DE1023127B

DE1023127B - Differential protection arrangement with resistance stabilization

Info

Publication number: DE1023127B
Application number: DES42923A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Neugebauer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-03-04
Filing date: 1955-03-04
Publication date: 1958-01-23

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.As is well known, the principle of differential protection is based on the comparison of the secondary currents of two current transformers whose primary currents are always in the same ratio in normal operation. Dör Comparison takes place in a differential circuit according to Size and phase. The relay lying in the diagonal circle of the differential circuit thus receives the Difference in the secondary currents, which is zero in error-free operation. In the event of a fault within the protective section As is known, the primary currents between the two primary converters are unequal, so that the difference between the secondary currents is balanced out via the relay in the diagonal circle. So this relay is talking only on faults within the protective section, so that one does not consider the switch-off time of a others. Switch needs to take. The command time is only due to the proper time of the relays or, if an auxiliary relay is used, by the Operating time of both relays, conditional. A differential circuit of this simple, form provides the primary converter extraordinarily high requirements that cannot be met when required, that the differential protection at very high short-circuit currents, should not respond, d. H. if it is to remain stable. To avoid these disadvantages Circuits have become known in which the relay, a so-called percentage relay, itself is stabilized. The basic idea behind these circuits is that the responsiveness of the Relay yourself with greater. Through current automatically reduced, with the one under through current Current is to be understood, which flows to the outside via the protective structure. Occurs in the event of a short circuit one of the two primary converters in its saturation range and thus gives the ratios in Secondary circuit no longer correctly recovers while the other primary converter still translates proportionally, then the difference in the currents flows through the relay. This differential current is compared to the Through current relatively small. So there is a comparison of the absolute values of the two Sizes, whereby the through current represents the retraction force of the relay, so that this with higher Through current becomes less sensitive. In the event of an internal fault, the Sum of the currents flowing to the source of the error, so that the attraction force of the differential current is greater is called the retraction force.

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 WiderstandsstabilisierungWith the known percentage relay designs, in which the geometric sum and difference are rectified and compared with one another in a bridge circuit with a polarized DC relay, the relays, as comparison relays for two AC quantities, must have an integration differential protection arrangement
with resistance stabilization

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Hermann Neugebauer, Erlangen,
has been named as the inventor

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.over a period, so that they require a relatively long command time for the trip. Since they must also be very sensitive in most cases, they can be the trigger themselves Do not operate the switch, so that an auxiliary relay is required to reinforce the contact, which again entails an extension of the command time.

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.In many cases, however, there is a need for a faster command time, e.g. B. for short Connectors, between power plants and for Cables in mining, which on the one hand can carry very high short-circuit currents and which on the other hand in the event of a short circuit, no explosion phenomena may occur including the switches do not exceed 0.1 see. The aforementioned differential protective arrangements are for these cases with DC relays and auxiliary relays, however, for the reasons given, not usable. Rather, only simple, fast-switching AC relays can be used for this, who can directly actuate the trigger on the switch themselves. When using such AC relays however, care must be taken to ensure that they themselves ensure stable operation. The danger An instability is given by the fact that the primary converters are partly of different types can be loaded differently or due to unequal line resistances, so that they at different large currents reach their saturation area or have unequal overcurrent figures.

Es sind. Differentialschutzanordnungen mit Wechselstromrelais bekanntgeworden, bei denen das RelaisThere are. Differential protection arrangements with alternating current relays become known, in which the relay

709 850/341709 850/341

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.via intermediate converters of two so-called current voltage converters is influenced by .es the opposing tensions on the secondary sides the current voltage converter is suspended. In this known arrangement, through Exploitation of saturation phenomena or through the use of voltage-dependent resistors voltage overload parallel to the secondary circuit of the current voltage transformer of the lines containing the relay and an enlargement the insensitivity with increasing primary current can be avoided. A self-stabilization the protective device is in use in the known arrangement for the reasons mentioned above However, non-stabilized AC relay not possible.

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.A reliable stability of a fast switching differential protection with resistance stabilization using AC relays for current comparison in the diagonal circle is according to the invention achieved by having two identical mixer transformers with a smaller bucket for the protective device Overcurrent index than that of the primary transformer feeding it are provided and that the resistance ratio of the diaganal circle to the two other current branches of the protection arrangement that are identical to one another is greater than one.

Zum- Abgleich der beiden Stromzweige untereinander und zur Veränderbarkeit des Widerstandsverhältnisses sind mindestens in einem der Stromzweige sowie im Diagonalkreis zusätzliche verstellbare Abgleichwiderstände vorgesehen.To balance the two current branches with one another and to change the resistance ratio are additional adjustable balancing resistors in at least one of the branches and in the diagonal circle intended.

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.In this way, the two mixer converters, in which, despite the same structure, there are differences in terms of of the current sufficient for saturation can occur, so to speak forced, evenly to go into saturation, so that self-stabilization takes place with certainty.

Durch Einstellen der Ansprechgrenze der Relais gleich oder größer als der Nennstrom erhält man einen außerordentlich schnell arbeitenden Differentialschutz. By setting the response limit of the relay to be equal to or greater than the rated current, one obtains an extraordinarily fast differential protection.

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. In the drawing, an embodiment for a cable differential protection is shown. In this case, a mixing converter MW , which both have the same converter data, is connected to the secondary circuits of two primary converters PW arranged on both sides of the cable route to be protected. The mixing transformer achieves a comparable current for each short circuit, although this depends on the size and type of the short circuit! gives a different response current strength for the relay, but this is justifiable if the short-circuit currents are relatively high. The secondary sides of the mixer transformers feed the actual protective device, whose branches and diagonal circles contain adjustable balancing resistors RgI, Rg2, RgZ. In the diagonal circle of the protective device, an alternating current relay R is arranged at each end, each of which has a parallel resistor Rp and a capacitor C connected in parallel. When one or both relays respond, their inductance and thus the resistance of the diagonal circle is increased so that the relay or relays can flutter as a result of the reduced current. The parallel resistors Rp are provided to prevent the relays from fluttering. As an additional measure, the balancing resistor RgI assigned to each relay can advantageously be bridged in whole or in part by a normally open contact after the relay has responded, so that the current in the diagonal circuit, due to the reduced resistance of the circuit, causes the relays to stop immediately. The adjustable resistors RgI, Rg2, Rg3 arranged in the diagonal circle and in the branches are balanced together with the resistors RLl, RL2, RL3 representing the line resistances of the auxiliary lines so that the sum of these two resistances in the diagonal circle and in the branches is different. The dimensioning of the balancing resistors RgI, Rg3 in the branches takes place from the point of view that the Misich converters reach saturation at approximately the same time in the event of an external short circuit. The balancing resistors Rg 2 in the diagonal circle are in turn set so that the sum of the balancing resistances and line resistance, as already mentioned, is greater than the corresponding sum of the branch resistances.

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.If the saturation limit is exceeded, the currents are heavily distorted. So that no current peaks can flow through the relay in the event of small phase shifts, the aforementioned capacitor C or, instead, a series circuit of a choke and a capacitor is connected in parallel. To protect the mixer converter MW in the event of voltage peaks, spark gaps F can also be connected in parallel to the secondary windings of the mixer converter. As already mentioned, the mixer converters are of the same design and are dimensioned in such a way that, with appropriately matched resistors RL and Rg, they at least approximately simultaneously exceed the saturation limit at a certain through-current.

Ferner können Mittel vorgesehen sein, die die Vergleichsströme auf kleine Werte begrenzen, so daß die erforderliche Leistung trotz hoher Leitwiderstände in zulässigen Grenzen bleibt.Furthermore, means can be provided which limit the comparison currents to small values so that the required power remains within permissible limits despite high conductive resistances.

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.Such differential protection is mainly used for cables with high short-circuit currents thought. In the three-phase version shown, it can also be used for large generators be used as superimposition protection to avoid the very high short-circuit currents that are supplied from the network in the event of a generator fault to advance quickly.

Claims

Patent claims:

1. Differential protection arrangement with resistance stabilization using AC relays for current comparison in the diagonal circle, characterized in that for the protective device two identical mixing transformers with a smaller overcurrent index than that of them feeding primary converter are provided and that the resistance ratio of the diagonal circle to the other two, mutually identical branches of the protection arrangement greater than One is.

2. Differential protection arrangement according to claim 1, characterized in that for balancing the two current branches with each other and to change the resistance ratio at least additional adjustable balancing resistors in one of the branches and in the diagonal circle are provided.

3. Differential protection arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that on at each end of the diagonal circle an alternating

Current relay is provided, each of which has a resistor and a capacitor or capacitor is in series with a throttle in parallel.

4. Differential protection arrangement according to the preceding Claims, characterized in that the balancing resistors lying in the diagonal circle can be wholly or partially bridged by a normally open contact of the relay.

5. · Differential protection arrangement according to claim 1, characterized in that for voltage limitation a spark gap is connected in parallel to each mismatch converter.

Considered publications:
German Patent No. 672,841;
ETZ, 1955, pp. 108 to 110.

1 sheet of drawings