DE586577C - Differentialschutzanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 23. OKTOBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68 so

2i c G 66.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Februar 1930 ab

Bei Transformatoren wird durch den Differentialschutz der herein- und herausfließende Strom verglichen. Tritt ein innerer Fehler auf, so nimmt der Transformator mehr Strom auf als er abgibt. In dem Relais tritt ein entsprechender Strom auf, der die Abschaltung herbeiführt. Ändert 'man das Übersetzungsverhältnis des Transformators, so muß man auch im Stromwandlerkreis eine Änderung vornehmen, damit bei gesundem Transformator die Ströme von der Primär- und Sekundärseite in ihrer Einwirkung auf das Differentialrelais sich aufheben. Dies wird meistens durch Umzapfen der Stromwandler oder der Zwischenwandler erreicht. Unterläßt man dies, so entsteht ein Differenzstrom über das Relais. Bei Kurzschlüssen im Netz steigt dieser Strom derartig an, daß der Transformator unberechtigterweise abgeschaltet wird. Das Umzapfen des Differentialschutzes ist lästig und wird leicht vergessen. In neuerer Zeit werden auch die Großtransformatoren immer häufiger so eingerichtet, daß man das Übersetzungsverhältnis im Betriebe ändern kann. Dies geschieht . durch sogenannte Lastumschalter oder Regulierschalter. Das Umzapfen wird meist mehrmals am Tage vorgenommen, je nachdem die Belastungsverhältnisse es verlangen. Auf diese Weise kann man z. B. die Verbraucherspannung konstant erhalten. Bei derartigen Regel- oder Reguliertransformatoren kann man einen Differentialschutz in der bisher üblichen' Art nicht anbringen, da ein jedesmaliges Umschalten der Strom- oder Hilfswandler ganz unmöglich ist und nur zu Störungen führen würde.

Es soll jetzt angenommen werden, ein Transformator habe einen Differentialschutz, der so abgeglichen ist, daß über das Relais kein Strom fließt.

Reguliert man nun den Transformator, z. B. in den Grenzen + 10 °/₀, so ergibt dies bei 5 A-Stromwandlernormalstrom im Relaiskreis einen Fehlerstrom vo.n 0,1 · 5 = + 0,5 A. Dies würde bei gesundem Betrieb und der meist üblichen Ansprechstromstärke von ι bis 2 A für das Differential relais nicht schaden. Wie schon erwähnt, wächst jedoch bei einem kurzschlußartigen Überstrom der Fehlerstrom so weit an, daß das Relais auslöst.

Man kann hiergegen nur Abhilfe schaffen, wenn man ein Mittel ausfindig macht, welches den Differentialschutz bei Kurzschlüssen im Netz außer Betrieb setzt, ihn dagegen betätigt bei Störungen im Innern des Transformators oder innerhalb des von den Stromwandlern eingegrenzten Teiles der Anlage. Die nachstehend beschriebene Erfindung erfüllt in neuartiger Weise diese Bedingungen.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

. Dipl.-I.ng. Fritz. Geise in Berlin-Wilmersdorf.

Um die Arbeitsweise einer solchen Einrichtung zu zeigen, ist in Abb. ι ein normaler Differentialschutz dargestellt, ι und 2 seien Primär- und Sekundärseiten eines Transformators, 3 und 4 die zugehörigen Stromwandler, deren Sekundärseiten 5 und 6 das Differentialrelais 8 enthalten. Dieser Kreis ist der Einfachheit halber nur einpolig gezeichnet. Bei normalem Betrieb rufen die Ströme J₁ und J₂ der Hochvoltseiten der Wandler die entsprechenden Wandlersekundärströme /_s und /₄ hervor. Sie fließen um das Differentialrelais 8 herum, das stromlos bleibt.

In Abb. 2 ist der Differentialstromkreis nochmals für eine Phase dargestellt. Es sei in der Wicklung 1 an der Stelle 10 ein Kurzschluß eingetreten, der von dem Kurzschlußstrom/g gespeist wird. Kan» der Transformator auch von seiner Sekundärseite Energie bekommen, so¹ entsteht noch der Strom /₀. Die zugehörigen Sekundärströme J₇ und /₈ fließen einander entgegen und lösen das Relais aus.

Das Ergebnis ist also folgendes: Ströme in Richtung J₇ und /₈ oder umgekehrt müssen den Schutz betätigen (Abb. 3). Fließen dagegen zwischen den Punkten 12-9 und 9-11 Überströme J₉ und J₁₀ in gleicher Richtung, so liegt ein Netzkurzschluß vor, und ' der Schutz muß verriegelt werden.

Diese Auswahl kann man am besten durch ein wattmetrisches Relais treffen, dessen eines System, 13, z. B. zwischen den Punkten 12-9 eingeschaltet ist und dessen anderes System, 14, zwischen 9 und 1 r liegt, also vom anderen Stromwandler gespeist wird. Ein Netzkurzschluß gibt dann eine bestimmte Ausschlagrichtung, ein Defekt im Transformator entweder keinen oder, bei beiderseitiger Speisung des Transformators, einen entgegengesetzten Ausschlag. Der Ausschlag bei Netzkürzschluß verhindert das Schalten des Differentialschutzes, z. B. durch Stromunterbrechung.

Zweckmäßigerweise läßt man die Verriegelung des Differentialrelais erst dann eintreten, wenn beide Wandlerstromkreise Überstrom führen. Dies kann entweder durch Einfügen von Überstromrelais geschehen oder durch stark gesättigte Kraftlinienwege im wattmetrischen Relais. Durch die letzte Maßnahme erreicht man, daß das wattmetrische Relais nicht bei einem ganz großen Strom in dem einen System und bei einem kleinen Strom im anderen System in Tätigkeit tritt. Die Kraft jedes einzelnen Systems ist vielmehr nach oben hin begrenzt, so daß eine Wirkung nur erreicht wird bei Strömen von annähernd gleicher Größenordnung in beiden Systemen. Anstatt die wattmetrischen Systeme von den beiden Stromwandlerkreisen zu speisen, kann man auch den Differenzstrom benutzen.

Dieses Prinzip soll in Abb. 4 erläutert werden.

Es seien 13-15 und 14-16 wattmetrische Relais, bei denen in irgendeiner Weise die eine Spule von dem Wandlerstrom, die andere Spule von dem Differenzstrom gespeist werden. Bei einem Fehler im Transformator zeigt sich eine bestimmte Ausschlagrichtung, bei der der Schutz arbeiten soll. Bei Netzkurzschlüssen' zeigen die Wattmeter keinen Ausschlag, wenn der Differenzstrom = ο ist, da eine Spule stromlos ist. Tritt bei Netzkurzschluß ein Differenzstrom auf, so schlägt das eine wattmetrische Relais nach der einen Seite, das andere wattmetrische Relais nach der anderen Seite aus. Man kann die Kontakte nun so einrichten, daß in diesem Fall der Schutz nicht ansprechen kann.

Wie schon oben gesagt, ist es gut, die Verriegelungdes Differentialschutzes erst vorzunehmen, wenn Überstrom eintritt. Durch zweckmäßige Anordnung läßt es sich nun erreichen, daß das Wattmeterrelais gleichzeitig Überstromrelais ist. Abb. 5 zeigt beispielsweise eine derartige Anordnung. 17 und 18 seien zwei Eisenkerne, welche die Erreger spulen 13 und 14 tragen. Sie liegen in den Stromwandlerkreisen (Abb. 6). Vor den Eisenkernen befindet sich ein Doppelanker 19, 20, der in den Lagern 21, 22 drehbar ist und durch die Feder 23 von dem Kern abgezogen wird, wobei sich der Kontakt 24 schließt. In dieser Stellung kann der Differentialschutz auslösen. Die Spule 15, 16 magnetisiert beide Anker, sie wird vom Differenzstrom durchflossen. Solange der Differenzstrom =a ist, wirkt das Relais als reines Überstromrelais. Durch Abheben des Kontaktes 24 bei Überstrom verhindert es das Ansprechen des Differentialschutzes. Fließt dagegen ein Differenzstrom über die Spule 15, 16, so werden die Anker 19, 20 trotz des Überstromes von den Polen 17, 18 weggedrückt, 24 bleibt geschlossen, und der Schutz arbeitet. Fließt bei Netzkurzschluß ein Differenzstrom, so will ein wattmetrisches System anziehen, das andere abstoßen; der Einfluß des Differenzstromes hebt sich auf, da die Anker 19, 20 starr verbunden sind. Diesem Vorgang überlagert sich das Anziehen der Anker durch den Überstrom. Ist der bestimmte Wert erreicht, so spricht das Relais an, und der Schutz ist verriegelt. Wird ein Transforma-' tor fehler nur von einer Seite gespeist, so stößt das zugehörige wattmetrische System kräftig den Anker ab. Das zweite wattmetrische System erfährt eine Anziehung, wenn in diesem Falle noch ein Betriebsstrom ins Netz fließt. Anziehung und Abstoßung hebern sich

ungefähr auf. Die Spannfeder 23 hält den Kontakt 24 geschlossen, und der Schutz arbeitet. Wie man sieht, erfüllt ein derartiges Relais alle gestellten Bedingungen. Man kann statt des Doppelrelais auch zwei getrennte Relais benutzen mit je einem Kontakt. Auch bei einer solchen Anordnung ziehen beide Relais gleichzeitig nur bei Netzkurzschluß an und verriegeln.

Durch Anbringen eines besonderen Kontaktes, z.B. 25 (Abb. 5), kann man zugleich einen Überstromschutz anschließen. Es ist auch möglich, mit nur einem Wattmetersystem auszukommen. In Abb. 7 muß das wattmetrische Relais bei der Stromrichtung/, und /₈ den Differentialschutz zum Ansprechen bringen, weil jetzt das wattmetrische Relais nicht wirkt. Dagegen muß bei einem Überstrom J₉,1₁₀ die Verriegelung stattfin-

den. Dieses Ansprechen auf Überstrom kann auch durch ein besonderes Relais ausgeführt werden. Jedoch erscheint die Ausführung mit Doppelwattmeter zuverlässiger.

Der hier der Übersichtlichkeit halber einphasig gezeichnete Schutz wird praktisch mehrphasig ausgeführt. Das gleiche Verfahren mit den wattmetrischen Relais läßt sich auch bei allen anderen Differentialschutzsystemen anwenden, z. B. wenn das Differentialrelais über Hilfswandler angeschlossen ist, oder Hilfswandler oder sonstige Hilfskreise zwischengeschaltet sind, oder bei anderen Schaltungen des Transformators. Dabei ist eine künstliche Phasenverschiebung des einen Stromes oder der Anschluß über Hilfswandler zweckmäßig, damit die auf das Wattmeter wirkenden Ströme wieder richtig in Phase kommen. Das Prinzip bleibt dasselbe.

Es wird erfindungsgemäß das Zusammenwirken der Wandlersekundärströme von Primär- und Sekundärseite des Transformators allein oder das Zusammenwirken dieser Wandlersekundärströme und der Differenzströme in wattmetrischen Systemen derart benutzt, daß bei übermäßigem Anwachsen des Transformatordurchgangsstromes der Differentialschutz außer Tätigkeit gesetzt wird, dagegen bei inneren Fehlern im Transformator eine ordnungsmäßige Auslösung erfolgt.

Auf diese Weise läßt sich ein Differentialschutz schaffen, an dem man im Betriebe nichts zu ändern braucht. Er ist also vorzugsweise für regelbare Transformatoren geeignet. Baut man eine derartige Einrichtung bei normalen Transformatoren ein, so hat man auch hier die Gefahr beseitigt, daß bei Netzkurzschlüssen durch das Anwachsen von Fehlerströmen ungewollte Abschaltungen vorkommen.

Die hier mit besonderer Berücksichtigung des Transformatorenschutzes als Erfindung beschriebenen Anordnungen kann man prinzipiell bei allen anderen Differentialschutzschaltungen ebenfalls zur Anwendung bringen. Diese Differentialschaltungen für beliebige elektrische Systeme, z. B. der Generatordifferentialschutz oder Sammelschienendifferentialschutz, sind in ähnlicher Art und Weise aufgebaut wie der Transformatorschutz. Nur arbeiten hierbei unter Umständen mehr als zwei Wandler auf die gleiche Brücke oder den entsprechenden Relaiskreis. Es lassen sich auch hier sinngemäß die gleichen Anordnungen treffen wie bei dem vorher beschriebenen Transformatorschutz. So ist es z. B. vorteilhaft, bei dem Sammelschienendifferentialschutz in ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Doppelankerrelais alle Wandlerströme die Kerne von Magneten erregen zu lassen, vor denen sich miteinander gekuppelte Anker befinden, die von dem Differenzstrom erregt werden. Hierdurch entsteht gewissermaßen ein Vielfaches des oben beschriebenen Doppelankerrelais.

Claims (9)

1. 85 Patentansprüche:

   ι . Differentialschutzanordnung zur Verhinderung von Felilauslösungen bei übermäßigem Anwachsen des Durchgangsstromes in dem zu schützenden Anlageteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärströme der in der Eingangs- und Ausgangsseite des zu schützenden Anlageteiles liegenden Stromwandler miteinander oder zusammen mit dem Differenzstrom wattmetrische Relais derart beeinflussen, daß bei Netzkurzschluß der Differentialschutz außer Tätigkeit gesetzt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wattmetrischen Relais erst zur Wirkung kommen können, wenn die Stromwandlerkreise Überstrom führen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ansprechen bei Überstrom Überstromrelais in die Stromwandlerkreise geschaltet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wattmetrischen Systeme stark magnetisch gesättigte Kraftlinienwege enthalten, so daß nur beim gleichzeitigen Überschreiten einer Mindeststromstärke in beiden Wattmeterspulen die wattmetrischen Relais zum Ansprechen kommen.
5. 5. Wattmetrisches Relais für Differentialschutzanordnungen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais mit beweglichen Ankern ausgeführt sind, und daß sowohl die Pole als auch die Anker durch Spulen erregt werden.
6. 6. Wattmetrisches Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei Relais nach Anspruch 2 besteht, bei denen die Spulen auf den Polen von den Wandlereinzelströmen und die Spulen, welche die Anker umfassen, von dem Differenzstrom oder auch umgekehrt durchflossen werden.
7. γ. Wattmetrisches Relais nach Anspruch 5 und 6, für Differentialschutzanordnungen nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Relais als Doppelrelais mit gekuppelten Ankern ausgeführt werden.
8. 8. Wattmetrisches Relais nach Anspruch 5 bis 7, für Differentialschutzanordnungen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu schützenden Anlageteilen mit mehr als zwei Stromwandlern pro Phase sämtliche Wandlereinzelströme die zugehörigen Magnetpole der wattmetrischen Systeme erregen und daß der Differenzstrom die gekuppelten Anker erregt.
9. 9. Wattmetrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Spule vom Wandlerstrom und die andere vom Differenzstrom gespeist wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen