Schutzrelaisschaltanordnung für ein elektrisches Netz
Die Erfindung betrifft eine Schutzrelaisschaltanordnung für ein elektrisches Netz, bei Ider mittels Rechteckumformer die in einem Und-Glied nach ihren Phasen zu vergleichenden Grössen gebildet werden.
Schutzrelais, die mittels integrierenden Phasenvergleichs arbeiten, werden vor allem zum Schutz von elektrischen Netzen verwendet. Sie können beispielsweise als Distanzrelais ausgeführt sein, die mittels Richtungsvergleich unter Verwendung einer Trägerfrequenzübertragung für die Auslösekriterien arbeiten. Der Phasenvergleich erfolgt dabei in Und-Gliedern, denen Integrationsglieder und daran anschliessende Pegeldetektoren nachgeschaltet sind. Den Und-Gliedern werden ;dann die Ausgangssignale von Rechteckumformern zugeführt, die sehr empfindlich sind, um die Nulldurchgänge der jeweiligen Wechselgrössen genau zu erfassen. Bei den Wechselgrössen kann es sich um verschiedene Ströme oder Spannungen eines Drehstromnetzes sowie von aus diesen abgeleiteten Grössen handeln.
Die grosse Empfindlichkeit der Rechteckumformer hat jedoch zur Folge, dass nach Abschalten der zu schützenden Leitung bereits die auf den nicht abgeschirmten Leitungen von Strom- und Spannungswandlern in einer Anlage eingesteuerten Spannungen genügen, die Rechteckumformer voll auszusteuern. Dies kann zu Fehlleistungen führen, da die Phasenlage der eingestreuten Grössen zueinander unbestimmt ist.
Es ist bereits eine Einrichtung für die Ausführung eines Distanzmessverfahrens zur selektiven Erfassung von Störungen in elektrischen Netzen bekannt, bei der von den Strom- und Spannungswerten des Netzes mittels Wandlerschaltungen Eingangsgrössen abgeleitet werden, die von Rechteckumformern in Rechtecksignale umgeformt werden. In einem Und-Glied erfolgt dann der Phasenvergleich. Dem Und-Glied ist ein Integrationsglied und diesem wiederum ein Pegeldetektor nachgeschaltet, so dass bei Vorliegen eines vorgegebenen Bereiches der Phasenverschiebung zwischen den Rechteckimpulsen ein Auslösekommando an einen nachgeschalteten Leistungsschalter gegeben wird.
Weiter ist eine Erdschlussschutzeinrichtung für Mehrphasenleitungen bekannt, die mittels Trägerfrequenz arbeitet und bei der mittels Phasenvergleich arbeitende Richtungsglieder vorgesehen sind. Die Richtungsglieder werden im Fehlerfalle von einem Anregeglied freigegeben. Das Anregeglied ist relativ empfindlich eingestellt, um zuverlässig vor einer Freigabe der Schutzeinrichtung die Abgabe des Trägerfrequenzsignales von jeder Station sicherzustellen. Sein Ansprechwert ist somit kleiner als Ider Freigabewert der Schutzeinrichtung. Das Anregeglied ist dabei an eine Einrichtung angeschlossen, die in Abhängigkeit von einer vom Strom abgeleiteten Eingangsspannung eine gleichgerichtete Ausgangsgrösse mit geringer Welligkeit liefert.
Die zur Erzielung der geringen Welligkeit erforderliche Glättung ist jedoch nachteilig, da diese bei Wegfall Ider Anregebedingung eine Zeitverzögerung zur Folge hat. Ausserdem ist bei der bekannten Schaltung noch ein Freigabeglied vorgesehen, das von einer ungeglätteten Gleichspannung gespeist wird. Das Freigabeglied liefert somit rechteckförmige Ausgangssignale. Derartige impulsförmige Ausgangssignale sind aber nicht für eine logische Weiterverarbeitung geeignet, wie sie z. B. bei Distanzrelais auftritt, wo für die Abgabe eines auslösenden Ausgangssignales z. B.
die Anregebedingung, der Richtungsentscheid und die Distanzmessung vorliegen müssen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Schutzrelais, die mittels Integrationsphasenvergleich arbeiten, zu schaffen, von der bei Überschreiten eines vorgegebenen Freigabewertes ein ständiges Signal und unterhalb des Freigabewertes kein Signal abgegeben wird und bei der ausserdem im Falle eines Wegfalles der Freigabebedingung das Signal sehr schnell verschwindet. Ein sehr schnelles Verschwinden des Signales ist wünschenswert, da gerade bei Abschaltvorgängen Störimpulse auftreten, die u. U. noch zu einem nachträglichen Ansprechen eines Schutzrelais führen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Freigabeschaltanordnung vorgesehen ist, die von einer gleichgerichteten, ungeglätteten Wechselgrösse gespeist wird, dass die Freigabeschaltanordnung eine erste Schwellenwertstufe besitzt, deren Ansprechwert auf den Freigabewert der Schutzrelaisschaltanordnung eingestellt ist und deren Impulse mittels einer Impulsverlängerungsstufe praktisch um eine halbe Periode verlängert werden, dass die Freigabeschaltanordnung eine zweite Schwellenwertstufe Ibesitzt, deren Ansprechwert kleiner ist als -der Freigabewert und deren Impulse mittels einer weiteren Impulsverlängerungsstufe kleiner als eine halbe Periode gemacht werden und dass die Ausgänge der Schwellenwertstufen über die Impulsverlängerungsstufen mit Eingängen des Und-Gliedes verbunden sind.
Mit dieser Lösung ergibt sich einerseits ein konstantes Signal bei vorliegender Freigabebedingung und anderseits eine kurze Rückfallzeit bei Wegfall derselben.
Im folgenden soll .die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, aus Idem sich nähere Einzelheiten sowie auch weitere Vorteile ergeben.
In ender Figur ist ein Teil eines Schutzrelais zur Durchführung von Distanzmessungen schematisch dargestellt.
Es handelt sich dabei um ein Distanzmessteil. Dieses Distanzmessteil ist wie bei dem vorstehend erwähnten, bekannten Distanzrelais ausgeführt. Die Messung der Distanz erfolgt mittels Phasenvergleich für Impulse einer z. B. positiven Polarität.
Von einem nicht dargestellten Netz werden dem Distanzmessteil über Klemmen 1, 2 die Spannung U und über Klemmen 3, 4 der Strom I zugeführt. Die Klemmen 1 bis 4 sind mit einer Wandlerschaltung 7 verbunden, in der aus U und I ,die für eine Distanzmessung mittels Phasenvergleich benötigten Eingangsgrössen gebildet werden. Diese Eingangsgrössen werden den Rechteck umformer 9, 10 zugeführt, die die sinusförmigen Eingangsgrössen in Rechtecksignale umformen. Den Rechteckumformern 9, 10 ist ein Und-Glied nachgeschaltet, an das sich ein Integrationsglied 14 anschliesst, dessen Ausgang mit einem Pegeldetektor 17 verbunden ist.
Dem Pegeldetektor 17 folgt eine Impulsverlängerungsstufe 20 nach, deren Verlängerungsteil entsprechend der Periode des Stromes I bzw. der Spannung U Ides überwachten Netzes gewählt ist, so dass bei Überschreiten des Ansprechwertes des Pegeldetektors 17 dessen Ausgangssignale auf jeweils mindestens eine halbe Periode verlängert werden. Die am Ausgang 21 der Impulsverlänge- rungsstufe 20 anliegenden Signale werden mit weiteren Signalen des Distanzrelais logisch verknüpft. Bei den weiteren Signalen kann es sich z. B. um Signale von einem Distanzmessteil für den Phasenvergleich von Impulsen entgegengesetzter, z. B. negativer Polarität, sowie um Signale von Anregegliedern, Richtungsgliedern und weiteren Impedanzmessstufen handeln.
Es erübrigt sich, jedoch auf die bekannten Zusammenhänge bei der Erläuterung der vorliegenden Erfindung einzugehen.
Die Rechteckumformer 9, 10 sind sehr empfindlich, um die Nulldurchgänge ,der Eingangsgrössen genau zu erfassen. Dies bedingt jedenfalls eine grosse Empfindlichkeit gegenüber Störimpulsen. Sofern der überwachte Netzteil bzw. die überwachte Leitung eingeschaltet ist und damit Strom führt, wirkt sich dies allerdings nicht störend aus, da die betriebsmässig auftretenden Ströme und Spannungen gross gegenüber den Störeinflüssen sind. Bei abgeschalteter Leitung können sich jedoch die Störimpulse auswirken und die Rechteckumformer 9, 10 ansteuern. Die Störimpulse treten vor allem bei Schaltvorgängen im Netz auf. Ihre Phasenlage ist unbestimmt.
Zur Vermeidung von Störeinflüssen ist eine Freigabeschaltung vorgesehen, die von einer gleichgerichteten, dem Strom I proportionalen Wechselgrösse gespeist wird. Die Freigabeschaltung besitzt eine erste Schwellwertstufe 15, ,deren Ansprechwert auf den Freigabewert des Schutzrelais z. B. 0,5 IN eingestellt ist. Die von der Schwellwertstufe 15 abgegebenen Impulse werden um etwa eine halbe Periode mittels einer 15 nachgeschalteten Impulsveriängerungsstufe 18 verlängert. Für eine Netzfrequenz von 50 Hz beträgt diese Verlängerung somit etwa 10 Millisekunden. Bei Überschreiten des Freigabewertes von 0,5 IN ergibt sich daher am Ausgang von 18 ein Dauersignal, das nach Unterschreiten des Freigabewertes nach 10 Millisekunden verschwindet.
Da bei einer Distanzmessung mittels Phasenvergleich eine Integrationszeit für die Ermittlung ides Messergebnisses von weniger als 10 Millisekunden vorliegt, ist die erwähnte Verzögerungszeit zu gross, um in jedem Fall ein Fehlansprechen des Schutzrelais auszuschliessen. Die Freigabeschaltung besitzt daher eine zweite Schwelle wertstufe 16, ,deren Ansprechwert z. B. 0,1 IN kleiner ist als der Freigabewert und Ideren Impulsverlängerung kürzer als eine halbe Periode gewählt wind. Die mittels einer Impulsverlängerungsstufe 19 einstellbare Impulsverlängerung ist zweckmässigerweise derart,gewählt, dass am Ausgang von 19 bei Erreichen des Ansprechwertes Ider Schwellwertstufe 15 - also bei Erreichen Ides Freigabewertes - ebenfalls ein Dauersignal ansteht.
Da jedoch der Ansprechwert der Schwellwertstufe 16 erheblich niedriger liegt, braucht die Impulsverlängerung nur etwa 1 Millisekunde zu betragen. Es ergibt sich somit am Ausgang von 19 bei Überschreiten des Ansprechwertes von 15 ein Dauersignal, während bei zwischen den Ansprechwerten von 15 und 16 liegenden Eingangswechselgrössen am Ausgang von 19 Rechtecksignale anstehen. Wird der Ansprechwert von 16 nicht erreicht, tritt am Ausgang von 19 kein Signal auf. Ausserdem verschwindet wegen der geringeren Impulsverlängerung durch die Stufe 19 das Ausgangssignal bei Unterschreiten des Schwellwertes schneller als Idasjenige der Stufe 18.
Die Ausgänge der Schwellwertstufen 15, 16 sind mit Eingängen des Und-Gliedes 13 verbunden. Die Eingänge von 15, 16 sind an einen Widerstand 12 angeschlossen, der in der Diagonalen einer Gleichrichterbrücke 11 liegt Die andere Diagonale der Brücke 11 ist mit einer Wandlerschaltung 8 verbunden, Idie über Klemmen 5, 6 vom Strom I gespeist wird.
Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Wird ,der Freigabewert von 0,5 IN überschritten, so liegen an den Ausgängen der Impulsverlängernngs- stufen 18, 19 Dauersignale an, und es kann mittels des Und-Gliedes 13 sowie ,des Integrationsgliedes 14 und des Pegeldetektors 17 eine Phasenvergleichsmessung für eine Polarität der von Iden Rechteckumformern 9, 10 gelieferten Impulse in an sich bekannter Weise ausgeführt wer ,den. Eingestreute Impulse stören in diesem Fall praktisch nicht, da sie klein gegenüber den Grössen U, I des Netzes sind. Ist der Strom I kleiner als der Freigabewert von 0,5 IN, so liegt zumindest am Ausgang von 18 kein Signal vor. Das Und-Glied 13 ist damit gesperrt.
Störimpulse können sich also nicht auswirken. Weiter ist durch das Sperren des Und-Gliedes 13 eine Rückstellung des Integrationsgliedes 14 auf den Ausgangs zustand sichergestellt. Bei einem Übergang des Stromes I von einem Wert grösser als 0,5 IN auf einen Wert kleiner als 0,5 IN liefert zwar die Impulsverlängerungsstufe 18 noch für etwa 10 Millisekunden ein Signal, jedoch verschwintdet,dann das Ausgangssignal von 19 wegen der geringeren Verzögerungszeit sehr viel schneller. Damit ist ein schneller Wegfall der durch 13 gegebenen Und-Bedingung und eine schnelle Rückstellung des Integrationsgliedes 14 sichergestellt. Störimpulse können sich also auch bei Schaltvorgängen praktisch nicht mehr auf die jeweilige Distanzmessung und weiter auf die ordnungsgemässe Funktion des jeweiligen Schutzrelais auswirken.
Die Ausgangssignale der beschriebenen Freigabeschaltung können in entsprechender Weise auch weiteren Teilen eines Schutzrelais, z.B. weiteren Distanzmessgliedern, sowie Richtungsmessgliedern zugeführt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere d,arin, dass eine Schaltungsanordnung für Schutzrelais geschaffen wurde, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Freigabewertes ein ständiges Signal und unterhalb des Freigabewertes kein Signal abgibt und bei der ausserdem im Falle eines Wegfalles der Freigabebedingung das Signal sehr schnell verschwindet.