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Einschaltsichere Schnelldifferential-Schutzeinrichtung fürTransformatoren
und Generatoren Für den Differentialschutz von Transformatoren sind Quotientendifferentialrelais
bekannt, die beispielsweise als Waagebalkensystem mit je einer Stromspule an jedem
Ende ausgebildet sind. Die eine Stromspule wird dabei vom Betriebsstrom bzw. üurchgehenden
Kurzschlußstrom durchflossen, während ,die andere Spule von der Differenz der in
den geschützten Transformator hineir-und herausfließenden Ströme gespeist wird.
Diese Relais sind dann so ausgelegt, daß sie ansprechen, wenn der Differenzstrom
einen .bestimmten Bruchteil des durchgehenden Betriebsstromes erreicht. Damit werden,
in bekannter Weise Fehlauslösungen bei außerhalb des Schutzbereiches gelegenen Fehlern
vermieden. Ein solches Relais spricht jedoch immer noch auf den Einschaltstromstoß
des Transformators an und muß daher beispielsweise durch eine passend bemessene
Zeitverzögerung noch zusätzlich gegen Fehlauslösungen, geschützt werden. Diese Zeitverzögerung
ist natürlich bei echten Fehlern im Transformator sehr unerwünscht, und man hat
solche Wagenbalkenrelais bereits dadurch gegen Fehlauslösungen beim Einschalten
des Transformators gesichert, daß sowohl vor der Hafte- als auch vor der Auslösespule
des Relais Filter- bzw. Sperrkreise vorgesehen wurden, die z. B. die höheren Harmonischen
des. Stromes vorzugsweise durch die Haltespule schicken, während das vom Differenzstrom
durchflossene Auslösesystem des Relais nur von der Grundwelle erregt wird. Diese
Einrichtungen benötigen aber Filter bzw. Sperrkreise, die bei dem hier in Frage
kommenden Strombereich ziemlich umfangreich ausfallen und zudem genau abgestimmt
sein müssen.
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Es ist ferner bekannt, ein hochempfindliches polarisiertes oder Drehspulrelais,
in eine Brückenschaltung mit zwei Gleichrichteranordnungen zu legen, von denen die
eine das Relais mit einem
Gleichstrom proportional dem Haltestrom
(Betriebsstrom oder über den Transformator hinwegfließenden Kurzflußstrom bei äußeren
Fehlern) spList und so gepolt ist, daß dieser Strom das Relais in der Ruhelage hält,
während. die zweite GI-eichrichteranordnung vom Differenzstrom, gespeist wird und(
so gepolt ist, daß :dieser Strom allein ein Ansprechen des Relais bewirken würde.
Diese Anordnung ist wieder so ausgelegt, daß ein Ansprechen des Relais erfolgt,
wenn der Differenzstrom einen bestimmten. Teilbetrag des Haltestroms erreicht.
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Auch dIese Schutzanordnung würde bei Einsclzaltström-°n des Transformators
fehl ansprechen, wenn sie auf eine für die Belange,d; s Differentialschutzes ausreichende
Empfindlichkeit eingestellt ist und außerdem die Dämpfung des Relaissystems gering
gehalten wird, um eine maximale Ansprech.-geschwindigkeit bei echten Fehlern im
geschützten Transformator zu erreichen. Um solche Fehlauslösungen zu vermeiden,
könnten in der an -sieh schon oben beschriebenen und bekannten. Weise Filter- bzw.
Sperrkreis für die Grundwelle und höheren. Harmonischem hinzugenommen werden, die
aber wiederum recht aufwendig würden und eine genaue Abstimmung erfordern.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Schutzeinrichtungen
zu vermeiden, und sie erreicht dies unter Verwendung der zuletzt erwähnten, Brückenschaltung
.eines Auslöserelais mit zwei vom Haltestrom bzw. vom Differenzstrom gespeisten
Gleichr ichteranordnungen erfindungs-, g emäß dadurch, daß im Eing a ngskreis der
vom Haltestrom oder einem diesem proportionalen Strom gespeisten Gleichrichteranordnung
ein als Drosselspule ausgebildeter Shunt und ein Obmscher Vorwiderstand und im Eingangskreis
-der vom Differenzstrom. oder .einem diesemt proportionalen Strom gespeisten Gleichric'hteranordnung
ein als rein. Ohmscher Widerstand ausgebildeter Shunt und ein als Drosselspule ausgebildeter
Vorwiderstand angeordnet sind.
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In der Zeichnung sind zwei Ausfübrungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. i zeigt eine Schutzein,rich.tung in einphasiger. Fig. 2 eine Schutzeinrichtung
in dreiphasiger Anordnung.
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Nach Fig. i speist ein. Anpassungsstromrw-andler i die Gleichrichteranordnung
2 und -damit das hochempfindlic'he Gleichstromrelais 3 proportional dem Haltestrom
JH, der den Betriebsstrom oder über den Transformator hinwegfließenden Kurzschluß:strom
bei äußeren Fehlern darstellt. Die Gleichrichteranordnung ist dabei so gepolt, daß@
dieser Strom das Relais. 3 in der Ruhelage festhält und eine Kontaktgabe verhindert.
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Über einen weiteren Anpassungsübertrager -.I wird eine zweite Gleichrichteranordnung
5 gespeist, die beispielsweise in Brückenschaltung mit der Gleichrichteranordnung
2 und dem Relais 3 zusammenarbeitet und so gepolt ist, daß der Strom des Wandlers
.I für sich allein ein Ansprechen dies Relais 3 bewirken würde. Die Primärseite
.dieses Wan,d''lers 4 wird vom Differenzstrom AJ durchflossen. Die Anordnung ist
so ausgelegt, daß ein Ansprechen des Relais 3 erfolgt, wenn der Differenzstrom JJ
,einen bestimmten Teilbetrag des Haltestromes JH erreicht. Die Einstellung der Ansprechempfindlichkeit
bei sehr ggeringem oder gar keinem Haltestrom. kann in bekannterWeise mittels mechanischer,
elektrischer oder magnetischer Vorspannung vorgenommen werden. Insoweit ist diese
Anordnung bekannt.
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K ach der Erfindung wirken nun die Halte- bzw. Auslösteströme nicht
unmittelbar, wenn auch über Anpassungswandler, auf die Brückenschaltung, sondern
sie werden über je einen Shunt 7 bzw. 8 geleitet und der Spannungsabfall dieser
Shunts wird über geeignete Vorwiderstände auf die Brückenschaltung gegeben..
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Der Shunt 7 im Haltestromkreis ist als Drosselspule und der Vorschaltwiderstand
9 vor dem zugehörigen Gleichrichter 2 als Ohmscher Widerstand ausgebildet, dem,
unter Umständen noch ein Kondensator ö parallel geschaltet sein kann. Der Sh.unt
8 im. Differenzstromkreis wird als rein Ohntscher Widerstand ausgeführt, dem gegebenenfaals
ein Kondensator parallel geschaltet sein kann. Der Vorwiderstand io zu dem zugehörigen
Gleichrichter 5 ist als Drosselspule ausgeführt.
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Diese Anordnung wird nun, so dim-ens:ion@i-ert, daß bei rein. sinusförmigen
Strömen ein Ansprechen des Differentialrelais 3 erfolgt, wenn der Diffrenzstrom
d J etwa 50010 des Haltestromes JH
erreicht. Damit ergibt sich bei
allen innenliegenden Fehlern des. Transformators eine sofortige un, verzögerte Auslösung,
während die Auslösung bei außerhalb gelegenen Fehlern. in bekannter Weise verhindert
wird..
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Eine Fehlauslösung durch den Einschaltstromstoß des geschützten: Transformators
wird dadurch verhindert, daß infolge der ,dem Einsc'haltstromstoß überlagerten starken
höheren Harmonischen an. der Drosse1spuie 7 ein wesentlich 'höherer Spannungsabfall
entsteht als dies eirnem sinusförmigen Strom vom gleichen Mittelwert entspräche.
Hierdurch wird: die Haltewirkung über den Ohmschen Vorwiderstand 9 und die Gleichric"hteranordnung
2 in dem Relais 3 wesentlich, größer als bei einem gleich großen Sinusstrom der
Grundfrequenz. Irrt Differenzstromkreis werden dagegen infolge des Ohm, sehen Charakters
des Shunts 8 die höheren Harmonischen. in der Klemmenspannung nicht beson, ders
hervorgehoben. Bei Vorhandensein: des Parallelkondensators werden sie sogar im Gegenteil
gegen@iiher der Grundwelle noch veringert. Die Beaufschlagung des M.eßsysterns über
die Drosselspule io bewirkt außerdem, daß der von den. Oberwellen herrührende auslösend
wirkende Teilstrom im Differentialrelais 3 gegenüber der Grundwelle herabgedrückt
wird. Es ergibt sich somit bei Einschaltstromstößen einSperren bzw. Nichtansprechen
-der erfindungsgemäßen Schutzschaltung, weil einerseits durch die besondere Hervorhebung
der höheren Harmonischen. im Haltekreis eine wesentliche Erhöhung der Haltekräfte
und andererseits eine wesentliche Verringerung der Auslösekraft
infolge
des gedrosselten Einflusses der Oberwellen auf :der Differenzstromseite bewirkt
ist.
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Natürlich sind bei dieser Anordnung die Anpassungswandler i bzw. 4
nicht unbedingt nötig, sondern es wäre 4urchaus denkbar, die Shunts 7 und 8 unimittelbar
von, den sekundären Betriebsströmen bzw. Differenzströmen durchfließen. zu lassen.
Die Eingänge der Gleichrich:termeßschaltung können: auch über kleine Zwischenspaninungswandler
an. die Shunts angeschlossen werden.
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Für den Schutz eines dreiphasigen Transformators könnte man, beispielsweise
drei einphasige An: ordnungen nach Fig. i zu einem drehstrommäßigen Schutz vereinigen.
Man kann jedoch, um msit nur einem einzigen Differentialrelais. auszukommen, auch
auf die an sich bekannten drei- oder mehrphasigen Gleichrichterschaltungen zurückgreifen
und diese in der erfindungsgemäßen Weise gegen Einschaltstromstoß immunisieren.
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Eine derartige dreiphasige Schutzanordnung zeigt Fig.2. Hierbei liegen(
in an sieh bekannter Weise die Primärwicklungen der Stromwandler i in den Verbindungsleitungen
der ober- und Stromwandler -des Transformators und führen somit den Betriebsstrom
oder durchgehenden Kurzschlußst.rom, während über Mittelanzapfungen dieser Primürwicklungen
die Stromwandler 4 des Differenzstromkreises gespeist werden.
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Analog,der erfindungsgemäßen einphasigen Anordnung nach Fig. i speisen
diese Wandler mit ihrer Sekundärseite nicht unmittelbar die Gleich, richtermeßkreise,
sondern induktive Shunts 7 auf der Halteseite und, Ohmsche Shunts 8 auf der Auslöseseite.
Die Shunts sind je für sich: in Stern geschaltet und auf der Halteseite über Ohmsche
Widerstände g an die, Gleichrichterschaltung gelegt, während, auf der Auslöseseite
(Differenzstromseite) diese Vorwiderstände als Drosselspulen io ausgeführt sind.
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Selbstverständlich können auch bei der dreiphasigen Anordnung die
Zwischenstromwandler auf der Halbe- unid/oder Auslöseseite fortfallen. Dann müßten
die Shuntdrosseln 7 mit Mittelanzapfunigen ausgeführt werden, oder es müßten je
zwei Drosseln in Reihe verwendet werden, zwischen denen dann der Differenzstromkreis
angeschlossen würde. Auch hier können die Gleichrichtermeßlcreise über kleine ZwiscbenspannungswandIer
an die Shunts 7 und 8 angeschlossen: werden.