Kurzschlussschutzeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kurzschlussschutzeinrich- tung mit wenigstens einem im Über:strombereich gesättig ten Stromwandler, woben aus einer Wechselstro:
mh alb- welle über wenigstens einen aus zwei Transistoren be stehenden und mit dem einen Pol des Stromwandlers verbundenen Trigger ein Impuls gebildet wird, der je nach der Polarität der Halbwelle eine Auslösung oder Sperrung bewirkt und dem Stromwandler wenigstens ein Widerstand parallel liegt,
an welchem eine strompropor tionale Spannung abgegriffen wird.
Solche Kurzschlussschutzeinrichtungen, bei denen also die Ströme über Triggerschaltungen in rechteck- förmige Impulse unigewandelt werden, können für alle Schutzarten verwendet werden, weiche den Strom als Messgrösse benutzen.
Bei einem überstromschutz .ist es hierbei nur wichtig, dass der Impuls dann den Trigger betätigt, wenn eine- bestimmte Stromhöhe überschritten wird. Die Überschreitung muss dabei innerhalb jeder Halbwelle lang genug andauern, damfit die Betätigung erfolgen kann.
Es können hierbei nun Verkürzungen der Betätigungsünpulse auftreten, wenn der speisende Wand ler oder damit verbundene Hilfswandler gesättigt wer den. Bei Sätti!gungserscheinungen solcher Wandler treten dann bekanntlich Stromspitzen auf, die aber schnell wie der auf Null zurückgehen. Die Impulsbreite ist dann nur noch entsprechend der Stromspitze vorhanden. Diese kann zu kurz sein, um eine Auslösung zu bewerkstelligen.
Bei Vergleichs,schutzsystemen, also Differentialschutz oder Sammelsahienenachutz, bei denen mindestens zwei elektrische Grössen miteinander verglichen werden, kommt es nicht nur darauf an, dass die elektrische Grösse eine bestimmte Höhe hat, sondern auch auf die Phasenlage zwischen den beiden Messgrössen.
Als Ver- gleichsschutz sohl hierbei auch der Impedanzschutz an- gesehen werden, soweit er beispielsweise mit Hilfe von über Gleichrichtern gespeisten Brückenschaltungen die Ü@berlappung der Messgrössen ausnutzt. Ein Sammcl- sahienenschutz,
welcher nach diesem Prinzip arbeitet, ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift <B>1208</B> 397 beschrieben.
Wenn nun die Sinusform des Stromes in eine Recht- eckform umgewandelt wird, und die überlappung der Rechteekimpulse verglichen wird, so soll eine Betätigung erfolgen, wenn die Überlappung klein oder null ist. Es soll eine Spenun:
g oder einte andere Betätigung erfolgen, wenn die Überlappung gross oder vollständig ist. Die Breite der Rechteckimpulse entspricht nun der positiven oder negativen Halbwelle des Primärstromes. Es muss daher die Bedingung erfüllt sein,,
dass der Primärstrom auf die Sekundärseite formtreu übertragen wird. Dies ist solange der Fall, als die verwendeten Stromwandler- kerne ungesättigt bleiben.
Schutzeinrichtungen aber sollen gerade bei hohen Überlastungen richtig arbeiten. Hierfür ist diese Be dingung nicht mehr in jedem Falle gegeben. Insbeson dere bei Einschwingvorgängen mit hohen Ausgleichsvor gängen können .die Wandler leicht in den Sättigungs- bereich kommen.
Dann sind aber die elektrischen Grös- sen auf der Sekundärseite des Wandlers nicht mehr mit der Sinusforrn der Primärseite identisch.
Der Strom wird verzerrt, es entstehen Spitzen, die zwar hohe Amplituden besitzen, aber schmaler als die ursprüngliche Sinusform sind. Infolgedessen entsprechen die Nulldurchgänge auf der Primärseite nicht mehr den Nulldurchgängen auf der Sekundärseite. Hierdurch wird die <RTI
ID="0001.0187"> überlappung der zu Vergleichenden elektrischen Grössen ebenfalls beein- flusst. Wie die Figur 1 zeigt, können hierbei sogar falsche Polaritäten auftreten, die eine Falschauslösung des Schutzes bewirken können.
Im oberen Teil der Figur 1 ist der Primärstrom Ir sinusförmig. Er würde einen Rechteckimpuls erzeugen, der im unteren Teil ge strichelt dargestellt und. mit il' (bezeichnet ist. Der Sekun- därstrom IS ist nun aber durch die Sättigung des Magnet kernes verzerrt.
Man erkennt, dass der Rechteckimpuls ip dann erheblich kürzer ist, und sogar während der posi- tiven Hälbwelle des Primämstromeis negativ wird. Es ist klar,
dass die überlappungszeit dadurch erheblich be einflusst wird und zu falschem Arbeiten des Schutzes RTI ID="0001.0238" WI="10" HE="4" LX="1121" LY="2610"> Anlass geben kann.
Stellt man nun die Bedingung, dass der Schutz aus- lösen soll, wenn die überlappung der beiden Mess- grössen beispielsweise zwischen 60 und 180 liegt,
so würde durch die Verzerrung die- überlappung sich auf den Bereich von 150 bis .180 beschränken.
Im Bereich von 60 bis 150 , wo ebenfalls ausgelöst werden sollte, ist die üb'erlappungszeit zu gering, um. eine Auslösung zu ermöglichen. Umgekehrt können aber hierbei auch Falschauslösungen auftreten,
wenn ein Sperrbefehl ge- geben werden soll. Der Beginn des Impulses i wird, wie der untere Teil der Figur 1 zeigt, in der Richtung nach links erweitert. Er beginnt nicht erst beim Nulldurchgang der Sinuskurve des Primärstromes,
sondern bereits vor her beim Nulldurchgang des Sekundärstromes. Diese Vorverschebung de;s Impulses erweitert den Bereich für die Auslösung, obwohl in diesem Bereich eine Sperrung erfolgen sollte. Dies kann also zu falschen Auislösungen Anlass geben.
Die Erfindung soll nun die Aufgabe lösen, diesen Nachteil zu vermeiden und, auch wenn die Stromwand ler gesättigt sind, .ein einwandfreies Arbeiten solcher Vergleichsschutzsysteme zu bewirken.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass zwischen die Basis des ersten Transistors der Trigger- schaltung und dessen Emitter mit seinem Emitterwider- stand die Reihenschaltung eines Kondensatoms und eines Widerstandes liegt und zwischen dem Verbindungspunkt zwischen diesem Kondensator und diesem Widerstand und dem nicht an den zugehörigen Trigger
angeschlosse nen Pol des Stromwandlers ein weiterer Widerstand ge schaltet ist und dass zwischen dem Anschlusspunkt der Widerstandskondensatorsch.altung an den Emitterwider- stand und den. Stromwandlerwiderstand eine Diode in gleicher Auslöserichtung wie die des Transistors liegt.
Die vorgeschlagene Massnahme bewirkt zweierlei: Einmal wird ein entstandener Rechteckimpuls @durch die Einrichtung länger aufrechterhalten, also der Bereich erweitert. Ferner wird. damit erreicht, dass beim Wech sel der Polarität des Primärstromes auch der Rechteck- impuls aufhören muss.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung. Der Strom in der Leitung 1 ist mit IP bezeichnet, er ist der Primärstrom im Stromwandler 2. Dieser Strom wird der nachgeschalteten Schutzeinrichtung zugeführt. Er wird dann mit einem weiteren Strom verglichen.
Diese zweite Einrichtung ist nicht gezeichnet, weil die aus dem Strom erzeugten Impulse in gleicher Weise gewon nen werden und die überlappungseinrichtungen bekannt sind.
Die Erfindung betrifft ja nur die Formgebung der Impulse selbst. In der Sekundärwicklung des Strom wandlers 2 fliesst der Strom Is. Die Zenerdioden 3 die nen der Herabsetzung der Überspannung in bekannter Weise. Aus dem Strom wird nun für jede Halbwelle ge- trennt eine stromproportionale Spannung gewonnen.
Dies geschieht mit den Dioden 4 und 5 sowie den Wider ständen 6 und 7. Fliesst der Strom gerade in der ange gebenen Richtung, so schliesst er .sich über den Wider stand 6 und die Diode 5.
In diesem Falle sei ang3nom- men, dass eine positive Spannung am Widerstand 6 liegt. In der anderen Halbwelle fliesst (der Strom über den Widerstand 7 und die Diode 4. Die so entstandene posi tive Spannung wird nun dem Transistor 8 zugeführt, der zu einer Triggerschaltung gehört.
Sie ist so geschaltet, dass beim Auftreten einer positiven Spannung an der Basis des Transistors 8 am Ausgange des Transistors 9 ein positives Signal in Rechteckform ip entsteht.
Die übrigen Widerstände 10 bis 14 und die Diode 15 sind Bestandteile der an sich bekannten Triggerschaltung, welche hier nicht näher erklärt zu werden braucht. Über 'die Widerstände wird die positive Spannung P an die Schaltung angelegt.
Die Triggerschaltung spricht nun an, wenn die Halbwelle des Stromes IP positiv ist. Tritt zwi schen IP und Is keine Verzerrung auf, dann bildet sich am Ausgang des Triggers eine Rechteckspannung aus,
welche der gestrichelt dargestellten Rechteckform ip' der Figur 1 entspricht. Wenn nun aber der Sekundärstrom Is infolge der Sättigung des Magnetkernes des Wandlers 2 verzerrt ist, so wird dadurch auch der Rechteckimpuls falsch nachgebildet. Die Impulslänge wird verkürzt. Um diese Verkürzung nun zu verhindern,
ist die Wi@der- stands-Dioden-Kombination vorgesehen, welche aus den Widerständen 16 und 17, dem Kondensator 18 und der Diode 19 besteht.
Diese Kombination wirkt nun folgendermassen: Der Kondensator 18 speichert während der Sättigungsspitze des Stromes IS Energie. Wenn der Strom auf Null geht, so gibt er diese Energie über den Transistor 8 wieder ab, so dass dieser weiterhin positive Spannung zugeführt be kommt und den Trigger offen hält.
Dies wirkt als Ab- fallverzögerung des Triggers. Damit sich der Konden sator nicht über den Widerstand 6 entladen kann, ''ist die Diode 19 vorgesehen.
Wenn nun aber die negative Sättigungsspitze ent steht, so muss der Transistor 8 sofort gesperrt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die nach dem Null- durchgang am Widerstand 7 auftretende Spannung über den Widerstand 16, der hochohrig sein muss, um eine Kopplung zwischen dem positiven und negativen Kreis zu verhindern,
an den Kondensator 18 gegeben wird. Dann liegen die ,gleichen Potentiale auf beiden Seiten des Kondensators 18, und die Entladung wird unter bunden.
In gleicher Weise wird der durch die negative Halb- welle des Primärstromes entstehende Impuls in durch entsprechende Schaltungen verlängert. Dies ist im ande ren Teil- der Figur 2 dargestellt. Die einzelnen Schalt elemente sind mit dem im linken Teil Dargestellten gleich und daher nicht näher bezeichnet.
Es .sei noch er wähnt, dass P und N den Plus- und Minus-Pol der für die Transistoren erforderlichen Hilfsspannung bedeuten.
Durch .diese Massnahmen wird erreicht, dass die Im pulsdauer trotz Sättigung des Eisenkernes des Wand- lers 2 oder eines .an diesen angeschlossenen Hilfswand- lers auf einen Wert verlängert werden kann, der keine Falsch- oder Fehlauslösung des Schutzes bewirkt. Die Verlängerung braucht sich nicht unbedingt über die ganze Halbwelle zu erstrecken.
Es muss nur der Teil der Periode, während kein Signal erfolgt, so klein. -sein, dass 'keine falsche Auslösung des Triggers erfolgen kann. Man braucht ja zur Auslösung eine bestimmte Zeitdauer des Impulses.
Wenn diese nicht erreicht wird, gibt es keine Falsch- oder Fehlauslösung. So genügt es beispielsweise, 'den Impuls i in .der Figur 1, welcher etwa 80 breit ist, auf etwa 150 zu verlängern. Dann würde das Fehlen des Impulses oder ein fälschlicherweise auftretender ne gativen Impuls nur noch 30 zur Verfügung haben.
Dies reicht dann nicht mehr zu einer Auslösung aus.
Als Anwendungsgebiet @dieser Einrichtung kommt ein Überstromsehutz, Differentialschutzsysteme und der Sammelschutz sowie jauch der Distanzschutz in Frage.
Der technische Vorteil ist, dass Sättigungserschei- nungen, welche insbesondere bei Einschwingavorgängen ,auftreten :können, keinen Einfluss auf die Wirkungsweise des Schutzes haben.
Short-circuit protection device The invention relates to a short-circuit protection device with at least one current transformer that is saturated in the overcurrent range, with an alternating current:
mh albwelle via at least one trigger consisting of two transistors and connected to one pole of the current transformer, a pulse is formed which, depending on the polarity of the half-wave, triggers or blocks and the current transformer has at least one resistor parallel
at which a current proportional voltage is tapped.
Such short-circuit protection devices, in which the currents are converted into square-shaped pulses via trigger circuits, can be used for all types of protection that use the current as a measured variable.
In the case of overcurrent protection, it is only important that the pulse activates the trigger when a certain current level is exceeded. The overshoot must last long enough within each half-wave for actuation to take place.
In this case, shortening of the actuation pulses can occur if the feeding converter or auxiliary converter connected thereto is saturated. If such converters show signs of saturation, then as is well known, current peaks occur, which, however, quickly return to zero. The pulse width is then only available according to the current peak. This can be too short to trigger a release.
In the case of comparison protection systems, i.e. differential protection or collective protection, in which at least two electrical quantities are compared with one another, it is not only important that the electrical quantity has a certain level, but also the phase position between the two measured quantities.
The impedance protection should also be seen as a comparison protection, insofar as it makes use of the overlap of the measured variables, for example with the aid of bridge circuits fed via rectifiers. A collection agency protection,
which works according to this principle is described, for example, in the German patent application <B> 1208 </B> 397.
If the sinusoidal shape of the current is converted into a rectangular shape and the overlap of the square pulses is compared, an actuation should take place when the overlap is small or zero. It should be a Spenun:
g or some other actuation take place when the overlap is large or complete. The width of the square pulses now corresponds to the positive or negative half-wave of the primary current. The condition must therefore be met,
that the primary current is transferred true to shape on the secondary side. This is the case as long as the current transformer cores used remain unsaturated.
Protective devices, however, should work properly in the event of high overloads. For this, this condition is no longer given in every case. Especially with transient processes with high equalization processes, the converters can easily reach the saturation range.
Then, however, the electrical quantities on the secondary side of the converter are no longer identical to the sinusoidal shape on the primary side.
The current is distorted, resulting in peaks that have high amplitudes but are narrower than the original sinusoidal shape. As a result, the zero crossings on the primary side no longer correspond to the zero crossings on the secondary side. This makes the <RTI
ID = "0001.0187"> overlap of the electrical parameters to be compared also influenced. As FIG. 1 shows, wrong polarities can even occur here, which can cause false triggering of the protection.
In the upper part of FIG. 1, the primary current Ir is sinusoidal. It would generate a square pulse, shown in dashed lines in the lower part and. with il '(. The secondary current IS is now distorted by the saturation of the magnet core.
It can be seen that the square pulse ip is then considerably shorter and even becomes negative during the positive half-wave of the primary current egg. It's clear,
that the overlap time is significantly influenced and can give rise to incorrect operation of the protection RTI ID = "0001.0238" WI = "10" HE = "4" LX = "1121" LY = "2610">.
If you now set the condition that the protection should trigger when the overlap of the two measured values is between 60 and 180, for example,
the distortion would limit the overlap to the range from 150 to .180.
In the range from 60 to 150, where the trigger should also be triggered, the overlap time is too short to. to enable a trip. Conversely, however, false trips can also occur here,
if a locking command is to be given. As the lower part of FIG. 1 shows, the beginning of the pulse i is expanded in the direction to the left. It does not start at the zero crossing of the sine curve of the primary current,
but already before at the zero crossing of the secondary current. This forward shifting of the pulse expands the range for triggering, although a blocking should take place in this range. This can give rise to wrong solutions.
The invention is now intended to solve the problem of avoiding this disadvantage and, even when the current transformers are saturated, to cause such comparison protection systems to work properly.
According to the invention it is therefore proposed that between the base of the first transistor of the trigger circuit and its emitter with its emitter resistor is the series connection of a capacitor and a resistor and between the connection point between this capacitor and this resistor and the trigger not connected to the associated trigger
connected pole of the current transformer, another resistor is switched and that between the connection point of the resistor capacitor circuit to the emitter resistor and the. Current transformer resistance a diode is in the same tripping direction as that of the transistor.
The proposed measure has two effects: On the one hand, a rectangular pulse @ is maintained for a longer period by the device, i.e. the range is expanded. Furthermore,. This means that when the polarity of the primary current changes, the square-wave pulse must also stop.
Figure 2 shows an embodiment of the invention. The current in line 1 is labeled IP; it is the primary current in current transformer 2. This current is fed to the downstream protective device. It is then compared to another stream.
This second device is not shown because the pulses generated from the current are won in the same way and the overlapping devices are known.
The invention relates only to the shaping of the pulses themselves. The current Is flows in the secondary winding of the current converter 2. The Zener diodes 3 are used to reduce the overvoltage in a known manner. A current-proportional voltage is then obtained from the current separately for each half-wave.
This is done with the diodes 4 and 5 as well as the resistors 6 and 7. If the current is flowing in the specified direction, it closes via the resistors 6 and the diode 5.
In this case it is assumed that there is a positive voltage across the resistor 6. In the other half-wave the current flows through the resistor 7 and the diode 4. The resulting positive voltage is now fed to the transistor 8, which belongs to a trigger circuit.
It is switched so that when a positive voltage occurs at the base of transistor 8 at the output of transistor 9, a positive signal in a rectangular shape ip is produced.
The other resistors 10 to 14 and the diode 15 are components of the trigger circuit known per se, which need not be explained in more detail here. The positive voltage P is applied to the circuit via the resistors.
The trigger circuit responds when the half-wave of the current IP is positive. If there is no distortion between IP and Is, then a square-wave voltage forms at the output of the trigger,
which corresponds to the rectangular shape ip 'shown in dashed lines in FIG. If, however, the secondary current Is is now distorted as a result of the saturation of the magnetic core of the transducer 2, the rectangular pulse is also incorrectly reproduced as a result. The pulse length is shortened. To prevent this shortening now,
the resistor-diode combination is provided, which consists of the resistors 16 and 17, the capacitor 18 and the diode 19.
This combination works as follows: The capacitor 18 stores energy during the saturation peak of the current IS. When the current goes to zero, it emits this energy again via transistor 8 so that it continues to be supplied with positive voltage and keeps the trigger open.
This acts as a fall-out delay of the trigger. So that the capacitor cannot discharge through the resistor 6, '' the diode 19 is provided.
If, however, the negative saturation peak occurs, the transistor 8 must be blocked immediately. This is achieved by the fact that the voltage occurring after the zero crossing at the resistor 7 across the resistor 16, which has to be high-eared to prevent a coupling between the positive and negative circuit,
is given to the capacitor 18. Then the same potentials are on both sides of the capacitor 18, and the discharge is suppressed.
In the same way, the pulse resulting from the negative half-wave of the primary current is lengthened by appropriate circuits. This is shown in the other part of FIG. The individual switching elements are the same as those shown in the left part and are therefore not designated in any more detail.
It .bei mentioned that P and N mean the plus and minus pole of the auxiliary voltage required for the transistors.
These measures ensure that the pulse duration can be extended to a value that does not cause false or false tripping of the protection, despite the saturation of the iron core of converter 2 or an auxiliary converter connected to it. The extension does not necessarily need to extend over the entire half-wave.
Only the part of the period during which no signal is given has to be so small. -be that 'no false triggering of the trigger can occur. You need a certain period of time for the impulse to trigger.
If this is not achieved, there is no false or false triggering. It is sufficient, for example, to lengthen the pulse i in FIG. 1, which is about 80 wide, to about 150. Then the absence of the impulse or an incorrectly occurring negative impulse would only have 30 available.
This is then no longer sufficient for triggering.
An overcurrent protection, differential protection systems and collective protection as well as distance protection come into question as areas of application of this device.
The technical advantage is that saturation phenomena, which can occur in particular with transient processes, have no influence on the mode of operation of the protection.