DE2221048A1

DE2221048A1 - Anordnung zur Steuerung der Verbindung eines Stromwandlers mit Schutzelementen

Info

Publication number: DE2221048A1
Application number: DE19722221048
Authority: DE
Inventors: Alain Chiffert
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1972-11-16
Also published as: FR2134287B1; US3714545A; CA959933A; SE386281B; FR2134287A1; IT960897B; JPS484924A; AU4139972A; CH558096A; DE2221048C2; JPS5632846B1; GB1393131A; AU468955B2

Description

Unser Zeichen; C 2897

COMPTEURS SCHLUMBERGER
12, Place des Etats-Unis
92 Montrouge, Frankreich

Anordnung zur Steuerung der Verbindung eines. Stromwandlers mit Schutzelementen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung der Zeitintervalle, während derer ein Stromwandler, obwohl er gesättigt ist, richtig funktioniert, und die Verwendung · der ermittelten Kriterien durch·die Steueranordnung der Verbindung des Stromwandlers mit den Schutzelementen.

Der Kurzschlußstrom eines Netzes hat eine Aufbauperiode, während der im allgemeinen eine aperiodische Komponente auftritt, deren Zeitkonstante gleich der des freien Zu-Standes des Netzes und deren Anfangsamplitude eine Funktion der Spannung und des Stroms der Ladung in dem Augenblick is"L, in dem der Fehler entsteht. Diese aperiodische

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Komponente überlagert sich der sinusförmigen Komponente des Kurzschlußstroras, die allein im eingetretenen Zustand vorhanden ist.

Ein durch die sinusförmige Komponente des Kurzschlußstroms nicht gesättigter Stromwandler kann durch die aperiodische Komponente wirksam sein. Die Funktion des Stromwandlers wird daher insoweit erheblich gestört, als die Spitzenamplitude und die Zeitpunkte der Nulldurchgänge betroffen sind, wenn die magnetomotorische Kraft infolge der Amperewindungen dex¹ Sinuskomponente, die sich der infolge der Ampe*rewindungen der aperiodischen Komponente überlagert, die Induktion in dem magnetischen Kreis auf einen Wert gleich dem oder grösaer als der bringt,der den Sättigungszustand bestimmt. Dagegen bleibt die Funktion des Stromwandlers in den Zeitintervallen völlig richtig, in denen die beiden magnetomotorischen Kräfte einander entgegengerichtete Wirkungen haben»

Obwohl es möglich ist, einen Stromwandler so zu dimensionieren, dass die Sättigungsschwelle des magnetischen Kreises niemals, nicht einmal beim Auftreten einer maximalen aperiodischen Komponente im Kurzschlußstrom, erreicht wird, ist es wirtschaftlicher, die Anzeigen des Strom-Wandlers nur während der Zeitintervalle zu verwenden, in denen seine Funktion richtig ist. Unter diesen Bedingungen können die Schutzanordnungen von Stromwandlern gespeist werden, die die aperiodische Komponente sehr unvollkommen wiedergeben, ausgenommen dass die Sinuskomponente des Kurzschlußstroms sie nicht sättigt.

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Die Feststellung der Zeitintervalle, in denen die Funktion des Stromwandlers richtig bleibt und die Induktion des magnetischen Kreises den Sättigungswert erreicht hat, ist Gegenstand der in der DT-OS 2 O61 128 beschriebenen Detektoranordnung zur Feststellung der eventuellen Sättigungszeit eines Stromwandlers. Bei dieser Anordnung erzeugen das Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstroms und ein Abtastsignal der Werte dieser Ableitung in den Augenblicken, in denen der Sekundärstrom Null wird, mittels einer Logikschaltung eine charakteristische Anzeige der Beschaffenheit der Funktion des Strumwandlers.

Diese Anzeige steht zu dem ^vorzeichen der Ableitung des Sekundärstroms in Beziehung, wenn die Werte dieser Ableitung bei zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen dieses Stroms sehr verschieden sind, und wird nur während der Zeitintervalle erzeugt, in denen diese Ableitung wieder das gleiche Vorzeichen findet und behält.

Die Einrichtungen, die es ermöglichen, diese verschiedenen Informationen und deren Verarbeitung durch die Logikschaltung zu erreichen, benötigen eine komplizierte Schaltung, die eine erhebliche Anzahl von Bauelementen einsetzt.

Ausserdem wird das Kriterium der Beschaffenheit, das durch den Logikkreis entwickelt wird, nur am Ende einer Zeitperiode erzeugt, die gleich der ist, die zwei aufeinanderfolgende Nulldurchgänge trennt, und wird daher praktisch nur nach der doppelten Zeit gültig verwendet. Dieses Beschaff enheitskriteriuin berücksichtigt den Sättigungszustand nur nach dem effektiven Entstehen dieses Zustande.

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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dagegen, den Sättigungszustand vor seinem effektiven Entstehen vorherzusehen und entsprechend die Richtung der Induktion, die hierfür die Ursache ist, zu bestimmen. Es ist daher möglich, im voraus die Zeitintervalle zu bestimmen, in denen die Funktion des Stromwandlers richtig ist.

Die Nähe der Zeit des Zustandes der Sättigung steht mit der Bildung des Flusses in dem magnetischen Kreis des Stromwandlers in Beziehung. Gemäss der Erfindung wird diese Bildung mit ausreichender Näherung durch ständige Prüfung des integrierten Wertes der Spannung verfolgt, die an den Anschlüssen eines Teils der ohm¹sehen Sekundärlast auftritt, und die Steuerung der Verbindung zwischen dem Stromwandler und der Schutzanordnung wird ausgelöst, sobald dieser Wert eine bestimmte Schwelle unter Berücksichtigung der konstruktiven Grossen des Stromwandlers erreicht.

Die Zeitintervalle, in denen die Funktion des Stromwandlers richtig ist, sind durch die Bildung einer Induktion gekennzeichnet, die kleiner als der absolute Wert bei der bes tinimten Schwelle ist, un.4 zugleich durch die Identität der Vorzeichen der Ableitung des Stromes und dessen aperiodischer Komponente. Wenn der Einfluss der aperiodischen Komponente bei dem Entstehen des Flusses grosser ist, fällt daa Vorzeichen dieser Komponente demnach mit dem des integralen Wertes dex¹ an der Sekundärwicklung des Stromwandlers an den Anschlüssen eineeTeils der rein ohm'sehen Last abgeuotnnienen ^pauauriß· zusammen.

2 0 0 B υ 7 / 1 Ü 8 0

Wenn schliessllch die Ableitung des Sekundärstroms entsprechend dem Vorzeichen durch den logischen Parameter A bestimmt wird und wenn andererseits die Bildung des Flusses durch die logischen Parameter B und C in Abhängigkeit von dem Vorzeichen dieses Flusses und dem Niveau dessen Bildung über oder unter der durch die konstruktiven Grossen des Stromwandlers bestimmten Schwelle wiedergegeben wird, muss die Logikschaltung, die die Verbindung des Stromwandlers mit der Schutzanordnung ermöglicht, die logische Beziehung S = B₀A V A. C erfüllen, wobei das Zeichen V eine Oder-Verknüpfung bedeutet.

Die Anordnung gemäss der Erfindung zeichnet sich somit aus durch eine Logikschaltung, deren einer Eingang ein logi-Signal erhält, das mit dem Vorzeichen der Ableitung des Stroms in Beziehung steht, und dessen beide anderen Eingänge über je einen Schwellwertdetektor mit einer Integrierschaltung für den Spannungsabfall an den Anschlüssen eines Teils der ohm¹sehen Sekundärlast verbunden sind, so dass jeder Detektor ein logisches Signal abgibt, das für das Vorzeichen der integrierten Spannung und das Überschreiten bzw. NichtÜberschreiten eines bestimmten Schwellwerts bei · der Bildung des Flusses in dem magnetischen Kreis des Stromwandlers charakteristisch ist, wobei die Logikschaltung die logische Gleichung A.B. V A„C verwirklicht»

Die so gebildete Vorrichtung berücksichtigt die Induktion nicht, die in dem magnetischen Kreis in dem Moment des Auftretens eines Fehlers in dem Netz vorhanden ist und die einen Sättigungszustand hervorrufen kann, wenn die Bildung des Flusses bestrebt ist, den zuvor existierenden

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Fluss ansteigen zu lassen. Die einzige Prüfung dieser Bildung kann allein die Nähe des Zeitpunktes des Sättigungszustandes nicht berücksichtigen.

Die vorherige Vorrichtung kann daher nur zur Steuerung von Stromwandlern angewendet werden, die aus Blechen mit niedriger remanenter Induktion aufgebaut sind, welche in ihrem magnetischen Kreis einen oder mehrere Luftspalte aufweisen, mit der Ausnahme, dass vor Auftreten des Fehlers in dem Netz eine ausreichende Zeit zur Verfügung steht, damit die Induktion wieder einen sehr niedrigen Wert vor dem bei der Bildung des Flusses einnimmt,die später bestimmt wird.

Diese letztere Bedingung wird allgemein bei mit Zeitintervallen aufeinanderfolgenden Einschaltungen nicht erfüllt, die kürzer als einige Sekunden sind, da die Dauer dieser Intervalle in der Grössenordnung der Zeitkonstante der Sekundärkreise der Stromwandler oder sogar wesentlich kleiner sein kann.

Eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung siebt daher in diesem Falle die Hinzufügung^ eines Speichers zu jedem der Elemente vor, die die Informationen B und C abgeben, die sich auf das Überschreiten der bestimmten Schwelle bei der Bildung des Flusses beziehen, um die Wirkung dieser Informationen B und C während der Zeit zu verlängern die die Dauer zweier aufeinanderfolgender Wiedereinschaltungen weit überdeckt.

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Die Stromwandler, die keinen Luftspalt haben und aus magnetischen Blechen mit sehr starker Permeabilität aufgebaut sind, können nahezu unendlich eine Induktion nahe dem Sättigungswert ohne das Auftreten von Lastströmen in ihren Primär- und Sekundärkreisen beibehalten.

In diesem Falle wird die Verbindung dieser Stromwandler mit den Schutzelementen durch eine Anordnung gemäss der Erfindung sichergestellt, der gemäss einer weiteren ergänzenden Ausgestaltung ein Speicher für die Informationen B und C zugefügt ist, die sich auf das Überschreiten der bestimmten Schwelle bei der Bildung des Flusses beziehen, der sich durch seine ständige Wirkung auszeichnet, ausgenommen dass die weitere Bildung des Flusses tatsächlich zu einer Erhöhung der remanenten Induktion führt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis k erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Kurvendiagramrae, aus denen die Funktion eines Stromwandlers hervorgeht,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Anordnung gemäss der Erfindung,

Fig. 3 und k schematische Schaltbilder von Logikkreisen eines zeitweiligen und eines permanenten Speichers.

Fig. 1 zeigt ein Kurvendiagramm, aus dem in Abhängigkeit von der Zeit t der Verlauf des Stroms I„ der Sekundärwicklung eines Stronrwandlers bei einem Fehlerstrom I₁ in der

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Primärwicklung hervorgeht, wobei der Fehlerstrom I₁ die
sinusförmige Komponente I und eine aperiodische Komponente I₁ aufweist, die die Sättigung des magnetischen
Kreises hervorruft.

Die Prüfung der Kurven zeigt, dass die Funktion des Strom Wandlers während der in Fig. 1 unten gezeigten schraffier ten Zeitintervalle 0 t_Q2 - t^ t₁₂ - t₂₁ t^₂ usw. richtig ist, während derer die Vorzeichen der aperiodischen Kompo nente I und der Ableitung I' des SekundärStroms gleich s ind.

In Fig. 2 speist der Stromwandler 1 die in Reihe geschaltete Last 2, die die Elemente der Schutzanordnung und den Hilfsstromwandler 3 umfasst. Letzterer arbeitet auf eine
kleine Last, die von einer Gegeninduktivität h und einem
ohm'sehen Widerstand 5 gebildet wird. Ein Analog-Digital-Wandler 6, der von der Gegeninduktivität h gespeist wird, wandelt dexen analoges Ausgangssignal in ein Rechtecksignal A Ulli zwei logischen Niveaus um, das das Signal
der Afcle.1. irar ,j de.s Sekundarstroms des Stromwandlers 1

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Die drei logischen Signale A, B, G werden auf einen Steuerkreis 10 gegeben, der zwischen den Stromwandler 1 und die Schutzelemente 2 geschaltet ist. Der Steuerkreis 10 weist ein NEIN-Glied 11 auf,,das das Signal A, zwei UND-Glieder 12 und 13». die die Signale A.B uad A.C liefern, und schliesslieh ein ODER-Glied 14 auf, an dessen Ausgang man das logische Signal S erhält, das die zuvor angesehene logische Gleichtung S = A.B V Ä.C wiedergibt.

Entsprechend Fig« 3 wird die zeitweilige Speicherung der Signale B (bzw. C) durch die Reihenschaltung eines ODER-Glieds 15 und eines UND-Glieds 16 erreicht» Der zweite . Eingang des UND-Glieds erhält das invertierte Ausgangssignal, das man nach einer "Vorwärts"-Verzögerung (d.h., das Eingangssignal geht von O nach 1 über) von mehreren Sekunden, die weit die für zwei aufeinanderfolgende Einschaltungen erforderliche Zeit überdeckt, und durch eine "Rückwärts"-Verzögerung (das Signal geht von 1 nach θ), die das Überlappen der Folgen vermeidet, mittels zweier Verzögerungsglieder 17, 18 und eines NEIN-Glieds 19 erhält. Der Ausgang des UND-Glieds 16 ist mit der Steuerschaltung 10 verbunden.

Es ist ersichtlich, dass, wenn das Signal B (oder'C) von dem logischen Niveau 0 zu dem logischen Niveau 1 übergeht, ein Anzeichen für das Überschreiten der durch den Detektor 8 (oder 9) festgelegten Schwelle, man am Ausgang des UND-Glieds 16 ein Signal B (oder C.) des logisehen Niveaus 1 erhält. Dieses Signal wird so lange auf dem Wert 1 gehalten, so lange das Verzögerungsglied 17 den Eingang des NEIN-Glieds 19 nicht auf den Wert 1 und damit einen der Eingänge des UND-Glieds 16 auf den Wert

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gebracht hat. Diesei' Eingang wiederum wird auf den Wert zurückgestellt, um den Speicher für ein neues Auslöseniveau am Ende der Verzögerung vorzubereiten, die dieses- · mal durch das Verzögerungsglied 18 veranlasst wird.

Das in Fig. h gezeigte Schaltbild schliesslich ermöglicht durch die Reihenschaltung eines ODER-Glieds 20 und eines UND-Glieds 21 die Speicherung während einer unbegrenzten Zeit der durch einen der Schwellwertdetektoren 8 oder 9 abgegebenen Information. Der zweite Eingang des UND-Glieds 21 ist mittels eines NEIN-Glieds 22 mit dem invertierten Signal gespeist, das von dem anderen Detektor abgegeben wird. Diese Speicherung ist nur begrenzt, wenn die Bildung des Flusses in dem magnetischen Kx-eis zu einer Erhöhung der remanenten Induktion führt.

Eines der Signale B (oder C), das zu dem logischen Wert übergeht, wobei das Ausgangssignal B, des entsprechenden UND-Glieds 21 auf dem Wert 1 bleibt, so lange das Signal C nicht den logischen Wert 1 annimmt, schickt nun über das entsprechende NEIN-Glied 22 ein Signal mit dem logischen Wert 0 zu dem UND-Glied 21 und stellt das Signal B, auf den logischen Vert O zurück.

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Claims

Patentansprüche

1.1 Anordnung zur Steuerung der Verbindung eines Stromwandlers ~-^y mit Schutzelementen, gekennzeichnet durch eine Logikschaltung, deren einer Eingang ein logisches Signal (a) erhält, das mit dem Vorzeichen der Ableitung des Stroms in Beziehung steht, und dessen beide anderen Eingänge über je einen Schwellwertdetektor mit einer Integrierschaltung für den Spannungsabfall an den Anschlüssen eines Teils der ohm'sehen Sekundärlast verbunden Sind, so dass jeder Detektor ein logisches Signal (BJC) abgibt, das für das Vorzeichen der integrierten Spannung und das Überschreiten bzw, NichtÜberschreiten eines bestimmten Schwellwerts bei der Bildung des Flusses in dem magnetischen Kreis des Stromwandlers charakteristisch ist, wobei die Logikschaltung die logische Gleichung A.B V A.C verwirklicht.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher, der jedem Schwellwertdetektor zugeordnet ist und der den Wert der Signale (B₉C) speichert.

3· Steueranordnung nach Anspruch 1 und S₉ dadurch gekennzeichnet, dass dei·· Speichel" die Reihenschaltung eines ODER-Glieds und eines UND-Glieds, dessen Ausgang mit einem der Eingänge des ODER-Glieds und dessen einer . Eingang mit seinem Ausgang über wenigstens ein Verzögerungsßlied und ein NEIN-GXied verbunden ist, aufweist,

■) 0 ι) 8 A 7 / 1 0 8 0

Steueranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet! dass der Speicher die Reihenschaltung eines ODEK-Glieds und eines UND-Glieds, dessen Ausgang mit
einem der Eingänge eines ODER-Glieds und dessen einer Ausgang mit dem Ausgang des zweiten Schwellwertdetektors über ein NEIN-Glied verbunden ist, aufweist.