DE586577C

DE586577C - Differential protection arrangement

Info

Publication number: DE586577C
Application number: DE1930586577D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Geise
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1930-02-13
Filing date: 1930-02-13
Publication date: 1933-10-23

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 23. OKTOBER 1933ISSUED OCTOBER 23, 1933

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21c GRUPPE 68 soCLASS 21c GROUP 68 so

2i c G 66.2i c G 66.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Februar 1930 abPatented in the German Empire on February 13, 1930

Bei Transformatoren wird durch den Differentialschutz der herein- und herausfließende Strom verglichen. Tritt ein innerer Fehler auf, so nimmt der Transformator mehr Strom auf als er abgibt. In dem Relais tritt ein entsprechender Strom auf, der die Abschaltung herbeiführt. Ändert 'man das Übersetzungsverhältnis des Transformators, so muß man auch im Stromwandlerkreis eine Änderung vornehmen, damit bei gesundem Transformator die Ströme von der Primär- und Sekundärseite in ihrer Einwirkung auf das Differentialrelais sich aufheben. Dies wird meistens durch Umzapfen der Stromwandler oder der Zwischenwandler erreicht. Unterläßt man dies, so entsteht ein Differenzstrom über das Relais. Bei Kurzschlüssen im Netz steigt dieser Strom derartig an, daß der Transformator unberechtigterweise abgeschaltet wird. Das Umzapfen des Differentialschutzes ist lästig und wird leicht vergessen. In neuerer Zeit werden auch die Großtransformatoren immer häufiger so eingerichtet, daß man das Übersetzungsverhältnis im Betriebe ändern kann. Dies geschieht . durch sogenannte Lastumschalter oder Regulierschalter. Das Umzapfen wird meist mehrmals am Tage vorgenommen, je nachdem die Belastungsverhältnisse es verlangen. Auf diese Weise kann man z. B. die Verbraucherspannung konstant erhalten. Bei derartigen Regel- oder Reguliertransformatoren kann man einen Differentialschutz in der bisher üblichen' Art nicht anbringen, da ein jedesmaliges Umschalten der Strom- oder Hilfswandler ganz unmöglich ist und nur zu Störungen führen würde.In the case of transformers, the inward and outward flowing through the differential protection Compared to electricity. If an internal fault occurs, the transformer consumes more current than it delivers. In the relay a corresponding current occurs, which causes the shutdown. If you change that Transformation ratio of the transformer, one must also have a Make a change so that the currents from the primary and secondary side have an effect on a healthy transformer the differential relay cancel each other out. This is mostly done by tapping the current transformer or the intermediate converter reaches. Failure to do this will result in a differential current through the relay. In the event of a short circuit in the network, this current increases to such an extent that the transformer is switched off without authorization will. Tapping the differential protection is a nuisance and is easily forgotten. In recent times, large transformers have also been set up more and more frequently in such a way that that you can change the gear ratio in the company. this happens . by so-called diverter switches or regulating switches. The tapping is usually several times made on the day, depending on the load conditions demand it. In this way you can z. B. the consumer voltage received constant. With such regulating or regulating transformers you can use a differential protection in the previously Do not attach the usual 'type, since the current or auxiliary transformers have to be switched over every time is quite impossible and would only lead to disturbances.

Es soll jetzt angenommen werden, ein Transformator habe einen Differentialschutz, der so abgeglichen ist, daß über das Relais kein Strom fließt.Let us now assume that a transformer has differential protection, which is balanced in such a way that no current flows through the relay.

Reguliert man nun den Transformator, z. B. in den Grenzen + 10 °/₀, so ergibt dies bei 5 A-Stromwandlernormalstrom im Relaiskreis einen Fehlerstrom vo.n 0,1 · 5 = + 0,5 A. Dies würde bei gesundem Betrieb und der meist üblichen Ansprechstromstärke von ι bis 2 A für das Differential relais nicht schaden. Wie schon erwähnt, wächst jedoch bei einem kurzschlußartigen Überstrom der Fehlerstrom so weit an, daß das Relais auslöst.If you now regulate the transformer, e.g. B. in the limits of + 10 ° / ₀ , this results in a 5 A current transformer normal current in the relay circuit a fault current of 0.1 · 5 = + 0.5 A. This would be in healthy operation and the most common response current strength of ι up to 2 A for the differential relay does not harm. As already mentioned, however, in the event of a short-circuit-like overcurrent, the fault current increases so much that the relay trips.

Man kann hiergegen nur Abhilfe schaffen, wenn man ein Mittel ausfindig macht, welches den Differentialschutz bei Kurzschlüssen im Netz außer Betrieb setzt, ihn dagegen betätigt bei Störungen im Innern des Transformators oder innerhalb des von den Stromwandlern eingegrenzten Teiles der Anlage. Die nachstehend beschriebene Erfindung erfüllt in neuartiger Weise diese Bedingungen.You can only remedy this if you find a remedy, which deactivates the differential protection in the event of a short circuit in the network, but activates it in the event of malfunctions inside the transformer or within the current transformers delimited part of the system. The invention described below is more novel Way these conditions.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

. Dipl.-I.ng. Fritz. Geise in Berlin-Wilmersdorf. . Dipl.-I.ng. Fritz. Geise in Berlin-Wilmersdorf.

Um die Arbeitsweise einer solchen Einrichtung zu zeigen, ist in Abb. ι ein normaler Differentialschutz dargestellt, ι und 2 seien Primär- und Sekundärseiten eines Transformators, 3 und 4 die zugehörigen Stromwandler, deren Sekundärseiten 5 und 6 das Differentialrelais 8 enthalten. Dieser Kreis ist der Einfachheit halber nur einpolig gezeichnet. Bei normalem Betrieb rufen die Ströme J₁ und J₂ der Hochvoltseiten der Wandler die entsprechenden Wandlersekundärströme /_s und /₄ hervor. Sie fließen um das Differentialrelais 8 herum, das stromlos bleibt.In order to show the operation of such a device, a normal differential protection is shown in Fig. For the sake of simplicity, this circle is only drawn unipolar. During normal operation, the currents J ₁ and J _{2 of} the high-voltage sides of the converters _{produce the corresponding converter secondary currents / s} and / ₄ . They flow around the differential relay 8, which remains de-energized.

In Abb. 2 ist der Differentialstromkreis nochmals für eine Phase dargestellt. Es sei in der Wicklung 1 an der Stelle 10 ein Kurzschluß eingetreten, der von dem Kurzschlußstrom/g gespeist wird. Kan» der Transformator auch von seiner Sekundärseite Energie bekommen, so¹ entsteht noch der Strom /₀. Die zugehörigen Sekundärströme J₇ und /₈ fließen einander entgegen und lösen das Relais aus.In Fig. 2 the differential circuit is shown again for one phase. Assume that a short circuit has occurred in winding 1 at point 10, which is fed by the short circuit current / g. If the transformer can also get energy from its secondary side, then ¹ the current / ₀ is still produced. The associated secondary currents J ₇ and / ₈ flow in opposite directions and trigger the relay.

Das Ergebnis ist also folgendes: Ströme in Richtung J₇ und /₈ oder umgekehrt müssen den Schutz betätigen (Abb. 3). Fließen dagegen zwischen den Punkten 12-9 und 9-11 Überströme J₉ und J₁₀ in gleicher Richtung, so liegt ein Netzkurzschluß vor, und ' der Schutz muß verriegelt werden.The result is the following: currents in the direction of J ₇ and / ₈ or vice versa must activate the protection (Fig. 3). If, on the other hand, overcurrents J ₉ and J ₁₀ flow in the same direction between points 12-9 and 9-11, there is a mains short circuit and the protection must be locked.

Diese Auswahl kann man am besten durch ein wattmetrisches Relais treffen, dessen eines System, 13, z. B. zwischen den Punkten 12-9 eingeschaltet ist und dessen anderes System, 14, zwischen 9 und 1 r liegt, also vom anderen Stromwandler gespeist wird. Ein Netzkurzschluß gibt dann eine bestimmte Ausschlagrichtung, ein Defekt im Transformator entweder keinen oder, bei beiderseitiger Speisung des Transformators, einen entgegengesetzten Ausschlag. Der Ausschlag bei Netzkürzschluß verhindert das Schalten des Differentialschutzes, z. B. durch Stromunterbrechung. This selection can best be made by a wattmetric relay, its a system, 13, e.g. B. is switched on between points 12-9 and the other System, 14, lies between 9 and 1 r, i.e. from another current transformer is fed. A network short circuit then gives a certain Direction of deflection, a defect in the transformer either none or, if both sides Feeding the transformer, an opposite swing. The rash at Mains short circuit prevents the differential protection from switching, e.g. B. by power interruption.

Zweckmäßigerweise läßt man die Verriegelung des Differentialrelais erst dann eintreten, wenn beide Wandlerstromkreise Überstrom führen. Dies kann entweder durch Einfügen von Überstromrelais geschehen oder durch stark gesättigte Kraftlinienwege im wattmetrischen Relais. Durch die letzte Maßnahme erreicht man, daß das wattmetrische Relais nicht bei einem ganz großen Strom in dem einen System und bei einem kleinen Strom im anderen System in Tätigkeit tritt. Die Kraft jedes einzelnen Systems ist vielmehr nach oben hin begrenzt, so daß eine Wirkung nur erreicht wird bei Strömen von annähernd gleicher Größenordnung in beiden Systemen. Anstatt die wattmetrischen Systeme von den beiden Stromwandlerkreisen zu speisen, kann man auch den Differenzstrom benutzen.It is advisable to only allow the differential relay to lock if both converter circuits carry overcurrent. This can either be done by pasting happen by overcurrent relays or by strongly saturated force line paths in wattmetric Relay. The last measure ensures that the wattmetric relay does not operate with a very large current in one system and with a small current in the other system. The power of each individual system is rather limited upwards, so that one Effect is only achieved with currents of approximately the same order of magnitude in both Systems. Instead of feeding the wattmetric systems from the two current transformer circuits, the differential current can also be used use.

Dieses Prinzip soll in Abb. 4 erläutert werden.This principle is explained in Fig. 4.

Es seien 13-15 und 14-16 wattmetrische Relais, bei denen in irgendeiner Weise die eine Spule von dem Wandlerstrom, die andere Spule von dem Differenzstrom gespeist werden. Bei einem Fehler im Transformator zeigt sich eine bestimmte Ausschlagrichtung, bei der der Schutz arbeiten soll. Bei Netzkurzschlüssen' zeigen die Wattmeter keinen Ausschlag, wenn der Differenzstrom = ο ist, da eine Spule stromlos ist. Tritt bei Netzkurzschluß ein Differenzstrom auf, so schlägt das eine wattmetrische Relais nach der einen Seite, das andere wattmetrische Relais nach der anderen Seite aus. Man kann die Kontakte nun so einrichten, daß in diesem Fall der Schutz nicht ansprechen kann.Let it be 13-15 and 14-16 wattmetric Relays in which one coil of the converter current, the other coil of the differential current in one way or another be fed. In the event of a fault in the transformer, a certain direction of deflection is evident, where the protection is supposed to work. In the event of a mains short circuit, the wattmeters do not show any Scale when the differential current = ο, because a coil is de-energized. Occurs in the event of a network short circuit If a differential current occurs, one wattmetric relay hits one side and the other wattmetric relay looks up the other side. You can now set up the contacts so that in this case the protection cannot respond.

Wie schon oben gesagt, ist es gut, die Verriegelungdes Differentialschutzes erst vorzunehmen, wenn Überstrom eintritt. Durch zweckmäßige Anordnung läßt es sich nun erreichen, daß das Wattmeterrelais gleichzeitig Überstromrelais ist. Abb. 5 zeigt beispielsweise eine derartige Anordnung. 17 und 18 seien zwei Eisenkerne, welche die Erreger spulen 13 und 14 tragen. Sie liegen in den Stromwandlerkreisen (Abb. 6). Vor den Eisenkernen befindet sich ein Doppelanker 19, 20, der in den Lagern 21, 22 drehbar ist und durch die Feder 23 von dem Kern abgezogen wird, wobei sich der Kontakt 24 schließt. In dieser Stellung kann der Differentialschutz auslösen. Die Spule 15, 16 magnetisiert beide Anker, sie wird vom Differenzstrom durchflossen. Solange der Differenzstrom =a ist, wirkt das Relais als reines Überstromrelais. Durch Abheben des Kontaktes 24 bei Überstrom verhindert es das Ansprechen des Differentialschutzes. Fließt dagegen ein Differenzstrom über die Spule 15, 16, so werden die Anker 19, 20 trotz des Überstromes von den Polen 17, 18 weggedrückt, 24 bleibt geschlossen, und der Schutz arbeitet. Fließt bei Netzkurzschluß ein Differenzstrom, so will ein wattmetrisches System anziehen, das andere abstoßen; der Einfluß des Differenzstromes hebt sich auf, da die Anker 19, 20 starr verbunden sind. Diesem Vorgang überlagert sich das Anziehen der Anker durch den Überstrom. Ist der bestimmte Wert erreicht, so spricht das Relais an, und der Schutz ist verriegelt. Wird ein Transforma-' tor fehler nur von einer Seite gespeist, so stößt das zugehörige wattmetrische System kräftig den Anker ab. Das zweite wattmetrische System erfährt eine Anziehung, wenn in diesem Falle noch ein Betriebsstrom ins Netz fließt. Anziehung und Abstoßung hebern sichAs I said above, it is good to lock the Differential protection only when overcurrent occurs. By expedient arrangement, it can now be achieved that the wattmeter relay at the same time Overcurrent relay is. For example, Fig. 5 shows such an arrangement. 17 and 18 are two iron cores that carry the pathogen coils 13 and 14. They are in the current transformer circuits (Fig. 6). In front of the iron cores there is a double anchor 19, 20, which is rotatable in the bearings 21, 22 and pulled off the core by the spring 23 is, the contact 24 closes. In this position the differential protection trigger. The coil 15, 16 is magnetized both armatures, the differential current flows through them. As long as the differential current = a the relay acts as a pure overcurrent relay. By lifting the contact 24 at Overcurrent prevents the differential protection from responding. Flows against it Differential current across the coil 15, 16, the armature 19, 20 will be despite the overcurrent pushed away from poles 17, 18, 24 remains closed and the protection works. If a differential current flows in the event of a network short circuit, a wattmetric system will attract, repel the other; the influence of the differential current is canceled out because the armature 19, 20 are rigidly connected. The tightening of the anchors is superimposed on this process the overcurrent. If the certain value is reached, the relay responds, and the Protection is locked. If a transformer fault is only fed from one side, then it hits the associated wattmetric system strengthens the anchor. The second wattmetric The system experiences an attraction if, in this case, there is still an operating current in the grid flows. Attraction and repulsion cancel each other out

ungefähr auf. Die Spannfeder 23 hält den Kontakt 24 geschlossen, und der Schutz arbeitet. Wie man sieht, erfüllt ein derartiges Relais alle gestellten Bedingungen. Man kann statt des Doppelrelais auch zwei getrennte Relais benutzen mit je einem Kontakt. Auch bei einer solchen Anordnung ziehen beide Relais gleichzeitig nur bei Netzkurzschluß an und verriegeln.approximately on. The tension spring 23 keeps the contact 24 closed and the protection works. As you can see, such a relay fulfills all the conditions. One can Use two separate relays with one contact each instead of the double relay. Even With such an arrangement, both relays only pull in at the same time in the event of a mains short circuit and lock.

Durch Anbringen eines besonderen Kontaktes, z.B. 25 (Abb. 5), kann man zugleich einen Überstromschutz anschließen. Es ist auch möglich, mit nur einem Wattmetersystem auszukommen. In Abb. 7 muß das wattmetrische Relais bei der Stromrichtung/, und /₈ den Differentialschutz zum Ansprechen bringen, weil jetzt das wattmetrische Relais nicht wirkt. Dagegen muß bei einem Überstrom J₉,1₁₀ die Verriegelung stattfin-By attaching a special contact, e.g. 25 (Fig. 5), overcurrent protection can be connected at the same time. It is also possible to get by with just one wattmeter system. In Fig. 7 the wattmetric relay must trigger _{the differential protection for the current direction /, and / 8} , because the wattmetric relay is now not effective. On the other hand, in the event of an overcurrent J ₉ , 1 _10, the locking must take place.

den. Dieses Ansprechen auf Überstrom kann auch durch ein besonderes Relais ausgeführt werden. Jedoch erscheint die Ausführung mit Doppelwattmeter zuverlässiger.the. This response to overcurrent can also be carried out by a special relay will. However, the version with a double watt meter appears to be more reliable.

Der hier der Übersichtlichkeit halber einphasig gezeichnete Schutz wird praktisch mehrphasig ausgeführt. Das gleiche Verfahren mit den wattmetrischen Relais läßt sich auch bei allen anderen Differentialschutzsystemen anwenden, z. B. wenn das Differentialrelais über Hilfswandler angeschlossen ist, oder Hilfswandler oder sonstige Hilfskreise zwischengeschaltet sind, oder bei anderen Schaltungen des Transformators. Dabei ist eine künstliche Phasenverschiebung des einen Stromes oder der Anschluß über Hilfswandler zweckmäßig, damit die auf das Wattmeter wirkenden Ströme wieder richtig in Phase kommen. Das Prinzip bleibt dasselbe.The single-phase protection shown here for the sake of clarity is practical executed in several phases. The same procedure can be used with the wattmetric relay also apply to all other differential protection systems, e.g. B. if the differential relay connected via auxiliary converter, or auxiliary converter or other auxiliary circuits are interposed, or in other circuits of the transformer. It is an artificial phase shift of one current or the connection via auxiliary converters useful so that the currents acting on the wattmeter are correctly in phase again come. The principle remains the same.

Es wird erfindungsgemäß das Zusammenwirken der Wandlersekundärströme von Primär- und Sekundärseite des Transformators allein oder das Zusammenwirken dieser Wandlersekundärströme und der Differenzströme in wattmetrischen Systemen derart benutzt, daß bei übermäßigem Anwachsen des Transformatordurchgangsstromes der Differentialschutz außer Tätigkeit gesetzt wird, dagegen bei inneren Fehlern im Transformator eine ordnungsmäßige Auslösung erfolgt.According to the invention, the interaction of the secondary converter currents from primary and secondary side of the transformer alone or the interaction of these converter secondary currents and the differential currents Used in wattmetric systems in such a way that if the transformer through-current increases excessively, the differential protection is put out of action, on the other hand, in the event of internal faults in the transformer, proper tripping takes place.

Auf diese Weise läßt sich ein Differentialschutz schaffen, an dem man im Betriebe nichts zu ändern braucht. Er ist also vorzugsweise für regelbare Transformatoren geeignet. Baut man eine derartige Einrichtung bei normalen Transformatoren ein, so hat man auch hier die Gefahr beseitigt, daß bei Netzkurzschlüssen durch das Anwachsen von Fehlerströmen ungewollte Abschaltungen vorkommen. In this way, a differential protection can be created that can be used in the company does not need to change anything. It is therefore preferably suitable for controllable transformers. If such a device is built into normal transformers, then here, too, the risk is eliminated that, in the event of network short-circuits, the increase in Unintentional shutdowns occur.

Die hier mit besonderer Berücksichtigung des Transformatorenschutzes als Erfindung beschriebenen Anordnungen kann man prinzipiell bei allen anderen Differentialschutzschaltungen ebenfalls zur Anwendung bringen. Diese Differentialschaltungen für beliebige elektrische Systeme, z. B. der Generatordifferentialschutz oder Sammelschienendifferentialschutz, sind in ähnlicher Art und Weise aufgebaut wie der Transformatorschutz. Nur arbeiten hierbei unter Umständen mehr als zwei Wandler auf die gleiche Brücke oder den entsprechenden Relaiskreis. Es lassen sich auch hier sinngemäß die gleichen Anordnungen treffen wie bei dem vorher beschriebenen Transformatorschutz. So ist es z. B. vorteilhaft, bei dem Sammelschienendifferentialschutz in ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Doppelankerrelais alle Wandlerströme die Kerne von Magneten erregen zu lassen, vor denen sich miteinander gekuppelte Anker befinden, die von dem Differenzstrom erregt werden. Hierdurch entsteht gewissermaßen ein Vielfaches des oben beschriebenen Doppelankerrelais.The one here with special consideration of the transformer protection as an invention The arrangements described can in principle be used with all other differential protection circuits also apply. These differential circuits for any electrical system, e.g. B. the generator differential protection or busbar differential protection, are constructed in a similar way to transformer protection. Just may work more than two converters on the same bridge or the corresponding relay circuit. The same arrangements can be used here as well as with the transformer protection described previously. So it is z. B. advantageous, in the case of the busbar differential protection, all transformer currents in a similar way to the double armature relay described above to excite the cores of magnets in front of which there are coupled armatures that are affected by the differential current get excited. This results in a multiple of what is described above Double armature relay.

Claims

85 claims:

ι. Differential protection arrangement to prevent foul tripping in the event of excessive Increase in the through current in the parts of the plant to be protected, characterized in that the secondary currents in the input and output side of the part of the plant to be protected Influence wattmetric relays with each other or together with the differential current in such a way that that the differential protection is deactivated in the event of a mains short circuit.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the wattmetric Relays can only come into effect when the current transformer circuits are overcurrent.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that for the response In the event of overcurrent, overcurrent relays are connected to the current transformer circuits.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the wattmetric Systems contain strongly magnetically saturated lines of force paths, so that only when they are exceeded at the same time a minimum current in both wattmeter coils, the wattmetric relay come to speak.

5. Wattmetric relay for differential protection arrangements according to claim 1 to 4, characterized in that the relays are designed with movable armatures, and that both the poles and the armatures are excited by coils.

6. Wattmetrical relay according to claim 5, characterized in that it consists of two relays according to claim 2, in which the coils on the poles of the individual converter currents and the coils, which include the armature, are traversed by the differential current or vice versa.

γ. Wattmetrical relay according to Claims 5 and 6, for differential protection arrangements according to Claims 1 to 4, characterized in that the two relays are designed as double relays with coupled armatures.

8. Wattmetrical relay according to claim 5 to 7, for differential protection arrangements according to claim 1 to 4, characterized in that at to be protected System parts with more than two current transformers per phase, all individual transformer currents the associated magnetic poles of the wattmetric systems excite and that the differential current the coupled Anchor excited.

9. Wattmetrical relay according to claim 6, characterized in that only one coil is fed by the converter current and the other by the differential current.

1 sheet of drawings