CH623963A5

CH623963A5 -

Info

Publication number: CH623963A5
Application number: CH1312377A
Authority: CH
Inventors: Ivan De Dipl Ing Mesmaeker
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1981-06-30
Also published as: BR7807110A; IT1160013B; DE2753734A1; FR2407593A2; AT366522B; BE871554R; IT7829123A0; SE440166B; SE7811207L; GB2010612A; DK481278A; GB2010612B; US4230982A; NL7810657A; ATA734878A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kurzschlussüberwachung einer elektrischen Leitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Eine distanzselektive Einrichtung zur Kurzschlussüberwachung der vorgenannten Art ist z. B. aus Brown-Boveri-Mittei-lungen Bd. 53,1966, S. 784-790 bekannt, wobei auf elektronischem Wege relative Phasenwinkel zwischen verschiedenen, teils mittels Leitungsnachbildungsimpedanzen gewonnenen Spannungssignalen detektiert und einer Grenzwertüberwachung unterzogen werden. Anzustreben ist eine Verkürzung der Ansprechzeit der Kurzschlussüberwachung, d. h. des genannten Maximalzeitintervalls. Demgemäss besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung in der Schaffung einer Kurzschlussüberwachung, bei der eine maximale Ansprechzeit von weniger als einer Periodendauer bzw. von weniger als 20 ms möglich ist.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 3 gelöst.-Eine Weiterbildung der Erfindung ist im abhängigen Anspruch 2 beschrieben.

Die Grenzwertüberwachung der Relativ-Phasenwinkel der Detektionssignale kann grundsätzlich für die positiven und negativen Halbwellen gesondert vorgenommen werden. Dies stellt jedoch keine notwendige Bedingung dar, weil die - der Winkelgrösse nach selbstverständlich übereinstimmenden, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten messtechnisch ver- ' fügbaren - Phasenverschiebungen zwischen den positiven

Halbwellen untereinander und den negativen Halbwellen untereinander mittels eines einzigen, z. B. binären Signals für jedes der Detektionssignale ermittelt werden können, wobei die positiven und negativen Halbwellen den alternierenden Werten des betreffenden Binärsignals entsprechen. Eine solche Ausführung stellt daher eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar, die auch eine einfache Phasendetek-tion und Auswertung mittels elektronischer Digitaltechnik erlaubt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert Hierin zeigt:

Fig. 1 ein Zeigerdiagramm von Impedanz-Abbildspannun-gen in der Ux-UR-Spannungsebene für ein viereckiges Distanzschutz-Auslösegebiet,

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm von Differenzsignalen aus den Impedanz-Abbildspannungen gemäss Fig. 1 und einem Lei-tungsspannungssignal für eine Lage des letzteren innerhalb des Auslösegebietes,

Fig. 3 ein Zeigerdiagramm entsprechend Fig. 2, jedoch für ein Leitungsspannungssignal ausserhalb des Auslösegebietes,

Fig. 4 ein Signal-Zeitdiagramm der Kurzschlussüberwachung für ein Leitungsspannungssignal ausserhalb des Auslösegebietes,

Fig. 5 ein Signal-Zeitdiagramm für ein Leitungsspannungssignal innerhalb des Auslösegebietes,

Fig. 6 den Messteil einer Kurzschlussdistanz-Überwachungsschaltung, die nach den Diagrammen gemäss Fig. 4 und Fig. 5 arbeitet, und

Fig. 7 das Schaltbild einer digitalen Phasenwinkel-Überwachungseinrichtung für positive und negative Detektionssignal-Halbwellen zum Anschluss an den Messteil gemäss Fig. 6.

Das Zeigerdiagramm nach Fig. 1 zeigt ein viereckiges Auslösegebiet mit den Eckpunkten 1,2,3 und 4, wobei der Eckpunkt 1 beispielsweise im Koordinatennullpunkt liegt, während die anderen Eckpunkte durch in an sich üblicher Weise gebildete Impedanz-Abbildspannungen U2, U3 und U4 bestimmt sind. Gemäss Fig. 2 werden sodann unter Zuhilfenahme des durch Messung gewonnenen Leitungsspannungssignal UK Differenzsignale Ud2=U2-UiG Ud3=U3-UK und Ud4=U4-UK sowie zusätzlich ein Differenzsignal Udi=0-UK gebildet, welch letzteres also dem umgepolten Leitungsspannungssignal entspricht und ein zusätzliches Bezugssignal darstellt, welches in die Überwachung der relativen Phasenwinkel zwischen allen von der Spitze des Zeigers Uk ausgehenden Zeigern einbezogen wird und damit den Koordinaten-Nullpunkt als Eckpunkt 1 bestimmt Die Differenzsignale stellen einen Sonderfall von Detektionssignalen dar, die z. B. in an sich bekannter, unterschiedlicher Weise von Bezugs- oder Leitungsabbildimpedanzen unter Zuhilfenahme des Leitungsstromes und der Leitungsspannung abgeleitet werden können.

Fig. 2 zeigt für eine Lage der Zeigerspitze von Uk im Inneren des Auslösegebietes, dass in diesem Fall keiner der relativen Phasenwinkel zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Detektionssignalen den Grenzwert 180° überschreitet. Dies ist erst bei einer Lage der Zeigerspitze von UK ausserhalb des Auslösegebietes der Fall, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist

Fig. 4, Zeile a), zeigt die Binärsignale Bi bis B4 in Form von Rechteckpulsen, die - z. B. durch übliche Triggerung - aus den Detektionssignalen bzw. Differenzsignalen Udì bis Ud4 entstanden sind. Die Zeitintervalle, während denen die Binärsignale den Wert «1» aufweisen, entsprechen z. B. den positiven Halbwellen der Detektionssignale, während die Zeitintervalle mit dem Wert «0» den negativen Halbwellen entsprechen. Für eine Lage der Zeigerspitze von Uk ausserhalb des Auslösegebietes (siehe Fig. 3) ergeben sich dann die in Zeile a) von Fig. 4 angedeuteten Verhältnisse mit einer Überlappung sämtlicher positiver Halbwellen zwischen den Zeitpunkten ti und t2 sowie

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mit einer Überlappung sämtlicher negativer Halbwellen zwischen den Zeitpunkten t3 und t4. Diese Überlappungen werden durch folgende logische Verknüpfungen in die in Zeilen b) bzw. c) von Fig. 4 angedeuteten Sperrpulse umgesetzt:

(1) GNO = (Bi + B2 + BJ + B4)

(2) GA = (Bi, B2, Bj, B4).

Diese Sperrpulse, der Einfachheit halber mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Verknüpfungen versehen, nämlich GNO und GA treten also nur bei einer Lage der Zeigerspitze von Uk ausserhalb des Auslösegebietes auf und werden nach einer zusätzlichen disjunktiven Verknüpfung (ODER) für das Sperren der Auslösung im Falle einer Anregung durch Kurzschluss ausserhalb der Schutzzone verwendet. Nachdem die zeitlich aufeinanderfolgenden Sperrpulse bezüglich ihrer Anfangs- oder Endflanken nur 10 ms voneinander entfernt sind, kann ein entsprechend kurzes Detektions- oder Überwachungsintervall eingestellt werden. Damit ist die erwünschte Verminderung der Ansprechzeit unter 20 ms erreicht.

In Fig. 5, Zeile a), sind die Binärsignale Bi bis B4 für eine Lage der Zeigerspitze von Uk innerhalb des Auslösegebietes dargestellt, wobei also keine Sperrung erfolgen darf. In diesem Fall tritt ersichtlich keine Überlappung sämtlicher positiver oder negativer Halbwellen der Detektionssignale auf.

Eine gemäss Zeile b) von Fig. 5 zum Zeitpunkt ta angenommene Anregung AR wird zum Einschalten eines in Zeile c) angedeuteten Überwachungssignals US verwendet, welches bei Auftreten eines nachfolgenden Sperrpulses GNO oder GA auf «0» zurückgeschaltet wird. Dies erfolgt also spätestens nach 10 ms, im Beispielsfall etwa zum Zeitpunkt t3. Beim Ausbleiben eines Sperrpulses bleibt dagegen US eingeschaltet und nach Ablauf eines vorgegebenen Überwachungsintervalls Tu von ebenfalls 10 ms erfolgt die Auslösung AS zum Zeitpunkt ts.

In Fig. 6 und 7 ist eine Schaltung zur Durchführung dieser Verfahrensweise angedeutet. Der in Fig. 6 dargestellte Schaltungsteil umfasst einen an die hier als Beispiel gewählten Phase R eines dreiphasigen Leitungssystems R, S, T angeschlossenen Leitungsspannungs-Messwertaufnehmer UMR in Form eines Spannungswandlers sowie einem ebenfalls an die Phase R angeschlossenen Leitungsstrom-Messwertaufnehmer IM in Form eines Stromwandlers mit drei Sekundärwicklungen,

deren jede eine Bezugsimpedanz Z2 bzw. Z3 bzw. Z4 als Bürde mit einem Leitungsstromsignal beaufschlagt. Somit treten an

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diesen Impedanzen die bereits erwähnten Impedanz-Abbildspannungen U2 bzw. U3 bzw. Ut auf, während an der Sekundärwicklung von UMR unmittelbar das Leitungsspannungssignal UK vorhanden ist. Differenzverstärker D2 bzw. D3 bzw. D4 sind an UMR einerseits und Z2 bzw. Z3 bzw. Z4 andererseits angeschlossen und liefern an den Ausgängen A2 bzw. A3 bzw. A4 die Detektions- oder Differenzsignale Ud2 bzw. Ud3 bzw. Ud4.

Über einen Inverter IV liefert UMR weiterhin am Ausgang Ai das Signal Udì = -UK. Damit sind die erforderlichen Detektionssignale bereitgestellt.

Der in Fig. 7 dargestellte Schaltungsteil dient der Relativ-Phasenwinkelüberwachung und ist mit entsprechend bezeichneten Eingängen an die Ausgänge Ai bis A4 des Schaltungsteils nach Fig. 6 angeschlossen. Es folgen Binärsignalgeber in Form von Triggern TRi bis TR4, welche die bereits erwähnte Umsetzung der positiven und negativen Halbwellen der Detektionssignale in Binärsignale Bi bis B4 bewirken. Diese Binärsignale werden zur Erzeugung der bereits erläuterten Sperrsignale parallel einer NOR-Verknüpfung GNO und einer UND-Ver-knüpfung GA zugeführt. Die Ausgänge dieser Verknüpfungen entsprechen also den in Zeilen b) und c) von Fig. 4 angedeuteten Sperrpulsen. Sie werden in einer nachfolgenden OR-Ver-knüpfung GO disjunktiv verknüpft und dienen zum Zurückschalten eines im Ausgangszustand über einen Eingang S in Abhängigkeit von einer Anregung AR eingeschalteten Flip-Flops FFi. Der Ausgang von FFi stellt also das bereits erwähnte Überwachungssignal US dar, welches hier eine nachfolgende UND-Verknüpfung GAt sperrt, während diese Verknüpfung ohne Zurückschalten von FFi, d. h. ohne Auftreten einer Überlappung aller positiven oder negativen Halbwellen der Detektionssignale, vorbereitet bleibt.

Die Anregung AR stösst weiterhin ein Monoflop MF an, dessen Rückschaltzeit dem bereits erwähnten Überwachungsintervall Tu entspricht. Mit dem Anstossen von MF bei Beginn des Intervalls Tu wird ein zweites Flip-Flop FF2 gesetzt. FF2 wird sodann beim Zurückschalten von MF zurückgesetzt, jedoch nur dann, wenn die Vorbereitung von GAi beim Ende von Tu bestehen geblieben ist, d. h. im Auslösefall gemäss Fig. 5. Durch das Zurücksetzen von FF2 wird eine weitere UND-Ver-knüpfung GA2 vorbereitet, so dass die Anregung AR über eine der Schaltsicherheit dienende Zeitverzögerung ZT nach dem Ende des Überwachungsintervalls TU als Auslösung AS durchgeschaltet wird. Eine Zurücksetzung von FFi vor dem Ende des Uberwachungsintervalls Tu hat dagegen die Sperrung von GAi und damit ausbleibende Zurücksetzung von FF2 sowie Sperrung von GA2 zur Folge, so dass keine Auslösung eintritt.

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4 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Kurzschlussüberwachung einer elektrischen Leitung, bei dem für jeweils eine Leitungsphase aus Leitungsstrom und Leitungsspannung von der Distanz zwischen Messort und Kurzschlussort abhängige Detektionssignale gebildet werden und bei dem die Phasenwinkel zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Detektionssignalen zur Erzeugung eines Auslösesignals mit einem Grenzwert von wenigstens annähernd 180° verglichen werden, wobei wenigstens ein Detektionssignal als Differenzsignal (Ud2-Ud4) zwischen einer Impedanz-Abbildspannung (U2-U4) und einer Leitungsspannung (Uk) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die positiven und negativen Halbwellen der Detektionssignale (Udì bis Ud4> einer Grenzwertüberwachung auf wenigstens annähernd 180° unterzogen werden und dass die Ergebnissignale dieser Grenz wertüberwachung zur Kurzschlussüberwachung einer logischen Verknüpfung (GO) unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die positiven und negativen Halbwellen der Detektionssignale (Udì bis Ud4) in alternierende Werte entsprechender Binärsignale (Bi bis B4) umgesetzt werden, dass diese Binärsignale zwei bezüglich der Eingangsgrössen zueinander inver-sen logischen Verknüpfungen (GNO, GA) unterzogen werden und dass die binären Ergebnissignale dieser Verknüpfungen einer ODER-Verknüpfung (GO) zugeführt werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einer Mehrzahl von je einem Detektionssignal zugeordneten Binärsignalgebern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge (Bi bis B4) der Binärsignalgeber (TRi bis TR4) parallel an entsprechende Eingangsvielfache von zwei bezüglich ihrer Eingänge zueinander inversen Logikschaltungen (GNO, GA) angeschlossen sind und dass die Ausgänge dieser Logikschaltungen an die Eingänge einer nachgeordneten Verknüpfungslogik (GO) angeschlossen sind.