DE2221048C2 - Anordnung zur Feststellung von Zeitintervallen, in denen das Meßsignal eines Meßtransformators aufgrund seines Sättigungszustandes fehlerhaft ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung von Zeitintervallen, In denen das Meßsignal eines Meßtransformators aufgrund des Erreichens des Sättigungszustandes fehlerhaft Ist, nach dem Oberbegriff des A\. Eine solche Anordnung ist Gegenstand der DE-OS 61 128.

Der Kurzschlußstrom eines Stromnetzes hat eine Aufbauperiode, während der im allgemeinen eine aperiodisehe Komponente auftritt, deren Zeltkonstante diejenige des Netzes im unbelasteten Betriebszustand 1st und deren Anfangsamplitude von der Spannung und dem Laststrom in dem Zeitpunkt abhängt, wo der Fehler auftritt. Diese aperiodische Komponente überlagert sich der slnusförmi- ^Μ gen Komponente des Kurzschlußstromes, die im weiteren Verlauf allein übrigbleibt.

Ein durch die sinusförmige Komponente des Kurzschlußstromes nicht gesättigter Stromwandler kann durch die aperiodische Komponente gesättigt werden. Das Ausgangssignal des Stromtransformators wird dann stark gestört, sowohl bezüglich der Spitzenamplitude als auch bezüglich der Nulldurchgänge, wenn die magnetomotorische Kraft aufgrund der Ampere-Windungen der Sinuskomponente, die zu der magnetomotorischen Kraft aufgrund der Ampere-Windungen der aperiodischen Komponente hinzuaddiert wird, die Induktion in dem Magnetkreis auf einen Wert bringt, der gleich dem Wert oder größer als dieser ist, durch welchen der Sättlgungszustand bestimmt ist. Hingegen bleibt das Ansprechsignal des Stromtransformators völlig korrekt, solange diese beiden magnetomotorischen Kräfte einander entgegengesetzt sind.

Ein Stromtransformator kann zwar so dimensioniert werden, daß die Sättigungsschwelle des magnetischen Kreises niemals erreicht wird, auch nicht beim Auftreten einer maximalen aperiodischen Komponente Im Kurzschlußstrom; es ist jedoch wirtschaftlicher, die Meßsignale- des Stromtransformators nur während der Zeitintervalle auszunutzen, wo dieser nicht fehlerhaft arbeitet. Unter diesen Bedingungen können Schutzvorrichtungen von solchen Stromtransformatoren angesteuert werden, obwohl diese die aperiodische Komponente sehr schlecht wiedergeben, jedoch unter der Voraussetzung, daß die Sinuskomponente des Kurzschlußstromes den Stromtransformator nicht In die Sättigung bringt.

Die Anordnung nach der DT-OS 20 61 128 erfüllt die Aufgabe, die Zeitintervalle festzustellen, in denen die Funktion des Stromwandlers bzw. Meßtransformators fehlerfrei ist, obwohl die Induktion in seinem Magneikreis möglicherweise den Sättigungswert erreicht hat. Bei dieser Anordnung liefert eine digitale Schaltungsanordnung eine Anzeige für die Gültigkeit des Meßsignals des Stromtransformators ausgehend von dem Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes und eine Abtastung der Werte dieser Ableitung in den Zeitpunkten, wo der Sekundärstrom Nulldurchgänge hat. Diese Anzeige hängt von dem Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes ab, und wenn die Werte dieser Ableitung bei zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen des Stromes sehr unterschiedlich sind, so wird die Anzeige nur in den Zeitintervallen abgegeben, wo diese Ableitung wieder dasselbe Vorzeichen hat und behält.

Um diese verschiedenen Informationen zu erhalten und deren Verarbeitung durchzuführen, sind komplizierte und umfangreiche Schaltungsanordnungen erforderlich, die eine große Anzahl von Bauteilen benötigen. Darüber hinaus steht das von der digitalen Schaltungsanordnung abgegebene Gültigkeitskriterium erst nach einer Zeltspanne zur Verfügung, die gleich der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen ist. und kann praktisch erst nach der doppelten Zeit ausgenutzt werden. Dieses Gültigkeitskriterium ermöglicht erst dann eine Aussage über den Sättigungszustand, wenn dieser bereits erreicht Ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, im voraus festzustellen, daß der Meßtransformator voraussichtlich den Sättigungszustand erreichen wird, und vom Zeltpunkt dieser Feststellung an die Zeitintervalle herauszufinden, während der das Meßsignal des Stromtransformators bzw. Meßtransformators fehlerhaft sein kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale des AX gekennzeichnet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Einrichtung, die das dem Magnetfluß zugeordnete Signal liefert, einen Spannungsintegrator zur Integration einer im Sekundärkreis des Transformators abgegriffenen Spannung, die vorzugsweise an den Anschlüssen eines

ohmschen Lastwiderstandes im Sekundärkreis abgegriffen wird.

Die zeitliche Nähe des Sättigungszustandes hängt von der Entwicklung des Magnetflusses in dem Magnetkreis des Stromtransformators ab. Diese Entwicklung wird durch die ständige Untersuchung des !ntegrationswertes der Spannung, die an den Anschlüssen eines Bruchteiles der ohmschen Sekundärlast auftritt, ausreichend genau überwacht; die Verbindung zwischen dem Stiomtran<=formator und der Schutzeinrichtung des elektrischen Netzes wird durch einen Steuervorganfe beeinflußt, sobald dieser Wert einen festen Schwellwert erreicht, und zwar in Abhängigkeit von den Konstruktionsdaten des Strombzw. Meßtransformators.

Das Meßsignal bzw. Ansprechsignal des Stromtransformators ist so lange fehlerfrei, wie die zeitliche Entwicklung der Induktion hinsichtlich ihres Absolutwertes unter dem festgelegten Schwellwert liegt, und solange bei Überschreitung dieses Schwellwertes IdenUät zwischen den Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes und der aperiodischen Komponente vorhanden ist. Da bei der zeitlichen Entwicklung des Magnetflusses der Einfluß der aperiodischen Komponente dominierend ist, fällt das Vorzeichen dieser Komponente mit demjenigen des Integrationswertes der Spannung zusammen, die auf der Sekundärseite des Transformators an den Anschlüssen eines Bruchteils der ausschließlich ohmschen Last abgegriffen wird.

Das Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes kann durch ein Digitalsignal A dargestellt werden, mit A =0 bei negativem Vorzeichen und /4 = 1 bei positivem Vorzeichen. Die zeitliche Entwicklung des Magnetflusses kann durch digitale Werte B und C dargestellt werden, mit ß = 0, wenn der Magnetfluß oberhalb einer negativen Schwelle In der Nähe der Sättigung liegt, und S=I, wenn er unter dieser Schwelle liegt, sowie mit C = O, wenn der Magnetfluß unter einer positiven Schwelle In der Nähe der Sättigung liegt, und C=I, wenn er diese Schwelle überschreitet. Die positive und negative Schwelle hängen von den Konstruktionsdaten des Stromtransformators ab und können im Absolutwert untereinander gleich sein. Eine digitale Schaltungsanordnung, die sine Aussage darüber liefert, ob das Meßsignal des Transformators als fehlerhaft zu betrachten ist, insbesondere um die Verbindung zwischen dem Transformator und einer Schutzanordnung für das Stromnetz zu unterdrücken, muß folgende logische Gleichung erfüllen:

S = B.A V Ä.C,

worin das Zeichen „V" die logische ODER-Verknüpfung bedeutet.

Um die Auslösung der Schutzvorrichtungen für das Stromnetz, deren Eingangsgrößen aus diesem Transformator stammen, zu verhindern, wird also das Ansprechslgnai des Meßtransformators In den Zeltintervallen als fehlerhaft betrachtet, wo gleichzeitig festgestellt wird, daß der Absolutwert des Magnetflusses In dem Magnetkreis einen Schwellwert überschritten hat, der bedeutet, daß die Sättigung unmittelbar bevorsteht, und daß das Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes verschieden von der Polarität dieses Magnetflusses Ist.

Diese Arbeltsweise der erfindungsgemäßen Anordnung berücksichtigt jedoch noch nicht die Induktion, die In dem Magnetkreis In dem Zeitpunkt vorhanden ist, wo In dem Netz der Fehler auftritt; eine solche Induktion kann jedoch zu einem Sättigungszustand führen, wenn die zeltliche Entwicklung des Magnetflusses den bereits vorher vorhandenen Magnetfluß noch erhöht. Die alleinige Überprüfung dieser zeitlichen Entwicklung des Magnetflusses erlaubt also noch keine sichere Aussage über die zeitliche Nähe eines Sättigungszustandes.

Die vorstehend definierten Ausführungsformen der Erfindung erlauben also nur eine Anwendung bei Stromtransformatoren, die aus Blechen mit geringer Remanenz aufgebaut sind und die in ihrem Magnetkreis einen oder mehrere Luftspalte aufweisen, und unter der Bedingung, daß vor dem Auftreten des Fehlers in dem Stromnetz ίο eine ausreichend lange Zeit liegt, damit die Induktion wieder einen Wert erreichen kann, der sehr klein im Vergleich zu dem Wert der später festgestellten zeitlichen Entwicklung des Magnetflusses ist. Diese Bedingung wird jedoch im allgemeinen nicht erfüllt, wenn mehrere Wiedereinschaltungen in zeitlichen Abständen von weniger als einigen Sekunden aufeinanderfolgen, denn die Dauer dieser Zeitintervalle kann dieselbe Größenordnung wie die Zeitkonstante der Sekundärkreise der Stromtransformatoren haben oder sogar wesentlich kürzer sein. Für solche Fälle ist es zweckmäßig, dem Schwellwertdetektor, der die Informationen B und C liefert, einen Speicher zuzuordnen, der das Erreichen einer Schwelle speichert, um die Wirksamkeit dieser Informationen B und C auf eine Zeltspanne zu verlängern, die die Dauer von zwei aufeinanderfolgenden Wiedereinschaltungen reichlich überdeckt.

Stromtransformatoren ohne Luftspalt, die aus Magnetblechen sehr hoher Permeabilität aufgebaut sind, können eine in der Nähe des Sattigungswertes liegende Induktion praktisch unbegrenzt beibehalten, solange keine Lastströme in ihren Primär- und Sekundärkreisen vorhanden sind. Es ist daher ein Speicher vorgesehen, der die Informationen B und C bezüglich des Überschreitens der Schwellwerte während der zeitlichen Entwicklung des Magnetflusses dauernd festhält, unter der Voraussetzung, daß die weitere zeitliche Entwicklung des Magnetflusses tatsächlich eine Steigerung der remanenten Induktion bewirkt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Kurvendiagramme, aus denen die Arbeitsweise eines Stromtransformators bzw. -Wandlers hervorgeht;

Fig. 2 ein schematlsches Schaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung; und

Flg. 3 und 4 schematische Schaltbilder von digitalen Schaltungsanordnungen eines zeltwelligen bzw. eines permanenten Speichers.

Fig. 1 zeigt ein Kurvendiagramm, aus dem In Abhängigkeit von der Zeit ι der Verlauf des Stroms I₂ der Sekundärwicklung eines Strom- bzw. Meßwandlers bei einem Fehlerstrom /, in der Primärwicklung hervorgeht, wobei der Fehlerstrom /, die sinusförmige Komponente /i_s und eine aperiodische Komponente /,„ aufweist, die die Sättigung des magnetischen Kreises hervorruft. Die Prüfung der Kurven zeigt, daß die Funktion des Stromwandlers während der in Fig. 1 unten gezeigten schraffierten Zeitintervalle 0 ^₂; t_u t_n\ h\ <n ^usw· richtig Ist, während derer die Vorzeichen der aperiodischen Komponente I_la und der Ableitung l'₂ des Sekundär-Stroms gleich sind.

In F1 g. 2 speist der Stromwandler 1 die In Reihe geschaltete Last 2, die die Elemente der Schutzanordnung und den Hilfsstromwandler 3 umfaßt. Letzterer arbeitet auf eine kleine Last, die von einer Gegeninduktlvltät 4 und einem ohmschen Widerstand 5 gebildet wird. Ein Analog-Digital-Wandler 6, der von der Gegenlnduktlvltät 4 gespeist wird, wandelt deren analoges Ausgangssignal In ein Rechtecksignal A mit zwei logischen Nlve-

aus um, das das Signal der Ableitung des Sekundärstroms des Stromwandlers 1 wiedergibt.

Die an den Klemmen des Widerstandes 5 abgenommene Spannung ergibt nach Integration, die durch den integrierenden Funktionsverstärker 7 durchgeführt wird, ein Maß der Änderung des Flusses In dem magnetischen Kreis des Stromwandlers 1. Zwei Schwellwertdetektoren, von denen der Detektor 8 das Entstehen positiver Werte dieses Flusses und der andere Detektor 9 das Entstehen des entgegengesetzten Vorzeichens überwacht, geben logische Signale B und C ab, die das Überschreiten der durch die konstruktiven Werte des Stromwandlers 1 bestimmten Schwelle kennzeichnen.

Die drei logischen Signale A, B, C werden auf einen Steuerkreis 10 gegeben, der zwischen den Stromwandler 1 und die Last 2 geschaltet 1st. Der Steuerkreis 10 weist ein NICHT-Glied 11 auf, das das Signal A, zwei UND-Glieder 12 und 13, die die Signale A.B und A.C liefern, und schließlich ein ODER-Glied 14 auf, an dessen Ausgang man das logische Signal S erhält, das_dle zuvor angegebene logische Gleichung S = A.B V A.C wiedergibt.

Entsprechend Fig. 3 wird die zeitweilige Speicherung der Signale B (bzw. C) durch die Reihenschaltung eines ODER-Glieds 15 und eines UND-Glieds 16 erreicht. Der zweite Eingang des UND-Glieds erhält das invertierte Ausgangssignal, das man nach einer »Vorwärts«-Verzögerung (d. h., das Eingangssignal geht von 0 nach 1 über) von mehreren Sekunden, die weit die für zwei aufeinanderfolgende Einschaltungen erforderliche Zeit überdeckt, und durch eine »Rückwärtsw-Verzögerung (das Signal geht von 1 nach 0), die das Überlappen der Folgen vermeidet, mittels zweier Verzögerungsglieder 17, 18 und eines NICHT-Glleds 19 erhält. Der Ausgang des UND-Glieds 16 Ist mit der Steuerschaltung 10 verbunden.

Es ist ersichtlich, daß, wenn das Signal B (oder C) von dem logischen Niveau 0 zu dem logischen Niveau 1 übergeht, ein Anzeichen für das Überschreiten der durch den Detektor 8 (oder 9) festgelegten Schwelle, man am Ausgang des UND-Glieds 16 ein Signal B, (oder C, des logischen Niveaus 1 erhält. Dieses Signal wird so lange auf dem Wert 1 gehalten, so lange das Verzögerungsglied 17 den Eingang des NEIN-Glieds 19 nicht auf den Wert 1 und damit einen der Eingänge des UND-Glieds 16 auf

to den Wert 0 gebracht hat. Dieser Eingang wiederum wird auf den Wert 1 zurückgestellt, um den Speicher für ein neues Auslöseniveau am Ende der Verzögerung vorzubereiten, die diesesmal durch das Verzögerungsglied 18 veranlaßt wird.

Das in Flg.4 gezeigte Schaltbild schließlich ermöglicht durch die Reihenschaltung eines ODER-Glieds 20 und eines UND-Glieds 21 die Speicherung während einer unbegrenzten Zelt der durch einen der Schwellwertdetektoren 8 oder 9 abgegebenen Information. Der zweite Eingang des UND-Glieds 21 1st mittels eines NICHT-Glleds 22 mit dem Invertierten Signal gespeist, das von dem anderen Detektor abgegeben wird. Diese Speicherung ist nur begrenzt, wenn die Bildung des Flusses In dem magnetischen Kreis zu einer Erhöhung der remanenten Induktion führt.

Eines der Signale B (oder C), das zu dem logischen Wert 1 übergeht, wobei das Ausgangssignal B, des entsprechenden UND-Glieds 21 auf dem Wert 1 bleibt, so lange das Signal C nicht den logischen Wert 1 annimmt, schickt nun über das entsprechende NEIN-Glied 22 ein Signal mit dem logischen Wert 0 zu dem UND-Glied 21 und stellt das Signal B, auf den logischen Wert 0 zurück.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

10 15 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Feststellung von Zeltintervallen, in denen das Meßsignal eines Meßlransformators aufgrund des Errelchens des Sättigungszustandes fehlerhaft ist, mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Vorzeichens der Ableitung des Sekur.därstromes In dem Meßtransformator und mit zwei Schwellwertindikatoren, die Signale abgeben, die anzeigen, ob der Magnetfluß unterhalb einer ersten, negativen vorbestimmten Schwelle oder oberhalb einer zweiten, positiven Schwelle liegt, wobei eine digitale Schaltungsanordnung an die Schwellwertdetektoren angeschlossen Ist, die während dieser Zeitintervalle ein bestimmtes Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Schaltungsanordnung (10) das Ausgangssignal dann erzeugt, wenn das Vorzeichen der Ableitung des Sekundärstromes des Meßtransformators (3) positiv ist und gleichzeitig der Magnetfluß unterhalb der ersten vorbestimmten Schwelle liegt oder wenn das Vorzeichen negativ ist und gleichzeitig der Magnetfluß oberhalb der zweiten Schwelle Hegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (7) vorgesehen ist, die einen Spannungsintegrator enthält, der eine im Sekundärkreis des Meßtransformators (3) abgegriffene Spannung Integriert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (7) an die Anschlüsse einer ohmschen Last (5) Im Sekundärkreis des Meßlransformators (3) angeschlossen Ist, an der die Spannung abgegriffen 1st.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der digitalen Schaltungsanordnung (10) an ein Schaltungselement angeschlossen Ist, das die Verbindung zwischen dem Meßtransformator (3) und einem Schutzelement, das die Meßsignale dieses Meßiransformators auswertet, unterbindet, wenn der Ausgang der digitalen Schaltungsanordnung (10) das Ausgangssignal (S) abgibt.