DE1023127B - Differentialschutzanordnung mit Widerstandsstabilisierung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das Prinzip des Differentialschutzes beruht bekanntlich auf dem Vergleich der Sekundärströme zweier Stromwandler, deren Primärströme im Normalbetrieb stets im gleichen Verhältais stehen. Dör Vergleich erfolgt in einer Differenzschaltung nach Größe und Phasenlage. Das in dem Diagonalkreis der Differenzschaltung liegende Relais erhält somit die Differenz der Sekundärströme, die im fehlerfreien Betrieb Null ist. Bei einem Fehler innerhalb der Schutzstrecke zwischen den beiden Primärwandlern werden bekanntlich die Primärströme ungleich groß, so daß sich die Differenz der Sekundärströme über das Relais im Diagonalkreis ausgleicht. Dieses Relais spricht also nur auf Fehler innerhalb der Schutzstrecke an, so daß man keine Rücksicht auf die Ausschaltzeit eines anderen. Schalters zu nehmen, braucht. Die Kommandozeit ist nur durch die Eigenzeit der Relais bzw. bei Verwendung eines Hilfsrelais durch die Eigenzeit beider Relais, bedingt. Eine Differenzschaltung dieser einfachen, Form stellt an die Primärwandler außerordentlich hohe Anforderungen, die nicht erfüllt wenden können, wenn gefordert wird, daß der Differentialschutz bei sehr hohen Kurzschlußströmen, nicht ansprechen soll,, d. h. wenn er stabil bleiben soll. Zur Vermeidung dieser Nachteile sind Schaltungen bekanntgeworden, bei denen das Relais, ein sogenanntes Prozentsatzrelais, selbst stabilisiert ist. Der Grundgedanke, dieser Schaltungen besteht darin, daß die Ansprechempfindlichkeit der Relais sich mit größerem. Durchgangsstrom selbsttätig verringert, wobei unter Durchgangsstrom derjenige Strom zu verstehen ist, der über das Schutzgebilde nach außen fließt. Kommt bei einem Kurzschluß einer der beiden Primärwandler in seinen Sättigungsbereich und gibt somit die Verhältnisse im Sekundärkreis nicht mehr richtig wieder, während der andere Primärwandler noch proportional übersetzt, dann fließt die Differenz der Ströme über das Relais. Dieser Differenzstrom ist gegenüber dem Durchgangsstrom verhältnismäßig klein. Es erfolgt also ein Vergleich der Absolutwerte der beiden Größen, wobei der Durchgangsstrom die Rückzugskraft des Relais darstellt, so daß dieses mit höherem Durchgangsstrom unempfindlicher wird. Bei einem innenliegenden Fehler fließt über das Relais die Summe der auf die Fehlerquelle zufließenden Ströme, so daß die Anzugskraft des Differenzstromes größer wird als die Rückzugskraft.

Bei den bekannten ProzentsatzreilaiisanoTdnungen, bei denen die geometrische Summe und Differenz gleichgerichtet und in einer Brückenscbaltung mit einem polarisierten Gleichstromrelais miteinander verglichen werden, müssen die Relais als Vergleichsrelais zweier Wechseletromgrößen eine Integration Differentialschutzanordnung
mit Widerstandsstabilisierung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

über eine Periode ausführen, so daß sie eine verhältnismäßig lange Kommandozeit für die Auslösung bedingen. Da sie außerdem in den meisten Fällen sehr empfindlich sein, müssen, können sie selbst den Auslöser am Schalter nicht betätigen, so daß ein, Hiilfsrelais zur Kontaktverstärkung benötigt wird, was wiederum eine Verlängerung der Kommandozeit nach sich zieht.

In vielen Fällen tritt jedoch die Forderung nach einer schnelleren Kommandozeit auf, z. B. für kurze Verbindungsstücken, zwischen Kraftwerken und für Kabel im Bergbau, die einerseits sehr hohe Kurzschlußströme führen können und bei denen andererseits bei einem Kurzschluß keine Explosionserscheinunigen auftreten dürfen.. Hierbei soll die Abschailtzeit einschließlich der Schalter 0,1 see nicht überschreiten. Für diese Fälle sind die vorerwähnten Differentialsebutzanordnungen mit Gleichstromrelais und Hilfsrelais jedoch aus, den angegebenen Gründen nicht verwendbar. Es· kommen hierfür vielmehr nur einfache, schnell schaltende Wechselstromrelais in Frage, die den Auslöser am Schalter unmittelbar selbst betätigen können. Bei Verwendung derartiger Wechselstromrelais muß jedoch dafür gesorgt werden, daß sie selbst einen stabilen Betrieb gewährleisten. Die Gefahr einer Unstabilität ist dadurch gegeben, daß die Primärwandler zum Teil verschiedener Bauart sein können oder durch ungleiche Leitungswiderstände verschieden belastet werden, so daß sie bei verschieden großen Strömen ihr Sättigungsgebiet erreichen oder aber ungleiche Überstromziffern besitzen.

Es sind. Differentialschutzanordnungen mit Wechselstromrelais bekanntgeworden, bei denen das Relais

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über Zwischenwandler von zwei sogenannten Stromspannungswandlern beeinflußt wird, indem .es den einander entgegenwirkenden Spannungen auf den Sekundärseiten der Strotnspannungswandler ausgesetzt wird. Bei dieser bekannten Anordnung soll durch Ausnutzung von Sättigungserscheinungen oder durch Verwendung von spannungsabhängigen Widerständen parallel zum Sekundärkreis der Stromspannungswandler eine spannungsmäßige Überbeanspruchung der das Relais enthaltenden Leitungen und eine Vergrößerung der Unempßndlichkeit bei zunehmendem Primärstrom vermieden werden. Eine Selbststabilisierung der Schutzeinrichtung ist bei der bekannten Anordnung aus den vorgenannten Gründen bei Verwendung nicht stabilisierter Wechselstromrelais jedoch nicht möglich.

Eine sichere Stabilität eines schnell schaltenden Differentialschutzes mit Widerstandsstabilisierung unter Verwendung von Wechselstromrelais zum Stromvergleich im Diagonalkreis wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß für die Schutzeinrichtung zwei gleiche Mischwandler mit eimer kleineren Überstromkennziffer als die der sie speisenden Primärwandler vorgesehen sind und daß das Widerstandsiverhältnis des Diaganalkreises zu den beiden anderen, unter sich gleichen Stromzweigen der Schutzanordnung größer als Eins ist.

Zum- Abgleich der beiden Stromzweige untereinander und zur Veränderbarkeit des Widerstandsverhältnisses sind mindestens in einem der Stromzweige sowie im Diagonalkreis zusätzliche verstellbare Abgleichwiderstände vorgesehen.

Auf diese Weise werden die beiden Mischwandler, bei denen trotz gleichen Aufbaues Unterschiede hinsichtlich des zur Sättigung ausreichenden Stromes auftreten können, sozusagen gezwungen, gleichmäßig in. Sättigung zu gehen, so daß mit Sicherheit eine Selbststabilisierung erfolgt.

Durch Einstellen der Ansprechgrenze der Relais gleich oder größer als der Nennstrom erhält man einen außerordentlich schnell arbeitenden Differentialschutz.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen Kabeldifferentialschutz dargestellt. Hierbei sind an die Selcundärkreise von zwei beiderseits der zu schützenden Kabelstrecke angeordneten Primärwandlern PW jeweils ein Mischwandler MW angeschlossen, die beide gleiche Wandlerdaten aufweisen. Durch die Mischwandler wird bei jedem Kurzschlußfall ein vergleichbarer Strom erreicht, der zwar je nach der Größe und Art des Kurzschlusses! eine verschiedene Ansprechstromstärke für das Relais ergibt, was aber vertretbar ist, wenn die Kurzschlußstromstärken verhältnismäßig hoch sind. Die Sekundärseiten der Mischwandler speisen die eigentliche Schutzeinrichtang, deren Zweige und Diagonalkreise verstellbare Abgleichwiderstände RgI, Rg2, RgZ enthalten. In dem Diagonalkreis der Schutzeinrichtung ist an jedem Ende desselben ein Wechselstromrelais R angeordnet, dem jeweils ein Parallel widerstand Rp und ein Kondensator C parallel geschaltet ist. Beim Ansprechen eines oder beider Relais wird deren Induktivität und damit der Widerstand des Diagonalkreis es erhöht, so daß infolge des dadurch verringerten Stromes das bzw. die Relais flattern können. Zur Vermeidung eines solchen Flatterns der Relais sind die Parallelwiderstände Rp vorgesehen. Als zusätzliche Maßnahme kann vo>rteilhafterweise noch der jedem Relais zugeordnete Abgleichwiderstand RgI ganz oder teilweise durch einen Arbeitskontakt nach dem Ansprechen des Relais überbrückt werden, so daß der Strom im Diagonalkreis durch den verringerten Widerstand des Kreises mit Sicherheit das sofortige Halten der angezogenen Relais bewirkt. Die in dem Diagonalkreis und in den Abzweigen angeordneten verstellbaren Widerstände RgI, Rg2, Rg3 sind zusammen mit den die Leitungswiderstände der Hilfsleitungen darstellenden Widerständen RLl, RL2, RL3 so abgeglichen, daß die Summe dieser beiden Widerstände im Diagonalkreis und in den Abzweigen verschieden groß ist. Die Bemessung der Abgleichwiderstände RgI, Rg3 in den Zweigen erfolgt dabei nach dem Gesichtspunkt, daß die Misichwandler bei außenliegendem Kurzschluß annähernd zu gleicher Zeit in Sättigung gelangen. Die Abgleichwiderstände Rg 2 im Diagonalkreis werden ihrerseits so eingestellt, daß die Summe aus Abgleichwiderständen und Leitungswiderstand, wie bereits erwähnt, größer ist als die entsprechende Summe der Zweigwiderstände.

Bei Überschreiten der Sättigungsgrenze werden die Ströme stark verzerrt. Damit bei kleinen Phasenverschiebungen keine Stromspitzen über das Relais fließen können, ist der erwähnte Kondensator C oder an seine Stelle eine Reihenschaltung aus einer Drossel und einem Kondensator parallel geschaltet. Zum Schutz der Mischwandler MW bei auftretenden Spannungsspitzen können außerdem den Sekundärwicklungen der Mischwandler Funkenstrecken F parallel geschaltet sein. Die Mischwandler sind, wie bereits erwähnt, gleichausgeführt und so bemessen, daß sie bei entsprechend abgestimmten Widerständen RL und Rg bei einem bestimmten Durchgangsstrom mindestens annähernd gleichzeitig die Sättigungsgrenze überschreiten.

Ferner können Mittel vorgesehen sein, die die Vergleichsströme auf kleine Werte begrenzen, so daß die erforderliche Leistung trotz hoher Leitwiderstände in zulässigen Grenzen bleibt.

Die Anwendung eines solchen Differentialschutzes ist hauptsächlich für Kabel mit hohen Kurzschlußströmen gedacht. Bei der dargestellten dreiphasigen Ausführung kann er ebenso für große Generatoren als Überlagerungsschutz verwendet sein, um die sehr hohen Kurzschlußströme, die bei einem Generatorfehler aus dem Netz geliefert werden, möglichst rasch fortzuschalten.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Differentialschutzanordnung mit Widerstandsstabilisierung unter Verwendung von Wechselstromrelais zum Stromvergleich im Diagonalkreis, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schutzeinrichtung zwei gleiche Mischwandler mit einer kleineren Überstromkennziffer als die der sie speisenden Primärwandler vorgesehen sind und daß das Widerstandsverhältnis des Diagonalkreises zu den beiden anderen, unter sich gleichen Stromzweigen der Schutzanordnung größer als Eins ist.

2. Differentialschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich der beiden Stromzweige untereinander und zur Veränderbarkeit des Widerstandsverhältnisses mindestens in einem der Stromzweige sowie im Diagonalkreis zusätzliche verstellbare Abgleichwiderstände vorgesehen sind.

3. Differentialschutzanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Diagonalkreises ein Wechsel-

Stromrelais vorgesehen ist, dem jeweils ein Widerstaod und ein Kondensator bzw. Kondensator in Reihe mit einer Drossel parallel liegt.

4. Differentialschutzanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Diagonalkreis Hegenden Abgleichwiderstände ganz oder teilweise durch einen Arbeitskontakt der Relais überbrückbar sind.

5.· Differentialschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsbegrenzung jedem Misehwandler eine Funkenstrecke parallel geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 672 841;
ETZ, 1955, S. 108 bis 110.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen