DE2246276C3

DE2246276C3 - Differentialschutzeinrichtung für einen Transformator

Info

Publication number: DE2246276C3
Application number: DE2246276A
Authority: DE
Inventors: James Albert Ballarat Victoria Sykes (Australien)
Original assignee: Unisearch Ltd
Current assignee: Unisearch Ltd
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1974-08-29
Also published as: GB1400054A; DE2246276A1; JPS5417425B2; JPS4848938A; US3754163A; DE2246276B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Differentialschutzcinrichtung für einen Transformator mit je einem in Primär- und Sekundärkreis vorgesehenen Stromwandler, mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Differenz zwischen dem gemessenen Primär- und Sekundärstrom (Differenzstrom) und mit einem Spannungswandler zur Messung der Klemmenspannung einer der beiden Transformatorwicklungen.

Eine solche Differentialschutzeinrichtung ist bekannt (deutsche Patentanmeldung S 3243 VIII b/21 c).

Der wirkungsvollste und am weitesten verbreitete Schutz für Transformatoren gegen Störungen ist der Differentialschutz. Hierbei wird ein Differenzstrom, der sich aas der Differenz der gemessenen Stromwerte der Eingangs- und Ausgangsströme de·. Transformators ergibt, fortlaufend von einem Relais überwacht, wobei Korrekturen bezüglich des Transformationsverhältnisses berücksichtigt werden.

Diese Schutzmethode beruht auf der Hypothese, d:ß ein starkes Ansteigen des Differenzstromes das Vorhandensein einer Störung im Transformator anzeigt. Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da während der Sättigung des Transformators, was eine «anz normale zulässige und zeitweise cnitiV-nde Bedingung ist (Magnetisierungsspitzen), hohe Werte de·, Differenzstromes auftreten. Es ist notwendig zu verhindern, daß die Schutzeinrichtung ausgelöst wird, wenn der Transformator bei diesen Betriebszuständen aibeitet.

Bei der Anwendung von Differentialschutzeinrichtungen wurden verschiedene Lösungswege angegeben! um den Betrieb der Schutzeinrichtungen während der Magnetisierungsspitzen zu verhindern. Ein den bis jetzt bekanntgewordenen Schutzniethoden gemeinsames Merkmal besteht darin, daß eine Verzögeruim bei ihrer Inbetriebnahme auftritt, da es notwendig 1st zu warten, bis bestimmte Charaklerisliken des Difierenzstromcs offenkundig geworden sind. First dann kann bestimmt werden, ob es sich um eine Maenetisierungsspitze oder um eine Störung handelt. Meistens ist im ersten Zyklus des Anwachsens des Differenzstromes kein feststellbarer Unterschied zwischen dem Anwachsen, welches ai;·; einer Magnetisierungsspitze oder aus einer Störung des Transformators resultiert.

Aus der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung S 3243 VIII b/21 c ist eine Differcntialschutzeinrichtung für einen Transformator bekannt, bei der eine Einrichtung zur Eimittlung des Stromes in jeder der Wicklungen des Transformators und Vergkichseinrichtungen für die gemessenen Ströme vorgesehen sind, wodurch ein Meßwert für einen Differenzstrom erhalten wird. Außerdem wird die an den Transformator gelegte Netzspannung abgegriffen Diese Spannung dient zur Erregung der Vergleichseinrichtung. Auch diese bekannte Differentialschutzeinrichtung kann beim Anwachsen des Differenzstromes nicht feststellen, ob dieses Anwachsen aus einer Magnetisierungsspitze oder aus einer Störung des Transformators resultiert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Schutzeinrichtung anzugeben, welche das Auftreten von Störungen in Transformatoren anzeigt, wobei Magnetisierungsspitzen die Schutzeinrichtung nicht auslösen bzw. in Betrieb setzen.

Diese Aufgabe wird bei einer Differentialschutzeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Abschätzung des Wertes der Klemmenspannung der einen Transforinatonvicklung aus dem gemessenen Piiinär- und Sekundärstrom, durch eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen dem gemessenen Wert der Klemmenspannung und dem geschätzten Wert

der Klemmenspannung (Differenzspannung), durch eine Anzeigeeinrichtung zum Vergleich der Differenzspannung mit einer Bezugsspannung und zur Erzeugung sines Ausgangssignals, welches anzeigt, ob diese Differenzspunnung kleiner oder größer als die Bezugsspannung ist, ferner durch eine Anzeigeeinrichtung zum Vergleich des Differenzstromes mit einem Bezugswert und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das anzeigt, ob der Wert des Differenzstromes kleiner oder größer ist als der Bezugswert, ία und durch eine Einrichtung, an deren Eingang die Ausgänge der Anzeigeeinrichtungen angeschlossen sind und die ein Signal zur Abschaltung des Transformators liefert, falls der Wert des Differenzstromes und der Wert der Differenzspannung die jeweiligen Bezugswerte gleichzeitig übersteigen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Einrichtung zitr Absehätzung des Wertes der Klemmenspannung der der einen Transformatorwicklung iü ausgestaltet sein, daß sie die Abschätzung auf der Basis der Sättigung des Transformatorkernes durchführt. Die Bezugsspannuiig. die mil der Differenzspannung verglichen wird, kann eine Funktion des Din'erenzstromes sein. Die Einric!.;ung zur Abschätzung des Wertes der Klemmenspannung der *·, einen Transformaiorwieklung kann Schaltungselemente enthalten, welche Spannungen erzeugen, die die Großen der Eigeninduktivität dieser einen Wicklung und der Gegeninduktivität des Transformators darstellen, wobei diese Spannungen \on dem Dü'ferenzstrcin abhängen.

Bei der Erfindung werden sowohl die Differenzspannung, welche sich aus einem geschätzten Wert der Klemmenspannung und der gemessenen Klemmenspannung ergibt, als auch der Dil'ferenzstrom mit jj Bezugswerten verglichen, wodurch einwandfrei festgestellt werden kann, ob es sich um eine Magnetisierungsspitze oder um eine Störung des Transformators handelt. Hierdurch wird verhindert, daß die Differentialsr'iutzeinrichtung den Transformator unnötigcrwcise bei einer Magnetisierungsspitze ausschaltet. Zur Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiel.: der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild, welches eine erfinüungsgemäße Differentialschutzeinrichlung darstellt, die bei einem Einphasentransformator zur Anwendung kommt,

Fig. 2 ein Schaltbild der Einrichtung B_v
Fig. 3 ein Schailbild der Einrichtung ß„, Fig. 4 ein Schaltbild der Einrichtung B._v
Fig. 5 ein Schaltbild der Anzeigeeinrichtung B_r Fig. 6 ein Schaltbild der Anzeigeeinrichtung ß_v Fig. 7 ein Schaltbild der Einrichtung B_n.
Fig. 8 ein Schaltbild der Einrichtung B₁.

Fig. 9 ein Schaltbild einer zusätzlichen Einrichtung B₈, welche mit der Schaltungsanordnung in der Fig. 1 verbunden werden kann, um eine veränderbare Bezugsspannung zu erzeugen,

Fig. 10 ein Schaltbild eines zusätzlichen Filters zur Filterung der Spannung, welche den Primärstrom darstellt,

Fig. 11 ein Schaltbild, welches die Strommessung in einem Dreh'tromtransformator darstellt, und

Fig. 12 ein Schaltbild zur genauen Abschätzung der Klemmenspannung des Transformators.

Das System wird angewendet bei einem Transformator Tr mit einer Primärwicklung P. die die Klem-

"I

men T₁ und T₃ aufweist und mit einer Sekundärwicklung S, welche die Klemmen 7\, und T₄ aufweist. Stromwandler CT₁, CT., und Nebenschlußwiderstände Sh_x und Sh., stellen Mittel zur Messung der Strome in den Transformatorwtcklungen P und S dar. Der Stromwandler CT₁ und der Nebenschlufiwiderstand S/i, erzeugen eine Spannung zwischen den Klemmen T₅ und T_e, welche proportional ist zum augenblicklichen Wert des Stromes, der in der Primärwicklung P des Transformators fließt. Der Stromwandler CT₈ und der Nebenschlußwiderstand Sh_s erzeugen eine Spannung zwischen den Klemmen T₇ und T₈, welche proportional ist zum augenblicklichen Wert des Stromes, der in der Sekundärwicklung des Transformators fließt. Die Stromwandler und die Nebenschlußwiderstände sind so verschaltet, daß die Spannung an der Klemme 5 positiv ist bezüglich der Spannung an der Klemme 6, wenn die Richtung des Stromes so ist, daß er an der Klemme T₁ in die Wicklung P einfließt und daß die Spannung an der Klemme I₁ positiv ist bezüglich der Spannung an der Klemme 7',, wenn die Richtung des Stromes so ist. daß er in die Wicklung Λ an der Klemme T.. einfließt.

Ein Spannungswandler IT. der du Spannung an einer der Transl'ormatorwicklungen mißt, ist wie dargestellt verschaltet. Der Spannungswandler IT erzeugt eine Spannung zwischen den Klemmen "/',, und 7 _|ir die proportional ist zum augenblicklichen Wert der Spannung, die zwischen den Klemmen T₁ und T., der Primärwicklung /' herrscht. Die Verschaltung ist so getroffen, daß die Spannung an der Klemme T,, positiv ist bezüglich der Spannung an der Klemme T₁₁₁. wenn die Spannung an der Klemme T₁ positiv ist bezüglich der Spannung an der Klemme T...

Eine Meßeinrichtung O₁. welche den Wert des Differenzstromes mißt, ist wie dargestellt verschaltet und soll !später im einzelnen beschrieben werden. Die Spannung, welche proportional zum Primärstrom ist, erreicht H₁ an einem Klemmenpaar T_n und T₁₂. Die Spannung, weiche proportional zum Sekundärstrom ist, erreicht U₁ an einem Klemmenpaar T₁., und T₁₄. Die Ausgaiigsspannung, welche an Klemmen T₁. und T₁₁. an der Meßeinrichtung B₁ ericheint, ist proportional zum augenblicklichen Wert des Differenzstromes.

Eine Einrichtung ß.„ welche die Meßwerte de; Primär- und Sekundärstromes verwendet, schätzt einen zu erwartenden Wert für die Spannung an den primären Klemmen des Transformators ab und ist ir der dargestellten Weise verschaltet. Eine eingebende Beschreibung dieser Einrichtung erfolgt später. Die Spannung, welche proportional zum Primärstrom ist erreicht ß., an einem Klemmenpaar T₁₇ und T₁₁₁. Die Spannung, weiche proportional zum Sekundärstrorr ist, erreicht ß., an einem Klcmmcnpaar T₁₀ und T.,„ Die Spannung, welche an den Ausgangsklemmen T₂ und T₂₂ cW Einrichtung ß., erscheint, ist oroportiona zum erwarteten Wert der Spannung zwischen der Klemmen T₁ und 7'., des Transformators.

Eine Einrichtung ß., zur Bildung der Differenz zwi sehen der gemessenen Primärspannung und dem erwarteten Wert der Primärspannung ist, wie beschrie hen, verschaltet und wird im einzelnem später be schrieben. Die Spannung, welche proportional zu π gemessenen Wert der Primärspannung ist, erreich die Einrichtung ß., an dem Klcmmcfipnar 7"_2:) um T.,₄. Die Spannung, welche proportional! ist zum er

warteten Wert der Primärspannung, erreicht die Einrichtung B₃ am Klcmmenpaar T_iB und T₂₀. Die Spannung, welche zwischen den Ausgangsklemmen T₂₁ und T₂₈ der Hinrichtung W₃ erscheint, ist proportional zum augenblicklichen Wert der Differenz zwisehen der gemessenen Primärspannung und dem erwarteten Wert der Primärspannung. Diese Differenz zwischen dem gemessenen und erwarteten Wert der Primärspannung wird im folgenden als Differenzspannung bezeichnet. Eine Anzeigeeinrichtung W₄ zeigt an, wenn die Größe der Differenzspannung eine vorbestimmte Bezugsspannung übersteigt. Diese Einrichtung ist wie dargestellt verschaltet und wird im einzelnen später beschrieben. Die Spannung, weiche proportional zur Differenzspannung ist. erreicht die Anzeigeeinrichtung B₄ am Kiemmenpaar T_2n und T₃₀. Die Bezugsspannung, erreicht die Anzeigeeinrichtung am Kiemmenpaar 7".₍₁ und Γ.,.,. Die Spannung,

tung erfolgt über eine Spule Co, eine Leitung L und einen Schalter .V₁.

Die Einrichtung wird auf folgende Art und Weise betrieben:

Die Schätzeinrichtung W., kalkuliert die erwartete Klemmenspannung auf Grund folgender Gleichung:

V_x =R_ti_ri L_xxpi_x + L_nPi₁. In dieser Gleichung bedeuten:

V_x ~ Primärspannung,
ι, = Primärstrom,
/_s = Sekundärstrom,
R_x — Widerstand der Primärwicklung, L_n - Eigeninduktivität der Primärwicklung, Gegeninduktivität,
zeigt die Differenz bezüglich der Zeit an.

'Ii V

Die Werte der Induktivitäten L, von der Höhe der Magnetflußdichtc, welche im

und L_x., werden

"4 ""' »»■·■■ -'¹I :i\ ;tJ- -ι er

welche an Ausgangsklemmen 7'.,., und 7'₁₄ der Anzeigeeinrichtung W₄ erscheint, hat einen konstanten zn Kern des Transformators herrscht, beeinflußt. Es Wert, solange die Größe der Differenzspannung ge- kann daher kein Satz von konstanten Werten für die ringer ist als der Bezugsspannungswert und hat einen
zweiten konstanten Wert, wenn ^rl'·.". Größe der Diffe-

renzspannung größer ist als der Bezugsspannungswert.

Die Bezugsspanriung für die Anzeigeeinrichtung /J₄ wird von einer Batterie Ra_x und einem Spannungsteiler .ST, geliefert.

Eine weitere Anzeigeeinrichtung W. zeigt an. sobald die Größe des Differenzstromes einen bestimmten Bezugswert übersteigt. Diese Hinrichtung ist wie dargestellt verschaltet und wird später beschrieben. Die Spannung, welche proportional zum Differenzstrom ist, erreicht die Anzeigeeinrichtung B. an 7"._1S und

Induktivitäten gebildet werden, welche ein Modell für die Arbeitsweise des Transformators über seinen gesamten Belriebsbcrcich hin darstellen. Die Werte der Induktivität, welche in der Einrichtung W₂ ausgewählt werden, stellen den Betrieb des Transformators dar. wenn dessen Kern gesättigt ist. Der Wert der erwarteten Spannung, welche von der Einrichtung B., erzeugt wird, ist folglich etwa gleich dem Wert der gemessenen Spannung wenn der Differenzstrom groß ist. auf Grund der Tatsache, daß die Flußdichte im Transformatorkern über dem Sättigungswert ist, was wählend eines Teiles eines jeden Zyklus erfolgt, wenn der Transformator einer Magnetisicrungsspitze unter-

i: * AL.i.:.L j· i— · · ■ . »-. · . j_n

einem Klcmmenpaar 7\₍. und T_M. Die Spannung. 35 liegt. Obgleich nun die Einrichtunc W. anzeigt, daß welche den Bezugswert darstellt, erreicht die An- ^J'~ *-..·.·« . ~ ■ -.. -.··...

Zeigeeinrichtung R. an einem Klcmmenpaar Τ_Λ7 und

Τ_ΛΗ. Die Spannung, welche an den Ausgangsklemmen r._t!) und 7"₄₀ der Anzeigeeinrichtung B. erscheint, hat

die Größe des Differenzstromes zu hoch ist, erzeugt die Einrichtung W₀ kein Ausschaltsignal, da die Einrichtung W₄ anzeigt, daß der Spannungsteiler noch zu gering ist.

Für den Fall, daß der Differenzstrom gering ist, weil die Flußdichtc im Kern geringer ist als die Sättigungshöhe, was während des normalen eingcschwungencn Betriebes des Transformators oder während eines Teiles jedes Zyklus, wenn der Transformator

einen konstanten Wert, wenn die Größe des Differcnzstromes geringer ist als der Bezugswert, und

einen zweiten konstanten Wert, wenn die Größe des Differenzstromes größer ist als der Bezugswert. Die

Bezugsspannung für die Anzeigeeinrichtung R. wird

von der Batterie Ba_x und dem Spannungsteiler ST₁ 45 einer Masnctisierungsspitze unterliegt, der Fall ist.

geliefert. unterscheidet sich C.?x Wert der erwarteten Spannung.

Eine Einrichtung B_n zur Erzeugung eines Signais welche von der Einrichtung R., erzeugt wird, .wcsent-

zur Abschaltung des Transformators ist wie darge- lieh vom gemessenen Spannungswert, da die Einrich-

stellt verschaltet und soll später beschrieben werden. tune W₂ den Transformator bei diesen Betriebszu-

Das Signal, welches von der Anzeigeeinrichtung W₄ 50 ständen nicht genau darstellt. Hieraus resultiert, daß

kommt, erreicht die Einrichtung W₁. an einem Klem- die Einrichtung W₄ anzeigt, daß die Größe der Diffe-

menpaar T₁₁ und T_x.,. Das Signal von der Anzeige- rcnzspannung größer ist als der Bezugsweri. Nichts-

cinrichtung W₅ erreicht die Einrichtung W₁. an einem destowcnigcr erzeugt jedoch die Einrichtung W₀ kein

Klemmenpaar" 7„ und T_4i. Die Ausgangsspannung. Ausschalisignal. da die Einrichtung B₅ anzeigt", daß

welche zwischen den Klemmen T₄₅ und T_4n der Ein- 55 die Größe des Differenzstromes geringer ist als sein

richtung W₅ erscheint, hat einen ersten konstanten Bezugswert.

Wert, welcher anzeigt, daß der Transformator im- Wenn nun eine Störung im Transformator auftritt,

mer dann abgeschaltet werden soll, wenn sowohl die ist der Differenzstrom groß. Weiterhin ist ebenfalls

Größe des Spannungsfehlers als auch der Strom die Differenzspannung groß, da die Einrichtung W_;

gleichzeitig ihre entsprechenden Bezugsgrößen über- 60 kein genaues Bild des gestörten Transformators wie-

schreilcn und einen zweiten konstanten Spannungs- dergibt. Auf Grund dessen erzeugt die Einrichtung

wert, welcher anzeigt, daß bei allen anderen Gege- W₀ ein Ausschaltsignal, da die Einrichtung W₄ anzeigt,

benheiten der Transformator nicht abgeschaltet wer- daß die Größe der Differenzspannung größer ist alf

den soll. der Bezugswert und die Einrichtung W_s anzeigt, daC

Die Abschaltung des Transformators wird vom 65 die Größe des Differenzstromes größer ist als der BeSchaltkreis W- dann bewirkt, wenn die Einrichtung zugswert.

W₀ die erforderliche Abschaltung anzeigt. Der Schalt- Im einzelnen sollen nun die verschiedenen Baukreis W₇ wird später noch beschrieben. Die Abschai- einhciten der erfindungsgemäßen Einrichtung be

Avu nHMi «rh hierbei ledielich ichrieben werden. Es handelt sich nieroci it-uituium Ausführungsbeispiele.

Einzelhoiten der Einrichtung W₁

Differenzin integrierter Bauweise. Die Eingangsspannung an der Klemme 'T₄.,, welche mit A bezeichnet ist, und die Spannung an der Klemme T₄₁, wclche mit B bezeichnet ist, sowie die Ausgangsspannung an der Klemme mit F bezeichnet ist, sind durch folgende

tune bedient sich eines LM-307-Funktionsverstarkers in integrierter Bauweise, der als invertierender Summierverstärker angeordnet ist. Die Eingange an den Klemmenpaaren T₁₁, T₁₂ und T₁₄ T_1:l werden proportional zu den Widerstandsverhältn.ssen «rIR. und Κ,/Λ, addiert. Das M.nus der Summe der Eingange erscheint am Ausgangsklemmenpaar / _ir>, ,„·

Einzelheiten der Einrichtung B, Die Einrichtung B₂ ist in der Fig. 3 dargestellt. Sie bedient sich LM-307-FunkUonsvers arke mn grierter Bauwc-se. Einer dieser Verstärker ist «m Differenziergerät D₁ ausgebildet und c^ch^t doi Term-pi, in der Gleichung 1 Daigfierencrgcra

D₂ errechnet - pi,. ^Der Χ^¹³^^^¹ S adaus I₁. Der invertierende Summiervers arke:f «λ .

dicrl'-p.·,, -Mn ^UIld _A'.· "ΐ ^ZWf '" ÄtJte T "nssen, die zur genauen Abbildung dc.,ge JtUgtenTJans^ formators notwendig sind Es erschc.ntn^dah er α c Parameter R L und L m ^r Gle^hung 1 welche durch die Verhältnisse R₁IR,. R₁IR, und K,/K» geoii det werden.

Einzelheiten der Einrichtung ß.,

.^ ^ _{Ausgang verwcndct}

α. u ^. ^ .^ _{Spannung )>ricntige anzeigt}

₁₅

^ ^ _Augg

^ .^ _{Spannung )>ricntige anzeigt}

_{Spannung von Nu}n »falsch« anzeigt. Einzelheiten der Einrichtung B₁

Einrichtung B- ist in der Fig. 8 dargestellt. f™J. _g {;„„· _{um dic Spule} _Co _{dcs Sc}hal-

betreiben, wenn vom Transformator ein ju^rcib^ .,

^^ ^ _{? dcr Einrichtung} _B

erreicht die Einrichtung B₇ an den Klemmen T₄₇ und

_{durch ejnen Impulsubcr}.

trSier IT an das Gatter des Thyristors Th. Wenn der

t g _gcsclllüSSen ist, zündet das Gattersignal

_{und bcwjrk dg(J dje Spannung von}

tu _ue,_{|c B an die Spulc Co übcr}

_d__{c KIcmm(}|_{n 7}-^ _und _T^ _{gelcgt wird}.

_{Einc zus}ätzliche Einrichtung U_H ist in der Fig. 9 dargestellt. Diese Einrichtung kann dazu benutzt wer-

B, is, in

i ₆. 4 «α.

verstärker mit Einheitsverstärkung a dcrstände R₁, R, und R₂ haben die gie dien Wertt, so daß die Ausgangsspannung am.£^l '

di i Se der bei

so daß die Ausgangsspannung a.£ W

T.,_s die negative Summe der beiden Eingangsspan

nüngen an den Klemmcnpaaren I „_v /_M una _JS, _so

nüngen
ist.

^ _{verUlldcrliclie} Bezugsspannung ist eine Funk-Differenzstromes des Transformators. Die _{n an dcn Klcmmcn} _T und T_1(i der Einrich- \ ^ B^ ^ _{Diffcrcn7StroTT1 dar und crrcicht dlc}

Einzelheiten der Anzeigeeinrichtung ß.,

η -«ι in rffrFiE S darec-Die Anzeigeeinrichtung B₄ ιsi: in der . ^g. - α g

₄₀

,riite^rZwc^S^^svcrstärker sind als ein doppelseitiger Grenzdctcktor angeordnet, und einer ist als invertierender Venitarkcr mit Einheitsverstärkung verschaltet Das Au gangs signal des doppelseitigen ^Gre"^zdctc"f"£_lt ^a£. _cinc sehen den Klemmen 7„ und /,., «scncii , . Spannung, wclche einen Wert von etwa 4 V'^⁰I.¹' wenn die Eingangsspannung an den Klemmen ig, und T„ zwischen den Grenzspannungen «er span nung k;_w und - K_rr/ liegt. Diese Rcferenapa„nunpwerte sind zwischen die Klemmen /,, una ' κ * an den invertierenden Verstärker mit Ein citsver-Stärkungsgrad gelcgt. Die Spannung zwiscricn α Kiemmcn T_v und T₃₄ fällt auf einen Wert £"^{n c}^ Null, wenn die Eingangsspannung an den wem ι T.,_o und r_as außerhalb der Grenzspannungswcrlc ^ liegt.

Einzclheiten der Anzeigeeinrichtung B.

_D · , · Hör FiP 6 dar-Die Anzeigeeinrichtung O₅ ist in aer r ig·

gcstellt und identisch mit der Anzcigccinncmung n_y

Ein/elheiten der Einrichtung B_n

. darecstellt

Die Einrichtung B_e ist in der i< ι g.<[ ₀%\Α79λ und benutzt ein Eingangs-Oder-Gattcr (FuL W4Zhj ti.uu...iu.._e ~_s an den Klemmen T₅₁ und 7_H Die ■',usgannsspannung der Einrichtung B,, welche zwischen den Klemmen T,., und T_n, erscheint, wird an die Klemmen T_n und T.,., der Einrichtung B_t an Stelle der Spannungsziifuhr von ST₁, wie cs in der F i g. 1 dargestellt ist. gelegt.

Einzelheiten der Einrichtung ß_H

Die Einrichtung B₁₁ ist in der F i g. 9 dargestellt mid benutzt vier ΟΛ 5-Diodcn und einen LM-307-Funktionsvcrstärker in integrierter Bauweise, der als Yollwegglcichrichtcr ausgebildet ist. Die Ausgangsspannunn des Vollweggleichrichtcrs wird an einen

■ " """ linearen Zweikreis-Funktionsgeber, der Is LM-307-Funktionsvcrstärkcr ausgcbil-

i 3V.I.. ™nn, gelegt.

Die Einrichtung B_H arbeitet in der Weise, daß der Wert der Bczugsspannung (an den Klemmen T₅.,, T_r ) sich erhöht" wenn die Größe der Spannung, welche den Differcnzstrorn darstellt, sich erniedrigt. Die exakten Werte der Widerstände in der Fi g. 9 hängen ■ on den Transformator-Parametern ab.

Wenn cs notwendig ist, unerwünschte hohe Frequcnzantcile in den Spannungen, welche die gemessene Primärspannung darstellen, zu beseitigen, so kann jede dieser Spannungen, welche bei der Messung des Primärstromes und bei der Messung des Sekundärstromes sich ergeben, so behandelt werden, daß sic ein Tiefpaßfilter durchläuft. Die Filterung jeder dieser Spannungen erfolgt in der gleichen

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Weise, und in der F-* i ti. 10 ist eine zusätzliche Einrichtung dargestellt, welche diese Filterung durchführt. In der Fig. K) wird die Filterung der Spannung, welche ilen Primärstrom darstellt, gezeigt.

Die Spannung, welche von den Einrichtungen (T₁ und .SVi₁ in der Fig. I erzeugt wird, gelangt durch eine aktive Filtersehaltuiig, welche alle Freqiien/.-komponenten über 500 Hz dämpft. Die aktixe Filterschaltung benutzt einen LM-307-Funktionsverstärkcr in integrierter Bauweise, der als Tiefpaßfilter zweitu Ordnung angeordnet ist. Nachdem die Spannung, welche den Primärstroni darstellt, durch das aktive Filter hindurchgegangen ist. gelangt sie an die FJnrichtungcn Ii₁ und Ii, in der Fig. 1.

Die Spannung, welche von (."/'., und .SV;., in de' F i g. I erzeugt wird, repräsentiert den Sekundärstrom des Transformators. Auch diese Spannung gelangt durch ein Filter, welches dem in der Fig. 10 gleicht, bevor sie zu den Hinrichtungen B₁ und Ii., in der Fig. I gelangt.

Die Spannung, welche von VT in der Fig. 1 gebildet wird, repräsentiert die Primärspannung am Transformator. Sie gelangt durch ein Filter, das dem in der Fig. IO gezeiaten Filter gleicht, bevor sie zur Hinrichtung /i._t in der Fig. 1 gelangt.

Zum Schutz eines Dreiphasentransformator, dessen Wicklungen l-förinig verschaltet sind, wie ei, in der F i g. 11 dargestellt ist, ist die Messung, der Leitungsslröme Z₁, /„ und /_(; mittels der Stromwandler CT.. CT_n und ("/',■ ungenügend, um Ströme /',. i., und /.. zuzulassen, welche zum Schutz benotigt werden.

F.s wird daher eine zusätzliche Einrichtung benötigt, welche einen Stromwandler enthält, der so angeordnet ist, daß er irgendeinen der benötigten Ströme Z₁. /.,. /., mißt. In der Fig. 11 ist dargestellt, wie der Stromwandler CT₁ den Strom /, mißt. Die beiden anderen Ströme /., und /.,. welche zum Schut:: benötigt werden, werden durch Summation der CT-Ausgängc ermittelt gemäß den Gleichungen:

i, = Z₁

Die Genauigkeit bei der Absehätzung der Kleinmenspannung (Ausgang der Einrichtung ß„ in der F i g. I) wird verbessert, wenn die Werte der Koeffizienten /..,, und L₁., in der Gleichung sich wie der Differenzstrom ändern, so daß das eigentliche physikalische Verhallen des Transformators präziser dargestellt wird.

Die F i g. 12 zeigt im einzelnen diese zusätzliche Einrichtung. Die Spannungen, welche pi_t und pi., darstellen, werden von Differenziergeräten, wie sie bei der Beschreibung der Einrichtung II., dargestellt wurden, erreicht. Die Spannung, welche die Differenzströme darstellt, d. h. die Spannung an den Klemmen /',., 7"₁₍. der Einrichtung W₁ in der F i g. 1 wird ebenfalls benötigt. Zwei Funklionsgeber /, (/,,) und /., (/,,) haben als Eingangsspannungswert eine Spannung, welche den Differenzstrom darstellt.

Der Ausgang von /, (/,,) ist eine Spannung, welche den Koeffizienten /.,, in der Gleichung 1 darstellt. Der Ausgang von f., (/,,) ist eine Spannung, welche den Koeffizienten λ,., in der Gleichung 1 darstellt.

Zwei analoge Multiplizicrschaltungcn /VZ₁ und /V/., werden dann zur Miiltiplizierung von L_n mit pi_t und zur Multiplizierimg von L₁., mit pi., verwendet, um die Tenne i" der Gleichung 1, nämlich /-,,/", und /..,.,/;/., zu erhalten.

Die Erzeugung des Terms A₁/ und die Summierung dieser drei Terme, welche die Gleichung 1 darstellen, wird durch einen invertierenden Summierverstärker erzielt, wie er im Zusammenhang mit der Einrichtuni! Ii., beschrieben wurde.

Der verbesserte Schutz kann in der Form eines di-J;a!:.; CV.:-,ipiiterprogramms verwendet werden.

Hierbei werden alle Eingänge (Spannungen an den Klemmenpaaren 7'., T_n, F., 7'_s und T₉, T_1n) in regelmäßigen Abständen abgetastet, von der analogen in die digitale Form gebracht und dann im Gedächtnisspeicher eines digitalen Computers gespeichert.

Alle Vorgänge in den Einrichtungen ß, bis B_n sind im digitalen Computer in der Form eines 'rompulerprogramms enthalten. Der Computer ahmt hierbei die Arbeitsweise der Einrichtungen ö, bis R₁. nach, wobei er ein Abschaltsignal an einem Klemmcnpaar. welches die Klemmen /',.„ T_1n in der F i g. 1 ersetzt, vorsieht, wenn dies erforderlich ist.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Differentialschutzeinrichtung für einen Transformator mit je einem in Primär- und Sekundärkreis vorgesehenen Stromwandler, mit einer Einrichtung rar Ermittlung der Differenz zwischen dem gemessenen Primär- und Sekundärstrom (Differenzstrom) und mit einem Spannungswandler zur Messung der Klemmenspannung einer der beiden Transformatorwicklungen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (A₂) zur Abschätzung des Wertes der Klemmenspannung der einen Transformatorwicklung (P) aus dem gemessenen Primär- und Sekundärstrom, durch eine Einrichtung (B₃) zur Bildung der Differenz zwischen dem gemessenen Wert der Klemmenspannung und dem geschätzten Wert der Klemmenspannung (Differenzspannung), durch eine Anzeigeeinrichtung (Zi₄) zum Vergleich der Differenzspannung mit einer Bezugsspannung und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches anzeigt, ob diese Differenzspannung kleiner oder größer als die Bezugsspannung ist, ferner durch eine Anzeigeeinrichtung (S.) zum Vergleich des Differenzstromes mit einem Be/ugswert und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das anzeigt, ob der Wert des Differenzstromes kleiner oder größer ist als der Bezugswert, und durch eine Einrichtung (D_ti), nn deren Eingang die Ausgänge der Anzeigeeinnchtungen (B _v B.) angeschlossen sind und die ein Signa! zur \bschaltung des Transformators (Tr) liefert, fall·= der Wert des Differenzstromes und der Wen. der Differenzspannung die jeweiligen Bezugswerte gleichzeitig übersteigen.

2. Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (B.₂) zur Abschätzung des Wertes der Klemmenspannung der einen Transfonnatorwicklung (P) so ausgestaltet ist, daß sie die Abschätzung auf der Basis der Sättigung des Transformatorkernes durchführt.

3. Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung, die mit der Differenzspannung verglichen wird, eine Funktion des Differenzstromes ist.

4. Differentialschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (ß.,) zur Abschätzung des Wertes der Klemmenspannung der einen Transformatorwicklung (P) Schaltungselemente enthält, welche Spannungen erzeugen, die die Größen der Eigeninduktivität dieser einen Wicklung (P) und der Gegeninduktivität des Transformators (Tr) darstellen, wobei diese Spannungen von dem Differenzstrom abhängen.