DE425546C

DE425546C - Differential protection system for switching off disturbed line sections

Info

Publication number: DE425546C
Application number: DER62114D
Authority: DE
Original assignee: A Reyrolle and Co Ltd
Current assignee: A Reyrolle and Co Ltd
Priority date: 1923-10-16
Filing date: 1924-09-25
Publication date: 1926-02-23

Description

(R 62114(R 62114

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzanlagen mit Differentialschutzsystem, z. B. auf ■ Anlagen nach dem System Merz-Price -für Wechselstromanlagen, sowie auf Relais dafür. Die Wirkung derartiger Schutzanlagen beruht darauf, daß im normalen Betriebe die Ströme, welche dem geschützten Leitungsabschnitt an einem Ende zufließen und am anderen abfließen, einander gleich sind.The invention relates to protection systems with a differential protection system, e.g. B. on ■ Systems based on the Merz-Price system - for AC systems, as well as on relays for this. The effect of such protective systems is based on the fact that in normal operation the currents which flow to the protected line section at one end and at the flow away from others, are equal to each other.

Man läßt diese Ströme durch die Primärspulen von Transformatoren fließen, von j denen je einer an jedem Ende des geschützten ^! Abschnittes liegt und deren Sekundärspulen '. normal gegeneinander in einem Überwachungs- ; kreis gegeneinandergeschaltet sind, welcher i Relais enthält, deren Wirkung darin besteht, '■ daß sie den Abschnitt ausschalten, wenn eine Störung in ihm entsteht. Es hat sich als unmöglich erwiesen, eine vollkommene Ausbalancierung im Sekundärsystern über den ; ganzen Belastungsbereich zu erzielen und Zu- ' ständen Rechnung zu tragen, wie sie beispielsweise durch das Eintreten einer Störung außerhalb des Systems hervorgerufen werden. Die Empfindlichkeit der Relais ist demnach beispielsweise durch die Genauigkeit der Ausbalancierung der Transformatoren bestimmt und durch die Unausgeglichenheit entsprechenden Kapazitätsströme, die in den Überwachungsleitern vorhanden sind. Um die unerwünschte x\rbeit der Relais als Ergebnis der Wirkung dieses Unausgeglichenheitseffektes im Überwachungskreis zu verhindern, sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. Alle diese Vorschläge beruhten auf der Annahme, daß die Primärströme an den beiden Enden des geschützten Abschnittes gleich oder sehr angenähert gleich sind und daß sie sich auf normaler Frequenz befinden.These currents are made to flow through the primary coils of transformers, one at each end of the protected ^! Section lies and their secondary coils '. normal against each other in a surveillance; circle are mutually connected contains which i relays, of which the effect is to '■ that they switch off the portion, if a fault occurs in it. It has proven impossible to achieve a perfect balance in the secondary system via the; To achieve the entire load range and to take into account conditions such as those caused by the occurrence of a disturbance outside the system. The sensitivity of the relays is therefore determined, for example, by the accuracy of the balancing of the transformers and by the imbalance of the corresponding capacitance currents that are present in the monitoring conductors. In order to prevent the unwanted operation of the relays as a result of this imbalance effect in the monitoring circuit, various proposals have been made. All of these proposals were based on the assumption that the primary currents at the two ends of the protected section are the same or very approximately the same and that they are at normal frequency.

Es ist nunmehr festgestellt worden, daß unter gewissen Bedingungen die Primärströme an den beiden Enden eines Abschnittes dieser Annahme der Gleichheit nicht entsprechen und daß sie weder gleich noch auf der normalen Frequenz sind, solange eine äußere Störung besteht. Beispielsweise ist es während eines Lichtbogenfehlers entweder zwischen zwei Phasen oder zwischen einer Phase und Erde außerhalb des geschützten Abschnittes möglich, daß der Strom, der das eine Ende des Abschnittes verläßt, den weit überwiegt, der dem anderen Ende des Abschnittes zufließt. Dieser Überschuß- oder Unterschiedsstrom hat eine hohe Frequenz, die der natürlichen Schwingungsperiode des geschützten Abschnittes oder des ganzen Systems entspricht, und ist oft genügend, das unerwünschte Zurwirkungkommen des Relais zu veranlassen. Dies rührt aus Kapazitäts- und Induktionserscheinungen her, und es können sehr starke Ströme bei hohen Frequenzen auftreten. Eine ähnliche Wirkung kann auch unabhängig von der Zufuhr von Energie durch den Abschnitt als Ergebnis der im System aufgespeicherten elektrostatischen Energie eintreten.It has now been established that under certain conditions the primary currents at both ends of a section do not correspond to this assumption of equality and that they are neither equal are still on the normal frequency as long as there is an external disturbance. For example it is during an arc fault either between two phases or between a phase and earth outside the protected section possible that the current passing one end of the section leaves, which far outweighs that flows to the other end of the section. This excess or differential current has a high frequency, that of the natural oscillation period of the protected section or of the the whole system corresponds, and is often sufficient, to prevent undesirable effects of the relay. This is due to capacitance and induction phenomena and there can be very strong currents at high frequencies. A similar Effect can also be independent of the supply of energy through the section as a result of the accumulated in the system electrostatic energy.

Es ist möglich, diesen Mangel bis zu einemIt is possible this deficiency up to one

gewissen Grade dadurch zu vermeiden, daß man ein Relais verwendet, welches einen Nebenschlußwiderstand zu seinen Klemmen aufweist". Ein derartiges Relais ist bekannt und arbeitet nach dem Prinzip, einen Ersatzweg für die Hochfrequenzströme zu schaffen. Das macht das Relais aber lediglich sicher dagegen, bei einer gegebenen Frequenz anzusprechen, vorausgesetzt, daß der Strom unterhalb eines kritischen Wertes Hegt. Ströme oberhalb dieses Wertes setzen das Relais in Tätigkeit. Weiterhin verschlechtert der Nebenschlußwiderstand die Empfindlichkeit des Relais in mehr oder weniger hohem Maße bei jedem Frequenzwert.to avoid to a certain extent by using a relay which one Such a relay is known and works on the principle of creating an alternative path for the high-frequency currents. This only makes the relay safe against responding at a given frequency, provided that the current is below a critical value. Currents above this value, the relay is activated. Furthermore, the deteriorates Shunt resistance increases the sensitivity of the relay to a greater or lesser extent at each frequency value.

Gemäß der Erfindung findet ein Relais Anwendung, welches nur für einen bestimmten Bereich von Strom und Frequenz empfindlich ist und unempfindlich (d. h. in der Weise, daß es den Auslösekreis nicht zur Wirkung bringt) für andere Ströme und andere Frequenzen. Das Schutzsystem ist auf diese Weise gegen unerwünschte Wirkungen aus Hochfrequenzstörungen gesichert, weil die Einstellung oder Empfindlichkeit des Relais nach Maßgabe der Stromcharakteristiken in dem geschützten Kabel bei Normalfrequenz geregelt und bestimmt ist.According to the invention, a relay is used, which only for a specific Range of current and frequency is sensitive and insensitive (i.e. in the way that that it does not bring the trip circuit into effect) for other currents and other frequencies. In this way, the protection system is secured against undesirable effects from high-frequency interference, because the Setting or sensitivity of the relay according to the current characteristics in the protected cable is regulated and determined at normal frequency.

Das Abstimmen des Relais kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise elektrisch oder mechanisch.The relay can be tuned in a number of ways, for example electrically or mechanically.

Bei elektrischer Abstimmung kann die Arbeitsspule des Relais mit einer Induktion und einer Kapazität in seinem Stromkreise von solcher Anordnung versehen sein, daß Resonanz nur erzielt wird, wenn Ströme einer bestimmten normalen Frequenz, z. B. 50 Perioden oder in einem Bereich von 40 bis 50 Perioden, \'orhanden sind. Es kann auch das ganze Überwachungssystem in ähnlicher Weise dadurch abgestimmt werden, daß die verlangte Induktion und Kapazität in es hineingelegt werden.With electrical coordination, the working coil of the relay with an induction and a capacitance in its circuits of such an arrangement that resonance is only achieved when currents of a certain normal frequency, e.g. B. 50 periods or in a range of 40 to 50 periods. It can do that too whole monitoring system can be similarly tuned by having the required induction and capacitance in it be placed in it.

Wenn die Abstimmung mechanisch erzielt -wird, so wird irgendeine Vorrichtung, welche eine natürliche Schwingungsperiode aufweist, die für den normalen Frequenzbereich des Schutzsystems geeignet ist, in Verbindung mit der Arbei-tsspule oder dem Elektromagneten des Relais angewendet. Diese mechanische Einrichtung kann nach Art einer Schwingungszunge ausgebildet sein, weiche einen kleinen Körper magnetischen Materials im Felde des Relaiselektromagneten aufweist und so angeordnet ist, daß bei genügendem Anwachsen der Schwingungsweiten infolge von Strömen und Frequenzen in dem festgelegten Bereich es auf Schließung des Ingangsetzu-ngskreises ■ wirkt. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Wege der Zungenschwingung eine Fangvorrichtung angeordnet ist, welche normal den Ingangscrtzungskreis offen hält, jedoch so bewegt wird, daß sie eine Schließung des Kreises zu-· laßt, sobald die Zungenschwingungen die notwendige Amplitude erreichen.If the tuning is achieved mechanically, any device will which has a natural oscillation period which is appropriate for the normal frequency range of the Protection system is suitable in connection with the work coil or the electromagnet of the relay is applied. This mechanical device can be designed in the manner of a vibrating tongue, soft has a small body of magnetic material in the field of the relay electromagnet and is arranged so that with sufficient increase in the amplitudes as a result of currents and frequencies in the specified range, it means that the start-up circuit is closed ■ works. This can be done, for example, by arranging a safety gear by way of the tongue oscillation is what normal the starting circuit is kept open, but is moved in such a way that it allows the circle to be closed as soon as the tongue vibrates the necessary Reach amplitude.

An Stelle einer Schwingungszunge kann irgendeine geeignete Form eines unter Federwirkung stehenden Pendels oder ein Unruherad zur Anwendung kommen, welche in gleieher Weise wirken.Instead of a vibrating tongue, any suitable form of spring action standing pendulum or a balance wheel are used, which in same Act wisely.

Bisweilen kann die Zunge oder der Schwingungsteil nach genügender Steigerung seiner Schwingungsweite den kleinen magnetischen Körper, den er trägt, in das Feld eines anderen Elektromagneten bringen, der ihn dann festhält und dadurch den Ingangsetzungskreis herstellt. Das Feld kann durch einen Daueroder Elektromagneten erzeugt werden, und gegebenenfalls kann der Stromkreis des letztgenannten durch die große Schwingungsbewegung des Schwingungsgliedes beeinflußt werden.Occasionally the tongue or the part of the vibration can after sufficient increase in its Oscillation amplitude the small magnetic body that it carries into the field of another Bring an electromagnet, which then holds it in place and thereby the starting circuit manufactures. The field can be generated by a permanent or electromagnet, and if necessary, the circuit of the latter can be caused by the large oscillatory motion of the vibrating member are influenced.

Die neuen Relais gemäß der Erfindung können mit Einrichtungen versehen sein, die ihnen eine Verzögerung erteilen, wenn die j Differentialströme nur schwach sind. jThe new relays according to the invention can be provided with devices that give them a delay if the j differential currents are only weak. j

In den Zeichnungen, welche schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele erkennen lassen, nach denen die Erfindung ausgeführt werden kann, zeigtIn the drawings, which schematically recognize various exemplary embodiments let, after which the invention can be practiced, shows

Abb. ι einen Teil eines Differentialschutzsystems, bei welchem jedes Relais abgestimmt ist,Fig. Ι part of a differential protection system, in which each relay is tuned,

Abb. 2 einen ähnlichen Abschnitt, bei welchem der die Relais enthaltende Überwachungskreis abgestimmt ist, Fig. 2 shows a similar section in which the monitoring circuit containing the relays is coordinated,

Abb. 3 eine mechanische Relaisabstimmung, Fig. 3 a mechanical relay tuning,

Abb. 4 einen anderen Weg hierzu,Fig. 4 another way to do this,

Abb. 5 einen'Weg, bei welchem ein Halteelektromagnet in Verbindung mit dem Relais gemäß Abb. 3 Anwendung findet.Fig. 5 a 'way in which a holding electromagnet in connection with the relay according to Fig. 3 is used.

In den Abb. 1 bis 4 bedeutet A einen der zu schützenden Hauptleiter, beispielsweise einen Leiter eines Dreiphasennetzes. An jedem Ende des geschützten Leiters ist ein Stromunterbrecher A¹ vorgesehen, der geöffnet wird, wenn ein Auslösekreis A" durch einen Kontakt A? geschlossen wird. Die Schalter und Auslösekreise sind nur in Abb. 1 wiedergegeben. An jedem Ende des geschützten Leiters A ist ein Stromtransformator in bekannter Weise angeordnet; dem Sekundärkreis B jedes der Transformatoren ist ein Relais C angeschlossen, dessen Arbeitsspule C¹ in einem Hilfsstromkreis D liegt. In Abb. 1 und 2 sind diese Relais nach· der schematischen Darstellung mit einem Anker E versehen, der Kontakte trägt, welche beim Ansprechen des Relais die Kontakte A³ im Auslösekreise A² schließen.In Figs. 1 to 4, A denotes one of the main conductors to be protected, for example a conductor of a three-phase network. A ^{circuit breaker A 1 is} provided at each end of the protected conductor and opens when a trip circuit A "is closed by a contact A. The switches and trip circuits are only shown in Fig. 1. At each end of the protected conductor A is a current transformer is arranged in a known manner; a relay C is connected to the secondary circuit B of each of the transformers , the working coil C ^{1 of which is} in an auxiliary circuit D. In Fig. 1 and 2, these relays are provided with an armature E according to the schematic representation, which Carries contacts which, when the relay responds, close contacts A ³ in trip circuit A ^2.

Im Beispiel nach Abb. ι ist der Stromkreis jedes Relais so abgestimmt, daß er nur auf einen bestimmten Bereich der Frequenz empfindlich ist, und zwar dadurch, daß eine Induktion F und eine Kapazität G eingeführt sind. Somit werden die obenerwähnten Hochfrequenzstörungen nicht auf das Relais einwirken.In the example according to Fig. Ι the circuit of each relay is tuned so that it is only sensitive to a certain range of frequency, namely that an induction F and a capacitance G are introduced. Thus, the above-mentioned high frequency interference will not affect the relay.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist dieIn the arrangement according to Fig. 2 is the

ίο gleiche Wirkung dadurch erzielt, daß eine geeignete Kapazität (7¹ und Induktion H¹ in den Überwachungskreis D als Ganzes gelegt sind.ίο the same effect achieved in that a suitable capacitance (7 ¹ and induction H ^{1 are placed} in the monitoring circuit D as a whole.

Abb. 3 zeigt beispielsweise eine mecha-Fig. 3 shows, for example, a mechanical

nische Abstimmung eines Relais. Dies ist dadurch geschehen, daß es mit einem Schwingungsgliede, z. B. einer Feder oder Zunge /, versehen ist, welche einen kleinen Anker oder Körper aus magnetischem Stoff 7¹ aufweist, der so angeordnet ist, daß beim Schwingen der Zunge 7 der magnetische Körper 7¹ sich im Felde des Relaiselektromagneten bewegt.niche tuning of a relay. This is done by using a vibrating member such. B. a spring or tongue /, which has a small armature or body made of magnetic material 7 ¹ which is arranged so that when the tongue 7 ^{vibrates, the magnetic body 7 1} moves in the field of the relay electromagnet.

Die durch 7¹ beschwerte Zunge / ist soThe tongue weighed down by 7 ¹ / is like that

ausgebildet, daß ihre natürliche Schwingungszahl der normalen Stromfrequenz im geschützten System entspricht: Wenn somit Ströme von dieser Frequenz durch die Relaiswirkung C¹ fließen, so wird die Zunge in Schwingungen gesetzt, und diese Schwingungen nehmen eine große Schwingungsweite an, wenn die Ströme von normaler Frequenz eine bestimmte Grenze überschreiten.trained so that its natural oscillation number corresponds to the normal current frequency in the protected system: If thus currents of this frequency flow through the relay effect C ¹ , the reed is set in oscillation, and these oscillations assume a large oscillation amplitude when the currents are of normal frequency exceed a certain limit.

Entstehen Schwingungen von großem Ausschlag, so schlägt die Zunge gegen eine leichte Fangvorrichtung K und löst einen einen Kontakt tragenden Arm L aus, der unter Wirkung einer Feder L¹ die Kontakte A^s_ im Auslösekreise schließt.If vibrations of large deflection occur, the tongue strikes against a light safety catch K and triggers an arm L carrying a contact, which under the action of a spring L ¹ closes the contacts A ^s _ in the tripping circuit.

Das Relais ist unempfindlich gegen Störungen aus Strömen und Frequenzen außerhalb des normalen Bereichs, weil diese Ströme nicht den großen Schwingungsausschlag hervorrufen, der notwendig ist, um die Fangvorrichtung K und den Kontaktarm L freizumachen. The relay is insensitive to interference from currents and frequencies outside the normal range because these currents do not cause the large oscillation amplitude that is necessary to free the safety gear K and the contact arm L.

Das schematisch in Abb. 4 wiedergegebene Relais wirkt nach dem gleichen Grundsatz. Statt der Schwingungszunge / ist ein leichtes Unruherad M vorgesehen, das eine kleine Masse magnetischen Stoffes M¹ im magnetischen Relaisfelde trägt. Das Unruherad wird durch eine Feder M" beeinflußt; die Schwingungsweite hängt vcn der Übereinstimmung zwischen Stromfrequenz in der Relaisspule C¹ und der natürlichen Schwingungsperiode des Unruherades ab. Ist die .Schwingungsweite genügend, so wird eine Fangvorrichtung K¹ bewegt, welche den kontaktschließenden Arm IJ ähnlich beeinflußt, wie es bezüglich des Armes L bei Abb. 3 beschrieben wurde.The relay shown schematically in Fig. 4 works according to the same principle. Instead of the vibrating tongue / a light balance wheel M is provided, which carries a small mass of magnetic material M ¹ in the magnetic relay field. The balance wheel is influenced by a spring M " ; the oscillation amplitude depends on the correspondence between the current frequency in the relay coil C ¹ and the natural oscillation period of the balance wheel. If the oscillation amplitude is sufficient, a safety gear K ^{1 is} moved, which moves the arm IJ similarly influenced as it was described with respect to the arm L in Fig. 3.

Abb. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein Halteelektromagnet mit einer Schwingungszunge der in Abb. 3 veranschaulichten Art zusammenwirkt. Wenn die Schwingungsweite der Teile 7², P in Abb. 5 groß genug ist, so schließt P einen Stromkreis an Kontakt Λ^τ, der eine Spule O eines Elektromagneten O¹ und eine Batterie P enthält. Die Erregung der Spule O erzeugt ein magnetisches Feld, welches den magnetischen Körper P in der Stellung festhält, die durch punktierte Linien in der Zeichnung dargestellt ist; in dieser Stellung ist der Auslösekreis an dem Kontakt A³- geschlossen.FIG. 5 shows an arrangement in which a holding electromagnet cooperates with a vibrating tongue of the type illustrated in FIG. If the oscillation amplitude of the parts 7 ² , P in Fig. 5 is large enough, P closes a circuit at contact Λ ^τ , which contains a coil O of an electromagnet O ¹ and a battery P. The excitation of the coil O creates a magnetic field which holds the magnetic body P in the position shown by dotted lines in the drawing; in this position the trip circuit at contact A ³ - is closed.

Diese Anordnungen sind lediglich beispielsweise gegeben. Es sind andere Verkörperungen möglich, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen wird.These arrangements are given by way of example only. They are other embodiments possible without leaving the scope of the invention.

Claims

P ATENT-A N LANGUAGES:

1. Differential protection system for disconnection of disturbed lines, characterized in that the relays (C, C ¹ ), which control the trip circuits for the disconnection, are made insensitive to interference from high-frequency currents in that the relay or the transition containing them go monitoring circuits are coordinated so that the relays only respond to currents of frequencies that correspond to the frequencies of the currents flowing in the monitored conductors under normal conditions.

2. System according to claim 1, characterized in that the relays are equipped with mechanically vibrating parts (tongue 7, P, unrest M) which are matched to an oscillation range adjacent to the normal frequency.

3. Relay for protection system according to claim 2, characterized in that the oscillating part triggers a safety gear (KK ¹ ) when its strong deflection occurs under the action of currents of a suitable frequency and thereby allows a trip circuit to be closed.

4. Relay for protection system according to claim 2, characterized in that the oscillating armature ^{arrives at a large deflection in the field of a holding magnet (O 1} ), is held there and χι ₅ a trip circuit (O, P) closes.

1 sheet of drawings.