CH621215A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzrelaisschaltung, die als ein kombiniertes Distanz- und Überstromrelais angesehen werden kann und zu bedeutenden Vorteilen bei kompensierten und unkompensierten Leitungen führt.

Distanzrelais und statische Distanzrelais sind auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik bekannt. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang auf das US-Patent 3 374 399 und die in diesem Patent genannten Patente Bezug genommen werden. Bezüglich einer weiteren Erörterung der Schutzrelaistechnik mittels Distanzrelais kann auf die Publikation «The Art und Science of Protective Relaying», Mason, veröffentlicht von John Wiley & Sons, Inc. (1956), verwiesen werden. Auf dem Gebiet der Relaistechnik ist es bekannt, dass Schutzrelais unter gewissen Bedingungen zu einem Erfassen von Fehlern neigen, die weiter als erwartet entfernt auftreten. Diese Neigung ist in der Relaistechnik als «Überreichweite» (overreach) bekannt. Die vorliegende Erfindung löst weitgehend dieses Problem einer Überreichweite, wenn sich in Reihe geschaltete bzw. Serienkondensatoren in dem geschützten Leitungsabschnitt befinden. Auch wird das Problem einerfehlerhaften Richtungssignalgabe gelöst, wenn die Serienkondensatoren hinter der Relaisstelle angeordnet sind.

Bei der Anwendung von Distanzrelais dienen die Spannung und der Strom in der Leitung als Eingangsgrössen. Tatsächlich wird das Spannung/Strom-Verhältnis dazu benutzt, um ein , Signal zu erhalten, das die Impedanz von dem Schutzrelais: erfassungsmittel zu einer Fehlerstelle darstellt. Wenn' dieses einen Impedanzwert darstellende Signal einen Fehler innerhalb einer vorbestimmten Distanz der Relaisüberwachungsschaltung anzeigt, wird ein Signal zum Steuern des Betriebes der Leistungsschalter-Auslösespule entwickelt. Es ergeben sich Probleme im Zusammenhang mit einem Erfassen falscher Fehlerzustandssignale, wenn in der das Spannungssignal bildenden Schaltungsanordnung ein offener Stromkreis auftritt. Das Spannungssignal, welches proportional zum Leitungsstrom multipliziert mit der Impedanz bis zur Fehlerstelle ist, wirkt als ein die Betätigung des Relais hemmendes Signal. Wenn dieses Signal infolge einer offenen Stromkreisbedingungen in der Überwachungsschaltungsanordnung verschwindet,

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beispielsweise infolge einer durchgebrannten Sicherung oder dergleichen in der Spannungszuführung, kann die Distanzrelaisschaltung ein Signal bilden, welches einen Fehlerzustand anzeigt. Die vorliegende Erfindung eliminiert diese Möglichkeit, wenn der Laststrom nicht normale Werte überschritten hat.

In der Vergangenheit bestand bei einer Schutzrelaisüberwachung mittels Distanzrelais ein wesentlicher Nachteil, wenn ein oder mehrere in die Leitung eingeschaltete Serienkondensatoren für Kompensationszwecke benutzt wurden. Wenn beispielsweise eine Leitung eine Impedanz von 10 Ohm und einen kompensierenden kapazitiven Blindwiderstand von —5 Ohm hatte, war es erforderlich, die Referenz- oder Nachbildungsimpedanz der Leitung auf einen sehr viel kleineren Wert einzustellen, als er die Differenz von 5 Ohm zwischen der Leitungsimpedanz und der Kondensatorimpedanz entspricht, oder das Distanzrelais musste so ausgelegt werden,

dass es sehr langsam arbeitete, um eine weitgehende transiente Überreichweite zu vermeiden. Ein weiteres Problem trat dann auf, wenn Serienkondensatoren an einer Stelle unmittelbar hinter dem Relais benutzt wurden, das heisst in der nicht auslösenden Richtung. Wenn ein Fehler nahe dem Kondensator, aber an der zur Relaisstelle entgegengesetzten Seite auftrat, bestand eine weitgehende Wahrscheinlichkeit, dass das Distanzrelais eine unerwünschte auslösende Ausgangsgrösse erzeugte. Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch eine Lösung dieser beiden Probleme. Das letztgenante Problem kann jedoch dadurch gelöst werden, dass das Auslöserelais durch den vorherigen Betrieb eines Blockierungsrelais abgeblockt wird, welches in die nicht auslösende Richtung «schaut».

Auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik ist es bekannt, dass es wichtig ist, den Leistungsschalter schneller bei Fehlern auszulösen, die nahe der erzeugenden bzw. Stromquelle auftreten, wobei solche Fehler nachfolgend als «nahe» (close-in) Fehler bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein schnelleres Auslösen des Leistungsschalters bei derartigen nahen Fehlern, um hierdurch die die Fehler enthaltende Leitung entfernen bzw. abschalten zu können, bevor sie einen Generator ausser Tritt fallen lässt oder zu anderen wesentlichen unerwünschten Resultaten führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Schutzrelaisschaltung insbesondere mit den vorgenannten Eigenschaften.

Die vorliegende Erfindung führt zu einer Anzahl wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, und sie beinhaltet unter anderem ein Mittel zum schnellen Erfassen wesentlicher Fehler innerhalb einer Länge bzw. Strecke einer kompensierten Leitung ohne den unerwünschten Effekt einer Erfassung bzw. Aufnahme von Fehlern in angrenzenden Leitungen oder nachfolgenden Sammelschienen.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass keine falschen Fehlerzustandssignale erzeugt werden, wenn in der Spannungserfassungsschaltung ein offener Stromkreis auftritt, so lange der Leitungsstrom I nicht seinen normalen Wert wesentlich übersteigt. Bei herkömmlichen Distanzrelais wird das Distanzrelais betätigt, wenn die Grösse (IZR-IZF) über Null ansteigt. Wenn IZF infolge eines offenen Stromkreises in der Spannungserfassungsschaltung zu Null wird, kann das Distanzrelais ausgelöst werden, da der Wert IZR wesentlich grösser als Null ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Wechselstrom-Pegeldetektor oder eine bipolare Schwellwertschaltung vorgesehen, die so eingestellt werden kann, dass sich keine Ausgangsgrösse ergibt, wenn die Ein-gangsgrösse gleich IZR ist, so lange der Wert des Leitungsstroms I nicht wesentlich den normalen Last- oder Leitungsstrom übersteigt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass alle Eingangssignale (IZR-IZF) einer bipolaren

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Schwellwertschaltung oder einem Wechselstrom-Pegeldetek-tor zugeführt werden. Die bipolare Schwellwertschaltung erzeugt keine Ausgangsgrösse, und es wird kein Signal zu den Mitteln zum Veranlassen einer Betätigung des Leistungsschalters geleitet, wenn nicht die Grösse (IZR-IZF) einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, der wahlweise einstellbar ist. Die wahlweise Einstellung der Bedingungen, bei denen die Schutzrelaisschaltung eine Ausgangsgrösse erzeugt, führt zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen zu weiteren Vorteilen im Zusammenhang mit zahlreichen Anwendungsfällen.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei nahen Fehlern eine schnelle Erzeugung eines Fehlersignals möglich ist. Mit anderen Worten kann für Fehler, die gerade vor oder nahe der Relaiserfassungsschaltung auftreten, das Fehlersignal sehr schnell erzeugt werden. Die Verwendung des Wechselstrom-Pegeldetektors nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, dass kürzere Zeiten für die erforderliche Koinzidenzerfassungsperiode des charakteristischen Zeitgebers eingestellt werden können, wobei beispielsweise Zeiten, die beträchtlich kleiner als 90 elektrische Grade sind, für die Koinzidenzerfassungsperiode eingestellt werden können. Die Wechselstrom-Pegeldetektor- oder bipolare Schwellwertschaltung wird so eingestellt, dass sich kein Ausgangssignal für Lastströme ergibt, die kleiner als ein vorbestimmter normaler Last- oder Leitungsstrom sind. Ohne die erfindungs-gemässen Massnahmen müsste der charakteristische Zeitgeber auf zumindest 90 elektrische Grade und möglicherweise auf 120 elektrische Grade eingestellt werden, um einen fehlerhaften Betrieb unter Hochlastbedingungen zu vermeiden. Die bezüglich der elektrischen Grade längeren Vergleichszeiten führen zu einer grösseren Verzögerung zwischen dem Erfassen des Fehlerzustandes und dem Erzeugen des tatsächlichen Fehlersignals. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verkürzung dieser Zeitverzögerung.

Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen näher erläutert, die lediglich beispielhaften Charakter haben und in keiner Weise beschränken sollen. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine nicht kompensierte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine Wechsel-strom-Leistungsübertragungsleitung mit einer Serienkondensator-Kompensation,

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung, teils in Blockdiagrammform, eine erfindungsgemässe Schutzrelaisschaltung, die eine kombinierte Distanz- und Überstromfunktion bildet,

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines Wechselstrom-Pegeldetektors, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausführungsform eines-Wechselstrom-Pegeldetektors, wie er in Fig. 3 dargestellt ist,

Fig. 6 einen Satz von elektrischen Signalwellenformen, die in der Schaltung aus Fig. 3 während des Betriebes auftreten, wobei Wellenformen enthalten sind, die den Einfluss auf das Ausgangssignal der Koinzidenz- oder Und-Schaltung infolge einer Veränderung der Schwellwertpegeleinstellung des Wechselstrom-Pegeldetektors darstellen,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, bei der der Fehlerstrom Ip und der zum Betätigen des Schutzrelais erforderliche Strom in Abhängigkeit von dem Verhältnis (ZF/ZR) aufgetragen sind, wobei es sich um das Verhältnis der Fehlerimpedanz ZF zur Nachbildungsimpedanz ZR handelt, und

Fig. 8 ein Phasendiagramm zum Aufzeigen typischer Phasenbeziehungen zwischen dem Spannungspolarisationssignal VpoL, dem Laststrom IL und dem Fehlerstrom IF.

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Die vorliegende Erfindung kann als eine Zusammenfassung eines Distanzrelais und eines Überstromrelais betrachtet werden, die zu einer wesentlichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber dem Fall einer Verwendung eines separaten Distanzrelais und eines separaten Überstromrelais führt.

Kurz gesagt beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Relaisschaltung zum Erzeugen eines Signals zum Steuern der Auslösespule eines eine Wechselstrom-Leistungsübertragungs-leitung schützenden Leistungsschalters. Es sind erste und zweite Mittel zum Ankoppeln an die Leitung vorgesehen. Das erste Kopplungsmittel spricht auf Leitungsspannungen an, um Referenzspannungen zu entwickeln, die die Leitungsspannungen darstellen. Das zweite Kopplungsmittel spricht auf Leitungsströme an, um diese darstellende Spannungen zu entwik-keln, die über eine vorbestimmte konstante Impedanz mit dem Leitungsstrom in Beziehung stehen. Alle bezeichnenden Spannungen haben eine gewisse Phasenbeziehung in bezug auf den elektrischen Leistungsfluss an der Leitung. Es sind Summiermittel vorgesehen, um die repräsentative bzw. bezeichnende Spannung, die mit dem Leitungsstrom über eine vorbestimmte konstante Impedanz oder Nachbildungsimpedanz (ZR) in Beziehung steht, und eine invertierte Referenzspannung (-IZF) zu summieren, die die Leitungsspannung zum Fehler darstellt. Die Summiermittel können als ein Differenzschaltungsmittel zum Erzeugen eines Ausgangssignals (IZR-IZP) angesehen werden, wobei I der Leitungsstrom, ZR die vorgewählte konstante Referenz- oder Nachbildungsimpedanz und ZF die Leitungsimpedanz vom Relais zu einem möglichen Fehler sind. Die Ausgangsgrösse der Summiermittel oder Differenzschaltungsmittel wird einem Wechselstrom-Pegeldetektor oder einer bipolaren Schwellwertschaltung zugeführt. Der Wechselstrom-Pegeldetektor bildet nur dann eine Signalausgangsgrösse, wenn die Ausgangsgrösse der Summiermittel einen vorgewählten vorbestimmten Wert übersteigt. Eine Spannungspolarisationsschal-tung oder Filterschaltung ist vorgesehen, um ein Spannungspo-larisations- bzw. -polarisierungssignal in Abhängigkeit von dem für eine Leistungsspannung bezeichnenden Referenzspannungssignal zu bilden. Das Spannungspolarisationssignal und die Ausgangsgrösse der Schwellwertmittel werden einem Koinzidenzdetektormittel zugeführt, um eine Fehlersignal-Aus-gangsgrösse zu erzeugen. Diese kann nur dann erzeugt werden, wenn die Grösse (IZR-IZF) einen vorbestimmten Schwellwert des Wechselstrom-Pegeldetektors übersteigt.

Die Fehlersignal-Ausgangsgrösse der Koinzidenz-Detek-toreinrichtung wird normalerweise zu einem charakteristischen Zeitgeber geleitet, um eine Ausgangsgrösse nur dann zu erzeugen, wenn eine Koinzidenz über eine ausreichend lange Zeitperiode von beispielsweise 90 elektrischen Graden einer 60-Hertz-Wechselstromleistung erfasst worden ist. Die Ausgangsgrösse des charakteristischen Zeitgebers wird gewöhnlich einer Auslösesteuerschaltung zum Erregen der Leistungsschalterspule zugeführt. Das Einstellen des Schwellwertpegels der Schwellwertmittel ermöglicht es, dass der charakteristische Zeitgeber auf kleinere Koinzidenzwerte eingestellt werden kann, wie beispielsweise auf 60 elektrische Grade statt auf 90 elektrische Grade. Dieses ermöglicht ein sehr viel schnelleres Erzeugen eines Fehlersignals, was besonders wichtig bei nahen bzw. generatornahen Fehlern ist. Der Schwellwertpegel der Schwellwertmittel kann so eingestellt werden, dass diese keine Ausgangsgrösse für normale Werte des Laststroms (I) multipliziert mit der vorgewählten konstanten Impedanz ZR erzeugen, wodurch kürzere Koinzidenzzeiten des charakteristischen Zeitgebers gewählt werden können, um eine Fehlersignal-Ausgangsgrösse zu erzeugen.

Die Schwellwertmittel ermöglichen auch das Erfassen von fehlem innerhalb einer Leitung mit einer Serienkondensator-kompensation, ohne dass Fehler jenseits der Leitung an angrenzenden Sammelschienen erfasst werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Schwellwertmittel so eingestellt werden, dass eine Triggerung bzw. Auslösung bei einem Wert erfolgt, welcher einer Funktion der Funkenstrecken-Über-schlag- oder -Durchschlagspannung der Funkenstrecken entspricht, die den Kondensatoren für einen Überspannungsschutz parallelgeschaltet sind.

Die vorliegende Schutzrelaisschaltung bildet somit eine kombinierte Funktion vom Distanz- und Überstromtyp. Die Schutzrelaisschaltung enthält den Wechselstrom-Pegeldetek-tor oder die bipolare Schwellwertschaltung, dem bzw. der die Grösse I (ZR-ZF) zugeführt wird. Dabei sind I der Strom in der Leitung, ZR die den zu schützenden Leitungen entsprechende Nachbildungs- oder Referenzimpedanz und ZP die Leitungsimpedanz von dem Relaismesspunkt bis zum Fehler. IZF ist gleich V, der Spannungseingangsgrösse zum Relais. Eine Ausgangsgrösse wird von dem Wechselstrom-Pegeldetektor nur dann erzeugt, wenn die Grösse I (ZR-ZF) einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die Ausgangsgrösse des Pegeldetektors wird in einer Koinzidenzschaltung oder einem Und-Tor mit einem Polarisierungs- bzw. Polarisationssignal verglichen. Das Erfassen einer von dem charakterischen Zeitgeber gemessenen Koinzidenz während einer wählbaren vorbestimmten Zeitperiode führt zu einem Ausgangssignal zum Steuern des Betriebes bzw. der Betätigung der Auslösespule des Leistungsschalters. Die Schutzrelaisschaltung kann an Leitungen mit einer Serienkondensatorkompensation wie auch an nicht kompensierten Leitungen benutzt werden. Wenn die Schutzrelaisschaltung an einer kompensierten Leitung angewendet wird, wird der Wechselstrom-Schwellwertpegel des Pegeldetektors so eingestellt, dass er eine Funktion der Durchschlagspannung der Funkenstrecke ist, die den kompensierenden Serienkondensator schützt.

In Fig. 1 ist eine Wechselstrom-Leistungsübertragungslei-tung 10 mit einer Einrichtung 12 zum Erfassen des Stromes I in einer Leitung und mit einer Einrichtung 14 zum Erfassen der Spannung V an der Leitung dargestellt. Wie es dem Fachmann auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik bekannt ist, können die Stromerfassungseinrichtung 12 ein Stromwandler und die Spannungserfassungseinrichtung 14 ein heruntertransformierender Wandler bzw. Transformator sein. Es ist jedoch festzustellen, dass auch andere geeignete Erfassungsmittel benutzt werden können. In Fig. 1 ist ein bei 16 an der Leitung 10 auftretender Fehler X dargestellt. Während eines Fehlerzustandes ist die Spannung V = IZF, wobei ZF die Impedanz vom Fehler 16 zur Stromerfassungseinrichtung 12 sowie zur Spannungserfassungseinrichtung 14 ist. Zum Zwecke der vorliegenden Erörterung wird angenommen, dass die Stromerfassungseinrichtung 12 und die Spannungserfassungseinrichtung 14 im wesentlichen an der selben Stelle der Leitung angeordnet sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Übertragungsleitungsdia-gramme in den hier erörterten Figuren nicht massstabsgerecht sind.

Die Impedanz der gesamten Länge der Leitung in Fig. 1 wird als ZL bezeichnet, und es kann ihr beispielsweise der Wert von 10 Ohm gegeben werden. Der Wert ZR ist ein vorgewählter konstanter Impedanzwert, der als eine Nachbildungs- oder Referenzimpedanz der Leitung bezeichnet werden kann. Wenn die vorliegende Erfindung für eine direkte Auslösefunktion angewendet wird, also ohne zusätzliche Kontrolle arbeitet,

wird dieser Impedanzwert gewöhnlich so gewählt, dass er gleich oder etwas kleiner als die Impedanz ZL ist, damit der Betrieb des Distanzrelais auf Fehler innerhalb der zu schützenden Leitung beschränkt wird. Beispielsweise kann der Wert ZR zu 10 Ohm gewährt werden, wenn die Leitungsimpedanz ZL 10 Ohm beträgt, um sicherzustellen, dass nur Fehler innerhalb der Leitung erfasst werden. Bestimmte Anwendungen erlauben, es jedoch, dass ZR auf einen grösseren Wert ZL eingestellt wird,

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ohne dass die Gefahr eines Erfassens von Fehlern ausserhalb 640 308 verwiesen.

der geschützten Leitung besteht. Die an der Leitung 44 erscheinende Ausgangsgrösse des

In Fig. 3 ist ein Diagramm, teilweise in Blockdiagramm- Wechselstrom-Pegeldetektors 34 wird einem Quadrierungs-

form, einer Schutzrelaisschaltung nach der vorliegenden Erfin- bzw. Rechteckverstärker (squaring amplifier) 50 zugeleitet, dung dargestellt. Es ist ein Stromerfassungsmittel 12 vorgese- 5 bevor dessen Ausgangsgrösse an einen Anschluss bzw. Ein-hen, welches ein Stromwandler sein kann. Die Ausgangsgrösse gang eines Koinzidenzdetektors oder Und-Tors 52 angelegt der Stromerfassungseinrichtung wird zu einem Transaktor 22 wird.

geleitet, der an einen Widerstand 24 eine Ausgangsgrösse lie- Die Spannungserfassungseinrichtung 14 leitet auch eine fert, welche proportional zu dem mit einer vorgewählten kon- Eingangsgrösse zu einem Verstärker 54. Die Ausgangsgrösse stanten Impedanz ZR multiplizierten Strom ist. Solche Transak- io desselben wird einer Polarisierungssignal-tor-Glieder sind in der Technik bekannt. Die sekundäre Aus- Verarbeitungsschaltung 56 zugeleitet, die grundsätzlich eine gangsspannung des Transaktors steht mit dem primären Strom Filterschaltung ist, welche an ihrem Ausgang ein über eine komplizierte Proportionalitätskonstante oder einen Spannungspolarisierungssignal erzeugt, wie es auf dem Gebiet Vektoroperator in Beziehung, die bzw. der als Übertragungs- von Distanzrelais bekannt ist. Zur weiteren Erörterung von impedanz (transfer impedance Z) des Transaktors bekannt ist. 15 Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltungen kann auf die Die Ausgangsspannung des Transaktors 22 ist deshalb gleich zuvor genannte US-Patentanmeldung und insbesondere auf die IZR, wobei die Übertragungsimpedanz des Transaktors zu ZR dortige Fig. 7 verwiesen werden. Die in Fig. 7 der genannten gewählt ist. Bezüglich einer weiter detaillierteren Erörterung US-Patentanmeldung dargestellte Schaltungsanordnung kann eines Transaktors wird hiermit auf das US-Patent 3 374 399 als Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltung 56 der vorlie-

Bezug genommen. 20 genden Anmeldung benutzt werden. Es können jedoch auch

Eine Spannungserfassungseinrichtung 14 liefert eine Span- andere geeignete Schaltungsanordnungen verwendet werden, nung an einen invertierenden Verstärker 26, der das Die Ausgangsgrösse der Polarisierungssignal-

Spannungssignal (V = IZF) umkehrt und zu einem Widerstand Verarbeitungsschaltung 56 wird einem Quadrierungs- bzw. 28 leitet. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass andere geeig- Rechteckverstärker (squaring amplifier) 58 zugeleitet. Die Aus-nete Verfahren zum Erzielen der Spannungsumkehrung ange- 25 gangsgrösse dieses Verstärkers 58 ist das Spannungs-wendet werden können, um hierdurch den invertierenden Ver- polarisierungssignal Vpol> welches aus Rechteckimpulsen stärker 26 entbehrlich zu machen, was dem Fachmann klar ist. abwechselnder Polarität besteht und einen vorbestimmten Beispielsweise lassen sich hierfür geeignete Verbindungs- bzw. festen Zusammenhang mit der Spannung V hat. Die Anschlussmassnahmen des Wandlers anwenden. Die dem Spannungspolarisierungssignal-Ausgangsgrösse Vpol des

Widerstand 28 zugeführte Spannung kann mit -IZF bezeichnet 30 Rechteckverstärkers 58 ist für die Richtung der Fehlerstelle in werden. Diese Spannung ist proportional zu dem Produkt aus bezug auf das Relais bezeichnend. Die Ausgangsgrösse des dem Strom in der Leitung und aus der Impedanz von dem Rechteckverstärkers 58 wird einem zweiten Eingang des Koin-

Erfassungspunkt zu einer Fehlerstelle, wenn ein Fehler vor- zidenzdetektors oder Und-Tors 52 zugeführt. Die Ausgangsliegt. Die Signale IZR und -IZF werden am Eingang eines Ver- grosse des Und-Tors 52 gelangt zu einem charakteristischen stärkers 30 summiert, um ein diesbezügliches Differenz 35 Zeitgeber 60. Dieser erzeugt eine Ausgangsgrösse, wenn von ausgangssignal (IZR-IZF) zu erzeugen. Statt eines Operations- dem Und-Tor 52 eine Koinzidenz während einer minimalen Verstärkers für den Verstärker 30 könnte auch ein Differenz- vorbestimmten Zeitdauer erfasst worden ist, die der im linken Verstärker benutzt werden, um dieses Ausgangssignal ohne Dreieckbereich des Zeitgebers 60 angegebenen Anzahl von Verwenden des invertierenden Verstärkers 26 zu erzeugen. Millisekunden entspricht. Die Ausgangsgrösse des charakteri-Der Operationsverstärker 30 ist mit einem variablen Rück- 40 stischen Zeitgebers 60 wird über eine Anzahl von Millisekun-kopplungswiderstand 32 versehen, der zum wahlweisen Einstel- den beibehalten, die in dem rechten Dreieckbereich spezifiziert len des Verstärkungsgrades des Operationsverstärkers 30 ist. So wird beispielsweise gemäss Fig. 3 keine Ausgangsgrösse benutzt werden kann. zu einer Auslösesteuerschaltung 62 geleitet, bis das Und-Tor 52

Die Ausgangsgrösse des Operationsverstärkers 30 wird bezüglich seiner Eingänge eine Koinzidenz für eine Zeitpe-einer bipolaren Schwellwertschaltung oder einem Wechsel- 45 riode von 3 Millisekunden feststellt. Die Ausgangsgrösse des strom-Pegeldetektor 34 zugeleitet. Der bipolare Pegeldetektor einmal getriggerten charakteristischen Zeitgebers 60 wird über 34 kann eine Reihenschaltung von gegensinnig gepolten Zener- 5 Millisekunden beibehalten, wie es durch die 5 in dem Dreieckdioden sein, wie den Zenerdioden 36 und 38 aus Fig. 4. Alterna- bereich an der rechten Seite des charakteristischen Zeitgebers tiv kann der Wechselstrom-Pegeldetektor 34 eine Parallelschal- 60 dargestellt ist.

tung aus invers bzw. entgegengesetzt gepolten Dioden sein, 50 Die Ausgangsgrösse des charakteristischen Zeitgebers 60 wie den Dioden 40 und 42 aus Fig. 5. In diesem Fall invers parai- wird als eine Auslösungseingangsgrösse einer Auslösesteuerlei geschalteter Dioden 40 und 42 ergibt sich von dem Wechsel- Schaltung 62 zugeführt, die an einer Leitung 64 andere Ein-strom-Pegeldetektor an der Leitung 44 keine Ausgangsgrösse, gangsgrössen empfangen kann, wie von Steuerkanal-bis die Eingangsgrösse den Durchlassrichtung-Spannungsabfall empfängern (pilot Channel receivers). Wenn angenommen einer der Dioden 40 oder 42, in Abhängigkeit von der momen- 55 wird, dass die Auslösesteuerschaltung 62 irgendwelche ande-tanen Polarität der Eingangsgrösse an der Leitung 46, über- ren notwendigen Signale empfängt, sorgt die Ausgangsgrösse schreitet. Durch die Verwendung von Zenerdioden 36 und 38 des charakteristischen Zeitgebers 60 für ein Triggern der Aus-gemäss Fig. 4 können eine grössere Anpassungsfähigkeit und lösesteuerschaltung 62, um ein öffnen von Leistungsschalter-eine Wahl der Schwellwertpegel vorgesehen werden. Im Fall kontakten 66 zu begründen. Die Komponenten 60 und 62 kön-von Fig. 4 erscheint an der Ausgangsleitung 44 keine Ausgangs- 60 nen in Verbindung miteinander als eine koinzidenzabhängige grosse, bis die Wechselstrom-Spannung am Eingang 46 die Einrichtung betrachtet werden, die von der Und-Schaltung 52

Durchbruchspannung der Zenerdioden übersteigt. Natürlich ein Koinzidenz-Ausgangssignal empfängt und bei einer können verschiedene Zenerdioden-Durchbruchpotentiale Ansteuerung durch eine Eingangsgrösse an der Leitung 64

gewählt werden, und es können verschiedene Kombinationen arbeitet, um eine Leistungsschalter-Auslösespule (nicht darge-von Zenerdioden und/oder normalen Dioden benutzt werden, 65 stellt) in Abhängigkeit von einer Koinzidenzsignal-Ausgangs-um die erwünschte Schwellwertspannung zu wählen bzw. zu grosse vorbestimmter minimaler Zeitdauer, die von dem erzielen. Zur weiteren Erörterung einer bipolaren Schwellwert- charakteristischen Zeitgeber 60 bestimmt wird, in Betrieb zu Schaltung wird hiermit auf die US-Patentanmeldung Serie Nr. setzen.

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Es kann festgestellt werden, dass kein anderer, den Wech- Leitung wird die Differenzgrösse (IZR-V) zu der Grösse (IZR-selstrom-Pegeldetektor 34 umgehender Pfad vorhanden ist. IZF), wobei ZF eine Funktion der Leitungsimpedanz und des Demzufolge wird dem Verstärker 50 kein Eingangssignal zuge- kapazitiven Blindwiderstandes des Kondensators 70 ist, was führt, wenn nicht das Differenzsignal den vorbestimmten davon abhängt, wo der Fehler in einer Leitung auftritt. Wenn

Schwellwert übersteigt. Somit ermöglicht die erfindungsge- s angenommen wird, dass ein Fehler am Ende der zu schützen-mässe Schutzrelaisschaltung nur dann ein Erzeugen einer wirk- den Leitung oder mit anderen Worten am Punkt 17 der Leitung samen Koinzidenzsignal-Ausgangsgrösse, wenn das Differenz- 11 auftritt, wird die Grösse (IZR-IZF) zu (IZR-IZL + IXC), und signal den vorbestimmten Schwellwert des Wechselstrom- diese Grösse vereinfacht sich zu (IXc), da sich IZR und IZL her-

Pegeldetektors 34 überschreitet. ausheben, wenn davon ausgegangen wird, dass IZR gleich IZL

Im Betrieb werden die Schutzrelaisschaltungen der vorlie- io gewählt wird. Da es nicht erwünscht ist, dass das Relais bei Feh-genden Erfindung in Betrieb gesetzt, wenn die Differenz- lern auslöst, die ausserhalb der geschützten Leitung auftreten,

signal-Ausgangsgrösse der Summierschaltung 30 einen vorbe- wird der Wechselstrom-Pegeldetektor oder die bipolare stimmten Wert übersteigt Die Ausgangsgrösse der summieren- Schwellwertschaltung 34 so eingestellt, dass eine Triggerung den Verstärkereinrichtung 30 ist proportional zur Differenz bei einer Spannung erfolgt, die dem Maximalwert der Span-zwischen dem Produkt des Leitungsstroms (I) sowie einer aus- i s nung IXC entspricht, welches die Zünd- bzw. Durchschlagspan-gewählten Referenz- oder Nachbildungsimpedanz (ZR) und nung der Funkenstrecke 68 ist. Der Schwellwertpegel des Wech-

dem Produkt des Leitungsstroms (I) sowie der Leitungs- selstrom-Pegeldetektors 34, der durch den den Verstärkungs-

impedanz zu einem möglichen Fehler (ZF). Es ist festzustellen, grad des Verstärkers 30 einstellenden variablen Widerstand 32 dass der Summiervorgang zum Erzeugen dieses Differenz- und auch durch die Wahl der Dioden- und/oder Zenerdioden-

signals in verschiedener Weise durchgeführt werden kann, was 20 komponenten in dem Wechselstrom-Pegeldetektor 34 einge-dem Fachmann geläufig ist. Beispielsweise kann das Differenz- stellt wird, wird so gewählt, dass er vorzugsweise der am Konsignal dadurch erzielt werden, dass eines der Signale dem inver- densator 70 maximal zugelassenen Spannung entspricht. Die tierenden Eingang eines Operationsverstärkers und das andere Maximalspannung, welche am Kondensator 70 zugelassen Signal einem nicht invertierenden Eingang eines Operations- wird, wird von der Funkenstrecke 68 bestimmt. Dem Fachverstärkers zugeleitet werden. Die Ausgangsgrösse stellt die 25 mann ist es jedoch geläufig, dass die Einstellung des Pegelde-Differenz zwischen den zwei Eingangssignalen dar. Ein ande- tektors oder der bipolaren Schwellwertschaltung eine Funk-res Verfahren ist in Fig. 3 offenbart, wonach das der Leitungs- tion der maximalen Spannung am Kondensator 70 sein kann, Spannung entsprechende Signal durch den Umkehrverstärker beispielsweise 95 oder 105% der Maximumspannung am Kon-26 invertiert und dann in einem aus Widerständen 24 und 28 densator 70. Natürlich können auch andere geeignete Prozentbestehenden Widerstandsnetzwert summiert wird. Andere ge- 30 sätze oder Funktionen der maximalen Spannung am Kondensa-eignete Verfahren zum Summieren dieser Signale zwecks tor 70 angewendet werden.

Erzeugung eines Differenzsignals sind dem Fachmann geläufig. Es ist festzustellen, dass es vor der vorliegenden Erfindung

Die Grösse (IZR-IZF) kann in I(ZR-ZF) umgeschrieben wer- unerwünscht war, ein sehr schnelles direkt auslösendes den. Bei herkömmlichen Distanzrelais kann die Grösse ZF als Distanzrelais an kompensierten Leitungen anzuwenden, da die Haltegrösse betrachtet werden, die das Relais von einem 35 durch einen Fehler an der entfernten Sammelschiene gesehene Betrieb abhält. Beim Fehlen eines Fehlerzustandes in der Impedanz eine komplexe Grösse war, die auf den stationären geschützten bzw. überwachten Leitung handelt es sich bei ZF und transienten bzw. flüchtigen Spannungen sowie Strömen normalerweise um eine beträchtliche Grösse, da diese die basierte. Obwohl gewisse Fehler, die von der Schutzrelaisschal-

Leitungsimpedanz plus der Lastimpedanz enthält. Wenn die tungsvorrichtung abseits und aber innerhalb des geschützten Grösse IZF aufgrund eines Fehlerzustandes in der Schutzrelais- 10 Leitungsabschnitts liegen, aufgrund einer bestimmten Schaltung zu Null wird, wie bei einem Öffnen der Sicherung 15, Schwellwertpegeleinstellung in der Schutzrelaisschaltung verschwindet die Haltegrösse IZF. Bei dem angenommenen nicht erfasst werden können, führt die Verwendung der vorlie-herkömmlichen Relais wird die Grösse IZR dann unverzögert genden Erfindung zu dem Vorteil, dass starke nahe Fehler bzw. ungebremst angelegt, so dass ein Betrieb des Relais schnell erfasst werden können. Die Fähigkeit, starke nahe Feh begründet werden kann. Nach der vorliegenden Erfindung kön- 45 1er schnell erfassen zu können, ist in Verbindung mit der Fähig-nen der mit dem variablen Widerstand 32 eingestellte Verstär- keit anderer Schutzrelais zum Erfassen der oben erwähnten kungsgrad des Summierverstärkers 30 und die Komponenten entfernten Fehler sehr wichtig zum Beibehalten der Systemstain der bipolaren Schwellwertschaltung oder dem Wechsel- bilität.

strom-Pegeldetektor 34 so gewählt sein, dass an der Leitung 44 Wie es oben erwähnt wurde, ist der Wechselstrom-Pegelde-

keine Ausgangsgrösse von dem Wechselstrom-Pegeldetektor 50 tektor 34 vorzugsweise so eingestellt, dass eine Ausgangs-34 erscheint, bis die Grösse IZR einen normalen Wert über- grosse nur dann gebildet wird, wenn die Leitungsspannung steigt, oder mit anderen Worten, da ZR fixiert ist, bis der Strom den Maximalwert von IXC übersteigt, nämlich die Zünd- bzw. I normale Laststromwerte übersteigt. Durchbruchspannung der zum Kondensator 70 parallel

Im Schutzbetrieb von Leitungen mit einer Serienkondensa- geschalteten Funkenstrecke 68. Das bedeutet, dass keine jen-torkompensation ist es höchst erwünscht, dass der Leistungs- 55 seits des Punktes 17 der Leitung 11 aus Fig. 2 liegenden Fehler Schalter bei Fehlern ausgelöst werden kann, die in der Leitung erfasst werden. Die Grösse (IZR-V) wird allgemein zu bzw. dem Netz auftreten, beispielsweise an der linken Seite des (IZR-IZF + IXC), wobei ZF die Leitungsimpedanz zum Fehler Punktes 17 an der Leitung 11 aus Fig. 2, und dass Fehler unter- ist. Die Grösse IXC kann Null sein, wenn der Fehler an der schieden werden können, die an einer angrenzenden Sammel- Relaisseite oder Quellenseite des Kondensators 70 liegt. Dies schiene auftreten, beispielsweise an Punkten an der rechten 60 ermöglicht ein Auslösen bei nahen Fehlern, bei denen die Seite des Punktes 17 der Leitung 11. Mit anderen Worten ist es Grösse (IZR-IZF) die Einstellung der Schwellwertschaltung erwünscht, eine «Überreichweite» («overreaching») des übersteigt. Diese Grösse übersteigt die Schwellwerteinstellung,

Schutzrelais zu vermeiden. Das Schlüsselelement ist hier die wenn starke nahe Fehler vorliegen.

kapazitive Spannung, die als IXC bezeichnet werden kann und Die vorliegende Erfindung kann zum Bilden einer Schutz einen Maximalwert hat, der von dem Zünd- bzw. Durchschlag- 65 relaisschaltungsanordnung benutzt werden, die den Leitungspotential einer Funkenstrecke 68 festgesetzt wird, welche dem bzw. Netzleistungsschalter sehr schnell bei nahen Fehlern öff-in Reihe geschalteten Kompensationskondensator 70 parallel- net, um die Sicherheit des gesamten Leistungssystems zu vergeschaltet ist Im Falle einer reihenkondensatorkompensierten bessern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein sehr schnei-

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les Auslösen des Leistungsschalters, da der charakteristische dert, wenn ein Verlust des Überwachungspotentials auftritt,

Zeitgeber so eingestellt werden kann, dass der Leistungsschal- wie es der Fall sein kann, wenn die Sicherung 15 zum öffnen ter bei einem Erfassen kürzerer Koinzidenzzeiten ausgelöst oder Durchbrennen veranlasst wird.

wird, wie beispielsweise bei 60 elektrischen Graden statt bei 90 Fig. 6(a) zeigt die zur Und-Schaltung 52 gelangende oder 120 elektrischen Graden. Die niedrigere Einstellung des 5 Polarisierungssignal-Eingangsgrösse Vpol- Fig- 6(b) zeigt das charakteristischen Zeitgebers wird durch den Pegel- oder Differenzsignal (IZR-IZF) im Fehlerzustand, das heisst bei

Schwellwertdetektor ermöglicht, der ein Auslösen beim maxi- (I = If)> wobei die bipolaren Schwellwertpegel durch die gestri-

malen Laststrom an der geschützten Leitung verhindert. Ohne chelten Linien 100 und 102 bei den Pegeln A und — A darge-

den Pegel- oder Schwellwertdetektor zum Verhindern eines stellt sind. Wie aus einem Vergleich der Fig. 6(a) und 6(b)

Betriebes während des maximalen Laststroms kann eine Zeit- io Fehlerzustandes gleichphasig mit dem Spannungspolarisie-

verzögerung von etwa 5,5 Millisekunden oder 120 elektrischen rungssignal Vpol- Fig. 6(c) ist die Koinzidenz-Ausgangsgrösse

Graden in das System eingeführt werden. Durch die Möglich- der Und-Schaltung 52 im Zusammenhang mit dem Polarisie-

keit der Einstellung des Zeitgebers zum Erfassen einer Koinzi- rungseingangssignal Vpol aus Fig. 6(a) und dem Differenzsignal denz für 60 elektrische Grade wird die Zeitverzögerung in der aus Fig. 6(b) während eines Fehlerzustandes (IpZR-IFZF) für

Schutzrelaisschaltung von 5,5 Millisekunden auf 2,75 Millise- 15 Spannungswerte grösser als A und kleiner als -A. Die Linien künden reduziert. Diese Reduzierung der Zeitverzögerung 104 sind Verlängerungen der fallenden und ansteigenden kann ein bedeutender Vorteil beim Verhindern einer Instabili- Punkte bzw. Flanken des zum Und-Tor 52 geleiteten Signals tät beim Auftreten eines starken nahen Fehlers sein, insbeson- Vpol, und diese Linien dienen einer Übersichtlichkeit der dere bei solchen Anwendungen, wo man sich auf «Ein-Perio- Fig. 6(a) bis 6(g).

den»-Schalter zum Beibehalten der Systemstabilität verlässt. 20

Fig. 6(d) beinhaltet die Grösse (ILZR-V) mit V = 0, wobei

Die Betriebsweise der Schutzrelaisschaltung nach der vor- dieser Falj während normaler Leitungszustände auftreten kann,

liegenden Erfindung und insbesondere der Relaisschaltung wenn die Überwachungs- oder Relaisspannung zu Null wird,

aus Fig. 3 kann besser unter Bezugnahme auf die Fig. beispielsweise aufgrund eines Durchbrennens oder Öffnens der

6,7 und 8 verstanden werden. Fig. 8 ist ein Phasendiagramm, 25 Sicherung 15. Es ist festzustellen, dass die Spannungswellen-

welches die typischen Phasenbeziehungen zwischen dem form aus Fig. 6(d) der Wellenform aus Fig. 6(b) in Übereinstim-

Fehlerstrom IF, dem maximal nacheilenden Laststrom Ii. und mung mit Fig. 8 um etwa 60 Grad voreilt. Da kein Fehler an der dem Spannungspolarisierungssignal Vpol für eine oberirdi- Leitung vorliegt, eilt der Strom II mit anderen Worten Vpol um sehe Höchstspannungsleitung darstellt. In einem Phasendia- etwa 25 Grad statt um etwa 85 Grad wie in einem Fehlerzu-

gramm wird die Amplitude einer Grösse durch die Länge einer 30 stand nach. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in Fig. 8 angege-

diese Grösse wiedergebenden Linie bzw. eines entsprechenden benen und in Fig. 6 dargestellten Phasenwinkelwerte ungefähre

Vektors dargestellt, während die Phasenbeziehung durch den typische Werte sind, die der Erläuterung eines konkreten Bei-

von einer vorgegebenen Bezugsstelle gemessenen Winkel der spiels dienen und die in keiner Weise beschränken sollen. Die

Linie bzw. des Vektors dargestellt wird, wobei die Bezugsstelle Ausgangsgrösse der Und-Schaltung 52, die sich aufgrund des gewöhnlich die horizontale Linie ist, die in Fig. 8 mit Null 35 Polarisierungseingangssignals VPOl aus Fig. 6(a) und des bezeichnet ist. Der Phasenwinkel des Laststroms IL, der Vpol Signals (ILZR) ergibt, welches unter normalen Leitungsstrombe-

um etwa 25 Grad nacheilt, ist ein typischer Problemfallzustand. dingungen bei einem Wegfall der Relaisspannung gemäss

Aus Fig. 8 ist es für den dargestellten Fall ersichtlich, dass sich Fig. 6(d) entsteht, ist in Fig. 6(e) dargestellt. Da die Grösse der Phasenwinkel des Leitungsstroms I beim Auftreten eines (ILZR) aus Fig. 6(d) ausserphasig mit dem Spannungspolarisie-

Fehlerzustandes verschiebt, und zwar von einem Nacheilen 40 rungssignal (Vpol) aus Fig. 6(a) ist, und zwar um etwa 60 Grad,

gegenüber dem Spannungspolarisierungssignal VPOl von etwa ist der Ausgangsimpuls (1) aus Fig. 6(e) beträchtlich kürzer als

25 Grad zu einem Nacheilen gegenüber Vpol von etwa 85 derjenige aus Fig. 6(c), obwohl dieselben bipolaren Schwell-

Grad. Diese Verschiebung im Phasenwinkel des Stroms wird wertpegel A und -A benutzt werden. Wenn beispielsweise ein durch den weitgehenden Abfall der Leitungsspannung wäh- charakteristischer Zeitgeber so eingestellt würde, dass eine rend eines Fehlerzustandes begründet, wodurch der Effekt der 45 Ausgangsgrösse nur dann erzeugt wird, wenn eine Minimum-

Nebenschlusskapazität und der Lastimpedanz reduziert oder dauer-Koinzidenzausgangsgrösse des Und-Tors 52 gemäss den eliminiert wird. Die Nachbildungsimpedanz ZR wird so gewählt, Linien 106 aus Fig. 6 erzeugt wird, würde durch den charakter-

dass sie einen Phasenwinkel hat, welcher Vpol um etwa 85 stischen Zeitgeber 60 in Abhängigkeit von dem Koinzidenzim-

Grad voreilt, so dass demnach das Vektorprodukt von IFZR puls ( 1 ) aus Fig. 6(c) eine Ausgangsgrösse erzeugt werden, was während eines Fehlerzustandes im wesentlichen gleichphasig 50 jedoch nicht für den Koinzidenzimpuls (1) aus Fig. 6(e) gilt, mit Vpol ist. Das Vektorprodukt (ILZR) des normalen Laststroms und der Nachbildungsimpedanz ist im wesentlichen aus- Die Koinzidenzdauer kann für ein vorbestimmtes serphasig mit dem Spannungspolarisierungssignal Vpol von der Differenzsignal (IZR-IZF) weiter verkürzt werden durch Ver-

Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltung 56. grössern der Einstellung der bipolaren Schwellwertpegel im

Die Effekte der Phasenverschiebung, und die Auswahl ver- 55 Wechselstrom-Pegeldetektor 34. Es ist festzustellen, dass eine schiedener bipolarer Schwellwertpegel des Wechselstrom- Vergrösserung des Schwellwertpegels einer bipolaren Schwell-

Pegeldetektors und die Auswahl von Minimum-Koinzidenzer- Wertvorrichtung bedeutet, dass der absolute Wert der positi-

fassungszeiten des charakteristischen Zeitgebers 60 können ven und negativen Schwellwertpegel vergrössert wird, oder unter Bezugnahme auf Fig. 6 besser verstanden werden. Die mit anderen Worten, dass der positive Schwellwertpegel ver-

Wellenformen aus Fig. 6 zeigen vor allem die Art und Weise, 60 grössert und der negative Schwellwertpegel mehr negativ gemäss derer ein Vergrössern der Schwellwerteinstellungen gemacht werden. Dies ist durch gestrichelte Linien 108 und 110

des Wechselstrom-Pegeldetektors oder der bipolaren Schwell- dargestellt, die den Pegeln B und - B in Fig. 6(d) entsprechen,

wertschaltung 34 zum Erzeugen einer kürzeren Koinzidenz- Die sich infolge der grösseren Schwellwertpegeleinstellungen impuls-Ausgangsgrösse vom Und-Tor 52 für eine vorbestimmte B und - B ergebende Koinzidenzausgangsgrösse des Und-Tors

Differenzsignal-Eingangsgrösse (IZR-IZF) zum Wechselstrom- 65 52 ist in Fig. 6(e) durch die flächenschraffierten Impulse (3) und

Pegeldetektor 34 führt. Die Wellenformen aus Fig. 6 demon- (4) dargestellt. Die längeren Impulsdauern für die kleineren strieren auch die Art und Weise, gemäss derer die Koinzidenz- Schwellwertpegel A und - A sind auch dargestellt. Es ist offen-

schaltung im fehlerfreien Zustand einen Relaisbetrieb verhin- sichtlich, dass die Dauer der Koinzidenzausgangsgrössen ver-

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mindert werden kann, und zwar in Abhängigkeit von einer Ver-grösserung der Phasenverschiebung des Differenzsignals in bezug auf das Spannungspolarisierungssignal (VPOl) und/oder durch Vergrössern des Schwellwertpegels des Wechselstrom-Pegeldetektors. Es ist auch ersichtlich, dass die Tatsache eines 5 erfolgenden oder nicht erfolgenden Erzeugens eines Ausgangssignals vom charakteristischen Zeitgeber 60 wahlweise bestimmt werden kann, und zwar durch das Einstellen der bipolaren Schwellwertpegel und/oder durch die Wahl der Eingangssignal-Dauer, die für den charakteristischen Zeitgeber 60 erfor- io derlich ist, um ein Ausgangssignal zum Auslösen der Steuerschaltungsanordnung 62 zu erzeugen.

Fig. 6(f) zeigt das Differenzsignal (IZR-V) in fehlerfreiem Zustand und bei beträchtlichem Laststrom. In dem dargestellten Beispiel hat dieses Signal eine weitgehende Phasenver- 15 Schiebung von ungefähr 100 Grad gegenüber dem Spannungspolarisierungssignal Vpol aus Fig. 6(a). Die sich in Abhängigkeit von einer in Fig. 6(a) dargestellten Eingangsgrösse Vpol und dem in Fig. 6(f) dargestellten Differenzsignal ergebende Koinzidenzausgangsgrösse des Und-Tors 52 ist in Fig. 6(g) dar- 20 gestellt. Wie im Fall aus Fig. 6(e) haben die in Fig. 6(g) dargestellten Ausgangsgrössen eine kürzere Dauer als die Ausgangs-grössen aus Fig. 6(c). Die Dauer der schraffierten Flächen der Ausgangsimpulse (3) und (4) aus Fig. 6(g) ist kürzer für den grösseren Einstellwert der Schwellwertpegel B und - B als im Fall 25 der kleineren Schwellwertpegeleinstellungen A und - A. Es ist ersichtlich, dass die grösseren Einstellungen der Schwellwertpegel für den Wechselstrom-Pegeldetektor 34 die Koinzidenzperioden verkürzen, so dass der charakteristische Zeitgeber 60 für einen Betrieb in Abhängigkeit von kürzeren Koinzidenzpe- 30 rioden eingestellt werden kann, um hierdurch die Minimumzeitverzögerung zum Betätigen des Relais 66 zu reduzieren.

Es ist klar, dass durch Einstellen des Schwellwertpegels des Wechselstrom-Pegeldetektors in der Weise, dass ein Betrieb verhindert wird, wenn der Leitungsstrom nicht normale maxi- 35 male Laststromwerte übersteigt, der charakteristische Zeitgeber so eingestellt werden kann, dass eine Ausgangsgrösse erzeugt wird, wenn an seinem Eingang ein kurzes Koinzidenzsignal von 60 elektrischen Graden anliegt. Dies führt zu einem sehr schnellen Erfassen von nahen Fehlern. Andererseits kann der charakteristische Zeitgeber auf beträchtlich längere Koinzidenzperioden von beispielsweise 105 elektrischen Graden eingestellt werden, um sicherzustellen, dass das Schutzrelais nicht bei normalen Laststromwerten arbeitet. Wie es in den Fig. 6 und 8 dargestellt ist, ist die Koinzidenz-Ausgangsgrösse für normale Lastromwerte verkürzt, da das Produkt (IlZr)

nicht in Phase mit Vpol ist. Das Differenzsignal ist weitgehend bis zur Gleichphasigkeit mit dem Spannungspolarisationssignal Vpol während eines Fehlerzustandes verschoben.

Fig. 7 beinhaltet eine graphische Darstellung, die als Zusammenfassung des Betriebes des erfindungsgemässen Schutzrelais unter den Bedingungen betrachtet werden kann, bei denen die Zeitgebereinstellung und die Pegeldetektoreinstellungen koordiniert sind, um eine Fehlerstromempfindlichkeit zu ermöglichen, die ungefähr zweimal so gross wie die Laststromempfindlichkeit für nahe Fehler oder mit anderen Worten für nahe der Relaisstelle auftretende Fehler ist. Die Bedingungen in Fig. 7 können als typische Einstellungen des Pegeldetektors 34 und des charakteristischen Zeitgebers 60 betrachtet werden. Der normale maximale Leitungsstrom unter maximalen Lastbedingungen ist durch die horizontale gestrichelte Linie II dargestellt. Der Fehlerstrom IF und der Fehlerstrom, der zum Betätigen der Auslösesteuerschaltung 62 erforderlich ist, sind in Abhängigkeit von dem Verhältnis (ZF/ZR) aufgetragen, wobei es sich um das Verhältnis der Fehlerimpedanz ZF zur Nachbildungsimpedanz ZR handelt und wobei dieses Verhältnis von Null bis Eins ansteigt. Das maximale Verhältnis (ZF/ZR) der Fehlerimpedanz zur Nachbildungsimpedanz, bei dem die erfin-dungsgemässe Schutzrelaisschaltung anspricht, ist längs der horizontalen Achse der graphischen Darstellung aufgezeigt. Die Schutzrelaisschaltung nach der vorliegenden Erfindung arbeitet für Werte des Fehlerstroms IF links vom markierten Punkt (ZF/ZR)MAX, wobei sie jedoch nicht für Werte des Fehlerstroms IF rechts von diesem Punkt arbeitet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können verschiedenartige Abwandlungen vorgenommen werden.

G

3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. 621215

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Schutzrelaisschaltung zum Bilden einer kombinierten Distanz- und Überstromfunktion zum Steuern der Auslösespule eines eine Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung schützenden Leistungsschalters, gekennzeichnet durch Addierschal-tungsmittel (24,28,30,32) zum Erzeugen eines Differenzsignals, das proportional zu der Differenz zwischen einem mit einer vorgewählten konstanten Referenzimpedanz multiplizierten Signal, welches proportional zu einem Wechselstrom-Leitungsstrom ist, und einem zur Leitungsspannung proportionalen Signal ist, durch einen Wechselstrom-Pegeldetektor (34), der auf das Differenzsignal von den Addierschaltungsmitteln (24,28,30,32) anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Differenzsignal einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, durch Mittel (54,56) zum Erzeugen eines Spannungspolaritätssignals aus einem Leitungsspannungs-signal der Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung, durch Koinzidenz-Detektormittel (52) zum Erzeugen einer Koinzidenzsignal-Ausgangsgrösse in Abhängigkeit von einem Erfassen einer Koinzidenz zwischen der Ausgangsgrösse des Wechselstrom-Pegeldetektors (34) und dem Spannungs-polaritätssignal und durch Koinzidenz-Ansprechmittel (60,62) zum Empfangen der Koinzidenzsignal-Ausgangsgrösse, wobei diese Mittel bei einem Ansteuern in der Weise arbeiten, dass die Auslösespule in Abhängigkeit von einer Koinzidenz-signal-Ausgangsgrösse vorbestimmter minimaler Dauer betätigt wird, und wobei die Schutzrelaisschaltung das Erzeugen einer wirksamen Koinzidenzsignal-Ausgangsgrösse nur dann zulässt, wenn das Differenzsignal den vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
2. 2. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koinzidenz-Ansprechmittel (60,62) ein charakteristisches Zeitgebermittel (60) enthalten, welches eine Signalausgangsgrösse für eine Verwendung zum Steuern der Auslösespule des Leistungsschalters nur in Abhängigkeit von der mit vorbestimmter minimaler Zeitdauer auftretenden Koinzidenzsignal-Ausgangsgrösse der Koinzidenz-Detektormittel (52) erzeugt.
3. 3. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Zeitgebermittel (60) seine einmal erzeugte Signalausgangsgrösse über eine vorbestimmte Zeitperiode beibehält.
4. 4. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkondensator-Kom-pensation mit einer parallel zum Kondensator (70) geschalteten Funkenstrecke (68) enthält und dass der Pegeldetektor (34) eine Ausgangsgrösse erzeugt, wenn das Differenzsignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, der eine Funktion der Kondensatorspannung ist, bei der die Funkenstrecke (68) zum Durchschlag bzw. Durchbruch kommt.
5. 5. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschützte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkon-densator-Kompensation mit einer parallel zum Kondensator (70) geschalteten Funkenstrecke (68) enthält und dass der Pegeldetektor (34) ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Differenzsignal einen der Durchschlagspannung der Funkenstrecke (68) entsprechenden Wert übersteigt.
6. 6. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschützte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkondensator-Kompensation mit einer zum Kondensator (70) parallelgeschalteten Funkenstrecke (68) enthält und dass der Wechselstrom-Pegel-detektor (34) ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Differenzsignal von der Verstärkerschaltung (30) einen der Durchschlagspannung der Funkenstrecke (68) entsprechenden Wert übersteigt.
7. 7. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Zeitgebermittel (60) entsprechend eingestellt ist, um eine Koinzidenz für weniger als 90 elektrische Grade zu erfassen, und dass der Pegeldetektor (34) entsprechend eingestellt ist, um ein Ausgangssignal nur für Differenzsignale zu erzeugen, die einen Wert übersteigen, welcher dem normalen Laststrom multipliziert mit der Referenzimpedanz entspricht.
8. 8. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom-Pegeldetektor (34) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zenerdioden (36,38) enthält.
9. 9. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom-Pegeldetektor (34) zumindest ein Paar von invers parallelgeschalteten Dioden (40,42) enthält.
10. 10. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koinzidenz-Detektormittel (52) ein Und-Tor enthalten.
11. 11. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Addierschaltungsmittel eine Verstärkerschaltung (30) enthalten.
12. 12. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsgrad der Verstärkerschaltung (30) der Addierschaltungsmittel einstellbar ist.