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Schnell-Distanzschutz Die Erfindung bezieht sich auf einen Distanzschutz,
mit dem in Energieversorgungsnetzen auftretende Störungen, insbesondere Kurzschlüsse
und Doppelerdschlüsse, erfaßt werden. Mit Hilfe einer Relaiseinrichtung wird daraufhin
ein Schalter betätiA der den gestörten Leitungsteil abschaltet.
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Es sind Selektivschutzeinrichtungen bekannt, die nach dem Impedanzprinzip
arbeiten. Ihre Wirkung beruht darauf, daß der Quotient aus dem Effektivwert der
Spannung an der gestörten Leitungsschleife, und dem Effektivwert des darin fließenden
Stromes oder einer von ihm abgeleiteten Spannung gebildet wird. Ist die so ermittelte
Impedanz kleiner als die Impedanz zwischen zwei Schaltstationen, die durch die gestörte
Leitung verbunden sind, so erfolgt die Auslösung der zugehörigen Leistungsschalter.
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Es sind auch selektive Schutzeinrichtungen bekannt, bei denen die
Spannung an der von der Störung betroffenen Leitungsschleife und der Spannungsabfall
an einem Abbild der Leitung zur selektiven Erfassung der Störung herangezogen
werden. Dabei worden die Mittel- oder Effektivwerte der beiden genannten Spannungen
bzw. deren Differenzen ausgewertet. Diese Mittelwerte müssen aber mindestens über
einige Halbwellen gebÜdet werden, weil sonst unzulässig große Fehler entstehen können.
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Es ist auch eine selektive Schutzeinrichtung bekannt, bei der die
obenerwähnten Spannungen einer phasenempfindlichen Gleichrichterschaltung nach Art
eines Ringmodulators zugeführt werden. Auch diese bekannte Anordnung wertet im Endeffekt
Mittelwerte der Spannungen aus. Es sind bei der bekannten Anordnung auch keine Mittel
vorgesehen, um durch Phasenfehler der ausgewerteten Spannungen entstehende Fehlentscheidungen
zu verhüten.
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Die Erfindung stellt demgegenüber eine Schaltungsanordnung dar, die
schon innerhalb einer Halbwelle des Kurzschlußstromes eine fehlerfreie Entscheidung
darüber treffen kann, ob und welcher Leistungsschalter betätigt werden soll.
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Sie bezieht sich auf einen Schnell-Distanzschutz zur selektiven Erfassung
von Kurzschlüssen in Starkstromnetzen, wobei die Vektordifferenz der Spannungen
an einer Leitungsnachbildung und an der überwachten Leitungsschleife als Distanzkriterium
dient und zusammen mit der Spannung an der Leitungsschleife in einem wattmetrischen
Instrument ausgewertet wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Hallmultiphkator
die Vektordifferenz als ein Faktor und die Spannung an der Leitungsnachbildung als
der andere Faktor zugeführt ist und durch den Multiphkator die Richtung der Vektordifferenz
in die Polarität einer Hallgleichspannung umgewandelt wird und daß die Hallspannung
über einen Tie#paß eine Relaiseinrichtung zur Schalterbetätigung steuert.
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Der Tiefpaß kann wegfallen, wenn die Hallspannung auf eine um etwa
zwei Millisekunden verzögerte Relaiseinrichtung einwirkt.
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Unter der Voraussetzung, daß der Kurzschlußwiderstand des überwachten
Leitungsabschnittes und die Nachbildung des überwachten Leitungsabschnittes phasengleich
sind, könnte aus dem Vorzeichen der Hallspannung eindeutig und sofort geschlossen
werden, ob der Kurzschluß innerhalb des überwachten Leitungsabschnittes liegt oder
nicht. Die Voraussetzung der Phasengleichheit des Kurzschlußwiderstandes und der
Nachbildung der Leitung ist jedoch nicht immer gegeben. Mit kleinen Phasenfehlem
muß deshalb stets gerechnet werden. Diesem Mangel helfen die zusätzlich vorgeschlagenen
Maßnahmen ab. Einmal kann das von der Hallspannung erregte Schutzrelais so weit
verzögert werden, daß es erst nach ungefähr zwei Millisekunden anspricht. Damit
wird eine durch einen geringen Phasenfehler hervorgerufene Fehlschaltung verhindert.
Zum anderen kann die Hallspannung über einen Tiefpaß geleitet werden,
der
ihre Welligkeit von 100 Hz dämpft und damit die Welligkeit, welche
die Nullinie nach der positiven Seite überschreiten könnte, einebnet.
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Die Erfindung wird durch fünf Figuren näher verdeutlicht.
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Fig. 1 ist die schematische Schaltskizze eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung; an Hand der Fig. 2 a bis 2 c, 3 4 und 5 wird die Wirkungsweise
der Erfindung erklärt.
In Fig. 1 stellen zwei Leiter
1 und 2 einen Ausschnitt aus einem Energieversorgungsnetz dar, das durch
die Einrichtung3 überwacht wird. Der überwachte Abschnitt des Netzes hat eine Inrupedanz
2.. An einer Stelle K besteht zwischen den Leitern 1
und 2 ein Kurzschluß,
der durch das Sinnbild eines Blitzes angedeutet ist. Die Impedanz des Leitungsabschnittes
bis zur Kurzschlußstelle ist mit PjK bezeichnet. Der in den Leitern fließende Strom
ist mit 3
bezeichnet. Zwischen den Leitern herrscht die Spannung
U. Die überwachungseinrichtung 3 setzt sich zusammen aus einem
Stromwandler 4, durch dessen Primärwicklung der Strom _3 fließt. Die Sekundärwicklung
des Wandlers 4 speist eine Nachbildung 5
des überwachten Leiterabschnittes
mit der Impedanz 2.. Dem Spannungsabfall an der Nachbildung 5
ist die über
einen Spannungswandler 6 übertragene Spannung zwischen den Leitern
1 und 2 entgegengeschaltet. Die Vektorsumme der beiden Spannungen wird einem
Hallmultiplikator 7 eingespeist. Die zweite Einflußgröße für den Hahmultiplikator
ist die Sekundärspannung des Spannungswandlers 6. Dem Hallmultiplikator kann
eine Hallspannung % entnommen werden. Die erhaltene Hallspannung ist das Vektorprodukt
uj, = 11 (3 20 -:U) = 9 - A 11.
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Unter der Voraussetzung, daß 2, mit 2,K phasengleich ist, gelten die
in Fig. 2 a, 2 b und 2 c dargestellten Zeigergrößen und -richtungen für drei
verschiedene Kurzschlußstellen. Wie aus einem Vergleich zwischen den Richtungen
des Zeigers der Differenzspannung AU in den drei Fällen und der jeweiligen
Lage des Kurzschlußpunktes zu ersehen ist, entscheidet die Pfeilrichtung,
ob der Kurzschluß innerhalb eines überwachten Leiterabschnittes liegt oder nicht.
Als Merkmal für die Richtung des Zeigers der Differenzspannung dient die Polarität
der Hallspannung. Bei einer Hallspannung, die kleiner als Null ist, spricht die
Schutzeinrichtung nicht an. Im Falle 2 a wird die Hallspannung negativ, im Fall
2b positiv und im dritten Fall 2 c wieder negativ.
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Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, sind die Spannung 11 und
die Differenzspannung A lf im Idealfall gleichphasig. Bei kleinen Phasenunterschieden
zwischen den beiden Spannungen kann die Hallspannung uj, die Nullinie etwas überschreiten.
Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Ist die Hallspannung im allgemeinen auf der Minusseitr-
der Nullinie wie in Fig. 4, so könnten die ins Positive gehenden Spitzen eine Schalterauslösung
verursachen. 'Dieser Fehlermöglichkeit wird dadurch begegnet, daß die Hallspannung
entweder eine verzögerte Relaiseinrichtung aussteuert, die durch nur kurzdauernde
positive Impulse nicht ausgelöst wird. Es kann aber auch durch einen Tiefpaß die
Welligkeit der Hallspannung so weit eingeebnet werden, daß sie nicht mehr stört.
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In Fig. 5 ist eine Hallspannung gezeigt, die auf der positiven
Seite der Nullinie liegt und deshalb den Schnell-Distanzschutz ohne weiteres auslöst.
Der Distanzschutz löst schon innerhalb der ersten Halbwelle aus, er wird höchstens
durch die ungefähr um zwei Millisekunden verzögerte Relaiseinrichtung etwas später
ansprechen.