DE744451C - Differentialschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Differentialschutzeinrichtungen für Wechselstromanlageteile und Geräte. Bei derartigen Schutzeinrichtungen können unter Umständen gewisse Schwierigkeiten auftreten, indem sie bei bestimmten Vorgängen ungewollt ansprechen. Fließt beispielsweise infolge eines außerhalb des von einer Differentialschutzeinrichtung überwachten Anlageteiles auftretenden Fehlers durch den Anlageteil ein großer Strom, so geraten die Stromwandler in das Gebiet der Sättigung und ihre Übersetzungsverhältnisse weichen von dem normalen Wert um einen Betrag ab, der von der Auslegung der Stromwandler, von der Größe und dem Leistungsfaktor ihrer sekundären Bürde und dem Höchstwert des Fehlerstromes abhängt. Ist an die Sekundärwicklung des Stromwandlers die volle Bürde geschaltet und fließt ein Fehlerstrom durch die primäre Wandlerwicklung, so

kann das Übersetzungsverhältnis von dem normalen Wert derart abweichen, daß in der sekundären Wicklung nur ein Teil des auf Grund des normalen Übersetzungsverhältnisses sich ergebenden Stromes fließt.

Wenn in einer Differentialschutzeinrichtung nur zwei Stromwandler vorgesehen sind, die demselben primären Strom zugeordnet sind, so würden die Abweichungen des Übersetzungsverhältnisses der Stromwandler dieselben bleiben, die Summe der sekundären Ströme würde noch Null sein und kein Differenzstrom, in dem Relais fließen. Sind jedoch mehr als zwei Stromwandler vorgesehen und die primären Ströme in den einzelnen Stromwandlern nicht gleich, so ist kein Mittel bekannt, durch das der Differenzstrom im Falle eines Fehlers zu Null gemacht werden kann, es sei denn, daß das Übersetzungsverhältnis der Stromwandler auf jeden Fall unveränderlich ist. Dies ist jedoch praktisch ausgeschlossen.

Um Fehlauslösungen einer Differentialschutzeinriclitung infolge Sättigung der Stromwandler zu vermeiden, hat man sog. Prozentsatzrelais verwendet. Diese Relais· vergleichen den Differenzstrom mit einem Haltestrom und bedingen, daß der Differenzstrom erst einen gewissen Prozentsatz des Haltestromes überschreiten muß, bevor das Relais anspricht. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Halfespule des Relais in Reihe

ίο mit allen sekundären Wicklungen des Stromwandler geschaltet wird. Diese Relais werden häufig und erfolgreich für Wechselstromgeneratoren und auch bei Zwei- und Dreiwicklungstransformatoren verwendet. Sind nur zwei Stromkreise vorhanden, wie im Falle des Vorhandenseins eines Generators und eines Zweiwicklungstransformators, so ist die Relativrichtung der Ströme in den Sekundärwicklungen der beiden Stromwandler immer die gleiche, wenn der Anlageteil fehlerfrei ist. Beide Haltespulen können daher auf einem einzigen Haltemagneten angeordnet werden.

Bei den üblichen Dreiwicklungstransformatorcn, bei denen die Relativrichtungen der Ströme in den drei Wicklungen unter gewissen Bedingungen verschieden sein können, ist es erforderlich, daß die drei Haltespulen auf getrennten Magneten angeordnet werden und unabhängig voneinander auf den Anker einwirken. Sind mehr als drei Wicklungen vorhanden, beispielsweise bei Sammelschienen, wo meistens viele Stromkreise vorhanden sind, so ist es unzweckmäßig, derartige Prozentsatzrelais zu verwenden, da die Herstellung eines Relais mit so vielen Haltemagneten schwierig ist.

Wird ein Schalter geschlossen, beispielsweise eine Spannung plötzlich an eine Wicklung eines stromlosen Transformators gelegt, so kann der vorübergehend auftretende Magnetisierungsstrom für eine bestimmte Zeit sehr hohe Werte annehmen, die von der Größe des remanenten Magnetismus in dem Transformatorkern und von dem Zeitpunkt der Spannungswelle abhängen, bei dem der Schalter geschlossen wird. Verglichen mit normalen großen Magnetisierungsströmen, welche bei großen Leistungstransformatoren gewöhnlich etwa i°/₀ des Nennstromes betragen, können die vorübergehenden MagnetisierungsstromstößeWerte erreichen, diedasMehrfache des Nennstromes betragen. Da dieser Magnetisierungsstrom nur in einer der Leistungstransformatorwicklungen fließt, entsteht ebenfalls wieder ein entsprechender Differenzstrom, der in das Differentialrelais fließt und eine Fehlauslösung bewirkt.

Magnetisierungsströme großer Stärke können in gleicher Weise auch in Stromwandlern auftreten. Werden Stromwandler, die vorher nur wenig oder überhaupt keinen Strom abgaben, plötzlich mit hohen Strömen belastet, so werden dadurch ebenfalls hohe Magnetisierungsströme hervorgerufen. Die Größe dieser Ströme hängt von der Auslegung der Stromwandler, von der Größe des Fehlerstromes und der sekundären Bürde, von dem Punkt der Schwingung, bei dem der starke Strom zu fließen beginnt, sowie von der Größe des in diesem Zeitpunkt in dem Wandlerkern vorhandenen Flusses ab. Dieser Magnetisierungsstrom fließt nur in der piimären Wicklung des Stromwandlers. In der Differentialschutzeinrichtung nehmen nun die einzelnen Stromwandler veränderliche Magiietisicrungsströme bei Überströmen auf, so daß aus diesem Grunde in dem Relais ein Differenzstrom fließen kann. Durch das Auftreten dieses Differenzstromes werden die durch die Änderung des Übersetzungsverhältnisses verursachten Schwierigkeiten noch vergrößert.

Es ist bereits eine Differentialschutzeinriditung bekanntgeworden, deren Ansprechen bei Auftreten eines Gleichstromgliedes im Differen zstrom durch eine Zusatzeinrichtung verhindert wird. Die Heranziehung lediglich der Gleichstromkomponente für die Steuerung der Sperreinrichtung sichert aber nicht in allen Fällen ein betriebssicheres Arbeiten der Schutzeinrichtung. Z. B. können sich die beim Auftreten von Magnetisierungsstromstößen entstehenden Gloidistromkomponenten gegenseitig aufheben, wem) die Stromwandler der für einen Transformator in Stern-Dreieck-Schaltung bestimmten Schutzeinrichtung in Dreieck-Stern geschaltet sind. In diesem Falle würde die bekannte Schutzeinrichtung eine Fehlauslösung herbeiführen.

Alle vorgenannten Schwierigkeiten werden nun gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Steuerung der Differentialrelais in Abhängigkeit sowohl von der Grundwelle als auch von den Harmonischen und der Gleichstromkomponente des Wandlerdifferenzstromcs vor- 10c genommen wird.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

In Abb. ι stellt 1 den zu schützenden Anlageteil des Wechselstromsystems dar, das aus mehreren Stromkreisen 2, 3 und 4 besteht, die über Schalter 5 mit dem Anlageteil 1 verbunden sind. Jeder Schalter hat eine Auslösespule 6 und einen Hilfsschalter 7, der geschlossen ist, wenn der Schalter geschlossen ist, und umgekehrt. Der zu schützende Anlageteil ist meistens ein Teil eines elektrischen Systems, beispielsweise ein Leistungstransformator, eine elektrische Maschine, eine Stationssammelschiene, ein Abschnitt einer elektrischen Leitung, eine Kornbination von zwei oder mehreren dieser Anordnungen. Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung für ein Einphasensystem dargestellt, kann natürlich auch für Mehrphasensysteme Verwendung finden.

Um den gewünschten Differenzstrom zu erhalten, wird in jedem dieser Stromkreise ein

Stromwandler 8 vorgesehen. Diese Wandler können auf der dem überwachten Anlageteil abgewandten Seite des Schalters eingebaut werden, damit die Schalter in der überwachten Zone liegen. Die Sekundärwicklungen dieser Wandler liegen parallel in einem Stromkreis 9, so daß eine an diesen Stromkreis angeschlossene Vorrichtung entsprechend der Vektorsumme der durch die Sekundärwicklungen der Stromwandler fließenden Ströme erregt wird.

Da die Charakteristiken dieses Differenzstromes, dessen Größe normalerweise annähernd gleich Null ist, gemäß der Erfindung das Kriterium zur Unterscheidung zwischen inneren Fehlern und anderen Fehlerbedingungen, welche den vorgenannten Fehlern in ihrer Wirkung zwar ähneln, jedoch keine sind, ist es zweckmäßig, zunächst den Charakter des Differenzstromes bei den verschiedenen Fehlerbedingungen zu betrachten. Abb. 2 zeigt beispielsweise die Wellenform eines typischen Stromwandlerdifferenzstvomcri beim Auftreten eines Fehlers in dem überwachten Anlagctcil. Der Differenzstrom bestellt zinn größten Teil aus der Grundwelle, zu einem veränderlichen Prozentsatz aus einer Gleichstromkomponente und zu einem kleinen Prozentsatz aus Harmonischen. Abb. 3 zeigt dagegen die Wellenform eines typischen Stromwandlcrdiffercnzstromes bei großen primären Strömen,wie siebeispielsweisebei Auftreten äußerer Fehler fließen und eine Sättigung der Stromwandler hervorrufen. Nach dem Auftreten des Magnetisierungsstromstoßes besteht der Differcnzstrom zum größten Teil aus der Grundwelle und zu einem hohen Prozentsatz aus der dritten Harmonischen. Abb. 4 zeigt die Wellenform eines t3'pischen Differenzstromes bei einem vorübergehend auftretenden -Magnetisierungsstoß, welcher nicht nur in den zu schützenden Geraten, sondern auch in den Stromwandlern selbst auftreten kann. Diese Differenzströme bestehen zum größten Teil aus der GrundweEe, zu einem hohen Prozentsatz aus einer Gleichstromkomponente, zu einem hohen Prozentsatz ' aus der zweiten Harmonischen und zu geringeren Prozentsätzen aus höheren Harmonischen.

Erfindungsgemäß wird diese Charakteristik der Differenzströme dazu verwendet, um unter allen Bedingungen ein gewisses Arbeiten des Differentialschutzes zu erzielen und zu diesem Zweck eine Sperr- und eine Auslösewirkung hervorzurufen. In dem Falle der Sperrwirkung ist es zweckmäßig, alle Harmonischen anstatt nur einer einzigen zu verwerten. Bei den Wellenformen nach Abb. 3 und 4, bei deren Auftreten eine Sperrwirkung erwünscht ist, überwiegen verschiedene Harmonischen. Folglich wird ein Relais, das derart ausgebildet ist, daß es nur bei Auftreten der zweiten Harmonischen gesperrt' wird, während es für Magnetisierungsstromstöße geeignet ist, nicht sicher sperren bei Strömen, die von gesättigten Stromwandleni herrühren. Wird andererseits die Sperrwirkung mir von dem Auftreten der dritten Harmonischen abhängig gemacht, so wird die Sperrung zwar bei von gesättigten Stromwandlern herrührenden Strömen, nicht aber bei Magnetisierungsstromstößen eintreten. Die Verwendung der Gleichstromkomponente allein ist nicht befriedigend, da diese Komponente in den gesättigten Stromwandlern entnommenen Strömen nicht vorhanden ist, und außerdem diese Komponente sogar bei Magnetisierungsstromstößen sich gegenseitig aufheben können, wenn die Stromwandler für einen in Sterndreieck geschalteten Leistungstransformator in Dreieckstern geschaltet sind, wie es meistens üblich ist. Im übrigen würde die Verwendung der Gleichstromkomponente allein bewirken, daß das Relais beim Auftreten innerer Fehler nur träge anspricht.

In der Anordnung nach Abb. 1 ist ein Differentialrelais 10 der elektromechanischen Type schematisch dargestellt. Dieses Relais enthält beispielsweise einen drehbaren Anker 11, auf den zu beiden Seiten eine Haltespule 12 und eine Arbeitsspule 13 wirken. Die Arbeitsspule 13 versucht die Relaiskontakte 14 mittels einer Kontaktbrücke 15 zu schließen, wobei eine Feder 16 die Kontakte 14 offen zu halten sucht. Die Kontakte 14 können unmittelbar in dem go Auslösestromkreis liegen. Sollen jedoch mehrere Schalter gemeinsam ausgelöst werden, so ist ςε zweckmäßig, daß die Kontakte 14 den Stromkreis eines Hilfsrelais 17 steuern, welches seinerseits die Erregung der Auslösespulenstromkreise steuert.

Erfindungsgemäß wird nun die Haltespule 12 von mindestens einer der vorherrschenden Harmonischen des Differenzstromes, vorzugsweise von allenHarmonischenund derGleichstromkomponente, sofern eine solche vorhanden ist, erregt, jedoch nicht von der Grundwelle. Um em genaues Arbeiten der Schutzeinrichtung zu. erzielen, kann auch die Arbeitsspule 13 praktisch von der Grundwelle des. Differenzstromes erregt werden. Da diese Anordnungen. abgestimmte Stromkreise mit Kondensatoren erfordern und außerdem Gleichrichter, wie spater näher ausgeführt wird, vorgesehen werden können, wird an den Differenzstromkreis 9 ein Wandler 18 angeschaltet, der den Differenzstrom auf Werte herabsetzt, die den normalen'Größen der Kondensatoren und Gleichrichter_t entsprechen. An der sekundären Wicklung dieses .Wandlers Hegen über die Leitung 32 zwei parallele Stromkreise, 1 ig von denen der eine die Arbeitsspüle 13 des Relais und die andere die _ Haltespule 12 enthält.

In dem Stromkreis der Arbeitsspule ist ein Sperrkreis vorgesehen, der beispielsweise aus einem Kondensator 19 und einer ihm parallel geschalteten Induktivität 20 _:besteht. ,Dieser Resonanzkreis oder Sperrkreis ist derart abg'e-

stimmt, daß er die vorherrschendsten Harmonischen nicht durchläßt. Der die Arbeitsspule 13, den Sperrkreis und eine Induktivität 21 enthaltende Stromkreis ist auf Reihenresonanz durch den Kondensator 22 derart abgestimmt, daß der Stromkreis bei der Frequenz der Grundwelle einen geringen Scheinwiderstand aufweist. Der Stromkreis der Haltespule 12 enthält ebenfalls einen Resonanzstromkreis, bestehend aus einem Kondensator 23 und einer ihm parallel geschalteten Induktivität 24. Dieser Wellenfilter ist derart abgestimmt, daß er die Grundfrequenz sperrt.
Der Stromkreis der Arbeitsspule 13 läßt also Ströme der Welle mit der Grundfrequenz durch, jedoch nicht die vorherrschende Harmonische und in einem größeren Bereich auch nicht Ströme aller harmonischen Frequenzen, da dieser Stromkreis, der einen Sperrkreis entweder für die zweite oder dritte Harmonische enthält, einen hohen Scheinwiderstand sowohl für die zweite als auch für die dritte und die höheren Harmonischen aufweist. Da die Ströme mit den in Abb. 3 und 4 dargestellten Wellenformen bei äußeren Fehlern auftreten, enthält der durch das plötzliche Ansteigen der Magnetisierung hervorgerufene Differenzstrom erstens die vorherrschende zweite Harmonische und zweitens die vorherrschende diitte Harmonische. Im allgemeinen ist es erwünscht, die Wirkungen dieser beiden Harmonischen zu trennen. Dieses kann mit der in Abb. ι dargestellten Anordnung erfolgen. Der die Arbeitsspule enthaltende Stromkreis kann, wie bereits angegeben, zwei getrennte in Reihe liegende Wellenfilter, von denen der eine auf die zweite Harmonische und der andere auf die dritte Harmonische abgestimmt ist, oder ein einziges Wellenfilter erhalten, das auf irgendeine zwischen der zweiten und dritten Harmonischen liegende Mittelfrequenz abgestimmt ist und um die Wirkung des Ansprechens auf diese beiden Harmonischen auf einen Mindestwert zu beschränken.

Der Stromkreis der Haltespule läßt mit mäßigem Scheinwiderstand die harmonischen Frequenzen durch, sperrt jedoch die Grundfrequenzen. Ein ständiger Gleichstrom kann in den Relaisspulen Stromkreisen infolge des Relaisstromwandlers 18 nicht fließen. Vorübergehende Stromstöße können jedoch in den sekundären Wandlerstromkreisen infolge des plötzlichen Auftretens der Gleichstromkomponente dann auftreten, wenn der Differenzstrom zu fließen beginnt. Diese Stromstöße haben verhältnismäßig steile Wellenstirnen und gehen daher durch Kondensatoren mit kleinem Scheinwiderstand. Die Stromstöße verteilen sich auf die beiden Stromkreise etwa in umgekehrtem Verhältnis zu den Relaisinduktivitäten der beiden Stromzweige mit allen vorgesehenen, als kurzgeschlossen anzusehenden Kondensatoren. Die Einschaltung der Induktivität 21 in den Stromkreis der Arbeitsspule verhindert für den Augenblick das auf Grund dieser Stromstöße oder Magnetisierungsstromstöße erfolgende Ansprechen des Relais 10 dadurch, daß der größte Teil dieses Stoßes durch den Stromkreis der Haltespule geht.

Da die Frequenz des Haltestromes sich von derjenigen des Arbeitsstromes unterscheidet, würde, wenn der Haltestrom unmittelbar verwendet würde, die Stromwelle zu anderen Zeiten durch Null gehen als diejenige des Arbeitsstromes. Zu diesen Zeiten würde die Haltewirkung aufgehoben werden und der Relaisanker 11 bei Auftreten plötzlicher Stromstöße sich sofort in. die Auslösestellung bewegen. Diese Stöße sind häufig derart groß, daß sie das Schließen des Relaisstromkreises herbei- f führen können. Um ein derartiges fehlerhaftes Ansprechen der Schutzeinrichtung zu vermeiden, wird in dem Stromkreis der Haltewicklung eine Gleichrichteranordnung 25, ζ. Β. in Vollweggleichrichterschaltung, vorgesehen,. & welche zusammen mit der Induktivität der Haltespule 12 genügend wirksam ist, um den Haltestrom zu glätten und dadurch zu verhindern, daß die Auslösung bei irgendeiner harmlosen Zitterbewegung des Ankers eintritt.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung fließt ein durch einen inneren Fehler hervorgerufener Differenzstrom etwa mit einer Charakteristik nach Abb. 2 hauptsächlich in der Arbeitswicklung 13 und verursacht daher ein 9: schnelles Ansprechen des Relais 10. Andererseits wird ein durch einen Magnetisierungsstoß erzeugter Differenzstrom, der in Abb. 4 dargestellt ist, und ein durch eine Stromwandlersättigung erzeugter Differenzstrom teils in der Arbeitswicklung· 13 und teils in der Haltewicklung 12 fließen. Die Haltewirkung der Harmonischen kann beispielsweise dadurch größer gemacht werden, daß der Luftspalt des Haltemagneten geringer bemessen wird als derjenige 10, des Arbeitsmagneten, oder daß auf dem Haltemagneten eine größere Anzahl von Windungen als auf den Arbeitsmagneten vorgesehen werden, so daß die Haltewirkung überwiegt und das Relais nicht betätigt wird. n<

AKb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Wicklungen 26, 27 und 28 einer Phase eines Dreiwicklungsleistungstransformators geschützt werden sollen. Bei dieser Anordnung setzt sich die Haltewirkung des 11; Differentialrelais 10 aus der durch die Harmonischen erzielten Haltewirkung sowie zu einem Prozentsatz aus der durch den Überstrom erzielten Haltewirkung zusammen, die durch eine Spule 29 hervorgerufen wird. Mit 12c dieser Anordnung kann der Prozentsatz der Überstromhaltewirkung verringert werden, ohne

daß ein falsches Ansprechen infolge einer Änderung des Stromwandlerübersetzungsverhältnisses auftreten kann. Dadurch kann ein äußerst empfindlicher Schutz erzielt werden, ohne daß ein fehlerhaftes Ansprechen infolge Auftretens von Magnetisierungsstromstößen zu befürchten ist. Die Relaisspulen 12 und 29 sind in der Zeichnung der Einfachheit halber auf getrennten Kernen dargestellt. Praktisch wird man jedoch beide Spulen auf einem einzigen Kern unterbringen. Um die sekundären Ströme der Stromwandler 8 den Standardausführungen der einzelnen ,Teile der erfindungsgemäßen Anordnung anpassen zu können, sind Transformatoren 18 vorgesehen, deren'primäre Wicklungen regelbar sind, um das Windungsverhältnis entsprechend einstellen zu können. Außerdem sind, um die gewünschte Überstromhaltewirkung zu erhalten, in dem sekundären Stromkreis der Stromtransformatoren 18 Gleichrichter 30 und 31 vorgesehen, um mehrere Haltemagnete und weitere Komplizierungen der Relaiskonstruktion zu vermeiden.
Bei dieser Anordnung treten, solange die Summe der in die drei Wicklungen des Leistungstransformators hinein oder aus diesen heraus fließenden Ströme gleich NuE ist, mit Ausnahme der infolge der Magnetisierungsstromstöße und Sättigungswirkung hervorgerufenen Ströme in den Arbeits- und Haltespulen 13 bzw. 12 keine Ströme auf. Es wird jedoch der durch einen äußeren Fehler bedingte Überstrom in der Spule 29 fließen, deren Windungen im Verhältnis zu denjenigen der Spulen 12 und 13 proportional sind und dadurch den gewünschten Prozentsatz der Haltewirkung Hefern. Beim Auftreten eines inneren Fehlers in dem Leistungstransformator wird jedoch der Differenzoder Fehlerstrom proportional in den Stromkreis 32 geleitet, von welchem der Fehlerstrom entsprechend den Relativscheinwiderständen der Stromkreise der Arbeits- und Haltespulen 12 bzw. 13 in die entsprechenden Komponenten aufgeteilt wird und dann über die eine Hälfte

+5 der Haltespule und über den Gleichrichter 30 oder 31 zu dem entsprechenden Zwischenstromwandler 18 zurückkehrt. Unter diesen Bedingungen wird die Arbeitsspule 13 stärker erregt und bewirkt das Ansprechen des Relais 10. Bei äußeren Fehlern oder durch Magnetisierungsstromstöße hervorgerufene Fehlerbedingungen, wodurch eine Unsymmetrie erzeugt wird und ein innerer Fehler vorgetäuscht wird, überwiegt die Haltewirkung der Wicklungen 12 und 29 die Auslösewirkung der Wicklung 13. Die Auslösewirkung ist natürlich von der Grundwelle des Differenzstromes abhängig. Die Haltewirkung der Spule 12 ist von der Grundfrequenz unabhängig Und nur von den Harmonischen und der Gleichstromkomponente abhängig. Da sämtliche Differenzströme in der einen Hälfte der Haltespule 29 fließen, wird die Haltewirkung dieser Spule auch von allen Komponenten dieses Differenzstromes abhängig sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Abb. 6 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 5 lediglich dadurch, daß der zu schützende Leistungstransformator nur zwei Wicklungen 26 und 27 hat. Die Gleichrichter 30 und 31 erübrigen sich daher. Es braucht also nur ein Zwischenwandler vorgesehen werden, um geeignete Übersetzungsverhältnisse zu schaffen. Zu diesem Zweck kann einer der Zwischenwandler, z. B. der Wandler 18', als regelbarer Spartransformator ausgebildet werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 unterscheidet sich von demjenigen nach Abb. 5 nur dadurch, daß die Übersetzungsverhältnisse der Stromwandler 8 derart gewählt sind, daß sie zu den Windungsverhältnissen der Leistungstransformatorwicklungen 26, 27 und 28 passen. Eine Anpassung der Zwischenstromwandler 18 wie in der Anordnung nach Abb. 5 erfolgt also nicht. Es ist daher möglich, nur einen Stromwandler 18 zu verwenden, dessen primäre Wicklung zwischen dem gemeinsamen Punkt der Stromwandler 8 und dem elektrischen Mittelpunkt der Überstromhaltespule 29 liegt. Falls der Leistungstransformator mehr als zwei Wicklungen hat, können wieder die Gleichrichter 30 und 31 verwendet werden, um den Aufbau des Relais zu vereinfachen, wie bereits vorher schon ausgeführt wurde. In der Anordnung nach Abb. 7 fließt der Differenzstrom von der Leitung 32 zu der Arbeitsspule 13 und der Haltespule 12 über Kondensatoren 22 bzw. 33, die derart bemessen sind, daß der Arbeitsspulenstromkreis auf die Grundfrequenzwelle des Differenzstromes und der Stromkreis der Haltewicklung 12 auf die Frequenz der vorherrschenden Harmonischen abgestimmt ist, für welche eine Haltewirkung erwünscht ist.

Die Anordnung nach Abb. 8 unterscheidet sich grundsätzlich von den Anordnungen nach Abb. 4, 5 und 7 dadurch, daß ein Röhrenrelais 34 an Stelle eines elektromechanischen Relais 10 verwendet wird. Entladungsgefäß 34 hat drei Elektroden, von denen die Anode den Arbeits- oder Relaissteuerstromkreis speist, welcher die nicht gezeichnete Auslösespule des no Schalters enthält. Dem Gitter 35 dieser Röhre kann gerade unterhalb dem Ansprechpunkt der Röhre von einer Stromquelle, beispielsweise einer' Batterie 36, eine Anfangsspannung zugeführt werden, um die Röhre nichtleitend zu machen. Auf das Gitter wird weiterhin eine überstromabhängige Spannung, die von den Widerständen 37 abgenommen wird, gegeben. Der Stromkreis« teilt sich hinter dem Spannungswandler und Isoliertransformator 180 in zwei Resonanzstromkreise, von denen der eine, den Kondensator 22 und eine Induktivität 220

und der andere den.Kondensator 33 und eine Induktivität 330 enthält. Der Kondensator 33 und die ihm. zugeordnete Induktivität 330 werden auf die Harmonischen des Differenzstromes derart abgestimmt, daß die günstigste Haltewirkung· erzielt wird. In Abhängigkeit von der Richtung der Stromhalbwelle in diesem abgestimmten Stromkreis fließt durch die Widerstände 38 und 39 und den Gleichrichter 30' oder durch den Gleichrichter 31' und die Widerstände 40 und 41 ein Strom, der eine Haltesieuerspannung an das Gitter 35 der Röhre 34 legt. In ähnlicher Weise fließt in Abhängigkeit . von der Richtung der Halbwelle des in dem abgestimmten Stromkreis, der den Kondensator 22 und die Induktivität 220 enthält, fließenden Stromes durch den Gleichrichter 300 und den Widerstand 38 oder den Widerstand 41 und den Gleichrichter 31 ο ein Strom, der an das Gitter der Röhre 34 eine Steuerspannung zur Betätigung des Relais legt. Ebenso tritt eine weitere Haltesteuerspannung an dem einen oder dem anderen der Widerstände 37 auf, die von der Richtung" der Stromhalbwelie abhängt. Glättung-skcmdensatorcn 41' können an die entsprechenden Widerstände 37 bis 4 t angeschaltet werden.

Ob die Röhre 34 leitend oder nichtleitend wird, hängt von der Summe und der Polarität der Spannungsabfälle an den Widerständen J,J bis 41 und der Batterie 36 ab. Wenn der Arbeitsspannuingsabfall an den Widerständen 38 und4i die.Sperrspannungsabfälle an den Widerständen 38 und 39 bzw. 40 und 41 und an den Widerständen 37 überwiegt, wie es der Fall ist, wenn ein innerer Fehler in dem Lcistungstransfermator auftritt, so wird die Röhre 34 leitend. Bei anderen Bedingungen, z. B. bei äußeren Fehlern oider vorübergehenden MagnetisierungsstiOimiStößen, überwiegen die gesamten Haltesteuerspannungien an der Röhre 34 die Arbeitsstcuerspannungen.

Die Anordnung· nach Abb. 9 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 7 dadurch, daß die erstere Ano.rdirang bei einem. Leistungstransfoirmator verwendet wird, der nur zwei Wicklungen26 und 27 besitzt. Als Differentialreiais wird ein dynamoimetrisches Relais 110 verwendet. Diieses Relais hat zwei Hauptstro>mkreise, von denen der eine die Arbeitswicklung 42 und einen Kondensator 22 enthält, der so ausgelegt ist, daß zusammen mit dem ihm zugeordneten ' Stromwandler 18 ein Resonanzkreis entsteht, der auf die Grundwelle des Differenzstromes abgestimmt ist. Der andere Stromkreis enthält die Haltespule 43 und den Kondensator 33, der zusammen mit dem ihm zugeordneten Stromwandler 18" einen auf die vorherrschende Harmonische abgestimmten Resonanzstromkreis bildet, -welcher die günstigste Haltewirkung· ermöglicht. Der bewegliche Teil oder die kurzgeschlossene Wicklung des Relais 110 wird in Abhängigkeit von dem Relativhöchstwert der Ströme und den beiden abgestimmten Kreisen entweder seine Kontakte durch die Brücke 15 schließen oder sie geöffnet lassen. Bei Fehlern innerhalb des Leistungstransformators wird die Ansprechwirkung des abgestimmten, aus dem Kondensator 22 und den Spulen 42 bestehenden Kesonanzstromkreises die Haltewirkung des abgestimmten, aus dem Kondensator 33 und den Spulen 43 bestehenden Stromkreises überwiegen und somit ein Ansprechen des Relais bewirken. Wenn der letztere Resonanzstromkreis beispielsweise auf die zweite Harmonische abgestimmt ist, werden entweder in dem Leistungstransformator oder in den Stromwandlern 8 vorübergehend auftretende Magnetisk¹-rungsstromstöße ein fehlerhaftes Ansprecinn der Relais nicht bewirken.

Die Halte- und Arbeitsstromkreise des Differentialrelais der in Abb. 1 dargestellten Anordnung können natürlich für die Halte- und Arbeitsstromkreise der in Abb. 7, 8 und g vcnuischaulichten Anordnungen verwendet werden. Abb. 10 zeigt eine Anordnung, bei der die Erfindung bei einem Vergleichsschutz mit HiI hleitungen für einen Abschnitt einer Drehstromleitung 45, 46 und 47 angewendet ist, die beispielsweise über Schalter 5 mit Auslösespulen O zwei nicht gezeichnete Stationssammelschicnt-n verbinden. Jeder Leitung sind an jedem Ende des Abschnitts Stromwandler 8 zugeordnet, die durch Hilfsleitungen 48, 49 und 50 miteinander verbunden sind. Den entsprechenden HiIi*- leitungen ist in jeder Station eine erfindungsgemäße Differentialrelaisschutzeinrichtung 210 zugeordnet. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur eine dieser Relaisschutzeinrichtungen völlig dargestellt. Für die Sperrung des Relais bei Überstrom ist jeder Stromwandler 8 mit einem Belastungswiderstand 51 versehen, durch den die Überstromhaltespule 29 in Reihe geschaltet ist. Wie bei der in Abb. ι dargestellten Anordnung ist der Stromkreis der Arbeitswicklung 13 auf die Grundwelle des Differenzstromes abgestimmt, der in dem zugeordneten Stromwandler 18 auftritt, und durch einen aus dem Kondensator 19 und der Induktivität 20 bestehenden Resonanzkreis gegen das Auftreten der das fehlerhafte Ansprechen, der Einrichtung hervorrufenden Harmonischen des Differenzstromes, im allgemeinen der zweiten und dritten Harmonischen, gesperrt. Auch der Stromkreis der Haltespule 12 ist gegen das Auftreten der Grundwelle des Differenzstromes durch die Wirkung des aus dem Kondensator 23 und der Induktivität 24 bestehenden Resonanzstromkreises gesperrt.

In dieser Anordnung werden natürlich bei Überströmen in dem überwachten Abschnitt

die Haltewirkungen der Spulen 29 und 12 überwiegen, obgleich der große Überstrom den Stromwandler sättigt und einen Differenzstrom mit einem hohen Prozentsatz von dritten Harmonischen enthält. Falls also in dem zu schützenden Abschnitt ein Fehler auftritt, ist die Wirkung der Spule 13 größer als diejenige der Spulen 12 und 29, wodurch der' Auslösestromkreis des Schalters geschlossen und die fehlerhafte Strecke abgeschaltet wird.

Abb. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Stromvergleichsschutz für einen Abschnitt eines Dreiphasensystems. Der Einfachheit halber ist nur eine Phasenleitung 52 in der Zeichnung dargestellt, die zwei nicht gezeichnete Stationen über Schalter 5 mit Auslösespulen 6 miteinander verbindet. An jedem Ende des überwachten Abschnitts sind Stromwandler 8 vorgesehen, die über Hilfsleitungen 53 und 54 miteinander verbunden sind. An die Punkte 55 mit normalerweise gleichem Potential ist durch eine Hilfsleitung 56 ein Hilfsstromkreis angeschlossen, in dem die Primärwicklungen der Stromwandler 18 eingeschaltet sind. In dem sekundären Wandlerkreis Hegt die eriindungsgemäße Schutzeinrichtung.

Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur eine dieser Relaiseinrichtungen dargestellt. Der Stromkreis der Arbeitswicklung 13 ist wie bei der Anordnung nach Abb. 1 auf die Grundwelle des Differenzstromes abgestimmt, welcher in den Stromwandlern 18 auftritt, und sperrt mittels des Resonanzstromkreises, bestehend aus dem Kondensator 19 und der Induktivität 20, die unter Umständen ein fehlerhaftes Ansprechen des Relais bewirkenden Harmonischen, im allgemeinen "die dritte Harmonische. In der gleichen Weise wird der Stromkreis der Haltewicklung 12 mittels des aus dem Kondensator 23 und der Induktivität 24 bestehenden Resonanzstromkreises derart gesperrt, daß die Grundwelle des Differenzstromes nicht wirken kann. Um Stromstöße zu vermeiden, können der Gleichrichter 25 und die Induktivität 21 vorgesehen werden.

Bei Überströmen in dem zu schützenden Abschnitt wird die Wirkung der Haltespule 12 überwiegen, da der Differenzstrom einen großen Prozentsatz der dritten Harmonischen und möglicherweise andere Harmonische enthält. Die überwiegende dritte Harmonische und auch irgendeine Gleichstromkomponente kann jedoch durch die Arbeitsspule 13 nicht hindurchgehen.

Bei einem Fehler in dem Leitungsabschnitt wird ein großer Differenzstrom hauptsächlich mit der Grundfrequenz auftreten; die Wirkung der Spule 13 wird diejenige der Spule 12 überwiegen und die Auslösung des Schalters 6 und dadurch die Abtrennung des fehlerhaften Abschnittes bewirken.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Differentialschutzeinrichtung für Wechselstromanlageteile, die in Abhängigkeit von der bei verschiedenen anormalen Stromverhältnissen vorhandenen unterschiedlichen Kurvenform, des Wandlerdifferenzstromes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Differentialrelais in Abhängigkeit sowohl von der Grundwelle als auch von den Harmonischen und der Gleichstromkomponente des Waridlerdifferenzstromes erfolgt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdasDifterentialx^-elais von zwei einander entgegenwirkenden elektrischen Größen beeinflußt wird, wobei die eine die Auslösung bewirkende elektrische Größe im wesentlichen nu·" von der Grundwelle des Differenzstromes, die andere die Auslösung verhindernde elektrische Größe dagegen nur von den Harmonischen und der Gleichstromkomponente geliefert wird.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dein Stromkreis der einen die Auslösung bewirkenden elektrischen Größe drei in Reihe liegende Resonanzkreise, von denen der eine ein Lichtkreis für die Grundwelle und go der zweite und dritte Resonanzkreis einen Sperrkreis für die zweite bzw. dritte Harmonische bildet, und in dem Stromkreis der anderen die Auslösung verhindernden elektrischen Größe ein Resonanzkreis angeordnet ist, der die Grundwelle sperrt.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkreise für die zweite und dritte Harmonische zu einem einzigen Sperrkreis zusammengefaßt sind, der auf eine Mittelfrequenz zwischen den beiden Harmonischen abgestimmt ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialrelais (10) als elektromechanisches Kipprelais ausgebildet und mit einer Arbeitswicklung (13) und einer Haltewicklung (12) versehen.ist, denen die beiden elektrischen Größen getrennt zugeführt werden.

6_; Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzstrom der einzelnen Stromwandler (8) über einen zusätzlichen Stromwandler (18) der Resonanzkreisanordnung und dem Differentialrelais zugeführt wird.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von durch die verschiedenen Frequenzen des Halte- und Arbeitsstrom.es des Differentialrelais hervorgerufenen Fehlauslösungen der Erregerstrom

in einem oder beiden Stromkreisen des Differentialrelais über eine Gleichrichteranordnung (25) den Relaiswicklungen zugeführt wird.

8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt des Haltemagneten des Differentialrelais kleiner ist als derjenige des Arbeitsmagneten.

9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Windungszahl des Haltemagneten größer ist als diejenige des Arbeitsmagneten.

10. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Differentialrelais ausgeübte Haltewirkung aucli noch zusätzlich durch den Überstrom erzielt wird.

11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltewicklung (12) und die durch den Betriebsstrom erregte,- die Haltewirkung verstärkende Zusatzwicklung (29) auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind.

12. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den Wicklungen des Differentialrelais die Wandlerströme einer Phase der zu- und abgehenden Leitungen des Schützlings über je einen primärseitig regelbaren Hilfswandler (18) zugeführt werden (AbIi. 5).

13. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärströme der Hilfswandler

(18) je einer Vollweggleichrichteranordnung (3°. 3¹) zugeführt werden, deren Ausgangskreise parallel geschaltet sind.

14. Schutzeinrichtung nach Anspruch χ und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialrelais (34) als Röhrenrelais ausgebildet ist, derem Gitterkreis die die Auslöse- und Haltewirkung steuernden Spannungen in an sich bekannter Weise zugeführt werden (Abb. 8).

15. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und den folgenden für Zweiwicklungstransformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Differentialrelais ein dynamometrisches Relais (110) verwendet wird, und daß die beiden Stromlcreise des Relais über je einen Stromwandler (18, 18") und eine Kapazität (22, 33) von dem Differentialstrom gespeist werden.

16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren mit den ihnen zugeordneten Stromwandlern derart auf Resonanz abgestimmt sind, daß der eine Stromkreis im wesentlichen nur die Grundwelle und der andere Stromkreis im wesentlichen nur die vorherrschende, z. B. die zweite Harmonische des Differentialstromes führt (Abb. 9).

17. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und den folgenden, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Verbindung mit einer Längsvergleichsschutzeinrichtung.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegcnstandes vom Stand der Technik sind im Erteilurgsverfahren* folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

französische Patentschriften .. Nr. 708 462, 699 766;

Relay Handbook (1926), Seite 610.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen