CH618294A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur distanzselektiven Kurzschlussüberwachung einer elektrischen Leitung mittels polygonalem Auslösegebiet, bei welchem Verfahren je ein Differenzsignal zwischen der Leitungsspannung und jeweils einem von mehreren Bezugssignalen, die mittels entsprechender Bezugsimpedanzen aus dem Leitungsstrom gewonnen werden, gebildet wird und bei dem die so gebildeten Differenzsignale einer Phasenwinkelüberwachung bezüglich vorgegebener Grenzphasenwinkel unterzogen werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Ein Verfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Kurzschlussüberwachung der vorgenannten Art ist aus der DT-PS1947 037 bekannt Hier werden für die Bestimmung der Reaktanzgrenze, d. h. der im wesentlichen die Ausdehnung des

Auslösegebietes in Richtung der Reaktanzachse der Impedanzebene bestimmenden Grenze bzw. Grenzabschnitte des Auslösegebietes, und der Resistanzgrenze, d. h. der im wesentlichen die Ausdehnung des Auslösegebietes in Richtung der 5 Resistanzachse der Impedanzebene bestimmenden Grenze bzw. Grenzabschnitte, zwei gegeneinander phasenverschobene Bezugssignale mit je einem zugehörigen Stromwandler und Phasendrehglied verwendet. Weiterhin sind für die Bildung der entsprechenden Differenzsignale mit der Leitungsspan-i° nung verschiedene Spannungswandler-Sekundärwicklungen vorgesehen. Der dadurch bedingte Schaltungsaufwand ist zudem auch im Falle der Mehrfachverwendung mit Auswahl-Umschaltung eines Messsystems für verschiedene Leiter bzw. Phasen eines Mehrphasen-Leitungssystems für die verschiede-15 nen Leiter vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Kurz-schlussüberwachungsverfahrens und einer entsprechenden Einrichtung, die ein polygonales Auslösegebiet mit vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand zu verwirklichen gestat-20 ten. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 3 angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemässe Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass die für die Bestimmung des Auslösegebietes wesentliche 25 Resistanz- und Reaktanzgrenze mittels zweier gleichphasiger, d. h. nur in der Amplitude verschiedener Bezugssignale und entsprechender Differenzsignale mit der Leitungsspannung freizügig festgelegt werden kann, wenn die Grenzphasenwinkelüber-wachung dieser Differenzsignale mit der Richtung der genann-30 ten Grenzen bzw. Grenzabschnitte angepassten Grenz- oder Vergleichsphasenwinkeln durchgeführt wird, wobei jeweils die Spitze eines Bezugssignalvektors in der Impedanzebene auf einer der beiden Grenzen liegt und damit deren Verschiebungslage bestimmt. Die Lage der genannten Grenzen kann also vor-35 teilhaft einfach durch Amplitudenveränderung der Bezugssignale erreicht werden.

Die Erfindung wird weiter anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert Hierin zeigen:

■«0 Fig. 1 das Beispiel eines polygonalen Auslösegebietes in der Impedanzebene,

Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Gewinnung der Bezugssignale und

Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Kurz-45 schlussüberwachung.

In der in Fig. 1 angedeuteten Impedanzebene mit reeller Achse R und imaginärer Achse X liegt der Vektor des Leitungsstromes I als Phasenwinkel-Bezugsgrösse in der reellen Achse, während die Leitungsspannung U mit dieser einen vom so Betriebs- bzw. Fehlerzustand abhängigen Winkel bildet. Das Auslösegebiet ist durch die Eckpunkte 0 (Koordinaten-Nullpunkt), 1,2 und 3 bestimmt Eine Lage des Vektors der Leitungsspannung U innerhalb dieses Auslösegebietes stellt das Fehlerkriterium dar, während eine Lage der Vektorspitze von 55 U ausserhalb der Auslösegrenzen, d. h. der Geradenabschnitte zwischen den genannten Eckpunkten, einen nicht fehlerhaften Betriebszustand kennzeichnet Die das Auslösegebiet im wesentlichen in Richtung der imaginären Achse begrenzende Gerade Gx wird als Reaktanzgrenze, die das Auslösegebiet im 6owesentlichen in Richtung der reellen Achse begrenzende Gerade Gr als Resistanzgrenze bezeichnet Die durch den Koordinaten-Nullpunkt verlaufenden, nur wenig gegen X bzw. R geneigten Grenzen Zi und Zi haben im wesentlichen die Funktion einer Richtungsbestimmung des Leistungsflusses 6sbezüglich des Messortes an der Leitung und werden als Richtungsgrenzen bezeichnet Durch die Abhängigkeit des Lei-tungsspannungsvektors U nach Betrag und Richtung von der Distanz des Fehlerortes vom Messort ergibt sich die Distanzse-

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lektivität des Auslösekriteriums. griff der Sekundärwicklung des Strom-Spannungswandlers WI

Zur Durchführung der Fehlerüberwachung werden die einerseits und dem Schaltungspunkt zwischen P und C anderer-

gleichphasigen Bezugssignale A und B mit bezüglich des Lei- seits abgenommen und parallel zwei Verstärkern VA und VB

tungsstromes I fester Phasenlage und ebensolchen Amplituden mit nachgeordneten Potentiometern PA bzw. PB als amplituden sowie weiterhin unter Verwendung der Leitungsspannung U 5 bestimmenden Gliedern zugeleitet, an deren Abgriffen die pha-

zugehörige Differenzsignale UdA und UdB gebildet. Durch Ver- sengleichen Bezugssignale A und B mit wählbarer Amplitude gleich der Phasenwinkel dieser Differenzsignale mit vorgege- zur Verfügung stehen.

benen Grenzphasenwinkeln lassen sich eindeutige Aussagen Die Differenzsignale UdA und UdB ergeben sich durch

über die Lage der Vektorspitze von U innerhalb oder ausser- Gegeneinanderschaltung von A bzw. B mit der über einen halb derjenigen Grenze - GRoder Gx - gewinnen, die durch die 10 Spannungswandler WU gewonnenen Leistungsspannung U

Vektorspitze des zu dem betreffenden Differenzsignales gehö- und werden je einem Phasenvergleicher DX bzw DR zuge-

rigen Bezugssignals - A oder B - verläuft. führt. Die Grenzphasenwinkel, welche wie oben erläutert die

Es ist also die Verschiebungslage - z. B. gekennzeichnet Richtung der Reaktanz- und Resistanzgrenze Gx bzw. Gr durch den Schnittpunkt mit X oder R - für jede so festgelegte bestimmen, werden in an sich üblichen und daher nicht näher Auslösegrenze durch die Lage der Vektorspitze eines zugehöri- is dargestellten Phasendrehgliedern (der Einfachheit halber eben-

gen Bezugssignals bestimmt und somit unabhängig vom jeweils falls mit Gx und Gr bezeichnet) aus einem gemeinsamen anderen Bezugssignal durch Amplitudeneinstellung bestimm- Bezugssignal abgeleitet, im Beispielsfall aus dem Bezugssignal bar. Die Richtung einer durch die Vektorspitze eines Bezugs- A. Grundsätzlich kommt als Bezugssignal für die Gewinnung signais verlaufenden Grenze ist demgegenüber durch den der Grenzphasenwinkel aber auch jedes andere Signal von

Grenzphasenwinkel bestimmt, mit dem das zugehörige Diffe- 20 definierter Phasenlage gegenüber dem Leitungsstrom I in renzsignal verglichen wird. Da diese Grenzphasenwinkel - sei Betracht, etwa das Ausgangssignal des Strom-Spannungswand-

es durch Bildung von Vergleichssignalen, die selbst eine ent- lers selbst.

sprechende Phasenlage haben, und unmittelbaren Phasenvergleich zwischen Differenzsignal und Vergleichssignal oder Die Grenzphasenwinkelüberwachung erfolgt in den Pha-durch Bildung eines Vergleichssignals mit einem von der Rieh- 25 senvergleichern DX und DR in dem Sinne, dass jeweils in tung der betreffenden Auslösegrenze verschiedenen Phasen- Abhängigkeit von einer Lage der Vektorspitze von U innerhalb winkel und messtechnische Einführung eines Zusatzwinkels oder ausserhalb von Gx bzw. GR ein Binärsignal an eine Aus-beim Phasenvergleich zwischen Differenzsignal und Ver- wertelogik AL gegeben wird. Letztere erhält weiterhin ein gleichssignal - freizügig wählbar sind, kann damit nicht nur die Binärsignal in Abhängigkeit von der Phasenlage der Leitungsgenaue Richtungsbestimmung der Grenzen, sondern auch 30 Spannung U innerhalb oder ausserhalb des kleineren Winkels deren Charakter als Reaktanz- oder Resistanzgrenze festgelegt (zum Auslösegebiet hin geöffnet) zwischen den Richtungsgren-bzw. vertauscht werden. Wird z. B. der Grenzphasenwinkel für zen Zi und Z2, die ebenfalls durch entsprechende Bezugssignale UdA, wie in Fig. 1 angenommen, annähernd Null bezüglich R bzw. -vektoren bestimmt sind. Letztere werden im Beispielsfall bzw. I gewählt, so ist damit die durch die Spitze von A verlau- in zwei (der Einfachheit halber ebenfalls mit Zi und Z2 bezeich-fende Grenze als Reaktanzgrenze - daher im Beispiel mit Gx 35 neten) Phasendrehgliedern aus der Phasenlage der Bezugsbezeichnet - festgelegt. Wird dagegen etwa der Grenzphasen- signale A, B abgeleitet, und zwar vom Eingang der Verstärker winkel für UdA annähernd bei 90° bezüglich R oder Null bezüg- VA, VB aus. Ein Richtungsmessglied DZ, das ausser Zi und Z2 lieh X gewählt, so ist damit die durch die Spitze von A verlau- auch die Leitungsspannung U erhält, führt den Phasenvergleich fende Grenze als Resistanzgrenze festgelegt. Entsprechendes entsprechend der Richtung von U bezüglich Z\ und Z2 durch gilt selbstverständlich für die durch die Spitze von B verlau- 10 und leitet das bereits erwähnte Richtungs-Binärsignal der Aus-fende Grenze, die im Beispielsfall mit einem Grenzphasenwin- wertelogik AL zu. Letztere führt im wesentlichen eine konjunk-kel von annähernd Null bezüglich X oder 90° bezüglich R für tive Gesamtverknüpfung der zugeführten Binärsignale durch den Grenzphasenvergleich von UdB gewonnen wird und daher und liefert an ihrem Ausgang ein Kennzeichnungssignal für die die Resistanzgrenze GR darstellt. Selbstverständlich sind belie- Lage der Vektorspitze von U innerhalb oder ausserhalb des bige Richtungen der beiden Grenzen zwischen den erwähnten 45 nun allseitig begrenzten Auslösegebietes.

Fällen einstellbar, wobei im allgemeinen keine eindeutige

Zuordnung zu der Begrenzung des Auslösegebietes in Reak- Ein besonderer Vorteil der dargestellten Schaltung besteht tanz- bzw. Resistanzrichtung mehr gegeben ist. Insgesamt las- darin, dass für ein Messsystem, welches das Auslösegebiet voll-sen sich also mit gleichphasigen Bezugssignalen beliebig ständig bestimmt, nur ein Strommesskanal und ein Spannungs-angeordnete und gerichtete, nicht durch den Koordinatennull- 50 messkanal erforderlich sind. Das bedeutet eine wesentliche punkt verlaufende Auslösegrenzen realisieren. Verminderung des Schaltungsaufwandes. Ausserdem erleich-Fig. 2 zeigt im Vektordiagramm eine Möglichkeit der Bil- tert der Anschluss nur eines einfachen Phasendrehgliedes an dung gleichphasiger Bezugssignale A, B aus der zum Leitungs- den Stromwandler die Verwendung von Strom-Spannungsstrom I im wesentlichen rechtwinkligen Ausgangsspannung wandlern mit Luftspalt als Eingangswandler. Diese Wandler Uw eines üblichen Strom-Spannungswandlers durch Abgriff 55 sind wegen des niedrigeren Überdimensionierungsfaktors an zwischen den Teilspannungen von Uw einerseits und den Teil- sich vorteilhaft, erschweren aber die Anwendung von Bezugsspannungen (nicht näher bezeichnet) eines üblichen, orthogo- impedanzen mit verschiedenen und vor allem solchen mit klei-nalen Phasendrehgliedes andererseits. Durch Änderung der nem Phasenwinkel. Diese Schwierigkeit wird durch die vorlie-Phasenlage dieses Drehgliedes kann die Phasenlage von A und gende Schaltung überwunden.

B ohne Amplitudenänderung eingestellt werden, wenn der 60

Abgriff auf der Hälfte von Uw erfolgt. Einen weiteren Vorteil bietet die im Beispielsfall angewen-

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung verwirklicht die Gewin- dete Ableitung der Grenzphasenwinkel vom Ausgang des Pha-

nung von A und B gemäss Fig. 2 mittels nur eines Strommesska- sendrehgliedes am Eingangswandler und insbesondere von den nals in Form eines Strom-Spannungswandlers WI mit sekun- Bezugssignalen A oder B bzw. von nur einem derselben. Diese därseitigem Mittelabgriff und nachgeordnetem Phasendreh- 65 Massnahme ermöglicht nämlich im Gegensatz von einer Ablei-

glied aus einem Potentiometer P und einem Kondensator C. tung der Grenzphasenwinkel von einer Wandlerausgangs-

Eine gemeinsame, phasenbestimmende Ausgangsgrösse für die grosse eine äusserst einfache Umschaltung des Messsystems,

Bildung der beiden Bezugssignale wird zwischen dem Mittelab- d. h. der Eingänge der Verstärker VA und VB und des Leitungs-

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spannungseinganges EU, zwischen verschiedenen Wandlersätzen zugehöriger Phasenleiter eines Mehrphasensystems in Abhängigkeit von der fehlerartbedingten Auswahl. Die entsprechenden Umschaltstellen, die ersichtlich nur wenige Messleitungen und entsprechende Kontakte umfassen, sind in Fig. 3 nur schematisch angedeutet und mit AS bezeichnet

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

618294 PATENTANSPRÜCHE

1.Verfahren zur distanzselektiven Kurzschlussüberwachung einer elektrischen Leitung mittels polygonalem Auslösegebiet, bei welchem Verfahren je ein Differenzsignal zwischen der Leitungsspannung und jeweils einem von mehren Bezugssignalen, die mittels entsprechender Bezugsimpedanzen aus dem Leitungsstrom gewonnen werden, gebildet wird und bei dem die so gebildeten Differenzsignale einer Phasenwinkel-Überwachung bezüglich vorgegebener Grenzphasenwinkel unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei wenigstens annähernd phasengleiche Bezugssignale (A, B) gebildet werden, und dass die zugehörigen, aus diesen Bezugssignalen und der Leitungsspannung (U) gewonnenen Differenzsignale (U<ja> U<ib) der Grenzphasenwinkelüberwa-chung unterworfen werden.

2. Verfahren zur Kurzschlussüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resistanzgrenze (Gr) und der Reaktanzgrenze (Gx) des polygonalen Auslösegebietes (0, 1,2,3) zugeordnete Grenzphasenwinkel für die Überwachung der Differenzsignale (Udb bzw. UdA) durch unterschiedliche Phasenverschiebung aus einem der Bezugssignale (A) abgeleitet werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Resistanzgrenze (Gr) und der Reaktanzgrenze (Gx) eines Auslösegebietes nur durch je einen Messkanal (WI, WU) für den Leitungsstrom und für die Leitungsspannung erfolgt und dass der Leitungsstrom-Messkanal ein Phasendrehglied (P, C) für die Gewinnung der Phasenlage der Bezugssignale (A, B) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Phasendrehglied (P, C) für die Gewinnung der Bezugssignal-Phasenlage amplitudenbestimmende Glieder (VA, PA bzw. VB, Pb) für die Gewinnung verschiedener Bezugssignale (A bzw. B) nachgeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umschaltung des Messsystems mit den zwei gleichphasigen Bezugssignalen (A, B) für verschiedene Leitungsspannungen und Leitungsströme eine Auswahl-Umschaltung (AS) zwischen den Eingängen der amplitudenbestimmenden Glieder (Va, Pa; Vb, Pb) der Bezugssignale (A; B) einerseits und einer Mehrzahl von Strommesskanälen (WI) mit zugehörigen Phasendrehgliedern (R, C) andererseits vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Richtungsmessglied (ZI, Z2, DZ) für die Bestimmung der durch den Nullpunkt (0) der Impedanzebene verlaufenden Grenzabschnitte Zi, Zi) des Auslösegebietes vorgesehen ist