FI67977C

FI67977C - Foerfarande och anordning foer uppnaoende av 100 %-igt statorjordslutningsskydd foer generatorer i blockkoppling

Info

Publication number: FI67977C
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: 1985-06-10
Also published as: SE7801944L; GB1601235A; DE2712975A1; FI67977B; DE2712975C2; CH615536A5; SE424031B; FI780550A

Description

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

?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 02.03.78

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon |a kuul.julkaisun pvm.—

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,

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 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.

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.

Sen haittana on kuitenkin erityisesti korkea esijännitysamplitudi ja siten raskas ja kallis esijännitysmuuntaja.

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.

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.

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.

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.

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.

Eräässä kokeiluprototyypissä havaittiin edullisiksi arvoiksi seu-raavat:

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)

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.

Kertojan ja sitä seuraavan suodattimen pitämiseksi yksinkertaisina

Claims

1. Menetelmä 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 esi-jännite on käyttötaajuinen jännite, tunnettu siitä, että esijännitteen (Uv) vaihetta vaihtokytketään vaiheenheilahduksina jatkuvasti kahden tilan välillä.

2. Patenttivaatimuksen 1.mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheenheilahtelun kaksi tilaa ovat keskenään vastak-kaisvaiheisia.

3. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että laitteessa on kahdella ensiökäämillä (5, 6) varustettu muuntaja (3), jonka toisiokäämi esijännittää suojattavan kohteen (1) maahan nähden, että esijännite (Uv) otetaan käyttötaajuisesta lähteestä, että käyttötaajuisen lähteen (4) toinen napa on kytketty muuntajan (3) ensiökäämien (5, 6) yhdistämis-pisteeseen ja toinen napa rinnan kahden elektronisen kytkimen (7, 8) tuloihin, joiden lähdöt on kytketty ensiökäämien (5 vast. 6) vapaisiin päihin, että elektroniset kytkimet (7, 8) avataan vuorotellen niiden ohjauselektrodeille tuodulla oskillaattorin (9) lähtösignaa-lilla, että eristysmuuntajan (12) ensiökäämin rinnalle on kytketty rajoitusvastus (2) toisiojännitteen ollessa kytketty kertojan (11) ensimmäiseen tuloon (x), että kertojan (11) toisessa tulossa (y) on vertailusignaalina käyttötaajuinen jännite ja että kertojan (11) 5 67977 lähtösignaali on viety integroivalle suodattimelle (13).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että vertailusignaalina kertojan (11) toisessa tulossa (y) on itse esijännite (Uv). /

4 67977 voidaan virran arvosta If = 0,5 · Ifmax alkaen kytkeä toimintaan tavanomainen 95 % staattorin maasulkusuojauksen tyyppinen yksinkertainen virtamittaus, jossa If (kuvio 4) on vikavirta maahan. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetty vaiheeltaan muuttuva esijännite Uv yhdistää kummankin edellä esitetyn tavanomaisen menetelmän a ja b edut. Esijännite Uv on käyttötaajuinen ja voidaan synnyttää helposti, mikä pitää paikkansa myös tapauksessa a. Toisaalta jännitteen Uv amplitudi voidaan menetelmää b vastaavasti tehdä suhteellisen pieneksi.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että vertailusignaalina kertojan (11) toisessa tulossa (y) on erillinen, esijännitteeseen tahdistetusti synnytetty jännite.

6. Patenttivaatimusten 3, 4 ja 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektroniset kytkimet (7, 8) ovat triaceja.

7. Patenttivaatimusten 3-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että esijännite (Uv) on noin 2 % verkon vaihejännitteestä.

8. Patenttivaatimusten 3-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailujännitteen (Uv) vaihtokytkentäjakso on noin 60 ms.

9. Patenttivaatimusten 6 ja 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että triacit (7, 8) sytytetään vain noin 45 ms ajaksi muun ajan, noin 15 ms, toimiessa varmuusaikana molempien triacien samanaikaisen syttymisen häiriövirtojen vaikutuksesta välttämiseksi.

10. Patenttivaatimusten 3-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että maahan kulkevan vikavirran (If) arvosta, joka vastaa puolta maksimaalisesta vikavirrasta (Ifmax), alkaen vaihtokytketään toimintaan normaali käyttötaajuinen mittaus, jolla saadaan 95 % staattorin maasulkusuojaus. 67977 6