DE762983C - Anordnung fuer Differentialschutzvorrichtungen - Google Patents
Anordnung fuer DifferentialschutzvorrichtungenInfo
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
- H02H7/045—Differential protection of transformers
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- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
- H02H3/28—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus
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Description
Beim Differentialschutz für Transformatoren und andere Anlageteile hat das Differentialrelais
die Aufgabe, den Transformator vor inneren Fehlern zu schützen. Das Differentialrelais kann aber Fehlauslösungen hervorrufen,
wenn ein Fehler im Netz außerhalb des Transformators entsteht und dabei so große Ströme
durch den Transformator fließen, daß das Eisen in den zur Schutzeinrichtung gehörenden Stromwandlern
gesättigt wird. Hierdurch entstehen im Differentialrelais Stromdifferenzen, die den
Anschein geben, als ob ein Fehler im Transformator vorliege.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bisher das Differentialrelais mit einem Halteglied
versehen, das ein Auslösen durch das Relais verhindert, wenn der Fehlerstrom einen
gewissen prozentualen Teil des Durchgangsstromes des Transformators unterschreitet.
Dieses Verhältnis zwischen Fehlerstrom und Durchgangsstrom wird gewöhnlich Stabilitätsgrad genannt.
Die Gleichstromkomponente, die während der ersten Perioden eines Kurzschlusses vorhanden
ist, bringt .aber eine weitere große Gefahr für die Sättigung der Stromwandler
mit sich. Das führt dazu, daß der scheinbare Fehlerstrom (Falschstrom) kurzzeitig einen unberechenbaren
Wert erreichen kann. Bei den außerordentlich schnell wirkenden Schutzvorrichtungen,
die in der modernen Schutztechnik benutzt werden, muß auf diesen scheinbaren kurzzeitigen Fehlerstrom Rücksicht genommen
werden. Wenn man die bisherige Schaltung verwenden will, muß man den Stabilitätsgrad
sehr hoch wählen.
Die Erfindung betrifft eine Differentialschutzeinrichtung, bei der die Gefahr der Fehlauslösungen
durch große Durchgangsströme des Transformators beseitigt wird, ohne daß die Empfindlichkeit des Differentialrelais erniedrigt
wird. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Differentialrelais mit einem
besonderen Sperrelais zusammengeschaltet wird. Dieses Sperrelais ersetzt das genannte Halteglied.
Es ist als Vergleichsrelais gebaut und besitzt einen Kontakt, der in dem Arbeitsstromkreis des Differentialrelais eingeschaltet
ist. Durch die Anordnung eines derartigen Vergleichsrelais gewinnt man gegenüber den
bekannten Anordnungen den Vorteil, daß durch eine zweckmäßige Anpassung der Spulen des
Relais jedes gewünschte Schutzgebiet erreicht werden kann. Gewöhnlich werden die Spulen
so angepaßt, daß das Relais nicht sperrt, wenn der Strom, der durch den Transformator hindurchgeht,
kleiner als der Normalstrom ist. Wenn der Normalstrom aber überschritten wird, tritt das Sperrelais in Tätigkeit. Da das Relais
als Vergleichsrelais ausgebildet ist, hat man den Vorteil, daß dem Sperrgebiet die gewünschte
Größe gegeben werden kann. So kann man erreichen, daß Sperrung dann eintritt, wenn der
Strom durch den Transformator den Nullwert erreicht für den Fall, daß die zu dem Transformator
fließenden Ströme gleich den abfließenden sind. Die Sperrung erfolgt aber erst bei wesentlich höheren Strömen, wenn diese
Ströme nicht gleich sind, und überhaupt nicht, wenn die Ströme besonders ungleich sind.
Die bisher verwendete Anordnung mit einem Differentialrelais erlaubt nicht, das Differentialrelais
zum Ansprechen zu bringen, wenn der Strom durch den Transformator einen gewissen
Wert nicht erreicht. Meist liegt dieser Wert in der Höhe des Normalbelastungsstromes des
Transformators. Diese Anordnung ist mit dem Nachteil behaftet, daß bei kleinen Strömen
Sperrung auch dann eintritt, wenn der Strom in den Transformator von beiden Seiten hereinfließt
(vielseitige Speisung), d. h. bei einem Fehler innerhalb des Transformators.
x\n Hand der Abbildungen wird die Erfindung
erläutert. Abb. 1 zeigt die bisher verwendete Anordnung mit einem Differentialrelais und
einem Halteglied; die Abb. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Transformator,
der mit zwei Zuleitungen versehen ist, während die Abb. 3 und 4 zwei verschiedene
Ausführungsformen der Erfindung für Dreiwicklungstransformatoren erkennen lassen.
Für die mathematische Behandlung der Wirkungsweise der Anordnungen ist es zweckmäßig,
die zu dem Transformator fließenden Ströme mit positiven Vorzeichen zu bezeichnen.
Die Ströme in den Zuleitungen werden mit x, y und ζ bezeichnet, α und b sind Koeffizienten,
welche die Wirkung der Ströme in den Spulen angeben, die auf den Enden des Waagebalkens des Sperrelais (Vergleichsrelais)
wirken.
In den Abbildungen bezeichnet 1 den Transformator, 2, 3 und 4 die verschiedenen Zuleitungen
zu dem Transformator und 5, 6 und 7 die in den Zuleitungen eingeschalteten Stromwandler.
In Abb. ι ist der Waagebalken des Relais mit 8 bezeichnet und der Arbeitskontakt mit 9.
10 ist das als Differentialglied wirkende Spulensystem und 11 das als Halteglied wirkende
Spulensystem. Bei Fehlern im Transformator, wenn also die Ströme χ und y in dem System 10
zusammenwirken, wird der' Waagebalken auf der rechten Seite nach unten gezogen, so daß
der Kontakt 9 geschlossen wird und die Auslösung stattfindet. Dem Spulensystem 10 wirkt
hierbei das Spulensystem 11 und die Feder 12
entgegen. Hierdurch wird erreicht, daß das Relais eine Auslösung nicht eher bewirken kann,
bis der Strom beispielsweise den Normalwert überschritten hat und der Differenzstrom gleichzeitig
verhältnismäßig groß ist.
Wenn die Kraft der Feder 12 mit P bezeichnet wird, gilt für das Relais die Gleichung:
az(x 4- y)2 — Ψ {x
P = o.
Wird eine Drehung der Koordinaten um 45 ° vorgenommen, so nimmt die Gleichung die
Form
= I
an. Diese Gleichung stellt eine Hyperbel dar von dem Aussehen der Kurve 17 der Abb. 5. no
Sie hat die Halbdurchmesser 1/— und 1/— .
In dem Bereich, der von der schraffierten Fläche angegeben wird, ist der Kontakt 9 offen.
Hieraus geht hervor, daß das Differentialrelais gesperrt ist, nicht nur, wenn die Ströme klein
sind und die richtige Richtung durch den Transformator haben, sondern auch, wie von
der kreuzschraffierten Fläche angegeben wird, wenn die Ströme gegen den Transformator
gerichtet sind, d. h. wenn in demselben ein Fehler vorhanden ist. Dies ist natürlich ein
großer Nachteil, der vollständig vermieden wird, wenn das Differentialrelais in der in den Abb. 2
bis 4 gezeigten Weise von dem Sperrglied getrennt wird.
In der Anordnung nach Abb. 2 bezeichnet 14 das Differentialrelais selbst, das eine Spule 15
hat und einen Arbeitskontakt 16, der bei einer Differenz zwischen den von den Wandlern 5
und 6 abgegebenen Strömen geschlossen wird, ίο Für das Relais 13 gilt die Gleichung:
a2(x + y)2 — b2 (x— y)2 +p = o.
Wird auch für diese eine Drehung der Koordinaten um 450 vorgenommen, erhält die Gleichung
die Form
2 a2
2 δ2
Diese Gleichung bedeutet eine Konjugathyperbel zu der vorigen Hyperbel und die für die beiden
HyperbelngemeinsamenAsymtotenyj^ = ± X1^-
oder, in den ursprünglichen Koordinaten ausgedrückt,
y = — χ —i. undy = χ ——. Die
CL — O
U-r-u
Halbdurchmesser dieser Hyperbel sind auch
I/— und I/ Den kleinsten Strom, für
Y 2a2 Y 2b2
welchen das Relais anspricht, erhält man, wenn X1 gleich Null gesetzt wird. Dann wird yx
gleich 1/ —-. χ und y sind untereinander gleich
VIp
und gleich "— „
10
10
Diese Hyperbel ist in der Abb. 5 mit 18
bezeichnet. Das Gebiet, in welchem der Kontakt 9 offen ist, ist in der Abbildung mit einer
groben Schraffierung bezeichnet, d. h. nur in diesem Gebiet übt das Relais eine sperrende
Wirkung aus.
Es ist offenbar, daß man durch das Wählen von verschiedenen Verhältnissen zwischen a
und b den Winkel zwischen den Asymptoten verändern kann, wodurch verschieden große
Sperrgebiete zu erzielen sind. Durch die Auswahl von verschiedenen absoluten Werten für b
und P kann man ferner den kleinsten Strom verändern, für welchen das Relais anspricht.
Wie ersichtlich, verursacht dieses Relais eine Sperrung des Äuslösekreises erst bei verhältnismäßig
großen Stromwerten und nur, wenn der Unterschied zwischen den Strömen nicht allzu
(* + y + z)2 — b*
Auch diese Gleichung bedeutet einen hyperbolischen Zylinder.
groß ist. Für den Fall, daß die Ströme groß sind und ferner der Unterschied zwischen ihnen so
groß ist, daß er nicht durch eine Sättigung in den Wandlern hervorgerufen sein kann, sondern
durch einen Fehler im Transformator, sperrt das Relais nicht.
Bei Dreiwicklungstransformatoren werden die in den Abb. 3 und 4 gezeigten Anordnungen
verwendet. In diesen Abbildungen sind entsprechende Teile mit denselben Bezeichnungen
wie in der Abb. 2 bezeichnet.
In der Anordnung nach Abb. 3 besteht das Spulensystem 11 aus drei Spulen, die auf dem
einen Ende des Waagebalkens 8 wirken, während die Spule 10 auf das andere Ende wirkt.
Für dieses Relais gilt die Gleichung:
a2(x + y +z)2 — b2(x2 + y2+z2)+P = o.
Diese Gleichung stellt einen hyperbolischen Zylinder dar, der alle Koordinatebenen nach
Hyperbeln schneidet, deren Gleichungen man erhält, wenn x, y und ζ der Reihe nach gleich
Null gesetzt werden.
Werden auch für diese Schnitthyperbeln die Koordinaten um 450 gedreht, erhalten sie die
Gleichungen:
P | b2 | P | |
2a | 2 |
b2
ζ 2 |
|
P | ■b2 | P | |
X1 2 | y 2 | ||
P | -b2 | P | |
2 a | 2 __ | b2 | |
Die reellen Halbdurchmesser werden also dieselben in allen Koordinatebenen, nämlich
1/—, d. h. wenn einer von den drei Strömen γ b2
gleich Null angenommen wird,, spricht das Relais erst dann an, wenn die zwei anderen Ströme
einander gleich, und zwar auch gleich Ί/— sind.
γ 2 δ2
Innerhalb der von den beiden gewölbten Flächen des hyperbolischen Zylinders begrenzten Räume
übt das Relais seine Sperrwirkung aus, dagegen nicht innerhalb des zwischen diesen liegenden
Raumes.
Die Anordnung nach Abb. 4 arbeitet praktisch in derselben Weise. Für dieses Relais gilt die
Gleichung:
+ (2 ζ
y)2] +P= 0.
Wenn in der Gleichung x, y und ζ der Reihe nach gleich Null gesetzt werden, erhält man die
Schnittkurven mit den Koordinatebenen. Wenn ferner eine Drehung der Koordinaten um 450
vorgenommen wird, erhalten diese Kurven die Gleichungen:
.- | P | ■ν) | |
κ« | |||
(a- | P | δ2) | |
2 | ι 2 | ||
P | |||
2 (α-
6 δ2
Die Halbdurchmesser der Schnitthyperbeln werden auch hier gleich groß in allen drei
ΙΓτΓ
Die Anordnung nach Abb. 4 gibt also mit entsprechenden Abmessungen der Spulen dieselbe
Wirkung wie die Anordnung nach Abb. 3. Sie dürfte aus konstruktiven Gründen vorgezogen
werden.
Wie ersichtlich, geben die oben angegebenen Anordnungen die Möglichkeit, die Größe des
Sperrgebietes, und zwar nur durch eine geeignete Anpassung der Koeffizienten der Spulensysteme
und der Zugkraft der Feder, frei zu wählen. Es ist also möglich, ohne die Empfindlichkeit
des Differentialrelais herabzusetzen und sich gegen Fehlauslösungen zu sichern, die
auf eine unsymmetrische Wirkungsweise der Schutzwandler zurückzuführen sein könnten.
Claims (3)
- Patentansprüche:i. Anordnung für Differentialschutz vorrichtungen von Transformatoren und anderen Anlageteilen zur Verhinderung von Fehlauslösungen bei Fehlern außerhalb des zu schützenden Apparates durch ein in den Arbeitsstromkreis des Differentialrelais eingeschaltetes Sperrelais, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Sperrelais (13) als Vergleichsrelais ausgeführt ist mit einem Glied (10), das von der Summe der zu schützenden Ströme am Apparat betätigt wird, und mit einem diesem Glied entgegenwirkenden Glied (11), das von der Differenz dieser Ströme betätigt w'rd.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz von Dreiwicklungstransformatoren das Sperrelais mit einem Glied (10) versehen ist, das von der Summe der Ströme betätigt wird, und mit einem diesem Glied entgegenwirkenden Glied, das aus drei voneinanderunabhängigen Elektromagneten (11) besteht, deren Wicklungen jede von dem Strom einer der Transformatorwicklungen durchflossen wird.
- 3. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz von Dreiwicklungstransformatoren das Sperrelais mit einem Glied versehen ist, das von der Summe (x -f- y + z) der zu dem Transformator fließenden Ströme betätigt wird, und mit einem diesem Glied entgegenwirkenden Glied, das aus zwei unabhängigen Elektromagneten besteht, von welchen der eine mit zwei einander entgegenwirkenden Wicklungen versehen ist, die von dem Strom (x und y) zweier Transformatorwicklungen durchflossen werden, während der andere Elektromagnet drei Wicklungen hat, von welchen die eine von dem Strom (z) der dritten Transformatorwicklung durchflossen wird, während die zwei anderen Wicklungen, die in derselben Richtung wirken, von den Strömen (x und y) der beiden ersten Transformatorwicklungen durchflossen werden.Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:Deutsche Patentschrift Nr. 612747;»Relaisbuch« von Dr. Michael Walter, 1940, S. 86 bis 89.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 5216 6.53
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE228757X | 1941-05-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE762983C true DE762983C (de) | 1953-06-22 |
Family
ID=20305632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEST61716D Expired DE762983C (de) | 1941-05-05 | 1942-04-11 | Anordnung fuer Differentialschutzvorrichtungen |
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---|---|
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GB (1) | GB554210A (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE612747C (de) * | 1928-08-04 | 1935-05-03 | Siemens & Halske Akt Ges | Differentialschutzanordnung fuer Teile einer elektrischen Anlage |
-
1942
- 1942-04-10 CH CH228757D patent/CH228757A/de unknown
- 1942-04-11 DE DEST61716D patent/DE762983C/de not_active Expired
- 1942-04-16 GB GB5044/42A patent/GB554210A/en not_active Expired
- 1942-05-05 FR FR881766D patent/FR881766A/fr not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE612747C (de) * | 1928-08-04 | 1935-05-03 | Siemens & Halske Akt Ges | Differentialschutzanordnung fuer Teile einer elektrischen Anlage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH228757A (de) | 1943-09-15 |
FR881766A (fr) | 1943-05-07 |
GB554210A (en) | 1943-06-24 |
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