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Differentialschutzeinrichtung für elektrische Anlageteile
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 167797 ist eine Differentialschutzeinrichtung für elektrische Anlageteile mit einem unter dem Einfluss zweier entgegengesetzt gerichteter Kräfte stehenden polarisierten Gleichstromrelais, in dem dem gleichgerichteten Differenzstrom ein ebenfalls gleichgerichteter, dem Durchgangsstrom entsprechender Strom entgegenwirkt. Der Differenzstrom wirkt auf das Relais im auslösenden Sinn und der Durchgangsstrom im sperrenden Sinn. Um eine unerwünschte Auslösung des Schutzrelais bei Stromstössen, insbesondere bei Einschaltung leerlaufender Transformatoren od. dgl. zu verhindern, wird im Stammpatent vorgeschlagen, die in den Stromstössen vorhandenen Oberwellen zur Erhöhung der Sperrwirkung des Schutzrelais heranzuziehen.
Dabei können zur Heraushebung der Oberwellen im Sperrstromkreis bzw. zur Unterdrückung der Oberwellen im Differenzstromkreis an sich bekannte Kombinationen von Drosselspulen und Kondensatoren, insbesondere Serien-oder Parallelresonanzkreise oder Siebketten Anwendung finden. Diese Filteranordnungen haben abgesehen von der Oberwellenverarbeitung einer Reihe von technischen Bedingungen zu genügen, um ein sicheres Arbeiten zu gewährleisten. So ist insbesondere das Einschwingverhalten der Filter sowie die Verarbeitung der Gleichstromkomponente der Trans- formatoreinschaltströme mitbestimmend für die sichere unterschiedliche Wirkung der Schaltung bei innerem Kurzschluss bzw. bei Einschaltung eines leerlaufenden Transformators.
Gegenstand der Erfindung ist eine Differentialschutzeinrichtung für elektrische Anlageteile gemäss Patent Nr. 167797, mit Zwischenwandlern zur Speisung des Sperr- und Differenzstromkreises, in denen Filterkreise zur Heraushebung bzw. Unterdrückung von in Stromstössen vorhandenen Oberwellen vorgesehen sind. Die erfindungsgemässe Weiterbildung einer derartigen Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Induktivität in den einmaschig ausgebildeten Filterkreisen des Sperrstrom-bzw. Differenzstromkreises die Induktivität des zugehörigen Zwischenwandlers dient.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt im ausserordentlich geringen schaltungstechnischen Aufwand, der sich einerseits dadurch ergibt, dass sich eine eigene Induktivität in den Filterkreisen erübrigt und anderseits dadurch, dass die Zwischenwandler in der erfindungsgemässen Schaltung für kleinere Typenleistung ausgelegt sein können als z. B. bei Verwendung mehrgliedriger Filter.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Differentialschutzeinrichtung für einen Transformator und ist in der Zeichnung einphasig dargestellt. Mit 1 ist der zu schützende Transformator bezeichnet. Die Ströme vor und hinter dem Transformator 1 werden durch Wandler 2,3 in einer Differenzschaltung miteinander verglichen. Das Schutzrelais, z. B. ein Drehspulrelais, ist mit 4 bezeichnet. Wie im Stammpatent näher ausgeführt ist, wirken im Schutzrelais ein dem Durchgangsstrom entsprechender gleichgerichteter Strom und ein dem Differenzstrom entsprechender gleichgerichteter Strom einander entgegen.
Der dem Differenzstrom entsprechende Strom wirkt auslösend und der dem Durchgangsstrom entsprechende Strom sperrend auf das Schutzrelais 4
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in diesem Kreis vorgesehene und im wesentlichen auf die Grundwelle des Transformatorwechselstromes abgestimmte Filter besteht aus der inneren Induktivität des Zwischenwandlers 6 und der parallel dazu lie-
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genden Kapazität S'. Für harmonische Oberwellen zur Grundwelle bedeutet dieser Kondensator 8 fast einen Kurzschluss. Derartige Oberwellen gelangen damit nicht zum Gleichrichter 7 und sind in dem auf das Schutzrelais 4 im auslösenden Sinn einwirkenden Gleichstrom praktisch nicht enthalten. Der Sperrstromkreis 9 wird vom Zwischenwandler 10 gespeist und enthält den Gleichrichter 11.
Hier ist als Filter ein Resonanzkreis vorgesehen, der aus der inneren Induktivität des Zwischenwandlers 10 und der Kapazität 12 besteht. Dieses Filter hat Hochpasscharakter und ist auf eine Oberwelle, z. B. vorzugsweise die zweite Oberwelle, abgestimmt, so dass im Sekundärkreis des Zwischenwandlers durch Resonanzwirkung ein Vielfaches des Oberwellenstromes gegenüber dem durch das Zwischen wandlerübersetzungsverhältnis bedingten Strom auftritt. Die Abstimmung dieses die Oberwellen gegenüber der Grundwelle hervorhebenden Filter- 'kreises könnte auch auf eine andere als die zweite Oberwelle vorgenommen werden.
Eine genaue Untersuchung hat nämlich gezeigt, dass kurz nach dem Schalten die zweite Oberwelle relativ stark vertreten ist, dass aber im Laufe des Abklingens des Einschaltstromstosses neben der zweiten auch die höheren Harmonischen mit grossen Amplituden in Erscheinung treten. Als Zwischenwandlers 6 und 10 eignen sich vorteilhaft solche mit Luftspalt im Eisenkern.
Die Schaltung wird so ausgelegt, dass bei innerem Fehler im Differenzstromkreis 5 ein grösserer Strom fliesst als im Sperrstromkreis 9. Über die Kombination der Gleichrichter 7 und 11 wirkt jeweils die Differenz dieser Ströme auf das Schutzrelais 4 ein, so dass das Relais bei innerem Kurzschluss ausgelöst wird, wobei es hier nur auf die Wirkung der Grundwelle ankommt. Treten, wie z. B. bei Einschaltung eines leerlaufenden Transformators, neben der Grundwelle auch Oberwellen auf, so werden diese im Differenzstrom-
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gewünscht,stromstosses ist dabei dadurch gesichert, dass die Amplituden der höheren Oenvellen mit Abklingen des
Einschaltstromstosses anteilmässig grösser werden.
Die Dosierung des Oberwelleneinflusses erfolgt mittels des Widerstandes 13. Eine Beeinflussung der
Abstimmung der Schaltung auf die Grundwelle tritt dabei nicht ein, so dass die Stabilisierungskennliniefur
Grundwellen und die Stabilisierungskennlinie für Oberwellen unabhängig voneinander einstellbar sind.
Damit die Schaltung sowohl bei innerem Fehler als auch bei Einschaltung eines leerlaufenden Trans- formators schutzmässig sofort wirksam werden kann und die Unterscheidung dieser beiden Fälle sicher getroffen werden kann, werden die Einschwingzeiten der Filterkreise möglichst Idein gehalten. Dabei ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Abstimmung der Dämpfung in den Filterkreisen die
Ausbildung des Stromes im Différenzstromkreis 5 gegenüber der im Speastromlje ! s9 verzögert. Diese Be- messung gestattet es ohne Verwendung von Relaisverzögerungen bei der Entscheidung, ob ein innerer Kurz- schluss oder Leereinschaltung vorliegt, auszukommen.
Die bei Einschaltung eines leerlaufenden Transfor- mators auftretenden Einschaltstromstösse besitzen eine abklingende Gleichstromkomponente, die die Filter zu Eigenschwingungen anstösst. Der im Sperrstromkreis 9 liegende Filterkreis mit Hochpasscharakte- ristik gibt die Schaltvorgänge sofort wieder, so dass schon unmittelbar nach der Einschaltung des Transfor- mators ein beträchtlicher Sperrs rom fliesst, wogegen die Ausbildung des auslösend wirkenden Differenz- stromes infolge der stärkeren Dämpfung des zugehörigen Filterkreises etwas verzögert wird, so dass der I Sperrstrom sicher überwiegt, und eine Fehlauslösung unter allen Umständen vermieden ist.
Im einge- schwungenen Zustand der Filter bleibt die in den langsamer abklingenden Einschaltstromstössen vorhandene Gleichstromkomponente unwirksam. Bei innerem Kurzschluss überwiegt der Audösestrom den Sperrstrom an sich so stark, dass ebenfalls das richtige Arbeiten des Schutzrelais gewährleister ist, wobei die oben besprochene Verzögerung praktisch ohne Einfluss ist.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Differentialschutzeinrichtung für elektrische Anlageteile gemäss Patent Nr. 167797 mit Zwischen- wandlern zur Speisung des Sperr-und Differenzstromkreises, in denen Filterkreise zur Heraushebung bzw.
Unterdrückung von in Stromstössen vorhandenen Oberwellen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Induktivität in den einmaschig ausgebildeten Filterkreisen des Sperr- und Differenzstromkreises die In- duktivität des zugehörigen Zwischenwandlers dient.
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Differential protection device for electrical system parts
The subject of the parent patent no. 167797 is a differential protection device for electrical system parts with a polarized direct current relay under the influence of two oppositely directed forces, in which the rectified differential current is counteracted by a rectified current corresponding to the through current. The differential current acts on the relay in the triggering sense and the through current in the blocking sense. In order to prevent undesired tripping of the protective relay in the event of current surges, especially when switching on idle transformers or the like, the parent patent proposes using the harmonics present in the current surges to increase the blocking effect of the protective relay.
To emphasize the harmonics in the reverse current circuit or to suppress the harmonics in the differential circuit, known combinations of inductors and capacitors, in particular series or parallel resonance circuits or filter chains, can be used. Apart from the harmonic processing, these filter arrangements have to meet a number of technical conditions in order to ensure safe operation. In particular, the transient response of the filters and the processing of the direct current component of the transformer inrush currents are also decisive for the reliable different effect of the circuit in the event of an internal short circuit or when an idling transformer is switched on.
The subject of the invention is a differential protection device for electrical system parts according to patent no. 167797, with intermediate converters for feeding the blocking and differential current circuit, in which filter circuits are provided to emphasize or suppress harmonics present in current surges. The further development of such a circuit according to the invention is characterized in that the reverse current or reverse current circuit is used as the inductance in the single-mesh filter circuits. Differential circuit the inductance of the associated intermediate converter is used.
The main advantage of the invention lies in the extremely low circuit complexity, which results on the one hand from the fact that there is no need for a dedicated inductance in the filter circuits and on the other hand from the fact that the intermediate converters in the circuit according to the invention can be designed for smaller type power than z. B. when using multi-section filters.
An embodiment of the invention is shown in the drawing. This example relates to a differential protection device for a transformer and is shown in the drawing as single-phase. The transformer to be protected is designated by 1. The currents upstream and downstream of the transformer 1 are compared with one another by converters 2, 3 in a differential circuit. The protection relay, e.g. B. a moving coil relay is denoted by 4. As detailed in the parent patent, a rectified current corresponding to the through current and a rectified current corresponding to the differential current counteract each other in the protective relay.
The current corresponding to the differential current has a triggering effect and the current corresponding to the through current has a blocking effect on the protective relay 4
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The filter provided in this circuit and essentially matched to the fundamental wave of the transformer alternating current consists of the internal inductance of the intermediate converter 6 and the parallel
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low capacitance S '. For harmonic harmonics to the fundamental wave, this capacitor 8 almost means a short circuit. Such harmonics thus do not reach the rectifier 7 and are practically not contained in the direct current acting on the protective relay 4 in the triggering sense. The blocking circuit 9 is fed by the intermediate converter 10 and contains the rectifier 11.
Here, a resonance circuit is provided as a filter, which consists of the internal inductance of the intermediate converter 10 and the capacitance 12. This filter has a high-pass character and is based on a harmonic, e.g. B. preferably the second harmonic, tuned so that a multiple of the harmonic current occurs in the secondary circuit of the intermediate converter by resonance effect compared to the current caused by the intermediate converter transmission ratio. This filter circuit, which emphasizes the harmonics with respect to the fundamental wave, could also be tuned to another harmonic than the second.
A detailed investigation has shown that shortly after switching, the second harmonic is relatively strongly represented, but that as the inrush current decays, the higher harmonics with large amplitudes also appear in addition to the second. As intermediate converters 6 and 10, those with an air gap in the iron core are advantageously suitable.
The circuit is designed in such a way that in the event of an internal fault in the differential circuit 5, a greater current flows than in the blocking circuit 9. Via the combination of rectifiers 7 and 11, the difference between these currents acts on the protective relay 4, so that the relay is triggered in the event of an internal short circuit where it only depends on the effect of the fundamental wave. Kick, such as B. when switching on a no-load transformer, in addition to the fundamental wave also harmonics, then these are in the differential current
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desired, current surge is secured by the fact that the amplitudes of the higher ovules with decay of the
Inrush current will be proportionally larger.
The harmonic influence is metered by means of the resistor 13. An influencing of the
Adjustment of the circuit to the fundamental wave does not occur, so that the stabilization characteristic curve
Fundamental waves and the stabilization characteristic for harmonics can be set independently of one another.
The settling times of the filter circuits are kept idein as far as possible so that the circuit can take immediate protective action in the event of an internal fault as well as when an idling transformer is switched on and the distinction between these two cases can be reliably made. According to a further feature of the invention, the attenuation in the filter circuits is matched
Formation of the current in the differential circuit 5 compared to that in the Speastromlje! s9 delayed. This dimensioning makes it possible to manage without the use of relay delays when deciding whether there is an internal short-circuit or an open circuit.
The inrush currents that occur when an idling transformer is switched on have a decaying direct current component, which causes the filter to oscillate. The filter circuit with high-pass characteristic located in the blocking circuit 9 reproduces the switching processes immediately, so that a considerable blocking current flows immediately after the transformer is switched on, whereas the formation of the tripping differential current is somewhat due to the stronger damping of the associated filter circuit is delayed, so that the I reverse current surely predominates, and false tripping is avoided under all circumstances.
In the settled state of the filter, the direct current components present in the more slowly decaying inrush currents remain ineffective. In the event of an internal short circuit, the audio current outweighs the reverse current itself so much that the correct operation of the protective relay is also guaranteed, whereby the delay discussed above has practically no influence.
PATENT CLAIMS: 1. Differential protection device for electrical system parts according to patent no. 167797 with intermediate converters for feeding the blocking and differential current circuits, in which filter circuits are used for raising or lowering.
Suppression of harmonics present in current surges are provided, characterized in that the inductance of the associated intermediate converter serves as the inductance in the single-mesh filter circuits of the flyback and differential circuit.