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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung von Hochspannungsleitungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Unterscheidung
von über Hochspannungsleitungen zwischen einem Sender und einem Empfänger übertragenen
binärcodierten Nachrichtenzeichen von auf der Hochspannungsleitung auftretenden
Störimpulsen. Derartige Nachrichtenzeichen sind beispielsweise Schaltbefehle für
im Zuge der Hochspannungsleitung angeordnete Schalter. Diese Schalter müssen unter
Umständen, z. B. bei Auftreten eines Kurzschlusses, sehr schnell ausgelöst werden,
damit Zerstörungen an der Hochspannungsleitung und an den an sie angeschlossenen
Geräten vermieden werden. Da aus diesem Grunde eine sehr kurze Laufzeit zu berücksichtigen
ist, besteht in vielen Fällen nicht die Möglichkeit, die Nachrichtenzeichen durch
Verschlüsseln oder ähnliche Maßnahmen gegen Impulsstörungen zu sichern. Um Fehlauslösungen
zu "vermeiden, müssen jedoch die übertragenen Nachrichtenzeichen von den Impulsstörungen
sicher unterschieden werden können.
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Die Impulsstörungen auf Hochspannungsleitungen entstehen bei Blitzschlägen,
Überschlägen und beim Schalten im Netz. Die einzelnen Impulsstörungen folgen unter
Umständen sehr kurz aufeinander, in der Regel jedoch nicht unter einem Abstand von
1 Millisekunde. Ihre Dauer liegt im allgemeinen in der Größenordnung von einigen
zehntel Millisekunden. Da ihre Amplitude wesentlich größer als die Amplitude der
übertragenen Nachrichtenzeichen ist, können durch die Impulsstörungen falsche Signale
vorgetäuscht werden. Gemäß der Erfindung wird eine Unterscheidung solcher Impulsstörungen
von den Nachrichtenzeichen dadurch erreicht, daß die gleichgerichteten Empfangsgrößen
durch Taktimpulse, deren Impulsdauer gegenüber der der Störimpulse klein und deren
Impulsabstand etwas größer als die Dauer der Störimpulse ist, abgetastet und nur
dann als Nachrichtenzeichen bewertet werden, wenn während einer bestimmten Mindestzahl
von lückenlos aufeinanderfolgenden Taktimpulsen der dem Nachrichtenzeichen zugeordnete
Binärzustand abgetastet wird.
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In vielen Fällen, beispielsweise beim Selektivschutz von Hochspannungsleitungsabschnitten,
werden Nachrichtenzeichen, d. h. Schaltbefehle, nur dann übertragen, wenn sich der
Leitungszustand geändert hat. Beispielsweise ist ein Abschalten des überwachten
Leitungsabschnittes nur bei Überlastung, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses,
notwendig. Der Leitungszustand wird dabei auf der Sendeseite und der Empfangsseite
überwacht. Beispielsweise ist an beiden Stellen eine überstromanregung vorgesehen,
die nur bei Überlastung der Leitung anspricht. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
des Verfahrens gemäß der Erfindung werden deshalb die Empfangsgrößen nur dann abgetastet
und ausgewertet, wenn gleichzeitig eine Änderung des Leitungszustandes aufgetreten
ist. Weiterhin erfolgt die Abtastung und Auswertung der Empfangsgrößen erst nach
einem der Laufzeit zwischen Sender und Empfänger entsprechenden Zeitraum nach Auftreten
der Zustandsänderung der Hochspannungsleitung beim Empfänger. In diesem Zeitraum
kann nämlich ein vom fernen Sender ausgesendetes Nachrichtenzeichen nicht vorhanden
sein, und dieser Zeitraum kann deshalb für die Überwachung ausgeschieden werden.
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Ferner wird die einmal angelaufene Abtastung und Auswertung der Empfangsgrößen
nach einem bestimmten Zeitraum vorteilhaft selbsttätig unterbrochen.
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Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Unterscheidungsverfahrens
gemäß der Erfindung enthält einen Taktgenerator, der bei einer Änderung des Leitungszustandes,
gegebenenfalls nach einem der Laufzeit zwischen Sender und Empfänger entsprechenden
Zeitraum, Taktimpulse an einen Eingang eines ersten Koinzidenzgatters liefert, das
über einen zweiten Eingang durch die gleichgerichteten Empfangsgrößen vorbereitet
wird, wenn diese den den Nachrichtenzeichen zugeordneten Binärzustand aufweisen.
Weiterhin ist ein Zähler vorgesehen, der von den von dem ersten Koinzidenzgatter
durchgelassenen Taktimpulsen weitergeschaltet
und nach einer bestimmten
Mindestanzahl von ihm nacheinander zugeführten Taktimpulsen einen die Empfangsgröße
als Nachrichtenzeichen kennzeichnenden Ausgangsimpuls abgibt. Bei jeder Impulslücke
wird dieser Zähler in die Ruhestellung zurückgesetzt.
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Dieser Zähler kann vorteilhaft unter Verwendung von monostabilen Kippstufen
mit je einem vorgeschalteten Koinzidenzgatter oder mittels einer magnetischen Zähldrossel
aufgebaut werden.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei denen zum Teil noch zusätzliche erfinderische
Einzelmerkmale verkörpert sind, erläutert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Zustand der Hochspannungsleitung
am Eingang E2 überwacht. Falls beispielsweise eine nicht dargestellte Überstromanregung
anspricht, tritt am Eingang E 2 ein in Fig. 2, Zeile a dargestellter Spannungssprung
auf. (Die Bezeichnungen a bis h in Fig. 1 beziehen sich auf die entsprechenden Zeilen
in den Diagrammen nach Fig. 2 und 3.) Hierdurch werden die beiden monostabilen Kippstufen
K1 und K2 ausgelöst. Die Kippstufen K 1 und K 2 kippen nach den in Fig. 2, Zeile
b und Zeile d dargestellten Zeiträumen selbsttätig in die Ausgangslage zurück. Die
monostabile Kippstufe K1 sperrt in der Arbeitslage das Koinzidenzgatter G 1. Die
monostabile Kippstufe K 2 steuert das Koinzidenzgatter G 1 durchlässig, wenn die
Sperrung durch die monostabile Kippstufe K 1 aufhört. Nach Zurückkippen der monostabilen
Kippstufe K 1 in die Ruhelage wird daher die dem Koinzidenzgatter G1 nachgeschaltete
astabile Kippstufe M ausgelöst, die an ihrem Ausgang die in Fig. 2, Zeile c dargestellten
Abtastimpulse liefert. Diese Abtastimpulse sind von sehr kurzer Dauer und weisen
einen Abstand auf, der etwas größer als die Impulsdauer der auf der Hochspannungsleitung
auftretenden Störimpulse ist.
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Die vom fernen Sender ausgesendeten trägerfrequenzmodulierten Nachrichtenzeichen
und die in dem zur Übertragung benutzten Frequenzband auftretenden Störimpulse auf
der Hochspannungsleitung liegen am Eingang E 1 an und werden mittels der Gleichrichterschaltung
Gl gleichgerichtet und dem anderen Eingang des Koinzidenzgatters G 2 zugeführt.
In Fig. 2, Zeile e sind die gleichgerichteten Empfangsgrößen dargestellt, die im
vorliegenden Fall aus mehreren in unregelmäßigen Abständen auftretenden Störimpulsen
bestehen. Der erste dieser Störimpulse wird nicht abgetastet, da er in dem Zeitraum
liegt, der der Laufzeit zwischen dem fernen Sender und dem Empfänger entspricht.
Während dieser Laufzeit ist das Koinzidenzgatter G 1 durch die monostabile Kippstufe
K 1 gesperrt.
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Zur Zeit des ersten Taktimpulses (Fig. 2, Zeile c) ist das Koinzidenzgatter
G2 nicht vorbereitet. Zur Zeit des nachfolgenden Taktimpulses liegt der zweite Störimpuls
am anderen Eingang des Koinzidenzgatters G2 an, so daß der zweite Taktimpuls vom
Koinzidenzgatter G 2 durchgelassen wird. Dieser Impuls stellt über das durchlässige
Koinzidenzgatter G3 (Fig. 2, Zeile g) die monostabile Kippstufe K 3 in die Arbeitslage
um. Dadurch wird das Koinzidenzgatter G 3 vom linken Ausgang der monostabilen Kippstufe
K3 gesperrt (Fig. 2, Zeile h). Gleichzeitig wird vom rechten Ausgang der monostabilen
Kippstufe K3 der linke Eingang des Koinzidenzgatters G 4 vorbereitet. Da zur Zeit
des dritten Abtastimpulses (Fig. 2, Zeile c) wiederum ein Störimpuls (Fig. 2, Zeile
e) vorhanden ist, wird auch der dritte Abtastimpuls vom Koinzidenzgatter G 2 durchgelassen
und stellt über das nunmehr durchlässige Koinzidenzgatter G 4 (Fig. 2, Zeile i)
die monostabile Kippstufe K 4 in die Arbeitslage um. Vom rechten Ausgang der monostabilen
Kippstufe K 4 (Fig. 2, Zeile k) wird nunmehr das Koinzidenzgatter G 5 vorbereitet.
Die Kippzeit der monostabilen Kippstufen K3 und K4 ist größer als der zeitliche
Abstand zweier Abtastimpulse nach Fig. 2, Zeile c, jedoch kleiner als das doppelte
dieses Wertes. Zur Zeit des vierten Taktimpulses (Fig.2, Zeile e) ist kein Störimpuls
vorhanden (Fig. 2, Zeile e), d. h., dieser Taktimpuls wird vom Koinzidenzgatter
G2 nicht durchgelassen. Auch der nächste Taktimpuls wird nicht vom Koinzidenzgatter
G2 durchgelassen. Erst der folgende Taktimpuls gelangt wieder über das Koinzidenzgatter
G 2 an die Koinzidenzgatter G 3 bis G5. Da die monostabilen Kippstufen K3
und K4 inzwischen jedoch wieder in die Ruhelage zurückgekippt sind, befindet sich
die Anordnung wieder im Ausgangszustand, d. h., das Koinzidenzgatter G 3 ist durchlässig,
und die Koinzidenzgatter G4 und G5 sind gesperrt. Damit ein Abtastimpuls über das
Koinzidenzgatter G5 gelangen und die monostabile Kippstufe K5 in die Arbeitslage
umschalten könnte, müßten von dem Koinzidenzgatter G2 drei Abtastimpulse nacheinander
durchgelassen werden. Dies ist jedoch nicht der Fall, d. h., die Empfangsgröße wird
als Störung erkannt, da am Ausgang A kein Spannungssprung auftritt.
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An Hand des Diagramms nach Fig. 3 wird nunmehr der Fall erläutert,
bei dem außer den Störimpulsen nach Fig. 2, Zeile e auch ein Schaltbefehl empfangen
wird. Bei einer überstromanregung am Eingang E2 (Fig.3, Zeile a) werden wieder die
beiden monostabilen Kippstufen K 1 (Fig. 3, Zeile b) und K 2 (Fig. 3, Zeile d) ausgelöst.
Zum Zeitpunkt t 1 (Fig. 3) wird das Koinzidenzgatter G 1 durchlässig, und die astabile
Kippstufe M liefert Abtastimpulse (Fig. 3, Zeile c) an den unteren Eingang des Koinzidenzgatters
G 2. Das am Eingang E 1 erhaltene und gleichgerichtete (GP Empfangssignal ist in
Fig.3. Zeile e dargestellt. Der erste Störimpuls wird nicht erfaßt, da er in dem
der Laufzeit entsprechenden Zeitraum liegt. Kurz vor dem Zeitpunkt t 1 wird ein
Schaltbefehl empfangen, was sich als Anhebung des Gleichstrompotentials (Fig. 3,
Zeile e) bemerkbar macht. Durch dieses erhöhte Gleichstrompotential wird der obere
Eingang des Koinzidenzgatters G 2 nunmehr ständig ausgesteuert. Es können also alle
von der astabilen Kippstufe M erzeugten Abtast-. impulse das Koinzidenzgatter G2
durchlaufen (Fig. 3, Zeile f) und in der bereits mit Bezug auf Fig. 2 beschriebene
Weise die monostabilen Kippstufen K3 und K4 einschalten. Der dritte Abtastimpuls
gelangt über das durchlässige Koinzidenzgatter G 5 (Fig. 3, Zeile 1) an den Eingang
der monostabilen Kippstufe K5 und schaltet diese in die Arbeitslage um. Vom unteren
Ausgang dieser monostabilen Kippstufe wird das Koinzidenzgatter G 5 über seinen
unteren Eingang gesperrt. Gleichzeitig wird am oberen Ausgang der monostabilen Kippstufe
K 5 das empfangene Signal weitergegeben (Fig. 3, Zeile m). Nach einer gewissen wählbaren
Zeit kippt die monostabile Kippstufe
K S in die Ausgangslage zurück.
Auch die monostabile Kippstufe K 2 kippt nach einer bestimmten wählbaren Zeit in
die Ruhelage zurück und beendet die Auswertung.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verwirklichung des Verfahrens
gemäß der Erfindung, bei dem als Zähler ein stufenweise ummagnetisierbarer Magnetkern
vorgesehen ist. Die Bezeichnungen a bis h beziehen sich wieder auf die entsprechenden
Zeilen der Diagramme in Fig. 5 und 6. Bei einer tlberstromanregung am Eingang E2
(Fig. 5, Zeile a) werden wiederum die monostabilen Kippstufen K 1 (Fig. 5, Zeile
b) und K2 (Fig. 5, Zeile d) ausgelöst. Nachdem die monostabile Kippstufe K 1 in
die Ruhelage zurückgekippt ist, wird das Koinzidenzgatter G 1 durchlässig, und die
abstabile Kippstufe M gibt die in Fig. 5, Zeile c dargestellten Abtastimpulse ab,
die unter anderem dem unteren Eingang des Koinzidenzgatters G 2 zugeführt werden.
Am oberen Eingang dieses Koinzidenzgatters wird die am Eingang E 1 erhaltene und
gleichgerichtete (GI) Empfangsgröße zugeführt, die im vorliegenden Fall aus vier
in unregelmäßigem Abstand auftretenden Störimpulsen besteht (Fig. 5, Zeile e). Die
vom Koinzidenzgatter G2 durchgelassenen Abtastimpulse (Fig. 5, Zeile f) werden der
Wicklung l der Zähldrossel ZD zugeführt. Diese Wicklung ist derart bemessen, daß
die Zähldrossel erst durch mehrere nacheinander dieser Wicklung zugeführte Abtastimpulse
völlig ummagnetisiert wird und einen Impuls abgibt. Wie bei dem bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 verwendeten Zähler aus monostabilen Kippstufen und Koinzidenzgattern
muß auch bei der Zähldrossel ZD dafür gesorgt werden, daß sie in ihren Ausgangszustand
zurückgebracht wird, wenn in den vom Koizidenzgatter G2 durchgelassenen Abtastimpulsen
eine Lücke auftritt. Dies wird durch die gegensinnig geschaltete Wicklung 2 der
Zähldrossel erreicht, die vom Ausgang des Sperrgatters G6 gesteuert wird. Das Sperrgatter
G 6 wird dabei gegensinnig wie das Koinzidenzgatter G2 gesteuert, d. h., ein vom
Koinzidenzgatter G2 nicht durchgelassener Impuls gelangt über das Sperrgatter G6
(Fig.5, Zeile g) an die Wicklung 2 der Zähldrossel. Die Wicklung 2 ist dabei so
bemessen, daß ein ihr zugeführter Abtastimpuls unabhängig von dem über die Wicklung
1 herbeigeführten Magnetisierungszustand ausreicht, um die Zähldrossel ZD in die
Ausgangslage zurückzustellen (Fig. 5, Zeile i). Beim Empfang eines Zeichens, bei
dem, wie bereits bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erläutert, das Koinzidenzgatter
G2 ständig durchlässig und demnach das Sperrgatter G 6 ständig gesperrt ist, wird
ein Rückstellimpuls für die Wicklung 2 der Zähldrossel am Ende der überstromanregung
durch den Spannungssprung am Eingang E2 über das Differenzierglied D und
den Sperrgleichrichter Sg geliefert (Fig. 5 und 6, Zeile 1).
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Der Zähldrossel ZD ist ein Transfluxor T nachgeschaltet, der
bekanntlich zerstörungsfrei beliebig oft nacheinander abgefragt werden kann. Falls
die Zähldrossel ZD durch mehrere ihrer Wicklung 1 nacheinander zugeführte Abtastimpulse
völlig ummagnetisiert ist, gelangt ein Stromstoß höherer Amplitude (Fig. 6, Zeile
h) an die Wicklung 1 des Transfluxors und stellt den Transfluxor T ein. Hierdurch
werden in bekannter Weise die Übertragungseigenschaften des Transfluxors so geändert,
daß die vom Generator G gelieferte, über die Wicklung 3 des Transfluxors geführte
Wechselspannung über die Wicklung 4 des Transfluxors abgenommen und mittels der
Gleichrichterschaltung Ag gleichgerichtet werden kann. Die über die Wicklung 2 der
Zähldrossel ZD geführten Abtastimpulse werden der Wicklung 2 des Transfluxors zugeführt
und heben diese Einstellung des Transfluxors wieder auf. In diesem Fall kann die
Wechselspannung von der Wicklung 3 nicht auf die Wicklung 4 gekoppelt werden. Wie
aus Fig. 5, Zeilen c und e ersichtlich ist, wird bei Auftreten nur der Störimpulse
die Zähldrossel ZD über die Wicklung 1 niemals völlig ummagnetisiert, da von dem
Koinzidenzgatter G2 niemals drei aufeinanderfolgende Taktimpulse durchgelassen werden.
Dies wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Störungskriterium gewertet.
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Falls dagegen zusätzlich zu den Störimpulsen nach Fig. 5, Zeile e
ein Zeichen übertragen wird (Fig. 6, Zeile e), so wird das Koinzidenzgatter G2 ständig
ausgesteuert, und der Wicklung 1 der Zähldrossel ZD werden ständig Taktimpulse zugeführt.
Nach dem dritten Taktimpuls wird der Wicklung 1 des Transfluxors T der in Fig. 6,
Zeile h zugeführte Impuls größerer Amplitude zugeführt und der Transfluxor eingestellt.
Die Wechselspannung vom Generator G gelangt zur Wicklung 4 des Transfluxors, wird
gleichgerichtet und dient als Kriterium für das Vorhandensein eines Zeichens (Fig.
6, Zeile k).
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Die Erfindung wurde an Hand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen
erläutert, die jedoch selbstverständlich in mancher Hinsicht im Rahmen der Erfindung
abgeändert werden können. So können beispielsweise die Schaltungen nach Fig. 1 und
4 selbstverständlich auch so ausgelegt werden, daß nicht drei, sondern weniger oder
mehr unmittelbar aufeinanderfolgende Abtastimpulse notwendig sind, um ein Zeichen
zu kennzeichnen. Dies kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 durch Einführung
weiterer Zählerstufen und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 durch andere Dimensionierung
der Wicklung 1 der Zähldrossel ZD erreicht werden.