CH438465A

CH438465A - Kurzschlussschutzeinrichtung

Info

Publication number: CH438465A
Application number: CH627166A
Authority: CH
Inventors: Kindler Gerhard
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1967-06-30
Also published as: DE1538286B2; NL6702747A; BE697723A; SE329430B; DE1538286A1; NL158662B

Description

Kurzschlussschutzeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kurzschlussschutzeinrich- tung mit wenigstens einem im Über:strombereich gesättig ten Stromwandler, woben aus einer Wechselstro:

mh alb- welle über wenigstens einen aus zwei Transistoren be stehenden und mit dem einen Pol des Stromwandlers verbundenen Trigger ein Impuls gebildet wird, der je nach der Polarität der Halbwelle eine Auslösung oder Sperrung bewirkt und dem Stromwandler wenigstens ein Widerstand parallel liegt,

an welchem eine strompropor tionale Spannung abgegriffen wird.

Solche Kurzschlussschutzeinrichtungen, bei denen also die Ströme über Triggerschaltungen in rechteck- förmige Impulse unigewandelt werden, können für alle Schutzarten verwendet werden, weiche den Strom als Messgrösse benutzen.

Bei einem überstromschutz .ist es hierbei nur wichtig, dass der Impuls dann den Trigger betätigt, wenn eine- bestimmte Stromhöhe überschritten wird. Die Überschreitung muss dabei innerhalb jeder Halbwelle lang genug andauern, damfit die Betätigung erfolgen kann.

Es können hierbei nun Verkürzungen der Betätigungsünpulse auftreten, wenn der speisende Wand ler oder damit verbundene Hilfswandler gesättigt wer den. Bei Sätti!gungserscheinungen solcher Wandler treten dann bekanntlich Stromspitzen auf, die aber schnell wie der auf Null zurückgehen. Die Impulsbreite ist dann nur noch entsprechend der Stromspitze vorhanden. Diese kann zu kurz sein, um eine Auslösung zu bewerkstelligen.

Bei Vergleichs,schutzsystemen, also Differentialschutz oder Sammelsahienenachutz, bei denen mindestens zwei elektrische Grössen miteinander verglichen werden, kommt es nicht nur darauf an, dass die elektrische Grösse eine bestimmte Höhe hat, sondern auch auf die Phasenlage zwischen den beiden Messgrössen.

Als Ver- gleichsschutz sohl hierbei auch der Impedanzschutz an- gesehen werden, soweit er beispielsweise mit Hilfe von über Gleichrichtern gespeisten Brückenschaltungen die Ü@berlappung der Messgrössen ausnutzt. Ein Sammcl- sahienenschutz,

welcher nach diesem Prinzip arbeitet, ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift <B>1208</B> 397 beschrieben.

Wenn nun die Sinusform des Stromes in eine Recht- eckform umgewandelt wird, und die überlappung der Rechteekimpulse verglichen wird, so soll eine Betätigung erfolgen, wenn die Überlappung klein oder null ist. Es soll eine Spenun:

g oder einte andere Betätigung erfolgen, wenn die Überlappung gross oder vollständig ist. Die Breite der Rechteckimpulse entspricht nun der positiven oder negativen Halbwelle des Primärstromes. Es muss daher die Bedingung erfüllt sein,,

dass der Primärstrom auf die Sekundärseite formtreu übertragen wird. Dies ist solange der Fall, als die verwendeten Stromwandler- kerne ungesättigt bleiben.

Schutzeinrichtungen aber sollen gerade bei hohen Überlastungen richtig arbeiten. Hierfür ist diese Be dingung nicht mehr in jedem Falle gegeben. Insbeson dere bei Einschwingvorgängen mit hohen Ausgleichsvor gängen können .die Wandler leicht in den Sättigungs- bereich kommen.

Dann sind aber die elektrischen Grös- sen auf der Sekundärseite des Wandlers nicht mehr mit der Sinusforrn der Primärseite identisch.

Der Strom wird verzerrt, es entstehen Spitzen, die zwar hohe Amplituden besitzen, aber schmaler als die ursprüngliche Sinusform sind. Infolgedessen entsprechen die Nulldurchgänge auf der Primärseite nicht mehr den Nulldurchgängen auf der Sekundärseite. Hierdurch wird die <RTI

ID="0001.0187"> überlappung der zu Vergleichenden elektrischen Grössen ebenfalls beein- flusst. Wie die Figur 1 zeigt, können hierbei sogar falsche Polaritäten auftreten, die eine Falschauslösung des Schutzes bewirken können.

Im oberen Teil der Figur 1 ist der Primärstrom Ir sinusförmig. Er würde einen Rechteckimpuls erzeugen, der im unteren Teil ge strichelt dargestellt und. mit il' (bezeichnet ist. Der Sekun- därstrom IS ist nun aber durch die Sättigung des Magnet kernes verzerrt.

Man erkennt, dass der Rechteckimpuls ip dann erheblich kürzer ist, und sogar während der posi- tiven Hälbwelle des Primämstromeis negativ wird. Es ist klar,

dass die überlappungszeit dadurch erheblich be einflusst wird und zu falschem Arbeiten des Schutzes RTI ID="0001.0238" WI="10" HE="4" LX="1121" LY="2610"> Anlass geben kann.

Stellt man nun die Bedingung, dass der Schutz aus- lösen soll, wenn die überlappung der beiden Mess- grössen beispielsweise zwischen 60 und 180 liegt,

so würde durch die Verzerrung die- überlappung sich auf den Bereich von 150 bis .180 beschränken.

Im Bereich von 60 bis 150 , wo ebenfalls ausgelöst werden sollte, ist die üb'erlappungszeit zu gering, um. eine Auslösung zu ermöglichen. Umgekehrt können aber hierbei auch Falschauslösungen auftreten,

wenn ein Sperrbefehl ge- geben werden soll. Der Beginn des Impulses i wird, wie der untere Teil der Figur 1 zeigt, in der Richtung nach links erweitert. Er beginnt nicht erst beim Nulldurchgang der Sinuskurve des Primärstromes,

sondern bereits vor her beim Nulldurchgang des Sekundärstromes. Diese Vorverschebung de;s Impulses erweitert den Bereich für die Auslösung, obwohl in diesem Bereich eine Sperrung erfolgen sollte. Dies kann also zu falschen Auislösungen Anlass geben.

Die Erfindung soll nun die Aufgabe lösen, diesen Nachteil zu vermeiden und, auch wenn die Stromwand ler gesättigt sind, .ein einwandfreies Arbeiten solcher Vergleichsschutzsysteme zu bewirken.

Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass zwischen die Basis des ersten Transistors der Trigger- schaltung und dessen Emitter mit seinem Emitterwider- stand die Reihenschaltung eines Kondensatoms und eines Widerstandes liegt und zwischen dem Verbindungspunkt zwischen diesem Kondensator und diesem Widerstand und dem nicht an den zugehörigen Trigger

angeschlosse nen Pol des Stromwandlers ein weiterer Widerstand ge schaltet ist und dass zwischen dem Anschlusspunkt der Widerstandskondensatorsch.altung an den Emitterwider- stand und den. Stromwandlerwiderstand eine Diode in gleicher Auslöserichtung wie die des Transistors liegt.

Die vorgeschlagene Massnahme bewirkt zweierlei: Einmal wird ein entstandener Rechteckimpuls @durch die Einrichtung länger aufrechterhalten, also der Bereich erweitert. Ferner wird. damit erreicht, dass beim Wech sel der Polarität des Primärstromes auch der Rechteck- impuls aufhören muss.

Die Figur 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung. Der Strom in der Leitung 1 ist mit IP bezeichnet, er ist der Primärstrom im Stromwandler 2. Dieser Strom wird der nachgeschalteten Schutzeinrichtung zugeführt. Er wird dann mit einem weiteren Strom verglichen.

Diese zweite Einrichtung ist nicht gezeichnet, weil die aus dem Strom erzeugten Impulse in gleicher Weise gewon nen werden und die überlappungseinrichtungen bekannt sind.

Die Erfindung betrifft ja nur die Formgebung der Impulse selbst. In der Sekundärwicklung des Strom wandlers 2 fliesst der Strom Is. Die Zenerdioden 3 die nen der Herabsetzung der Überspannung in bekannter Weise. Aus dem Strom wird nun für jede Halbwelle ge- trennt eine stromproportionale Spannung gewonnen.

Dies geschieht mit den Dioden 4 und 5 sowie den Wider ständen 6 und 7. Fliesst der Strom gerade in der ange gebenen Richtung, so schliesst er .sich über den Wider stand 6 und die Diode 5.

In diesem Falle sei ang3nom- men, dass eine positive Spannung am Widerstand 6 liegt. In der anderen Halbwelle fliesst (der Strom über den Widerstand 7 und die Diode 4. Die so entstandene posi tive Spannung wird nun dem Transistor 8 zugeführt, der zu einer Triggerschaltung gehört.

Sie ist so geschaltet, dass beim Auftreten einer positiven Spannung an der Basis des Transistors 8 am Ausgange des Transistors 9 ein positives Signal in Rechteckform ip entsteht.

Die übrigen Widerstände 10 bis 14 und die Diode 15 sind Bestandteile der an sich bekannten Triggerschaltung, welche hier nicht näher erklärt zu werden braucht. Über 'die Widerstände wird die positive Spannung P an die Schaltung angelegt.

Die Triggerschaltung spricht nun an, wenn die Halbwelle des Stromes IP positiv ist. Tritt zwi schen IP und Is keine Verzerrung auf, dann bildet sich am Ausgang des Triggers eine Rechteckspannung aus,

welche der gestrichelt dargestellten Rechteckform ip' der Figur 1 entspricht. Wenn nun aber der Sekundärstrom Is infolge der Sättigung des Magnetkernes des Wandlers 2 verzerrt ist, so wird dadurch auch der Rechteckimpuls falsch nachgebildet. Die Impulslänge wird verkürzt. Um diese Verkürzung nun zu verhindern,

ist die Wi@der- stands-Dioden-Kombination vorgesehen, welche aus den Widerständen 16 und 17, dem Kondensator 18 und der Diode 19 besteht.

Diese Kombination wirkt nun folgendermassen: Der Kondensator 18 speichert während der Sättigungsspitze des Stromes IS Energie. Wenn der Strom auf Null geht, so gibt er diese Energie über den Transistor 8 wieder ab, so dass dieser weiterhin positive Spannung zugeführt be kommt und den Trigger offen hält.

Dies wirkt als Ab- fallverzögerung des Triggers. Damit sich der Konden sator nicht über den Widerstand 6 entladen kann, ''ist die Diode 19 vorgesehen.

Wenn nun aber die negative Sättigungsspitze ent steht, so muss der Transistor 8 sofort gesperrt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die nach dem Null- durchgang am Widerstand 7 auftretende Spannung über den Widerstand 16, der hochohrig sein muss, um eine Kopplung zwischen dem positiven und negativen Kreis zu verhindern,

an den Kondensator 18 gegeben wird. Dann liegen die ,gleichen Potentiale auf beiden Seiten des Kondensators 18, und die Entladung wird unter bunden.

In gleicher Weise wird der durch die negative Halb- welle des Primärstromes entstehende Impuls in durch entsprechende Schaltungen verlängert. Dies ist im ande ren Teil- der Figur 2 dargestellt. Die einzelnen Schalt elemente sind mit dem im linken Teil Dargestellten gleich und daher nicht näher bezeichnet.

Es .sei noch er wähnt, dass P und N den Plus- und Minus-Pol der für die Transistoren erforderlichen Hilfsspannung bedeuten.

Durch .diese Massnahmen wird erreicht, dass die Im pulsdauer trotz Sättigung des Eisenkernes des Wand- lers 2 oder eines .an diesen angeschlossenen Hilfswand- lers auf einen Wert verlängert werden kann, der keine Falsch- oder Fehlauslösung des Schutzes bewirkt. Die Verlängerung braucht sich nicht unbedingt über die ganze Halbwelle zu erstrecken.

Es muss nur der Teil der Periode, während kein Signal erfolgt, so klein. -sein, dass 'keine falsche Auslösung des Triggers erfolgen kann. Man braucht ja zur Auslösung eine bestimmte Zeitdauer des Impulses.

Wenn diese nicht erreicht wird, gibt es keine Falsch- oder Fehlauslösung. So genügt es beispielsweise, 'den Impuls i in .der Figur 1, welcher etwa 80 breit ist, auf etwa 150 zu verlängern. Dann würde das Fehlen des Impulses oder ein fälschlicherweise auftretender ne gativen Impuls nur noch 30 zur Verfügung haben.

Dies reicht dann nicht mehr zu einer Auslösung aus.

Als Anwendungsgebiet @dieser Einrichtung kommt ein Überstromsehutz, Differentialschutzsysteme und der Sammelschutz sowie jauch der Distanzschutz in Frage.

Der technische Vorteil ist, dass Sättigungserschei- nungen, welche insbesondere bei Einschwingavorgängen ,auftreten :können, keinen Einfluss auf die Wirkungsweise des Schutzes haben.

Claims

PATENTANSPRUCH Kurzschlussschutzeinrichtung mit wenigstens einem im überstrombereich gesättigten Stromwandler, wobei aus einer Wechselstromhalbwelle über wenigstens eine aus zwei Transistoren bestehenden und mit dem einen Pol des Stromwandlers verbundenen Trigger ein Impuls gebildet wird, -der je nach der Polarität der Halbwelle eine Auslösung oder Sperrung bewirkt,

und dem Strom wandler wenigstens ein Widerstand parallel liegt, an welchem eine stromproportionale Spannung abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Basis des ersten Transistors und dessen Emitter mit seinem Emitterwiderstand die Reihenschaltung eines Konden sators und eines Widerstandes liegt und zwischen dem Verbindungspunkt zwischen diesem Kondensator und diesem Widerstand und dem nicht an den zugehörigen Trigger <RTI

ID="0003.0025"> angeschlossenen Pol des Stromwandlers ein weiterer Widerstand geschaltet ist, und dass zwischen dem Anschlusspunkt der Wid-erstandskondensatorschal- turrg an den Emitterwiderstand und dem Stromwandler widerstand eine Diode in gleicher Durchlass.richtung wie die das Transistors liegt. UNTERANSPRÜCHE 1.

Kurzschlussschutzeinrichtung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, das an beiden Polen eines Stromwandlers für jede Halbwelle gesondert ein Trigger angeschlossen ist und dasis der die proportionale Spannung erzeugende Widerstand doppelt ausgeführt ist und der Mittelpunkt reit den Dioden verbunden ist.

2. Kurzschlussschutzeinrichtung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände und der Kondensator so bemessen sind, dass die Impulse um etwa, 90 verlängert werden.