DE677911C - Differentialschutzeinrichtung - Google Patents

Differentialschutzeinrichtung

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Publication number
DE677911C
DE677911C DES127050D DES0127050D DE677911C DE 677911 C DE677911 C DE 677911C DE S127050 D DES127050 D DE S127050D DE S0127050 D DES0127050 D DE S0127050D DE 677911 C DE677911 C DE 677911C
Authority
DE
Germany
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relay
closed
voltage
transformer
circuit
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Expired
Application number
DES127050D
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English (en)
Inventor
Schirley L Goldsborougt
Lester B Le Vesconte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens Schuckertwerke AG, Siemens AG filed Critical Siemens Schuckertwerke AG
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Publication of DE677911C publication Critical patent/DE677911C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency 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
    • H02H3/28Emergency 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Differentialschutzeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein sehr schnell arbeitendes Differentialrelais für inehrphasige Anlaggeteile, welches sowohl einphasig als auch mehrphasig ausgebildet sein kann, zum Schutz von elektrischen Apparaten oder Maschinen bei innerem Fehler.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Schutzeinrichtung für Generatoren und Transformatoren, bei denen es wesentlichdarauf ankommt, die Größe des Schadens in einem Fehlerfall durch möglichst rasche Abschaltung des Fehlerstromes klein zu halten. Außerdem aber ist die Verwendung eines außerordentlich rasch arbeitenden Differentialschtitzrelais mit Rücksicht auf die Schnellschutzschaltungen der Leitungsschutztechnik vorteilhaft; denn wenn das Differentialschutzrelais nur sehr träge und mit großer Zeitverzögerung in Tätigkeit treten el b kann, wird es unmöglich, die bei Leitungsschutzeinrichtungen erzielbaren kurzen Zeiten auszunutzen. Die äußerste Schnelligkeit in der Abschaltung eines kranken Anlageteiles ist außerdem wichtig ' um zu verhindern, daß parallel arbeitende Erzeugeranlagen außer Tritt fallen. Der schnell arbeitende Differentialschutz für Transformator-en und Generatoren muß also Hand in Hand arbeiten mit der Schnellschutzeinrichtung der Leitungsstrecke.
  • Bekanntlich -ruft die Einschaltung eines Transformators aber einen Magnetisierungsstromstoß hervor, dessen Stärke von dem Augenblick der Einschaltung abhängt und der eine Ungleichheit der Erregungen der Stromwandler beiderseits des Transformators hervorruft. Diese Störung des Gleichgewichts der Erregung der Stromwandler besteht t' el während einer größeren Zahl der Perioden des Leitungsstromes und ist beispielsweise innerhalb einer Zeit von % Sek. bis zu 5 Sek. feststellbar. Ein empfindliches Differentialschutzrelais kann dadurch während dieser Zeit ansprechen.
  • Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit, die durch den Magnetisierungsstromstoß ausgelöst ist, indem sie von der Erkenntnis Gebrauch macht, daß mit diesem Magnetisierungsstrornstoß nur ein einseitiger Zusammenbruch der Spannung, d. h. nur eine Verminderung der Spannungshalbwelle auf der einen Seite der Nullinie der Spannung verbunden ist, während in einem Fehlerfall gleichermaßen die positiven und die negativen Halbwellen der Spannung verringert werden. I5a während des Einschaltvorganges also die eine Halbwelle der Spannung stets vorhanden bleibt, solange der Magnetisierungsstrornstoß besteht, können spannungsabhängige Relais verwendet werden, welche für die Dauer des Magnetisierungsstromstoßes ansprechen, wenn die entstehenden Spannungen in allen Phasen einen normalen Wert erreichen, aber bei innerem Fehler im zu schützenden Transforrnator nicht alle ansprechen. Diese spannungsabhängigen Relais können dabei Ruhekontakte unterbrechen, bevor der Auslösestromkreis durch das Ansprechen des DiAerentialschutzrelais vollendet wurde.
  • Durch diese Anordnung wird ein richtiges Verhalten der Relaiseinrichtung unter den verschiedensten Arbeitsbedingungen gesichert, nämlich wenn ein gesunder Transformator eingeschaltet wird oder wenn ein fehlerhafter Transformator eingeschaltet wird oder wenn infolge Abschaltung eines Leitungsfehlers in der Nähe des geschützten Transformators, welcher eine Erniedrigung der Transformatorspannung verursacht hatte, die Leitungs-.Spannung wiederhergestellt wird. In all diesen Fällen arbeitet die Differentialschutzeinrichtung nach der Erfindung richtig, was nicht auf Kosten der hohen Empfindlichkeit des Schutzes oder auf Kosten der Schnelligkeit des Schutzes bei innerem Fehler erreicht ist.
  • Die Erfindung ist durch die Zeichnung erläutert. Diese stellt jedoch nur ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung dar, so daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Anordnung beschränkt ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist eine Differentialschutzschaltung für einen dreiphasigen Transformator i dargestellt, welcher mit einer in Stern geschalteten Wicklung mit der Speiseleitung 2 verbunden ist und sekundärseitig eine Dreieckwicklung besitzt. In der Speiseleitung 2 liegt ein Schalter 3; auf der Sekundärseite ist ein Schalter 5 zur Abschaltung der Leitung 4 vorgesehen. Die Leitung 4 ist beispielsweise mit einer Sammelschiene 6 verbunden. Die Anordnung nach der Erfindung umfaßt dreiv unverzögert arbeitende Differentialrelais ii-, i:z und 13, deren Verhalten vom Verhältnis des Differenzstromes zum Durchgangsstrom abhängig ist. Ferner gehören zu der Einrichtung drei'Spannungsrelais 14, 1,5 und 16, die ebenfalls unverzögert arbeiten und von denen je eins je einer Phase zugeordnet ist. Weiter sind vorhanden ein Zeitrelais 17, ein Hilfsrelais 18 und ein Hilfsschütz ig.
  • Die Differentialschutzrelais 11, 12 und 13 sind untereinander gleich. jedes besitzt einen nach Art eines Waagebalkens ausgebildeten und beweglich angeordneten Anker 21. Der Drehpunkt dieses Ankers ist bei 22. Dieser Anker besteht in -seinem mittleren StÜck:23 aus einem nichtmagnetisierbaren Material, während die beiden Enden 24 und :25. aus magnetisierbarem Material bestehen. Diese beiden Enden sind also magnetisch von#inander isoliert, aber mechanisch durch das Zwischenstück:23 starr miteinander verbunden. An dem einen Ende des Ankers 21 ist ein Kontaktarm 26 angebracht, und ein Gegengewicht 27 hält den Kontaktarm -96 normalerweise offen.
  • Der Anker 27 steht unter der Einwirkung zweier Elektromagnete, deren Magnetkerne in der Figur mit 28 und 2,9 bezeichnet sind. Beide Magnetkerne sitzen auf einem gemeinsamen Träger 3o aus magnetisierbarem oder nichtmagnetisierbarem Material. Der Magnet 28 wirkt im Sinne einer Öffnung des Kontaktes 26, d. h. er unterstützt das Drehmoment, welches durch das Gegengewicht 27 auf den Anker ausgeübt wird. Der Elektromagnet ?-9 wirkt entgegengesetzt. Der Haltemagnet 28 besitzt zwei Spulen 31 und 32, die von je einem Stromwandler derselben Phase der Wandlersätze 33 und 34 gespeist werden. Der Magnet:29 trägt eine Wicklung 35, die in entgegengesetztera Sinne von den Strömen beiderseits des zu schützenden Transformators i erregt wird.
  • Im Normalzustand, wenn der auf der einen Seite in den Transformator i eintretende Strom diesen auf der anderen Seite wieder verläßt, wenn also kein innerer Fehler vorliegt, haben die Ströme in den Spulen 35 entgegengesetzte Richtung. In den, Spulen 31 und 32 dagegen unterstützen sie sich in der Offenhaltung des Kontaktes 26. Wenn aber ein Fehler innerhalb des Schutzbereiches der Differentialschutzeinrichtung entsteht und wenn Fehlerstrom von beiden Seiten in den fehlerhaften Transformator hineinfließt, sind die Differentialschutzrelais so empfindlich wie möglich und sprechen bereits auf den kleinsten Differenzstrom an. Bei der Transformatorschutzeinrichtung empfiehlt sich eine Einstellung der Empfindlichkeit auf einen Differenzstrom, welcher :25 '/,) vom Durchgangsstrom beträgt. Wenn es sich dagegen um den Schatz eines anderen Generators handelt, werden die Relais zweckmäßig auf einen Differenzstrorn, welcher von der ' GrößenordnUng 2 bis 5 % des Durchgangsstromes ist, eingestellt.
  • Um ein fehlerhaftes Ansprechen der Schutzeinrichtung zu verhindern, wenn ein Magnetisierungsstronistoß entsteht, sind die drei Spannungsrelais 14, 15, 16 vorgesehen, welche von der Spannung des zu schützenden Transformators i erregt werden. Diese Spannung kann einem Spannungswandler 4o entnommen werden, der an den Klemmen des Transformators liegt oder, wie dargestellt, an den Sammelschienen 6 liegt. Im letzteren Fall ist vorausgesetzt, daß der Hilfskontakt 41 des Leitungsschalters 5 geschlossen ist, wenn die eine Wicklung des Transformators i mit der Sammelschiene 6 verbunden ist. Der Hilfskontakt 41 liegt in dem Stromkreis, der von den Spannungsrelais gesteuert wird. Dieser Stromkreis ist geschlossen, wenn die drei Spannungsrelais 14, 15 und 16 ihre Anker angezogen und ihre Kontakte 4:2 sämtlich geschlossen haben. Die Einstellung dieser Relais wird so gewählt, daß sie ihren Anker anziehen, wenn ihre Spannung oberhalb von 8o oder go % der Normalspannung liegt.
  • Zur Schließung des über die Kontakte 42 verlaufenden Stromkreises ist erforderlich, daß die vier Kontakte 41 und 42 sämtlich geschlossen sind. Dieser Stromkreis soll geschlossen sein, wenn alle Phasen des Transformators i unter Spannung stehen. Er soll unterbrochen werden, wenn eine Spannung des Transformators i zusammenbricht.
  • Wenn dieser Stromkreis geschlossen wird, wird dadurch das Zeitrelais 17 erregt, welches an einer der Spannungen des Transformators 40 liegt. Dieses Zeitrelais zieht seinen Anker langsam an und schließt seine Kontakte 43 erst nach Ablauf einer gewissen Verzögerungszeit, welche vorteilhafterweise zwischen % Sek. und 5 Sek. gewählt wird. Sobald das Zeitrelais 17 seine Erregung verliert, kehrt es sofort in seine Ruhelage zurück, was in der Zeichnung dadurch angedeutet ist, daß die Dämpfung nur bei Aufwärtsbewegung des el Relaisankers wirksam ist.
  • Wenn da ' s Zeitrelais 17 seinen Kontakt43 schließt, wird dadurch ein Auslösestromkreis 45 geschlossen, wie im nachfolgenden beschrieben wird.
  • In Reihe mit dem Kontakt 43 liegen die drei Kontakte 26 der parallel arbeitenden Differentialschutzrelais 11, 12 und 13. Das Zeitrelais-17 ist so eingestellt, daß es seinen Kontakt 43 erst schließt, nachdem die Differentialschutzrelais 11, 12 und 13, die etwa durch einen Magnetisierungsstromstoß zum Ansprechen gekommen waren, vorher genügend Zeit hatten, in die Ruhestellung zurückzukehren. Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Abschaltung des Transformators i infolge des Einschaltstromstoßes vermieden. Der Kontakt 43 des Zeitrelais bleibt dann geschlossen, so daß, wenn danach eins der Schutzrelais 11, 12 und 13 anspricht, sofort der Auslösestromkreis 45 vollendet ist.
  • Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung soll nun aber auch unverzögert ansprechen, wenn bei der Einschaltung des Transformators ein innerer Fehler besteht oder wenn ein Fehler im Transformator unmittelbar nach seiner Einschaltung entsteht, noch bevor das Zeitrelais 17 seinen Kontakt 43 hat schließen können. Zu diesem Zweck besitzt jedes der drei Spannungsrelais 14, 15 und 16 Kontakte 46, die geschlossen werden, wenn die Relais ihre Anker fallen lassen. Diese Kontakte 46 sind untereinander parallel geschaltet, so daß, wenn ein innerer Fehler vorliegt, der die Wirkung hat, daß wenigstens eine der Phasenspannungen des Transformators bis unter den Ansprechwert der Relais 14, 15 und 16 zusammenbricht, das betreffende Spannungsrelais seinen Anker bei der Einschaltung des Transformators nicht anzieht, sofern der Fehler im Transformator bei der Einschaltung bereits besteht. Wenn der Fehler dagegen unmittelbar nach der- Einschaltung entsteht, läßt eins der drei Spannungsrelais 14, 5 und 16 seinen Anker sofort wieder fallen und schließt ebenfalls seinen Kontakt.46.
  • Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn einer der Kontakte 26 und gleichzeitig einer der Kontakte 46 geschlossen wird oder bereits geschlossen ist, der Auslösestromkreis 45 geschlossen wird. Bei der Einschaltung des Transformators i muß man damit rechnen, daß bei der Schließung des Schalters 5 nicht alle Phasenleiter in genau demselben Zeitaugenblick geschlossen werden. Es können sich da Zeitunterschiede ergeben, die einen Bruchteil einer halben Netzperiode oder auch mehr betragen. Dadurch kommt dann der Anker i der Relais i 1, 12 und 13 in Bewegung und führt möglicherweise eine Schließung seines Kontaktes 26 herbei, bevor die drei Spannungsrelais 14, 15 und 16 genügend Zeit hatten, ihre Anker anzuziehen.
  • Zur Überwindung dieser Schwierigkeit ist es unter Umständen zweckmäßig, eine kurze Zeitverzögerung einzuführen, damit die drei Spannungsrelais Zeit erhalten, ihre Anker anzuziehen, bevor der Auslösestromkreis 45 vollendet wird. Diese Zeitverzögerung ist jedoch sehr klein, nämlich von der Größenordnung bis zu i Periode der Netzfrequenz. Nur wenn die Zeitdifferenz zwischen der Schließung der verschiedenen Kontakte des Schalters 5 größer als %Periode betragen kann, muß diese Zeitverzögerung entsprechend größer gewählt werden.
  • . Die erforderliche geringe Zeitverzögerung wird dadurch erzielt, daß das Relais 18 über die Kontakte 26 erregt wird und dann seinerseits durch seinen Kontakt 47 erst eine Unterbrechung im Auslösestrornkreis 45 schließen muß. Der Kontakt 47 liegt in Reihe mit den erwähnten Kontakten 46, so daß der Auslösestromkreis 45 zustande kommt, wenn wenigstens einer der Kontakte. 46 und außerdem der Kontakt 47 geschlossen sind.
  • Sobald der Auslösestromkreis 45 geschlossen ist, spricht ein Schütz ig an, welches unverzüglich einen Kontakt 48 schließt. Dieser Kontakt stellt über einen Druckknopfkontakt 49 eine zweite Verbindung des Stromkreises 45 mit der positiven Klemme der Ortsstromquelle her. Das Schütz ig hält sich in einem Haltekreis über den Druckknopfkontakt 49 selber. Ferner besitzt das Schütz ig zwei weitere Kontakte 5Q und 51, von denen der erstere im Erregerkreis der Auslösespule 52 des Schalters 5 liegt, während der zweite im Erregerkreis der Auslösespule 54 des Schalters 3' liegt. Die Erregerkreise der Auslösespulen 52 und 54 sind außerdem über Hilfskontakte 53 und 55 der zugehörigen Schalter geführt, so. daß sie im Augenblick der Schalteröffnung unterbrochen werden. Über eine Leitung 56 kann eine Erregung der Auslösespule 54 beim Ansprechen eines weiteren nicht dargestellten Leitungsschutzrelais erfolgen. über eine Leitung 57 kann in gleicher Weise die Auslösespule 52 erregt werden in Abhängigkeit von einem Schutzrelais, welches beispielsweise die Sammelschienenanlage 6 oder einen anderen Teil der Gesanitanlage schützt.
  • Durch die Anordnung der Kontakte 5o und 51 wird bei einem inneren Fehler im Transforrnator i bzw. den Leitungsstücken zwischen den Stromwandlersätzen 33 und 34 eine beiderseitige Abschaltung herbeigeführt, da die Schalter 3 und 5 geöffnet werden. Im Falle eines äußeren Fehlers dagegen ist unter Umständen nur die Abschaltung des Schalters 3 oder nur die Auslösung des Schalters 5 erforderlich. Aus diesem Grunde sind die Erregerkreise der Auslösespulen 5?- und 54 voneinander getrennt.
  • Eine Differentialschutzeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Schutz im Fehlerfalle mit großer Geschwindigkeit und Empfindlichkeit anspricht, daß er aber unempfindlich ist gegen den Magnetisierungsstrornstoß bei Einschaltung des Transformators und daß er praktisch unverzögert anspricht, wenn ein Fehler entsteht, gleichgültig, ob dieser Fehler im Augenblick der Einschaltung, also während des Vorhandenseins des Magnetisierungsstromst(Yß,--s entsteht oder später.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vom Auftreten eines Differenzstromes abhängige Schutzeinrichtung für einen mehrphasigen Anlageteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung bei der Einschaltung des zu schützenden Anlageteils nur dann eine zusätzliche Verzögerungszeit erhält, wenn die entstehenden Spannungen in allen Phasen einen normalen Wert erreichen.
  2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ansprechen aller vorgesehenen Spannungsrelais ein Stromkreis für die sofortige Schalterauslösung unterbrochen wird, für welche erst nach Ablauf einer Wartezeit ein Ersatzstromkreis geschlossen wird. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, 23 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsrelais durch parallel geschaltete, beim Abfallen ihrer Anker geschlossene Kontakte (46) eine unverzögerte Schalterauslösung vorbereiten. 4. Einrichtung nach Anspruch i und 3, .dadurch gekennzeichnet, daß die Differenti,alrelais den Auslösestromkreis unter Zwischenschaltung eines Hilfsrelais (18) steuern, dessen Kontakt mit den parallel geschalteten Kontakten der Spannungsrelais, welche bei Ankerabfall dieses Relais geschlossen werden, in Reihe liegt. 5. Einrichtung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösestromkreis ein Schütz (ig) enthält, welches die getrennten Erregerstromkrei#e für die Auslösung der Schalter beiderseits der geschützten Maschine oder des geschützten Apparates steuert.
DES127050D 1936-05-02 1937-04-30 Differentialschutzeinrichtung Expired DE677911C (de)

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ID=22078427

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DES127050D Expired DE677911C (de) 1936-05-02 1937-04-30 Differentialschutzeinrichtung

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DE (1) DE677911C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2322981A1 (de) * 1972-05-12 1973-11-22 Elin Union Ag Einrichtung zur erfassung des differenzstromes in einer differentialschutzeinrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2322981A1 (de) * 1972-05-12 1973-11-22 Elin Union Ag Einrichtung zur erfassung des differenzstromes in einer differentialschutzeinrichtung

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