DE930535C

DE930535C - Differentialschutz

Info

Publication number: DE930535C
Application number: DEP3140A
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl-Ing Thewalt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-06-05
Filing date: 1949-06-05
Publication date: 1955-07-18

Description

Differentialschutz Beim Differentialschutz, insbesondere beim Differentialschutz von Transformatoren, kann der heim Einschaltvorgang auftretende Strom ein Ansprechen des Differentialschutzrelais hervorrufen. Um eine fehlerhafte Abschaltung zu vermeiden, ist es bekannt, die Abschaltung mit Verzögerung-vorzunehmen. Das bedeutet aber wiederum, daß bei einem Fehler im Schützling auch die Abschaltung erst nach einer gewissen Zeit erfolgen kann. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist es bekannt, ein Schnelldifferentialschutzrelais zu verwenden, welches nicht auf den beimEinschalten.auftretenden Einschaltstromstoß anspricht. Zu diesem Zweck hat man ein Schnelldifferentialschutzrelais über einen Zwischenwandler an den Brückenzweig angeschlossen und den Zwischenwandler so bemessen, daß er durch das beim Einschalten auftretende Gleichstromglied ins Sättigungsgebiet kommt, so daß, wenn das Differentialschutzrelais auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird, dieses durch den Einschaltvorgang nicht zum Ansprechen gebracht wird. An Stelle eines Zwischenwandlers kann man auch, z. B. bei einem Ferrarisrelais, das Triebsystem aus einem magnetischen Werkstoff solcher Bemessung herstellen,- daß dieses durch schwache Gleichströme schon so weit gesättigt wird, daß ein zum Ansprechen ausreichender Wechselfluß in dem Triebmagneten bei Vorhandensein einer Gleichstromkomponente im Differenzstrom der Schutzschaltung nicht auftreten kann.
Um zu vermeiden, daß das Schnelldifferentialschutzrelais bei einem Fehler außerhalb des Schützlings anspricht, ist es bekannt, ein wattmetrisches Sperrelais vorzusehen, das nur bei einem außenliegenden Fehler anspricht und dadurch das schnell wirkende Differentialschutzrelais stabilisiert. Hierzu besitzt das wattmetrische Sperrelais einen Ruhekontakt, der in Reihe mit dem Arbeitskontal, t des schnell wirkenden Differentialschutzrelais geschaltet ist.
Gemäß der Erfindung wird an Stelle eines wattmetrischen Sperrelais ein Prozentsatzrelais zur Stabilisierung des schnell wirkenden Differentialschutzrelais verwendet. Dieses Prozentsatzrelais, das bei inneren Fehlern die gleiche oder eine erhöhte Empfindlichkeit wie das schnell wirkende Differentialschutzrelais besitzt, spricht nur bei inneren Fehlern, nicht aber bei äußeren Fehlern an. Das hat zur Folge, daß eine Abschaltung von dem schnell wirkenden Differentialschutzrelais nur vorgenommen werden kann, wenn auch das Prozentsatzrelais anspricht. Bei außenliegenden Fehlern braucht daher das Prozentsatzrelais nicht erst anzusprechen, um die Auslösung zu sperren. Diese ist vielmehr von vornherein gesperrt und wird- nur bei Ansprechen des Prozentsatzrelais aufgehoben, so daß durch das schnell wirkende- Differentialschutzrelais keine Fehlauslösung erfolgen kann, wie hoch man auch immer seine Ansprechgeschwindigkeit treibt. Man kann dem schnell wirkenden Differentialschutzrelais einen Arbeitskontakt und ebenso dem Prozentsatzrelais einen Arbeitskontakt geben und diese beiden in Reihe in den Stromkreis eines Hilfsrelais schalten, das also nur dann erregt wird, wenn beide Kontakte geschlossen sind.- Man kann auch beispielsweise die Auslösung vornehmen, wenn ein Hilfsrelais entregt wird. In diesem Falle erhalten das. schnell wirkende Differentialschutzrelais und das Prozentsatzrelais je einen Ruhekontakt, die im Erregerkreis des Hilfsrelais liegen und parallel geschaltet sind.
Besonders zweckmäßig ist es, das empfindlicher eingestellte Prozentsatzrelais nicht nur zur Stabilisierung, sondern auch gleichzeitig dazu zu verwenden, bei einem inneren Fehler, bei welchem das schnell wirkende Differentialschutzrelais nicht mehr anspricht, eine verzögerte Auslösung herbeizuführen. Das. Prozentsatzrelais hat dann zwei Funktionen, einmal als Stabilisierungsrelais und einmal als empfindliches Differentialschutzrelais zum Schutz gegen innere Fehler. Hierzu kann man beispielsweise dem Differentialschutzrelais einen Ruhekontakt geben, über den ein Verzögerungsrelais erregt wird, das nach Unterbrechen seiner Erregung mit Verzögerung die Auslösung bewirkt, indem es beispielsweise parallel zu dem Arbeitskontakt des schnell wirkenden Differentialschutzre ais einen verzögert schließenden Ruhekontakt besitzt. Man kann aber auch das Verzögerungsrelais selbst als schnell wirkendes Differen.tialschutzrelais verwenden, indem man es zusätzlich mit dem zu überwachenden Strom so beau@fschlagt, daß es beim Überschreiten eines bestimmten Differenzstromes schnell auslöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Verwendung von mit Gleichstrom beaufschlagten Relais sind in den Fig. i und 2 der Zeichnung dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. i wird ein Transformator i geschützt. Hierzu sind Stromwandler 2 bzw. 3 im Primär- bzw. Sekundärkreis des Transformators vorgesehen, deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. Der Differenzstrom derWandlergruppen 2 und 3 wird durch die Wandlergruppe 4 erfaßt und durch -die Gleichrichtexgruppe 5 gleichgerichtet, die .aus vier Gleichrichterzweigen besteht, so daß nicht nur die Phasenströme, sondern auch ein gegebenenfalls auftretender Nullstrom gleichgerichtet wird. Der Durchgangsstrom (Summenstrom) wird durch die Wandler 6 und 7 erfaßt, deren Sekundärwicklungen parallel geschaltet sind. Der Durchgangsstrom wird durch die Gleichrichtergruppe 8 gleichgerichtet, die ebenfalls aus vier Zweigen besteht. Die Gleichrichtergrup.pen 5 und 8 wirken im entgegengesetzten Sinne auf ein polarisiertes Relais, z. B. ein Drehspulenrelais 9, ein, das einen Arbeitskontakt io und einen Ruhekontakt i i besitzt. Der Arbeitskontakt io wird geschlossen, wenn die Wirkung der Gleichrichtergruppe 5 die der Gleichrichtergruppe 8 übersteigt. Es handelt sich also bei dem Relais 9 um ein Prozentsatzrelais, dessen Ansprechempfindlichkeit mit steigendem Durchgangsstrom abnimmt, so daßes bei außenliegenden Fehlern nicht ansprechen kann. Der Schnellschutz wird durch das Relais 16 bewirkt. Dieses ist an die Sammelschienen 26 angeschlossen, die über die Gleichrichter 22, 23 und 24 gespeist werden. Die Gleichrichter werden von den Spannungsabfällen an .den Widerständen i9, 2o bzw. 21 erregt, die in Reihe mit den Sekundärwicklungen einer Wandlergruppe 18 liegen, die so bemessen ist, daß bei Auftreten einer Gleichstromkomponente im Differenzstrom die Wandler in das Sättigungsgebiet kommen. Das hat zur Folge, daß beim Einschaltvorgang die an der Sammelschiene 26 auftretende Spannung nur so .gering ist, daß sie das Relais 16 nicht zum Ansprechen bringen kann. An die Gleichstromsammelschiene 26 ist noch ein Kondensator 25 angeschlossen. Durch die beschriebene Schaltung wird erreicht, daß an den Sammelschienen 26 eine Spannung herrscht, die jeweils dem größten Phasenstrom entspricht.
Durch den Ruhekontakt 1i des Relais 9 wird ein Relais 12 über einen Widerstand 15 erregt. Dieses besitzt einen Ruhekontakt 13, der parallel zum Arbeitskontakt 17 des Relais 16 geschaltet ist und der sich, sobald der Kontakt I I geöffnet wird, mit Verzögerung schließt. Hierzu dient ein Ventil 14, das parallel zur Relaisspule 12 geschaltet ist. Die Anwendung eines Trockengleichrichters als Ventil 14 zur Überbrückung der Spule des Drehspulenrelais i2 hat den Vorteil, daß die unterschiedliche Temperaturcharakteristik der Spule und des Gleichrichters eine Temperaturkompensation hinsichtlich@der Abfallzeit ermöglicht., Außerdem tritt auch die Dämpfung nur in einer Richtung auf, so daß ein schnelles Zurückstellen des Relais möglich ist.
An Stelle des Relais 16, das auch ein Drehspulenrelais sein kann, können auch drei normale Wechselstromüberstromrelais verwendet werden, die von den Sekundärwicklungen der Wandlergruppe 18 erregt werden, - 27 ist ein Hilfsrelais, welches über seinen Kontakt die Auslösung des Leistungsschalters bewirkt und das bei Schließen des Kontaktes io und Schließen eines der beiden Kontakte 17 oder 13 erregt wird.
Bei Einschaltvorgang wird infolge der Sättigung der Wandler 18 das Relais 16 nur so schwach erregt, daß es nicht ansprechen kann. Das Relais 9 spricht zwar an, aber kann nicht auslösen, da der Abschaltvorgang abgeklungen ist, bevor der Ruhekontakt 13 geschlossen ist. Bei einem inneren Fehler spricht das Relais 9 an und schließt seinen Kontakt io. Ist die Fehlerstromstärke groß, so schließt auch sofort das Relais 16 seinen Kontakt 17, und die Auslösung erfolgt ohne Verzögerung. Handelt es sich um einen inneren Fehler, bei dem nur ein schwacher Differenzstrom auftritt, so spricht das Relais 16 nicht an. Die Erregung des Hilfsrelais 27 und die Auslösung des Leistungsschalters erfolgt daher erst, wenn das Drehspulenrelais 12 seinen Ruhekontakt 13 geschlossen hat. Bei einem außenliegenden Fehler hält das Prozentsatzrelais seinen Arbeitskontakt io offen, so daß auch ein Ansprechen des Relais 16, beispielsweise infolge ungleicher Charakteristiken der Wandler 2 und 3, keine Auslösung herbeiführt; das. Relais 16 wird also durch das Prozentsatzrelais 9 stabilisiert.
In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem das Drehspulenrelais, das die Verzögerung der Auslösung bewirkt, gleichzeitig auch als schnell wirkendes Differentialschutzrelais wirksam ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist wiederum 9 das als Prozentsatzrelais ausgebildete Drehspulenrelais, das von den Gleichrichtergruppen 5 und 8 erregt wird. Mit 30 ist das zweite Drehspulenrelais bezeichnet, das über den Ruhekontakt i i des Relais 9 erregt wird und eine besondere Dämpfungswicklung 31 besitzt. Das Drehspulenrelais 3o besitzt einen Arbeitskontakt 32 und einen Ruhekontakt 33, der im Stromkreis des Hilfsrelais 37 liegt, das außer den Kontakten .Io noch einen Arbeitskontakt 38 und einen Ruhekontakt 39 besitzt, die unterbrechungslos umgeschaltet werden können. Damit das Relais 30 gleichzeitig auch als schnell wirkendes Differentialschutzrelais wirksam ist, liegt die Spule des Relais über ein Ventil 4:2, z. B. einen Trockengleichrichter, an den Widerständen 34. und 35, von denen der erste an die Gleichstromsammelschiene 26 angeschlossen ist, während der Widerstand 35 über einen Widerstand 36 von einer konstanten Gleichspannungsquelle erregt wird. Die Spannungen an den Widerständen 34. und 35 wirken einander entgegen. Solange die Spannung 34 kleiner als die Spannung 35 ist, hat sie keinen Einfluß auf das Relais 30. Überwiegt sie aber, dann fließt ein Strom über das Relais 30, welcher ein zusätzliches Drehmoment im Relais erzeugt, das der Dämpfung entgegengesetzt gerichtet ist und ein schnelles Schließen des Kontaktes 33 bewirkt. Wird die Sammelschiene 26 mit genügender Energie versorgt, so wird das Relais schon bei einem Wert, der wenig über dem Stromwert liegt, bei welchem die Spannungsabfälle am Widerstand 34 und 35 gleich sind, beschleunigt seinen Kontakt 33 schließen.
Tritt daher ein innerer Fehler auf, der groß genug ist, um am Widerstand 3:1. einen Spannungsabfall hervorzurufen, welcher die Spannung am Widerstand 35 überwiegt, so schließt das Relais 30 schnell seinen Kontakt 33 und, da der Kontakt io des Relais 9 ebenfalls geschlossen ist, erfolgt eine schnelle Auslösung. Bei inneren Fehlern, die einen Differenzstrom zur Folge haben, der unterhalb dieses Wertes liegt, erfolgt die Auslösung nach öffnen des Kontaktes i i und Schließen des Kontaktes 10 verzögert um eine Zeit, die der Abfallzeit des Relais 30 entspricht. Auch hier verhindert das Prozentsatzrelais 9 eine fehlerhafte Auslösung bei außenliegenden Fehlern.
Das Hilfsrelais 37 besitzt im Ausführungsbeispiel eine in der Mitte angezapfte Wicklung. Bei seinem Ansprechen erfolgt eine unterbrechungslose Umschaltung vom Kontakt 38 auf den Kontakt 39, wodurch die untere Wicklungshälfte an die volle Spannung gelegt wird und die Kontakte 33 und 10 entlastet werden. Ein Widerstand 41 dient dazu, beim Schließen des Kontaktes i i das Relais 30 zu erregen, so daß es den Kontakt 32 schließt und damit das Relais 37 wieder zum Abfallen bringt.
Im Ausführungsbeispiel ist das Prozentsatzrelais 9 mit nur einer Spule ausgeführt, auf die die Gleichrichtergruppen 5 und 8 im entgegengesetzten Sinne einwirken, man kann aber auch Relais mit zwei Spulen verwenden, von denen die eine von der Gleichrichtergruppe 5, die andere von der Gleichrichtergruppe 8 erregt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Differentialschutz mit einem schnell wirkenden Differentialschutzrelais, das auf den beim Einschalten des Schützlings auftretenden Ausgleichstrom nicht anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Prozentsatzrelais vorgesehen ist, das zur Stabilisierung des schnell wirkenden Differentialschutzrelais dient.
2. Differentialschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozentsatzrelais einen Arbeitskontakt besitzt, der mit einem Arbeitskontakt des schnell wirkenden Differentialschutzrelais in Reihe geschaltet ist.
3. Differentialschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozentsatzrelais für innere Fehler empfindlicher eingestellt ist als das schnell wirkende Differentialschutzrelais und bei seinem alleinigen Ansprechen eine Auslösung mit Verzögerung bewirkt. .I.
Differentialschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozentsatzrelais ein Drehspulenrelais ist, auf das im auslösenden nSinne der gleichgerichteteDiffer.enzstrom und im sperrenden Sinne der gleichgerichtete Durchgangsstrom einwirken.
5. Differentialschutz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehspulenrelais vorgesehen ist, das durch das Prozentsatzrelais, wenn dieses nicht in der Auslösestellung steht, erregt ist und einen verzögerten Ruhekontakt parallel zum Arbeitskontakt des schnell wirkenden Differentialschutzrelais besitzt.
6. Differentialschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Spule des Drehspulenrelais ein Ventil geschaltet ist.
7. Differentialschutz nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verzögerung der Abschaltung beim Ansprechen des Prozentsatzrelais bewirkendes Drehspulenrelais gleichzeitig als schnell wirkendes Differentialschutzrelais dient. B.
Differentialschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Drehspulenrelais über Gleichrichter die Differenz zweier Spannungen einwirkt, von denen die eine über Wandler, die bereits bei geringem Gleichstrom gesättigt sind, aus dem Differenzstrom gewonnen wird, während die zweite konstant ist, und daß in diesen Stromkreis ein Ventil eingeschaltet ist, das einen Stromfluß über das Relais nur gestattet, wenn die erste Spannung größer als die zweite ist, und daß dieses Drehspulenrelais außerdem über das Prozentsatzrelais, wenn sich dieses nicht in der Auslösestellung befindet, an Spannung angeschlossen ist und in Reihe mit dem Auslösekontakt des Prozentsatzrelais einen Kontakt besitzt, der im stromlosen Zustand des Drehspulenrelais oder bei Erregung über das Ventil geschlossen ist.
9. Differentialschutz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehspulrelais eine. Kurzschlußwicklung besitzt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 896 676, 889 6q.5.