DE19502059A1 - Differential current protection system for single-phase transformer - Google Patents
Differential current protection system for single-phase transformerInfo
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- H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
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Abstract
Description
Einphasen-Leistungstransformatoren können auf der Ober- und auf der Unterspannungsseite jeweils eine einzige Wicklung oder jeweils zwei Teilwicklungen aufweisen. Sind auf einer Spannungsseite zwei Teilwicklungen vorhanden, dann können diese in Reihe entsprechend einer Y-Wicklung bei einem mehr phasigen Leistungstransformator oder parallel entsprechend einer D-Wicklung eines mehrphasigen Leistungstransformators geschaltet sein. Fig. 1 zeigt einen Einphasen-Transformator T mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Teilwicklungen WT01 und WT02 auf der Oberspannungsseite und zwei parallel ange ordneten Teilwicklungen WTu1 und WTu2 auf der Unterspannungs seite; die eingezeichneten Pfeile definieren die Stromrich tung (positiv) in bezug auf eine Stromdifferentialschutzan ordnung SD, die über Stromwandler W₀₁ und W₀₂ sowie Wu1 und Wu2 angeschlossen ist.Single-phase power transformers can each have a single winding or two partial windings on the upper and lower voltage side. If two partial windings are present on one voltage side, then these can be connected in series in accordance with a Y winding in a multi-phase power transformer or in parallel in accordance with a D winding in a multi-phase power transformer. Fig. 1 shows a single-phase transformer T, each with two partial windings W T01 and W T02 connected in series on the high-voltage side and two partial windings W Tu1 and W Tu2 arranged in parallel on the low- voltage side; The arrows drawn define the Stromrich device (positive) with respect to a current differential protection arrangement SD, which is connected via current transformers W₀₁ and W₀₂ and W u1 and W u2 .
Bekannt ist es (H. Titze "Fehler und Fehlerschutz in elektrischen Anlagen", Bd.2, Seiten 81 bis 85), zur Anpassung an unterschiedliche Wicklungsanordnungen eines Transformators Zwischenwandler vorzusehen. Diese verursachen aber einen erheblichen Aufwand.It is known (H. Titze "mistakes and Error protection in electrical systems ", Vol. 2, pages 81 to 85), to adapt to different winding arrangements to provide a transformer intermediate converter. These but cause a considerable effort.
Zur Verringerung des Aufwandes für eine Stromdifferential schutzanordnung für einen Einphasen-Transformator bietet es sich an, das bei mehrphasigen Leistungstransformatoren be kannte Prinzip der Schaltgruppenanpassung auch hier anzuwen den, also auch bei einem Einphasen-Transformator mit Anpas sungsmatrizen zu arbeiten, wie es bei der vorbekannten Stromdifferentialschutzanordnung PQ 721 der Firma AEG für Mehrphasen-Leistungstransformatoren der Fall ist.To reduce the effort for a current differential it offers a protective arrangement for a single-phase transformer itself that be with multi-phase power transformers known principle of switching group adaptation to apply here that, also with a single-phase transformer with matching solution matrices to work, as is the case with the previously known Current differential protection arrangement PQ 721 from AEG for Multi-phase power transformers is the case.
Da die Phasenverschiebung zwischen den Wicklungen bei einem Einphasen-Transformator nur 0° oder 180° betragen kann, ist bei einem Einphasen-Transformator mit jeweils zwei Teilwick lungen für die Durchführung der Anpassung nur die Behandlung der Nullströme von Bedeutung. Sind die beiden Teilwicklungen auf einer Seite des Einphasen-Transformators nicht geerdet (rechte Seite der Fig. 1), dann können die erfaßten Sekun därströme unmittelbar verwendet werden. Die angepaßten Ströme I* und I* lassen sich für diese Seite des Transformators dann durch folgende Matrix (1) beschreiben:Since the phase shift between the windings in a single-phase transformer can only be 0 ° or 180 °, in a single-phase transformer with two partial windings, only the treatment of the zero currents is important for the implementation of the adaptation. If the two partial windings on one side of the single-phase transformer are not grounded (right side of FIG. 1), then the detected secondary currents can be used directly. The adapted currents I * and I * can then be described for this side of the transformer using the following matrix (1):
In obiger Beziehung (1) bedeutetIn the above relationship (1) means
I = erfaßbarer Strom im Leiter L1 auf der Oberspan
nungsseite des zu überwachenden Transformators T
I = erfaßbarer Strom im Leiter L2 auf der Oberspan
nungsseite des zu überwachenden Transformators T I = detectable current in the conductor L1 on the high voltage side of the transformer T to be monitored
I = detectable current in conductor L2 on the upper voltage side of the transformer T to be monitored
Für die Unterspannungsseite würde eine entsprechende Anpas sungsmatrix gelten, wenn - in Abweichung von der Darstellung in Fig. 1 - die Teilwicklungen auf der Unterspannungsseite nicht geerdet wären.A corresponding adaptation matrix would apply to the undervoltage side if - in deviation from the illustration in FIG. 1 - the partial windings on the undervoltage side were not grounded.
Sind dagegen die Teilwicklungen WTu1 und WTus auf der Unter spannungsseite geerdet (linke Seite der Fig. 1), dann sind bei einem Einphasen-Transformator entsprechend der bekannten Vorgehensweise für Mehrphasen-Transformator die Nullströme durch Differenzbildung zu eliminieren. Dadurch werden Fehlerströme, die infolge einer Erdung im Schutzbereich auch bei Erdkurzschlüssen im Netz über die Stromwandler fließen, ohne besondere äußere Maßnahmen unschädlich gemacht. Die Matrixgleichung für die angepaßten Ströme I* und I* lautet dann:If, on the other hand, the partial windings W Tu1 and W Tus are grounded on the undervoltage side (left side of FIG. 1), then the zero currents are to be eliminated in a single-phase transformer in accordance with the known procedure for multiphase transformers. As a result, fault currents that flow through the current transformers as a result of earthing in the protected area even in the event of earth faults in the network are rendered harmless without any special external measures. The matrix equation for the adapted currents I * and I * is then:
Die Nullstromelimination hat den Nachteil, daß der Differen tialschutz bei Erdkurzschlüssen im Schutzbereich (um den Fak tor 1/2) unempfindlicher istThe zero current elimination has the disadvantage that the difference tial protection in the event of earth shorts in the protection area (by the fac gate 1/2) is less sensitive
Die Erfindung geht von einer Stromdifferentialschutzanordnung für einen Einphasen-Transformator mit zwei oberspannungssei tigen Teilwicklungen und zwei unterspannungsseitigen Teil wicklungen aus, von denen mindestens die Teilwicklungen auf einer Spannungsseite eine gemeinsame Verbindung nach Erde aufweisen, die über bezüglich des Einphasen-Transformators ober- und unterspannungsseitig angeordnete Stromwandler mit Strömen durch die Teilwicklungen proportionalen Sekundärströ men beaufschlagt ist und in der in einer Rechenschaltung aus den Sekundärströmen unter Berücksichtigung einer dem Null strom entsprechenden Stromgröße phasenbezogen jeweils ein Differenzstrom gebildet und auf seine Größe überwacht wird, und setzt sich die Aufgabe, eine Stromdifferentialschutzan ordnung für einen Einphasen-Transformator anzugeben, die sich auch bei mit Erde verbundenen Teilwicklungen eines Einphasen-Trans formators durch eine hohe Empfindlichkeit auszeichnet.The invention is based on a current differential protection arrangement for a single-phase transformer with two overvoltage cables term partial windings and two low-voltage part windings, of which at least the partial windings one voltage side a common connection to earth have over regarding the single-phase transformer current transformers arranged on the upper and lower voltage side Flows through the secondary windings proportional to the secondary windings men is charged and in the in a calculation circuit the secondary currents taking into account a zero current corresponding current size phase-related Differential current is formed and its size is monitored, and sets itself the task of a current differential protection to specify order for a single-phase transformer, the even with partial windings of a single-phase trans connected to earth formators are characterized by a high sensitivity.
Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Differentialschutzan ordnung erfindungsgemäß einen mit seiner Primärwicklung in der Verbindung mit Erde liegenden Hilfsstromwandler, und die Rechenschaltung verarbeitet den Sekundärstrom des Hilfsstrom wandlers als die dem Nullstrom entsprechende Stromgröße.To solve this problem, the differential protection includes order according to the invention with its primary winding in the connection to earth-lying auxiliary current transformers, and the Arithmetic circuit processes the secondary current of the auxiliary current transformer than the current quantity corresponding to the zero current.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromdifferen tialschutzanordnung besteht darin, daß allein durch einen zusätzlichen Hilfsstromwandler und Erfassung des Stromes zwi schen Sternpunkt und Erde eine Anpassungsmatrix verwendet werden kann, die dazu führt, daß sich ein Differenzstrom nur bei einem inneren Fehler ergibt. Für äußere Fehler werden Differenzströme mit dem Wert Null ermittelt. A major advantage of the current differences according to the invention tialschutzanordnung is that alone by one additional auxiliary current transformer and detection of the current between an adaptation matrix is used between the star point and earth can be, which leads to a differential current only results from an internal error. For outside mistakes Residual currents determined with the value zero.
Bei der erfindungsgemäßen Stromdifferentialschutzanordnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rechenschal tung jeweils die Hälfte des Sekundärstromes des Hilfsstrom wandlers als die dem Nullstrom entsprechende Größe berück sichtigt.In the current differential protection arrangement according to the invention it has proven to be advantageous if the computing scarf half of the secondary current of the auxiliary current converter as the value corresponding to the zero current inspects.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist inTo further explain the invention is in
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromdifferentialschutzanordnung, in Fig. 2 shows an embodiment of the current differential protection arrangement according to the invention, in
Fig. 3 die Situation bei einem einpoligen äußeren Fehler und in Fig. 3 shows the situation with a single-pole external fault and in
Fig. 4 die Situation bei einem zweipoligen inneren Fehler dargestellt. Fig. 4 shows the situation with a two-pole internal fault.
Wie die Fig. 2 im einzelnen erkennen läßt, in der mit der Fig. 1 übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ist der zu überwachende Einphasen-Transforma tor T in einem Energieversorgungsnetz mit Leitern L1 und L2 angeordnet, wobei die Wicklungen WTo1 und WTo2 des Einphasen-Trans formators T auf der Oberspannungsseite in parallel bzw. im "Dreieck" geschaltet sind. Auf der Unterspannungsseite sind die Teilwicklungen WTu1 und WTu2 des Einphasen-Transfor mators T in Reihe bzw. im "Stern" geschaltet. Der Sternpunkt S der Teilwicklungen WTu1 und WTu2 ist mit Erde verbunden.As can be seen in FIG. 2 in detail, in which parts corresponding to FIG. 1 are provided with the same reference numerals, the single-phase transformer T to be monitored is arranged in a power supply network with conductors L1 and L2, the windings W To1 and W To2 of the single-phase transformer T are connected in parallel or in a "triangle" on the high-voltage side. On the undervoltage side, the partial windings W Tu1 and W Tu2 of the single-phase transformer T are connected in series or in the "star". The star point S of the partial windings W Tu1 and W Tu2 is connected to earth.
Im Zuge der Leiter L1 und L2 sind auf der Oberspannungsseite des zu überwachenden Einphasen-Transformators T Stromwandler Wo1 und Wo2 mit ihren Primärwicklungen WWo1p und WWo2p ange ordnet; Sekundärwicklungen WWo1s und WWo2s sind über Eingänge E₁, E₂ und E₃ mit einer Stromdifferentialschutzanordnung SD verbunden, so daß über diese Eingänge Sekundärströme I und I zugeführt werden. In entsprechender Weise sind auf der Unterspannungsseite Stromwandler Wu1 und Wu2 vor gesehen, über deren Sekundärwicklungen WWu1s und WWu2s Sekun därströme I und I von der Stromdifferentialschutzanord nung SD abgenommen werden. In the course of the conductors L1 and L2, current transformers W o1 and W o2 with their primary windings W Wo1p and W Wo2p are arranged on the high-voltage side of the single-phase transformer to be monitored; Secondary windings W Wo1s and W Wo2s are connected via inputs E₁, E₂ and E₃ to a current differential protection arrangement SD, so that secondary currents I and I are supplied via these inputs. Correspondingly, current transformers W u1 and W u2 are seen on the undervoltage side, via whose secondary windings W Wu1s and W Wu2s secondary currents I and I are taken from the current differential protection arrangement SD.
Wie Fig. 2 ferner erkennen läßt, ist in die Verbindung zwi schen dem Sternpunkt S der Wicklungen WTu1 und WTu2 des Ein phasen-Transformators T ein Hilfsstromwandler Wh mit seiner Primärwicklung Whp angeordnet. Die Sekundärwicklung Whs liefert einen Strom an die Stromdifferentialschutzanordnung SD, der dem Strom in der Verbindung nach Erde proportional ist. In einer Rechenschaltung der Stromdifferentialschutzan ordnung SD wird für die Unterspannungsseite des zu überwa chenden Transformators T eine Anpassungsmatrix berechnet, wie sie nachstehend aufgeführt ist:As can also be seen in FIG. 2, an auxiliary current transformer W h with its primary winding W hp is arranged in the connection between the star point S of the windings W Tu1 and W Tu2 of the one- phase transformer T. The secondary winding W hs supplies a current to the current differential protection arrangement SD which is proportional to the current in the connection to earth. In an arithmetic circuit of the current differential protection arrangement SD, an adaptation matrix is calculated for the undervoltage side of the transformer T to be monitored, as is shown below:
Tritt bei einem mit der erfindungsgemäßen Stromdifferential schutzanordnung überwachten Einphasen-Transformator T mit Speisung von der Oberspannungsseite her ein einpoliger äuße rer Fehler auf, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, dann er geben sich für die Ströme Werte gemäß dem nachstehenden Glei chungssystem (4):If a single-pole external fault occurs, as is shown in FIG. 3, in a single-phase transformer T monitored by the current differential protection arrangement with supply from the high-voltage side, then it gives itself values for the currents according to the following equation system (4th ):
Für die Unterspannungsseite wird die Anpassungsmatrix gemäß Gleichung (3) benutzt, während die Anpassungsmatrix für die Oberspannungsseite sich durch folgende Gleichung (6) darstellen läßt:For the undervoltage side, the adjustment matrix is according to Equation (3) is used while the fitting matrix for the High voltage side by the following equation (6) represents:
Die Differenzströme I Diff1 und I Diff2 ergeben sich gemäß den nachstehenden Beziehungen (7) und (8):The differential currents I Diff1 and I Diff2 result from the following relationships (7) and (8):
Tritt bei Speisung von der Unterspannungsseite her ein poliger innerer Fehler unterspannungsseitig auf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, dann ergeben sich hinsichtlich der erfaßten Ströme folgende VerhältnisseIf a pole internal fault occurs on the undervoltage side when supplying from the undervoltage side, as shown in FIG. 4, then the following conditions result with regard to the detected currents
Hinsichtlich der korrigierten bzw. angepaßten Ströme ergibt sich dannWith regard to the corrected or adjusted currents then
Für die Differenzströme IDIFFL1 und IDIFFL2 folgt dann Then follows for the differential currents I DIFFL1 and I DIFFL2
Dies zeigt, daß bei einer Stromdifferentialschutzanordnung der erfindungsgemäßen Ausführung die Empfindlichkeit bei einem einpoligen inneren Fehler sehr hoch ist. Führt man nämlich für denselben Fehlerfall eine Betrachtung ohne den Strom I Strn, also ohne Verwendung eines Hilfsstromwandlers Wh durch, dann ergeben sich die angepaßten Ströme auf der Ober- und der Unterspannungsseite gemäß den nachstehenden Beziehungen (14) und (15):This shows that in a current differential protection arrangement of the embodiment according to the invention, the sensitivity to a single-pole internal fault is very high. If, for the same fault case, a consideration is made without the current I Strn , i.e. without the use of an auxiliary current transformer W h , then the adjusted currents on the upper and lower voltage side result according to the following relationships (14) and (15):
Daraus ergeben sich die Differenzströme I Diff1 und I Diff2 zuThe differential currents I Diff1 and I Diff2 result from this
Die Empfindlichkeit ohne Berücksichtigung des Stromes I Strn ist also bei einem einpoligen inneren Fehler erheblich geringer.The sensitivity without taking into account the current I Strn is therefore considerably lower for a single-pole internal error.
Claims (2)
- - die über bezüglich des Einphasen-Transformators (T) ober- und unterspannungsseitig angeordnete Stromwandler (Wo1 und Wo2; Wu1 und Wu2) mit Strömen durch die Teilwicklungen (WT01, WT02; WTu1, WTu2) proportionalen Sekundärströmen (I und I; I und I) beaufschlagt ist und
- - in der in einer Rechenschaltung aus den Sekundärströmen
(I und I; I und I) unter Berücksichtigung einer dem
Nullstrom entsprechenden Stromgröße (I Strn) phasenbezogen
jeweils ein Differenzstrom (I DIFF1 und I DIFF2) gebildet und auf
seine Größe überwacht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß - - die Stromdifferentialschutzanordnung (SD) einen mit sei ner Primärwicklung (Whp) in der Verbindung mit Erde liegenden Hilfsstromwandler (Wh) enthält und
- - die Rechenschaltung den Sekundärstrom (I Strn) des Hilfs stromwandlers (Wh) als die dem Nullstrom entsprechende Stromgröße verarbeitet.
- - The current transformers (W o1 and W o2 ; W u1 and W u2 ) with currents through the partial windings (W T01 , W T02 ; W Tu1 , W Tu2 ) proportional to the single-phase transformer (T) on the upper and lower voltage side ( I and I ; I and I ) is acted upon and
- - in a calculating circuit from the secondary streams (I and I I, and I) including a corresponding zero current current variable (I Strn) each phase based a differential current (I DIFF1 and I DIFF2) is formed and is monitored for its size,
characterized in that - - The current differential protection arrangement (SD) contains one with its primary winding (W hp ) in connection with earth auxiliary current transformer (W h ) and
- - The arithmetic circuit processes the secondary current ( I Strn ) of the auxiliary current transformer (W h ) as the current quantity corresponding to the zero current.
- - die Rechenschaltung jeweils die Hälfte des Sekundärstromes (I Strn) des Hilfsstromwandlers (Wh) als die dem Nullstrom entsprechende Größe berücksichtigt.
- - The computing circuit takes into account half of the secondary current ( I Strn ) of the auxiliary current transformer (W h ) as the quantity corresponding to the zero current.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995102059 DE19502059A1 (en) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | Differential current protection system for single-phase transformer |
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