FI67977B

FI67977B - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER UPPNAOENDE AV 100% -IGT STATORJORDSLUTNINGSSKYDD FOER GENERATORER I BLOCKKOPPLING

Info

Publication number: FI67977B
Application number: FI780550A
Authority: FI
Inventors: Michael Fiorentzis
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1985-02-28
Also published as: FI67977C; FI780550A; GB1601235A; SE424031B; DE2712975C2; SE7801944L; DE2712975A1; CH615536A5

Description

In .r„, KUULUTUSJULKAISU , Λ „ B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 6 79 7 7In .r „, ANNOUNCEMENT, Λ„ B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 6 79 7 7

?i»PVCp ^ (45) * “ χ·-·· <-Ί ~ ·> -'’'’J? i »PVCp ^ (45) *“ χ · - ·· <-Ί ~ ·> - '' '' J

Patent oeJdclat r (51) Kv.lk.4/lnt.CI.4 H 02 H 7/06 // H 02 H 3/17 ^ y Q |y| g FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 780550 (22) Hakemlspiivä — Ansökningsdag 20.02.78 (N) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 20.02.78 (41) Tullut Julkiseksi — Blivit offentlig 02.03.78Patent oeJdclat r (51) Kv.lk.4 / lnt.CI.4 H 02 H 7/06 // H 02 H 3/17 ^ y Q | y | g FINLAND (21) Patent application - Patentansökning 780550 (22) Application date - Ansökningsdag 20.02.78 (N) (23) Starting date - Giltighetsdag 20.02.78 (41) Has become public - Blivit offentlig 02.03.78

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon |a kuul.julkaisun pvm.—National Board of Patents and Registration of Finland Date of publication |

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 28.02.o5 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd priorltet 01 .03.77 Sveitsi-Schweiz(CH) 25^7/77 (71) BBC Aktiengesel1schaft Brown, Boveri & Cie., CH-5401 Baden,Patent and registration authorities '' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 28.02.o5 (32) (33) (31) Privilege requested — Begärd priorltet 01 .03.77 Switzerland-Switzerland (CH) 25 ^ 7/77 (71) BBC Aktiengesel1schaft Brown , Boveri & Cie., CH-5401 Baden,

Svei tsi-Schweiz(CH) (72) Michael Fiorentzis, Wettingen, Sveitsi-Schweiz(CH) (71+) Berggren Oy Ab (5¾) Menetelmä ja laite 100 % staattorin maasulkusuojauksen saavuttamiseksi blokkikytkennässä oleville generaattoreille - Förfarande och anordning för uppnäende av 100 %-igt statorjordslutningsskydd för generatorer i blockkopplingSwiss Switzerland (CH) (72) Michael Fiorentzis, Wettingen, Swiss Switzerland (CH) (71+) Berggren Oy Ab (5¾) Method and device for achieving 100% stator earth fault protection for generators in block connection - Förfarande och anordning för uppnäende av 100 % -igt statorjordslutningsskydd för generatorer i blockkoppling

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen 100 % staattorin maasulkusuojauksen saavuttamiseksi blokkikytkennässä oleville generaattoreille, jossa generaattorin tähtipisteen ja maan välisen jännitteen mittauksella suojataan 95 % käämin pituudesta mitattuna navasta tähtipisteeseen päin ja jossa myös jäljelle jäävän 5 %:n suojaamiseksi tähtipiste asetetaan käytön aikana esijännitteeseen maahan nähden, jossa lisäksi esijännite on käyttötaajuinen jännite.The present invention relates to a method and apparatus for achieving 100% stator ground fault protection for block-connected generators, wherein 95% of the winding length measured from pole to star point is protected by measuring the voltage between the generator star point and ground, and in which , where in addition the bias voltage is the operating frequency voltage.

Tämän kaltaiset menetelmät ovat tunnettua tekniikkaa. Esijännitteen Uv valinta määrää mittausperiaatteen ja siten myös suojalaitteen luotettavuuden. Tähän mennessä on käytetty pääasiassa kahta erilaista esijännitysmenetelmää: a) Uv on käyttötaajuinen jännite (50 tai 60 Hz). Maadoitusvastuk-sen yli vaikuttavista käyttötaajuisista häiriöistä johtuen jännitteen Uv arvoksi valitaan 15 % vaihejännitteestä. Menetelmän etuna on esi-jännitteen Uv halpa synnyttäminen vaihtovirtaverkosta johtamalla.Methods of this kind are known in the art. The choice of the bias voltage Uv determines the measuring principle and thus also the reliability of the protection device. To date, two main prestressing methods have been used: a) Uv is the operating frequency voltage (50 or 60 Hz). Due to the operating frequency disturbances acting over the earth resistance, the value of the voltage Uv is chosen to be 15% of the phase voltage. The advantage of the method is the cheap generation of the bias voltage Uv by conducting it from the alternating current network.

Sen haittana on kuitenkin erityisesti korkea esijännitysamplitudi ja siten raskas ja kallis esijännitysmuuntaja.However, its disadvantage is in particular the high bias amplitude and thus the heavy and expensive bias transformer.

b) Uv on jännite, jonka taajuus poikkeaa käyttöjännitteestä. Generaattorin maakapasitanssin vaikutuksen pitämiseksi pienenä valitaan 2 67977 tällöin taajuuden arvoksi 10-20 Hz. Menetelmän etuna on, että mittaus on suuressa määrin riippumaton häiriösuureista, joten jännitteen Uv amplitudi voidaan valita pieneksi. Haittana on kuitenkin otettava huomioon, että esi jännitteen Uv synnyttäminen edellyttää kallista vahvistinta. Jos valittu taajuus vastoin odotuksia esiintyy generaattorin nollajohtimessa rele havahtuu virheellisesti. Tämän välttämiseksi pientaajuinen Uv koodataan vielä ajan suhteen (esim. vapautetaan muutaman jakson ajaksi, estetään muutaman jakson ajaksi). Koodauksella tosin vältetään virhelaukaisu, sen haittana puolestaan kuitenkin on, että releen toiminta estyy Uv-taajuisen häiriöjännitteen esiintyessä, ts. se tulee vikatapauksessa toimintakyvyttömäksi.b) Uv is a voltage whose frequency differs from the operating voltage. In order to keep the effect of the ground capacitance of the generator small, 2,67977 is then selected as the frequency value 10-20 Hz. The advantage of the method is that the measurement is largely independent of the interference quantities, so that the amplitude of the voltage Uv can be selected to be small. However, the disadvantage must be taken into account that generating a pre-voltage Uv requires an expensive amplifier. If the selected frequency occurs contrary to expectations in the generator neutral, the relay will start incorrectly. To avoid this, the low frequency Uv is still coded with respect to time (e.g. released for a few cycles, blocked for a few cycles). Although the coding avoids an error trip, its disadvantage is that the operation of the relay is inhibited in the presence of a disturbance voltage of UV frequency, i.e. it becomes inoperable in the event of a fault.

Keksintö perustuu tehtävään välttää tunnettujen ratkaisujen haitat ja yhdistää niiden edut. Tämän saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 1, kun taas keksinnön mukaisen laitteen tunnusmerkit vastaavasti selviävät vaatimuksesta 3.The invention is based on the task of avoiding the disadvantages of the known solutions and combining their advantages. To achieve this, the method according to the invention is characterized by what is set out in claim 1, while the features of the device according to the invention are correspondingly apparent from claim 3.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää generaattorin tähtipisteen ja maan välisen jännitteen yksinkertaisen mittauksen tunnettua periaatetta, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisesti esijännitteen synnyttämiseen käytetyn vaiheenvaihtoelimen periaatetta, kuvio 3 esittää kuvion 2 kytkentään liittyviä vaihetiloja ja kuvio 4 esittää vaiheenvaihtoelimen liittämistä generaattoriin.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a known principle of simple measurement of generator star point and ground voltage, Fig. 2 shows the principle of a phase change element used to generate bias according to the invention.

Kuvion 1 mukaisella periaatteella voidaan (esijännitettä käyttämättä) suojata 95 % käämin pituudesta liitäntänavasta alkaen tähtipisteeseen päin. Muuntajan W avulla syötetty esijännite Uv tekee tähtipisteen maahan nähden jännitteiseksi ja sen avulla voidaan suojata myös jäljelle jäävät 5 1. E on maadoitusvastus, U > merkitsee maksimaalista jänni ternittausta.With the principle of Figure 1, 95% of the length of the winding from the terminal to the star point can be protected (without the use of bias voltage). The bias voltage Uv supplied by the transformer W makes the star point live with respect to the ground and can also be used to protect the remaining 5 1. E is the earth resistance, U> denotes the maximum voltage measurement.

Kuviossa 2 suojattava kohde (tässä verkko 1) esijännitetään maahan nähden muuntajan 3 avulla rajoitusvastuksen 2 kautta. Esijännite Uv otetaan käyttötaajuisesta lähteestä 4. Esijännitemuuntajassa 3 on kaksi ensiökäämiä 5 ja 6, jotka voidaan kytkeä kahden triacin 7 ja 8 kautta lähteeseen 4. Oskillaattori 9 avaa triacit 7 ja 8 vuorotellen taajuudella 1/t^, joten esijännitteen Uv vaihetila kääntyy vastakkaiseksi samalla taajuudella. Inv on oikeiden ohjaussignaalivaiheiden saamiseksi 67977 tarvittava invertteri. Kuviossa 3 on Uv:n vaihetilat osoitettu viiteraerkeillä Uvl ja Uv2. Eristysvian ilmaantuessa suojattavassa kohteessa 1 kulkee jännitteen Uv aiheuttama virta lv (lvi, Iv2 kuviossa 3) rajoitusvastuksen 2 kautta ja aikaansaa siinä jännite-häviön. Tämä jännitehäviö viedään eristysmuuntajan 12 (kuvio 2) kautta kertojan 11 tuloon x. Kertojan y-tulossa on vertailusignaa-lina itse jännite Uv. Häiriövirtojen estämiseksi vaikuttamasta esi-jänniterauuntajan impedanssien kautta voidaan vertailujännite synnyttää tahdistetusti myös erikseen. Näin on menetelty kuviossa 2, missä vertailusignaaligeneraattori oskillaattoreineen on esitetty yhtenä lohkona 9. Vastuksen 2 kautta kulkeva mitattu virta muodostuu hyötysignaalista lv ja määrittelemättömästä häiriösignaalis-ta Is. Virran Is taajuus, vaihe ja tietyissä rajoissa myös amplitudi voivat olla mielivaltaisia. Kertojan 11 lähdössä oleva tulo on B = Uv x (lv + Is) = Uv · lv + Uv · Is. Osa Uvls on mielivaltaisen ajan tg yli integroituna nolla. Siten saadaan mahdollisuus erottaa toisistaan vastuksen 2 hyötyvirta lv, joka voi virrata vain vian esiintyessä, ja kaikki mahdolliset häiriövirrat Is. Integrointi suoritetaan suodattimessa 13.In Fig. 2, the object to be protected (here the network 1) is biased relative to the ground by means of a transformer 3 via a limiting resistor 2. The bias voltage Uv is taken from the operating frequency source 4. The bias voltage transformer 3 has two primary windings 5 and 6 which can be connected via two triac 7 and 8 to the source 4. The oscillator 9 alternates Triac 7 and 8 alternately at 1 / t ^, so the phase voltage of the bias Uv is reversed . Inv is the inverter required to obtain the correct control signal phases 67977. In Figure 3, the phase states of Uv are indicated by the reference characters Uv1 and Uv2. When an insulation fault occurs in the object to be protected 1, the current lv (lvi, Iv2 in Fig. 3) caused by the voltage Uv passes through the limiting resistor 2 and causes a voltage loss therein. This voltage drop is applied to the input x of the multiplier 11 via the isolation transformer 12 (Fig. 2). The y-input of the multiplier is the voltage Uv itself as the reference signal. In order to prevent interference currents from acting through the impedances of the bias transformer, the reference voltage can also be generated separately in a synchronized manner. This is done in Figure 2, where the reference signal generator with its oscillators is shown as one block 9. The measured current flowing through the resistor 2 consists of a useful signal lv and an undefined interference signal Is. The frequency, phase and, within certain limits, also the amplitude of the current Is can be arbitrary. The input at the output of the multiplier 11 is B = Uv x (lv + Is) = Uv · lv + Uv · Is. The fraction Uvls is an arbitrary time tg over the integrated zero. Thus, it is possible to distinguish between the useful current lv of the resistor 2, which can only flow in the event of a fault, and all possible disturbance currents Is. The integration is performed in the filter 13.

Eräässä kokeiluprototyypissä havaittiin edullisiksi arvoiksi seu-raavat:In one experimental prototype, the following values were found to be preferred values:

Uv = 2 % verkkojännitteestä t^ = 60 ms, jolloin triacit sytytetään vain 45 ms ajaksi lopun 15 ms toimiessa varmuusaikana molempien triacien samanaikaisen syttymisen häiriövirtojen vaikutuksesta välttämiseksi 13 = 12. kertaluvun suodatin (^ 50 dB)Uv = 2% of mains voltage t ^ = 60 ms, in which case the Triac is ignited for only 45 ms with the remaining 15 ms operating during the safety period to avoid simultaneous ignition of both triac due to interference currents 13 = 12th order filter (^ 50 dB)

Kuviossa 4 on esitetty vaiheenvaihtoelimen liitäntä generaattorin blokkimuuntajakytkentään 1. Esijännitys suoritetaan avoimeen kolmioon kytketyn jännitemuuntajan 14 avulla jännitteellä noin 2 % vaihejännitteestä. Maasulun esiintyessä, esim. kohdassa 15, putoaa jännitemuuntajan toisiopuolen impedanssi niin alas, että hyötyvirta lv voi virrata vastuksen 2 kautta ja se voidaan mitata vastuksen avulla. Kaikki vastuksen 2 kautta kulkevat häiriövirrat lukuunottamatta itse maasulun aiheuttamia tulevat mittausmenetelmän luonteesta johtuen suodatetuksi pois.Figure 4 shows the connection of the phase change element to the generator block transformer circuit 1. The biasing is performed by means of a voltage transformer 14 connected in an open triangle at a voltage of about 2% of the phase voltage. A ground fault occurs, e.g. paragraph 15, drops the voltage transformer secondary impedance so low that the benefits of the current ic to flow through the resistor 2 and can be measured by means of a resistor. Due to the nature of the measurement method, all disturbance currents flowing through the resistor 2, with the exception of those caused by the earth fault itself, become filtered out.

Kertojan ja sitä seuraavan suodattimen pitämiseksi yksinkertaisinaTo keep the multiplier and subsequent filter simple

Claims

A method for achieving 100% stator ground fault protection for block-connected generators, wherein measuring the voltage between the star point and ground of the generator protects the 95th winding length measured from the pole to the star point and further shielding the remaining 5% voltage is an operating frequency voltage, characterized in that the phase of the bias voltage (Uv) is switched as phase oscillations continuously between two states.

Method according to Claim 1, characterized in that the two states of the phase oscillation are in opposite phases.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the device has a transformer (3) with two primary windings (5, 6), the secondary winding of which biases the object (1) to be protected from the ground, the bias voltage (Uv) one terminal of the source (4) is connected to the connection point of the primary windings (5, 6) of the transformer (3) and the other terminal in parallel to the inputs of two electronic switches (7, 8) whose outputs are connected to the free ends of the primary windings (5 and 6, respectively), the electronic switches (7, 8) are opened alternately by the output signal of the oscillator (9) applied to their control electrodes, that a limiting resistor (2) is connected in parallel with the primary winding of the isolation transformer (12), the secondary voltage is connected to the first input (x) of the multiplier (11); ) the second input (y) is the operating frequency voltage as the reference signal and that the output signal of the multiplier (11) 5 67977 is applied to the integrating filter (13).

Device according to Claim 3, characterized in that the second signal (y) of the multiplier (11) has the bias voltage itself (Uv) as a reference signal. /

4 67977 from the current value If = 0.5 · Ifmax, a standard simple current measurement of the 95% stator earth-fault protection type can be switched on, where If (Fig. 4) is the fault current to earth. The phase-varying bias voltage Uv used in the solution according to the invention combines the advantages of each of the above-mentioned conventional methods a and b. The bias voltage Uv is operating frequency and can be easily generated, which is also the case in case a. On the other hand, the amplitude of the voltage Uv can be made relatively small according to method b.

Device according to Claim 3, characterized in that the reference signal at the second input (y) of the multiplier (11) has a separate voltage generated in synchronism with the bias voltage.

Device according to Claims 3, 4 and 5, characterized in that the electronic switches (7, 8) are triacs.

Device according to Claims 3 to 6, characterized in that the bias voltage (Uv) is approximately 2% of the phase voltage of the network.

Method according to Claims 3 to 7, characterized in that the switching period of the reference voltage (Uv) is approximately 60 ms.

Device according to Claims 6 and 8, characterized in that the triaci (7, 8) are ignited for only about 45 ms for a further time, about 15 ms, during the safety period in order to avoid simultaneous ignition of both triacia by interfering currents.

Device according to Claims 3 to 9, characterized in that from the value of the fault current (If) to the ground, which corresponds to half of the maximum fault current (Ifmax), a normal operating frequency measurement is switched on, which provides 95% stator earth-fault protection. 67977 6