CH317275A - Selektivschutzeinrichtung - Google Patents

Selektivschutzeinrichtung

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CH317275A
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Titze Hans Ing Dr
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Bbc Brown Boveri & Cie
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents

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Description


      Selektivschutzeinrichtung       Beim     Selektivschutz    nach dem Widerstands  prinzip wird bekanntlich die Impedanz zwi  schen dem Einbauort des Schutzes und der  Fehlerstelle festgestellt. Daraus ergibt sich  die Grösse der     Auslösezeit.    Man lässt dann bei  spielsweise bis zu einer bestimmten Impedanz  einer Leitung mit einer gleichen Zeit und bei  weiterer Vergrösserung der Impedanz mit  einer höheren Zeit auslösen. Die Genauig  keit des Schutzes hängt davon ab, wie genau  die Impedanz festgestellt werden kann. Die  gemessene Impedanz wird aber von vielen  Faktoren beeinflusst. So kann der Fehler  widerstand selbst die Impedanz verändern.

    Die Relais besitzen Streuungen, so dass die  gewünschte     Impedanzgrenze,    bei der die Zeit  einstellung sieh ändert, in einem mehr oder  weniger grossen Streubereich liegt. Dieser  Streubereich wird bei der Auslösung des  Schutzes dadurch berücksichtigt, dass man die  Impedanz absichtlich zu klein einstellt, damit  auf keinen Fall Fehlauslösungen möglich sind.  Dies hat zur Folge, dass von einer zu schützen  den Leitung praktisch nur etwa 80-85% der  Länge mit Schnellzeit ausgelöst werden.  



  Bei den bekannten Systemen tritt ausser  dem der Nachteil auf, dass im spannungslosen  Zustand vorhandene Fehler nicht festgestellt  werden können, sondern dass sich diese Fehler  erst nach dem Einschalten erkennen lassen.  Dies hat zur Folge, dass die Schalter beim Ein  schalten auf Kurzschlüsse stark belastet wer-    den und das Netz unnötigerweise beunruhigt  wird.  



  Ein weiterer Nachteil der bekannten Sy  steme ist das     Vorhandensein    einer toten Zone  des Richtungsentscheides bei Fehlern in der  Nähe der Einbaustelle. Bekanntlich benötigt  man in     vermaschten    Netzen beim Impedanz  schutz auch eine Richtungsunterscheidung, da  der Schutz nur dann arbeiten darf, wenn die  Fehlerleistung in die Leitung     hineinfliesst.     Diese Unterscheidung wird durch Messung der  Leistung, also durch Spannung und Strom  bewerkstelligt. Nun ist aber bei Fehlern in der  Nähe der     Einbaustelle    die Spannung so klein,  dass eine Leistung nicht mehr gemessen wer  den kann. Die Richtungsunterscheidung ist  dann nicht mehr möglich.

   Man hat zur Ver  meidung dieses Nachteils     für    den Richtungs  entscheid     kurzsehlussfremde    Spannungen an  das Richtungsglied gelegt, also Spannungen,  die vom Kurzschluss gar nicht oder nur wenig  beeinflusst werden. Hierbei ist es möglich,  die tote Zone wenigstens bei Fehlern, bei  denen solche Spannungen vorhanden sind, zu  beseitigen. Bei dreipoligen Fehlern ist dies  aber nicht möglich, so dass hierbei immer eine  tote Zone vorhanden ist:  In neuerer Zeit werden in     Leitungs-    und  Kabelabzweigen zur Kompensation des Blind  spannungsabfalles auch Reihenkondensatoren  vorgesehen.

   Durch diese wird die     Leitungs-          induktivität    mehr oder weniger verkleinert      oder ganz kompensiert.     Impedanzrelais    erhal  ten dann keinen induktiven Widerstand als       Messgrösse,    wenn der Fehler hinter einem  Kondensator auftritt. Es kann hierbei der  Fall eintreten, dass bei weiter entfernt liegen  den Fehlern die gemessene Impedanz kleiner  ist als bei näher liegendem Fehler vor dem  Kondensator. Diese Schwierigkeit kann nur  dadurch     überwinden    werden, dass parallel  zum Kondensator     Funkenstrecken    angeordnet  werden, die im Fehlerfalle überschlagen und  den Kondensator überbrücken. Liegt der Feh  ler aber weiter entfernt, z.

   B. in     Anlageteilen     hinter der zu schützenden Leitung, so ist es  nicht sicher, ob die Funkenstrecke überschlägt.  In diesem Falle muss also die Kapazität des       Kondensators    bei der     Impedanzmessung    be  rücksichtigt werden. Es kann in solchen Fäl  len die gemessene Impedanz demnach kleiner  oder nicht genügend grösser sein als die Im  pedanz bei Fehlern auf der Leitung selbst, wo  die Funkenstrecke mit Sicherheit anspricht.  Man kann sich dann nur noch dadurch helfen,  die Schnellzone so weit zu verkürzen, dass die  grösste für die Schnellzeit in Frage kommende  Impedanz kleiner ist als die     kleinste    Impedanz  des aussen liegenden Fehlers.  



  Diese Nachteile können durch die Erfin  dung vermieden werden, wenn man statt Im  pedanzwerte zu messen, auf die Leitung Hoch  frequenz gibt, welche an der Fehlerstelle  reflektiert wird. Solche Methoden sind zur  Entfernungsmessung in nicht leitenden Me  dien wie Luft, Wasser usw. angeordnet wor  den. Auch für Leitungen hat man die Re  flexionsmethode mit Hochfrequenz zur nach  träglichen Ausmessung der Fehlerlage ver  wendet.  



  Vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls  eine     Selektivschutzeinrichtung.     



  Die Erfindung besteht darin, dass an der  Schaltstelle, von der aus die Überwachung der  Leitung vorgenommen werden soll, mit der  Leitung ein     Hochfrequenzsender    gekoppelt ist,  dessen Frequenz periodisch geändert wird,  und dass ferner mit der Leitung ein Empfän  ger gekoppelt ist, der die an der Fehlerstelle  reflektierte Hochfrequenz wieder empfängt,    und dass Mittel vorgesehen sind, um in Abhän  gigkeit der zwischen der abgesandten und  reflektierten Welle bestehende     Frequenzdiffe-          renz    ein Relais zum Ansprechen zu bringen.  



  Die Erfindung wird an Hand eines Aus  führungsbeispiels näher erläutert.  



       Fig.    1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau, in       Fig.    2 ist ein     Frequenzzeitdiagramm    dar  gestellt.  



  1 bedeutet eine Verbindungsleitung zwi  schen zwei Netzen, auf der bei allfälligen Stö  rungen, z. B. Kurzschlüssen oder     Leitungs-          unterbrüchen,    die     öffnung    eines Schalters 2  durch eine     Selektivschutzeinrichtung    vorge  nommen werden soll.  



  Zu dieser Überwachung ist mit der Leitung  ein     Hochfrequenzsender    3 gekoppelt. Für diese  Kopplung ist ein Koppelglied 4 vorgesehen.  Die Frequenz f     i    des Senders wird periodisch  geändert. Ferner ist mit der Leitung der  Empfänger 5 gekoppelt. Diese Kopplung er  folgt     zweckmässig    über das gemeinsame Kop  pelglied 4. Die vom Sender auf die Leitung ge  langende     Hochfrequenzenergie    wird an einer  allfälligen Störungsstelle 15, welche eine Un  terbrechung der Leitung oder ein Kurzschluss  sein kann, reflektiert und gelangt zurück auf  den Empfänger 5.

   Da der Sender eine periodisch  ändernde Frequenz aussendet, ist infolge der  Laufzeit<I>d t</I> der Welle von der     Messstelle    bis zur  Störstelle in der Entfernung x und zurück, die       zurückkommende    .Welle in     dexi    Frequenz; um  die     Frequenzänderung     <I>d f</I> verschieden, ge  genüber der momentan vorhandenen Sender  frequenz, die ebenfalls auf den Empfänger       einwirkt.    Der Empfänger ist nun in be  kannter Weise so ausgebaut, dass am     Ausgang     eine Spannung u entsteht, die proportional ist  der     Frequenzdifferenz   <I>d f</I> zwischen abgesand  ter und reflektierter Welle. Gleichzeitig ist.

    dieser Wert ein Mass für die Entfernung x  der Störstelle. Der Ausgang des Empfängers  ist auf ein Relais 6 geschaltet, das auf einen  bestimmten Spannungsbereich, also auf einen  bestimmten Entfernungsbereich des Fehlers  anspricht und den Schalter 2 zum Auslösen  bringt.      Die periodische     Frequenzänderung    des  Senders erfolgt zweckmässig zeitproportional.  Der Verlauf kann dabei z. B. nach einem  gleichschenkligen Dreieck mit zeitlicher Peri  ode 2p erfolgen     (Fig.2).    Es kann auch ein       sägezahnförmiger    Verlauf zugrunde gelegt  werden.

   Damit im normalen Betrieb keine  Reflexion eintritt,     müssen    am Ende des  Schutzbereiches     Abschlusswiderstände    vorge  sehen werden, die dem     Wellenwiderstand    der  Leitung entsprechen und über einen Konden  sator mit derselben verbunden sind.  



  Eine gleichzeitige Messung und     Auslösung     des Leitungsschalters kann auch vom andern  Ende der Leitung vorgenommen werden. Sen  der und Empfänger können dauernd in Be  trieb sein oder auch erst beim Auftreten eines  Kurzschlusses eingeschaltet werden.  



  Zur Vermeidung gegenseitiger Störungen  bei zwei oder mehr solcher     Selektivschutzein-          richtungen    können unterschiedliche Sende  frequenzen angewendet werden. Ebenfalls  kann die Periode der     Frequenzschwankungen     verschieden gewählt werden. Es empfiehlt sich  dabei,     Frequenzbandfilter    anzuwenden, die  verschiedene     Frequenzdurchlassbereiche    auf  weisen.  



  Im Falle, dass die Störstelle nahe der     Mess-          stelle    liegt, ergibt sich eventuell eine zu kleine       Freqtienzdifferenz.    Um dabei trotzdem zu  verlässige Messungen und Abschaltungen zu  erhalten, können     Leitungsverlängerungsglie-          der    7     zwischen    Sender-Empfänger und dem  Kopplungsglied 4 vorgesehen werden, die eine  konstante zusätzliche Laufzeit ergeben, so dass  immer eine messbare     Frequenzdifferenz    auf  tritt.  



  Diese zusätzliche Laufzeit kann in Lauf  zeitketten, die aus Drosselspulen und Konden  satoren in bekannter Weise zusammengesetzt  sind, erreicht werden. Auf diese Weise ist es  möglich, eine eindeutige Feststellung des Kurz  schlusses bis an die Einbaustelle der Schutz  einrichtung zu bekommen.  



  Bringt man nun die gleiche Leitungsver  längerung auch am andern Ende der Leitung  an, so besteht die Möglichkeit, eine exakte Zeit  staffelung zu erhalten. Liegt der Fehler näm-    lieh hinter dieser zweiten Leitungsverlänge  rung, so ist die gemessene Laufzeit bzw.     Fxe-          quenzdifferenz    um die Laufzeit in der Ver  längerungseinrichtung grösser. Man     kann    also  von einer bestimmten     Frequenzdifferenz    an  für einen Fehlerort zwischen dem Ende der  Leitung und dem Anfang der nächsten Lei  tung eine Zeitstaffelung vorsehen, die infolge  der Zwischenschaltung der     Leitungsverlänge-          rung    die Grenze eindeutig kennzeichnet.

   Es  kann daher bei dieser Einrichtung die Schnell  zeit auf die ganze Länge der     Leitung    ausge  dehnt werden.  



  Die Schaltung hierfür zeigt     Fig.3.    Es  ist am Anfang und Ende jeder Leitung eine       Einrichtung    nach     Fig.    1 eingebaut. Die Fre  quenz ist an jeder Stelle eine andere. Die  Einrichtung am Anfang der Leitung 1 be  sitzt die Frequenz     fi,    diejenige am Ende die  Frequenz<B>f2.</B> Die Leitung 11 besitzt entspre  chend die Frequenzen f3 und f4. Die Wir  kungsweise ist dann folgende: Die Sende  frequenz f     i    wird vom Sender 3 über die Lauf  zeitkette 7, das auf die Frequenz f 1 abge  stimmte Filter 8, den     Ankopplungskon-          densator    4 an die Leitung 1 gegeben.

   Im Nor  malbetrieb geht die Welle dann über den       Ankopplungskondensator        4a,    da die Sperr  drosselspule 9 die Welle von der Sammelschiene  fernhält, dann über die Laufzeitkette     7a,    das  Filter 12, den     Ankopplungskondensator    13, die  Leitung 11, an deren Ende dann über den  Kondensator 14, das Filter 16 und den Ab  schlusswiderstand 10 nach Erde zurück.  



  Die Welle des Senders     3a    am Ende der  Leitung 1 läuft auf entsprechenden Wegen  zum Anfang der     Leitung    über den Konden  sator     4a,    Leitung 1,     Kondensator    4, Filter 17  und den dortigen     Abschlusswiderstand    10. Man  erkennt, dass auf diese Weise die Wirkung des  Schutzes ohne zusätzliche Einrichtung rich  tungsabhängig ist. Die Welle des Senders     3a     läuft nur in die Leitung hinein, nicht aber  zur Sammelschiene.  



  Die Zeitstaffelung ist nun durch Einschal  tung der Laufzeitkette     7a    ermöglicht. .Liegt  der Fehler auf der Leitung 1, so läuft die  Welle mit der Frequenz f 1 bei einem Fehler      höchstens bis zum     Ankopplungskondensator          4a;    liegt der Fehler aber auf der Leitung 11,  so     läuft    diese Welle     mindestens    bis zum An  kopplungspunkt des Kondensators 13. In die  sem Falle muss sie über die Laufzeitkette     7a     gehen, so dass die Laufzeit entsprechend länger  wird. Dagegen läuft die Welle des Senders  18 in diesem Falle nur über die Laufzeitkette  19, also mit kleiner Laufzeit.  



  Entsprechend liegen die Verhältnisse in  umgekehrter     Richtung.    Bei dem Fehler auf der       Leitung    1 muss der Schutz der Leitung 11  (Frequenz f4) gegenüber dem der Leitung 1  (Frequenz f2) gestaffelt sein. Die Welle mit  der Frequenz f4 geht über zwei Laufzeitketten  20 und 7a, die Frequenz f2 nur über die  Kette     7a.    Das Filter 12 muss hierbei beide  Frequenzen<I>f</I>     i    und<I>f 4</I> durchlassen können,  was durch Parallelschaltung zweier entspre  chend abgestimmter Filter in bekannter Weise  erreicht werden kann.  



  Die beiden Messungen sind klar gegen  einander abgegrenzt, und zwar an der Stoss  stelle beider Leitungen (Sammelschiene). Bei  den bisher bekannten Ausführungen musste  aus Sicherheitsgründen die zweite Stufe des  Schutzes bereits vor der Sammelschiene begin  nen, so dass bei Fehlern an den Enden der  Leitung an einer Seite mit grösserer Zeit ab  geschaltet wird; oder es mussten zusätzlich Ein  richtungen getroffen werden, um die Aus  lösung auf der einen Seite der Leitung auf  das andere Ende zu übertragen.  



  Ähnlich verhält es sich mit der Richtungs  empfindlichkeit. Diese entsteht bei der dar  gestellten     Anordnung    durch die Anwendung  der Sperrdrosselspulen 9. Die Welle f 2 des  Senders     3a    kann nur in die Leitung 1 hinein  laufen, nicht aber auf die Sammelschiene 2.  Hierdurch ist eine eindeutige Richtungsemp  findlichkeit vorhanden. Diese hängt nicht von  den elektrischen Vorgängen bei Netzfrequenz  ab. Ein Verschwinden der Spannung am Ein  bauort des Schutzes, die bei den bisherig be  kannten     Ausführungen    die Richtungsempfind  lichkeit unmöglich machte, bedeutet bei der  Anordnung nach der Erfindung kein Problem.    Bei Fehlern in der Nähe des Einbauortes  waren bei den bisherigen Ausführungen beson  dere Anordnungen nötig.

   (Verwendung feh  lerfremder Spannungen, Erinnerungsschal  tung.) Dies ist bei der Anordnung nach der  Erfindung nicht nötig. Die     Richtungsemp-          findlichkeit    ist unabhängig von der Lage des  Fehlers. Dies ergibt sich bereits aus der ein  poligen Darstellung in der     Fig.    3. Die Schwie  rigkeit, bei 3poligen Fehlern eine Richtungs  empfindlichkeit zu erhalten, ist nicht vor  handen.  



  Die geschilderte Anordnung muss zur Er  fassung aller Fehlerarten bei allen drei Lei  tungen einer Leitung vorgesehen sein. Die  Ausführung ist für jede Leitung die gleiche  und unabhängig voneinander. Gegenseitige  Beeinflussungen schaltet man durch die Wahl  verschiedener Frequenzen aus. Die Richtungs  empfindlichkeit ist bei der 3poligen Ausfüh  rung die gleiche wie bei der einpoligen. Ein  Unterschied bei den verschiedenen Fehlerarten  ist daher nicht vorhanden.  



  Des weiteren, ergibt sich der Vorteil, die  Sammelschienen und andere     impedanzlose    An  lageteile "     (Kuppelschalter)    staffelmässig er  fassen zu können, wenn vor und hinter dem       Anlageteil    eine Verlängerungsstrecke einge  baut wird. Man kann damit erreichen, dass       Sammelschienenfehler    von dem in der Station  selbst befindlichen Relais erfasst werden und  nicht wie bei dem bisherigen Schutzsystem nur  von dem Relais am andern Ende der Leitung.  



  Die Schutzeinrichtung kann auch einge  schaltet bleiben, wenn die Leitung selbst nicht  in Betrieb ist. Daraus ergibt sich der Vorteil,  jede Leitung vor dem Einschalten prüfen zu  können, so dass ein Schalten auf versehentlich  kurzgeschlossene Leitungen verhindert wird.  



  Die     Selektivschutzeinrichtung    gemäss der  Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die  Anlage nicht nur gegen Kurzschlüsse gesichert  wird, wie dies bei     Impedanz-SelektivschLltzein-,     richtengen der Fall ist, sondern sie reagiert       ebenfalls    auf     Leitungsunterbrüche.    Damit  wird eine universellere Erfassung der Abschal  tung von Störungen ermöglicht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPUUCH Selektivschutzeinrichtung, dadurch gekenn zeichnet, dass an der Schaltstelle, von der aus die Überwachung der Leitung vorgenommen werden soll, mit der Leitung ein Hochfrequenz- sender gekoppelt ist, dessen Frequenz peri odisch geändert wird, und dass ferner mit der Leitung ein Empfänger gekoppelt ist, der die an der Fehlerstelle reflektierte Hochfre quenz wieder empfängt und dass Mittel vor gesehen sind,. um in Abhängigkeit der zwi schen der abgesandten und reflektierten Welle bestehenden Frequenzdifferenz ein Relais zum Ansprechen zu bringen.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Selektivschutzeinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Schutzstrecke durch einen der Lei tung entsprechenden Wellenwiderstand abge- schlossen wird, der über einen Kondensator mit der Hochspannungsleitung verbunden ist. 2. Selektivschutzeinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenz erst über Leitungsverlänge- rungsglieder der geschützten Leitung zuge führt wird, so dass auch bei Fehlern in der Nähe und an der Einbaustelle des Relais selbst eine messbare Frequenzdifferenz erhal ten wird.
    3. Selektivschutzeinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung impedanzloser Anlageteile zusätz liche Leitungsverlängerungsglieder vor und hinter diesen Anlageteilen vorgesehen sind. 4. Selektivschutzeinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenzen der auf beiden Seiten der zu schützenden Anlageteile angeschlossene Sen der und Empfänger verschieden sind.
CH317275D 1953-07-07 1953-07-07 Selektivschutzeinrichtung CH317275A (de)

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