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Schutzeinrichtung für Hochspannungsleitungen
Die Erfindung ist insbesondere anwendbarbei einer Schutzeinrichtung für Hochspannungsleitungen mit 3-Phasen-Wechselstrom, bei der die Phasenlagen des Leitungsstromes an beiden Enden der Hochspannungleitung miteinander verglichen werden. Bei einem Schutzverfahren, dem der Vergleich der Ströme beider Leitungsenden nach Betrag und Phase zugrunde liegt, müssen Messwerte für die Phasenlagen und Beträge der drei Ströme jeweils von einem Ende der Leitung zum andern entgegengesetzten Ende übertragen werden ; deswegen sind für jede Übertragungsrichtung drei hochwertige Übertragungskanäle erforderlich.
Um für jede Übertragungsrichtung nur mit einem Übertragungskanal auszukommen, wird aus den drei Strömen des Drehstromsystems an jedem Leitungsende ein"Mischwert"gebildet und es werden nur die Phasenlagen, jedoch nicht die Beträge dieser beiden"Mischwerte"miteinander verglichen. Für den Ver gleich wurde im Stammpatent Nr. 220693 vorgeschlagen, die Phasenlage der Ströme am jeweiligen Leitungsende durch Impulse bestimmter Impulsdauer auszudrücken und diese in Form von Amplituden- und bzw. oder frequenzmodulierten Schwingungen an das andere Leitungsende zu übertragen.
Damit für beide Übertragungsrichtungen nur ein einziger Übertragungskanal benötigt wird, wurde bei Anwendung amplitudenmodulierterSchwingungen die Impulse einer Übertragungsrichtung gegenüber den Impulsen der andern Übertragungsrichtung um 1800 phasenverschoben erzeugt.
Ein durch eine Störung unsymmetrisch gewordenes 3-Phasen-Wechselstromsystem kann in drei symmetrische Systeme, das Mit-System, das Gegen-System und das Null-System aufgeteilt werden. Die drei Vektoren des Mit- und Gegen-Systems weisen Phasendifferenzen von 1200 auf, während die Vektoren des Null-Systems gleiche Phasenlage haben. Die Rotationsrichtung eines durch das Mit-System erzeugten Drehfeldes ist dem des ungestörten 3-Phasen-Wechselstromsystems gleich, das Drehfeld des Gegen-Systems rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung. Das Null-System ist wie ein
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Vektoren dieser drei Systeme kann man auf verschiedene Weise zu"Mischwerten"zusammensetzen, die sich zum Erkennen einer Störung durch Phasenvergleich eignen und in Form einer Impulsreihe übertragen werden können. Wie durch Versuche und Berechnungen festgestellt wurde, gilt für alle Systeme, die den Phasenvergleich des 3-Phasen-Wechselstromes an beiden Leitungsenden mit nur einer Art von"Misch- werten" durchführen, dass lediglich etwa 80% der vorkommenden Störungen, bei denen eine Abschaltung der Hochspannungsleitung vorgenommen werden sollte, erfasst werden können. Um alle solche Störmöglichkeiten zu erfassen, sind hiezu mindestens zwei Arten von "Mischwerten" nötig.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Vergleich von an räumlich getrennten Stellen auftretenden, im Normalfall gleichen Zuständen hinsichtlich ihrer zeitrichtigen gegenseitigen Lage und zur Kennzeichnung von Abweichungen bestimmter Mindestgrösse, vorzugsweise zum Schutz von Hochspannungsleitungen durch Vergleich der Phasenlage der Ströme an den Leitungsenden und Abschalten der Leitung bei Phasenunterschieden bestimmter Mindestgrösse, wobei an beiden Leitungsenden Schaltmittel vorgesehen sind, die aus einer mit dem Leitungsstrom am jeweiligen Leitungsende in fester Phasenbeziehung stehenden Wechselspannung Rechteckimpulse bestimmter Impulsdauer ableiten und zum jeweilig andern Leitungsende, gegebenenfalls in Form amplituden-und bzw.
oder frequenzmodulierter Schwingungen übermitteln, wo Auswertemittel vorgesehen sind, die den empfangenen, gegebenenfalls demodulierten Impulsen Abtastimpulse sehr kurzer Impulsdauer überlagern, die aus der mit dem Leitungs-
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Ausgangsimpulsfolge der Kippstufe KM1 kurze Impulse und lange Impulspausen, die Ausgangsimpulsfolge der Kippstufe KM21 lange Impulse und kurze Impulspausen aufweisen. Die beiden Impulsfolgen sind also zueinander komplementär. Eine der beiden Impulsfolgen wird Ober die Schalter pl oderql der Anregerelais Pbzw. Q dem Sender Se übermittelt, der die Impulsfolgen als frequenzmodulierte Schwingungen weitergibt.
Die Auswahl der Impulsfolgen der monostabilen Kippstufen KM1 oder KM21 erfolgt durch die An- regerelais P bzw. Q. Die"Anregung"erfolgt, wenn bestimmte, für den jeweiligen Mischwert charak- teristische Komponenten festgelegte Amplitudenwerte überschreiten. Das dem Mischwandler MW1 zugeordnete Relais P kann z. B. bei Strom im Null-Systeme) angeregt werden, während das Relais Q des Mischwandlers MW2 in der Hauptsache durch Strom des Gegen-Systems ( ) betätigt wird. Wenn beide Anregerelais P und Q gleichzeitig angeregt werden, dann spricht das Relais P zuerst an, weil das Relais Q anzugsverzögert ist, d. h. die Ausgangsimpulsfolge der monostabilen Kippstufe KM1 wird bevorzugt ausgesendet.
Um im noch zu beschreibenden Empfänger eine sichere Auswertung der empfangenen Impulsfolgen zu erzielen, wird jede Impulsfolge mindestens 60 nis lang gesendet. Hiezu dienen die monostabilen Kippstufe KM4 und KM5 sowie die Relais B und C. Die monostabileKippstufe KM4 und das Relais B werden beim Ansprechen des Relais. P durch den Schalter p2 mit Versorgungsspannung -U verbunden ; das Relais B spricht an und trennt mit seinem Schalter b das Relais Q vom Anregekreis des Mischwandlers MW2. Nach 60 ms schaltet die monostabile Kippstufe KM4, das Relais B
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angenommen, dass die Aussendung der Ausgangsimpulsfolge der monostabilen Kippstufe KM1 nach 60 ms noch zu keiner Abschaltung des gestörten Leitungsabschnittes geführt hat und der Anregekreis des Mischwandlers MW2 einen Strom abgibt.
In diesem Fall spricht das Relais Q an, schaltet mit seinem Schalter q2 diemonostabileKippstufe KM5 und das Relais C anVersorgungsspannung -U, das Relais C spricht an und trennt mit seinem Kontakt c das Relais P vomAnregekreis des Misch- wandlers MW1. DieStellungen der Schalter plundql sind nun derart, dass die Ausgangsimpulsfolge der monostabilen Kippstufe KM21 wirksam wird. Die Aussendung der Ausgangsimpulsfolge der mono- stabilen Kippstufe KM21 dauert ebenfalls 60 ms, nach dieser Zeit nämlich wird das Relais C stromlos und schaltet mit seinem Kontakt c das Relais P wieder an den Anregekreis des Mischwandlers MW1.
Der Empfänger desübertragunsgerätes enthält einBandfilter F und einen Diskriminator D. Das Bandfilter F dient dazu, das Signal des entfernten Gerätes (frequenzmpdulierte Impulsfolge) durchzulassen und das Signal des über den gleichen Verbindungsweg sendenden, örtlichen Gerätes für den Emp- fänger zu unterdrücken. Wichtige Hochspannungsleitungen bestehen häufig aus zwei parallelen Drehstromsystemen, für diesen Fall dient das Bandfilter auch dazu, die Impulsfolge zum Schutz des einen Drehstromsystems durchzulassen und die Impulsfolge zum Schutz des zweiten parallelen Drehstromsystems des in der Frequenzlage unmittelbar benachbarten Kanals zu unterdrücken. Am Ausgang des Diskriminator D stehen die vom entfernten Gerät gesendeten Impulse wieder als Gleichstromimpulse bzw.
Doppelstromimpulse zur Verfügung. Sie sind"trapezförmig"und werden in einer Impulsformerstufe K6 wieder in "Rechteckimpulse" umgewandelt. Die "Rechteckimpulse" werden nun darauf überprüft, zu welcher Impulsreihe sie gehören, ob zu der mit langen Impulsen oder zu der mit kurzen Impulsen. Dies geschieht' dadurch, dass zu Beginn der Impulsreihe eine monostabile Kippstufe KM6 betätigt wird, dessen Kippzeit mit 6 ms etwas grösser ist als die zu erwartende Impulsdauer von 4. ms der Impulsfolge mit den kürzeren Impulsen. Der nach der Kippzeit von 6 ms am Ausgang der monostabilen Kippstufe KM6 erscheinende "nadelförmige" Impuls gelangt zum ersten Eingang des Koinzidenzgatters GK ; der andere Eingang des Koinzidenzgatters GK ist über eine Leitung 20 mit der Impulsformerstufe K6 verbunden.
Ist 6 ms nach Beginn eines Impulses bereits eine Impulspause eingetreten, so ist das Koinzidenzgatter GK undurchlässig ; ergibt der erste Impuls der empfangenen Impulsreihe am Ausgang der Impulsformerstufe einen "langen Impuls", so wird das Koinzidenzgatter GK durchlässig und die bistabile Kippstufe K7 wird umgeschaltet. Das Relais A wird beispielsweise stromführend und polt mit seinem Schalter al die Impulsformerstufe K6 um. Dadurch werden nun Impulse und Impulspausen
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vertauscht, so dass die Ausgangsimpulse der Impulsformerstufeund der gesendeten Impulsfolge besteht also eine feste Zuordnung. Die Schalter a werden erst wieder umgeschaltet, wenn eine geänderte Impulsfolge ein neuerliches Kippen der Kippstufe K7 veranlasst hat.
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Fig. 2 zeigt eine Variante im Empfangsteil der Schaltung nach Fig. l. Der Impulsformerstufe K6 ist eine bistabile Kippstufe K8 nachgeschaltet, die auf die Impulsflanken der Impulsformerstufe K6 anspricht. Das Koinzidenzgatter GK enthält einen Negator (linksgezeichneter Eingang), so dass die bistabile Kippstufe K7 nur dann umgeschaltet wird, wenn"nadeiförmige"Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe KM6 und die"Rechteckimpulse"der bistabilen Kippstufe K8 nicht koinzident sind. Wenn also der Impuls am Ausgang der bistabilen Kippstufe K8 nach 6 ms bereits beendet ist, dann wird die bistabile Kippstufe K7 umgeschaltet. Der rechts liegende Ausgang der bistabilen Kippstufe K7 ist auf den Eingang der bistabilen Kippstufe K8 zurückgeführt.
Durch den zusätzlichen Impuls bei der Umschaltung der Kippstufe K7 wird die bistabile Kippstufe K8 umgepolt, dadurch wer- den Impulse und Impulspausen vertauscht. Nunmehr sind die Ausgangsimpulse derbistabilen Kippstufe K8 und der monostabilen Kippstufe KM6 koinzident und die bistabile Kippstufe K7 bleibt in ihrer geschalteten Lage, solange ein und dieselbe Impulsfolge vom entfernten Sender gesendet wird. Der Schalter al (Fig. 1) oder ein elektronisches Äquivalent dafür kann bei dieser Anordnung nach Fig. 2 eingespart werden. Das Signal für den Phasenvergleich wird dem linksgezeichneten Ausgang der bistabilen Kippstufe K8 entnommen, das Signal zur Kennzeichnung der Impulsfolge wird dem rechtsgezeichneten Ausgang der Kippstufe K8 entnommen. Dadurch wird eine Entkopplung der beteiligten Stromkreise erreicht.
Eine Störung auf der Hochspannungsleitung R S T macht sich dadurch bemerkbar, dass mindestens an einem Leitungsende eine Anregung durch Überschreiten festgelegter Amplitudenwerte erfolgt. Dadurch legt das Relais P oder Q mit dem Schalter p3 oder q3 eine Spannung -U an diemonostabile Kippstufe KM8, wodurch diese angestossen wird. Der Anstoss der monostabilen Kippstufe KM8 kann auch durch Umlegen des Schalters a2 des Relais A erfolgen ; wenn gleichzeitig einer der Schalter p3 oder q3 geschlossen ist, u. zw. deshalb, weil die Kippstufe auf die Anstiegsflanke der erneut angeschalteten Spannung-U anspricht.
Die monostabile Kippstufe KM8 betätigt nach Ablauf ihrer Kippzeit von 20 ms die monostabile Kippstufe KM7, welche, über die Leitung 22, die an der Auslösekippstufe KM3 liegende Sperrspannung für die Dauer von 30 ms aufhebt, so dass erst 20 ms nach der Anregung, d. h. nach Eintritt des Störungsfalles, eine Auslösung der Kippstufe KM3 für eine auf 30 ms begrenzte Zeit möglich ist.
Die Aufrechterhaltung der Sperrspannung an der Kippstufe KM3 für die ersten 20 ms ist vorgesehen, einmal um die Einschwingvorgänge abzuwarten, die bei Beginn des Kurzschlusses auf der Hochspannungsleitung auftreten, zum andern weil im verwendeten Frequenzband auch Telephongespräche übertragen werden sollen und für die Umschaltung der Geräte von Fernsprechen auf Schutzübertragung Zeit benötigt wird. Nach diesen 20 ms ist für 30 ms die Auslösung der Kippstufe KM3 durch Impulse der monostabilen Kippstufe KM2 bzw. KM22 möglich. In dieser Zeit ist von den beiden möglichen Impulsfolgen bereits die Art der vom entfernten Sender empfangenen Impulsfolge erkannt worden. Der dritte Schalter a3 des Relais A verbindet entsprechend dieser Entscheidung einen der Ausgänge der monostabilen Kippstufe. KM2 bzw.
KM22 mit dem Eingang der monostabilen Kippstufe KM3. Am Eingang der monostabilen Kippstufe KM3 liegen nunmehr die
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monostabilen Kippstufeten"der Mischwandler MWIbzw. MW21 hergeleitet sind und mit den Phasenlagen der zu überwachenden örtlichen Ströme im Zusammenhang stehen, und eine Impulsfolge der Impulsformerstufe K6 bzw. der bistabilen Kippstufe K8, die angeregt wird durch die Impulsfolge des entfernten, am andern Leitungsende der zu überwachenden Hochspannungsleitung liegenden Senders. Um die Laufzeit der Impulsfolgen vom entfernten Sender zu berücksichtigen, sind die monostabilen Kippstufe KM2 und KM22 so ausgeführt, dass die Kippzeiten über einen entsprechenden Bereich einstellbar sind.
Wenn eine Störung auf der Hochspannungsleitung an beiden Leitungsenden eine Phasenabweichung von > + 50 der Periodendauer der Mischwerte zur Folge hat, dann werden die Abtastimpulse der monostabilen Kippstufe KM2 oder KM22 durch die Impulse der Impulsformerstufe K6 bzw. der bistabilen Kippstufe K8 nicht mehr unwirksam gemacht, die monostabile Kippstufe KM3 spricht an und mit diesem das Empfangsrelais RL. Einer der Schalter p4 oder q4 ist infolge der Anregung des Relais P oder Q geschlossen, so dass der Schalter rl des Relais RL die Auslösung des Leistungsschalters des gestörten Leitungsabschnittes veranlasst.
Bei einer Änderung der empfangenen Impulsfolge des entfernten Senders spricht das Relais A an, unterbricht dabei die Spannung am Eingang der Kippstufe KM8 mittels des Schalters a2 und legt, falls der Schalter p3 oder q3 geschlossen ist, die Spannung erneut an. Dadurch werden die Kippstufen KM8 und KM7 nochmals angestossen, so dass die Auswertezeitbegrenzung erneut, u. zw. für die neue Impulsfolge betätigt wird.
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Falls von der Gegenstation, z. B. infolge fehlender Anregung, keine Impulsfolge gesendet wird, oder keine Impulsfolge von dort empfangen werden kann, weil etwa die Übertragungsleitung zerstört ist, dann können die "nadelförmigen" Impulse der monostabilen Kippstufe KM2 bzw. KM22 nicht durch Impulse der Impulsformerstufe K6 unwirksam gemacht werden ; der zu schützende Leitungsabschnitt wird abgeschaltet.
Falls eine hochfrequente Störspannung mit einer Frequenz, die einer der gesendeten Impulsfolgen entspricht, in den Übertragungskanal gelangt (Dauerton), kann diese Störspannung die Abschaltung der Hochspannungsleitung nicht verzögern. Nach 6 ms polt nämlich die monostabile Kippstufe K7 mit dem Relais A und dem Schalter al die Impulsformerstofe K6 um, so dass diese während der. Auslösezeitdauer keine die Abschaltung verhindernde Gleichspannung abgibt bzw. die monostabile Kippstufe K7 gibt einen zusätzlichen Impuls auf die bistabile Kippstufe K8 (Fig. 2), so dass diese ebenfalls keine die Abschaltung verhindernde Gleichspannung abgibt.
Die im Ausführungsbeispiel verwendeten Relaisschalter und Relais können selbstverständlich auch durch elektronische Schalter bzw. Relais ersetzt werden, was insbesondere für rasches Arbeiten der Schaltung von Vorteil ist.
Die Art der Übertragung der Impulsfolgen ist nicht auf die Frequenzmodulation beschränkt, es können alle bekannten Arten der Übertragung von Impulsfolgen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zum Vergleich von an räumlich getrennten Stellen auftretenden, im Normalfall gleichen Zuständen hinsichtlich ihrer zeitrichtigen gegenseitigen Lage und zur Kennzeichnung von Abweichungen bestimmter Mindestgrösse, vorzugsweise zum Schutz von Hochspannungsleitungen durch Vergleich der Stromphasen an den Leitungsenden und Abschalten der Leitung bei Phasenunterschieden bestimmter Mindestgrösse, wobei an beiden Leitungsenden Schaltmittel vorgesehen sind, die aus einer mit dem Leitungsstrom am jeweiligen Leitungsende in fester Phasenbeziehung stehenden Wechselspannung Rechteckimpulse bestimmter Impulsdauer ableiten und zum jeweils andern Leitungsende, gegebenenfalls in Form amplituden und/oder frequenzmodulierter Schwingungen übermitteln, wo Auswerteschaltmittel vorgesehen sind, die den empfangenen,
gegebenenfalls demodulierten Impulsen Abtastimpulse sehr kurzer Impulsdauer überlagern, die aus der mit dem Leitungsstrom an diesem Leitungsende in fester Phasenbeziehung stehenden Wechselspannung abgeleitet werden, bei Phasengleichheit an beiden Leitungsenden in der Mitte der empfangenen Impulse liegen und nur dann Auslöseschaltmittel betätigen und die Abschaltung der Leitung bewirken, wenn sie mit den übermittelten Impulsen nicht koinzident sind, nach Patent Nr.
220693, dadurch gekennzeichnet, dass eine sendeseitige Einrichtung (MW2, KM21) zum Bilden einer Impulsfolge in Abhängigkeit zu den zu überprüfenden Zuständen (Dreiphasen-Wechselstrom R S T) parallel zur bekannten Einrichtung (MWl, Bl, Kl und KM1) der gleichen Art vorgesehen ist, wobei die beiden Impulsfolgen bezüglich des Verhältnisses Impulslänge zu Pausenlänge zueinander komplementär aufgebaut sind, und dass empfangsseitig ein Umpoler (A, al, a2, a3, KM6, GK, K6, K7 und gegebenenfalls K8) vorgesehen ist, der das Empfangssignal derart polt, dass eine Impulsfolge bestimmter Form zur Verfugung steht.
'2.SchaltungsanordnungnachÄnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dassAuswahlmittel (P, Q, pl, p2, ql, q2) eine der beiden Einrichtungen zum Bilden der Impulsfolgen mit dem Sendeteil (Se) verbinden.