DE666978C

DE666978C - Differential protection device for apparatus and machines

Info

Publication number: DE666978C
Application number: DES125797D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Geise
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-01-24
Filing date: 1937-01-24
Publication date: 1938-11-02

Description

Differentialschutzeinrichtung für Apparate und Maschinen Es ist bekannt, @daß bei einer Differentialschutzeinrichtung eines Transformators oder eines anderen induktiven Apparates oder einer Maschine, bei welcher der durch den Strom in einer Wicklung hervorgerufene Kraftfluß ganz oder teilweise über einen Eisenweg verläuft, der Einschaltvorgang leicht zu einem fehlerhaften Ansprechen der Differentialschutzeinrichtung führt. Es liegt dies daran, daß in Abhängigkeit von dem Schaltaugenblick ein mehr oder weniger starker Ausgleichstro.m entsteht, welcher nur die Stromwandler vor dem betreffenden Apparat oder der betreffenden Maschine er» regt. Bis zum Eintritt des stationären Zustandes fließt infolgedessen ein Differenzstrom in der Brücke der Differentialschutzeinrichtung. Bei gegensinnig in Reihe geschalteten Wandlern einer Differentialschutzschaltung fließt vom As@gejablick der Einschaltung bis zum Eintritt des stationären Zustandes ein Differenzstrom über die Reihenschaltung der beiden Stromwandler. Das Differentialschutzrelais in der Brücke oder in der Reihenschaltung wird dadurch zum Ansprechen' gebracht, wenn nicht besondere Vorkehrungen hiergegen getroffen sind.Differential protection device for apparatus and machines It is known @ that with a differential protection device of a transformer or another inductive apparatus or a machine in which the current in a Winding induced power flow runs wholly or partially over an iron path, the switch-on process can easily lead to incorrect response of the differential protection device leads. This is because, depending on the switching moment, one more or less strong equalizing current occurs, which only the current transformer in front the apparatus concerned or the machine concerned. Until entry In the steady state, a differential current flows in the bridge as a result the differential protection device. With converters connected in series in opposite directions a differential protection circuit flows from the As @ gejablick of the switch-on to When the steady state occurs, a differential current is generated across the series connection of the two current transformers. The differential protection relay in the bridge or in the series connection is thereby made to respond, if not special precautions against it are hit.

Es ist nun bekannt, das fehlerhafte Ansprechen des Differentialsc'hutzrelais dadurch unschädlich zu machen, daß man dem Differentialschutz eine Zeitverzögerung gibt. Da nämlich der durch den Einschaltvorgang ausgelöste Strom über das Differentialschutzrelais nur so lange fließt, bis der stationäre Zustand erreicht ist, kann man durch Anwendung, einer Zeitverzögerung, die aus Sicherheitsgründen etwas größer gewählt wird als die längste Dauer des durch den Einschaltvorgang ausgelösten nichtstationären Stromes, eine fehlerhafte Abschaltung verhindern. Die Verzögerungszeit ist aber unerwünscht, einerseits weil sie die Schutzwirkung der Relaiseinrichtung herabsetzt, anderseits weil sie die Anwendung von Schnellschutzschaltungen in Netzen, in denen Transformatoren mit Verzögerungs- und Differentialschutzeinrichtungen versehen sind, beeinträchtigt.It is now known that the differential protection relay responds incorrectly to render it harmless by giving the differential protection a time delay gives. There namely the current triggered by the switch-on process via the differential protection relay only flows until the steady state is reached, one can use a time delay which, for security reasons, is chosen to be somewhat greater than the longest duration of the non-stationary current triggered by the switch-on process, prevent a faulty shutdown. The delay time is undesirable, on the one hand because it reduces the protective effect of the relay device, on the other hand because they use high-speed protection circuits in networks where transformers are provided with delay and differential protection devices.

Ein anderer Weg; das Differentialschutz relais gegen fehlerhaftes Ansprechen durch den Ausgleichstrom des Einschaltvorganges zu schützen, besteht darin, in den Relaisstromkreis einen weiteren Kontakt vorzusehen, der durch ein Gleichstromrelais ge-" steuert wird. Das Gleichstromrelais spriclxtunter dem Einfluß der in dem Ausgleichstro enthaltenen Gleichstromkomponente an un macht für die Dauer seines Ansprechen,; die Differentialschutzeinrichtung unwirksam. Diese Anordnung fordert ein besonderes-Relais, nämlich das Gleichstromrelais, welches zugleich die Empfindlichkeit des Schutzes herabsetzt, und ferner einen weiteren Kontakt im Stromkreis des Differentialrelais. Die Relaiseinrichtung wird dadurch verwickelter, und der zusätzliche Kontakt erniedrigt auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtung.Another way; the differential protection relay against faulty Response by the equalizing current of the switch-on process to protect, is to provide a further contact in the relay circuit that through a DC relay is controlled. The DC relay spriclxtunder the Influence of the direct current component contained in the equalizing current on un makes for the duration of his response; the differential protection device ineffective. These Arrangement calls for a special relay, namely the DC relay, which at the same time reduces the sensitivity of the protection, and furthermore another Contact in the circuit of the differential relay. The relay device is thereby more involved, and the additional contact also degrades safety and reliability the protective device.

Gemäß der Erfindung -wird der Einfluß des Einschaltstoßes auf die Differentialschutzeinrichturig dadurch vermindert oder ausgeschaltet, daß in die Stromwandlerkreise ein oder mehrere Glieder mit stärker magnetischer Nachwirkung eingeschaltet werden. Die magnetische Nachwirkung äußert sich darin, daß nach einer Magnetisierung durch eine Gleichstromkomponente eine Erregung des Differentialschutzrelais erst möglich ist, wenn eine Wechselströmmagnetisierung deGleichstrommagnetisierung beseitigt hat.According to the invention -will the influence of the inrush on the Differential protection device reduced or switched off by the fact that in the Current transformer circuits one or more links with a stronger magnetic aftereffect be switched on. The magnetic aftereffect manifests itself in the fact that after a Magnetization by a direct current component causes the differential protection relay to be excited is only possible if an alternating current magnetization de DC magnetization has eliminated.

Man kann die Erfindung in verschiedener Weise anwenden, z. B. kann man die Stromwandler der Differentialschutzschaltung mit einem Kernmaterial versehen, welches schon bei geringer Gleichstromerregung gesättigt ist. Diese Lösung würde jedoch mit Rücksicht darauf, daß die Primärstromstärke der Wandler in sehr weiten Grenzen schwankt, unzweckmäßig sein. Es ist daher vorteilhafter, das magnetische Material mit starker Nachwirkung in einem Zweig der Differentialschutzschaltung zur Wirkung zu bringen, in welchem nur der Differenzstrom auftritt. Es ist besonders zweckmäßig, in die Brückenschalturig zweier gleichsinnig in Reihe geschalteter Stromwandler einen Zwischenwandler .aus geeignetem magnetisdhen Kernmaterial einzuschalten; an dessen Sekundärwicklung das Schutzrelais angeschlossen ist. Statt dessen kann man auch bei Anwendung eines . nur durch Wechselströme zum Ansprechen zu bringenden Relais, beispielsweise eines Ferrarisrelais oder eines Schwingankerrelais, das Kernmaterial dieses Relais aus einem magnetischen Stoff herstellen, welcher die Eigenschaft hat, schon. durch schwache Gleichströme so weit gesättigt zu werden, daß ein Wechselfluß in dem Triebmagneten bei Vorhandensein einer Gleichstromkomponente im Differenzstrom der Schutzschaltung nicht entstehen kann. Bei einer Differentialschutzschaltung, bei der die Stromwandler nicht gleichsinnig, sondern gegensinnig in Reihe geschaltet sind, kann der Zwischenstromwandler oder das Magnetsystem eines nur für echselstrom geeigneten Relais in die #er-,ndungsleitung zwischen den Stromwandlern ingeschaltet sein, da auch in diesem Fall der Einschaltstoß die Gleichstrommagnetisierung des Zwischenwandlers oder des Relaiskernes hervorruft.The invention can be used in various ways, e.g. B. can the current transformers of the differential protection circuit are provided with a core material, which is already saturated with low DC excitation. This solution would however, in view of the fact that the primary current strength of the converter is very wide Boundaries fluctuates, being inexpedient. It is therefore more advantageous to use the magnetic Material with severe aftereffect in a branch of the differential protection circuit to bring into effect, in which only the differential current occurs. It is special It is advisable to have two current transformers connected in series in the same direction in the bridge circuit to switch on an intermediate converter made of a suitable magnetic core material; at whose secondary winding is connected to the protective relay. Instead, you can even when using one. can only be made to respond by alternating currents Relays, for example a Ferraris relay or a oscillating armature relay, are the core material make this relay from a magnetic material, which has the property, beautiful. to be so saturated by weak direct currents that an alternating flow in the drive magnet in the presence of a direct current component in the differential current the protective circuit cannot arise. With a differential protection circuit, in which the current transformers are connected in series in opposite directions rather than in the same direction the intermediate current transformer or the magnet system can only be used for alternating currents A suitable relay is connected in the connection line between the current transformers because in this case too the inrush causes the DC magnetization of the Intermediate converter or the relay core causes.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen vier Abbildungen. Fig. r a zeigt den in der Brücke der Differentialschutzschaltung infolge eines Einschaltstoßes 'hervorgerufenen Strom. Der Strom besitzt eine starke Gleidhstromkomponente,welche -allmählich immer kleiner wird. Gleichzeitig besitzt aber auch der Wechselstrom, der über die Brücke der Differentialschaltung fließt, eine höhe Stärke, solange die Gleichstromkomponente einen erheblichen Wert besitzt. Beide Komponenten, die Gleichstromkomponente und die Wechselstromkompönente, klingen gemeinsam ab.Four illustrations serve to explain the invention. Fig. R a shows in the bridge of the differential protection circuit as a result of inrush 'evoked current. The current has a strong Gleidhstrom component, which - gradually getting smaller. At the same time, however, the alternating current, which flows over the bridge of the differential circuit, a high strength as long as the direct current component has a considerable value. Both components that DC component and the AC component decay together.

Dieser allmählich abnehmende Ausgleichstrom darf das Schutzrelais nicht zum Ansprechen bringen. Vom Schutzrelais wird daher diese Spannung bzw. dieser Strom ferngehalten. Der Erregerkreis des Differentialschutzreläis erhält gemäß der Erfindung einen Strom oder eine Spannung gemäß Fig. 2b: Dieses Schaubild ist aufgezeichnet unter der Voraussetzung, daß ein Ausgleichstrom gemäß Fig: z a fließt.This gradually decreasing equalizing current is allowed by the protective relay do not respond. This voltage or this Electricity kept off. The excitation circuit of the differential protection relay receives according to the Invention a current or a voltage according to FIG. 2b: This diagram is recorded provided that an equalizing current flows as shown in FIG.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zeigt dann Fig. a. Zum Schutz eines Transformators Z sind zwei Stromwandler a und 3 beiderseits des Transformators in üblicher Differentialschaltung angeordnet, so daß ein etwaiger Differenzstrom über die Brücke der Differentialschutzsdhaltung zwischen den Punkten q, und 5 fließt. In der Brücke liegt die Primärwicklung 6 eines Zwischenwandlers 7 aus geeignetem magnetischen Material. In der Magnetisierungskurve dieses Materials ist der Übergang aus dem Gebiet unterhalb der. Sättigung in das Gebiet der Sättigung deutlich ausgeprägt. Die Magnetisierungskennlinie verläuft oberhalb der Sättigungsgrenze mit einer nur geringen Neigung gegenüber der Abszisse, wie Fig. 3 erläutert. 1 ,Die Folge dieser magnetischen Eigenschaft ist, daß bereits bei einer geringen Gleichstromkomponente der Zwischenwandlerkern 7 derartig magnetisiert ist, daß die hohe Wechselstromamplitude, die gemäß Bild z a unmittelbar nach der Einschaltung besteht, nur eine ganz geringe Flußschwankung c hervorrufen kann. Daher ist auch die an der Sekundärwicklung S des Zwischenwandlers 7 auftretende Spannung, d. h. die Spannung am. Differentialschutzrelais 9, außerordentlich klein, wie durch Fig. z b dargestellt ist. Das Relais 9 spricht bei dieser geringen Erregung nicht an und schließt infolgedessen nicht seinen Kontakt i o, so daß die Auslösespule i i nicht erregt wird. Die in Fig. 2 ferner noch angedeu=-tete Relaisanordnung 12, mit einem Kontakt i3-, gehört zu einer Stabilisierungseinrichtung des, Differentialschutzes, die für die Erfindung nicht wesentlich ist urid lediglich bei großen Durchgangsströmen durch den Transformator i ein fehlerhaftes Ansprechen des Relais 9 unwirksam machen soll.An embodiment according to the invention then shows Fig. A. To the A transformer Z is protected by two current transformers a and 3 on both sides of the transformer arranged in a conventional differential circuit, so that any differential current flows over the bridge of the differential protection circuit between points q and 5. In the bridge, the primary winding 6 of an intermediate transformer 7 is made of a suitable magnetic material. The transition is in the magnetization curve of this material from the area below the. Saturation in the area of saturation is clearly pronounced. The magnetization curve runs above the saturation limit with only one slight inclination with respect to the abscissa, as explained in FIG. 1, The consequence of this magnetic property is that even with a low direct current component the intermediate converter core 7 is magnetized in such a way that the high alternating current amplitude, which, according to Figure z a, exists immediately after switching on, only a very small one Flux fluctuation can cause c. Therefore the one on the secondary winding S is also of the intermediate converter 7 occurring voltage, d. H. the voltage at the differential protection relay 9, extremely small, as shown by Fig. Z b. The relay 9 speaks does not respond to this slight excitation and consequently does not close its contact i o so that the trip coil i i is not energized. The one also indicated in FIG. 2 Relay arrangement 12, with a contact i3-, belongs to a stabilization device des, differential protection, which is not essential to the invention and only in the case of high through-currents through the transformer i, an incorrect response of the relay 9 should make ineffective.

Der Zwischenwandler 7 braucht entsprechend dem Leistungsbedarf des Relais 9 nur so groß zu sein, daß er diese Leistung vorübergehend hergeben kann, weil das Ansprechen des Relais 9 die Abschaltung des Transformators i zur Folge hat. Der Zwischenwandler 7 wird daher außerordentlich klein. Als Material, welches sich für die Durchführung der Erfindung besonders eignet, kommen alle magnetisierbaren Stoffe und Legierungen in Betracht, welche eine Charakteristik ähnlich der in Fig. i wiedergegebenen besitzen. Beispielsweise gehören hierher Nickeleisenlegierungen, die eine hohe Anfangspermeabilität und eine tiefliegende Sättigungsgrenze besitzen. Es wird durch die Erfindung eine Unempfindlich-' keit des Differentialschutzrelais nur gegenüber dem Einschaltstoß erreicht, indem durch den Einschaltstoß gar nicht erst eine Erregung des Differentialschutzrelais hervorgerufen wird. Gegenüber einem Wechselstrom dagegen, welcher keine Gleichstromkomponente enthält, besitzt die Relaisanordnung größte Empfindlichkeit, so daß selbst kleine Differenzströme ausreichen, das Relais 9 zum Ansprechen zu bringen. Bei hohen Differenzströmen kann die Zwischenschaltung des Zwischenwandlers 7 eine vorteilhafte Begrenzung des Erregerstromes des Relais 9 bewirken.The intermediate converter 7 needs according to the power requirement of the Relay 9 only to be so large that it can temporarily provide this power, because the response of the relay 9 results in the disconnection of the transformer i Has. The intermediate converter 7 therefore becomes extremely small. As material which is particularly suitable for carrying out the invention, all magnetizable ones come Substances and alloys are considered, which have a characteristic similar to that in Fig. i own reproduced. For example, this subheading includes nickel iron alloys, which have a high initial permeability and a low saturation limit. The invention makes the differential protection relay insensitive only achieved compared to the inrush, by not at all due to the inrush only an excitation of the differential protection relay is caused. Towards one Alternating current, on the other hand, which contains no direct current component, possesses the relay arrangement greatest sensitivity, so that even small differential currents are sufficient, the relay 9 to respond. In the case of high residual currents, the interconnection of the intermediate converter 7 an advantageous limitation of the excitation current of the relay 9 effect.

An Stelle eines Zwischenwandlers kann auch eine Drosselspule mit gleichen magnetischen Eigenschaften verwendet werden, zu welcher das Relais ' parallel geschaltet wird. Man kann auch zur Steigerung der- Wirkung die Sekundärspannung des Zwischenwandlers zur Erregung eines zweiten Zwischenwandlers mit gleichartigen magnetischen Eigenschaften seines Kernes verwenden oder dem über den Zwischenwandler gespeisten Relais 9 eine "brosselspule mit entsprechenden magnetischen ""@ig:enschaften parallel schalten.Instead of an intermediate converter, a choke coil with the same magnetic properties are used to which the relay 'connected in parallel will. You can also use the secondary voltage of the intermediate transformer to increase the effect to excite a second intermediate transformer with similar magnetic properties use its core or the relay 9 fed via the intermediate converter Connect "choke coil with corresponding magnetic" properties in parallel.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Differential protection device for apparatus and Machines whose power flow caused by the excitation current in the excitation winding runs wholly or partially in the iron, characterized in that for suppression or reducing the effect of the inrush. on the differential protection relay In the current transformers, one or more links with strong magnetic aftereffects are switched on, which. by a direct current occurring at the inrush are saturated to such an extent that, as a result, the action of the alternating current component on the differential protection relay is suppressed.

2. device according to claim i, characterized in that converters connected in series in the same direction when arranged the link with strong magnetic aftereffect in an intermediate converter with a corresponding Core material, which is switched into the bridge of the differential protection circuit is.

3. Device according to claim i and 2, characterized in that when used of protective relays that respond only to alternating current, the magnetic relay circuit consists of a material with strong magnetic aftereffects. ¢. Facility according to claim 1 or 2 and following, characterized in that the core material for converters, intermediate converters, reactors or magnetic circuits of AC relays has a magnetic characteristic, according to which after a DC magnetization an alternating flow only arises after the exciting alternating current (alternating voltage) has eliminated DC magnetization.