DE1956527C3 - Differentialschutzeinrichtung - Google Patents

Description

schaltungsanordnung, die mit den Sekundärwicklungen der Stromwandler derart verbunden ist, daß die geometrische Summe der in das zu schützende System hineinfließenden Ströme fest- io

stellbar ist, und die eine aus dieser Summe Die Erfindung bezieht sich auf eine Differentialabgeleitete elektrische Größe derart an einen schutzeinrichtung mit an den Ausgängen eines zu nachgeschalteten Indikator gibt, daß durch dessen schützenden Systems angeschlossenen Stromwand-Ausgangssignal die Leistungsschalter des zu lern und einer Summierschaltungsanordnung, die mit schützenden Systems abschaltbar sind, dadurch 15 den Sekundärwicklungen der Stromwandler derart gekennzeichnet, daß dem Indikator(ID) verbunden ist, daß die geometrische Summe der in eine Schaltvorrichtung (51) nachgeschaltet ist, das zu schützende System hineinfließenden Ströme die über ejr.e »Odem-Verknüpfung mit den feststellbar ist, und die eine aus dieser Summe Ausgängen von Grenzwertstufen (GS 1) verbun- abgeleitete elektrische Größe derart an einen nachden ist, die eingangsseitig über je eine Schaltungs- ao geschalteten Indikator gibt, daß durch dessen Ausanordnung zur Erfassung der Wandlersättigung gangssignal die Leistungsschalter des zu schützenden an die Sekundärwicklung eines sättigbaren Strom- Systems abschaltbar sind.

wandlers (W 1, Wl, W'3) derart angeschlossen Eine solche Differentialschutzeinrichtung ist besind, daß die dem Indikator (IO) nachgeschaltete kannt (österreichische Patentschrift 2/1610). Schaltvorrichtung (S 1) in Ausschaltabhängigkeit 35 Mit einer Differentialschutzeinrichtung lassen sich von einer in einem oder mehreren der Strom- elektrische Geräte und Leitungen schützen, wenn an wandler (ff 1, Wl, W 3) auftretenden Sättigung die elektrischen Ausgänge dieser Geräte und Leitunsteht. gen Stromwandler angeschlossen sind. In der Diffe-

2. Differentialschutzeinrichtung nach An- rentialschutzeinrichtung wird ausgehend von den Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede 30 Sekundärströmen der Stromwandler geprüft, ob die Grenzwertstufe (GS I) als Teil einer Integrierstufe Stromsumme der in das zu schützende System (/1,/2,/3) einer Integrieren^, tungsanordnung hineinfließenden Ströme entsprechend der Kirch-(R I, Cl, G1) nachgeschaltet ist und daß die höfischen Regel Null ist. Theoretisch trifft diese Integrierstufen (/1, II, 13) an die Sekundär- Voraussetzung im fehlerfreien Zustand aber nur wicklung je eines der sättigbaren Stromwandler 35 dann zu, wenn die Eigenkapazität des zu schützen-(Wl, Wl, W3) so angeschlossen sind, daß am den Systems vernachlässigbar is» und wenn die Eingang jeder Integrierstufe (/1,11,13) eine der verwendeten Stromwandler den im Primärkreis Spannung an der Sekundärwicklung des zugehö- fließenden Strom nach Größe und Phasenlage richtig rigen Stromwandlers (Wl, Wl, W 3) propor- übersetzen.

tionale elektrische Größe verfügbar ist und daß 40 Da diese Bedingungen in der Praxis nicht erfüllt der Ansprechwert jeder Grenzwertstufe (GS 1) sind, haben bekannte Differentialschutzeinrichtungen abhängig von dem durch Eintritt der Wandler- — _Um Fehlauslösungen zu vermeiden — eine sogesättigung gegebenen zulässigen Grenzwert des nannte Stabilisierungsschaltung. Bei einer zweipoligen Spannungsintegrators über die Zeit einstellbar ist. Differentialschutzeinrichtung erzeugt die Stabilisie-

3. Differentialschutzeinrichtung nach An- 45 rungsschaltung einen Strom, der in entgegengesetzter sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Richtung zum Auslösestrom auf das Differential-Schaltungsanordnung zur Erfassung der Wandler- schutzrelais einwirkt. Dieser Stabilisierungsstrom ist Sättigung in den Sekundärkreis jedes Strom- bei zweipoligen Differentialschutzeinrichtungen dem wandlers (W 1, Wl, W 3) je ein Filter zur Aus- das zu schützende System durchfließenden Strom siebung der Oberwellen eingeschaltet ist, dessen 50 proportional. Die Differentialschutzeinrichtung wird Ausgang jeweils an den Eingang einer Grenz- also bei einem außenliegenden Kurzschluß mit wertstufe (GS 1) angeschlossen ist wachsendem Kurzschlußstrom unempfindlicher. Bei

4. Differentialschutzeinrichtung nach einem mehrpoligen Differentialschutzeinrichtungen (z. B. der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, Transformatoren mit 3 Wicklungen oder Sammeldaß dem Indikator (/D) eine zweite Schalt- 55 schienen mit mehreren Abzweigen entsprechend der vorrichtung (S 2) vorgeschaltet ist, die über eine eingangs genannten Differentialschutzeinrichtung) »Öder«-Verknüpfung mit dem Ausgang minde- wird der Stabilisierungsstrom aus der Summe der stens einer von mehreren weiteren Grenzwert- Beträge der in das zu schützende System hineinstufen (GS 2) verbunden ist, die jede als Teil fließenden Ströme gebildet.

einer Differenzierstufe (D 1, Dl, D 3) einer mit 60 Da bei diesen bekannten Differentialschutzder Sekundärwicklung eines Stromwandlers (Wl, einrichtungen der Auslöse- und der Stabilisierungs-Wl, W 3) verbundenen Differenzierschaltungs- strom gleichgerichtet werden und einander entgegenanordnung (R 3, C 3, Gl) derart nachgeschaltet gesetzt auf ein Differentialschutzrelais oder einen ist, daß der Indikator (/D) über die zweite kontaktlos arbeitenden Indikator einwirken, ist es Schaltvorrichtung (S 2) in Einschaltabhängigkeit 65 zur Gewährleistung der richtigen Messung des von dem Differentialquotienten des Stromes steht. Fehlerortes nötig, den Mittelwert aus den einander

5. Anwendung der Differentialschutzeinrich- entgegengerichteten gleichgerichteten Strömen zu tung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bilden. Damit ist der Verringerung der Auslösezeit

eine nicht überwindbare Grenze gesetzt. Man kann zwar durch Verwendung schneller kontaktloser Indikatoren erreichen, daß die Differentialschutzeinrichtung auf den Augenblickswert des Auslöse- und Sperrstromes, anspricht Bei vorhandenen s Wandlerfehlern — z.B. infolge Sättigung — ist es aber durchaus möglich, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Augenblickswert des Sperrstromes gerade klein und der Augenblickswert des Auslösestromes gerade relativ groß ist, so daß ein der Vergleichsschaltung nachgeschalteter kontaktloser Indikator ansprechen würde, obgleich sich der Fehler außerhalb des Schutzbereiches befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Differentialschutzeinrichtung zu schaffen, bei der eine Messung abhängig von den Augenblickswerten des in der Differentialschutzeinrichtung gebildeten Summenstromes — und gegebenenfalls des Sperrstromes — möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Differentialschutz- ao einrichtung der eingangs genannten Art e.findungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Indikator eine Schaltvorrichtung nachgeschaltet ist, die über eine »Odere-Verknüpfung mit den Ausgängen von Grenzwertstufen verbunden ist, die eingangsseitig as über je eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Wandlersättigung an die Sekundärwicklung eines sättigbaren Stromwandlers derart angeschlossen sind, daß die dem Indikator nachgeschaltete Schaltvorrichtung in Ausschaltabhängigkeit von einer in einem oder mehreren der Stromwandler auftretenden Sättigung steht.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beruht also auf der Tatsache, daß auch bei überlasteten Stromwandlern, die im Sättigungsbereich arbeiten, der Fluß zeitweise unter den Sättigungspunkt absinkt. Insbesondere wurde die Tatsache ai igenutzt, daß vor Beginn des Fehlers alle Wandler ungesättigt sind und so richtig übersetzen. Wenn also bei der erfindungsgemäßen Anordnung außer dem Auslösestrom noch, wie bei bekannten Differentialschutzeinrichtungen, ein Sperrstrom auf den Indikator einwirkt, so kann der Einfluß des Sperrstromes gegenüber bisherigen Differential-Schutzeinrichtungen sehr viel geringer gemacht werden. Die Differentialschutzeinrichtung ist also selbst bei vorhandenem, dem Auslösestrom entgegengerichteten Sperrstrom wesentlich empfindlicher als eine Differentialschutzeinrichtung, die ihre Entscheidung durch Integration der Augenblickswerte des Auslöse- und Sperrstromes über mehrere Perioden trifft.

Als Schaltungsanordnung zur Erfassung der Wandlersättigung kann beispielsweise in den Sekundärkreis eines Stromwandlers ein Oberwellenfilter eingeschaltet sein. Wenn man diesem Oberwellenfilter eine Grenzwertstufe nachschaltet, die anspricht, wenn die in der Sekundärwicklung des Stromwandlers erzeugten Oberwellen ein bestimmtes Maß überschritten haben, so kann man den mit Beginn der Wandlersättigung auftretenden hohen Oberwellengehalt im Sekundärkreis des Wandlers ausnutzen, um den Zeitpunkt des Beginns der Wandlersättigung zu erfassen.

Ein AusführungsUiispiel für eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Wandlersättigung, die bereits vor Beginn der Wandlersättigung ein Ausgangssignal abgeben kann, ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Schaltung besteht ans einer Grenzwertstufe mit einer vorgeschalteten Integrierschaltung. Hierzu ist an die Sekundärwicklung eines Stromwandlers W1 in Reihe mit Verbrauchern N ein Nachbildungswiderstand Z angeschlossen. Dieser Nachbildungswiderstand Z muß proportional zu dem gesamten, die Bürde des Stromwandlers W1 bildenden Widerstand sein. In diesem Fall entsteht an dem Nachbildungswiderstand Z eine Spannung, die proportional der Spannung an der Sekundärwicklung des Stromwandlers W1 ist. Parallel zu dem Nachbildungswiderstand Z liegt dann die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R 1 und eines Kondensators Cl. Über einen Gleichrichter G1 in Graetzschaltung wird der an dem Kondensator C1 anstehende und dem Integral der Spannung an der Sekundärwicklung des Wandlers W1 proportionale Spannungsabfall gleichgerichtet. Parallel zu den Gleichstromanschlüssen des Gleichrichters G1 liegt eine Grenzwertstufe GS1, die in bekannter Weise aus zwei Transistoren Tl, T2 beste! und an ihrer Ausgangsklemme K1 dann eine Spannung anstehen läßt, wenn eine bestimmte Eingangsspannung überschritten wird.

Die Grenzwertstufe GS1 hat am Eingang parallel zu den Gleichstromanschlüssen des Gleichrichters G 1 eine Zenerdiode ZD. Die Steuerspannung des Transistors T1 wird von der Zenerdiode ZD abgenommen.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die es gestattet, den Beginn eines Kurzschlusses schnell zu erfassen. Hierzu wird die Stromänderungsgeschwindigkeit in einem Stromwandler W1 ausgenutzt. Im Sekundärkreis des Stromwandlers W1 liegt ein Widerstand R 3, und parallel dazu sind die Wechselstromklemmen eines Gleichrichters Gl in Reihe zu einem Kondensator C 3 geschaltet. Dabei entsteht an den Gleichstromklemmen des Gleichrichters G 2 ein dem Differentialquotienten des Stromes im Stromwandler W1 proportionaler Strom, der — bedingt durch den Innenwiderstand einer daran angeschlossenen Grenzwertstufe GS 2 — für die Grenzwertstufe eine Eingangsspannung ergibt, die bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes eine Ausgangsspannung an der Ausganesklemme K 2 der Grenzwertstufe GS 2 zur Folge hat. Zur Glättung von Spannungsspitzen ist an eine innerhalb der Grenzwertstufe GS 2 angeordnete Zenerdiode ZD ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand R 2 und einem Kondensator C 2 angeschlossen. Die Kapazität des Kondensators C 2 ist dabei so gering, daß keine nennenswerten Verzögerungen bei der Weitergabe de« Eingangssignals entstehen können. Im übrigen ist die Grenzwertstufe GS 2 genauso aufgebaut wie die GrenzwertstufeGS1 in Fig. 1. Die Bauelemente der Grenzwertstufe GS2 haben daher die gleichen Bezeichnungen wie diejenigen der Grenzwertstufe GS1.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Differentialschutzeinrichtung ist in F i g. 3 als Blockschaltbild dargestellt. Die Schaltungsanordnungen zur Fehlererfassung nach Fig. 2 sind dort als Differenzierstufen mit den Buchstaben D und die Schaltungsanordnungen zur Erfassung des Spannungsintegrals an den Sekundärwicklungen der Wandler nach Fig. 1 als Integrierstufen mit den Buchstaben/ bezeichnet. Wie bei bekannten Differentialschutzeinrichtungen sind an die Sekundärwicklungen von Stromwandlern Wl, W 2, W3 Zwischenwandler ZWl, ZW 2 und ZW 3 angeschlossen, deren

Sekundärwicklungen über Gleichrichter G 4, G 5 und werten des der Parallelschaltung zu entnehmenden

G 6 geschlossen sind. Die Glcichstromanschlüsse der Summenstromes wird der Indikator ID ansprechen

Gleichrichter G 4, G 5 und G 6 sind einander parallel "der nicht. Im ersten Augenblick nach Eintreten des

und antiparallel zu den Glcichstromanschlüswn Fehlers innerhalb oder außerhalb des zu schützenden

eines weiteren Gleichrichters G 7 geschaltet. Dieser 5 Systems ist noch keiner der Stromwandler W1 bis

Gleichrichter G 7 ist an die Sekundärwicklung eines W3 gesättigt, d. h., das Spannungsintegral, das in den

Zwischenwandlcrs ZW4 angeschlossen, dessen Pri- Integricrschaltungen der Integrierstufen /1 bis /3

mäiwicklung in einem Stromkreis liegt, der die gebildet wird, hat noch nicht den zum Ansprechen

Stromsumme der Sekundärströme in den Strom- der darin enthaltenen Grenzwertstufen erforderlichen

wandlern Wl, W2 und W3 führt. ¹⁰ Wert erreicht. Da keine der Integrierstufen / 1 bis/3

Zwischen die Sekundärwicklungen der Strom- ein Ausgangssignal abgibt, ist die Schaltvorrichtung

wandler Wl, W2 und W3 und die Primärwicklungen 51 geschlossen. Liegt der Fehler innerhalb des

der Zwischenwandlcr ZWl, ZW2 und ZW3 sind Schutzbereichs, so wird der Auslösestrom im Gletch-

clic Eingänge von Diffcrcnzicrstufpn Dl, Dl und D 3 richtcr G 7 überwiegen und den Indikator ansprechen

geschaltet, die — wie in Fig. 2 dargestellt ist — >5 lassen. Das hat zur Folge, daß über die geschlossene

aus je einer DifTcrcnzierschaltungsanordnung mit Schaltvorrichtung 51 die bistabile Kippstufe KS um-

nachgcschaltctcr Grenzwerlstufe bestehen. Außerdem geschaltet wird, die ihrerseits ein Ausgangssignal

liegt in Reihe zu jeder Differenzierstufe eine Inte- zum Abschalten der dem zu schützenden System

gricrstufc /1, /2 und /3, die — wie in Fig. 1 zugeordneten Leistungsschalter abgibt. Sobald einer

dargestellt ist — aus je einer Integrierschaltungs- »o der drei Stromwandler W1, W 2 oder W 3 in die

anordnung mit nachgeschaltcter Grenzwertstufe Nähe der Sättigungsgrenze kommt, wird die zuge-

bcsteht. Die Ausgänge der Differenzierstufen D 1 bis hörige Integrierstufe/1, Il oder /3 ein Ausgangs-

D 3 und der Integrierstufen /1 bis / 3 sind über in signal abgeben, das die Schaltvorrichtung S1 auf-

F i g. 3 nicht bezeichnete Dioden zur Entkopplung trennt, so daß die bistabile Kippstufe KS unabhängig

einander parallel geschaltet. Die Ausgänge der «5 von dem Ausgangssignal des Indikators//) in ihrer

Dillcrenzierstufen Dl bis D 3 wirken dabei auf eine eingestellten Lage bleibt.

Schaltvorrichtung S 2, die an den Ausgang der ein- Das gilt auch für den Fall, daß der Fehler außerander parallel bzw. antiparallel geschalteten Gleich- halb des Schutzberdches liegt. In diesem Fall wird richter G 4 bis G 7 angeschlossen ist und diesen zu Beginn des Fehlers durch die noch nicht gesättig-Ausgang mit einem Indikator/D dann verbindet, 30 ten Stromwandler W1, W 2 und W 3 der in Auswenn mindestens eine der Differenzierstufen D I bis löserichtung wirkende Strom über den Gleichrichter D 3 ein Ausgangssignal abgibt. G 7 nahezu den Wert Null annehmen. Der Indikator

Über weitere in Fig. 3 nicht näher bezeichnete ID kann also kein Ausgangssignai liefern. Sobr.ld Dioden sind die Ausgänge der Integrierstufen eben- einer der drei Stromwandler W1, W 2 oder W 3 falls einander parallel geschaltet und an einer Schalt- 35 gesättigt ist, hat die Schaltvorrichtung S1 den Indivorrichtung S1 angeschlossen, die zwischen den Aus- kator ID von der nachgeschalteten bistabilen Kippgang des Indikators ID und den Eingang einer stufe KS getrennt, und ein sich infolge der Sättigung bistabilen Kippstufe KS geschaltet ist. Diese Schalt- eines Stromwandlers ausbildender Summenstrom vorrichtung trennt die Verbindung zwischen dem kann zwar den Indikator/D anregen, nicht aber einen Indikator ID und der bistabilen Kippstufe KS, wenn 40 Ausschaltbefehl für die zugeordneten Leistungsmindostens eine der Integrierstufen /1 bis /3 ein schalter zur Folge haben.

Ausgangssignal abgibt. Der Ausgang der bistabilen Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn der

Kippstufe KS ist in nicht näher bezeichneter Weise Indikator ID — bedingt durch die Schaltvorrichtung

mit den Leistungsschalteingängen für die Ausschal- Sl — im Bereich jedes Stromnulldurchganges

lung der Leistungsschalter verbunden, die die 45 (= Maximum der Stromänderung) den Indikator an

Abtrennung des zu schützenden Systems vom übrigen den Ausgang der parallelgsechalteten Gleichrichter

Netz einleiten. G 4 bis G 7 schaltet. Hierbei beginnnt in ,eder

Die bilabilc Kippstufe KS besitzt einen weiteren Periode der Wechselspannung eine neue Meßzeit, so

Eingang, der über eine Zeitstufe / 2 mit dem Aus- daß ein Fehler ic. Schutzbereich, der sich erst nach

gang der einander parallelgeschalteten Differenzier- so Auftreten eines Fehlers außerhalb des Schutzberei-

stufen DI bis D 3 verbunden ist. Die Verzögerungs- ches einstellt, mit erfaßt werden kann,

zeit dieser Zeitstufe / 2 beträgt etwas mehr als eine Beim Einsatz einer Differentialschutzeinrichtung

Periode der Wechselspannung, so daß nach der für Transformatoren hat man zur Vermeidung von

Abschaltung eines vorher bestehenden Kurzschlusses Fehlauslösungen durch den Einschaltstromstoß in

— wenn keine der Differenzierstufen DI bis D 3 SS bekannte Differentialschutzeinrichtungen Zeitverzö-

mchr ein Ausgangssignal abgibt — die bistabile gerungsglieder eingebaut Diese Maßnahme ist bei

Kippstufe KS nach Ablauf einer Periode TMrückstellt dem erfindungsgemäßen schnellen Differentialschutz

und die Dificrcntialschutzeinrichtung damit wieder nicht mehr möglich. Bei Anwendung dieser Diffe-

betricbsbcreit wird. rentialschutzeinrichtung für Transformatoren kann

Bei Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb oder 60 man aber so vorgehen, daß man für jede Wicklung außerhalb des Schutzbereiches wird also mindestens des Transformators eine eigene Differentialschutzcinc der Differenzierstufen Dl bis D 3 ein Ausgangs- einrichtung "orsieht und an beide Enden jeder Wicksignal abgegeben und den Indikator ID an den Aus- lung des Transformators Stromwandler anschließt, gang der einander p< rallclgeschaltctcn Gleichrichter die die Eingangsgrößen für die Differen'ialschutz- <74 bis (77 legen. Abhängig von den Augenblicks- 65 einrichtung liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

.7(1

Claims (1)

1 2 bis 4 zum Schutz eines Transformators, dadurch Patentansprüche: gekennzeichnet, daß an beide Seiten jeder Transformatorwfcklung Stromwandler angeschlos-

1. Differentialschutzeinrichtung mit an den sen sind und daß für jede Transformatorwicklung Ausgängen eines zu schützenden Systems ange- 5 eine Differentiakchutzeinrichtung vorgesehen ist. schlossenen Stromwandlern und einer Summier-