DE2905195C2 - Differentialschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Differentialschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Differentialschutzeinrichtungen sind zum selektiven Schutz von elektrischen Betriebsmitteln in Hoch- und Höchstspannungsnetzen,z. B.Transformatoren, Leitungen bzw. Kabeln und Sammelschienen, bestimmt. Damit haben Differentialschutzeinrichtungen die Aufgabe, bei einem Fehler, z. B. Kurzschluß, innerhalb des zu schützenden Betriebsmittels eine schnelle Abschaltung mit den zugeordneten Leistungsschalter^ zu veranlassen.

Auf diese Weise kann die Auswirkung des Fehlers auf

das Betriebsmittel, z. B. die thermische Beanspruchung bei Lichtbogenfehlern, stark herabgesetzt werden.

Dagegen dürfen bei einem Fehler außerhalb des zu

schützenden Betriebsmittels die dem Differentialschutz zugeordneten Leistungsschalter nicht betätigt werden. Eine Abschaltung würde in diesem Fall eine »Fehlauslösung« der Differentialschutzeinrichtung, und damit eine unnötige Unterbrechung der Stromversorgung bedeuten.

Differentialschutzeinrichtungen arbeiten nach dem Stromvergleichsprinzip, d. h. die Ströme an den zu schützenden Betriebsmitteln wereen miteinander nach Größe und Phase verglichen. In F i g. 1 ist die bekannte prinzipielle Schaltung einer Differentialschutzeinrichtung vereinfacht dargestellt.

Es sind Stromwandler SWi und SW2 vorgesehen, die zur Messung der Ströme h und h am zu schützenden Betriebsmittel, das hier mit dem Schutzobjekt SO bezeichnet wird, dienen. Zum Abschalten des Schutzobjektes sind zwei Leistungsschalter LS1 und LS2 vorgesehen, die von dem Differentialrelais DlFF ausgelöst werden, das in Brücke liegt. Die Strommeßgröße für das Differentialrelais DIFF ist die Summe der Wandlerseso kundärströme i\ und /2, die den Strömen /1 und /? am Schutzobjekt SO proportional sind. Die Strommeßgröße wird hier idiff genannt.

Wird das Schutzobjekt als Knotenpunkt behandelt, so ist durch die getroffene Verschaltung der Stromwandler nach dem Kirchoffschen Gesetz bei einem Fehler außerhalb des Schutzobjektes SO die Summe der Ströme /ι und Ii bzw. /Ί und h unter der Voraussetzung, daß die Stromwandler SWi und SW2 ideale Übertragungseigenschaften aufweisen, zu jedem Zeitpunkt Null. Bei einem Fehler außerhalb des Schutzobjektes haben die Ströme /1 und h bzw. /Ί und /2 daher gleiche Größe, jedoch entgegengesetzte Polarität. Bei einem Fehler innerhalb des Schutzobjektes ist die Summe der Ströme /zwrdagegen nicht mehr Null. Aus der Summe der Ströme am Schutzobjekt kann das Differentialschulzrelais somit feststellen, ob der Fehler innerhalb oder außerhalb des Schutzobjektes liegt; ist daher ioin>0. so soll das Differentialrelais auslösen.

Theoretisch müßte man daher bei einem Stromvergleichsschutz als Differentialrelais ein Stromrelais mit beliebig hoher Empfindlichkeit verwenden können. Praktisch treten aber bereits im ungestörten Betrieb Differenzströme (Fehlströme) auf, deren Größe z. B: im Fall eines Transformators als Schutzobjekt durch den Leerlaufstrom des Transformators und die individuellen Stromfehler und Fehlwinkel der auf den Ober- and Unterspannungsseiten des Transformators verwendeten Stromwandler, deren magnetisches Verhalten u.U. stark voneinander abweicht, gegeben ist

Diese Fehlströme steigen im allgemeinen mit zunehmender Belastung des Transformators an und erreichen besonders große Werte, wenn die Stromwandler bei stromsurken Kurzschlüssen außerhalb des Schutzbereiches in das Sättigungsgebiet kommen. Zusätzliche Fehlströme entstehen weiterhin bereits im gesunden Betrieb bei Stelltransformatoren, bei denen die Stromwandler-Übersetzungsverhältnisse dem sich ändernden Spannungsübersetzungsverhältnis bei ümsteiiung nicht angepaßt werden, weil dies zu aufwendig und such störanfällig wäre. Entsprechend liegen die Verhältnisse bei anderen Schutzobjekten, wobei generell der Sättigung der Stromwandler besondere Bedeutung beikommt, die im folgenden kurz betrachtet werden solL

Da zur Strommessung üblicherweise induktive Stromwandler verwendet werden, ist ihr Übertragungsverhalten von der Magnetisierungskennlinie des Kernmaterials bestimmt In F i g. 2 ist die bekannte Ersatzschaltung eines Stromwandlers mit der Magnetisierungskennlinie des Kernmaterials dargestellt Dabei ist / cjer Primärstrom, / der Sekundärstrom, i'm der Magnetisierungsstrom, R die Bürde des Stromwandlers, Φ der magnetische Fluß und H die magnetische Feldstärke. Der Ruß Φ wird durch das Integral aus dem Produkt von Sekundärstrom / und Bürde R bestimmt (Spannungszeitfläche). Demzufolge nimmt der erforderliche Fluß mit steigendem Kurzschlußstrom bzw. größer werdender Bürde zu.

1st der lineare Arbeitsbereich A des Stromwandlers aufgrund des erforderlichen Flusses nicht ausreichend, nimmt der Magnetisierungsstrom, der der Feldstärke H proportional ist, entsprechend der Magnetisierungskennlinie stark zu. Da der Primärstrom /nun als Magnetisierungsstrom im fließt, nimmt der Sekundärstrom /zu diesem Zeitpunkt ab, wie es in F i g. 3 zum Zeitpunkt f, zu sehen ist. Wenn der Fluß des Kernmaterials im Stromwandler infolge der Größe des KurzschluBst.romes bzw. der Größe der Bürde nicht ausreichend ist, treten »Stromwandlersättigungen« auf.

Wenn einer der Stromwandler zur Messung der Summe der Ströme am Schutzobjekt beim Fehler außerhalb des Schutzobjektef in der Sättigung ist, z. B. der Wandler SW1 in F i g. 1, dann ist die Summe der Ströme idicf infolge des nichtsinusförmigen Verlaufs eines der Wandlersekundärströme nicht mehr zu jedem Zeitpunkt Null. In F i g. 4 sind die entsprechenden zeitlichen Verläufe der Wandlersekundärströme i\ (Zeile a) und h (Zeile b)der Stromwandler SW1 und SWZ nach F i g. 1 und der Summe der Ströme /Wp(ZeUe cj dargestellt. Da der Stromwandler SWl sich aufgrund des erforderlichen Flusses nach der Zeit t, im Sättigungszustand befindet (Zeile a), ist die Summe der Ströme Ioiff von diesem Zeitpunkt ab niiht mehr Null. Erst zu Beginn der folgenden Halbschwingung wird die Summe der Ströme /o/ff wieder zu Null. Sobald der Stromwandler SWl sich wieder im Sättigungszustand befindet, ist die Summe der Ströme /o/w-nicht mehr Null.

Da bei erfolgten Stromwandlersättigungen trotz eines Fehlers außerhalb des Schutzobjektes die Summe der Ströme, entgegen der eingangs genannten idealen Annahme, zu jedem Zeitpunkt nicht immer Null ist können Fehler außerhalb und Fehler innerhalb des Schutz-

• Objektes von Differentialschutzeinrichtungen nicht mehr eindeutig erkannt werden, denn in beiden Fällen fließt ein Differenzstrom. Folglich würde aufgrund des Stromes i'diff gemäß Zeile c) in F i g. 4 das Differentialrelais DIFF'in Fig. 1 fälschlicherweise ansprechen und damit eine Fehlabschaltung beim Fehler außerhalb des Schutzobjektes auftreten.

Zur Stabilisierung der Differentialschutzeinrichtungen gegen solche Fehlauslösungen bei Stromwandler-Sättigungen bzw. anderer Fehlerströme ist es bekannt das Differentialrelais zu stabilisieren.

Aus der »Siemens-Zeitschrift« 46, 1972, H. 4, S. 258—25?,ist bereits eine Stabilisierungsschaltung bekannt, bei welcher die mit einem vorf -..^ebenen Faktor 5 multiplizierte arithmetische Summe aiier Abzweigströme 2\I\ mit der geometrischen Summe der Abzweigströme 2/verglichen wird: entsprechend dieser Beziehung 21— s2|/| wird ein »Aus-Signal« gebildet, wenn der Betrag der vorstehend genannten Beziehung den

Einstellwert für eine bestimmte Zeitdauer t von etwa

7 ms überschreitet Damit ist jedoch die Wirksamkeit der Schaltung für Fehler außerhalb des Schutzbereiches mit Stromwandlersättigung in Frage ges.ellt

Aus der DE-OS 19 56 527 ist eine Differentialschutz-

einrichtung bekannt bei welcher zur Erfassung von Stromwandlersättigung eine Schaltung (F i g. 3) vorgesehen ist, welche die Funktion der Differentialschutzeinrichtung gegebenenfalls sperrt. Die Schaltung besteht aus einer Parallelschaltung von integrierenden und differenzierenden Gliedern mit jeweils nachgeschalteten Grenzwertstufen; die integrierenden Glieder dienen dabei zur Erkennung des Zeitpunktes einer ätromyandlersättigung und die differenzierenden Glieder zur Erkennung der Stromänderung nach Fehlereintritt Die Wirksamkeit dieser Schaltung ist nicht gegeben, wenn bei Stromwandlersättigung ein äußerer Fehler zum inneren Fehler wechselt Bei einem äußeren F^:ehler wird zwar eine Schaltvorrichtung S1 geöffnet: erfolgt jedoch ein Wechsel, so wird die Schaltvorrichtung S1 nicht geschlossen, wie erforderlich.

Aus der Firmendruckschrift AEG, Transformatordifferentialschutz, 3212.6 51 E251F (1069) ist es ferner bekannt, eine Stabilisierung mittels einer zweigeteilten Längs-Haltewicklung durchzuführen, die in einer der beiden Verbindungsleitungen der Sekundärwicklungen der Stromwandler liegt, also vom Durchgangsstrom durchflossen wird. Der eine Anschluß der Auslösewicklung des Differentialrelais liegt dabei am Knotenpunkt der Haltewicklungtn. Mittels dieses Stabilisierungshaltesystems ist es zwar möglich, Fehlauslösungen, insbesondere bei Waiidlersättigung zu vermeiden, jedoch kann es dennoch ~.u Fehlauslösungen kommen, wenn die Stromwandler stark unterschiedlich gesättigt sind, d. h. unterschiedliches Übertragungsverhalten aufweisen, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunoe, eine Differentialschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mittels welcher sowohl bei Auftreten eines Fehlers innerhalb des Schutzobjektes als auch bei zu inneren Fehlern gewordenen äußeren Fehlern eine Abschaltung der zugeordneten Leistungsschalter erfolgt und mittels welcher Fehlauslösungen bei großen Unterschieden im Übertragungsverhalten

der Stromwandler vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.

Weitere ausgestaltende Merkmale sowie die Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand von in der Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Es zeigt

F i g. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 6 ein Diagramm, das die Stromverläufe entsprechend denjenigen der F i g. 4 zeigt, zusätzlich jedoch noch in Zeile d den Stromverlauf der Stromsumme für den Fall der Additionen der Ströme,

F i g. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Erweiterung des Ausführungsbeispieles r?2ch F iⁿ. 5 durste!!'

F i g. 8 ein Diagramm, das den Signalverlauf an den Stufen der Schaltung nach Fig.7 für den Fall eines Fehlers außerhalb des Schutzbereiches zeigt,

F i g. 9 ein Diagramm, das den Signalverlauf an Stufen der F i g. 7 für den Fall eines Fehlers innerhalb des Schutzbereiches zeigt.

Die Erfindung sieht neben dem Differentialrelais DlFFm F i g. 1 eine zusätzliche Schaltung entsprechend den vorgenannten Ausführungsbeispielen vor, die die Auslösung dieses Differentialrelais unter gewissen Bedingungen bzw Zuständen der Ströme im Differentialrelais, die an sich ein fehlerhaftes Auslösen verursachen würden, sperrt. Das Differentialrelais kann dabei zusätzlich auch die bekannte Stabilisierung aufweisen.

Die Schaltung nach F i g. 5 erhält daher als Eingangsgrößen (E) die Sekundärwandlerströme /Ί, /2, und die Stromsumme i'diff und wirkt am Ausgang A in nicht dargestellter Weise auf die Auslösung des Differentialrelais DIFFm Fig. 1 »sperrend« bzw.»freigebend« ein. Der Eingriff kann dabei direkt im Relais selbst oder durch logische Verknüpfung seines Ausgangssignales mit dem Auslöse-Sperrsignal am Relaisort oder am Leistungsschalter erfolgen.

Da sowohl die positive als auch die negative Halbwelle der Ströme betrachtet werden muß, müßte an sich die Schaltung doppelt vorgesehen werden. Dieser Aufwand kann vermieden werden, wenn, wie dargestellt, Gleichrichterstufen DU. Dh. DIdiff für die einzelnen Ströme vorgesehen sind.

Die gleichgerichteten Ströme /Ί, h. idiff sind in ihrem zeitlichen Verlauf in F i g. 6 dargestellt, wobei die Zeile a den gleichgerirhteten Sekundärstrom T₁ des sich in Sättigung befindlichen Stromwandlers 5Wl, die Zeile b den Sekundärstrom h des nicht in Sättigung befindlichen Wandlers SW2, die Zeile cdie Stromsumme für den Fall von gegeneinandergerichteten Wandlerströmen (i\—Tr, äußerer Fehler, keine Auslösung) und die Zeile d den Summenstrom für den Fall in gleicher Richtung fließender Ströme (i\ + h; innerer Fehler, Auslösung muß folgen) zeigt

Die gleichgerichteten Ströme werden Schwellwertstufen h> h>. Idiff> zugeführt, die die in der Fig.6 eingezeichneten Ansprechwerte i\_A, Ha, idiffa, aufweisen.

Die Ansprechwerte der Schwellwertstufen /1 > und /2 > sind dabei auf den gleichen, relativ hohen Wert, z. B. auf 5... 101Nenn und die der Schwellwertstufe Idift> auf etwa den halben Wert eingestellt, damit die Schaltung Fehler innerhalb oder außerhalb des Schutzobjektes unterscheiden kann, wie später noch erläutert wird.

Die Ausgangssignale der Schwellwertstufen Λ > und

/j> werden in einem ODER-Glied OCS miteinander verknüpft. Diese Verknüpfung ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Stehen z. B. beim Leitungsdifferentialschutz nur der Wandlersekundärstrom /Ί oder der Strom h und die Summe der Ströme /o/rpzur Verfügung. so kann auf das ODER-Glied OGS verzichtet werden.

Die Schaltung nach Fi g. 5 sieht weiterhin ein UND-Glied UCS mit einem unteren negierten Eingang vor, das das Ausgangssignal des ODER-Gliedes OGS und das der Schwellwertstufe Idiff> miteinander verknüpft. Das UND-Glied liefert nur dann ein Ausgangssignal. wenn einer der beiden gleichgerichteten Wandlerströme, oder beide, den zugeordneten Ansprechwert ί*. Γ;,» überschreiten und die Schwellwertstufe idiff> kein

IS Ausgangssigr.al liefert, d. h. der gleichgerichtete Strom iwfden Ansprechwert Jdiffa nicht überschreitet. Dieser Zustand ist für den Fall gegenläufiger Ströme (Zeile c) aufgrund eines äußeren Fehlers, für den keine Auslösung erfolgen darf, für das Zeitintervall h bis /j (F i g. 6) gegeben, d. h. während dieser Zeitspanne führt das UND-Glied UGSd&s Ausgangssignal »hoch« und setzt einen nachgeschalteten, ausgangsseitigen Speicher SPA. der an seinem Ausgang ein Signal abgibt, der die Auslösung des Differentialrelais damit zutreffend sperrt.

Fü' den Fall der Zeile d - innerer Fehler, die Auslösung muß kommen — erreicht der Strom ιΌ/fr durch den niedrigeren Ansprechwert Jdiffa bereits zum Zeitpunkt fi, d. h. vor den Wandlerströrnen den Ansprechwert

Tdiffa, d. h. vor /1 und nach h hat der obere Eingang des UND-Gliedes kein Signa! »hoch« und von fi an bis zum Zeitpunkt h verschwindet das Signal am unteren Eingang des UND-Gliedes, so daß das UND-Glied während der ganzen Halbwelle kein Ausgangssignal führt.

so daß damit der Speicher SPA nicht gesetzt werden kann und somit zutreffend keine Sperrung der Auslösung bewirkt.

Die Verknüpfung nach Fig.5 gewährleistet somit, daß am UND-Glied UCS erst dann ein Ausgangssignal erscheint, wenn eine der Schwellwertstufen l\> oder h> vor der Schwellwertstufe Idiff> anspricht. Dies ist für den Fall innerer Fehler (Zeile d) nicht gegeben, d. h. der Strom /Wr löst dann das Differentialrelais DIFFm F i g. 1 zutreffend aus. Bei einem Fehler innerhalb des Schutzobjektes wird daher kein Sperrsignal von der Schaltung nach Fig.5 gebildet, weil die Schwellwertstufe Idiff> aufgrund der gewählten Ansprechwerte stets vor den beiden Schwellwertstufen /1 > bzw. I₂ > anspricht. Das Ausgangssignal bildet das UND-Glied UGS daher nur beim Fehler außerhalb des Schutzobjektes, unabhängig davon, ob Stromwandlersättigungen auftreten oder nicht Ist keine Sättigung vorhanden, ist iDiFF im wesentlichen 0, liegt zumindest unterhalb des Ansprechwertes i'diffa, so daß der untere Eingang des UND-Gliedes UGS immer »hoch« ist; bei Stromwandlersättigung (dargestellter Fall) spricht die Schwellwertstufe Idiff> da die Sättigung erst nach dem Maximum der Halbwelle auftritt (und damit erst dann Tdiff ansteigt) erst später als die Stufen /1 >, h > an. d. h. bildet erst ab dem Zeitpunkt (3 ein Ausgangssignal. Von diesem Zeitpunkt an verschwindet zwar das Ausgangssigna] des UND-Gliedes, jedoch hält sich das Ausgangssignal »Auslösung sperren« durch die Speicherwirkung des Speichers SPA auch für die Dauer des Auftretens

der Stromspitze Tdiff (Fig. 6), Zeile c), so daß die entsprechende Stromdifferenz idiff in erstreber Weise — da als merkliche Differenz von äußeren Fehlern herrührend — keine Auslösung des Relais bewirken kann.

Für die Sicherheit der Schutzanordnung ist es zu empfehlen, vor dem Speicher SPA noch einen Zähler vorzuschalten, der den Speicher erst betätigt, wenn das UND-Glied UCS mindestens 2 Ausgangssignale, jeweils I Signal während der 1. und der 2. Stromhalbschwingung, bildet.

Durcb die Festlegung der Ansprechwerte der Schwellwertstufe Idiff> auf etwa den halben Ansprechwert der Schwellwertstufen /|> und h> ist sichergestellt, daß die Schwellwertstufe Idiff> auch bei nicht verzerrten Stromeingangsgrößen nicht vor den anderen Schwellwertstufen/1 > bzw. /j> abfällt, so daß das UND-Glied UCS nur ein Ausgangssignal während einer Stromhalbschwingung bildet.

Zur Rückstellung des Speichers SPA (und des etwa vorgeschalteten Zählers) dient das negierte Ausgangssignal eines Abfallverzögerungsgliedes A VG, dessen Eingangssignal das Ausgangssignal der Schwellwertstufe W> ist.

Durch die Abfallverzögerung von ca. 50 ms wird sichergestellt, daß der Speicher SPA erst dann gelöscht, d. h. die Sperrung der Auslösung erst dann aufgehoben wird, wenn eine Zeit von ca. 50 ms nach dem Unterschreiten des Ansprechwertes Jdiffa verstrichen ist, d. h. nach dem Abschalten eines Fehlers die Meßgrößen im Schutzsystem soweit abgeklungen sind, daß sie keine erneute fehlerhafte Auslösung bewirken können.

Die Stufe A VC verhindert auch, daß gleichzeitig ein ROcVstell- und Setzsignal am Speichereingang ansteht FQr den Fall c) in F i g. 6 steht z. B. im Intervall h bis ft ein Setzsignal an: in diesem Intervall wäre jedoch ohne die Stufe A VC auch ein Rückstellsignal vorhanden, da wegen Jdiff< Jdiffa der Ausgang von Idiff> niedrig ist, der Eingang R des Speichers SPA wegen der Negation jedoch »hoch« wäre, d.h. eine Rückstellung erfolgen würde. Wenn man einen Speicher mit dsTi Verhau »dominierend setzen« hätte, entstünden keine Probleme. Die Verzögerung der Stufe A VG gewährleistet jedoch, daß Überschreiten der Schwelle Jdiffa in der vorhergehenden Kalbwelle noch in dem Zeitintervall fe bis h wirksam ist, d. h. in diesem Intervall steht am Ausgang der Stufe A VG noch ein Signal »hoch« an, d. h. am Eingang R des Speichergliedes SPA durch die Negation das Signal »niedrig«, d. h. es steht kein Rückstellsignal an. Damit können beliebige Speicher verwendet werden.

Die lange Verzögerung — hier 50 ms — beim Zurückstellen des Speichers SPA könnte jedoch dazu führen, daß u. U. ein Wechsel von einem äußeren Fehler zu einem inneren Fehler bzw. wenn nach dem äußeren Fehler zusätzlich ein innerer Fehler auftritt nicht erkannt wird. bzw. die Auslösung weiterhin für die 50 ms gesperrt bleibt. Durch die Schaltung nach F i g. 7 wird diese Problematik verhindert Diese Schaltung zeigt eine Erweiterung nach Fig.5, wobei die Erweiterung in einem Zwischenspeicher SPZ (zwischen dem UND-Glied UCS und dem ausgangsseitigen Speicher SPA), einem UND-Glied UGR im Rückstellkreis des Zwischenspeichers und einem UND-Glied UGA für die alternative Rückstellung (Ober das ODER-Glied OGR) des ausgangsseitigen Speichers SPA besteht Wesent-Hch ist hierbei die 2. Alternative der Rückstellung des das Auslösesperrsignal liefernden Speichers SPA abhängig vom Zustand des Zwischenspeichers und dem Wert des Differenzstfomes. Es gilt die Gleichung UGA — hoch, wenn SPZ und Idiff> »hoch« sind, d. h. der Zwischenspeicher zurückgestellt und der Strom Tdiff> Tdiffa ist: dieser Weg sorgt für eine Rückstellung des ausgangssseitigen Speichers SPA und damit für eine Aufhebung der Sperre der Auslösung neben dem Weg über das Verzögerungsglied A VC, d. h. unabhängig von den 50 ms und gewährleistet, daß der Schutz auch innerhalb der 50 ms innere Fehler neben äußeren Fehlern bzw. zu inneren Fehlern gewordene äußere Fehler erkennt und die Auslösung nicht mehr sperrt (Speicher SPA gelöscht). Diese Vorgänge erläutern die Signaldiagramme nach den F i g. 8 und 9, in denen die Signale der angegebenen Stufen der Schaltung nach F i g. 7 bezogen auf die Zeitpunkte entsprechend dem Signaldiagramm nach F i g. 6 dargestellt sind. Die F i g. 8 zeigt dabei die Signale bei einem Fehler außerhalb des Schutzbereiches, und die Fig.9 die entsprechende Signale bei einem Fehler innerhalb des Schutzbereiches.

Die Zeilen 1 der Fig.8 und 9 zeigen übereinstimmend, daß das ODER-Glied OGS, wie an sich bereits im Zusammenhang mit F i g. 5 erläutert, nach überschreiten der Ansprechwertc seitens der Wandierströme, d. h. im Intervall /2 bis U und h bis /9 ein Ausgangssignal (hoch) liefert Die Schwellwertstufe Idiff> liefert bei einem äußeren Fehler (Fig.8, 2. Zeile bzw. Zeile c in F i g. 6) im Intervall ϋ bis (5 bzw. t» bis im und bei einem inneren Fehler (F i g. 9, 2. Zeile bzw. F i g. 6, Zeile d) im Intervall fi bis fs und fc bis fio ein Ausgangssignal. Das die Signale nach den Zeilen 2 und 3 verknüpfende, den Zwischenspeicher SPZ setzende UND-Glied UCS (seine Signale sind in den Zeilen 3 der F i g. 8 und 9 dargestellt) hat daher bei einem äußeren Fehler (F i g. 8) infolge der Negation am unteren Eingang im Intervall /? bis /3 bzw. f7 bis ie und bei einem inneren Fehler (F i g. 9) zu keinem Zeitpunkt ein Ausgangssignal; im ersten Fall wird daher der Zwischenspeicher und damit auch der ausgangsseitige Speicher SPA gesetzt, d. h. die Auslösung gesperrt, wogegen im 2. Fall ebenfalls wie gewünscht, kein Setzen und kein Sperren erfolgt. Für das Setzen des Speichers SPZgilt daher die Gleichung:

UGS

TE!ff>-

Die Zeilen 4 der F i g. 8 und 9 zeigen jeweils die Rücksetzbedingung für den Zwischenspeicher, die von dem UND-Glied UGR vorgegeben wird, das zwei negierende Eingänge aufweist, die ebenfalls wie das UND-Glied UGS die Signale der Zeilen 1 und 2 verknüpft. Hierbei lautet die Rückstellgleichung

UGR = (I\> + h>

Diese Bedingung ist bei F i g. 8 in den Intervallen fi bis ti,

ti bis ti, fio erfüllt, d. h. der Zwischenspeicher wird im

Fall äußerer Fehler zwischendurch, d. h. auch innerhalb der 50 ms, die von dem Glied A VG vorgegeben werden, immer wieder gelöscht, damit über die noch zu beschreibende Rückstellung des Speichers SPA ein zwischenzeitlich entstandener innerer Fehler erkannt werden kann und eine Sperrung der Auslösung unterbleibt.

Gemäß Fig.9 treten zwar auch bei einem inneren Fehler Rücksetzimpulse auf (Zeile 4), jedoch sind sie ohne Wirkung, da der Zwischenspeicher ohnehin rückgestellt ist

Den Zustand des Zwischenspeichers zeigt dabei jeweils die Zeile 5 der F i g. 8 und 9, d. h. der Zwischenspeicher ist in F i g. 8 in den Intervallen ti bis /5, tj bis fio und in F i g. S zu keinem Zeitpunkt gesetzt

Das UND-Glied UGA (Signale in Zeile 6) gibt in dem Alternativ-Weg über das ODER-Glied OCR zu dem Weg über das Verzögerungsglied A VG die Löschbedingung für den ausgangsseitigen Speicher SPA vor, und

ίο

zwar am negierten oberen Eingang abhängig vom Zustand des Zwischenspeichers und am unteren Eingang abhängig vom Zustand der Schwellwertstufe Idiff>-Der ausgangsseitige Speicher SPA wird zurückgestellt, wenn das UND-Glied UGA am Ausgang das Signal hochführt, so daß die Gleichung für das UND-Glied und damit für das Zurückstellen des Speichers lautet:

UCA = ST2- Idiff>.

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d. h. immer dann, wenn der Zwischenspeicher gelöscht ist und die Differenzgröße fo/Frden Ansprechwert idiffa überschreitet (in F i g. 8 zu keinem Zeitpunkt, in F i g. 9 in den Intervallen fi bis is, tt bis (io) wird der ausgangsseitige Speicher SPA zurückgesetzt und damit die Sper- is rung aufgehoben.

Tritt daher ein äußerer Fehler auf und bleibt dieser Fehler ein äußerer Fehler, dann erfolgt gemäß F i g. 8 keine Zurücksetzung des ausgangsseitigen Speichers über das UND-Glied UCA sondern nach 50 ms über die Stufe A VG. Die Sperrung der Differentialschutzeinrichtung bleibt daher nach dem Abschalten des äußeren Fehlers durch andere Schutzarten für 50 ms erhalten, so daß bis zu diesem Zeitpunkt alle maßgebenden Ströme weitgehend abgeklungen sind. Wird der äußere Fehler zu einem inneren Fehler bzw. tritt zusätzlich ein innerer Fehler auf. dann tritt nach einem Zurückstellen des Zwischenspeichers (was gemäß F i g. 8 auch bei einem äußeren Fehler immer wieder auftritt), der Signalzustand entsprechend der F i g. 9 für den Fall eines inneren Fehlers auf. d. h. der Zwischenspeicher wird danach nicht mehr gesetzt und der ausgangsseitige Speicher SPA unmittelbar gelöscht, d. h. die Auslösesperre wird in zutreffender Weise aufgehoben und der Differentialschutz kann den inneren Fehler zutreffend abschalten.

In der Schaltung nach den Fig.5 und 7 wird das zeitunterschiedliche Ansprechen durch entsprechend gewählte Ansprechwerte vorgegeben. Es ist denkbar, hierzu auch Zeitglieder, analog oder digital, zu verwenden, die ebenfalls die Fälle gemäß den Zeilen c und dder F i g. 6 deutlich unterscheiden.

Die Schwellwertstufen müssen nicht unbedingt gesonderte Stufen sein; sie können auch in den Eingängen der nachgeschalteten logischen Gatter integriert sein.

In den Figuren ist ein Schutzobjekt mit zwei An-Schlüssen dargestellt Es versteht sich jedoch, daß die Anzahl der Anschlüsse beliebig (n) sein kann, z. B. kann als Schutzobjekt ein Sammelschienensystem mit einer Vielzahl von Abgängen vorgesehen sein.

Die Vorteile der Erfindung liegen in folgenden Merkmalen:

1. Die Differentialschutzeinrichtung gemäß der Erfindung verhindert auch Fehlauslösungen aufgrund unterschiedlicher Übertragungseigenschaften, insbesondere unterschiedlicher Sättigung der Stromwandler.

2. Die Anforderungen an das Übertragungsverhalten der Stromwandler können daher niedriger gehalten werden, was sich günstig auf den Aufwand bzw. die Kosten auswirkt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Differentialschutzeinrichtung für ein Schutzobjekt mit η-Anschlüssen, denen jeweils ein Stromwandler und ein Leistungsschalter zugeordnet ist, wobei die Sekundärwicklungen der Stromwandler mit einem Differentialrelais derart zusammengeschaltet sind, daß durch das Relais eine Auslösung der zugeordneten Leistungsschalter erfolgt, wenn die Summe der im Knotenpunkt Schutzobjekt fließenden Wandlerströme (Stromsumme) ungleich Null ist, wobei eine Schaltung zur Stabilisierung des Differentialrelais gegen Fehlauslösungen, z.B. bei Stromwandlersättigungen, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsschaltung als Eingangsgrößen von mindestens einem Wandlersekundärstrom (i\, h) und der Stromsumme 2>J[wf) für beide Halbwellen abgeleitete Signale zugeführt sind, die in einer Stufe (UGS) derart logisch verknüpft sind, daß am Ausgang der Schaltung für eine vorgegebene Zeit ein die Auslösung sperrendes Signal ansteht, wenn das vom Summenstrom (idiffI abgeleitete Signal (Tdiff) zeitlich später als das vom WandlersekundSrstrom (i\ oder /2) abgeleitete Signal einen zugeordneten Ansprechwert O'diffa bzw. /μ oder T₂*) überschreitet

Z Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stufe zur logischen Verknüpfung Jn erstes UND-Glied (UGS) vorgesehen ist, von dem ein ,Eingang mit mindestens einer Schwellwertstufe (Il~> oder /2>) verbunden ist, die das vom Wandlersekundf-strom abgeleitete Signal als Eingangsgröße erhält und einen ersten Ansprechwert (TiA oder T2A) aufweist, und von dem ein zweiter Eingang Ober eine logische Negation mit einer Schwellwertstufe (Idiff>) verbunden ist. die das von der Stromsumme (idiff) abgeleitete Signal (Tdiff) als Eingangsgröße erhält und einen zweiten Ansprechwert (TqiffA) aufweist, der deutlich kleiner als der erste Ansprechwert ist.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert etwa um die Hälfte kleiner als der erste Schwellwert ist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten UND-Glied (UGS) der Setzeingang (S) eines ausgangsseitigen Speichergliedes (SPA) nachgeschaltet ist, das das Signal »Auslösung sperren« für die vorgegebene Zeit abgibt.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten UND-Glied (UGS) und dem ausgangsseitigen Speicherglied (SPA) ein Zähler geschaltet ist, der ein Setzen des Speichergliedes nur dann bewirkt, wenn das erste UND-Glied innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalles mindestens zweimal ein Ausgangssignal abgibt.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rückstelleingang (R) des ausgangsseitigen Speichergliedes (SPA) ein abfallverzögertes Zeitglied (A VG) zugeordnet ist.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rückstelleingang (R) des ausgangsseitigen Speichergliedes (SPA) alternativ über ein ODER-Glied (OGR) ein zweites UND-Glied (UGA) zugeordnet ist, das mit einem ersten Eingang über eine Negation mit dem Aus-

gang eines Zwischenspeichers (SPZ) verbunden ist. der zwischen das erste UND-Glied (UGS) und den ausgangsseitigen Speicher (SPA) geschaltet ist und am Rückstelleingang mit dem Ausgang eines dritten UND-Gliedes (UGR) verbunden ist, das zwei negierte Eingänge aufweist, die mit denselben Signalen wie das erste UND-Glied (UGS) beaufschlagt sind und daß das zweite UND-Glied (UGA) mit seinem anderen Eingang mit der Schwellwertstufe (Idiff> ) für die Stromsumme verbunden ist.