DE407255C - Differentialschutzschaltung fuer Transformatoren - Google Patents

Description

(S 64050

Zur Anzeige von Fehlern in Transformatoren und zur Betätigung von Relais beim Auftreten solcher Fehler benutzt man Schaltungen, deren Anzeigegerät von dem Unterschied zwischen Primär- und Sekundärstrom — die Stromstärken auf gleiche Windungszahl reduziert gedacht — oder dem zwischen primärer und sekundärer Leistung beeinflußt wird. In beiden Fällen wird der Unterschied zwischen den beiden Vergleichsgrößen beim Auftreten von Fehlern größer, so daß an der Vergrößerung des Ausschlages im Anzeigerät das Auftreten von Fehlern erkannt werden kann. Ein Mangel dieser Anordnungen ist, daß die von ihnen angezeigten Größen nicht von den Fehlern allein beeinflußt werden, so daß die Anzeigegeräte auch schon bei fehlerfreiem Zustand des Transformators Ausschlag geben und nur die Ausschlagsänderung die Fehlergröße angibt. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Anzeige sehr beeinträchtigt.

Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel dadurch vermieden, daß der Ausschlag des Anzeigegerätes bei fehlerfreiem Zustand des Transformators durch den Einfluß zusätzlicher Schaltteile rückgängig gemacht wird, so daß der verbleibende Ausschlag allein von Leistungen oder Strömen herrührt, die ihre Ursache in Fehlern des Transformators haben. Es ist klar, daß hierdurch eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit erzielt wird. Die Frage, ob eine Leistungs- oder Strommessung in einer Schaltung vorliegt, ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Sie ist auch nicht immer mit Bestimmtheit im einen oder anderen Sinne zu beantworten, da z. B. ein dynamometrischer Strommesser mit Fremderregung in einen Leistungsanzeiger übergeht, sobald als Fremderregung die zugehörige Spannung verwendet wird.

In den Abbildungen ist die Schaltung gemäß der Erfindung in Anwendung auf Differentialstrommessung dargestellt. Hierbei wird im Anzeigegerät die Differenz des Primär- und Sekundärstromes oder, genauer gesagt, die geometrische Summe der beiden für fehlerfreien Zustand des Transformators — das ist der normale Magnetisierungsstrom — kompensiert, so daß nur eine Erhöhung des Magnetisierungsstromes infolge von Kurzschluß Ausschlag im Anzeigegerät hervorruft.

Die Abb. 1 zeigt die bekannte schematische Darstellung der Zusammensetzung der Amperewindungen, die im folgenden mit A.W. abgekürzt bezeichnet sind, a, b ist die normale A.W.-Zahl des Primärstromes des zu prüfenden Trans-

formators, b, c die im wesentlichen entgegenwirkende normale A.W.-Zahl des Sekundärstromes, a, c die geometrische Summe der beiden, d. h. die normale A.W.-Zahl des Magnetisierungsstromes. Bei Fehlern im Eisen oder in der Wicklung entstehen Kurzschlußstrcme, die in gleicher Weise wirken wie eine Verstärkung der Wattkomponente des Magnetisierungsstromes. Die gestrichelten Linien zeigen die Versehiebung des A. W.-Dreiecks beim Auftreten eines Fehlers. Die Phase des Feldes ist durch die Linie a-d angegeben, a, b' ist die primäre, V, c' die sekundäre und a, c' die magnetisierende A.W.-Zahl in dem fehlerhaften Transfoimaior, letztere einschließlich der Verlustströme. Der Fehler wird erfindungsgemäß erkannt durch Messung des Unterschiedes zwischen der magnetisierenden A.W.-Zahl a, c' und der normalen magnetisierenden A.W.-Zahl a, c.
Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schutzschaltung. 1 und 2 sind die Primärleitungen, 3 und 4 die Sekundärleitungen des zu überwachenden Leistungstransformators mit der Primärwicklung 5 und der Sekundärwicklung 6. In den Kreis des Primärstromes ist ein Stromwandler mit der Primärwicklung 7 und Sekundärwicklung S₁ in den Kreis des Sekundärstromes ein solcher mit der Primärwicklung 9 und der Sekundärwicklung 10 geschaltet. Beide arbeiten in Parallelschaltung auf einen Stromzeiger 22. Als Stromzeiger wird zweckmäßig zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein Gerät mit Fremderregung genommen. Beispielsweise kann die fremderregte Spule, es sei die feste oder bewegliche, über einen Spannungswandler 24 an die Netzspannung gelegt sein mit Vorschaltung eines Blindwiderstandes 23, der die Phase ihres Stromes ungefähr gleich der des Magnetisierungsstromes macht. Die Über-Setzungsverhältnisse der Stromwandler 7, 8 und 9,10 sind so gewählt, daß die Sekundärstrcme in 8 und 10 sich so zueinander verhalten, wie die A.W.-Zahlen in den Wicklungen 5 und 6. Der beschriebene Teil der Schaltung würde in dem Strommesser 22 beim Auftreten von Fehlern die magnetisierende A.W.-Zahl allgemein entsprechend der Strecke a-c' zur Anzeige bringen. Es sind nun weitere Schaltungsteile vorgesehen, die ebenfalls auf das Anzeigegerät 22 wirken und darin für sich allein einen Ausschlag entsprechend dem normalenMagnetisierungsstrom, gegeben durch die Strecke a-c der Abb. 1, hervorrufen würden. Diese Teile sind so geschaltet, daß die Wirkung des Magnetisierungsstromes entgegengesetzt der des Primär- und Sekundärstromes ist, so daß schließlich eine A.W.-Zahl zur Anzeige kommt entsprechend der Strecke c-c' in der Abb. 1. An die primäre Klemmenspannung ist ein magnetisches Modell des Haupttransformators mit der Primärwicklung 11 und dem Kern 13 gelegt. Das Modell besitzt die gleiche Magnetisierungskurve wie der : Haupttransformator. Seine Primärwicklung ; und sein Eisenkern sind so bemessen, daß bei Leerlauf gleiche primäre Klemmenspannung in Haupttransformator und Modell die gleiche Kraftliniendichte hervorruft. Vernachlässigt man nun die geringen Abweichungen der Stärke ι des Hauptfeldes und der erzeugenden A.W. bei belastetem gesunden Transformator von den entsprechenden Größen bei Leerlauf, so kann man die A.W.-Zahl und die Stromstärke im Modell bei Leerlauf proportional der resultierenden A.W.-Zahl des gesunden Haupt-Lransformaiors bei gleicher Spannung setzen. Das Modell ist nun weiter auch so bemessen, daß die Phasenverschiebung des Magneiisierungsstromes gegen das Feld gleich derjenigen im Haiipttransformator ist. Dann stellt also der Leerlaufstrom des Modells die resultierenden A.W. des Haupttransformators nach Größe und Phase richtig dar. Dieser Leerlaufstrom arbeitet nun durch Vermittlung des Stromwandlers 18, 19 auf den Stromzeiger 22. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers 18, 19 ist so gewählt, daß der Sekundärstrom in 19 sich zu den Strc'men in 8 und 10 verhält wie die normalen resultierenden zu den jeweils vorhandenen primären und sekundären A.W. go

Man kann auch, da die E. M. K. des Hauptfeldes von der sekundären Klemmenspannung bei gesundem Transformator ebenso wie von der primären wenig abweicht, das Modell nach der zuletzt beschriebenen Schaltung an die sekundären Leitungen 3, 4 anschließen.

Von Vorteil ist es, an der Seite des Kaupttransformators anzuschließen, die Niederspannung führt, weil dann Isolation und Wicklung des Modells billiger werden.

Auch kennte man den Strom, der der resultierenden A.W.-Zahl entspricht, zum Teil einem primär, zum Teil einem sekundär angeschlossenen Modell entnehmen. Auf diese Weise kennte den Schwankungen der resultierenden A.W.-Zahl mit der Belastung Rechnung getragen werden. Die gesuchte A.W.-Zahl schwankt ja wie die E. M. K. des von ihr erzeugten Hauptfeldes, die eine mittlere, von den Scheinwiderständen n₀ der Primär- und Sekundärspulen abhängige Lage zwischen primärer und sekundärer Klemmenspannung hat. Man müßte aber in solchem Falle der Verringerung der Sekundärspannung gegenüber der bei gesundem Trans- u₅ formator durch Erhellung der Leerlaufstromstärke im sekundären Modell mittels Ausschaltung von Widerstand Rechnung tragen und auf normale Sekundärspannung reduzieren.

In einfacherer Weise ist es möglich, die resultierende A.W.-Zahl dadurch genauer darzustellen, daß man bei Verwendung nur

Claims (3)

eines Modells durch eine Zusatzschaltung den Leerlaafstrom des Modells in einer der Belastung , entsprechenden Weise abändert, indem man bei ; primär angeschlossenem Modell der Belastung entsprechenden Widerstand in den Leerlaufstromkreis einschaltet oder bei sekundärem j ausschaltet, so da'J der Leerlauf strom nicht der Klemmenspannung, sondern der E. M. K. des | Hauptfeldes bei gesundem Transformator ent- spricht. I Eine Vereinfachung der Schaltung kann noch dadurch herbeigeführt werden, daß die Primärwicklungen der Stromwandler auf eine gemeinsame Sekundärwicklung arbeiten. Eine Anordnung der Schaltteile, die den normalen Magnetisierungsstrom im Stromzeiger mit dem richtigen Reduktionsfaktor genau zur Geltung bringen kann, ist in Abb. 3 beispielsweise dargestellt. An die Primärseite des zu i prüfenden Transformators, also an das Netz selber, ist ein magnetisches Abbild des zu prüfenden Transformators 5, 6 angelegt, dessen [ Primärwicklung mit 11 und Sekundärwicklung ; mit 12 bezeichnet sind. Das Material und die Abmessungen ~ des Eisenkernes 13 sind so ge- ■ wählt, daß die primären und sekundären A.W.-Zahlen proportional und phasengleich den entsprechenden des Haupttransformators 5, 6 bleiben, wenn die sekundäre ' Belastung, die einen regelbaren Ohmschen L Widerstand 14 und einen regelbaren induktiven ι oder kapazitiven Widerstand 15 enthält, pro- | porüonal der wirklichen Belastung des Haupt- ] transformators geändert wird. Beispielsweise können die Verhältnisse so gewählt sein, daß der Primär- und Sekundärstrom in den Wicklungen 11 und 12 ein Prozent des Stromes ist, der bei gesundem Transformator in den Wicklungen 5 und 6 fließt. Die resultierende A. W.- Zahl in dem magnetischen Abbild ist dann auch proportional derjenigen in dem gesunden Transformator 5, 6. Um diese resultierende A. W.-Zahl des Abbildes für eine beliebige Belastung des Haupttransformators zu erhalten, regelt man nach den Angaben des Stromzeigers 16 und des Phasenzeigers 17 an dem Ohmschen und induktiven Widerstand 14 und 15 Stromstärke und Phase nach der in der Leitung 3, 4 vorhandenen ein, erstere so, wie es dem gewählten Proportionalitätsfaktor entspricht. Die in der Sekundärleitung 3, 4 in Wirklichkeit vorhandene Stromstärke wird bei fehlerhaftem Transformator durch Senkung der j Sekundärspannung geringer ausfallen wie bei gesundem Transformator 5,6. Man kann sie aber leicht durch Vergleich der Sekundärspannung an 6 mit der Primärspannung an 5 auf den | Wert reduzieren, den sie bei gesundem Transformator haben würde, und auf den entsprechenden proportionalen Wert, z. B. ein Prozent, muß man den Stromzeiger 16 einregeln. Die Berücksichtigung der Sekundärspannung erübrigt sich, wenn der Scheinwiderstand der Belastung des Haupttransformators bekannt ist. Dann werden die Widerstände 14 und 15 nach diesem eingestellt. Der Primärstrom des Abbildes wirkt nun mittels des Stromwandlers 18,19 und der Sekundärstrom mittels des Stromwandlers 20,21 auf den Stromzeiger 22. Die Windungszahlen dieser Stromwandler sind so gewählt, daß die Sekundärströme in 19 und 21 den A.W.-Zahlen in 11 und 12 proportional sind. Der von den Wicklungen 19 und 21 erzeugte Strom in 22 ist also proportional der resultierenden A. W.Zahl des magnetischen Abbildes und damit auch proportional der resultierenden A. W.-Zahl, wie sie in dem gesunden Haupttransformators, 6 bei der vorhandenen Belastung sein würde. Der Proportionalitätsfaktor für die resultierende A. W.-Zahl des gesunden Haupttransformators muß natürlich derselbe sein, wie der für die primäre und sekundäre A. W.-Zahl, denen die Ströme in den Spulen 8 und 10 (Abb. 2) entsprechen. 8ς Patent-Ansprüche:

1. Differentialschutzschaltung für Transformatoren, bei der der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärstrom benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung go des Primär- und Sekundärstromes auf das Anzeigegerät vermehrt wird um die in umgekehrter Richtung erfolgende Wirkung eines zusätzlichen, dem noimalen Magnetisierungsstrom proportionalen und phasengleichen Stromes.

2. Differentialschutzschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Strom der erforderlichenfalls transformierte Leerlauf strom eines magnetischen Abbildes des zu prüfenden Transformators dient, das an die Primär- oder Sekundärklemmen angeschlossen ist.

3. Differentialschutzschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Strom aus zwei erforderlichenfalls transformierten Teilströmen geometrisch zusammengesetzt ist, deren einer der Primärstrom und deren anderer der Sekundärstrom eines magnetischen Abbildes des zu prüfenden Transformators ist, das an die primäre Klemmenspannung angeschlossen und mit Regelwiderständen im Sekundärkreis versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.