DE1119394B

DE1119394B - Switch-on safe differential current relay

Info

Publication number: DE1119394B
Application number: DEM48791A
Authority: DE
Inventors: Paul Lauper
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1960-05-05
Filing date: 1961-04-22
Publication date: 1961-12-14

Description

Einschaltsicheres Differentialstrom-Relais Die Erfindung betrifft ein einschaltsicheres Differentialstrom-Relais, das einen Auslösekreis, einen Kompensationskreis und einen Haltekreis aufweist, wobei der letztere vorzugsweise die zweie Harmonische des Differentialstromes führt.Switch-On Safe Differential Current Relay The invention relates to a switch-on safe differential current relay, which has a trip circuit, a compensation circuit and a hold circuit, the latter preferably being the second harmonic of the differential current leads.

Das Verhalten eines Transformators kann man bekanntlich mit Hilfe des in Fig. 1 gezeigten vereinfachten Ersatzschemas hinreichend genau beschreiben. Dort ist mit X1 der primäre, mit X2 der reduzierte sekundäre Streublindwiderstand und mit X, die Leerlaufreaktanz bezeichnet. Beim einwandfreien Transformator ist 11 -I- J2 stets gleich dem Magnetisierungsstrom J,u. Tritt hingegen ein Windungsschluß, ein Phasenschluß oder eine andere innere Störung auf, so ist an Stelle von X, eine wesentlich kleinere Reaktanz vorhanden, und es fließt ein beträchtlicher Differentialstrom. Diese Tatsache wird benutzt, um Transformatoren durch Differentialstrom-Relais vor den Folgen innerer Kurzschlüsse zu schützen. Ordnet man nämlich gemäß Fig. 2 im Primär- bzw. Sekundärkreis des Transformators die Stromwandler 1 bzw. 2 an, so läßt sich durch entsprechende Wahl der übersetzungsverhältnisse erreichen, daß über das Relais 3 der Differentialstrom !D fließt und beim Auftreten eines Fehlers die Abschaltung des Transformators erfolgt. Falls man die Stromwandler 1 und 2 nicht exakt dem Übersetzungsverhältnis des Transformators anpaßt, entsteht auch unter normalen Bedingungen ein Differentialstrom. Um ein hierdurch bedingtes unberechtigtes Ansprechen zu vermeiden, wird in bekannter Weise gemäß Fig.3 ein stromabhängiges Kompensationssystem 4 vorgesehen, welches dem Differentialsystem 3 entgegenwirkt. Nun tritt jedoch nicht nur bei ungenauer Anpassung der Stromwandler oder bei einem Defekt, sondern auch beim Einschalten eines Transformators ein Differentialstrom auf, so daß es zu Fehlauslösungen kommen könnte. Das Differentialstrom-Relais muß deshalb so gebaut sein, daß eine Unterscheidung zwischen Fehlerströmen und Einschaltstromstößen möglich wird. Die Lösung hierzu ergibt sich aus der harmonischen Analyse von oszillographisch aufgenommenen Fehler- und Einschaltströmen. Während sowohl beim Fehler- als auch beim Einschaltstrom eine Gleichstromkomponente sowie in geringerem Maße höhere Harmonische vorhanden sind, ist der Einschaltstoß durch einen relativ hohen Wert der zweiten Harmonischen (etwa 30 bis 701/o der Grundwelle) gegenüber dem Fehlerstrom eindeutig gekennzeichnet. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, das Differentialstrom-Relais nicht nur mit einem Auslöse- und Kompensationssystem, sondern darüber hinaus mit einem Haltesystem zu versehen, wobei letzteres unter Verwendung von Siebkreisen bzw. Sperrkreisen nur auf die höheren Harmonischen bzw. insbesondere auf die zweite Harmonische anspricht. Sobald diese Harmonischen einen bestimmten Wert besitzen, verhindert das Haltesystem eine Abschaltung des Transformators, da es sich ja um einen Einschaltstoß handelt. Wenn man sämtliche höheren Harmonischen auf das Haltesystem wirken läßt, kann bei heftigen Fehlern, z. B. in der Nähe der Transformatorklemmen, infolge der Sättigung der Stromwandler und der dadurch hervorgerufenen starken Oberwellen ein Einschaltstoß vorgetäuscht werden und der Schutz versagen. Ordnet man hingegen in Reihe zum Haltekreis einen Sperrkreis bzw. parallel zum Haltekreis einen Resonanzkreis für die Grundwelle an, so ist die genaue Abstimmung relativ schwierig, und es werden verhältnismäßig viele Schaltelemente benötigt.The behavior of a transformer can be known with help describe the simplified replacement scheme shown in FIG. 1 with sufficient accuracy. There, X1 is the primary, and X2 is the reduced secondary blind resistance and with X, denotes the idle reactance. When the transformer is in good condition 11 -I- J2 always equal to the magnetizing current J, u. If, on the other hand, there is an interturn fault, If a phase short or some other internal disturbance occurs, then instead of X there is a much smaller reactance is present and a considerable differential current flows. This fact is used to propose transformers through differential current relays to protect against the consequences of internal short circuits. If one assigns namely according to Fig. 2 in Primary or secondary circuit of the transformer, the current transformer 1 or 2, so leaves By choosing the appropriate gear ratios, you can achieve that via the Relay 3 the differential current! D flows and if an error occurs, it switches off of the transformer takes place. If you have the current transformers 1 and 2 not exactly the transformation ratio of the transformer adapts, a differential current arises even under normal conditions. In order to avoid unauthorized addressing as a result, is known in Way according to Figure 3, a current-dependent compensation system 4 is provided, which the differential system 3 counteracts. Well not only occurs when inaccurate Adaptation of the current transformer or in the event of a defect, but also when switching on a transformer on a differential current, so that it comes to false tripping could. The differential current relay must therefore be built so that a differentiation between fault currents and inrush currents. The solution to this results from the harmonic analysis of oscillographically recorded error and inrush currents. While both the fault and the inrush current a DC component and, to a lesser extent, higher harmonics are present, is the inrush due to a relatively high value of the second harmonic (approx 30 to 701 / o of the fundamental wave) clearly marked against the fault current. It has therefore already been proposed not only the differential current relay with a release and compensation system, but also with a holding system to be provided, the latter using filter circles or blocking circles responds only to the higher harmonics or in particular to the second harmonic. As soon as these harmonics have a certain value, the holding system prevents a shutdown of the transformer, since it is a switch-on surge. If you let all the higher harmonics act on the holding system, at severe errors, e.g. B. near the transformer terminals, due to saturation the current transformer and the resulting strong harmonics cause an inrush be faked and the protection fails. On the other hand, they are arranged in series to form the holding circle a blocking circuit or a resonance circuit for the fundamental wave parallel to the holding circuit on, the exact coordination is relatively difficult and it will be proportionate many switching elements required.

Die Nachteile des Bekannten lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß der die zweite Harmonische bevorzugende Kreis in Reihe liegt zur Primärwicklung eines Zwischenstromwandlers und wenn diese Primärwicklung einen Abgriff besitzt, der mit einem weiteren Kreis verbunden ist, welcher die zweite Harmonische sperrt.The disadvantages of the known can be avoided if according to the invention the circle favoring the second harmonic is in series with the primary winding an intermediate current transformer and if this primary winding has a tap, which is connected to another circuit that blocks the second harmonic.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des- Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. Mit 1 wird ein im primären, mit 2 ein im sekundären Transformatorkreis angeordneter Stromwandler bezeichnet. Der Stromwandler 3' führt den Differentialstrom iD, während der Wandler 4' im Zusammenwirken mit der Gleichrichterbrücke 5 dem Auslösesystem 6 eine vom Transformatorbetriebsstrom abhängige Komponente zuführt, welche zur Kompensation desjenigen Differentialstromes dient, der von einer nicht völlig genauen Anpassung der Stromwandler 1 und 2 an das Transformatorübersetzungverhältnis herrührt. Die Sekundärwicklung eines Zwischenstromwandlers 7 ist mit einer Gleichrichterbrücke 8 verbunden, welche den Haltestrom liefert. Die Primärwicklung des Zwischenstromwandlers 7 liegt in Reihe zu einer Drossel 9 und einer Kapazität 10, welche vorwiegend die zweite Harmonische des Differentialstromes führen. Der aus einer Induktivität 11 und einem Kondensator 12 aufgebaute Kreis, welcher einen Sperrkreis für die zweite Harmonische darstellt, steht einerseits mit einer den Auslösestrom abgebenden Gleichrichterbrücke 13 in Verbindung, andererseits mit einem Abgriff 14 der Primärwicklung des Zwischenstromwandlers 7. Der Wandler 3' und die Brücke 13 sind über einen ohmschen Widerstand 15 miteinander verbunden.In Fig. 4 is an embodiment of the subject of the invention shown schematically. With 1 one becomes in the primary, with 2 one in the secondary transformer circuit arranged current transformer called. The current transformer 3 'carries the differential current iD, while the converter 4 'in cooperation with the Rectifier bridge 5 supplies a component dependent on the transformer operating current to the tripping system 6, which serves to compensate for the differential current that does not come from one Completely precise adaptation of the current transformers 1 and 2 to the transformer ratio originates. The secondary winding of an intermediate current converter 7 is connected to a rectifier bridge 8 connected, which supplies the holding current. The primary winding of the intermediate current transformer 7 is in series with a choke 9 and a capacitance 10, which is predominantly the lead second harmonic of the differential current. The one from an inductance 11 and a capacitor 12 constructed circuit, which is a blocking circuit for the second Represents harmonics, stands on the one hand with a rectifier bridge emitting the tripping current 13 in connection, on the other hand with a tap 14 of the primary winding of the intermediate current transformer 7. The converter 3 'and the bridge 13 are connected to one another via an ohmic resistor 15 tied together.

Zur Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist folgendes auszuführen: Bei Nennfrequenz verhält sich der aus der Drossel 11 und dem Kondensator 12 bestehende Parallelkreis induktiv, während die aus der Drossel 9 und dem Kondensator 10 gebildete Reihen-Schaltung kapazitiv ist. Die Grundwelle des Differentialstromes hat also zu beiden Seiten des an der Zwischenstromwandler-Primärwicklung angebrachten Abgriffs 14 entgegengesetzte Richtungen. Dies ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 4. Die Grundwelle wird also bei entsprechender Einstellung des Abgriffs 14 nicht auf die Sekundärseite des Zwischenstromwandlers 7 übertragen und kann damit vom Gleichrichter 8 des Haltesystems ferngehalten werden. Es läßt sich also auf einfachste Weise unter Vermeidung eines zusätzlichen Sperrkreises die Grundwelle aus dem Haltekreis eliminieren. Ähnliches gilt auch für die dritte Oberwelle sowie für die höheren Harmonischen, da bei dreifacher und höherer Nennfrequenz der Parallelkreis 11, 12 kapazitiv und die Reihenschaltung 9, 10 induktiv ist. Zum Zwecke der weiteren Schwächung der dritten Oberwelle im Haltestromkreis wird außerdem die Reihenschaltung 9, 10 bei doppelter Nennfrequenz bereits leicht induktiv eingestellt.The operation of the subject matter of the invention is as follows: At nominal frequency, the parallel circuit consisting of the choke 11 and the capacitor 12 behaves inductively, while the series circuit formed by the choke 9 and the capacitor 10 is capacitive. The fundamental wave of the differential current thus has opposite directions on both sides of the tap 14 attached to the intermediate current transformer primary winding. This is shown in Fig. 5, in which the same parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 4. The fundamental wave is therefore not transmitted to the secondary side of the intermediate current transformer 7 with a corresponding setting of the tap 14 and can thus be kept away from the rectifier 8 of the holding system will. The fundamental wave can thus be eliminated from the holding circuit in the simplest way while avoiding an additional blocking circuit. The same also applies to the third harmonic and to the higher harmonics, since at three or more times the nominal frequency the parallel circuit 11, 12 is capacitive and the series circuit 9, 10 is inductive. For the purpose of further weakening the third harmonic in the holding circuit , the series connection 9, 10 is also already set slightly inductively at twice the nominal frequency.

Das Auslösesystem 6 (Fig. 4) wird von der Differenz zwischen Auslöse-, Kompensations- und Haltestrom gesteuert. Man könnte jeden der vorgenannten Ströme auf eine separate Wicklung wirken lassen, es ist jedoch auch ein galvanischer Vergleich mit Hilfe der Gleichrichterbrücken 5, 8 und 13 möglich. Solange die an den Klemmen des Auslösesystems 6 auftretende Differenzspannung kleiner ist als die Schwellspannung der Gleichrichter, fließt der gesamte Strom über das Auslösesystem. Bei größeren Spannungen schließt sich dagegen der größte Teil des Stromes über die Gleichrichter von anderer Polarität. Somit können an den Gleichrichtern selbst keine großen Spannungen entstehen. Um einen richtigen Vergleich der Ströme zu gewährleisten, müssen die Gleichrichter-Brücken 5, 8, 13 denselben dynamischen Widerstand und die gleiche Schwellspannung aufweisen. Gemäß Fig. 4 wird der vom Stromwandler 4' gebildete Kompensationsstrom durch den Primärkreis und nur einen Sekundärkreis des Transformators bestimmt. Handelt es sich jedoch um mehr als zwei sekundäre Zweige, beispielsweise bei einem Dreiwicklungstransformator oder vorhandenen Abzweigungen, so ist die wechselstromseitige Addition, wie sie in Fig. 4 vorgenommen wird, nicht mehr anwendbar, da die Kompensation dann bei allen möglichen Fehlern keinesfalls mehr einwandfrei wirkt. In diesem Fall läßt sich die Anordnung entsprechend Fig. 6 verwenden. Die einzelnen Zweige werden über Wandler 16, 17 usw., die zur Einstellung der Kompensationswirkung mit Anzapfungen versehen sind, an die Gleichrichterbrücken 18, 19, 20 gelegt, welche den Gleichrichter 5 speisen. Auf diese Weise erreicht man, daß die dynamischen Widerstände der Brücken 5, 8, 13 einander gleichbleiben.The release system 6 (Fig. 4) is based on the difference between release, Compensation and holding current controlled. You could use any of the aforementioned streams act on a separate winding, but it is also a galvanic comparison possible with the help of rectifier bridges 5, 8 and 13. As long as those on the terminals of the release system 6 occurring differential voltage is smaller than the threshold voltage the rectifier, all current flows through the trip system. With larger ones Voltages, on the other hand, closes most of the current via the rectifier of a different polarity. This means that there can be no large voltages on the rectifiers themselves develop. To ensure a correct comparison of the currents, the Rectifier bridges 5, 8, 13 have the same dynamic resistance and the same Have threshold voltage. According to FIG. 4, the compensation current formed by the current transformer 4 ' determined by the primary circuit and only one secondary circuit of the transformer. Acts however, there are more than two secondary branches, for example a three-winding transformer or existing branches, the AC side addition is as they are is made in Fig. 4, no longer applicable, since the compensation then with all possible errors no longer works properly. In this case, the Use the arrangement according to FIG. 6. The individual branches are via converters 16, 17, etc., which are provided with taps to adjust the compensation effect are, placed on the rectifier bridges 18, 19, 20, which the rectifier 5 Food. In this way one achieves that the dynamic resistances of the bridges 5, 8, 13 remain the same.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Switch-on safe differential current relay that has a trip circuit, a compensation circuit and a hold circuit, wherein the latter preferably carries the second harmonic of the differential current, characterized in that the second harmonic preferential circuit is in series lies to the primary winding of an intermediate current transformer (7) and that this primary winding has a tap (14) which is connected to another circuit, which blocks the second harmonic.

2. differential current relay according to claim 1, characterized characterized in that the second harmonic blocking circuit (11, 12) at the nominal frequency inductive and the holding circuit (9, 10) preferring the second harmonic at the nominal frequency is capacitive.

3. Differential current relay according to claim 1, characterized in that that the second harmonic blocking circuit (11, 12) at three times the nominal frequency capacitive and the holding circuit (9, 10) preferring the second harmonic at threefold Nominal frequency is inductive.

4. differential current relay according to claim 1, characterized characterized in that the second harmonic preferential hold circuit (9, 10) at twice the nominal frequency is slightly inductive.

5. differential current relay according to claim 1, characterized in that both the current of the trip circuit and the one of the compensation and holding circuit via rectifier bridges (5, 8, 13) a trigger system (6) are supplied.

6. differential current relay according to claim 5, characterized in that that the rectifier bridge (5) carrying the compensation current of further rectifier bridges (18, 19, 20) is fed, which are connected to transducers (16, 17, etc.) that are used for setting the compensation effect are provided with taps.