DE571981C

DE571981C - Selective protection device for multi-phase lines

Info

Publication number: DE571981C
Application number: DE1930571981D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1929-11-13
Filing date: 1930-09-27
Publication date: 1933-03-08

Description

Es ist bekannt, die Ströme oder Spannungen eines beliebigen Dreiphasensystems in zwei symmetrische Systeme zu zerlegen, von denen das eine (das· mitläufige System) die symmetrische Komponente, das andere (das gegenläufige System) die unsymmetrische Komponente des beliebigen Systems darstellt. Außerdem tritt im Erdschlußfalle in jeder Phase noch eine Einphasenkomponente (NuIlsystem) auf. Diese Komponente ist in allen drei Phasen gleich groß und hat die gleiche Phasenlage. Die Summe dieser letzten Komponenten ist identisch mit dem Summenstrom des Dreiphasensystems bzw. mit der NuIlpunktspannung des Systems.It is known to measure the currents or voltages of any three-phase system in to decompose two symmetrical systems, one of which (the · co-rotating system) the symmetrical component, the other (the opposing system) the asymmetrical one Component of any system. In addition, occurs in the event of an earth fault in each Phase still has a single-phase component (NuIlsystem). This component is in all three phases of the same size and has the same phase position. The sum of these last components is identical to the total current of the three-phase system or to the zero point voltage of the system.

Bezugnehmend auf die Figur werden mit I_a, Ij₁, I_c die Ströme bezeichnet, die in den Phasenleitern A, B und C eines beliebigen unr symmetrischen Dreiphasensystems fließen.With reference to the figure, I _a , Ij ₁ , I _c denote the currents which flow in the phase conductors A, B and C of any unsymmetrical three-phase system.

Wie oben erläutert, kann man diese Ströme in folgende drei Komponentengruppen zerlegen:As explained above, these currents can be broken down into the following three component groups:

1. In mitläufige Komponenten, bestehend aus drei gleich großen Strömen, und zwar je einem Strom in einem Phasenleiter, die gegenas einander um 120 elektrische Grade verschoben sind und dieselbe Drehrichtung haben wie das betrachtete unsymmetrische System. Dementsprechend enthält der Strom im Phasenleiter^ die Stromkomponente J_al, im Phasenleiter B die Stromkomponente k² J_ai und im Phasenleiter C die Stromkomponente k 7_al.1. In concurrent components, consisting of three currents of equal size, one current each in a phase conductor, which are shifted from one another by 120 electrical degrees and have the same direction of rotation as the asymmetrical system under consideration. Accordingly, the current in the phase conductor ^ contains the current component J _al , in the phase conductor B the current component k ² J _ai and in the phase conductor C the current component k 7 _al .

2. In gegenläufige Komponenten, die aus drei gleichen Strömen, und zwar je einem Strom pro Phasenleiter, bestehen, die gegeneinander um 120 elektrische Grade verschoben sind und entgegengesetzte Drehrichtung haben ,wie das betrachtete unsymmetrische System. Entsprechend fließt in dem Phasenleiter A eine Stromkomponente 7_a2, im Phasenleiter B eine Stromkomponente k 7_a2 und im Phasenleiter C eine Stromkomponente k² 7_a2.2. In opposing components, which consist of three equal currents, namely one current per phase conductor, which are shifted from one another by 120 electrical degrees and have opposite directions of rotation, like the asymmetrical system under consideration. Correspondingly, a current component 7 _a2 flows in the phase conductor A, a current component k 7 _a2 in the phase conductor B and a current component k ² 7 _a2 in the phase conductor C.

3. In Nullkomponenten, bestehend aus drei gleichphasigen Strömen zu je einem Strom 7_a0 pro Phase.3. In zero components, consisting of three in-phase currents, each with one current 7 _a0 per phase.

Der Operator k bezeichnet die Rotation eines Vektors um 120⁰, k² die Rotation um 240⁰. Die obenerwähnten Stromkomponenten genügen folgenden Gleichungen:The operator k denotes the rotation of a vector by 120 ⁰ , k ² the rotation by 240 ⁰ . The above mentioned current components satisfy the following equations:

JaYes

J η·> = J η> =

Ja + k² I_b + k I_e Yes + k ² I _b + k I _e

= ^aO + hl + = ^ aO + hl +

J₆ =J ₆ =

(5)(5)

(6)(6)

S ummenstromkomponente:Total flow component:

¹^ (Jso) = (Jao> -^aO) -^ao) · ¹ ^ ( Y so) = ( Y ao> - ^ aO) - ^ ao)

Mitläufige· Komponente:Concurrent component:

^ (7_Λ) = (Z₀₁₁^J₀₁, ft 7_Λ). Gegenläufige Komponente:^ (7 _Λ ) = (Z ₀₁₁ ^ J ₀₁ , ft 7 _Λ ). Opposing component:

5²(7_fl2) = (7_a2,Ä7_a2,Ä²7_fl2).5 ² (7 _fl2 ) = (7 _a2 , 7 _a2 , ² 7 _fl2 ).

S⁰, S¹ und S², bezogen auf die Ströme eines Dreiphasensystems, stellen Komponenten-S ⁰ , S ¹ and S ² , based on the currents of a three-phase system, represent component

vektoren dar, welche keine Drehung bzw. eine Drehung im raitläufigen bzw. eine Drehung im gegenläufigen Sinne haben.vectors which do not have a rotation or a rotation in the radial or a rotation have in the opposite sense.

Im Fehlerfalle treten die Stromkomponenten entsprechend der Natur und der Lage des Fehlers auf, und zwar ergibt sich bei den verschiedenen möglichen Fehlern folgendes:In the event of a fault, the current components occur according to the nature and location of the Error, with the various possible errors resulting in the following:

Bei Dreiphasenkurzschluß ist kein Erdschlußstrom vorhanden, und da die drei to Ströme gleich groß und um I2O° gegeneinander verschoben sind, sind die gegenläufige Komponente und die Nullkomponente gleich Null. Die mitläufige Komponente stellt den gesamten resultierenden Kurzschlußstrom dar. Bei einfachem Kurzschluß ist die Nullkomponente gleich Null, weil keine Erdverbindung besteht, und nur die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten bleiben übrig. Diese beiden Komponenten sind gleich groß, ao · ebenso die beiden entsprechenden Spannungskomponenten. With three-phase short circuit there is no earth fault current, and there the three to currents are the same size and shifted by I2O ° against each other, are the opposite Component and the zero component is zero. The moving component represents the total resulting short-circuit current. In the case of a simple short-circuit, the zero component is equal to zero, because there is no earth connection, and only the co-rotating and opposing components remain. These two components are of the same size, as are the two corresponding stress components.

Bei einfachem Erdschluß bilden die mitläufigen, gegenläufigen und Nullkomponenten den resultierenden Erdschlußstrom. Diese drei Komponenten sind gleich groß. Die Summe der Spannungskomponenten in der kranken Phase ist gleich Null.In the case of a simple earth fault, the concurrent, opposing and zero components form the resulting earth fault current. These three components are of equal size. The sum of the stress components in the sick phase is zero.

Bei Doppelerdschluß treten alle Komponenten des Stromes auf. Der gesamte Kurzschlußstroni ist die Summe dieser drei Komponenten, die verschiedenen Spannungskomponenten sind in diesem Fall gleich groß.In the case of a double earth fault, all components of the current occur. The entire short circuit troni is the sum of these three components, the various stress components are equal in this case.

Wegen der verschiedenen Werte des Stromes, die bei den möglichen Fehlern auftreten, ist es schwierig, Relaisschutzeinrichtungen zu bauen, die auf vorher bestimmte Fehlerbedingungen ansprechen. Hat man z. B. Impedanzrelais auf einen einfachen Kurzschluß zwischen zwei Phasen eingestellt, so werden sie in einer anderen Weise arbeiten, wenn ein Doppelerdschluß auftritt; denn es ist, wie aus den vorhergehenden Betrachtungen zu ersehen ist, die Spannung bei einem Kurzschluß dieselbe wie bei einem Doppelerdschluß. Der Strom ist jedoch bei Doppelerdschluß höher als bei einfachem Kurzschluß. Diese Vergrößerung des Stromes erfolgt durch Addition der Nullkomponenten. Die mitläufigen und gegenläufigen Komponenten des Stromes sind in beiden Fällen gleich groß.Because of the different values of the current that occur with the possible errors, it is difficult to build relay protection devices that will respond to predetermined fault conditions. One has z. B. Impedance relay set to a simple short circuit between two phases, so they will operate in a different way when a double earth fault occurs; because as can be seen from the foregoing considerations, it is the tension in one Short circuit the same as a double earth fault. However, the current is at double earth fault higher than with a simple short circuit. This increase in the current takes place by adding the zero components. The concurrent and opposing components of the current are the same in both cases.

Die Erfindung bezweckt eine solche Stromeinstellung der Schutzrelais zu ermöglichen, daß der Grad der Erregung solcher Relais für alle möglicherweise auftretenderi Fehler, außer Dreiphasenkurzschluß, derselbe ist. Um dies zu erreichen, werden erfindungsgemäß den einzelnen Phasenleitungen Relais zugeordnet, von denen jedes nur von einem Phasenstrom in der Weise erregt wird, daß diejenige Komponente des Stromes, welche in allen drei Phasen in gleicher Größe und Phasenlage vorkommt (Nullkomponente), auf die Relais unwirksam ist. Die für jede einzelne Phasenleitung vorgesehenen Schutzrelais werden zwischen die 'entsprechenden freien Enden der Sekundärwicklungen von in den zu schützenden Phasenleitungen angeordneten Stromwandlern und eine Sternpunktsleitung dieser Wandler gelegt. Um den Einfluß der Nullkomponenten auf die Schutzrelais unwirksam zu machen, wird gemäß der weiteren Erfindung zu jedem der Relais ein Nebenschluß gelegt, der vom Summenstrom der Dreiphasenleitungen beeinflußt wird. Als solchen Nebenschluß verwendet man vorzugsweise die Sekundärwicklungen von Hilfswandlern, deren Primärwicklungen in Reihenschaltung in der Sternpunktsleitung der Hauptwandler liegen.The invention aims to enable such a current setting of the protective relays, that the degree of excitation of such relays for all errors that may occur, except Three phase short circuit, is the same. In order to achieve this, according to the invention the Relay assigned to individual phase lines, each of which only carries one phase current is excited in such a way that that component of the current which in all three Phases in the same size and phase position occur (zero component) on the relay is ineffective. The protective relays provided for each individual phase line are between the 'corresponding free ends of the secondary windings in those to be protected Phase lines arranged current transformers and a neutral point line of these converters laid. To the influence of the To make neutral components on the protective relay ineffective, is according to the further Invention placed a shunt for each of the relays, which is influenced by the total current of the three-phase lines. as such a shunt is preferably used the secondary windings of auxiliary transformers, whose primary windings are connected in series in the star point line of the main transformer.

Die Figur zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung für den Schutz eines Dreiphasensystems. The figure shows an application example of the invention for the protection of a three-phase system.

In den drei Phasenleitungen A₁ B und C liegen Stromwandler, deren Sekundärseiten in Stern geschaltet sind. Von den Sekundärwicklungen 11, 12 und 13 dieser Wandler führen entsprechende Leiter 14, 15 und 16 über Schutzrelais 17, 18, 19 zu einem Leiter 20, der mit dem Sternpunkt der Stromwandler verbunden ist. Als Schutzrelais kann irgendeine übliche Relaistype verwendet werden. Im besonderen ist die Erfindung auch für Schutzsysteme mit Impedanzrelais anwendbar.In the three phase lines A ₁ B and C there are current transformers whose secondary sides are star-connected. Corresponding conductors 14, 15 and 16 lead from the secondary windings 11, 12 and 13 of these converters via protective relays 17, 18, 19 to a conductor 20 which is connected to the star point of the current converters. Any common type of relay can be used as a protective relay. In particular, the invention can also be used for protection systems with impedance relays.

In der Figur sind die Relais schematisch dargestellt, und zwar sind nur die Stromanschlüsse für die Relais gezeichnet. Die Spannungsspulen werden in irgendeiner üblichen Weise entsprechend dem Potential, das auf den Leitern A₁ B und C besteht, erregt. Bei normalen Bedingungen in dem zu schützenden Stromkreis werden die Stromspulen der Relais durch gleiche Ströme, welche gleichmäßige Phasenverschiebung untereinander haben, erregt. Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Kurz- oder Erdschlusses, werden sie ungleichmäßig erregt.In the figure, the relays are shown schematically, and only the power connections for the relays are drawn. The voltage coils are energized in any conventional manner in accordance with the potential existing on conductors A ₁ B and C. Under normal conditions in the circuit to be protected, the current coils of the relays are excited by the same currents, which have a uniform phase shift between them. When a fault occurs, for example a short circuit or earth fault, they are excited unevenly.

Im Zuge der Sternpunktsleitung 20 sind drei Stromwandler 21, 22, 2.3 angeordnet, welche von dem im Leiter 20 fließenden Summenstrom erregt werden. Das Übersetzungsverhältnis der Wandler 21, 22, 23 wählt man, wie Versuche ergeben haben, bei Verwendung von Impedanzrelais vorteilhaft mit 15 zu 5. Das eine Ende der Sekundärwicklungen dieser Wandler ist durch einen Leiter 24 mit inem Sternpunktsleiter 20 verbunden. Das freie Ende jeder Sekundärwicklung ist mit Leitern 14, 15, 16 in der Weise verbunden, daß der Verbindungspunkt zwischen den entsprechenden Relais 17, 18, 19 und den zuehörigen Sekundärwicklungen 11,12,13 liegt.In the course of the star point line 20, three current transformers 21, 22, 2.3 are arranged, which are excited by the total current flowing in the conductor 20. The gear ratio the converter 21, 22, 23 is selected, as tests have shown, when used of impedance relays advantageous with 15 to 5. One end of the secondary windings of these transducers is through a conductor 24 with inem star point conductor 20 connected. The free end of each secondary winding is with Ladders 14, 15, 16 connected in such a way that that the connection point between the corresponding relays 17, 18, 19 and the associated Secondary windings 11,12,13 lies.

Beim Auftreten eines Fehlers, mit Ausnahme eines gleichmäßigen Dreiphasenkurzschlusses und eines einfachen Kurzschlusses, treten die mitläufigen, gegenläufigen und Nullkomponenten auf, und zwar fließen diese in der in der Figur eingezeichneten Richtung. Die Nullkomponenten werden veranlaßt, durch die Sekundärwicklungen der Hilfswandler 21, 22, 23 zum Sternpunktsleiter 20 zu fließen. Daher werden die Relais 17, 18, 19 nur entsprechend den mit- und gegenläufigen Komponenten der entsprechenden Phasen A, B und C erregt.When an error occurs, with the exception of a uniform three-phase short circuit and a simple short circuit, the concurrent, opposing and zero components occur, and they flow in the direction shown in the figure. The zero components are caused to flow through the secondary windings of the auxiliary converters 21, 22, 23 to the star point conductor 20. Therefore, the relays 17, 18, 19 are only energized in accordance with the components of the corresponding phases A, B and C moving in the same direction and in opposite directions.

Diese Methode zur Absonderung der NuIlkomponenten bei einem Relaisschutzsystem gibt die Gewähr, daß ein bestimmter Relaissatz mit Sicherheit anspricht, ohne Rücksicht auf die Art des im System auftretenden Fehlers. This method of isolating the basic components in a relay protection system gives the guarantee that a certain relay set responds with certainty, regardless on the type of error occurring in the system.

Claims

Patent claims:

i. Selective protection device for multi-phase Lines with relays, e.g. impedance relays, which are fed by current transformers connected in star, characterized in that the zero component of the current in the relay circuits is suppressed, preferably in that a special current path is parallel to each relay, through which the corresponding zero component of the current of one in the common. Transformer zero point line lying suction transformer (21, 22, 23) is sucked off.

2. Device according to claim 1, characterized in that the three times many turns than the primary winding of the secondary windings Suction transformers (21, 22, 23) on the one hand connected in star and on the other hand to the connecting line leading from each converter phase (11, 12, 13) to the relay are connected, and that the primary windings of the suction transformers are connected in series.

1 sheet of drawings