CH623964A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Selektivschutzverfahren für eine elektrische Leitung zur Kurzschlussüberwachung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Eine distanzselektive Kurzschlussüberwachung der vorgenannten Art ist z. B. aus Brown-Boveri-Mitteilung Bd. 53,1966, S. 784-790 bekannt, wobei auf elektronischem Wege relative Phasenwinkel zwischen verschiedenen, teils mittels Leitungs-nachbildungsimpedanzen gewonnenen Spannungssignalen detektiert und einer Grenzwertüberwachung unterzogen werden.

Anzustreben ist eine Verkürzung der Ansprechzeit der Kurzschlussüberwachung, d. h. des Maximalzeitintervalls. Demgemäss besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung in der Schaffung einer Kurzschlussüberwachung mit einer maximalen Ansprechzeit von weniger als einer Periodendauer der Netzbzw. Detektionssignalfrequenz, d. h. bis herab zu einer Halbperiodendauer dieser Frequenzen, d. h. bis zu z. B. 10 ms. Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Diese Lösungen beruhen auf der Erscheinung, dass nur bei einem Maximalwert der Relativ-Phasenwin-kel zwischen aufeinanderfolgenden Detektionssignalen von weniger als 180°, d. h. bei einer Kurzschlussdistanz innerhalb des Auslösegebietes, innerhalb eines Überwachungsintervalls von wenigstens annähernd einer Halbperiodendauer bzw. 10 ms eine mindestens zweimal alternierende Folge von Überwachungssignalen auftritt, die den Nulldurchgängen der Detektionssignale polaritätsabhängig zugeordnet sind. Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 ein Zeigerdiagramm von Impedanz-Abbildspannun-gen in der imaginären 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 einer einmaligen Sequenzdetektion für ein Leitungsspannungssignal ausserhalb des Auslösegebietes,

Fig. 5 ein Signal-Zeitdiagramm entsprechend Fig. 4, jedoch für ein Leitungsspannungssignal innerhalb des Auslösegebietes,

Fig. 6 ein Signal-Zeitdiagramm für periodisch aufeinanderfolgende Sequenzdetektionen,

Fig. 7 den Mess- und Signalerstellungsteil einer Selektivschutzeinrichtung,

Fig. 8 das Schaltbild einer Phasenwinkel-Überwachungsein-richtung mit einmaliger Sequenzdetektion zum Anschluss an den Messteil gemäss Fig. 7 und

Fig. 9 das Schaltbild einer Phasenwinkel-Überwachungseinrichtung für Mehrfach-Sequenzdetektion.

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, Uä und IJ4 bestimmt sind. Gemäss Fig. 2 werden sodann unter Zuhilfenahme des durch Messung gewonnenen Leitungsspannungssignals UK Differenzsignale Ud2=U2-UK,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

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von der Spitze des Zeigers UK ausgehenden Zeigern einbezo- Ein Beispiel der letztgenannten Verfahrensweise ist in gen wird und damit den Koordinatennullpunkt als Eckpunkt 1 Fig. 6 angedeutet, und zwar mit vier aufeinanderfolgend in den bestimmt. Die Differenzsignale stellen einen Sonderfall von Zeitpunkten ti bis t4 gestarteten Überwachungsintervallen Tui Detektionssignalen dar, die z. B. in an sich bekannter, unter- bis Tu4, wie sie in den Zeilen a) bis d) mit den zugehörigen, schiedlicher Weise von Bezugs- oder Leitungsabbildimpedan- 5 jeweils die Alternierungen bildenden Überwachungssignalen zen unter Zuhilfenahme des Leitungsstromes und der Leitungs- USi und US2 dargestellt sind. Die alternierenden Überwa-spannung abgeleitet werden können. chungssignale sind dabei einer beispielhaften Gesamt-Überwa-

Fig. 2 zeigt für eine Lage der Zeigerspitze von Uk im Inne- chungssignalfolge gemäss Zeile b) von Fig. 5 entnommen, ren des Auslösegebietes, dass in diesem Fall keiner der relati- An dieser Stelle ist festzuhalten, dass die Bemessung des ven Phasenwinkel zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden 10 Überwachungsintervalls entsprechend einer Halbperiode auf Detektionssignalen den Grenzwert 180° überschreitet. Dies ist die Folgefrequenz der Detektionssignale und damit im allge-erst bei einer Lage der Zeigerspitze von Uk ausserhalb des Aus- meinen auf die Netzfrequenz des Schutzobjektes bezogen ist. lösegebietes der Fall, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ist also eine Überwachungs-

Fig. 4, Zeile a), zeigt von den postiven und negativen Halb- intervallsdauer To/2 = 10 ms zugrundezulegen.

wellen der Detektionssignale Udx-Ud4 abgeleitete Rechteck- 15 Bei einer Überwachungsintervalldauer von weniger als pulse Bi bis B4, die z. B. durch übliche Triggerung entstanden einer Halbperiode tritt ein Grenzbereich von zeitlichen sind. Zeile b) zeigt dazu die den Nulldurchgängen zugeordnete Signalanordnungen auf, die einer Kurzschlusslage innerhalb gegensinnige Polarität, die z. B. durch Differenzierung der des Auslösegebietes entsprechen, und zwar in Grenznähe die-

ersten und zweiten Überwachungssignale USi und US2 erhal- ses Gebietes, wobei jedoch das massgebende Fehlerdistanzkri-ten wurde. Für die hier zugrundeliegende Lage der Zeiger- 20 terium unerfüllt bleibt. Solche Verhältnisse sind also im allge-spitze von UK ausserhalb des Auslösegebietes (siehe Fig. 3) meinen zu vermeiden. Umgekehrt führen Überwachungsinter-ergibt sich innerhalb eines beliebig angeordneten Überwa- valldauern von mehr als einer Halbperiode dazu, dass grenz-chungsiritervalls Tu von etwa einer Halbperiodendauer keine nahe, jedoch noch ausserhalb des Auslösegebietes liegende mehr als einmal alternierende Überwachungssignalfolge. Kurzschlüsse das Fehlerdistanzkriterium erfüllen und eine

Fig. 5, Zeile a), zeigt die Überlappung der Rechteckpulse Bi 25 Auslösung hervorrufen. Im allgemeinen wird man daher eine bis B4 für eine Lage der Zeigerspitze von UK innerhalb des bezüglich der Halbperiode geringfügig grössere Überwa-

durch die vier Detektionssignale Udì bis Ud» bestimmten Aus- chungsintervalldauer wählen. Vorzugsweise kommt eine lösegebietes. Zeile b) zeigt hierzu die überlagerte Gesamtfolge Bemessung dieses Intervalls in Betracht, die aus der genauen der durch Differenzierung der Rechteckpulse Bi bis B4 erhalte- Halbperiode To/2 zuzüglich eines durch den Detektionsmecha-nen ersten und zweiten Überwachungssignale gegensinniger 30 nismus und die Schaltungsträgheit bedingten Detektionsinter-Polarität. Es ergeben sich für beliebige zeitliche Lagen des valls At besteht. Grundsätzlich kann auch eine noch weiterge-

Überwachungsintervalls Tu innerhalb desselben verschiedene, hende Vergrösserung des Überwachungsintervalls vorgenom-jedoch immer insgesamt wenigstens zweimal alternierende men werden, was - abgesehen von der unerwünschten Verlän-überwachungssignalfolgen. Für die in Fig. 5, Zeile b) angedeu- gerung der Ansprechzeit - zu einer Erweiterung des tatsäch-tete Zeitlage von Tu mit dem Anfangszeitpunkt to ergibt sich 35 lieh wirksamen Auslösegebietes führt. Sofern die Differenz der eine Überwachungssignalfolge SU2, SU 1, SUi, SU2, wobei die Überwachungsintervalldauer gegenüber der Halbperiode Alternierungen zwischen dem ersten und zweiten sowie zwi- gering gegen letztere selbst bleibt, können die vorgenannten sehen dem dritten und vierten innerhalb von Tu auftretenden Einstellungen in beiden Richtungen je nach den Gegebenhei-Überwachungssignal liegen. Es kommt also nur auf die insge- ten des Anwendungsfalles zulässig oder sogar erwünscht sein samt innerhalb des Überwachungsintervalls auftretende 40 und fallen daher, sofern sie mit der Aufgabenstellung der VerAnzahl von Alternierungen an. minderung der Schutz-Ansprechzeit unter eine Periodendauer Bei einem Überwachungsintervall von der Dauer einer verträglich sind, unter die Bedingung «Überwachungsintervall-Halbperiode und bei einer Anzahl von vier Detektionssignalen dauer wenigstens annähernd gleich einer Halbperiode».

bzw. bei einem viereckigen Auslösegebiet besteht das Fehlerdi- Der in Fig. 7 dargestellte Mess- und Signalerstellungsteil stanzkriterium im Auftreten von mindestens zwei Alternierun- 45 einer Selektivschutzeinrichtung umfasst einen an die hier als gen, d. h. Wechseln zwischen aufeinanderfolgenden ersten und Beispiel gewählte Phase R eines dreiphasigen Leitungssystems, zweiten oder zweiten und ersten Überwachungssignalen. Es R, S, T angeschlossenen Leitungsspannungs-Messwertaufneh-können bei einem solchen Auslösegebiet gegebenenfalls auch mers UMR sowie einen ebenfalls an die Phase R angeschlosse-drei Alternierungen innerhalb des Halbperioden-Überwa- nen Leitungsstrom-Messwertaufnehmer IM mit an dessen chungsintervalls auftreten. Die Mindestzahl von Alternierun- 50 Sekundärwicklungen angeschlossenen Bezugsimpedanzen Z2, gen innerhalb des Überwachungsintervalls, welche das Fehler- Z3 und Z4. An diesen Impedanzen treten somit die bereits kriterium bildet, ist allgemein durch die Anzahl der Detektions- erwähnten Abbildspannungen U2 bzw. U3 bzw. Ut auf, während signale bzw. durch die Seitenzahl des Auslösegebietes in der am Ausgang von UMR das Leitungsspannungssignal Uk komplexen Impedanzebene bestimmt. Für kompliziertere ansteht. Differenzverstärker D2, D3, E>4 sind an den Ausgang

Anordnungen mit mehr als viereckigen Auslösegebieten kön- 55 von UMR einerseits und an Z2 bzw. Z3 bzw. Z4 andererseits nen also auch höhere Mindest-Alternierungszahlen als Fehler- angeschlossen, liefern also an ihren Ausgängen die Differenzkriterium auftreten. oder Detektionssignale Ud2 bzw. Ud3 bzw. Ud4. Über einen

Gemäss Fig. 5, Zeile b), wird z. B. zum Zeitpunkt to durch Inverter IV liefert UMR ausserdem das Signal Udì = -UK. Die eine fehlerindizierende Anregung ein einziges Überwachungs- genannten Detektionssignale werden sodann über nachfol-intervall Tu ausgelöst. Die beschriebene Verfahrensweise lässt 60 gende Trigger TRi bis TR4 in Rechteckpulse Bi bis B4 umge-sich jedoch auch in Form einer laufenden Distanzüberwachung setzt. Die den Nulldurchgängen der Detektionssignale ausführen, wobei im störungsfreien Betrieb wie auch bei Kurz- zugeordneten Überwachungssignale USi und US2 ergeben sich schlüssen ausserhalb des Auslösegebietes das Fehlerdistanzkri- an den Ausgängen nachfolgender Differenzierglieder di bis d4, terium jedenfalls unerfüllt bleibt. Diese Verfahrensweise hat denen zwecks rückwirkungsfreier Überlagerung zu der den Vorteil der grösseren Betriebssicherheit der Schutzeinrich-65 Gesamt-Überwachungs-Signalfolge am Ausgang A Trennver-tung, weil die wesentlichen Schaltungsteile auch im störungs- stärker Vi bis V4 nachgeordnet sind.

freien Betrieb aktiv sind und demgemäss leicht einer Funktions- Der Relativ-Phasenüberwachungsteil für einfache Sequenzüberwachung unterworfen werden können. detektion gemäss Fig. 8 ist mit seinem Eingang A an den ent-

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sprechenden Ausgang des Schaltungsteils nach Fig. 7 angeschlossen. Ausserdem wird eine Anregung am Eingang AR zugeführt Weiterhin ist ein nach erfolgter Auslösung aktivierter Rückstelleingang R vorhanden. Durch die Anregung AR wird ein Monoflop MF angestossen, dessen Rückschaltzeit das 5 Überwachungsintervall Tu bestimmt und für dieses Intervall ein AND-Gatter GA zum Durchschalten der Überwachungssignale freigibt. Letztere schalten nun - je nach der Polarität des innerhalb des Überwachungsintervalls zuerst auftretenden Überwachungssignals - einen von zwei nachfolgenden Flip- 10 Flops FFi bzw. FF2 aus dem Rückstellzustand in den gesetzten Zustand (für beide Flip-Flops mit «1» bezeichnet). Die differenzierenden und zusammengeschalteten Ausgänge der Flip-Flops liefern für jede Umschaltung einen Zählimpuls an ein zugehöriges Zählregister ZRi bzw. ZR2. Durch die Rückstellung R ist 15 jeweils nach Erledigung einer Auslösung eine erste Stufe r beider Zählregister ZRi und ZR2 eingeschaltet worden. Das zuerst umschaltende Flip-Flop schaltet nun die nächste Stufe «0» des zugehörigen Zählregisters ein und bringt dieses damit in den Ausgangszustand für die Zählung der Alternierungen innerhalb 20 des Überwachungsintervalls, während das andere Zählregister mit Einschaltung der Stufe r zurückbleibt und während des Intervalls nicht mehr wirksam werden kann. Für jede Polarität des zuerst im Überwachungsintervall auftretenden Überwachungssignals ist also eines der beiden Zählregister wirksam. 25

Bei der ersten Alternierung wird nun die Stufe «1» und bei der zweiten Alternierung die Stufe «2» des betreffenden Zählregisters eingeschaltet, was über ein nachfolgendes OR-Gatter GO zur Aktivierung der Auslösung AS führt.

Für eine Dauerüberwachung mit aufeinanderfolgendeil Überwachungsintervallen, deren jedes beispielsweise wie in Fig. 6, Zeile a) dargestellt, von einem der aufeinanderfolgenden positiven Überwachungssignale ausgelöst wird, ist eine entsprechende Anzahl von Schaltungsteilen gemäss Fig. 8 erforderlich. An den Ausgang A des Schaltungsteils nach Fig. 7 ist dann eine Verteilerschaltung gemäss Fig. 9 anzuschliessen, die im wesentlichen aus einem Ringzähler RZ besteht, der durch die über eine Diode D selektierten, positiven Überwachungssignale fortgeschaltet wird. Jeder Ausgang der aufeinanderfolgend aktivierten Stufen des letzteren bereitet in entsprechender zeitlicher Aufeinanderfolge ein zugehöriges AND-Gatter GAi bis GA4 zum Durchschalten der Uberwachungssignale vom Eingang A vor. Es wird also in Aufeinanderfolge jeweils ein Überwachungssignal zu einem der Ausgänge ARi bis AR4 der Gatter GAi bis GA4 durchgeschaltet, wo es die Funktion einer Anregung für den zugehörigen, nachfolgenden Schaltungsteil gemäss Fig. 8 ausübt Ausserdem ist für jedes dieser Schaltungsteile einer der Anschlüsse Ai bis A4 für die Zuführung der Überwachungssignale selbst vorgesehen.

Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch eine andersartige Auslösung der aufeinanderfolgenden Überwachungsintervalle angewendet werden kann, etwa eine solche mit gleichmässiger Verteilung der Auslösezeitpunkte über eine Netzfrequenzperiode.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

623964 -PATENTANSPRÜCHE

1. Selektivschutzverfahren für eine elektrische Leitung zur Kurzschlussüberwachung, 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 von den Nulldurchgängen der Detektionssignale (Udì bis Ud4> mit positiver Signaländerungsgeschwindigkeit erste und mit negativer Signaländerungsgeschwindigkeit zweite Überwachungssignale (USi bzw. US2) abgeleitet und einer Sequenzde-tektion unterzogen werden und dass vom Auftreten einer innerhalb eines vorgegebenen Überwachungsintervalls (Tu) von wenigstens annähernd einer Halbperiodendauer der Detektionssignalfrequenz wenigstens zweimal alternierenden Aufeinanderfolge von ersten und zweiten Überwachungssignalen (USi, US2, USi oder US2, USi, US2) eine Auflösung (AS) abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sequenzdetektion ein Überwachungsintervall (Tu) von einer Halbperiodendauer der Detektionssignalfrequenz (To/2) zuzüglich einer Detektionszeitdauer ( At) vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Nulldurchgängen der Detektionssignale (Udì bis Ud«) mit positiver und negativer Signaländerungsgeschwindigkeit gegensinnig gepolte, vorzugsweise impulsförmige, erste und zweite Überwachungssignale (USi, US2) abgeleitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Überwachungssignale (USi, US2) für die Sequenzdetektion zu einer Überwachungssignalfolge überlagert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsintervall (Tu) in Abhängigkeit von einer fehlerindizierenden Anregung (AR) gestartet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Sequenzdetektionen mit je einem Überwachungsintervall (Tui bis Tm) zu periodisch aufeinanderfolgenden Startzeitpunkten (ti bis U) ausgelöst wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Messschaltung zur Erfassung von Lei-tungsspannungs-und Leitungsstromsignalen sowie mit einer Schaltung zur Erzeugung von ein polygonales Auslösegebiet in der komplexen Impedanzebene bestimmenden Detektionssignalen, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den Detektionssignalen (Udì bis Ud4) beaufschlagte Schaltung (TRi bis TR4, di bis d4> zur Erzeugung von den Nulldurchgängen der Detektionssignale richtungsselektiv zugeordneten ersten und zweiten Überwachungssignalen (USi, US2) sowie ein nachgeordneter Alternierungsdetektor (FFi, FF2) für die Feststellung der Aufeinanderfolge von ersten und zweiten Überwachungssignalen und eine Alternierungs-Zähleinrichtung (ZRi, ZR2) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Alternierungsdetektoren und Alternie-rungs-Zähleinrichtungen mit vorgeschalteter Überwachungssignal-Verteilschaltung (RZ, GAi bis GA4) vorgesehen ist.