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Verfahren und Einrichtung zur meßtechnischen Untersuchung von anomal
verlaufenden Betriebszuständen in elektrischen Energieversorgungsnetzen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur meßtechnischen Untersuchung von
anomal verlaufenden Betriebszuständen in elektrischen Energieversorgungsnetzen,
insbesondere von Leitungskurzschlüssen oder nicht stationären Belastungszuständen,
bei dem über auf die genannten Zustände ansprechende und die Dauer des Ladungsvorganges
bestimmende Relais die den vom Belastungswiderstand abhängigen Größen, wie Strom,
Spannung oder Leistung, proportionalen Ladungen je einem Kondensator zugeführt werden
und bei dem die Kondensatorladungen zur Bestimmung der gesuchten Größe ausgewertet
werden.
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Es ist eine Meßeinrichtung bekannt, die der schnellen Bestimmung
des Fehlerortes in elektrischen Leitungsanlagen dient. Sie weist Kondensatoren auf,
denen elektrische Ladungen zugeführt werden, welche den Fehlergrößen Strom und Spannung
der fehlerbehafteten Leitung proportional sein sollen. Die Spannung der Kondensatoren
wird mittels Röhrenvoltmeter gemessen und der Fehlerort durch Berechnung festgestellt.
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Die Ladezeit der Kondensatoren wird durch ein der Fehlerortmeßeinrichtung
zugeordnetes Relais bestimmt. Mit der Anregung des Schutzrelais wird die Ladung
der Kondensatoren eingeleitet und mit der Auslösung des Schutzrelais die Ladung
unterbrochen.
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Diese Zeit ist aber nicht konstant, sondern hängt von den jeweiligen
Betriebs- oder Fehlerbedingungen ab.
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Da aber die Spannung am Kondensator - konstante Kapazität vorausgesetzt
- proportional der Ladung ist und diese wiederum abhängig vom Ladestrom und Ladezeit
ist, ergibt sich, daß Schwankungen der Ladezeit die Meßgenauigkeit beeinflussen.
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Außerdem ist die Anwendung von Röhrenvoltmetern unzweckmäßig, weil
diese als Betriebsgeräte nicht robust genug und auch zu aufwendig sind. Da diese
Geräte auch ständig betriebsbereit sein müssen, verursachen sie laufende Unkosten
infolge Stromverbrauch für Röhrenheizung und Spannungs stabili sierung. Auch bedürfen
sie besonders pfleglicher Behandlung und laufender Wartung.
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Ferner ist eine Einrichtung zur Bestimmung von Kurzschluß entfernungen
auf Leitungen bekannt, welche eine Anzahl von jeweils einer bestimmten Fehlerortentfernung
zugeordneten Kondensatoren aufweist. Diese werden nach Aufladung mit den fehlerabhängigen
Größen nacheinander mit einer Abfrageeinrichtung abgetastet zum Zwecke der Ermittlung
desjenigen Kondensators, der eine von seinem benachbarten Kondensator abweichende
Polarität besitzt. Diese beiden benachbarten Kondensatoren
unterschiedlicher Polarität
dienen dann als Kenngröße für den Fehlerort. Die beschriebene Einrichtung kann selbstverständlich
nicht den Fehlerort, sondern nur einen fehlerbehafteten Leitungsabschnitt ermitteln.
Sie erfüllt damit nicht die Bedingungen, die man an moderne Einrichtungen dieser
Art stellt.
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Auch ist mit einer solchen Einrichtung nicht die Bestimmung der Kurzschlußleistung
möglich.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Messen der Fehlerstellenentfernung
bei Leitungskurzschlüssen werden die Fehlergrößen Strom und Spannung wiederum abhängig
vom Arbeiten des Schaltrelais in Kondensatoren gespeichert. Zur Auswertung des Ladezustandes
sind die Spannungsverhältnisse in den beiden Kondensatoren so gewählt, daß die Spannung
am zweiten Kondensator, sofern der Fehlerort innerhalb des zu überwachenden Leitungsstückes
liegt, größer ist als die Spannung am ersten Kondensator und daß nach Abschaltung
der Ladestromkreise der auf die stromproportionale Spannung aufgeladene zweite Kondensator
bis zur Spannungsgleichheit mit der Spannung am spannungsproportionalen ersten Kondensator
über Röhrenverstärker entladen wird.
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Die hierbei verlaufende Zeitspanne dient als Maß für die Fehlerstellenentfernung.
Zur Beeinflussung der Kondensatoren, die die Kenngrößen der fehlerbehafteten Leitung
speichern, wird ein Zeitraum von etwa 0,03 Sekunden gewählt. Die Kondensatoren werden
durch ein in den zu überwachenden Leitungszweig eingeschaltetes Relais zugeschaltet,
während die Abschaltung
durch ein ansprechverzögertes Relais erfolgt.
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Gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausfüh-rungen hat diese Einrichtung
zwar den Vorteil, daß die Aufladezeit der Kondensatoren; genau festgelegt und von
den sonstigen Bedingungen in dem zu überwachenden Netz unabhängig ist. Von Nachteil
ist aber weiterhin, daß die Zeit zwischen dem Zeitpunkt der Entstehung des Fehlers
oder des Eintretens von anomal verlaufenden Betriebszuständen und der Einschaltung
der Einrichtung nicht konstant, sondern zeitlich abhängig ist von der Größe des
Stromes im fehlerbehafteten Leitungszweig.
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Es ist aber wichtig, daß zur Ermittlung der anteiligen Kurzschlußleistungen
im Netz der Einsatzpunkt der Aufladung bzw. der Beginn der Meßwertbildung absolut
zeitgleich erfolgt, weil sonst diejenigen Meßgeräte, wo der Kurzschlußstrom das
vielfache des Ansprechwertes vom Startrelais ausmacht, beachtlich früher mit der
Meßwertbildung beginnen würden als diejenigen Meßgeräte, wo der Kurzschlußstrom
gerade den Ansprechwert des Startrelals erreicht und dieses folglich langsamer schaltet.
Die an vielen Punkten des Netzes gemessenen Kurzschlußwerte sind dann untereinander
nicht mehr vergleichbar.
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Unvorteilhaft bleibt auch bei den bekannten Einrichtungen der ständige
Stromverbrauch für die Verstärkerschaltung. Die Meßgenauigkeit solcher Verfahren
ist stark von den Hauptfaktoren der Röhrenverstärkerschaltung abhängig. Die gesamte
Anordnung ist sehr aufwendig und bedarf einer laufenden Kontrolle und Wartung zur
Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft. Aus den Meßwertanzeigen der Fehlerstellenentfernung
kann außerdem nicht auf die genaue Größe des Fehlerstromes geschlossen werden, was
für die Beurteilung der tatsächlichen Beanspruchung der Schaltanlage sowie zur Eliminierung
des Lichtbogenwiderstandes bei Kurzschlüssen große Bedeutung hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, welches die
genaue meßtechnische Erfassung von anomal verlaufenden Betriebszuständen in Energieversorgungsnetzen,
wie Leitungskurzschlüssen oder nicht stationären Belastungszuständen, gestattet
und welche zur Aufladung von Kondensatoren stets einen definierten Zeitraum verwendet,
der nach einer bestimmten Zeit, gerechnet von dem Einsetzen des anomalen Betriebszustandes,
beginnt.
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Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen, welche sich durch ihren einfachen und robusten Aufbau,
insbesondere bezüglich des Auswertungsgliedes auszeichnet und die keiner laufenden
Wartung und Kontrolle bedarf. Außerdem soll die Einrichtung im Bereitschaftszustand
absolut keinen Strom verbrauchen, damit praktisch laufende Betriebskosten vermieden
werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst, indem erfindungsgemäß ein im untersuchten
Leitungszweig angeordneter sättigbarer Wandler in Verbindung mit einem Relais bei
anomal verlaufenden Betriebszuständen oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes
unabhängig von der Größe der Meßgröße oberhalb dieses Schwellwertes die Kondensatorladung
nach einer konstanten Ansprechzeit, bedarfsweise über weitere Verzögerungsglieder,
einleitet.
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Die zur Durchführung des Verfahrens geschaffene Einrichtung weist
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einen an sich bekannten Stromwandler auf,
der
ueber Relaiskontakte und einen Gleichrichter die Aufladung eines Kondensators bewirkt,
außerdem beeinflußt der sättigbare Wandler über das Relais diese Relaiskontakte,
und das gleiche Relais legt über Kontakte einen Spannungswandler an den zu untersuchenden
Leitungszweig.
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Um den Beginn der Aufladung des Kondensators zu verzögern, ist es
nicht nur möglich, die Ansprechzeit des Relais, welches von dem sättigbaren Wandler
gespeist wird, zu verändern, sondern gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wird durch das vorstehend bezeichnete Relais ein einstellbares Verzögerungsrelais
eingeschaltet, dessen Kontakte im Ladestromkreis der Kondensatoren liegen.
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Das Verzögerungsrelais schaltet mit einem weiteren Kontakt auch noch
ein Umschaltrelais ein, welches nach einer konstanten Zeit den Kondensator vom Ladekreis
trennt und damit in an sich bekannter Weise für eine konstante Ladezeit sorgt. Mit
der Abschaltung des Kondensators vom Ladekreis wird aber durch das Umschaltrelais
gleichzeitig der Entladekreis an den Kondensator angelegt.
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Die Einrichtungen zur Auswertung der Kondensatorladung, wie sie bisher
bekannt sind, sind entweder sehr aufwendig, daher empfindlich und ungeeignet für
rauhen Betrieb und verursachen hohe Betriebskosten oder, sofern die einfacheren
Möglichkeiten in Betracht gezogen werden, gestatten sie nur mehr oder weniger genau
die Bestimmung des Fehlerortes bei Kurzschluß, nicht aber die Auswertung von sonstigen,
nicht stationären Belastungszuständen.
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Gemäß der Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens einen Entladekreis auf, welcher aus einem Strommesser mit vorgeschalteter
Laufzeitkette besteht. Hier erwies es sich als besonders vorteilhaft, einen weiteren
Kontakt des Umschaltrelais in den Stromkreis einer der Laufzeitketten-Zeitkonstante
angepaßten Zeigerrückfallsperre zu legen.
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Zur Speicherung und Auswertung der der Spannung proportionalen Betriebsgröße
dient gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Spannungswandler über einen
Gleichrichter und Kontakte des Relais zur Aufladung eines Kondensators, der durch
Kontakte des Umschaltrelais über eine weitere Laufzeitkette mit einem Strommesser
verbindbar ist.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
gemäß der Lehre der Erfindung.
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Dabei ist in Fig. 1 dargestellt, wie die Speicherung und Auswertung
der dem Strom proportionalen Größe erfolgt, während die Fig. 2 die Speicherung und
Auswertung der der Spannung proportionalen Größe zeigt.
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Die Fig. 1 zeigt einen ungesättigten Wandler 1, der in die Strombahn
eingeschaltet ist und dessen sekundäre stromproportionale Spannung über Kontakte
2.1 eines stromabhängigen Auswahlrelais 2 und über einen Gleichrichter 3 an einen
Kondensator 4 angelegt ist. Das Relais 2, welches als Auswahl- und Einschaltrelais
arbeitet, wird von einem gesättigten Hilfswandler 1.1 gespeist. Zur Festlegung des
Schwellwertes dient ein mit der Erregerwicklung des Relais 2 und der Sekundärwicklung
des Hillswandlers 1.1 in Reihe geschalteter einstellbarer Widerstand 2.2. Zwischen
dem Gleichrichter 3 und dem Kondensator 4 sind im Ausführungsbeispiel noch zusätzlich
Kontakte 5.1 eines Verzögerungsrelais 5 und Kontakte 6.1 eines Umschaltrelais 6
eingeschaltet.
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Das Verzögerungsrelais 5 weist einen in Reihe mit seiner Erregerwicklung
geschalteten einstellbaren Widerstand 5.3 und einen parallel zur Erregerwicklung
geschalteten Kondensator 5.5 auf und wird über ein weiteres Kontaktpaar 2.3 des
Auswahlrelais 2 an Spannung gelegt.
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Über ein weiteres dem Verzögerungsrelais 5 zugeordnetes Kontaktpaar
5.2 wird das Umschaltrelais 6 erregt, zu dessen Erregerwicklung wiederum ein Widerstand
6.4 in Reihe geschaltet ist, während ein Kondensator 6.5 parallel zur Erregerwicklung
liegt.
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Zur Auswertung der Ladung des Kondensators 4 ist eine Laufzeitkette
7 vorgesehen, die durch einen Strommesser 8 ihren Abschluß findet. Außerdem ist
im Ausführungsbeispiel noch eine Zeigerrückfallsperre 9 gezeigt, die den Zeiger
des Strommessers festhält und welche über ein Verzögerungsglied 10, das in seiner
Zeitkonstante der Zeit der Laufzeitkette 7 angepaßt ist, und über ein dem Umschaltrelais
6 zugeordnetes weiteres Kontaktpaar 6.2 angeregt wird. Um das über einen Arbeitskontakt
6.3 festgehaltene Relais 6 nach erfolgter Messung zum Abfallen zu bringen, ist eine
Rückstelltaste 11 vorgesehen, die den Arbeitsstromkreis des Relais 6 im Falle ihrer
Betätigung unterbricht.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen: Tritt
in einem Energieversorgungsnetz ein Leitungskurzschluß oder eine sonstige Störung
des stationären Belastungszustandes auf, die einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert
übersteigt, so wird über den sättigbaren Wandler 1.1 das Auswahlrelais 2 angeregt,
welches die Einrichtung an die der jeweiligen Störung zugeordneten Leiter legt.
Die Ansprechzeit des Auswahlrelais 2 ist, bedingt durch die Verwendung des sättigbaren
Wandlers, konstant. Dieses Auswahlrelais wählt aber nicht nur die jeweils zu messenden
Leiter des Netzes aus, sondern schließt über einen weiteren Kontakt auch den Stromkreis
für ein Verzögerungsrelais 5, welches der Festlegung des Zeitpunktes dient, an dem
die Speicherung der dem Strom proportionalen Größe beginnen soll. Nachdem dieses
Relais 5 seine Arbeitskontakte 5.1 und 5.2 geschaltet hat, beginnt die Aufladung
des Kondensators 4. Gleichzeitig beginnt auch das anzugsverzögerte Umschaltrelais
6 zu arbeiten und unterbricht nach einer vorgegebenen Zeit die Aufladung des Kondensators
und leitet zugleich die Auswertung der Kondensatorladung ein, indem es das Instrument
8 über eine Laufzeitkette 7 anschließt. Durch die Anwendung dieser Laufzeitkette
wird es erst möglich, einen einfach aufgebauten handelsüblichen Strommesser zur
Auswertung der Kondensatorladung einzusetzen. Nach Anschaltung des Strommessers
wird, bedingt durch das Vorhandensein der Laufzeitkette, dessen Meßzeiger aperiodisch
ausgelenkt. Außerdem wurde mit der Umschaltung des Relais 6 die Zeigerrückfallsperre
9 mit angeregt, die die Aufgabe hat, den Zeiger des Instrumentes 8 in seiner Endstellung
zu arretieren.
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In der Fig. 2 ist der Spannungsmeßkreis gezeigt, wie er gemäß der
Erfindung ausführbar ist. Vom gleichen stromabhängigen Auswahlrelais 2 wird über
einen weiteren, diesem Relais zugeordneten Kontakt 2.4 die fehlerabhängige Spannung
ausgewählt, so daß, abhängig von der Stellung des dem zweiten Leiter zugeordneten
Auswahlrelais 12 an einen Hilfswandler 13 stets die richtige fehlerabhängige Spannung
anliegt. Gleichzeitig wird die zu messende
Wechselspannung mittels Gleichrichter
14 gleichgerichtet und einem Speicherkondensator 15 zugeführt. Die Auswahl der zum
Fehlerkreis zugehörenden Spannung U1, U,, U3 erfolgt, unabhängig vom Schutzrelais,
selbsttätig von den vorgesehenen regelbaren Auswahlrelais 2 und 12 bzw. über deren
Auswahlkontakte 2.4 und 12.3. Sobald der Kontakt 5.4 des regelbaren Verzögerungsrelais
5 geschlossen ist, erfolgt die Aufladung des Speicherkondensators 15 durch den Wandler
13. Nach der durch das Umschaltrelais 6 konstant festgelegten Aufladedauer wird
der Speicherkondensator 15 von demselben über den Kontakt 6.4 vom Ladekreis abgeschaltet
und wiederum eine Laufzeitkette 17 angeschaltet, die wiederum mit einem direktanzeigenden
Meßinstrument 16 abgeschlossen ist. Der Meßwertanzeiger des Meßinstrumentes 16 stellt
sich, wie bezüglich Fig. 1 beschrieben, mit der Zeitkonstante der RC-Laufzeitkette
17 stark verzögert und aperiodisch gedämpft auf den geeichten Skalenwert ein, der
dem zum Zeitpunkt der Meßwertbildung herrschenden Spannungswert entspricht.
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Im Gegensatz zum vorangehenden Beispiel gemäß Fig. 1 ist das in Fig.
2 dargestellte Meßinstrument 16 mit einer anderen Rückfallsperre versehen. Am Instrumentenzeiger
ist beispielsweise eine leichte Schleppfeder angebracht, die sich auf einer mittels
Rückstellknopf lagemäßig veränderbaren Plastik-Gleitbahn nach der Art einer Sperrklinke
abstützt, damit der Instrumentenzeiger nach Erreichen seines maximalen Aus schlages
in der Meßstellung festgehalten und an der Rückwärtsbewegung verhindert wird. Erst
bei der Betätigung eines mechanisch wirkenden Rückstellknopfes wird die Schleppfeder
von der Gleitbahn gelöst, wodurch der Zeiger wieder in die Nullstellung zurückfällt.
Das in der Anordnung gemäß Fig. 1 vorgesehene Magnetsystem 9 zur Entarretierung
des Schleppzeigers ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich, so daß die Meßanordnung
noch einfacher wird.