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Schaltungsanordnung zur selektiven Erfassung von Erdschlusswischern
Tritt z. B. in einem induktiv geerdeten Netz eine Erdberührung ein, bedeutet es für das gesamte
Netzgebilde eine plötzliche Zustandsänderung, also einen Schaltvorgang. Die im Augenblick des Erd- schlusses auf der Leitung herrschende Ladungsverteilung gleicht sich daher in Form einer Wanderwelle hoher Frequenz aus. Neben diesen schnell abklingenden Wanderwellen findet noch ein mittelfrequenter
Umladevorgang statt ; dabei bilden die Netzkapazitäten und Induktivitäten einen Schwingkreis, wobei aber die Petersenspule noch nicht zur Wirkung kommt. Erst nach Beendigung der Umladevorgänge setzt der eigentliche stationäre Erdschluss ein, und die Petersenspule kompensiert denkapazitivenErdschluss- strom.
Es ist natürlich von grossem Interesse, gerade die wieder verschwindenden Lichtbogenerdschlüsse (Wischer) festzustellen, da auf jeden Fall an einer Wischerstelle der Isolationspegel herabgesetzt ist. Anderseits ist es aber wichtig, dass das Ansprechen eines Rohrableiters keinen Erdschluss vortäuscht.
Die bisher verwendeten wattmetrischen Erdschlussrelais mit mechanischem Messwerk kann man grundsätzlich ohne zusätzliche schaltungstechnische Massnahmen nicht zur Wischererfassung verwenden.
Es besteht nämlich die Gefahr, dass durch die mittelfrequenten Umladevorgänge die Kontakte fehlerhaft betätigt werden. So wird die Richtungsangabe nicht mehr eindeutig. Nach einem Vorschlag der deutschen
Patentschrift Nr. 886937 mit Zusatz Nr. 952832 ist dieser Nachteil durch ein schnell arbeitendes Richtungsrelais in Verbindung mit einem sich im Verhältnis zur Dauer der bei Erdschlüssen auftretenden Schwingungsvor- gängen nur langsam aufladenden Kondensator, der seine Ladung beim ersten Ansprechen des Richtungsrelais an einen von zwei Steuerstromkreisen für weitere Schaltmittel abgibt, beseitigt worden.
Eine andere Lösung benutzt die Wanderwellenvorgänge zur selektiven Wischererfassung. Da aber die Grenzfrequenz der herkömmlichen Wandler unterhalb der Wanderwellenfrequenz liegt, ist diese Variante nicht ohne besondere Einrichtungen zur Übertragung der herabtransformierten Wanderwellen an das Relais (z. B. Hochspannungsshunts) zu verwenden.
Es ist natürlich auch möglich, die Grösse der Umladeströme selbst zu erfassen (s. deutsche Auslegeschrift Nr. 1113985). Bei normalen Leitungen (keine Parallelleitungen, Sammelschienen od. ähnl.) erhält man eine gewisse Selektivität, weil die Amplitude des In-Stromes hinsichtlich der Entfernung von der Fehlerstelle abgestuft ist. Diese Messwerte können durch Fallbügelinstrumente festgehalten werden. Die Auswertung der Anzeige ist aber schwierig, da immer mehrere Messwerte miteinander zu vergleichen sind.
Weiterhin ist es schwierig, nach diesem Verfahren Wischer sehr kurzer Dauer (z. B. < 1 tns) selektiv zu erfassen. Die im Speicherkondensator vorhandene Ladungsmenge ist in diesem Fall äusserst niedrig, und die Messung wird zu ungenau. Erfolgt der Erdschluss in der Nähe des Aufstellungsortes der Löschdrossel, kann das nach Verlauf einiger Millisekunden auftretende Gleichstromglied den Messwertsoverfäl- schen, dass eine eindeutige selektive Erdschlusswischererfassung unmöglich ist.
Spricht infolge einer Überspannung ein Überspannungsableiter an, fliesst ein Strom zur Erde. Auf dem betreffenden Leitungsabschnitt wird in diesem Falle ein Erdschlusswischer vorgetäuscht. Ausser der Variante, welche die Wanderwellen zum Riehtungsentscheid benutzt, ist keiner der eingangs beschriebenen Vorschläge einer selektiven Erdschlusserfassung in der Lage, in diesem Fall eindeutig zu entscheiden.
Es ist also eine Unterscheidung zu treffen, ob ein tatsächlicher Wischer vorgelegen hat oder nur ein Ableiter (z. B. Rohrableiter od. ähnl.) in Funktion getreten ist. Bei einer Schutzeinrichtung nach der deutschen 9Auslegeschrift Nr. 1100782 bzw. Nr. 1102890 wird der Phasenwinkel der Lei-
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tungsströme an den beiden Leitungsenden als Kriterium für einen Richtungsentscheid verwendet. Zu die- sem Zweck wird dauernd der in binäre Signale umgewandelte Phasenwinkel der Leitungsströme vergli- chen. Dabei ist aber Voraussetzung, dass sich die Frequenz der Ströme nicht ändert. Dies ist aber bei den mittelfrequenten Umladevorgängen eines Erdschlusses keineswegs der Fall. Hier kann sich innerha einer
Periode der normalen Netzfrequenzen die Polarität des Erdschlussstromes mehrmals ändern (Schwingungs- vorgang).
Anderseits ist die Dauer mancher Wischer so klein, dass sich ein Schutz auf Trägerfrequenzba- sis von vornherein ausschliesst. Dazu kommt noch der beträchtliche Aufwand für die Codier- bzw. Deco- dierung der aus den Strömen abgeleiteten Rechteckimpulse.
Ein Richtungsentscheid auf der Grundlage des oben erwähnten Prinzips verliert auch seine Eindeutig- keit bei einem Erdschluss auf einer z. B. einseitig eingespeisten Ringleitung. Der Abschnitt mit der Ein- speisung wird immer den gleichen Richtungsentscheid wie der eigentliche fehlerbehaftete Abschnitt ha- ben.
Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Schaltungsanordnung, die es gestattet, bei einem Wischer oder stationären Erdschluss den kranken Leitungsabschnitt mit Hilfe eines Richtungsentscheides auf der
Grundlage der mittelfrequenten Umladevorgänge zu erfassen, den Entscheid in Form eines"L"oder "0 "-Signals zu einer Zentrale zu übertragen und einen tatsächlichen Erdschlusswischer von einem "Wischer It infolge eines angesprochenen Überspannungsableiters zu unterscheiden. Auch bei Erdschlüssen auf Sam- melschienen und Doppelleitungen ist die Selektivität garantiert. Der Isolationszustand des gesamten
Netzes kann überwacht werden, da die Anordnung alle auftretenden Wischer im Abstand der ausklingen- den Uo-Spannung zählt und nicht nach jedem Wischer die Anzeige blockiert.
Die Erfindungsmerkmale sollen an Hand der Fig. 1 - 3 kurz erläutert werden. Es stellen dar : Fig. 1
Blockschaltbild der Anordnung für Leitungsende 1. Darin bedeuten : M1, M2, 1', 2'eine Impulsverlängererstufe, M3; M3' eine Kippschaltung mit bestimmten Zeitverhalten ; SI, 2, l', 2'stellen einen Schwellwertschalter, t ein Zeitglied dar ; Z ist eine Zählschaltung, V ein RC-Glied, A eine Anzeigeschaltung und 11, 2, 3 ; 1', 2', 3'je ein Und-Gatter.
Die in der Beschreibung mit dem Index (') bezeichneten Baugruppen befinden sich am Leitungsende 2 und sind in Fig. 1 nicht eingezeichnet, die ohne Index am Leitungsende 1.
Fig. 2 zeigt Kurvenverlauf in den charakteristischen Punkten der Schaltung, die durch römische Zah- len bezeichnet sind. In Fig. 3 ist ein Schaltbeispiel für einen zu schützenden Leitungsabschnitt dargestellt
Der Richtungsentscheid wird wie folgt getroffen :
Kontaktlos wird die Polarität der durch eine polaritätsabhängige Impulsverlängererstufe M1 bzw. M2 in einen Rechteckimpuls umgewandelten ersten Halbwelle des Umladestromes mit der Polarität der durch einen polaritätsabhängigen Schwellwertschalter SI bzw.
S2 in einen Impuls definierter Grösse umgeformten Unsymmetriespannung in einen Undgatter 4 1 bzw. 4 2 verglichen und einem weiteren Undgatter 1ss 3 wird ausser dem Ausgangssignal y iJ 1 des Gatters-J 1 bzw. 4 2 das Ausgangssignal y M3 der an den Überspannungsableiter der Station, beispielsweise induktiv angekoppelten Kippstufe M3 sowie das auf analoge Weise wie y 1J !. 3 gewonnene Ausgangssignal y & 3'der am andern Ende des Leitungsabschnittes liegenden gleichen Schaltungsanordnung zugeführt.
Durch die beschriebene kontaktlose Schaltung ist es nun möglich, die Richtungsentscheide an beiden Leitungsenden miteinander zu vergleichen und einen Erdschlusswischer selektiv anzuzeigen.
Die Kippschaltungen M3 bzw. M3'werden immer dann ausgelöst, wenn der entsprechende Überspannungsableiter angesprochen hat (induktiv angekoppelt).
Eine nähere Erläuterung der Erfindungsmerkmale erfolgt an Hand des nachstehenden Beispiels.
Hat die erste Halbwelle des Umladevorganges z. B. eine positive Polarität, wird die für einen Eingangsimpuls solcher Polarität empfindliche Impulsverlängererstufe ansprechen. Es sei beispielsweise die Stufe Ml. Die Impulsverlängererstufe M2 ist für Impulse entgegengesetzter Polarität, in diesem Falle für negative, empfindlich. Am Ausgang von MI tritt das Signal y Ml auf und wird dem'Eingang des UndGatters 1 zugeführt. Der zweite Eingang des Und-Gatters ist mit dem Ausgang des polaritätsabhängigen Schwellwertschalters SI verbunden. In dem beispielsweise betrachteten Fall spricht dieser nur auf die positive Halbwelle der UO-Spannung an, wenn der eingestellte Schwellwert überschritten wird.
Ist also gleichzeitig mit Io auch die Polarität von U positiv, liegen die Signale y M1 und y Sl an den Eingängen des Und-Gatters 41. Das Ausgangssignal y 4 1 gibt dann an, dass die Energierichtung für den Erd- schlussvorgang in diesem Moment beispielsweise zur Fehlerstelle hin gerichtet war.
Hat sich am andern Ende der Leitung in der dort befindlichen Schaltungsanordnung der gleiche Energierichtungsentscheid ergeben, lag der Wischer auf dieser Leitung, und es erfolgt eine Anzeige. Doch dies ist nur der theoretische Ablauf des Entscheides. In der Praxis sind noch mehrere Faktoren zu berücksichtigen.
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Einmal wird die Uo-Spannung nicht sofort nach dem Verschwinden des Wischers auf Null zurückgehen. Je nach Kompensationsgrad des Netzes ist eine bestimmte Ausschwingdauer vorhanden. Ein innerhalb dieser Zeit auftretender Wischer könnte zu Fehlentscheiden führen, da die Energierichtung der ersten Halbwelle so nicht eindeutig festzulegen ist. Deshalb muss für die Dauer der ausklingenden Uo-Span- nung die Anzeige gesperrt werden. Dazu dient das Zeitglied t. Die Auslösung erfolgt durch den 10 -Strom oder durch eine davon abgeleitete Grösse. Im Ruhezustand liegt das Ausgangssignal y t des Zeitgliedes am
EMI3.1
am Ausgang das Signal y & 1. Würde das Zeitglied t durch 10 unverzögert angeregt, könnte niemals die Und-Bedingung erfüllt sein, da y t beim Erscheinen von y M1 Null wäre.
Um dies zu verhindern, wird die Auslösung des Zeitgliedes t verzögert durchgeführt. Als Verzögerungsglied dient eine RC-Kombination V, deren Zeitkonstante kleiner als die Dauer der ersten Halbwelle des zu erfassenden Umladevorganges ist. Die Ablaufzeit des Zeitgliedes t kann je nach Kompensationsgrad des Netzes variiert werden.
Liegt eine negative erste Halbwelle des Io-Stromes vor, spricht in dem gewählten Beispiel nicht M1, sondern M2 an. Ist analog dazu eine negative Halbwelle der Umspannung vorhanden, wird der Richtungsentscheid, wie eingangs erläutert, getroffen. Der Vergleich erfolgt hier am Und-Gatter #2. Stimmen die ersten Halbwellen von Io und Uo nicht überein, hat weder das Gatter 4 1 noch das @2 ein Ausgangssignal y 41/1ss-2. Das Und-Gatter z hat in Verbindung mit dem Gatter e 3'am andern Leitungsende und der Kippschaltung M3 die Aufgabe, die Entscheide beider Leitungsenden zu vergleichen und die Anzeige unabhängig vom eventuellen Ansprechen eines Überspannungsableiters zu machen.
Letzteres wird dadurch erreicht, dass die Kippschaltung M3 beispielsweise induktiv an den bzw. die Ableiter am Leitungsende
EMI3.2
terium für einen eventuell angesprochenen Ableiter, der einen Erdschlusswischer nur vortäuscht. In diesem Fall, z. B. der Ableiter am Ende 1 spricht an, kippt die Schaltung M3 in die andere Lage ; y M3 wird Null, und die Und-Bedingung an. J 3 ist nicht erfüllt. Es erfolgt keine Anzeige über A. Das gleiche gilt natürlich analog für das Gatter 113'. das auch über eine Kippschaltung M3' mit dem Überspannungsableiter am Ende Z verbunden ist. Durch das Ausgangssignal von 11 (y-f3) wird die Anzeige A betätigt und der Zähler Z um einen Wert weitergezählt. Die Anzeige ist von Hand zurückzustellen.
Um die Störeinflüsse der Wanderwellen zu vermeiden, werden vorzugsweise Zwischenwandler geringer Grenzfrequenz verwendet.
Natürlich braucht nicht unbedingt der Entscheid der beiden Leitungsenden durch eine Fernübertra- gung verglichen zu werden. Ein Abfragen ist ebenfalls möglich. In diesem Falle wird der Ausgangswert der Gatter 1J3 bzw. @3' vorzugsweise gespeichert. Das Und-Gatter #3 ist dann nur noch mit zwei Eingängen auszuführen.
Die beschriebene Schaltungsanordnung ist besonders vorteilhaft für einen grossen Netzverband zu verwenden. Man führt sämtliche Entscheide der einzelnen Relaiskombinationen in einer zentralen Stelle, beispielsweise auf einem Blindschaltbild zusammen, in dem die Anzahl der Wischer als Ziffernanzeige im jeweiligen Leitungsabschnitt auftauchen. Hiedurch ist es dann leicht möglich, Rückschlüsse hinsichtlich des Isolationszustandes des Netzes zu ziehen. Durch eine beispielsweise an den Schwellwertschalter S1 angeschlossene Anzeigeschaltung E wird der Dauererdschluss signalisiert. Der betroffene Leiterabschnitt wird durch die Wischeranzeige signalisiert, da der Anfangszustand eines Dauererdschlusses ebenfalls von Umladevorgängen begleitet ist.
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