Verfahren und Schaltungsanordnung zur Schutzsignalübertragung über Hochspannungsleitungen Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zur Schutzsignal-Übermittlung auf Hochspannungsleitun gen.
Bei einer durch z.B. Blitzeinschlag gestörten Hoch spannungsleitung müssen die Schalter am Anfang und Ende der Leitung geöffnet werden. Zu diesem Zweck wird durch einen TFH-Kanal über das gestörte Leitungs system ein Schutzsignal gesendet, das die Öffnung der Trennschalter am anderen Ende veranlasst. Der Schutz signalempfänger soll sicher ansprechen, wenn das Schutz signal mit Impulsstörern überlagert ist.
Im Schutzfall müssen die Schalter am Anfang und Ende einer Hochspannungsleitung von einem Leitungs ende aus möglichst gleichzeitig und schnell betätigt wer den. Zu diesem Zweck verwendet man 2,5 kHz breite TFH-Kanäle, über die ein amplitudenmoduliertes oder frequenzmoduliertes Schutzsignal gesendet wird, das nach der Demodulation auf der Empfangsseite die Ab schaltung der Strecke veranlasst, die vorher durch die Überstromrelais an beiden Enden vorbereitet wurde. Auf dem Übertragungsweg wird das Schutzsignal von Störern beeinflusst. Von diesen müssen hauptsächlich die Im pulsstörungen in Betracht gezogen werden.
Sie entstehen bei Blitzeinschlägen, Überschlägen und Schaltvorgängen (dreiphasige Lichtbögen) im Hochspannungsnetz. Sie haben einen Impulsabstand von ca. 3,3 ms, das ent spricht einer Frequenz von ungefähr 300 Hz. Ihre mittlere Dauer beträgt, bedingt durch die Systembandbreite, 0,4 ms. Der Schutzsignalempfänger muss daher einmal ver hindern, dass durch Störimpulse ein Schutzsignal vor getäuscht wird, zum anderen muss er dafür sorgen, dass ein empfangenes Schutzsignal unbeeinflusst und schnell weitergegeben wird.
Die Laufzeit des Schutzsignals setzt sich zusammen aus der Einschwingzeit und der Laufzeit des TFH-Über- tragungssystems, der Übertragungsstrecke und der An sprechzeit des Schutzsignalempfängers. Die Gesamtlauf zeit des Schutzsignals soll möglichst gering sein, wobei sechs ms und weniger sehr günstige Werte wären. Daraus ergibt sich die Forderung, dass die Ansprechzeit des Schutzsignalempfängers weniger als drei ms betragen muss. Ist eine höhere Gesamtlaufzeit zugelassen, dann soll sich die Ansprechsicherheit der Schutzeinrichtung entsprechend erhöhen.
Bei bekannten Ausführungen der TFH-Geräte wird ständig ein Ton übertragen, der in Schutzfall umgetastet wird. Auf der Sendeseite werden die beiden benötigten Frequenzen in der HF-Ebene von zwei Generatoren er-. zeugt. Im Empfänger wird der Schutzton zweimal um gesetzt, in der NF-Lage begrenzt und auf einen Diskri- minator gegeben, der nach Gleichrichtung und Siebung entsprechend dem anliegenden Ton ein gepoltes Relais in die Trenn- oder Zeichenlage steuert.
Nachteilig wirkt sich bei diesen Systemen die im Ver hältnis zur Empfangssicherheit lange Gesamtlaufzeit des Schutzsignals von ungefähr 15 ms aus. Sie ist zum Teil auf die kräftige Siebung zurückzuführen. Diese ist uner- lässlich, weil das System dauernd einen TFH-Kanal belegt und auftretende Störer auch dann unterdrücken muss, wenn kein Schutzfall vorliegt. Die Ansprechzeit des Schutzempfängers beträgt ca. 6 ms.
Ein weiterer Nach teil der FM-Schutzübertragung besteht darin, dass einer der ohnehin schon zu knappen TFH-Kanäle ständig be legt werden muss, was bei einer AM-Übertragung nicht der Fall ist, da hierbei der Empfänger erst durch das ansprechende Überstromrelais in die gestörte Hochspan nungsleitung an den TFH-Empfänger angeschaltet wird.
Die Erfindung vermeidet die oben geschilderten Nach teile dadurch, dass bei Befehlsübermittlung die Sprach übermittlung über einen Nachrichtenkanal kurzzeitig un terbrochen wird und ein trägerfrequentes Schutzsignal vom Sender zum Empfänger übertragen wird.
Ein Aus führungsbeispiel der Erfindung arbeitet folgendermas sen: Die Schutz-Trägerfrequenz wird erst bei Befehls- übermittlung mit der vollen Frequenzbandbreite des zur Verfügung stehenden Nachrichtenkanals zur Übertragung des trägerfrequenten Schutzsignals eingeschaltet, so dass in der Zwischenzeit, in der kein Schutzsignal zu über- tragen ist, die übertragungsstrecke für die Sprachüber mittlung benützt werden kann, die nur für die Über mittlung des Schutzsignals unterbrochen wird.
Somit ist zur Übertragung des Schutzsignals kein eigener TFH- Kanal nötig, sondern es wird ein Kanal benützt, der im normalen Betrieb, z.B. als Fernsprechverbindung, ein gesetzt ist. Dadurch steht für die Übertragung des Schutz signals stets die gesamte Bandbreite und damit die klein ste Laufzeit des Übertragungskanals zur Verfügung.
Im Schutzfall werden bei belegtem Kanal die Teilnehmer für weniger als eine Sekunde weggeschaltet, und in dieser Zeitspanne wird das Schutzsignal übetragen. Als Sender wird ein einzelner Oszillator verwendet, womit sich ge genüber den bekannten Schaltungen, die zwei benötigen, die Betriebssicherheit erhöht.
Auf der Empfangsseite nimmt nach einmaliger Umsetzung der Schutzsignal- Empfänger im NF- oder ZF-Bereich eine Frequenzbe- wertung des diskreten Störers und des Schutztones vor, die beide vorher durch eine Begrenzerschaltung unab hängig von ihren Amplituden begrenzt wurden, wobei die Eingangsbandbreite den Maximalwert von 2,5 kHz bat. Die Frequenzen werden durch ein einflaches Selek- tionsglied bewertet.
Infolge der Bewertung kann nur das Schutzsignal den Schwellwert der nachfolgenden Aus werteschaltung überwinden, die anspricht und das Schutz kriterium verstärkt an die Trennschalter-Steuerung wei tergibt. Die Schwelle ist so eingestellt, dass die daraus resultierende Ansprechsicherheit des Empfängers den be kannten Geräten gleichwertig ist.
Der Schutzsignalempfänger besteht bei diesem Bei spiel in wesentlichen aus einem Bregenzer-Verstärker, der in dem gesamten zur Verfügung stehenden Frequenz band sowohl den diskreten Impulsstörer, der eine Fol gefrequenz von ungefähr 300 Hz hat, als auch das am plitudenmodulierte Schutzsignal bei einer Amplituden- höhe begrenzt, die praktisch rechteckige Stör- und Schutz signale am Begrenzerausgang ergibt, wobei der Be- grenzereingang breitbandig gegen das zur Verfügung ste hende Frequenzband ist.
Dadurch wird die Impulshöhe vor allem des Störers entscheidend verkleinert. Das nach geschaltete Selektionsglied wird nur für einen Teil des ganzen Frequenzbandes zur Aussiebung des Schutzsignal frequenzbandes verwendet, so dass das Schutzsignal mit voller Grösse übertragen wird,
der Impulsstörer dagegen im Verhältnis der Bandbreite des Selektionsgliedes zur Gesamtbandbreite gedämpft und die Einschwingzeit für das Schutzsignal ausschliesslich durch das Selektionsglied bestimmt wird und die Laufzeit wegen der grossen Ge- samt-Frequenzbandbreite und der geringen Filterwer tigkeit des Selektionsgliedes ein Minimum wird.
Eine Gleichrichterschaltung, eine Siebschaltung, eine Trigger- schaltung, deren Ansprechswelle so eingestellt ist, dass nur die Nutzspannung sie überschreiten kann und ein Verstärker, der das Ausgangssignal der Triggerstufe mit grösserer Leistung wiedergibt, ergänzen den Empfän ger.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbei spieles erläutert, bei dem auch noch zusätzliche Merk male verkörpert sind.
Fig. 1 zeigt eine gemäss der Erfindung aufgebaute Schaltung eines Schutzsignalempfängers.
Das Schaltbild zeigt eine Überwachungsschaltung, die bei Übertragung eines Schutzsignals über das gestörte Leitungssystem auf der Empfangsseite Störimpulse un terdrückt, die, bezogen auf 2,5 kHz Bandbreite, eine bis zu 2,3 Np grössere Amplitude und eine Folgefrequenz von ca. 300 Hz haben, wobei die Gesamtlaufzeit des Schutzsignals maximal 6 ms beträgt.
Am Eingang E liegt das Signalgemisch an, das aus Nutz- und diskreten Störsignalen besteht. Die Amplituden dieses Gemisches werden in dem Bregenz-Verstärker V l / BG/V2 begrenzt. Dabei sind der Bregenzer BG und der Verstärker V2 als Gegentaktverstärker aufgebaut, der im Sättigungsbereich arbeitet. Das nachfolgende Selektions- glied SG besteht zur Erzielung einer möglichst kleinen Laufzeit aus einem auf die Nutzfrequenz abgestimmten Parallel-Schwingkreis, der in Reihe mit einem reellen, hochohmigen Widerstand geschaltet ist, dessen Grösse bei etwa 25 Kilo-Ohm liegt.
Die Schaltung ist ein fre- quenzabhängiger Spannungsteiler und arbeitet mit ein geprägter Spannung. Für die Nutzfrequenz fh, die in der oberen Bandhälfte des Übertragungskanals liegt, wird der Parallel-Schwingkreis so hochohmig reell, dass der grösste Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers V2 an ihm abfällt. Bei Frequenzen ausserhalb der Nutzfre quenz sinkt die Impedanz des Parallel-Schwingkreises rasch ab, so dass in diesen Fall am Vorwiderstand der grösste Teil der Spannung abfällt. Die Bandbreite des Parallelschwingkreises bestimmt zum grossen Teil die Empfängerlaufzeit.
Da die Empfängerlaufzeit vorgegeben wird, liegt somit die Bandbreite fest. Bei einer Laufzeit des Schutzsignalempfängers von rund 2,5 ms entfallen auf das Selektionsglied SG weniger als 1,7 ms, das ent spricht einer Bandbreite von mindestens 600 Hz.
Ist in besonderen Fällen eine längere Empfängerlaufzeit trag bar, so kann zur Erhöhung der Empfangssicherheit ein auf die Nutzfrequenz abgestimmter Bandpass eingesetzt werden, der bekanntlich eine grössere Flankensteilheit hat als ein einfaches Selektionsglied. Die vom Selektions- glied SG abgegebene Wechselspannung wird mit einer Gleichrichterschaltung GL gleichgerichtet, die z.B. in Form einer Brückenschaltung ausgeführt sein kann.
Anschliessend wird die entstehende Gleichspannung mit dem Siebglied SI gesiebt. Das Siebglied besteht aus einem Kondensator, der so ausgelegt werden muss, dass seine Ladezeit die Differenz zwischen vorgegebener Empfängerlaufzeit und Laufzeit des Selektionsgliedes nicht überschreitet. Um die Welligkeit der gleichgerich teten Wechselspannung klein zu halten, ist jedoch eine lange Entladungszeit notwendig. Aus diesem Grunde wird an den Siebkondensator SI eine Verstärkerstufe IW mit hohem Eingangswiderstand angeschaltet, die eine aus reichende Entladungszeit sicherstellt.
Die dermassen gesiebte Gleichspannung wird dann über einen regelbaren Widerstand RW, der zur Einstel lung der Signalamplitude dient, der Triggerschaltung TR zugeführt, die z.B. als Schmitt-Trigger aufgebaut sein kann. Diese Triggerstufe TR schaltet mit sehr steiler Flanke, wenn die an ihrem Eingang liegende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Dieser Schwell- wert kann mit Hilfe des gemeinsamen Emitterwiderstan- des der Stufe TR eingestellt werden. Die Schwelle ist so eingestellt, dass die von den Störimpulsen erzeugte Gleich spannung die Triggerschaltung TR nicht durchsteuern kann. An ihrem Ausgang erscheint kein Signal.
Erst die durch den demodulierten Nutzton entstehende Gleich spannung ist höher als die Schwellwertspannung der Triggerstufe TR und somit erscheint am Triggerausgang ein Signal.
Figur 2 zeigt den Dämpfungsverlauf des Sele'ktions- gliedes SG und den effektiven Durchlassbereich. Die Ab bildung zeigt bei einem Anwendungsbeispiel im NF-Be- reich, wie durch die Schwelle S der Durchlassbereich D des Parallelschwingkreises P dynamisch so versteilert wird, dass er praktisch rechteckig und ausserdem kleiner wird, wie man es statisch sonst nur mit mehrwertigen Filtern unter Hinnahme grösserer Laufzeit erreicht.
Trotzdem tritt bei der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung keine Laufzeitvergrösserung durch diese Flan- kenversteilerung und Bandeinengung ein. Die Schwelle der Triggerstufe TR ist so eingestellt, dass die Auswerte schaltung anspricht, wenn das ankommende Schutzsignal gerade seine mittlere Einschwingzeit beendet hat.
An dem Ausgang der Triggerstufe TR ist über eine Umkehrstufe US eine Verstärkerstufe V3 angeschlossen, die den für die Trennschaltersteuerung nötigen Strom liefert.
Method and circuit arrangement for transmitting protective signals over high-voltage lines The present invention deals with a method for transmitting protective signals over high-voltage lines.
In a case of e.g. If the high voltage line is disturbed by a lightning strike, the switches at the beginning and end of the line must be opened. For this purpose, a protection signal is sent through a TFH channel over the disturbed line system, which causes the disconnector at the other end to be opened. The protection signal receiver should respond reliably if the protection signal is overlaid with impulse interferers.
In the event of protection, the switches at the beginning and end of a high-voltage line must be operated from one end of the line as quickly and simultaneously as possible. For this purpose, 2.5 kHz wide TFH channels are used, over which an amplitude-modulated or frequency-modulated protection signal is sent, which after demodulation on the receiving side causes the line to be switched off that was previously prepared by the overcurrent relays at both ends. The protection signal is influenced by interferers on the transmission path. Of these, it is mainly the impulse disorders that must be taken into account.
They arise from lightning strikes, flashovers and switching processes (three-phase arcs) in the high-voltage network. They have a pulse interval of approx. 3.3 ms, which corresponds to a frequency of approx. 300 Hz. Their average duration is, due to the system bandwidth, 0.4 ms. The protection signal receiver must therefore, on the one hand, prevent a protection signal from being fooled by interference pulses and, on the other hand, it must ensure that a received protection signal is passed on quickly and without any influence.
The transit time of the protection signal is made up of the settling time and the transit time of the TFH transmission system, the transmission path and the response time of the protection signal receiver. The total transit time of the protection signal should be as short as possible, with six ms and less being very favorable values. This results in the requirement that the response time of the protective signal receiver must be less than three ms. If a longer total running time is permitted, the response reliability of the protective device should increase accordingly.
With known versions of the TFH devices, a tone is constantly transmitted, which is keyed in the event of protection. On the transmitting side, the two frequencies required are generated in the HF level by two generators. testifies. The protective tone is converted twice in the receiver, limited in the LF position and sent to a discriminator which, after rectification and screening, controls a polarized relay to the separating or character position according to the tone present.
The disadvantage of these systems is the overall runtime of the protection signal, which is about 15 ms, which is long in relation to reception reliability. It is partly due to the vigorous sieving. This is indispensable because the system permanently occupies one TFH channel and has to suppress any interferers even when there is no protection case. The response time of the protective receiver is approx. 6 ms.
Another disadvantage of the FM protection transmission is that one of the already too scarce TFH channels has to be constantly occupied, which is not the case with an AM transmission, since the receiver only enters the disturbed via the responding overcurrent relay High-voltage line is connected to the TFH receiver.
The invention avoids the disadvantages outlined above in that when commands are transmitted, the voice transmission via a communication channel is briefly interrupted and a carrier-frequency protection signal is transmitted from the transmitter to the receiver.
An exemplary embodiment of the invention works as follows: The protective carrier frequency is only switched on when commands are transmitted with the full frequency bandwidth of the available message channel for transmission of the carrier-frequency protective signal, so that in the meantime no protective signal is to be transmitted , the transmission path can be used for voice transmission, which is only interrupted for the transmission of the protection signal.
Thus, no separate TFH channel is required for the transmission of the protection signal, but a channel is used that is used in normal operation, e.g. as a telephone connection, is set. This means that the entire bandwidth and thus the shortest transit time of the transmission channel is always available for the transmission of the protective signal.
In the event of protection, if the channel is busy, the participants are switched off for less than a second, and the protection signal is transmitted during this period. A single oscillator is used as the transmitter, which increases operational reliability compared to the known circuits that require two.
On the receiving side, after a one-time implementation, the protective signal receiver in the LF or IF range evaluates the frequency of the discrete interferer and the protective tone, both of which were previously limited by a limiter circuit regardless of their amplitudes, with the input bandwidth reaching the maximum value of 2.5 kHz bat. The frequencies are weighted by a flat selection element.
As a result of the evaluation, only the protection signal can overcome the threshold value of the subsequent evaluation circuit, which responds and forwards the protection criterion to the circuit breaker control. The threshold is set so that the resulting reliability of the receiver is equivalent to the known devices.
The protective signal receiver in this case consists essentially of a Bregenz amplifier, which band in the entire available frequency band both the discrete impulse jammer, which has a frequency of about 300 Hz, and the amplitude-modulated protective signal at an amplitude level limited, which results in practically rectangular interference and protection signals at the limiter output, the limiter input being broadband compared to the available frequency band.
This significantly reduces the pulse height of the interferer in particular. The subsequent selection element is only used for part of the entire frequency band to filter out the protective signal frequency band, so that the protective signal is transmitted in full size,
the impulse interferer, on the other hand, is attenuated in the ratio of the bandwidth of the selection element to the total bandwidth and the settling time for the protective signal is determined exclusively by the selection element and the runtime is a minimum due to the large total frequency bandwidth and the low filter value of the selection element.
A rectifier circuit, a filter circuit, a trigger circuit whose response wave is set so that only the useful voltage can exceed it and an amplifier that reproduces the output signal of the trigger stage with greater power complete the receiver.
Details of the invention are explained with reference to the advantageous game Ausführungsbei shown in the drawing, in which additional features are embodied.
1 shows a circuit of a protective signal receiver constructed in accordance with the invention.
The circuit diagram shows a monitoring circuit which, when a protection signal is transmitted over the disturbed line system on the receiving side, suppresses interference pulses which, based on a bandwidth of 2.5 kHz, have an amplitude of up to 2.3 Np and a repetition frequency of approx. 300 Hz , whereby the total runtime of the protection signal is a maximum of 6 ms.
The composite signal, which consists of useful and discrete interference signals, is present at input E. The amplitudes of this mixture are limited in the Bregenz amplifier V1 / BG / V2. The Bregenz BG and the amplifier V2 are designed as push-pull amplifiers that operate in the saturation range. To achieve the shortest possible running time, the following selection element SG consists of a parallel resonant circuit which is matched to the useful frequency and which is connected in series with a real, high-value resistor, the size of which is around 25 kilo-ohms.
The circuit is a frequency-dependent voltage divider and works with an impressed voltage. For the usable frequency fh, which is in the upper half of the band of the transmission channel, the parallel resonant circuit becomes real with such a high resistance that most of the output voltage of the amplifier V2 drops across it. At frequencies outside the useful frequency, the impedance of the parallel resonant circuit drops rapidly, so that in this case most of the voltage drops across the series resistor. The bandwidth of the parallel resonant circuit largely determines the receiver transit time.
Since the receiver transit time is specified, the bandwidth is therefore fixed. With a runtime of the protective signal receiver of around 2.5 ms, the selection element SG takes less than 1.7 ms, which corresponds to a bandwidth of at least 600 Hz.
If, in special cases, a longer receiver transit time is acceptable, a band pass matched to the useful frequency can be used to increase the reception reliability, which is known to have a greater slope than a simple selection element. The alternating voltage emitted by the selection element SG is rectified with a rectifier circuit GL which e.g. can be designed in the form of a bridge circuit.
The resulting DC voltage is then screened with the SI filter element. The filter element consists of a capacitor which must be designed so that its charging time does not exceed the difference between the specified receiver transit time and the transit time of the selection element. In order to keep the ripple of the rectified AC voltage small, however, a long discharge time is necessary. For this reason, an amplifier stage IW with a high input resistance is connected to the filter capacitor SI, which ensures a sufficient discharge time.
The DC voltage filtered in this way is then fed to the trigger circuit TR via a controllable resistor RW, which is used to set the signal amplitude, which is e.g. can be constructed as a Schmitt trigger. This trigger stage TR switches with a very steep edge when the voltage at its input exceeds a specified value.
This threshold value can be set with the help of the common emitter resistance of stage TR. The threshold is set so that the DC voltage generated by the interference pulses cannot control the trigger circuit TR. No signal appears at its output.
Only the direct voltage resulting from the demodulated useful tone is higher than the threshold voltage of the trigger stage TR and thus a signal appears at the trigger output.
FIG. 2 shows the attenuation curve of the selection element SG and the effective transmission range. In an application example in the LF range, the figure shows how the threshold S dynamically steepens the pass range D of the parallel resonant circuit P so that it is practically rectangular and also smaller, as would otherwise only be possible statically with multi-valued filters greater duration achieved.
In spite of this, in the circuit arrangement according to the invention, there is no increase in transit time due to this edge steepening and band narrowing. The threshold of the trigger stage TR is set so that the evaluation circuit responds when the incoming protection signal has just finished its mean settling time.
At the output of the trigger stage TR, an amplifier stage V3 is connected via an inverter stage US, which supplies the current necessary for the circuit breaker control.