Schaltungsanordnung für Distanzrelais Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Distanzrelais zur Gewinnung von von den Phasenströ men eines Netzes abgeleiteten Messgrössen, wobei die den Phasenströmen proportionalen Grössen nur geringe Leistung aufweisen.
Die Messung von Wechselgrössen in Hochspan nungsanlagen erfolgt im allgemeinen mittels Wandler. Diese wandeln die zu messende Wechselgrösse in einen für nachgeschaltete Mess- und Schutzeinrichtungen ge eigneten Wert um..
Ausserdem stellen sie die erforder liche Isolation zwischen Hochspannungs- und Erdpoten- tial her, Mit steigenden Spannungen ergibt sich jedoch ein. immer grösserer Aufwand für die Isolation und zu sätzlich bei Stromwandlern für Massnahmen zur Beherr schung der Kurzschlusskräfte. Kanin der<B>-</B>Aufwand für die Isolation wegfallen. (z.
B. durch Umsetzung der zu messenden Wechselgrösse in ein Signal, das unter Zwi- schenschältung eines Isolatons an einen Empfänger übertragen wird), so lassen sich zumindest bei sehr hohen Spannungen erhebliche Einsparungen erzielen.
Es sind bereits Hochspannungsmesseinrichtungen für Wechselströme bakanmtgew omden, bei :denen der zu messende Wechselstrom hochspannungsseitig in ein Si gnal umgesetzt wird. Dieses Signal wird an einen auf Erdpotential befindlichen Verstärker übertragen, der dieses Signal wieder in ein analoges, amplitudenmodu- liertes Signal für Mess- und Schutzeinrichtungen um setzt.
Damit ergeben sich jedoch hinsichtlich der An wendung derartiger Messeinrichtungen bei Schutzrelais erhebliche Schwierigkeiten.
Um ein sicheres Arbeiten der Schutzrelais zu ge währleisten, müssen nämlich im Falle eines Kurzschlus ses Stromwandler Ströme bis etwa zum 100fachen des Nennstromes mit nicht allzu grossen Fehlern übertragen können. Dies bedingt für den auf Erdpotential befind lichen Verstärker Ausgangsleistungen, deren Erstellung sehr grosse Schwierigkeiten bereiten. Für Schutzrelais in der derzeit üblichen Form sind dies bei dem 100fachen Wert des Nennstromes wegen der quadratischen Ab- hängigkeit der Leistung vom S.\.rom bei konstanter Bürde 10 kW und mehr.
Ein weiteres Problem ergibt sich bei Distanzrelais durch die Gewinnung der verschiedenen von den Pha senströmen abgeleiteten Messgrössen (u. a. Nullstrom, verkettete Ströme), die zur richtigen Erfassung von ein- und mehrphasigen Kurz- bzw. Erdkurzschlüssen benötigt werden.
Es isst bekannt, diesle Messgrössen .mittels einer vier- poligen, in Stern geschalteten Widerstandsanordnung zu gewinnen. Die zur Erfassung der Messgrössen vorge sehenen Messglieder sind dabei an die Widerstände in entsprechender Weise angeschlossen. Die Leistungsauf nahme pro Phase liegt beim Nennstrom IN bei etwa 1 bis 5 VA und dementsprechend beim 100fachen des Nenn stromes bei etwa 10 bis 50 kVA.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die verschiedenen von den Phasenströmen eines Netzes ab geleiteten Messgrössen für die verschiedenen Fehlerfälle zu gewinnen, wobei die den Phasenströmen proportio nalen Grössen nur geringe Leistung aufweisen und ausserdem nur Verstärker mit üblicher Ausgangsleistung vorgesehen werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge löst, dass die den Phasenströmen proportionalen Grös- sen einer ersten Gruppe von Verstärkern zugeführt wer den, denen Impedanzen nachgeschaltet sind und dass an den Impedanzen die Eingangsgrössen einer zweiten Gruppe von Verstärkern abgegriffen werden.
Die Er findung geht von der Erkenntnis aus, dass bei der be kannten Schaltungsanordnung zur Gewinnung der ver schiedenen Messgrössen mittels einer vierpoligen Wider standsanordnung die benötigte Leistung zwar von den Messgliedern bestimmt wird, jedoch der grösste Lei stungsverbrauch nicht in den Messgliedern, sondern in der Widerstandsanordnung erfolgt.
Die Widerstands- anordnung musis nämlich, um lineare Verhältnisse zu er halten, mindestens eine um eine Grössenordnung höher liegende Leistung - praktisch meist fast eine um zwei Grössenordnungen höher liegende Leistung - aufneh- men. Die zweite Gruppe von Verstärkern ermöglicht die Leistungsaufnahme der Widerstandsanordnung auf einen niedrigen Pegel herabzusetzen,
womit weiter die Leistungsaufnahme des gesamten Schutzrelais auf etwa ein Hundertstel der bisher üblichen Werte herabgesetzt wird. Damit ergeben sich Leistungen, die von üblichen Verstärkern geliefert werden können. Durch Verwen dung elektronischer, der zweiten Gruppe der Verstärker nachzuschaltender Relais lässt sich der Leistungspegel noch weiter herabsetzen.
Die Impedanzen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden zweckmässigerweise als ohmsche Widerstände ausgelegt. In diesem Fall ist es günstig, auf der Sekundärseite der primären Stromwandler Nachbil dungen der zu schützenden Leitung vorzusehen, durch die die Phasenlage des Stromes entsprechend dem Lei tungswinkel angepasst und Einschwingvorgänge berück sichtigt werden. Die Nachbildung der zu schützenden Leitung besteht beispielsweise in an sich bekannter Weise aus der Reihenschaltung einer Induktivität mit einem einstellbaren ohm@schen Widerstand.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Impedanzen der Schaltungsanordnung nach der Erfin dung als Nachbildungen der zu schützenden Leitung aus gelegt. Durch diese lässt sich dann ebenfalls die Phasen lage des Stromes entsprechend dem Leitungswinkel an passen. Die Einstellung kann dabei vorteilhafterweise an einer auf Erdpotential befindlichen Anordnung vorge nommen werden. Einschwingvorgänge werden in diesem Falle ebenfalls berücksichtigt.
Im folgenden soll die Erfindung anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführung-beispieles näher erläutert werden.
Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung für Di stanzrelais zur Gewinnung von von Phasenströmen IR, I., IT eines Netzeis R, S, T abgeleiteten Messgrössen UNI;
I"RI I..CI"T; I"RS, I"sT, I"TR; I"Rr, I"Sr, I"Tr, woben die den Phasenströmen IR, IS, IT proportionalen Grössen I',, I'" I', nur eine geringe Leistung nufweäsen.
Die Grössen I'R, I',g, I'T werden mittels Wandler 1, 2, 3 gewonnen, die lediglich die primären Ströme IR,, 's, 'T abbilden, jedoch nicht eine Isolation gegenüber Erd- potential bewirken.
Die Sekundärströme der Wandler 1, 2, 3 werden Übertragern 4, 5, 6 zugeführt, in denen den Primärströmen IR, Is, IT proportionale Signale, beispiels weise Lichtsignale, gebildet werden, die mittels über- tragungskanä ien 7, 8, 9 an auf Erdpotential befindliche Empfänger 10, 11, 12 übertagen werden.
Die Empfän ger 10, 11, 12 liefern den Phasenströmen IR, Is, IT pro portionale Grössen I'R, I's, I'T mit nur geringer Leistung.
Die Isolation zwischen dem Netz R, S, T und Erde wird durch die Übertragungskanäle 7, 8, 9 bewirkt. Die Kosten für die Isolation der Wandler 1, 2, 3 entfallen daher praktisch. Die ebenfalls auf Hochspannungspoten tial befindlichen Übertrager 4, 5, 6 werden über nicht dargestellte Sättigungswandler von den Strömen IR, Is, IT bzw. im Leerlauffall durch kapazitive Ströme gespeist. Die von den Übertragern 4, 5, 6 abgegebenen Signale sind entsprechend den Werten der Ströme IR,, Is, IT mo duliert.
Als Modulationsverfahren können sowohl analoge - beispielsweise Impulslängen- oder Frequenz modulation - als auch digitale Verfahren vorgesehen werden. Allen Verfahren ist dabei gemeinsam, dass der Leistungspegel der Signale klein ist.
Die von den Empfängern 10, 11, 12 abgegebenen den Phasenströmen IR, 1s, IT proportionalen Grössen FR., I'S, I'T werden einer ersten Gruppe von Verstärkern 13, 14, 15 zugeführt. Diesen Verstärkern sind über Leitun gen 16, 17 18, 19 Widerstände 20, 21, 22, 23 nachge schaltet, die eine vierpolige in Stern geschaltete Wider standsanordnung darstellen. Ein Ausgangspol jedes Ver stärkers 13, 14, 15 ist dabei über die Leitung 19 mit dem Widerstand 23 verbunden, während der jeweilige andere Ausgangspol über eine Leitung beispielsweise 16 (oder 17 oder 18) an einen weiteren Widerstand 20 (21, 22) angeschlossen ist.
An den Widerständen 20, 21, 22, 23 lassen sich die verschiedenen Messgrössen I"M; I"R, I"SI "T' I"RE' I"SE' I"TE; I"RS' I"ST' I"TR für ein Distanz relais abgreifen. Nach der Erfindung werden diese Mess- grössen mittels einer zweiten Gruppe von Verstärkern 24 bis 33 abgegriffen, deren Eingänge in der in der Figur dargestellten Weise mit den Widerständen 20, 21, 22, 23 verbunden sind.
Durch die zweite Gruppe von Verstärkern 24 bis 33 kann die in den Wide;rstänr3ien 20 'bis 23 umgesetzte Lei stung ;gering geh'alte'n werden, da dieVerstärker 24 bis 33 zu ihrer Aussteuerung nur eine geringe benötigen. Damit fällt der hauptsächlichste Energiever- braucher bei bekannten Distanzrelais weg.
Die Wider stände 20 bis 23 sind relativ gross, beispielsweise etwa 1 k Ohm, damit sich für die Aussteuerung der Verstär ker 24 bis 33 ein genügend grosser Spannungsabfall er gibt. Die Eingangswiderstände der Verstärker 24 bis 33 sind dementsprechend ebenfalls hochohrig aufgelegt.
Die erste G-uppe von Verstärkern 13, 14, 15 liefert den Grössen I'R, "s, I'T proportionale, beispielsweise eing#,p@ägte Ströme von 1 mA bei Nennstrom IN und von 100 mA bei 100 Ix. Bei symmetrischen Strömen IR, IS, IT und Widerständen 20 bis 23 mit je ein k Ohm muss somit von den Verstärkern 13, 14, 15 eine Ausgangs leis ung von 1 mW bei I,; und von 10 W bei 100 I,_ ab gegeben werden. Diese Leistung lässt sich durch übliche Verstärker erstellen.
Befindet sich die erste Gruppe von Verstärkern 13, 14, 15 im Unterteil von mittels über- tragung-kanälen 7, 8, 9 arbeitender Stromwandler, wer den die eingeprägten Ausgangsströme von 13, 14, 15 in abgeschirm"en Leitungen zum Einbauort des Distanz relais weitergeleitet. Dort durchfliessen die Ströme dann die Widerstände 20 bis 23, wobei die Widerstände 20, 21, 22 Phasenshunts, der Widerstand 23 den Summen- shunt darstellen. Der Wert von 23 richtet sich nach der Nullimpedanz der zu schützenden Leitung.
An den Pha- senshunts 20, 21, 22 werden mittels Verstärker 24, 25, 26 den Leiterströmen IR, I., L,,, am Summenshunt 23 mittels Verstärker 27 dem Nullstrom In proportionale Spannungen abgegriffen. Die Verstärker 31, 32, 33 greifen an 20 bis 23 Spannungen ab, die der Differenz aus Leiterstrom und Summenstrom entsprechen. Von den Verstärkern 28, 29, 30 werden die Differenzen aus zwei Leiterströmen erfasst.
Den Verstärkern 24 bis 33 steht mit einem Lei stungsumsatz in den Widerständen 20 bis 23 von 1 mW bis 10 W eine ausreichende Eingangsleistung zur Ver fügung, so dass auch an diese keine besonderen Anfor derungen gestellt werden müssen. Den Verstärkern 24 bis 33 sind die - in der Figur nicht dargestellten - An rege- und Messglieder eines Distanzrelais nachgeschaltet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Anwendung von zwei Gruppen von Verstärkern, zwischen denen Impedanzen zur Ableitung der für Distanzrelais benötigten Mess- grössen angeordnet sind, der Leistungsverbrauch von Distanzrelais auf etwa ein Hundertstel der bisher üb lichen Werte gesenkt werden konnte.
Damit wird die Zu- sammenschaltung von Distanzrelais mit Stromwandlern ermöglicht, die unter Verwendung von übertragungs- kanälen arbeiten und bei denen die den Phasenströmen proportionalen Grössen eine nur geringe Leistung auf weisen.