DE19621567C2 - Controllable loading device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine steuerbare Belastungseinrichtung zur Erdstromerzeugung in einem Drehstromnetz.The invention relates to a controllable loading device for generating electricity in a three-phase network.
Bei einem Erdstromrichtungsrelais in einem Drehstromnetz (insbesondere in der Nähe von Generatoren in Sammelschienen schaltung) besteht oft das Problem, daß die vorhandenen Erd ströme nicht zur Anregung oder Auslösung des Relais ausrei chen.With an earth current directional relay in a three-phase system (especially near generators in busbars circuit) there is often the problem that the existing earth currents are not sufficient to excite or trigger the relay chen.
Es wurde daher in der Vergangenheit in der Praxis an die of fene Dreieckswicklung eines Transformators ein motorisch steuerbarer Widerstand mit Abgriff zur Erzeugung eines Erd stromes im Drehstromnetz angeschlossen. Beim Auftreten einer Verlagerungsspannung wurde der Widerstandswert dann soweit kontinuierlich erniedrigt, bis der gewünschte Erdstrom zum Auslösen des Relais gegeben war. Diese Anordnung ist sehr aufwendig und teuer, wobei der Widerstand nicht für alle An wendungsfälle einsetzbar ist.It was therefore in practice in the past of the fene delta winding of a transformer a motor controllable resistor with tap for generating an earth current in the three-phase network. When a Displacement voltage, the resistance value was then so far continuously decreased until the desired earth current to Triggering of the relay was given. This arrangement is very elaborate and expensive, the resistance is not for everyone application cases can be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Vergrößerung des Erdstroms für ein Erdschlußrichtungrelais anzugeben, bei der die obengenannten Nachteile beseitigt sind, und der vergrößerte Erdstrom mindestens dem kleinsten Einstellwert des Erdschlußrichtungsrelais erreichen soll, so daß auch niedrige Erdströme sicher und selektiv erfaßt werden.The invention has for its object a device for increasing the earth current for an earth fault direction relay specify, in which the disadvantages mentioned above are eliminated and the increased earth current is at least the smallest Should reach the setting value of the earth fault direction relay, see above that even low earth currents can be detected safely and selectively.
Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß mit einer steuerbaren Be lastungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. According to the invention, the solution is a controllable loading Load device according to the features of claim 1.
Diese Einrichtung ist mit standardmäßigen Bauteilen einfach realisierbar, wobei im Betrieb auch ein gutes zeitliches Ver halten gegeben ist. Die Einrichtung ist flexibel von kleinen bis zu großen Stromstärken, insbesondere von 0,1 A bis 400 A, speziell 1 A bis 300 A einsetzbar in der Sekundärwicklung. Be vorzugt wird für die Automatisierungseinrichtung ein Stan dardprodukt in Modultechnik, z. B. eine speicherprogrammier bare Einrichtung, verwendet.This setup is simple with standard components feasible, with a good time ver hold is given. The decor is flexible from small up to large currents, in particular from 0.1 A to 400 A, especially 1 A to 300 A can be used in the secondary winding. Be A standard is preferred for the automation device dard product in modular technology, e.g. B. a memory programmer bare device used.
Mit Vorteil sind die Widerstände dual oder binär gestuft schaltbar. Dadurch ist die Widerstandsänderung sehr einfach ausgestaltet. Hierzu können einfache Ausgangsrelais der Auto matisierungseinrichtung verwendet werden.The resistors are advantageously dual or binary switchable. This makes the change in resistance very easy designed. For this, simple output relays of the car Automation device can be used.
Es ist günstig, wenn die Widerstände in Abhängigkeit von der an der Sekundärwicklung auftretenden Verlagerungsspannung ge steuert sind. Dadurch ist eine gute Anpassung des Erdstromes an die Eingangsempfindlichkeit des Erdstromrichtungsrelais möglich, wobei die Auslösesicherheit gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Zur Messung der Verlagerungsspannung können Analogeingabebaugruppen oder - module der Automatisie rungseinrichtung zum Einsatz kommen.It is beneficial if the resistances depend on the displacement voltage occurring at the secondary winding controls are. This is a good adaptation of the earth current to the input sensitivity of the earth current directional relay possible, the security against the state of the release Technology is improved. For measuring the zero sequence voltage can analog input modules or modules of the automation tion device are used.
Bevorzugt dient der Erdstrom zur Anregung eines Erdstromrich tungsrelais, wodurch ein sicheres Auslösen und eine sichere Fehlererkennung gegeben ist. Die Selektivität der Erdschluß erfassung ist dabei voll gewährleistet. Eine bevorzugte An wendung der Einrichtung ist die Erdschlußrichtungserfassung bei Generatoren in Sammelschienenschaltung (wie in der Zeichnung gezeigt).The earth current is preferably used to excite an earth current converter relay, which ensures safe tripping and safe Error detection is given. The selectivity of the earth fault registration is fully guaranteed. A preferred type Use of the device is the earth fault direction detection for generators in busbar connection (as in the Drawing shown).
Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere Details und Vor teile werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention, further details and before Parts are shown below using the drawing as an example explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Drehstromnetz mit angeschlossener Belastungs einrichtung, Fig. 1 means a three-phase mains with connected load,
Fig. 2 und 3 Anschlußbilder der Belastungseinrichtung mit schaltbaren Widerständen, Fig. 2 and 3 connecting images of the loading device with switchable resistors,
Fig. 4 ein Kennliniendiagramm zum Schaltverhalten der Belastungseinrichtung, Fig. 4 is a characteristic diagram for switching behavior of the loading device,
Fig. 5 und 6 Tabellen zum logischen Schaltverhalten der Bela stungseinrichtung und Fig. Stungseinrichtung Tables 5 and 6 for logical switching behavior of the loading and
Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Verschaltung der logischen Module (Software- oder Netzwerkbausteine) der Be lastungseinrichtung. Fig. 7 is a block diagram for the interconnection of the logical modules (software or network blocks) of the loading device.
In Fig. 1 ist eine dreiphasige Drehstromnetzanordnung gezeigt, bei der zwei Generatoren G1, G2 elektrisch mit einem Netz N verbunden sind. In die entsprechenden Anschlußleitungen sind Schaltelemente zum Trennen und Verbinden der elektrischen Verbindungen, insbesondere Leistungsschalter LS, zwischenge schaltet.In Fig. 1 a three-phase network arrangement is shown in which two generators G1, G2 are electrically connected to a network N. In the corresponding connection lines, switching elements for separating and connecting the electrical connections, in particular circuit breakers LS, are interposed.
Den jeweiligen Generatoren G1, G2 ist jeweils ein Erdstrom richtungsrelais R1 bzw. R2 zugeordnet. Diese erhalten über jeweils zugeordnete Stromwandler SW Stromsignale der jeweili gen Generatoren G1 und G2 zur Erdstromerfassung.The respective generators G1, G2 are earth currents Directional relay R1 or R2 assigned. These get over each assigned current transformer SW current signals of the resp generators G1 and G2 for earth current detection.
Bei besonders geringen Erdströmen ist oftmals eine sichere Auslösung durch die Erdstromrichtungsrelais R1, R2 nicht immer möglich. Daher ist vorliegend eine Belastungseinrichtung B vorgesehen, die zur Erhöhung des Erdstromes dient.With particularly low earth currents it is often a safe one Tripping by the earth current directional relays R1, R2 not always possible. Therefore, in the present case there is a loading device B provided that serves to increase the earth current.
Die Belastungseinrichtung B umfaßt zunächst einen an das Netz N angeschlossenen Transformator Tr, der zumindest eine Sekun därwicklung S1 aufweist. Die Sekundärwicklung S1 ist als of fene Dreieckswicklung ausgeführt, an die eine steuerbare Wi derstandskombination W anlegbar ist. Diese wird nachfolgend auch als Widerstand W bezeichnet.The loading device B first includes one connected to the network N connected transformer Tr, which is at least one second the winding S1. The secondary winding S1 is of fene triangular winding to which a controllable Wi the combination W can be created. This will follow also referred to as resistor W.
Die Widerstandskombination W umfaßt eine vorgegebene Anzahl von in dieser FIG nicht näher gezeigten Teilwiderständen, die von Schaltgliedern miteinander kombinierbar sind. Die Schalt glieder sind von einer Automatisierungseinrichtung A gesteu ert. Die Teilwiderstände weisen Widerstandswerte von bei spielhaft unter einem Ohm, insbesondere zwischen 0,75 und 0,05 Ohm auf.The resistor combination W comprises a predetermined number of partial resistors not shown in this FIG of switching elements can be combined. The switching links are controlled by an automation device A. The partial resistors have resistance values of playful under one ohm, especially between 0.75 and 0.05 ohms.
Die Teilwiderstände werden bevorzugt dual gestuft geschaltet, wobei die jeweils erzeugte Widerstandskombination W in Abhän gigkeit von der an der Sekundärwicklung S1 auftretenden Ver lagerungsspannung gesteuert wird. Dazu kann die Automatisie rungseinrichtung A gegebenenfalls Meßwerteingänge zum Erfas sen der Verlagerungsspannung an der Sekundärwicklung S1 auf weisen. The partial resistors are preferably switched in two stages, the respectively generated resistance combination W depending of the ver occurring at the secondary winding S1 storage voltage is controlled. The automation can do this tion device A, if necessary, measured value inputs for detection the zero sequence voltage at the secondary winding S1 point.
Als Automatisierungseinrichtung A wird bevorzugt eine spei cherprogrammierbare Automatisierungseinrichtung mit modular tigen Ein- und Ausgabebaugruppen verwendet. Eine derartige Einrichtung ist dem Fachmann allgemein auch unter dem Namen "Simatic" bekannt. Eine derartige Automatisierungseinrichtung (Simatic-Steuerung A) kann auf einfache Weise programmiert oder parametriert wer den, so daß die hierzu realisierende Funktion der Erdstromer höhung einfach möglich ist.A automation device A is preferably used Programmable automation device with modular used input and output modules. Such Establishment is generally known to the specialist under the name "Simatic" known. Such an automation device (Simatic control A) can be easily programmed or parameterized the so that the realizing function of the earth current increase is easily possible.
Siehe hierzu auch die Fig. 2 bis 7.See also FIGS. 2 to 7.
Die Wirkungsweise der gesamten Einrichtung wird nachfolgend detaillierter anhand einer fachtechnischen Funktionsbeschrei bung mit Bezug auf die Fig. 2 bis 7 erläutert. Die Figuren und die Funktionsbeschreibung ergänzen dabei einander. Variable Load Resistor Unit (VLRU)The operation of the entire device is explained in more detail below with reference to a technical functional description with reference to FIGS . 2 to 7. The figures and the functional description complement each other. Variable Load Resistor Unit (VLRU)
Die Vorgabe lautet:The default is:
Erfassung von Erdschlüssen, die Verlagerungsspannungen im Drehstromnetz hervorrufen und zwischen 20-100% der Lei ter/Erde-Spannung betragen. Zur selektiven Erdschlußerfassung wird ein Nullstrom benötigt, der mindestens den kleinsten Einstellwert des Erdschlußrichtungsrelais von 0.002 xIn überschreitet (entspricht 190 A auf der E-Trafosekundärseite).Detection of earth faults, the displacement voltages in the Cause three-phase network and between 20-100% of Lei ter / earth voltage. For selective earth fault detection a zero current is required, which is at least the smallest Setting value of the earth fault direction relay of 0.002 xIn exceeds (corresponds to 190 A on the E-transformer secondary side).
Bei Auftreten einer Verlagerungsspannung in einem isolierten Netz muß dieser Nullstrom erzeugt werden. Das geschieht mit einem Ohmschen Widerstand in Abhängigkeit von der auftreten den Verlagerungsspannung. Da aber bei einer Erdstromerzeu gungseinrichtung nur begrenzte Ströme für die Primärseite er zeugt werden sollen, ist ein regelbarer Belastungswiderstand erforderlich.When a displacement voltage occurs in an isolated This zero current must be generated in the grid. That happens with an ohmic resistance depending on the occur the displacement voltage. But since with a Erdstromerzeu supply device only limited currents for the primary side to be produced is an adjustable load resistance required.
In der vorliegenden Schaltung wird ein binärgestaffelter Be lastungswiderstand W, bestehend aus vier Elementen oder Teilwiderständen T, verwendet, die von leistungsstarken Schaltgliedern, insbesondere Schützen SG, nach Bedarf kurzgeschlossen werden. Die Ansteuerung der Schütze SG erfolgt abhängig von der Höhe der Verlagerungsspannung mit einer unter dem Namen "Simatic S5" bekannten Automatisie rungseinrichtung A. Durch die Nutzung von drei Schützen SG ergibt sich eine Staffelung des Belastungswiderstandes W in 23 = 8 Stufen, die - abhängig von der auftretenden Verlagerungsspannung (Uo) - kurzgeschlossen werden können. Dabei wird der erzeugte Erdstrom nahezu konstant gehalten.In the present circuit, a binary staggered loading resistor W, consisting of four elements or partial resistors T, is used, which are short-circuited as required by powerful switching elements, in particular contactors SG. The control of the SG contactors takes place depending on the level of the displacement voltage with an automation device known under the name "Simatic S5" A. The use of three SG contactors results in a gradation of the load resistance W in 2 3 = 8 steps, which - depending of the occurring displacement voltage (U o ) - can be short-circuited. The generated earth current is kept almost constant.
Die Eingänge der Simatic-Steuerung A sind wie folgt beschaltet:The inputs of the Simatic control A are as follows wired:
Die Digitaleingänge DE werden über Hilfsrelais 125 V ~ angesteuert mit einem Anregesignal der 7RE26 (F421 + F422) des Trafoschutzschrankes sowie von der Generatorschalter stellung der Generatorabzweige GS. Diese Eingänge DE werden über LED auf der Baugruppe angezeigt. Analogeingänge AE werden von den Meßwertumformern für U0 und I0 angesteuert. Der U0-Meßwertumformer ist angeschlossen an einem 5 : 1- Spannungsteiler (3PP13). Der I0-Meßwertumformer ist an einem Kleinstromwandler (4NC12) angeschlossen. The digital inputs DE are controlled via auxiliary relays 125 V ~ with an excitation signal from the 7RE26 (F421 + F422) of the transformer protective cabinet and from the generator switch position of the generator branches GS. These DE inputs are indicated by LEDs on the module. Analog inputs AE are controlled by the transducers for U 0 and I 0 . The U 0 transducer is connected to a 5: 1 voltage divider (3PP13). The I 0 transducer is connected to a small current transformer (4NC12).
Der Blockier- bzw. Reset-Eingang an der Digital-Input-Bau gruppe kann über einen Leuchttaster durch Drücken und Rechts drehen angesteuert werden. Eine weiße Meldelampe signalisiert die Blockierung der VLRU.The blocking or reset input on the digital input construction group can be activated by pressing a light button and right turn can be controlled. A white signal lamp signals blocking the VLRU.
Die Ausgänge der Simatic-Steuerung A steuern die drei Hilfsschütze H, deren Kontakte die leistungsstarken Schütze SG (460 V, 60 Hz) betätigen. Wegen der hohen Strombelastung sind drei Kontakte (je 90 A) parallelgeschaltet und schließen die Belastungs widerstandselemente oder Teilwiderstände T in vorgegebener Weise (siehe auch Fig. 4 bis 7) kurz.The outputs of the Simatic control A control the three auxiliary contactors H, the contacts of which actuate the powerful contactors SG (460 V, 60 Hz). Because of the high current load, three contacts (90 A each) are connected in parallel and short the load resistance elements or partial resistors T in a predetermined manner (see also FIGS. 4 to 7).
Daneben sind folgende Signale auf Klemmleiste verdrahtet.
In addition, the following signals are wired to the terminal strip.
- - Failure not in protection zone (Fehler außerhalb des Schutzbereichs)- Failure not in protection zone Protection zone)
- - Pick-up + U0 too low ( = Schutzrelais regt an aber Belastung mißt kein U0)- Pick-up + U 0 too low (= protective relay activates but load does not measure U 0 )
- - I0 too low (Erdstrom zu gering).- I 0 too low.
Alle der oben genannten Output-Signale werden auf der Relais baugruppe über LED signalisiert.All of the above output signals are on the relay module signaled via LED.
Die gesamte Steuerung oder Belastungseinrichtung B wird gestartet über die Schutzanregung des jeweiligen 7RE26 (Erdschluß- oder Erdstromrichtungrelais nicht näher dargestellt) und der Einschaltmeldung des betreffenden Generatorschalters (LS) (Netzwerk N1). Wenn der LS nicht eingeschaltet ist, braucht bei einer Anregung kein Erdstrom erzeugt werden. Erdschluß wird dann über U0-Messung erfaßt, wobei dann zeitverzögert ein Auslösesignal abgesetzt wird.The entire control or load device B is started via the protective excitation of the respective 7RE26 (earth fault or earth current direction relay not shown in more detail) and the switch-on message of the relevant generator switch (LS) (network N1). If the CB is not switched on, no earth current needs to be generated when the pickup is activated. Earth fault is then detected via U 0 measurement, a trigger signal then being sent with a time delay.
Sind diese Bedingungen erfüllt, wird eine Zeitstufe t1 ge startet (Netzwerk 2).If these conditions are met, a time stage t 1 is started (network 2).
Zusätzlich zu den Erdschlußrelais wird von der Belastungseinrichtung B die Verlagerungsspannung am Transformator Tr über einen Meßwertumformer gemessen (Netzwerk N1). Die Zeitstufe t1 (Netzwerk N2) deckt die Einschwingzeit des U0-Meßwert umformers von ca. 0,4 s ab. Nach Ablauf von t1 wird abgefragt, ob U0 den Mindestwert überschreitet (Netzwerk N2).In addition to the earth fault relays, the displacement device B measures the zero sequence voltage at the transformer Tr via a transducer (network N1). The time stage t 1 (network N2) covers the settling time of the U 0 transducer of approx. 0.4 s. After t 1 has elapsed, a query is made as to whether U 0 exceeds the minimum value (network N2).
T1 ist eine Taktzeit, nach deren Ablauf jedesmal kontrolliert wird, ob die Bedingung U < Umin (<100 V) erfüllt ist.T 1 is a cycle time, after the end of which it is checked whether the condition U <Umin (<100 V) is fulfilled.
Das Anregesignal wird über Netzwerk N4 auf ein UND-Gatter ge führt, das ebenfalls das negierte U < Umin-Signal auswertet und gegebenenfalls zur Meldung: "Anregung und U<" führt.The excitation signal is sent to an AND gate via network N4 leads, which also evaluates the negated U <Umin signal and possibly to the message: "Excitation and U <" leads.
Wenn die Bedingung: "Anregung und U<" erfüllt ist, startet ein Flipflop und damit die Zeitstufe t2 (Netzwerk N3). Dies dient zur Überwachung, ob ein außenliegender Fehler nach Ab lauf der Zeit vorliegt oder nicht (t2 ≈ 4 s). Gleichzeitig wird während dieser Zeit die Bedingung für die Ansteuerung der Schütze SG aufrecht erhalten. Die Schütze SG sind nur während t2 angeregt!If the condition: "excitation and U <" is met, a flip-flop starts and thus the time stage t 2 (network N3). This is used to monitor whether there is an external fault after the time has elapsed or not (t 2 ≈ 4 s). At the same time, the condition for activating the contactors SG is maintained during this time. The SG contactors are only excited during t 2 !
Parallel zu t2 wird ein Impuls erzeugt und die Zeitstufe t3 (Netzwerk N6) gestartet. Der Impuls gibt die Freigabe für die Spannungsauswertung der CPU weiter. Nur während des einmali gen Impulses wird die anstehende Spannung ausgewertet und ge speichert. Änderungen der U0-Spannung werden nicht weiter be rücksichtigt. Der Impuls setzt über ein ODER das Signal "I0 too low" zurück, damit bei dem Meßvorgang der aktuelle Strom ausgewertet und gemeldet wird. Sobald die Anregebedingungen der 7RE26 bzw. der Generatorschaltstellung entfallen, werden die Speicherbausteine N3 und N4 zurückgesetzt.A pulse is generated in parallel with t 2 and the time stage t 3 (network N6) is started. The pulse transmits the enable for the voltage evaluation of the CPU. The applied voltage is only evaluated and saved during the one-time pulse. Changes in the U 0 voltage are no longer taken into account. The pulse resets the signal "I 0 too low" via an OR so that the current is evaluated and reported during the measuring process. As soon as the starting conditions of the 7RE26 or the generator switch position no longer apply, the memory modules N3 and N4 are reset.
Die Zeitstufe t3 (Netzwerk N6) überdeckt die Einschwingzeit des Strommeßwertumformers von ca. 0,4 s. Über UND werden die Zeitstufe und die Stromabfrage verknüpft. Sie bilden damit die Meldung: "I0 too low" (I < 190 A).The time stage t 3 (network N6) covers the settling time of the current transducer of approx. 0.4 s. The time step and the current query are linked via AND. They thus form the message: "I 0 too low" (I <190 A).
NNetz
LSLeistungsschalter
G1, G2Generator
R1, R2Erdstromrichtungsrelais
TrTransformator
BBelastungseinrichtung
AAutomatisierungseinrichtung
S1, S2Sekundärwicklung
SWStromwandler
WWiderstand
I0 Network
Circuit breaker
G1, G2 generator
R1, R2 earth current directional relay
Trtransformer
Bloading device
AAutomation facility
S1, S2 secondary winding
SW current transformer
Resistance
I 0
Erdstrom
U0 Earth current
U 0
;Verlagerungsspannung
SGSchütze oder Schaltglieder
TTeilwiderstände
DEDigitaleingänge
AEAnalogeingänge
; Displacement voltage
SG contactors or switching elements
Partial resistors
DEDigital inputs
AI analog inputs
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