SE452822B - Forfarande for bestemning av atminstone en av plusfoljdstrommarna och/eller en av minusfoljdsstrommarna samt anordning for genomforande av det nemnda forfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 822 För att skydda en maskin mot skador förorsakade av sådan snedbelastning finns därför s k minusströmskydd, baserade på en mätning av minusföljdsströmmen.

För att ur aktuella nätströmmar erhålla minusföljdsströmmen ingår i befint- liga minusströmskydd en mätanordning i form av ett filter innehållande mot- stånd och induktanser eller kondensatorer. Denna uppfinning omfattar ett nytt förfarande och nya anordningar för att få ett mått på denna ström utan använd- ande av R-, L- eller C-komponenter.

Teknikens ståndpunkt, problem I Rent allmänt blir förfarandet vid dekomponeringen av en osymmetrisk trefasström i ett symmetriskt minus- och plusströmssystem olika, beroende på om det aktuella I nätet är jordat eller ej. Om nätet ej är jordat kan den osymmetriska strömmen ! dekomponeras som tidigare omtalat i en minus- och en plusföljdsström med den förra med negativ fasföljd relativt nätet och med plusföljdsströmmen med posi- ; tiv fasföljd. I fig 1 återges en osymmetrisk belastning och i fig 2 återges mot- 1 svarande plus- och minusföljdsströmmar med angiven fasföljd för ett icke jordat nät.

Då nätet är jordat uppkommer vid osymmetrisk belastning även en nollföljds- ström, vilket medför att dekomponeringen kommer att omfatta ett nollföljds- system som i ett trefassystem består av tre till storlek och fas lika enfas- storheter. Dekomponeringen av ett osymmetriskt belastat och jordat nät skulle kunna vara som visat i fig 3.

Eftersom minusföljdssystemets fasströmmar är lika räcker det att mäta en av dessa. I ett icke jordat system kan, som skall beskrivas, minusföljdsströmmen eller en signal proportionell mot denna mätas med hjälp av två av fasström- marna i det aktuella nätet. I ett jordat system måste samliga fasströmmar mätas i en speciell koppling som framgår av det följande, se figur 8, för att eliminera nollföljdsströmmen.

Dekomponeringen av fasströmmarna för att få ett mått på minusföljdsströmmen sker enligt känd teknik í s k minusströmsfilter. Ett sådant är beskrivet i svenska patentskríften SE 369 232 (US 3 699 UÄ1). En variant på detta filter skall beskrivas något närmare. Filtrets koppling framgår av fig H och omfattar ett motstånd R1 i parallell med en induktans L Parallellkopplingen matas med 1. en ström motsvarande fasströmmen IT, varvid över kopplingen bildas en spänning Ü Filtret omfattar vidare en seriekoppling av en induktans L2 och ett mot- 1. stånd R2, vilken genomflytes av en ström motsvarande fasströmmen IR. Över 15 20 25 30 452. 822 3 seriekopplingen bildas spänningen Ü Genom lämplig dimensionering av i filt- 2. ret ingående komponenter kan man visa att filtrets utsignal Ût då ingen minus- följdsström finnes, dvs då nätet är symmetriskt belastat, är noll och då minusföljdsström finnes utsignalen Ü återger en signal proportionell mot minus- följdsströmmen.

I ett symmetriskt belastat nät är samtliga fasströmmar IR, IS och IT enligt fig 5 lika i amplitud och 120° förskjutna 1 förhållande till varandra. Med IR som referensfas bildas Üë som resultanten av IRR2 i fas med IR och IRXL §0° förskjutet relativt IR. Eftersom XL I X en rät linje på vilken I X gar angetts för märkfrekvens f och 0,8-f R L2 R L2 n n samt 1,2-fn. är frekvensberoende blir ortskurvan för På grund av de i filtret angivna strömriktningarna måste man för att bestämma Ü1 utgå från fasströmmen -EI, dvs -IR11120°. Ortskurvan för Ü1 blir en halv- cirkel på vars periferi ändpunkten för vektorn Ü1 vid märkfrekvens fn och 0,8-fn samt 1,2-fn har markerats.

Genom lämplig dimensionering och trimning blir Ûk = Üå och eftersom Ü är spän- ningen mellan vektorernas Ü och U2 ändpunkter blir U = 0. 1 Vid studium av förhållandena vid osymmetrisk belastning kan man utgå från minusföljdsströmdiagrammet i fig 2. Med IR_ som referensfas bildas som visas i fig 6 spänningen Ü på samma sätt som vid det tidigare beskrivna symmetriska 2 fallet. På grund av minusföljdssystemets omkastade fasföljd och den i filtret angivna strömriktningen för IT måste vi även här utgå från - T_, dvs -IRA52ü0°.

Ortskurvan för Û1 utgörs av den i fig 6 visade halvcirkeln. Filtrets utsignal Û framgår av figuren och vektorns absolutvärde är proportionellt mot minus- följdsströmmen och utgör således ett mått på denna.

Strömmatning till minusströmsfilter av visad typ för icke jordat system fram- går av fig 7 som förutom strömtransformatorer SR och ST innehåller mellan- strömstransformatorer MR och M S.

För ett jordat system måste för att eliminera eventuell nollföljdsström samt- liga fasströmmar mätas, vilket sker med strömtransformatorerna S S och S R' S T' se fig 8. Mellanströmstransformatorer M1 och M2 ingår och deras koppling fram- går av figuren.

Minusströmsfilter både enligt SE 369 232 och det här beskrivna är behäftade med vissa nackdelar. Som framgår av fig 5 kommer filtret att avge_en utspänning 10 15 20 25 30 35 452 822 . , a- även vid ett symmetriskt belastat system då frekvensen varierar, eftersom Ü1 och U2 blir olika. Även vid dynamiska och övergående ändringar i nätet kan filtret avge signal utan att någon minusföljdsström finnes i nätet. Övertoner på nätet kan också resultera i att filtret avger utsignal p g a olika frekvens- gång i de tre faserna.

Sådana felindikeringar kan ge upphov till obefogat alarm, blockering eller utlösning.

Redogörelse för uppfinningen, figurförteckning, utförandeformer Som det har framgått kan strömmen i varje fas i ett osymmetriskt belastat system dekomponeras i en minus- och en plusföljdskomponent, eventuellt om systemet är jordat med en nollföljdskomponent. I ett system enligt fig 1 och 2 har IR1 dekomponerats i IR+ och IR_ med vinkeln 9 mellan komponenterna, vilket framgår av fig 9. Sambandet mellan IR¿.IR+ och IR_ kan beskrivas med hjälp av eosinusteoremet. För S- och T-faserna kan motsvarande uppdelning göras och kännetecknande är att |IR+| = |IS+| = |IT+| = II1| och att |IR_| = |IS_| = |IT_| = |I2| samt att fasvinklarna mellan de dekomponerade plus- respektive minusföljdsströmmarna är 1200. För R-fasen blir [I1| = Plusföljdskomponenten IR* = I 1 + I 2 - 2I1I2 cos 8 1 2 |I2| = Minusföljdskomponenten Motsvarande ekvationer kan uppställas för S- och T-faserna, varvid man har tre ekvationer med tre obekanta, dvs man kan med ledning av en strömmätning av samtliga fasströmmar göra en anordning för att beräkna både minus- och plusföljdskomponenten samt vinkeln 6.

Beskrivning av ritningsfigurer Figur 1 visar exempel på strömmarna i ett osymmetriskt belastat nät.

Figur 2 visar en dekomponering av fasströmmarna i fig 1 i minus- och plus- följdsströmmar för ett icke jordat system.

Figur 3 visar fasströmmar, minus- och plusföljdsströmmar samt nollföljds- strömmar i ett jordat system.

Figur H visar ett utförande av ett minusströmsfilter.

Figur 5 visar hur filtrets utsignal komponeras vid ett symmetriskt belastat nät.

Figur 6 visar hur filtrets utsignal motsvarande systemets minusföljdsström i ett icke jordat osymmetriskt belastat nät komponeras.

Figur 7 visar hur filtret strömmatas vid mínusföljdsströmsmätning i ett icke jordat system. 10 15 20 25 5152 822, »- Figur 8 visar hur filtret strömmatas vid minusföljdsmätning i ett jordat system.

Figur 9 visar hur en fasström IR1 dekomponeras i en minusföljdsström IR_ och en plusföljdsström IR+.

Figur 10 visar ett flödesschema för beräkning av plusföljds- och minusföljds- ström.

Figur 11 visar ett flödesschema för digital beräkning av plusföljdsf och minusföljdsström.

Figur 12 visar mellanströmstransformatorernas koppling för att göra mätanord~ ningen oberoende av om nätet är jordat eller ej.

Ekvatíonssystemet för samtliga fasströmmar blir: IR= = I1= + Iz* - 2 I1-I2 cos G (1) o = - - - 2 IS* I12 + I22 2 I1 I2 cos (9 120 ) ( ) 1,; = 112 + 122 - 2 11-12 cos (e+12o°> (3) Genom att bilda (2) - (1) erhålles IS: __ IR: = 2 I1~I2 cos 8 - 2 I1-I2 cos (9-120°) (H) och (3) - (1) ger IT? - IR*- Med hjälp = 2 I1-I cose - 2 I1-Iz cos (9+120°) (É) 2 av trigonometriska omvandlingsformler och insättning av värden för sin 1200 och cos 1200 kan (U) och (5) skrivas som 152 - 132 = 11-12 (3 cos e + Jšsin e) (a) 1T= - 1R= = 11-12 (3 oss e _ Jšsin e) (7) Genom att addera (6) och (7) erhålles IS* + IT* - 2 IR* = 6 I1-I2 cos 9 (ßa) I 2 + I ¿ - 2I 2 S T R dvs ZI1 - I2 - cos 8 = ----š----- (ßb) Insättning av (Bb) i (1) ger IRZ = 112 Genom att Isa ' 112 I 2 + I 2 - 2I 2 + 122 _ (9) bilda differensen (6) - (7) erhålles =1112-2~/3's1ne (10) 10 15 20 452 822 6 .

Kvoten (10)/(8a)gerefter vissa omräkningar tan 9 = Jï (11) 132 + IT* - ZIR* Genom lösning av (10) med avseende på I1 och insättning i (1) erhålles efter mellanräkningar Isa _ ITZ (152 - 113)* I 2 - ----- + ----r-- - I 2 = 0 (12) 2 ß tan 0 12122 s1n2 6 R Insättning av tan 6 enligt (11) ger 2 z z Ia _ 2 z Iç-I: IR+IS+IT+(S IT)=O (13) 2 2 3 12 sinz 6 Elíminatíon av sin26 i ekvation (13) sker med hjälp av (11) som efter insätt- ning i det trigonometriska sambandet tan* B 1+tan2 8 sina Q = Se* '3(ITz _ Isa )a (ISZ + ITz - ZIRE )2 + 3(IT2 - ISZF Sina Q = (1H) Insättning av detta värde i (13) ger efter' mellanräkningar IR: -i= IS: + IT? IR* + IS* + IT* - I 2182 - IRZ IT: - IS* 1,13 _________ R 2 2 3 9 Genom att sätta 2A _ I; + :S2 + 1,; ' 3 (16) I«+I«+I~ -1212-1212-1212 5:a s T Rs nr sr m) 9 övergår (15) till I“-2AI2+B=0 2 2 (18) med lösning (19) =0 (15 10 15 20 25 5152 822 och eftersom imaginära strömmar ej är intressanta kan (19) skrivas som I= |AïJ:A=-ß|| I,= |Aïf'1A=-ß|| 2 (ao) Information om vilket av tecknen t under kvadratrottecknet i ekvation (20) som skall komma till användning bestäms av nätets fasföljd. Man kan också enkelt visa att ekvation (20) kan användas för beräkning av plusföljdsströmmen I1.

Sambanden mellan 1 tecknen under kvadratrottecknet, fasföljd och plusföljds- och minusföljdsström framgår av följande tabell: Ström I1 Iz Fasföljd RST + - RTS - + De räkneoperationer som behövs för att erhålla I1 och/eller Iz med kännedom om nätets fasföljd är som det har framgått relativt enkla sådana och kan rent prak- tiskt utformas på ett flertal olika sätt. Ett flödesberäkningsschema framgår av fig 10 och innehåller organ för kvadrering 1R, 1S, 1T, 2R, 2S, 2T och 3, organ för multiplikation H, 5 och 6, organ för summering 7, 8, 9 och 10, organ för summering och absolutvärdesbildníng 11 och 12 samt organ för kvadratrotsbild- ning 13 och 1U av ingäende signaler. Fasföljdsbestämning sker med organ 15.

Nämnda funktioner kan åstadkommas både med analog och digital teknik samt med en blandning av dessa. Flödesberäkningsschemat enligt fig 10 kan direkt beskriva ett utförande i ren analog teknik. Komplettering kan ske med analog RMS-bild- ning av insignalerna.

I fig 11 återges ett utförande i ren digital teknik. Inkommande analoga fasström- R, Is och IT omvandlas till digitala värden i A/D-omvandlare 16R, 16S och 16T. De till digitala värden omvandlade fasströmmarna HMS-behandlas i HMS-orga- mar I nen 17R, 17S och 17T och förs vidare för beräkning enligt ekvation (20) i en lämpligt utformad processor 18 som också tillföres information om aktuell fas- följd via organ 15.

Olika utförandeformer med mer eller mindre grad av integration av organen 15-18

Claims (10)

10 452 822 _ enligt fig 11 omfattas av uppfinningen. Detsamma gäller hybridlösningar med en blandning av analog och digital teknik för de olika organen och funktionerna. Då eventuell plusföljds- eller minusföljdsström överstiger ett på förhand in- ställt värde kan utlösningssignal erhållas. Utlösníng kan också enkelt ordnas enligt olika inverttidkurvor. Som det har framgått av redovisningen behöver denna mätanordning alltid till- föras samtliga fasströmmar. För att inte behöva ha olika utföranden av ingångs- kretsarna beroende på om nätet är jordat eller ej användes i enlighet med känd teknik en koppling, som i princip är lika den i fig 9 visade men med primär- och sekundärsida växlade. Kopplingen framgår av fig 12, varvid de tre fasström- marna omvandlas till ett ekvivalent trefassystem utan nollföljdskomponent. PATENTKRAV

1. Förfarande för bestämning av åtminstone en av plusföljdsströmmarna (I1) och/eller en av minusföljdsströmmarna (Iz) i ett nät då osymmetrisk belastning uppstår, vilket förfarande omfattar mätning av varje fasström (IR, Is, IT) och fasföljd (RST, RTS), och för beräkning av plusföljds- och/eller minus- följdsström, k ä n n e t e c k n a t av att plusföljds~ och/eller minus- följdsströmmen bestämmes genom beräkning av det aritmetiska uttrycket vars parametrar (A, B) utgöres av algebraiska kombinationer av uppmätta fas- strömmar.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid fasföljd RST erhålles plusföljdsström med plustecken i det aritmetiska ut- trycket och minusföljdsström med minustecken i det aritmetíska uttrycket.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid fasföljd RTS erhålles plusföljdsström med minustecken i det aritmetiska ut- trycket och minusföljdsström med plustecken i det aritmetiska uttrycket.

4. U. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a t av att plusföljds- och/eller minusföljdsströmmen kan erhållas med hjälp av en direkt, icke iterativ metod. 9 452 822, '

5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att och att

6. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en eventuell nollföljdsström elimineras.

7. Anordning för genomförande av ett förfarande enligt patentkrav 1 för bestämning av plusföljds- (I1) och/eller minusföljdsström (Ia) i ett nät då osymmetrisk belastning uppstår. Anordningen innefattar beräkningsorgan (1-1N, 18) anordnade att med uppmätta fasströmmar (IR, I IT) och med organ (15) SI för angivande av fasföljd beräkna plusföljds- och minusföljdsströmmar. Anordningen är k ä n n e t e c k n a d av att beråkningsorganen är arran- gerade för att bestämma plusföljds- och/eller minusföljdsström benom beräk- ning av det aritmetiska uttrycket 11, 2=\/IA:V|A= _15] I vars parametrar (A, B) utgöres av algebraiska kombinationer av uppmätta strömmar.

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att beräk- ningsorganen omfattar organ för kvadrering (1R, 15, 1T, 2R, ZS, 2T, 3), organ för multiplikation (U, 5, 6), organ för summering (7, 8, 9, 10), organ för summering och absolutvärdesbildning (11, 12) samt organ för kvadratrotsbild- ning (13, 1U).

9. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att beräk- ningsorganen omfattar organ för A/D-omvandling (16R, 165, 16T), organ för RMS-bildning (17R, 17S, 17T) samt organ (18) för numerisk beräkning av ett algebraiskt uttryck.

10. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att anord- ningen omfattar don för eliminering av eventuell nollföljdsström.