AT287831B - Differentialschutzanordnung mit zusätzlicher Stabilisierung - Google Patents

Description

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  Differentialschutzanordnung mit zusätzlicher Stabilisierung 
Für den Differentialschutz von Transformatoren, Maschinen oder Leitungen sind
Differentialschutzanordnungen bekanntgeworden, bei denen auf ein Differentialschutzrelais sowohl ein in Auslöserichtung wirkender Strom als auch ein Sperrstrom gegeben wird. Dieser Sperrstrom dient zum
Ausgleich von Wandlerfehlern, die bei hohen Durchgangsströmen durch das zu schützende System,   z. B.   bei einem aussenliegenden Kurzschluss, auftreten können. 



   Bei bekannten Differentialschutzgeräten und insbesondere bei solchen für elektrische Systeme mit mehr als zwei Enden wird als Auslösestrom die Summe der in das System hineinfliessenden Ströme und als Sperrstrom die Summe der Beträge der einzelnen in das System hineinfliessenden Ströme verwendet. 



  Der auf das Differentialschutzrelais gegebene Stabilisierungsstrom bei diesen bekannten Differentialschutzanordnungen reicht in manchen Fällen nicht aus, um mit Sicherheit eine
Fehlauslösung bei aussenliegendem Fehler zu verhindern, da mit Rücksicht auf ein sicheres Auslösen bei innenliegendem Fehler der Stabilisierungsstrom nicht beliebig hoch gemacht werden kann. 



   Mit der erfindungsgemässen Anordnung lässt sich die Aufgabe, einen Differentialschutz mit vollständiger Sicherheit gegen Fehlauslösungen zu schaffen, lösen. Sie betrifft eine Differentialschutzanordnung mit einem Differentialschutzrelais, dem die vektorielle Summe der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme als Auslösestrom und ein von den Beträgen der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme abgeleiteter Strom als Stabilisierungsstrom zugeführt wird.

   Das Neue besteht dabei darin, dass jeder Zuleitung zu dem zu schützenden System eine Phasenlage-Vergleichseinrichtung zugeordnet ist, die ausgangsseitig an den Eingang des Differentialschutzrelais für den Stabilisierungsstrom und eingangsseitig erstens an eine der vektoriellen Summe der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme proportionale elektrische Grösse und zweitens an eine dem Strom der zugehörigen Zuleitung proportionale elektrische Grösse angeschlossen und so geschaltet ist, dass sie nur bei einem Phasenwinkel der Eingangsgrössen von mehr als   90    einen Stabilisierungsstrom abgibt. 



   Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Das zu schützende Objekt besteht hier aus einer Sammelschiene-l--mit drei Abzweigen-2, 3 und 4--, in die je ein Stromwandler--5, 6 und 7--eingeschaltet ist. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler sind einander parallelgeschaltet und die Anschlüsse dieser Parallelschaltung sind über Leitungen --8 und   9-an   die Wechselstromanschlüsse eines   Gleichrichters-10--geführt,   dessen Gleichstromanschlüsse über einen   Strombegrenzungswiderstand --11-- an   ein Differentialschutzrelais - angeschlossen sind. Die   Gleichrichterschaltung --10-- ist   dabei so in den Stromkreis des 
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 wirkt. 



   Die Parallelschaltung der Sekundärwicklungen der Stromwandler-5, 6 und 7-erfolgt jeweils über die   Anschlüsse-a   und c-je eines für jeden   Stromwandler--5, 6   und 7-vorgesehenen   Phasenlage-Vergleichsgerätes--13, 14   und 15--. Ausserdem ist an den   Anschluss--b--der     Phasenlage--Vergleichsgeräte-13, 14   und   15-eine   Verbindungsleitung zu dem zweiten Anschluss des zugehörigen   Stromwandlers-5, 6   oder 7-angeschlossen, so dass zwischen den   Anschlüssen --b   

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Phasenlage-Vergleichsgerätessperrende Wirkung auf das Differentialschutzrelais --12-- ausübt. 



   In den Fig. 2 und 3 ist je ein Beispiel für die Ausgestaltung eines der   Phasenlage-Vergleichsgeräte     --13, 14   oder 15--dargestellt. Die Anschlüsse der Phasenlage-Vergleichseinrichtungen sind ebenso wie in Fig. 1 mit den Buchstaben --a bis e-- bezeichnet. 



   In Fig. 2 liegen zwischen den   Anschlüsse--b   und   c-des Phasenlage-Vergleichsgerätes   zwei Zwischenwandler --19 und 20-- mit je drei Wicklungen. Die ersten Wicklungen dieser Wandler sind unmittelbar zwischen   Anschlüsse--b   und   c--des Phasen-Vergleichsgerätes   geschaltet. Die zweiten Wicklungen dieser Wandler liegen zwischen dem Anschluss--c--und dem Anschluss--a--des   Phasenlage-Vergleichsgerätes.   Diese zweiten Wicklungen sind dabei so gepolt, dass sich mit dem Strom in der ersten Wicklung in einem Mischwandler die Summe und in dem andern die Differenz der Ströme ergibt.

   Die Sekundärwicklungen der Mischwandler--19 und   20--sind   an Gleichrichterschaltungen   --21   und 22--angeschlossen, deren Gleichstromanschlüsse zueinander antiparallel geschaltet sind. 
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 umwandelt. In Reihe zu dem   Widerstand --23-- liegt   eine   Diode --24-- und   ein aus Diode und ohmschen Widerstand bestehender nichtlinearer Widerstand--25--, dessen zweiter Anschluss mit der
Ausgangsklemme--d--verbunden ist. Der andere Anschluss des ohmschen widerstandes --23-- ist mit der Ausgangsklemme--e--verbunden.

   Zwischen den   Anschlussklemmen--a   und c--des   Phasenlage-Vergleichsgerätes   liegt noch eine weitere Wicklung eines Wandlers--26--, an dessen
Sekundärwicklung ebenfalls ein Gleichrichter --27-- angeschlossen ist, dessen Gleichstromanschlüsse ebenfalls mit den   Anschlussklemmen--d   und   e--des Phasenlage-Vergleichsgerätes   verbunden sind. 



   Der   Wandler--26--mit   dem nachgeschalteten Gleichrichter --27-- stellt die bei bekannten
Geräten auch verwendete Stabilisierungseinrichtung dar. In dieser Schaltung wird der Betrag des zwischen den   Anschlussklemmen--a   und c-- fliessenden Stromes in der betreffenden Zuleitung zu dem zu schützenden System, also zu der Sammelschiene--l--gebildet. Die neue Differentialschutzanordnung würde auch ohne diese normalerweise angewendete Stabilisierungsrichtung einwandfrei arbeiten können. 



   Die beschriebene Anordnung wirkt folgendermassen : Wie aus Fig. 2 im einzelnen zu ersehen ist, sind bei den Phasenlage-Vergleichsgeräten --13,14 und 15-- die Klemmen --a und c-miteinander über Wicklungen der   Zwischenwandler--26, 19   und   20--verbunden.   Die Wicklungen liegen in Reihe zu den Sekundärwicklungen der Stromwandler--5, 6 und 7--, so dass durch sie der von den Stromwandlern-5, 6 und 7-- übersetzte Primärstrom der drei Abzweige-2, 3 und 4-fliesst. Da die Bürden der   Zwischenwandler--26, 19 und 20--relativ   gering sind, kann man unterstellen, dass kein nennenswerter Spannungsabfall zwischen den Klemmen--a und   c--auftritt.   Damit sind von den Leitungen--8 und 9-- der Fig.1 her gesehen die Sekundärwicklungen der Stromwandler--5, 6 und 7--parallelgeschaltet.

   Damit fliesst in den Leitungen--8 und   9--der   Summenstrom aller in das System hineinfliessenden Ströme. An den parallelgeschalteten Sekundärwicklungen der Stromwandler--5, 6 und 7--tritt damit eine Spannung auf, die dem Summenstrom proportional ist. Diese Spannung liegt zwischen den   Anschlussklemmen--b   und c-jedes der Phasenlage-Vergleichsgeräte --13,14 und 15--, während zwischen den Anschlussklemmen   --a   und   c--der Phasenlage-Vergleichsgeräte   jeweils der in dem zugehörigen Stromwandler fliessende Strom fliesst.

   Wenn die Stromrichtung in einem Augenblick so ist, dass der Strom   von--a   nach c-fliesst,   wird--c--positiv gegenüber--b--.   Es wird daher im gleichen Augenblick ein Strom von   - c   nach   b--fliessen.   Dies hat zur Folge, dass in dem   Mischwandler--20--die   geometrische Differenz und in dem Mischwandler --19-- die geometrische Summe aus Summenstrom und Abzweigstrom gebildet wird. Ist der Phasenwinkel zwischen Summenstrom und Abzweigstrom annähernd Null, so wird die Summe aus diesen beiden Grössen überwiegen und der Gleichrichter   --21-- wird   einen grösseren Strom führen als der Gleichrichter--22--.

   Das hat zur Folge, dass der 
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 --23-- positiv- wird positiv und es fliesst über die   Diode --24-- ein   Sperrstrom zum Differentialschutzrelais-12--. Der nichtlineare   Widerstand --25-- kann   zur Bildung einer geknickten Kennlinie herangezogen werden. Er kann verhindern, dass bereits bei kleinen Spannungen am ohmschen   Widerstand --23-- ein   Sperrstrom abgegeben wird. 



   In der Schaltung nach Fig. 3 sind gleiche Teile wie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. An Stelle der Mischwandler--19 und   20--sind   hier   Wandler--28   und 20-zwischen die   Anschlussklemmen-a   und c bzw. b und c-eingeschaltet. Diese Wandler sind an einer Ringmodulatorschaltung bestehend aus vier   Dioden --30-- angeschlossen   und besitzen an ihren 
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    --23-- geführt- 28   und   29--fliessenden   Ströme bestimmt, welche Dioden der Ringmodulatorschaltung--30-gerade leitend sind. Abhängig von dem Strom in dem andern der beiden   Wandler-28   oder 29-ergibt sich dann am oberen Ende des ohmschen   Widerstandes --23-- positives   bzw. negatives Potential.

   Bei der angegebenen Schaltung nach Fig. 3 wird der obere Anschluss des Widerstandes - ebenfalls positiv, wenn Phasenopposition zwischen dem Summenstrom und dem Abzweigstrom besteht. 



   Liegt nun ein Fehler innerhalb des Schutzbereiches vor, so besitzen alle Abzweigströme der   Abzweige-2, 3   und   4-in   etwa die gleiche Phasenlage. Auch der Summenstrom, der aus diesen Abzweigströmen durch geometrische Summierung gebildet wird, hat dann die gleiche Phasenlage, so dass 
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 hoher Sperrstrom an das Differentialschutzrelais abgegeben wird. Zur Einsparung von derartigen Geräten ist es aber ausserdem möglich, in jeder Zuleitung zum zu schützenden System einen an sich bekannten Mischwandler vorzusehen, der die Ströme in den drei Phasenleitern in einen einphasigen Wechselstrom umwandelt, dessen Grösse abhängig ist von allen drei Phasenleiterströmen. Im letzteren Falle ist dann nur ein   Phasenlage-Vergleichsgerät   für jede Zuleitung zu dem zu schützenden System notwendig. 



   Beim Ausführungsbeispiel ist der von den einzelnen   Phasenlage-Vergleichsgeräten   abgegebene Stabilisierungsstrom abhängig von dem jeweils im Abzweig fliessenden Strom und von der Grösse des durch Wandlerfehler bedingten Summenstromes. Durch entsprechende Auslegung der Mischwandler kann dieser Strom für alle vorkommenden Fälle ausreichend hoch bemessen werden. Man kann auch 
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 Stabilisierungsspannungsquelle an das Differentialschutzrelais benutzt. In allen Fällen ist aber bei aussenliegendem Fehler die Phasenlage zwischen dem durch Wandlerfehler bedingten Summenstrom aller der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme zu der Phasenlage der einzelnen Ströme entscheidend, ob ein zusätzlicher Stabilisierungsstrom an das Differentialschutzgerät abgegeben wird. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Differentialschutzanordnung mit einem Differentialschutzrelais, dem die vektorielle Summe der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme als Auslösestrom und ein von den Beträgen der in <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 eine Phasenlage-Vergleichseinrichtung (13, 14, 15) zugeordnet ist, die ausgangsseitig an den Eingang des Differentialschutzrelais (12) für den Stabilisierungsstrom und eingangsseitig erstens an eine der vektoriellen Summe der in das zu schützende System hineinfliessenden Ströme proportionale elektrische Grösse (Spannung zwischen b und e) und zweitens an eine dem Strom der zugehörigen Zuleitung proportionale elektrische Grösse (Strom zwischen a und e) angeschlossen und so geschaltet ist, dass sie nur bei einem Phasenwinkel der Eingangsgrössen von mehr als 900 einen Stabilisierungsstrom abgibt.

   EMI4.2 Phasenlage-Vergleichseinrichtung (13, 14, 15) aus zwei Mischwandlern (19, 20) besteht, denen ausgangsseitig je eine Gleichrichteranordnung (21, 22) nachgeschaltet ist und dass die Wicklungen der Mischwandler (19, 20) so geschaltet sind, dass in dem einen die Summe un in dem andern die Differenz der Eingangsgrössen gebildet wird, dass die den Mischwandlern nachgeschalteten Gleichrichteranordnungen zueinander antiparallel und in Reihe zu einer Diode (24) geschaltet sind, deren Durchlassrichtung so gewählt ist, dass nur bei Phasenopposition der Eingangsgrössen ein Strom über die Diode (24) fliessen kann.

   EMI4.3 Phasenlage-Vergleichseinrichtung (13, 14, 15) aus einem Ringmodulator (28, 29, 30) besteht, dass den Primärwicklungen der Ringmodulatorwandler (28, 29) die beiden Eingangsgrössen zugeführt sind, während als Ausgangsanschlüsse die mittelangezapften Sekundärwicklungen dieser Wandler (28, 29) dienen, die ihrerseits ebenfalls in Reihe zu einer Diode (24) mit den Ausgangsklemmen (d, e) der Phasenlage-Vergleichseinrichtung (13, 14, 15) verbunden sind.

   4. Differentialschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass in Reihe zumindest einer Phasenlage-Vergleichseinrichtung ein nichtlinearer Widerstand (25) zur Erzielung einer geknickten Ansprechkennlinie geschaltet ist.

   5. Differentialschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass an den Stabilisierungsstromeingang des Differentialschutzrelais (12) parallel zu den Phasenlage-Vergleichseinrichtungen (13, 14, 15) eine weitere, an sich bekannte Einrichtung zur Erzeugung eines Stabilisierungsstromes (26, 27) geschaltet ist.

   6. Differentialschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenlage-Vergleichseinrichtung für jede Phase in jeder Zuleitung des zu schützenden Systems vorgesehen ist.

   7. Differentialschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass die Phasenlage-Vergleichseinrichtungen an je eine Wandlerschaltung zur Erzeugung eines einphasigen Mischstromes aus den Strömen der drei Phasen angeschlossen sind.