DE1956527A1 - Differentialschutzeinrichtung - Google Patents
DifferentialschutzeinrichtungInfo
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Description
Mit einer Differentialschutzeinrichtung lassen sich elektrische Geräte und Leitungen schützen, wenn an die elektrischen Ausgänge
dieser Geräte und Leitungen Stromwandler angeschlossen sind. In der Differentialschutzeinrichtung wird ausgehend
von den Sekundärströmen der Stromwandler geprüft, ob die
Stromsumme der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme entsprechend der Kirchhoffsehen Regel Hull ist. Theoretisch
trifft diese Voraussetzung im fehlerfreien Zustand aber nur dann zu, wenn die Eigenkapasität des zu schützenden
Systems vernachlässigbar ist und wenn die verwendeten Stromwandler
den im Primärkreis fliessenden Strom nach Größe und
Phasenlage richtig übersetzen.
Da dxRce Bedingungen in der Praxis nicht erfüllt sind, besitzen
bekannte Differentialschutzeinriciibungen - um Fehlauslösungen
zu vermeiden - eine sogenannte Stabilisienrngsschaltung. Bei
einer zweipoligen Differentialschutzeinrichtung erzeugt die
''. tab L L in Lerung£;sühaltimg einen Strom» eier in entgegengesetzt ar
RL'jhhunfr zum Auslosestrom auf das .Differsn&ialsiihutsreüaiss einwirkt.
Dieser 'ihabili^ierimgastrom irit box uv/axpoiigen Dif fereri-
t,Uli':?·;OA ts'ieinrichtungen ciom dag ζη,ι schütasnöa r'ystüßi durch-
:"i 1'.·-,:.!ίτΗκη iJtrom proportional. "Die IiIffareiitiaXaGhuba-iieVfif-h'-
i: ^rA ma Kurzsoh.Luüu trom niifuftflfiiidXi -UWv* Bsi. fflohi-poXii^h; Jri C-Γο
r-i'f. t. ; 1I'.". !hut; iO "iirl';-; GUsIgQIl (^,B* TPtliiyf ονΐΙιΐΙΪΟΓνΆ Iv! k ;>
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10 98 2V/07ί 1
BAD ORfQINAL
- K- VPA 69/1181
I 1966527.
und einander entgegengesetzt auf ein Differentialschutzrelais
bzw. einen kontaktlos arbeitenden Indikator einwirken, ist es zur Gewährleistung der richtigen Messung des Fehlerortes nötig,
den· Mittelwert aus den einander entgegengerichteten gleichgerichteten
Ctrömen zu bilden. Damit ist der Verringerung der
Auslösezeit eine nicht überwindbare G-renze gesetzt. .Man kann
zwar durch Verwendung schneller kontaktloser Indikatoren erreichen, daß die Differentialschutzeinrichtung auf den Augenblickswert
des Auslöse- und Sperrstromes anspricht. Bei vorhandenen Wandlerfehlern - z.B. infolge Sättigung - ist es aber
durchaus, möglich, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Augenblickswert
des Sperrstromes gerade klein und der Augenblickswert des Auslösestromes gerade relativ groß ist, so daß ein der
Vergleichsschaltung nachgeschalteter kontaktloser Indikator ansprechen würde, obgleich sich der Fehler außerhalb des Schutsbereiches
befindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Differentialschutzeinrichtung
zu schaffen, bei der eine Messung abhängig von den Augenblickswerten des in der Differentialschutzeinrichtung gebildeten Sum~
menstromes - und ggfs. des Sperrstromes - möglich ist.
Die Erfindung "betrifft damit eine Differentialschutzeinrichtung mit an den Ausgängen eines zu schützenden Systems ('Leitung,
Maschine, Transformator, Sammelschiene) angeschlossenen Stromwandlern
und einer Pummierungsschaltung, welche mit den Sekundärwicklungen
der Stromwandler in Verbindung steht, die geometrische Summe der in das zu schützende System hinoinfliessenden
Ströme bildet und eine aus dieser Summe abgeleitete elektrische G-röße an einen nachgeschalteten Indikator (Grenzwert; a tufe,
Ralaiswiaiclung) gibt-, dessen Avisgang auf die Leistungsschalter
zur Abschaltung ds;i ku schützenden Systems einwirkt, "Das Heu«
besbeht erfindungsgemäß darin, daß dom Indikator eise
Schaltvorrichtung iKiohgesoiialfcet ist, die über eins iif.'der"™-Verknüpfung
mit den Ausgängen- von G-renzwertstufen '.^rbunden
ist, die eingangssaitig über je eine Schaltipig zur Erfassung
der Wandlersättigung an die Sekundärwicklung eines säu'
Ctrumwandlers angeschlossen sind, so daß die dem Indikator nachgeschaltete Schaltvorrichtung öffnet, wenn
ifj: Wär??/n7 11 BAD ORIGINAL
VPA- 69/1181
19b6527
ein Stromwandler in Sättigung geht.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung "beruht also
auf der Tatsache, daß auch bei überlasteten Stromwandlern,
die im Sättigungsbereich arbeiten» der Fluß zeitweise unter
den Sättigungspunkt absinkt. Insbesondere wurde die Tatsache ausgenutzt, daß vor Beginn des Fehlers alle Wandler ungesättigt
sind und so richtig übersetzen. Wenn also bei der erfindungsgemäßen
Anordnung außer dem Auslösestrom noch, wie bei bekannten Differentialschutzeinrichtungen, ein Sperrstrom auf den
Indikator einwirkt, so kann der Einfluß des Sperrstromes gegenüber
bisherigen Differentialschutzeinriahtungen sehr viel geringer
gemacht werden. Die Differentialschutzeinrichtung ist also selbst bei vorhandenem, dem Auslösestrom entgegengerichteten
Sperrstrom wesentlich empfindlicher" als eine Differentialschutzeinrichtung,
die ihre Entscheidung durch Integration der Augenblickswerte des Auslöse- und Sperrstroms über mehrere
Perioden trifft. ;
Als Schaltung zur Erfassung der Wandlersättigung kann beispielsweise
in den Sekundärkreis eines Stromwandlers ein Oberwellenfilter eingeschaltet sein. Wenn man diesem Oberwellenfilter
eine Grenzwertstufe nachschaltet, die anspricht, wenn die in der Sekundärwicklung des Stromwandlers erzeugten Oberwellen
ein bestimmtes Maß überschritten haben, so kann man den mit Beginn der Wandlersättigung auftretenden hohen Oberwellengehalt
im Sekundärkreis des Wandlers ausnutzen, um den
Zeitpunkt des Beginns der Wandlersättigung zu erfassen*
Ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung zur Erfassung der Wandlersättigung, die bereits vor Beginn der WandlersMttigung
ein Ausgangs.?ignal abgeben kamis ist in'Pig. I dargestellt.
Diese Schaltung besteht auf? einer Grenswertetufe mit einer
vorgeschalteten Integriersolialtimg, Hierzu ist an din Sekundärwicklung,
eines Stromwandler8 H in Reihe mit den übiireii Ver- .'.
brauchern N ein Naohl>ildungB.wid*?retand. Ί änger-chloRScn, Dieser
Nachbildungswiderfftand Z miß proportional zn ßbm f. & ragten,
die Pürde des Stromwandler^ Wi bildender- 7/i df-r'.-■:.■ and !'ein«.
In diesem F^?! ^utrtpht an den» ^echbj Tn"ungi:v;:;<lerr"inK<5 ;.-* eine
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BAD ORlQlNAl
: - 4 -. VPA 69/1181
Spannung, die proportional der Spannung an der Sekundärwicklung ·
des Stromwandlers WI ist.· Parallel zu dem Nachbildungswiderstand Z liegt dann die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes
R1 und eines Kondensators C1. Über einen Gleichrichter ',' G1 in Graetzsehaltung wird der an dem Kondensator C1 anstehen-•
de und dem Integral der Spannung an der Sekundärwicklung des
Wandlers W1. proportionale Spannungsabfall gleichgerichtet. Parallel zu den Gleichstromanschlüssen des Gleichrichters GM
liegt eine Grenzwertstufe GS1, die in bekannter Weise aus zwei Transistoren T1 , T2 besteht und an ihrer Ausgangsklemme K1
dann eine Spannung anstehen läßt, wenn eine bestimmte .Eingangsspannung überschritten wird.
Die Grenzwertstufe GS1 besitzt am Eingang parallel zu den
Gleichstromanschlüssen des Gleichrichters G1 eine Zenerdiode ZD. Die Steuerspannung des Transistors T1 wird von der Zenerdiode
ZD abgenommen.
In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, die es gestattet,
den Beginn eines Kurzschlusses schnell zu erfassen. Hierzu wird die Stromänderungsgeschwindigkeit in einem Stromwandler W2
ausgenutzt. Im Sekundärkreis des Stromwandlers W1 liegt ein Widerstand R3 und parallel dazu sind die Wechselstromklemmen eines
Gleichrichters G2 in Reihe zu einem Kondensator G3 geschaltet. Dabei entsteht an den Gleichstromklemmen des Gleichrichters G2
ein dem Differentialquotienten des Stromes im Stromwandler W1 proportionaler Strom, der - bedingt durch den Innenwiderstand
der daran angeschlossenen Grenzwertstufe GS2 - für die Grenzwertstufe eine Eingangsspannung ergibt, die bei Überschreiten
eines bestimmten Grenzwertes eine Ausgangsspannung an der
Ausgangsklemme K2 der Grenzwertstufe GS2 zur Folge hat. Zur
Glättung von Spannungsspitzen ist an die innerhalb der Grenzwertstufe GS2 angeordnete Zenerdiode ZD ein R-C Glied, bestehend aus
einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 angeschlossen. Die Kapazität des Kondensators 02 ist dabei so gering·, daß keine
nennenswerten Verzögerungen bei der Weitergabe des Eingangssignals entstehen können. Im übrigen ist die. Grenzwertstufe GS2 genauso
aufgebaut wie die Graizwertstufe GG1 in Fig.1. Die Bauelemente
der Grenzwertstufe GS2 besitzen daher die gleichen Bezeichnungen wie
1 0 9 8 7 7 / Π 7 1 1 . BAD ORIGINAL
- 5 - VPA 6-9/1181
diejenigen der Grenz*?ertBtufe GSl.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Differentialschutzeinrichtung
ist in Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellt. Die Schaltungen zur Fehlererfassung nach Fig. 2 sind dort als
Differenzierglieder mit den Buchstaben D und die Schaltungen
zur Erfassung des Spannungsintegrals an den Sekundärwicklungen der Wandler als Integrierschaltungen mit den Buchstaben I bezeichnet.
Wie bei bekannten'Differentialschutzeinrichtungen sind an die Sekundärwicklungen der Stromwandler W1, W2, W3
Zwischenwandler ZWl, ZW2 und ZW3 angeschlossen, deren Sekundärwicklungen über Gleichrichter G4, G5 und G6 geschlossen sind.
Die Gleichstromanschlüsse der Gleichrichter G4,"-G5 und G6 sind einander parallel und antiparallel zu den Gleichetromanschlüssen
eines weiteren Gleichrichte:® G7 geschaltet. Dieser Gleichrichter G7 ist an die Sekundärwicklung eines Zwischenwandlers
ZW4 angeschlossen, dessen Primärwicklung in einem Stromkreis liegt, der die Stromsumme der Sekundärströme in den Stromwandlern W1, W2 und W3 führt.
Zwischen die Sekundärwicklungen der Stromwandler WT, W2 und W3 und die Primärwicklungen der Zwischenwandler ZW1, ZW2 und
ZW3 sind die Eingänge von Differenzierstufen D1, D2 und D3
geschaltet, die - wie in Fig. 2 dargestellt ist - aus je einer Differenzierschaltung mit nachgeschalteter Grenzwertstufe
bestehen. Außerdem liegt in Reihe zu jeder Differenzierstufe .
eine Integrierstufe 11, 12 und 13, die - wie" in Fig, 1 dargestellt ist - aus je einer Integrierschaltung mit nachgeschalteter
Grenzwertstufe besteht. Die Ausgänge der Differenzierstufen
D1 bis D3 und der Integrier stuf en 11 bis 1.3 sind über
in Fig. 3 nicht.bezeichnete Dioden zur; Entkopplung einander
parallel geschaltet. Die Ausgänge der Differenzierstufen D1 bis D3 wirken dabei auf eine Schaltvorrichtung S2, die an
den Ausgang der einander parallel - bzw. antiparallelgeschalteten Gleichrichter G4 bis G7 angeschlossen ist und diesen
Ausgang mit einem Indikator ID dann verbindet, wenn mindestens eine der Differenzierstufen D1 bis D3 ein Ausgangssignal
abgibt.
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. - - '6 - yPA 69/1181
1856527
Über weitere nicht näher bezeichnete Dioden in Fig. 3 sind die Ausgänge der Integrierstufen ebenfalls einander parallel geschaltet
und an eine Schaltvorrichtung S1 .angeschlossen, die
zwischen den Ausgang des Indikators ID und den Eingang einer Kippstufe KS geschaltet ist. Diese Schaltvorrichtung trennt
die Verbindung zwischen dem Indikator ID und der bistabilen Kippstufe KS, wenn mindestens eine der Integrierstufen 11 bis
13 ein Ausgangs signal abgibt. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe
KS ist in nicht näher bezeichneter Weise mit den Leistungsschaltereingängen
für die Ausschaltung der Leistungsschalter verbunden, die die Abtrennung des zu schützenden Systems vom
übrigen Fetz einleiten.
Die bistabile Kippstufe KS besitzt einen weiteren Eingang, der über eine Zeitstufe t2 mit dem· Ausgang der einander parallelges
ehalt et eh Differenzierstufen D1 bis D3 verbunden ist. Die Verzögerungszeit
dieser Zeitstufe t2 beträgt etwas mehr als eine Periode der Wechselspannung, so daß nach der Abschaltung eines
vorher bestehenden Kurzschlusses - wenn keine der Differenzierstufen
D1 bis D3 mehr ein Ausgangs signal abgibt - die bi stabile
Kippstufe KS nach Ablauf einer Periode zurückgestellt und die. Differentialschutzeinrichtung damit wieder betriebsbereit wird.
Bei Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb oder außerhalb des
Schutzbereiches wird also mindestens eine der Differentialstufen D1 bis D3 ein Ausgangssignal abgeben und den Indikator
ID an den Ausgang der einander parallelgeschalteten Gleichrichter G4 bis Gr7 legen. Abhängig von den Augenblickswerten
des der Parallelschaltung zu entnehmenden Summenstromes wird der Indikator ID ansprechen oder nicht. Im ersten Augenblick
nach Eintreten des Fehlers innerhalb oder außerhalb des zu schützenden Systems ist noch keiner der Stromwandler Wl bis W3
gesättigt, d.h. das Spannungsintegral, das in den Integrierschaltungen der Integratorstufen ITWLs 13 gebildet wird, hat
noch nicht den zum Ansprechen der darin enthaltenen Grenzwertstufen
erforderlichen Wert erreicht. Da keine der Integrationsstufen 11 bis 13 ein Ausgangssignal abgibt, ist die Schaltvorrichtung
S1 geschlossen. Liegt der Fehler innerhalb des Schutzbereichs, so wird der Auslösestrom im Gleichrichter G7 überwiegen
und den Indikator ansprechen lassen. Das hat zur Folge,
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daß über die geschlossene Schaltvorrichtung S1 die bistabile
Kippstufe- KS umgeschaltet wird, die ihrerseits ein Ausgangssignal zum Abschalten der dem zu schützenden System zugeordneten
Leistungsschalter abgibt, Sobald einer der drei Stromwandler W1, W2 oder W3 in die Nähe der Sättigungsgrenze kommt, wird
die zugehörige Integrationsstufe 11, 12 oder 13 ein Ausgangs- -.
signal abgeben, das die Schaltvorrichtung S1 auftrennt, so daß die bistabile Kippstufe KS unabhängig von dem Ausgangssignal
des Indikators ID in ihrer eingestellten Lage bleibt*
Das gilt auch für den Fall, daß der Fehler außerhalb des Schutzbereiches
liegt. In diesem Fall wird zu Beginn des Fehlers durch die noch nicht gesättigten Stromwandler W1, W2 und W3 der in
Auslöserichtung wirkende Strom über den Gleichrichter G7 nahezu den Wert null annehmen. Her Indikator ID kann also kein Ausgangssignal
liefern. Sobald einer der drei Stromwandler W1 , W2
oder W3 gesättigt ist, hat die Schaltvorrichtung S1 den Indikator
ID von der nachgeschalteten bistabilen Kippstufe KS getrennt und.ein sich infolge der Sättigung eines Stromwandlers
ausbildender Summenstrom kann zwar den Indikator ID anregen,
nicht aber einen Ausschaltbefehl für die zugeordneten Leistungsschalter
zur Folge haben.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn der Indikator ID - bedingt
durch die Schaltvorrichtung S2-im Bereich jedes Stromnulldurchganges
(= Maximum der Stromänderung) den Indikator an den Ausgang der parallelgeschalteten Gleichrichter G4 bis G7
schaltet. Hierbei beginnt in jeder Periode der Wechselspannung eine neue Meßzeit, so daß ein Fehler im Schutzbereich, der sich
erst nach Auftreten eines Fehlers außerhalb des Schutzbereiches einstellt, mit erfaßt werden kann.
Beim Einsatz einer Differentialschutzeinrichtung für !Eransformatoren
hat man zur Vermeidung von Fehlauslösungen durch den Einschaltstromstoß in bekannte Differentialschutzeinrichtungen
Zeitverzögerungsglieder eingebaut. Diese Maßnahme ist bei dem erfindungsgemäßen schnellen Differentialschutz nicht mehr möglich.
Bei Anwendung dieser Differentialschutzeinrichtung für Transformatoren kann man aber so vorgehen, daß man für jede
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- 8 - VPA
• Wicklung des Transformators eine eigene Differentialschutzein-'
. richtung vorsieht und an "beide Enden jeder Wicklung des Transformators
Stromwandler anschließt, die die Eingangsgrößen für die Differentialschutzeinrichtung liefern.
5 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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Claims (5)
1.)) Differentialschutzeinrichtung mit an den Ausgängen eines
zu schützenden Systems (leitung, Maschine, Transformator,
Sammelschiene) angeschlossenen Stromwandlern und einer Summierungsschaltung, welche mit den Sekundärwicklungen
der Stromwandler in Verbindung steht, die geometrische Summe der in das zu schützende System hineinfliessenden
Ströme Mldet und eine aus dieser Summe abgeleitete elektrische
Größe an einen nachgeschalteten Indikator (Grenzwertstufe, Relaiswicklung) gibt, dessen Ausgang auf die
leistungsschalter zur Abschaltung des zu schützenden Systems einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Indikator (ID)
eine Schaltvorrichtung (S1) nachgeschaltet ist, die über eine "Oder"-Verknüpfung mit den Ausgängen von Grenzwertstufen
(GS1) verbunden ist, die ausgangsseitig über je eine Schaltung zur Erfassung der Wandlersättigung an die
Sekundärwicklung eines sättigbaren Stromwandlers (W1, W2, W3) angeschlossen sind, so daß die dem Indikator (ID)
nachgeschaltete Schaltvorrichtung (S1) öffnet, wenn ein Stromwandler in Sättigung geht.
2.) Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Grenzwertstufe (GS1) als Teil
einer Integrierstufe (11, 12, 13) einer Integrierschaltung
nachgeechaltet ist und daß die Integrierstufen (11, 12, 13)
an die Sekundärwicklung je eines sättigbaren Stromwandlers
(W1, W2, W3) so angeschlossen sind, daß am Eingang jeder Integrierstufe (11, 12, 13) eine der Spannung an der Sekundärwicklung
des zugehörigen Stromwandlers (W1, W2, W3) proportionale elektrische Größe anliegt, während der Ansprechwert
jeder Grenzwertstufe (GST) abhängig von dem durch Eintritt der Wandlersattigung gegebenen zulässigen
Grenzwert des Spannungsintegrals über die Zeit eingestellt
ist.
3.) Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltung zur Erfassung der
Wandleraättigung in den Sekundärkreis jedes Stromwandlers
1098??/H71
-10-
- ΊΟ - VPA 69/1181
, W2, W3) ein Filter zur Aussiebung der Oberwellen
eingeschaltet ist, dessen Ausgang an den Eingang einer Grenzwertstufe (GSI) angeschlossen ist.
4.) .Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Indikator(iD)eine zweite
Schaltvorrichtung (S2) vorgeschaltet ist, die an mindestens eine eingangsseitig über eine Differenziereinrichtung
(D1, D2, D3) mit der Sekundärwicklung eines Stromwandlers (W1, W2, W3) verbundene Grenzwertstufe (GS2) angeschlossen
ist, so daß die Einschaltung des Indikators(ID) abhängig vom .Differentialquotienten des Stromes ist.
5.) Anwendung der Differentialschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schutz eines Transformators,
"dadurch gekennzeichnet, daß an beide Seiten jeder Transformatorwicklung Stromwandler angeschlossen sind
und daß für jede Transformatorwicklung eine Differentialschutzeinrichtung
vorgesehen ist.
1098 2?/07 tT
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |