DE966610C

DE966610C - Earth fault protection device for electrical system components, especially generators

Info

Publication number: DE966610C
Application number: DES30270A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Neugebauer; Bruno Westphal
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-09-17
Filing date: 1952-09-18
Publication date: 1957-08-29
Also published as: CH317662A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Erdschlußschutzeinrichtung für elektrische Anlagenteile, insbesondere Generatoren, bei der vor und hinter den zu schützenden Anlagenteilen je ein auf ein gemeinsames Erdschlußrelais arbeitender Wandlersatz vorgesehen ist und der Summenstrom des einen Wandlersatzes das Erdschlußrelais bei innenliegendem Erdschluß im auslösenden Sinne beeinflußt.The invention relates to a ground fault protection device for electrical system parts, in particular Generators with one each on a common earth fault relay in front of and behind the system parts to be protected working converter set is provided and the total current of one converter set is the Earth fault relay influenced in the triggering sense in the event of an internal earth fault.

Sowohl bei Verwendung wattmetrischer als auch reiner Stromrelais als Erdschlußrelais können Fehlauslösungen durch Wandlerfalschströme auftreten. Während sich die Wandlerfalschströme bei stationären Verhältnissen durch einfache Empfindlichkeitsänderungen der Erdschlußrelais in Abhängigkeit vom Laststrom der Wandler beherrschen lassen, ist dies bei Schaltvorgängen, beispielsweise beim Zuschalten von Netztransformatoren, nicht mehr der Fall, da die Strombelastung der Wandler sich bei solchen Vorgängen oft nur wenig vergrößert und dementsprechend kein ausreichender Kompensationsstrom zur Verfügung steht. Gerade in solchen Fällen liefern aber die in Einfach- und Doppelsumme zusammengeschalteten Stromwandler infolge des Gleichstromgliedes des Rushstromes und der Beschaffenheit des Stromwandlereisens oft hohe 5operiodige Falschströme, die in Verbindung mit einer gleichzeitig auftretenden Erdschlußverlagerungsspannung ein Fehlansprechen wattmetrischer Relais oder bei Verwendung reiner Strom-Both when using wattmetric and pure current relays as earth fault relays, false tripping can occur occur due to incorrect transformer currents. While the transformer false currents in steady-state conditions are caused by simple changes in the sensitivity of the earth fault relay depending on the Allowing the load current of the converter to be controlled is when switching operations, for example when switching on of mains transformers, is no longer the case, since the current load on the converter is increased during such processes often only slightly enlarged and accordingly not enough compensation current available stands. However, it is precisely in such cases that the interconnected single and double sums deliver Current transformer due to the direct current element of the rush current and the nature of the current transformer iron often high 5-period false currents in connection with a simultaneous earth fault displacement voltage a false response of wattmetric relays or when using pure electricity

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relais auch ohne Auftreten einer Erdschlußverlagerungsspannung Fehlauslösungen hervorrufen können. Bei Verwendung reiner Stromrelais als Erdschlußrelais liegen die Möglichkeiten eines Fehlansprechen: sogar besonders günstig. Andererseits sind die Vorteile des reinen Stromrelais gegenüber einem wattmetrischen Relais so groß, daß seine weitere Anwendung erwünscht ist, wobei aber Mittel zur Sicherung gegen ein Fehlansprechen notwendig sind, ίο Bei den bekanntgewordenen Erdschlußschutzeinrichtungen der einen Art ist eine sichere Verhinderung einer Fehlauslösung bei gleichzeitigem Auftreten eines Netzerdschlusses und eines Stoßvorganges überhaupt nicht erreichbar, bei anderen Einrichtungen dagegen eine Fehlauslösung bei Stoßvorgängen nur unter Zuhilfenahme von auf besonders kleine Wandlerfalschströme abgeglichene Sonderwandler vermeidbar, wobei es weiterhin notwendig sein kann, daß bei sehr großen Falschströmen während der Dauer des Stoßkurzschlusses die Auslösung des Erdschlußrelais verzögert wird.relays can cause nuisance tripping even without the occurrence of an earth fault displacement voltage. When using pure current relays as earth fault relays, there is a possibility of incorrect response: even particularly cheap. On the other hand, the advantages of the pure current relay are compared to a wattmetric one Relay so large that its further application is desired, but with means of protection against a Incorrect response are necessary, ίο With the earth-fault protection devices that have become known one type is a reliable prevention of a false triggering with the simultaneous occurrence of a Mains earth fault and a surge process not attainable at all, with other facilities on the other hand an erroneous triggering in the event of shock processes only with the aid of particularly small transformer false currents balanced special converters avoidable, although it may still be necessary that with very large false currents during the duration of the surge short-circuit delay the triggering of the earth-fault relay will.

Zur Vermeidung dieser Nachteile unter gleichzeitiger Vereinfachung der Schaltungsanordnung ist gemäß der Erfindung der zweite Wandlersatz so beschaffen und mit dem Erdschlußrelais in Verbindung gebracht, daß er nur bei Stoßvorgängen mittels der dabei in ihm auftretenden Falschströme das Erdschlußrelais sperrt. Es wird also beim Gegenstand der Erfindung der Falschstrom selbst zu einer sehr wirksamen Stabilisierung des Erdschlußrelais ausgenutzt. Als Erdschlußrelais kann dabei ein an sich bekanntes Waagebalkenrelais (Differenzrelais) verwendet werden. Es ist aber auch möglich, ehr Drehspulrelais unter Vorschaltung eines Gleichrichters und Zwischenwandlers zu verwenden, wobei der Sperrstrom ebenfalls gleichgerichtet und in einer Brückenschaltung mit dem dem Drehspulrelais vorgeschalteten Gleichrichter arbeitet. Durch Einschalten von Zusatzbürde in den zweiten Wandlersatz in eine oder mehrere Phasen kann eine zusätzliche Verstimmung und somit in jedem Falle ein ausreichender Summennullstrom zur Erreichung der günstigsten Stabilisierungsverhärtnisse erzielt werden.To avoid these disadvantages while at the same time simplifying the circuit arrangement according to the invention, the second set of converters is designed and connected to the earth fault relay brought that he only with shock processes by means of the false currents occurring in him the earth fault relay locks. Thus, in the subject matter of the invention, the false current itself becomes a very effective one Stabilization of the earth fault relay exploited. A known per se can be used as a ground fault relay Balance bar relays (differential relays) can be used. But it is also possible to use a moving coil relay to be used with an upstream rectifier and intermediate converter, with the reverse current also rectified and works in a bridge circuit with the rectifier connected upstream of the moving coil relay. By switching on an additional burden in the second converter set in one or more phases can be an additional detuning and thus in any case a sufficient total zero current for Achievement of the most favorable stabilization hardening can be achieved.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.In the drawing, the invention is illustrated in two exemplary embodiments.

In Fig. ι ist 0 der zu schützende Anlagenteil, z. B. der Ständer eines Generators, welcher auf das Netz R₁ S, T arbeitet. In üblicher Weise ist diesem ein Wandlersatz ι vorgeschaltet, dessen Summenstrom das Erdschlußrelais 4 speist. Auf der anderen Seite des zu schützenden Anlagenteiles 0 ist ein zweiter Wandlersatz 2 vorgesehen, der auch anderen Meß- und Schutzzwecken dienen kann, beispielsweise zum Rückleistungsschutz, Überstromschutz, zur Strom- und Leistungsmessung usw. Diese Geräte bzw. Relais können bei 3 eingeschaltet sein. In die Sternpunktrückleitung dieses Wandlersatzes 2 ist ein kleiner Zwischenwandler 5 eingeschaltet, der zur Sicherung gegen Überströme als Sättigungswandler ausgebildet sein kann. Die Sekundärseite dieses Zwischenwandlers 5 speist einen Gleichrichter 6. Andererseits wird auch der Summenstrom des Wandlersatzes 1 über einen vorteilhaft ebenfalls als Sättigungswandler ausgebildeten Zwischenwandler 7 einem Gleichrichter 8 zugeführt, der mit dem Gleichrichter 6 und einem Drehspulrelais 9 in Brückenschaltung so verbunden ist, daß die Relaisspule von den Strömen der beiden Gleichrichter 6, 8 im entgegengesetzten Sinne durchflossen wird.In Fig. Ι 0 is the part of the plant to be protected, z. B. the stator of a generator, which works on the network R ₁ S, T. In the usual way, this is preceded by a converter set ι, the total current of which feeds the earth-fault relay 4. On the other side of the system part 0 to be protected, a second converter set 2 is provided, which can also be used for other measurement and protection purposes, for example for reverse power protection, overcurrent protection, for current and power measurement, etc. These devices or relays can be switched on at 3. A small intermediate converter 5, which can be designed as a saturation converter to protect against overcurrents, is connected into the neutral point return of this converter set 2. The secondary side of this intermediate converter 5 feeds a rectifier 6. On the other hand, the total current of the converter set 1 is also fed via an intermediate converter 7, which is advantageously also designed as a saturation converter, to a rectifier 8, which is connected to the rectifier 6 and a moving coil relay 9 in a bridge circuit in such a way that the relay coil is traversed by the currents of the two rectifiers 6, 8 in opposite directions.

Während der Erdstrom bei einem Erdschluß, beispielsweise im Generator 0, als solcher im Relais 9 ein Auslösemoment hervorruft, bewirkt der über den Gleichrichter 6 zugeführte Kompensationsstrom ein Moment in Sperrichtung. Bei einem Fehler in dem zu schützenden Anlagenteil ist die Kompensation jedoch praktisch unwirksam, da der Erdstrom im Wandlersatz 2 keinen Differenzstrom liefert. Nimmt man beispielsweise an, daß in an sich bekannter Weise eine Ständererdschlußdrossel 10 mit veränderlicher Widerstandsbelastung vorhanden sei und daß — wie eingezeichnet — in dem zu schützenden Anlagenteil 0 die Phase Γ Erdschluß habe, so fließen die Erdschlußströme von der Ständererdschlußdrossel 10 in den beiden Stromwandlersätzen 1 und 2 und im Anlagenteil 0 in Richtung der eingetragenen Pfeile zur Erdschlußstelle. Im Stromwandlersatz 2 fließt also im Wandler für die Phase T der doppelte Strom in umgekehrter Richtung wie in den beiden anderen Wandlern, so daß der Summenstrom Null ist. In diesem Erdschlußfalle liefert also lediglich der Wandlersatz 1 allein den Ansprechstrom für das Erdschlußrelais 4. Beteiligt sich jedoch der Generator 0 an dem Einschaltrushstrom für einen im Netz liegenden Transformator oder Motor, so werden beide Wandlersätze 1 und 2 beaufschlagt, und das Relais wird durch die Kompensationsschaltung im sperrenden Sinne beaufschlagt; es kommt also keine Auslösung zustande. Durch Änderung der Wandlerbürde, beispielsweise durch Einschalten eines geeigneten Widerstandes, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Ideinen Induktivität, in eine oder mehrere Phasen des Zwischenwandlers 2, wie es bei 11 angedeutet ist, sowie durch ein anpaßbares Übersetzungsverhältnis des Zwischenwandlers 5 und/oder gegebenenfalls durch auf der Gleichstromseite des Gleichrichters 6 eingeschaltete Reihen- und/oder Parallelwiderstände 12 kann man in jedem Falle den Kompensationsstrom so günstig dimensionieren, daß mit Sicherheit ein Fehlansprechen des Erdschlußrelais 4 vermieden wird.While the earth current in the event of an earth fault, for example in generator 0, as such causes a triggering moment in relay 9, the compensation current supplied via rectifier 6 causes a moment in the reverse direction. In the event of a fault in the part of the system to be protected, however, the compensation is practically ineffective, since the earth current in transformer set 2 does not provide any differential current. If one assumes, for example, that a stator earth-fault choke 10 with a variable resistance load is present in a manner known per se and that - as shown - phase Γ earth fault in the plant part 0 to be protected, the earth-fault currents from the stator earth-fault choke 10 flow in the two current transformer sets 1 and 2 and in part 0 in the direction of the arrows to the earth connection point. In current converter set 2, twice the current flows in the converter for phase T in the opposite direction as in the other two converters, so that the total current is zero. In this earth fault case, only the transformer set 1 supplies the response current for the earth fault relay 4. However, if the generator 0 participates in the inrush current for a transformer or motor in the network, both transformer sets 1 and 2 are acted upon, and the relay is activated by the Compensation circuit applied in the blocking sense; so there is no release. By changing the converter burden, for example by switching on a suitable resistor, possibly in connection with an inductance, in one or more phases of the intermediate converter 2, as indicated at 11, as well as by an adjustable transmission ratio of the intermediate converter 5 and / or possibly through The series and / or parallel resistors 12 connected to the direct current side of the rectifier 6 can in any case be dimensioned so favorably for the compensation current that a false response of the earth fault relay 4 is avoided with certainty.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, in dem gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile wie in Fig. ι hinweisen, ist angenommen, daß die beiden Wandler 1 und 2 bereits für einen Differentialschutz vorhanden sind. An ihre Verbindungsleitungen sind deshalb in an sich bekannter Weise drei Differentialrelais 3 a in Sternschaltung angeschlossen. Der Zwischenwandler 7 liegt in der Sternpunktverbindung zu den beiden Wandlersätzen 1 und 2 und der Zwischenwandler 5 nur in der Sternpunktverbindung zum unteren Wandlersatz 2. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die gleiche wie in Fig. 1. Auch hier können zum Abgleich dem Gleichrichter 6 Reihen- und/oder Parallelwiderstände 12 nachgeschaltet werden, und es kann die Bürde des Wandlers 2, wie bei 11 angedeutet, durch Einschalten eines geeigneten Wider-Standes, gegebenenfalls in Verbindung mit einerIn the second exemplary embodiment according to FIG. 2, in which the same reference numerals refer to the same parts as in FIG Fig. Ι indicate, it is assumed that the two converters 1 and 2 are already for differential protection available. Three differential relays are therefore attached to their connecting lines in a manner known per se 3 a connected in star connection. The intermediate converter 7 is in the star point connection to the two converter sets 1 and 2 and the intermediate converter 5 only in the star point connection to the lower converter set 2. The mode of operation of this circuit is the same as in Fig. 1. Here too 6 series and / or parallel resistors 12 can be connected downstream of the rectifier for balancing purposes, and the burden of the converter 2, as indicated at 11, by switching on a suitable resistor, possibly in connection with a

kleinen Induktivität, in eine oder mehrere Phasen erhöht werden.small inductance, can be increased in one or more phases.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Earth fault protection device for electrical system parts, in particular generators, in the in front of and behind the system parts to be protected, one each working on a common earth fault relay Converter set is provided and the total current of one converter set of the earth fault relay influenced in the triggering sense in the event of an internal earth fault, characterized in that that the second set of transformers is designed and connected to the earth fault relay, that he only triggers the earth fault relay in the event of a surge by means of the false currents occurring in him locks.

2. Device according to claim 1, characterized in that that a moving coil relay (9) is used as a ground fault relay, which is in the bridge circuit two rectifiers (6, 8) is located, one of which (6) via an intermediate converter (5) from the reverse current and the other (8) preferably also via an intermediate converter (7) from the tripping current is fed.

3. Device according to claim 1, characterized by the inclusion of an additional burden (11) in one or more phases of the second transducer set (2) in the sense of an additional detuning for the purpose of achieving a total zero current that compensates for the fault current of the first set of converters in the second transducer set (2).

Considered publications:
German patents No. 670 766, 637 989,

858715; AEG-Mitteilungen, 1940, pp. 3 to 8;
Walter's relay book, 1951, p. 228.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings