DE2846570A1

DE2846570A1 - Differentialschutz

Info

Publication number: DE2846570A1
Application number: DE19782846570
Authority: DE
Inventors: Thorleif Dipl Ing Forford
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-11-11
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-17
Also published as: GB2010031B; US4237512A; CA1130437A; IT7869578A0; FR2408933A1; SE408983B; SE7712755L; IT1108314B; GB2010031A; CH639223A5; FR2408933B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Differentialschutz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Prozentdifferentialschutzanordnungen neigen zu einer unkorrekten Arbeitsweise, wenn die Kennlinien der Stromwandler schlecht sind oder wenn die Stromwandler nicht in der Lage sind, korrekte Meßwerte über eine genügend lange Meßzeitspanne beizubehalten und abzugeben. Bei den bekannten Anordnungen wird ein analoger Vergleich der den Primärgrößen in den überwachten Anlageteilen entsprechenden Meßgrößen im Meßkreis des Schutzes durchgeführt. Unterschiedliche Eigenschaften der an der Messung beteiligten Stromwandler können daher in bestimmten Fällen Ursache dafür sein, daß der Schutz nicht in allen Fällen richtig arbeitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differentialschutz der eingangs genannten Art zu entwickeln, der von den

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genannten Nachteilen der bekannten Differentialschutzansordnungen im wesentlichen befreit ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Differentialschutz nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat„

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Der Differentialschutz nach der Erfindung arbeitet in der Weise, daß die Meßsignale der Stromwandler schnell ansprechende niveauabtastende Glieder beaufschlagen, die mit Kontaktanordnungen versehen sind, in welchen die einzelnen Kontakte immer eine von zwei möglichen Lagen einnehmen. Der Meßkreis erfordert keinen direkten analogen Zusammenhang zwischen den primären Meßgrößen und den Signalen im Meßkreis, Wesentlich ist nur, daß der Meßkreis einen Impuls von richtiger Polarität erhält. Die Amplitude ist von geringerer Bedeutung, ebenfalls die Genauigkeit der Übertragung von den Meßwandlern zum Schutz. Man kann daher den Differentialschutz nach der Erfindung als einen digitalen Differentialschutz qualifizieren, und zwar auch dann, wenn für die niveauabtastenden Glieder mechanische Relais verwendet werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

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Fig. 1 eine Schaltskizze eines Ausführungsbeispieles eines Schutzes nach der Erfindung, wobei der geschützte Anlagenteil eine Sammelschiene ist und mechanische Relais verwendet werden,

Fig. 2 die Verwendung von elektronischen Schaltelementen bei einem Differentialschutz nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Abwandlung des Different!alSchutzes gemäß Fig. 1.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Differentialschutzes nach der Erfindung wird eine Sammelschiene S von einer Anzahl Leitungen gespeist, die mit LA und LB bezeichnet sind. Die Sammelschiene speist eine abgehende Leitung LX. Die Stromrichtungen während einer bestimmten Halbperiode sind mit Pfeilen kenntlich gemacht. An die Leitungen sind in bekannter Weise Stromwandler T., Tg₀.. Ty- angeschlossen, die über Zwischentransformatoren T_M jeweils an einen Anschluß 2 einer Meßanordnung 1 (Meßkreis) angeschlossen sind. Diese hat außerdem einen Anschluß 3 für den gemeinsamen Rückleiter 4 zu den Zwischentransformatoren. Der Anschluß 3 ist somit der Nullpunkt der Meßanordnung. Die Meßanordnung hat zwei parallele Leitungen 5 und 6, zwischen denen eine Diodenkette 7 für jede an die Sammelschiene angeschlossenen Leitung angeordnet ist. Der Mittelpunkt jeder Diodenkette ist an den entsprechenden Anschluß 2 angeschlossen, so daß beispielsweise die Diodenkette 7B

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der Leitung LB an den Punkt 2B angeschlossen ist usw. Die Enden 9 bzw. 10 der Leitungen 5 bzw. 6 sind über ein Relais K, einen Widerstand R und ein zweites Relais L miteinander verbunden.

Dieser Kreis ist der Stabilisierungskreis des Schutzes, und am Widerstand R liegt während eines fehlerfreien Zustandes eine Stabilitätsspannung U , die mit einem Pfeil in der Figur angedeutet ist. Der Mittelpunkt 8 des Widerstandes ist über einen Widerstand R^ und ein Relais D mit dem Nullpunkt 3 verbunden. Der Widerstand R, und das Relais D gehören zu dem Differential- oder Auslösekreis, zu dem außerdem eines der Relais K und L sowie die eine Hälfte des Widerstandes R gehören .- Der Differentialkreis besteht somit aus den Schaltelementen zwischen den Punkten 9 und 3 während der einen Halbperiode und aus den Schaltelementen zwischen den Punkten 10 und 3 während der anderen Halbperiode.

Jedes der drei Relais hat mehrere Kontakte, die eine offene oder geschlossene Stellung einnehmen können. Die Kontakte, die bei unbeeinflußtem Relais geschlossen sind, sind als b-Kontakte bezeichnet (Ruhekontakte). Die Zahl hinter dem Buchstaben gibt die Ordnungsfolge der betreffenden Kontaktart an. Die Kontaktsätze sind im unteren Teil der Figur gezeigt. Die oberste Reihe der Kontakte ist mit einem ersten Auslöseausgang U1 verbunden, und die mittlere Kontaktreihe ist mit einem zv/eiten Auslöseausgang U2

verbunden. Die beiden Auslöseausgänge können miteinander verbunden sein. Die dritte Kontaktreihe enthält ein Blodierrelais B, dessen Funktion später beschrieben wird. Um die einzelnen Kontakte aus-

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einanderhalten zu können, werden in der nachstehenden Funktionsbeschreibung die Relaisbezeichnungen K, L, D und B als Präfix der Kontaktbezeichnungen verwendet.

Funktion des Schutzes bei äußeren Fehlern:

Bei einem äußeren Fehler soll der Schutz nicht auslösen, da der Fehler beispielsweise auf der Leitung LX liegt, und ein solcher Fehler vom Leitungsschutz der Leitung behoben werden soll. Die Relais K und L sind so eingestellt, daß sie bei normaler Belastung nicht ansprechen. Somit sind die Kontakte Kai und La1 offen, und die Auslöseausgänge U1 und U2 sind blockiert. Während der ersten Millisekunden des Fehlers ist der Stromtransformator der Leitung LX nicht gesättigt. Die Ströme I_K und I^ sind dann gleich. Die Relais K und L sprechen an, aber das Relais D bleibt unerregt, da irgendein meßbarer Differenzstrom noch nicht zu fließen begonnen hat.. Die Kontakte Kai und La1 schließen, aber gleichzeitig öffnen die Kontakte Kb1 und Lb1. Ferner schließen die Kontakte Ka2 und La2, so daß das Blockierrelais B gespeist wird und anspricht und infolgedessen die Kontakte Bb1 und Bb2 öffnen und der Kontakt Ba1 schließt.

Nach kurzer Zeit wird der Transformator Τ_χ mehr oder weniger gesättigt, was zur Folge hat, daß ein Differenzstrom I zu fließen beginnt und das Relais D anspricht. Dabei schließen die Kontakte Da1 , Da2 und DA3 und der Kontakt Db1 öffnet. Das Relais B hält sich selbst über die Kontakte Da3 und Ba1· In der gezeigten Phasen-

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lage nimmt der Strom I^ in demselben Maße ab wie der Strom 1^ zunimmt, was zur Folge haben kann, daß das Relais L abschalten kann, so daß der Kontakt Lb1 geschlossen wird. Dadurch, daß der Kontakt Bb1 des Blockierreilais offen ist, kann trotzdem kein Auslösesignal auftreten. Während der zweiten Halbperiode fließt der Differenzstrom durch das Relais L, wobei das Relais K abschaltet, falls der Strom I_R niedrig ist; anderenfalls bleibt das Relais K im eingeschalteten Zustand. Was auch geschehen mag, es ist bedeutungslos, da die Kontakte Bb1 und Bb2· offen sind. Hieraus folgt also, daß an keinem der genannten Ausgänge U1 und U2 ein Auslösesignal auftreten kann. Wenn der Differenzstrom in Richtung des Pfeils I_K fließt, besteht der Differenzkreis aus den Schaltelementen zwischen den Punkten 9 und 3, während der Differenzkreis aus den Schaltelementen zwischen 3 und 10 besteht, wenn der Differenzstrom in Richtung des Pfeils I_L während der zweiten Halbperiode fließt.

Die Relais K,' L und D können so eingestellt sein, daß sie ansprechen, sobald sie von einem kleinen Überstrom, beispielsweise 1,3·Ι ,

durchflossen werden, wo I der Nennstrom ist.

Die Relais K, L und D können Zungenrelais sein, die eine sehr kurze Ansprechzeit haben, nämlich ca. 1 ms. Es kann daher angebracht sein, das Relais B mit einer gewissen Abfallverzögerung zu versehen, um sicher zu sein, daß es im angezogenen Zustand verharrt und seine Kontakte Bb1 und Bb2 offen bleiben, wenn die übrigen Kontakte Ka 3,

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Lt»1 und Da1 bzw. Kb1, La1 und Da2 aufgrund eines auftretenden äußeren Fehlers kurzzeitig schließen sollten.

Funktion des Schutzes bei inneren Fehlern:

Bei inneren Fehlern an der Sammelschiene S erhält man während der ersten Halbperiode zufließende Ströme von den Leitungen LA und LB. Wenn die Leitung LX eingeschaltet ist und Strom führt, wird auch dieser auf die Sammelschiene zugehen. Alle Meßwandlerströme werden zum Punkt 9 fließen und I_R wird gleich 1^. Die Relais K und D sprechen an, während die Relais L und B unbeeinflußt bleiben. Das Auslösesignal tritt am Ausgang U1 auf^ Während der zweiten Halbperiode fließt der Differenzstrom vom Punkt 3 zum Punkt 10, wobei die Relais D und L ansprechen, während das Relais K unbeeinflußt bleibt, so daß die Kontakte La1 und Da2 schließen und ein Auslösesignal am Ausgang ü*2 auftritt.

Aufgrund des schnellen Ansprechens der Relais werden die Relais K, L und D beim Nulldurchgang des Kurz Schluß stromes in ihre Ursprungs-r lage zurückgehen. Dadurch kann darauf Rücksicht genommen werden, daß ein äußerer Fehler in einen inneren Fehler übergehen oder einen solchen verursachen kann. Nach jedem Stromnulldurchgang wird mit einer neuen Messung begonnen.

Schutz mit elektronischen Bauteilen:

Fig. 2 zeigt die Meßanordnung mit elektronischen Bauteilen. Die

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Relais K, L und D in Fig. 1 sind in Fig. 2 durch niveauabtastende Glieder mit derselben Bezeichnung ersetzt. Die Ausgänge dieser Glieder sind jeweils einerseits an einen Eingang eines UND-Gliedes 13 und andererseits an einen Eingang eines ODER-Gliedes 14 mit negiertem Ausgang angeschlossen. Das Glied D ist dabei an einen negierten Eingang des UND-Gliedes 13 angeschlossen. Eine bistabile Kippstufe 15 mit einem S-Eingang und einem R-Eingang ist mit dem S-Eingang an den Ausgang des UND-Gliedes 13 und mit dem R-Eingang an den Ausgang des ODER-Gliedes angeschlossen. Ein UND-Glied 16 ist mit einem Eingarg an den Ausgang des Gliedes D angeschlossen, während sein anderer Eingang, der negiert ist, an den Ausgang der Kippstufe 15 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 16 ist an den Auslöseausgang U angeschlossen.

Funktion des Schutzes bei äußeren Fehlern:

Wenn.die Glieder K und L, nicht jedoch D, ein Ausgangssignal abgeben, gibt das UND-Glied 13 ein Ausgangssignal an die Kippstufe 15, wodurch das UND-Glied 16 blockiert wird, so daß an seinem Ausgang U kein Signal auftreten kann. Wenn weder das Glied K, L oder D ein Ausgangssignal abgibt, dann gibt das Glied 14 auf den R-Eingang der Kippstufe 15 ein Rückstellsignal. Hieraus geht hervor, daß die Kippstufe bei jedem Nulldurchgang des Primärstromes zurückgestellt wird.

Funktion des Schutzes bei inneren Fehlern:

Bei inneren Fehlern muß eines der Glieder K und L während der

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ersten und das andere während der zweiten Halbperiode zusammen mit dem Glied D ansprechen. Ein Ausgangssignal am Glied 13 oder der Kippstufe 15 kann also nicht auftreten. Das UND-Glied 16 gibt daher ein Auslösesignal auf den Ausgang U,

Da ein Messen bei jedem Nulldurchgang erfolgt, wird ein durch einen vorherigen äußeren Fehler verursachter innerer Fehler ein Auslösesignal nach einer Zeit hervorrufen, die höchstens einer halben Periode des Primärstromes entspricht.

In der in Fig. 3 gezeigten Alternative des Schutzes nach Fig. 1 sind die Relais K und L durch ein einziges Relais M ersetzt, das über zwei Dioden D1 und D2 parallel zum Widerstand R liegt. Der Ansprechwert dieses Relais kann ungefähr mit 1,3 * I_n gewählt werden, wobei I der Nennstrom ist. Der Ansprechwert für das Relais D kann mit 0,2 · I gewählt werden.

Funktion des Schutzes bei äußeren Fehlern:

Bei äußeren Fehlern auf der Leitung LX erhält man einen durchgehenden Strom I_K = I_M = Ij. = Ι_χ , während I^ = 0 ist, so lange keiner der Stromwandler gesättigt ist. Während dieser Zeit spricht zuerst das Relais M und danach das Blockierrelais B an. Nach kurzer Zeit

gelangt eventuell Τ_χ in Sättigung, wobei I_D anzusteigen beginnt, so daß das Relais D anspricht. Das Blockierrelais B wird dann über die Kontakte Da2 und Ba1 selbst gebiten.Ein Auslösesignal kann nicht

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auftreten, da der Kontakt Bb1 offen ist. Funktion des Schutzes bei inneren Fehlern:

Bei einem inneren Fehler wird I_K = I_ß oder I_Q = L-. Das Relais D spricht an und schließt den Kontakt Da1, wobei ein Auslöseimpuls am Ausgang U auftritt. Der Ansprechwert des Schutzes hängt nur von der Einstellung des Relais D ab.

Ein Schutz nach Fig. 3 kann also empfindlicher ausgeführt werden als der Schutz nach Fig. 1. Es ist jedoch notwendig, daß die Stromwandler für äußere Fehler so ausgelegt sind, daß bei Fehlerströmen unter 1,3 - I_n noch keine Sättigung eintritt.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt
Dr.-Ing. Dipl.-lng. Joachim Bοecker 6 Frankfurt/Main 1 , 19.10.1978

- ΛΙ* - Rathenauplatz2-8 ß/d 20 547 P

f Telefon: (0611) *282355 O O / CCTH

Telex: 4189 066 itax d fcö*iD0 /U

PATENTANSPRÜCHE ι

f 1.JDifferentialschutz für elektrische Anlagenteile, wie Generatoren, Sammelschienen, Leitungsstrecken usw., der sich auf das Messen von Stromimpulsen gründet, die bei äußeren und inneren Fehlern auftreten, und der beim Auftreten äußerer bzw. innerer Fehler Blockierbzw. Auslösesignale abgibt, mit einer an Meßwandler in dem geschützten Anlageteil angeschlossenen Meßanordnung mit einem Stabilisierungskreis und einem Differentialkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs- und Differentialkreise niveauabtastende Glieder (K, L, D, S) mit Kontaktanordnungen enthalten, die so angeordnet sind, daß sie bei Abgabe eines Ausgangssignals durch die niveauabtastenden Glieder im Stabilisierungskreis die Auslösesignale blockieren, während die Kontaktanordnungen bei Abgabe eines Ausgangssignals durch die niveauabtastenden Glieder im Differentialkreis ein Auslösesignal freigeben.
2. Differentialschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungskreis zwei in Reihe geschaltete niveauabtastende Glieder (K, L) enthält, und daß der Differentialkreis ein drittes niveauabtastendes Glied (D) in Reihe mit einem der erstgenannten niveauabtastenden Glieder (K oder L) des Stabilisierungskreises enthält.

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3. Differentialschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungskreis ein einziges niveauabtastendes Glied (M) enthält.
4. Differentialschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blockierglied (B) mit Kontaktanordnungen (Bb1, Bb2, Ba1) derart an die Kontaktanordnungen der niveauabtastenden Glieder angeschlossen ist, daß die Auslösesignale blockiert sind, wenn sich das Blockierglied (B) in Ansprechlage befindet.
5. Differentialschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die niveauabtastenden Glieder (K, L, D, S) Zungenrelais sind.
6. Differentialschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die niveauabtastenden Glieder aus elektrischen Schaltkreisen (K, L, D) bestehen und daß die Kontaktanordnungen aus elektronischen logischen Schaltelementen (13, 14, 15, 16) bestehen.

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