstände -y-, der Strom /C3 den anderen. Die Spannungsabfälle, die dabei in den beiden Wider RS

ständen -y- entstehen, haben die gleiche Richtung und ergeben einen resultierenden Spannungsabfall US, der mit einem Pfeil in F i g. 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 Ausgangsrelais 21.
Aus F i g. 1 ergibt sich

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

US =/Γ3 ψ

55

6o

hieraus folgt

UR = ID- ND- RD - IT3^f

- (/73- /D) ~f-UR = Id(nD ■ RD + ~λ - IT3 -

a) bei Stabilität: UR < 0

ID (ND- RD + ~\ < IT 3- RS

RS

ID
/73

RS

ND- RD

b) bei Ansprechen: UR >0

ID (ND ■ RD + —} > IT 3- RS

ID

RS

ND-RD₊**

c) Stabilitätskennlinie UR = 0
J[D RS

Das Verhältnis

ID IT3

wird auch die Prozentstabilisierungscharakteristik 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 Fchlcrstrom von der Sammelschiene zugeführt wird. Die Ventile in F i g. 1, durch die die Ströme IA3, IB3 und IC3 fließen, und der Zwisehenwandlcr TD sind der Einfachheit halber nicht in F i g. 2 gezeigt. Wenn der primäre Fehlerstrom in derselben Richtung wie /Cl in F i g. 1 sehr groß wird, wird der Leitungsstromwandler 7C sehr schnell gesättigt, d.h., seine EMK wird auf Null reduziert. Der Strom /C3 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 /C3 passiert, einschließlich des Wirkwiderstandes von TMC und TC und des Leitungs-Wirkwiderstandes 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 Zwischenwandler TD kann man zeigen, daß der Schutz bei einem vorgegebenen Wert von RC stabil ist.

Um dieses zu zeigen, nimmt man beispielsweise Lin, daß

ND	= ι/'	Ohm
RD	= 30	Ohm
RS	= 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 Wirkwidcrsland haben, nämlich 30 Ohm.

Daraus folgt, daß

ID = 0.5 ■ /73
UD = 0,5 · /73
US = 10/73

30 = 15/73
0,5 · /73 · 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 Stabililätscharakierislik gleich 50%. Wenn man RC einen Wert gibt, der kleiner als 20 Ohm ist. wird /C3 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 1-ehlerslrom unendlich groß ist.

F i g. 3 zeigt die Verhältnisse bei innenliegenden Sammelschienenfehlern. Auch Tür diesen Fall sei angenommen, daß der Fehlcrstrom über die Leitungen A und ß zufließt und daß alle übrigen Lei-Hingen der Anlage abgeschaltet oder unbelastet sind.

An der Relarsklemme 15 erhält man dann die Impedanz

Z.\/3 = UA/3 /Λ/3.

die der gesamten Magnetisierungsimpedanz aller unbelasteten Stromwandler entspricht.

Mit Hinweis auf F i g. 1 mit nur einer unbelasteten Leitung C wird

ZM3= ZMC.

Eine zweite unbelastete, gestrichelt dargestellte Leitung gibt eine Magnctisicrungsimpedanz Z.V/t". die mit ZMC parallel geschaltet ist.

Das Differcntialrelais spricht an. wenn UD > US ist. d.h.. wenn /D > 0.5 /73 und ΖΛΟ > 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 Magnetisicrungsimpcdanz ΖΛ-/3 ist normalerweise viel höher als der Widerstand RD. Der Strom /D wird deshalb viel höher als der Strom IMX 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 ΖΛ/3 im wesentlichen induktiv ist, so daß die Stabilisierungsspannung US mit der Differenzspannung UD nicht in Phase liegt. Außerdem ist die Zeitkonstante für den ΖΛ/3-K.rcis sehr hoch, etwa 200 ms. während die Zeilkonstante des Diffcrenzkreiscs 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 Zwisehenstromwandler 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. Weiler hat man eine gewisse positive Refcrenzrichlung der Wechselströme IA1. /Bl. /Cl und der entsprechenden Relaisströme IAX IBi. /C3 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 Zwischenstronnwandler an den Sekundärwicklungen der Stromwandler der Leitungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die in den Stabilisierungskreis als auch in den Vergleichskreis eingeschalteten Widerstände '-j-,

   hochohmig