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Distanzmeßverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Distanzmeßverfahren
zur selektiven Erfassung von Störungen in elektrischen Netzen, bei dem von den Strom-
und Spannungswerten des Netzes Eingangsgrößen abgeleitet, in Impulse umgeformt und
der Phase nach miteinander verglichen werden. Das Auslösekommando an einen nachgeschalteten
Leistungsschalter wird erteilt, sofern die Phasenverschiebung zwischen den Impulsen
in einem vorgegebenen Bereich liegt.
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Ein bekanntes Distanzmeßverfahren zur selektiven Erfassung von Störungen
in elektrischen Netzen beruht auf dem Phasenvergleich zweier vom Strom und von der
Spannung des, geschützten Leitungsabschnittes abgeleiteter Eingangsgrößen. Zur Herleitung
einer Spannung aus dem Leiterstrom wird dabei eine Vergleichsimpedanz verwendet,
die die Spannung gegenüber dem Leiterstrom um einen bestimmten Phasenwinkel verdreht.
Die Meßschaltung spricht an, sofern die Phasenverschiebung der abgeleiteten Eingangsgrößen
in einem vorgegebenen Bereich (meist kleiner als 90°) liegt. - Dieses, Distanzmeßverfahren
ermöglicht ein schnelles Arbeiten der Distanzschutzeinrichtung, weil die Augenblickswerte
der abgeleiteten Eingangsgrößen hinsichtlich ihrer Polarität in einer elektronischen
Schaltung überwacht werden. - Beim Bau eines Distanzschutzrelais ist jedoch außer
einer kurzen Kommandozeit weiter zu fordern, daß im Falle einer Störung auch bei
Einschaltvorgängen eine möglichst genaue Distanzmessung erfolgt und daß Lichtbogenwiderstände,
die den Wirkwiderstand der auszumessenden Leitungsschleife vergrößern, ohne verfälschenden
Einfluß bleiben.
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In bekannter Weise läßt sich eine weitgehende Unabhängigkeit gegenüber
Einschaltvorgängen dadurch erzielen, daß der Phasenwinkel der Vergleichsimpedanz
auf den Phasenwinkel der zu schützenden Leitungsschleife abgeglichen wird.
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Bei dem bekannten Distanzmeßverfahren gestaltet sich jedoch die Erfüllung
der Forderungen nach einer kurzen Kommandozeit und nach Unabhängigkeit gegenüber
Einschaltvorgängen schwierig, sobald auch am Ende der Reichweite eine genügend große
Lichtbogenreserve und ferner Unabhängigkeit gegenüber Fehlern. in Rückwärtsrichtung
gefordert wird. Die Schwierigkeiten sind vor allem dadurch bedingt, daß sich bei
den bekannten Distanzmeßverfahren die Ortskurve aus jeweils zwei gleichen Kreisabschnitten
zusammensetzt. Vorausgesetzt ist dabei stets, daß die Ortskurve durch den Ursprung
geht.
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Wählt man nämlich eine Ortskurve, die sich aus zwei gleichen Kreisabschnitten
zusammensetzt und bei der jeder Kreisabschnitt kleiner oder gleich einem Halbkreis
ist, ergibt sich am Ende der Reichweite keine Lichtbogenreserve, sofern der Impedanzvektor
der Leitung mit der beiden- Kreisabschnitten. gemeinsamen Sehne zusammenfällt. -
Es, ist daher schon vorgeschlagen worden, die beiden Kreisabschnitten gemeinsame
Sehne in Richtung des Impedanzvektors zu legen, der sich aus dem Vektor der Leitungsimpedanz
zuzüglich des maximalen zu berücksichtigenden Lichtbogenwiderstandes ergibt. In
diesem Fall ergibt sich jedoch eine Schaltung, die nicht von Einschwingvorgängen
unbeeinflußt bleibt.
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Sofern eine Ortskurve gewählt wird, die sich aus zwei Kreisabschnitten
zusammensetzt, welche jeweils größer sind als ein Halbkreis, ergibt sich zwar -
auch bei Unabhängigkeit gegenüber Einschaltvorgängen - selbst am Ende der Reichweite
eine Licht-Bogenreserve, jedoch überdeckt in. diesem Fall die Ortskurve eine große
Fläche in der RX-Ebene. Nachteiligerweise erstreckt diese sich aber bei größeren
Leitungswinkeln bis in den dritten Quadranten, falls für den Netzbetrieb erforderliche
Lichtbogenreserven gewählt werden. Eine entsprechende Meßschaltung erfaßt unerwünschterweise
somit ebenfalls Fehler in Rückwärtsrichtung.
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Um die vorstehend dargelegten Schwierigkeiten zu überwinden, wurde
bereits vorgeschlagen, zwei Vergleichsschaltungen zu verwenden, wodurch sich eine
größere Freizügigkeit in der Gestaltung entsprechender Ortskurven ergibt. Die Verwendung
von zwei Phasenvergleichsschaltungen bedingt jedoch einmal einen erhöhten Aufwand
und zum anderen auch eine Vergrößerung der Kommandozeit. Bei den bekannten Schaltungen
werden nämlich die entsprechenden Meßkriterien unter Verwendung aufeinanderfolgender
Halbwellen verschiedener Polarität abgeleitet. Außerdem ist bei derartigen doppelten
Phasenvergleichs-
Schaltungen, die miteinander im Wirkungszusammenhang
stehen, nachteilig, daß ein Fehler in einer Schaltung den Ausfall der gesamten Meßanordnung
zur Folge hat. Es liegt also eine 2-von-2-Schaltung vor.
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Weiter ist bei Distanzrelais, die mit Drehspulrelais-Meßschaltungen
arbeiten, bekannt, Kreise als Ortskurven zu wählen und, um größere Lichtbogenreserven
zu erzielen, die Ortskurven derart zu verschieben, daß sich auch für das Ende der
Reichweite eine Lichtbogenreserve ergibt. Die Kuppe, das heißt, der Wert der Reaktanz
an der höchsten Stelle des Ansprechkreises liegt dabei im allgemeinen um 5% höher
als der Wert der Reaktanz am Ende der Reichweite.
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Die vorstehend dargelegten Schwierigkeiten und Nachteile lassen sich
durch das Distanzmeßverfahren zur selektiven Erfassung von Störungen in elektrischen
Netzen nach der Erfindung vermeiden. Bei diesem werden von den Strom- und Spannungswerten
des Netzes Eingangsgrößen abgeleitet, die dann weiter in Impulse umgeformt und der
Phase nach miteinander verglichen werden, derart, daß bei Vorliegen eines vorgegebenen
Bereichs der Phasenverschiebung zwischen den Impulsen ein Auslösekommando an einen
nachgeschalteten Leistungsschalter erteilt wird. Erfindungsgemäß werden dabei die
Impulse vor der Ausführung des Phasenvergleichs in vorgegebener Weise zeitlich verändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Impulse von mindestens
einer Eingangsgröße um einen vorgegebenen Wert verlängert oder zeitlich verschoben.
Dabei hat es sich als, zweckmäßig ergeben, diejenigen Impulse zu verlängern oder
zu verschieben, die von derjenigen Eingangsgröße abgeleitet sind, welche aus der
Differenz aus dem Spannungsabfall an einer Vergleichsimpedanz und dem Spannungsabfall
an der Leitung gebildet wird. Der Phasenwinkel der Vergleichsimpedanz ist dabei
annähernd gleich dem Phasenwinkel der Leitung.
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Das erfindungsgemäße Distanzmeßverfahren wird vorteilhafterweise mit
einer Meßeinrichtung ausgeführt, bei der mittels Wandler von den Strom- und Spannungswerten
des Netzes Eingangsgrößen abgeleitet werden, die weiter in Impulsformerstufen in
Rechteckimpulse umgeformt und danach in einer Koinzidenzstufe miteinander verglichen
werden, der ein Integrierglied und ein Pegeldetektor nachgeschaltet sind. Erfindungsgemäß
ist dabei zwischen mindestens einer Impulsformerstufe und der Koinzidenzstufe eine
Zusatzstufe zur zeitlichen Veränderung der ; Rechteckimpulse vorgesehen. Es ist
günstig, die Zusatzstufe als Zeitelement auszubilden, welches eine Ausschaltverzögerung
bzw. eine Ein- und Ausschaltverzögerung besitzt, so daß die Reckteckimpulse selbst
in gewünschter Weise zeitlich verändert werden. Zweckmäßigerweise ist die Ein- bzw.
Ausschaltverzögerung des Zeitelementes getrennt einstellbar ausgeführt.
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In einer anderen Ausführungsform wird als Zusatzstufe ein Zusatzimpulserzeuger
vorgesehen, der zwischen mindestens einer Impulsformerstufe und der Koinzidenzstufe
angeordnet ist und wobei ferner der Ausgang des. Zusatzimpulserzeugers sowie der
Ausgang der zugehörigen Impulsformerstufe auf ein Oder-Glied arbeitet, dessen Ausgang
auf die Koinzidenzstufe einwirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform einer Meßeinrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Distanzmeßverfahrens wird ein Zeitelemente mit Einschaltverzögerung
sowie ein diesem nachgeschalteter Zusatzimpulserzeuger vorgesehen, wobei beide Geräte
zwischen Impulsformerstufe und Koinzidenzstufe angeordnet sind.
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Gegenüber bekannten Distanzmeßverfahren und Einrichtungen zur Durchführung
desselben unterscheidet sich das erfindungsgemäße Distanzmeßverfahren sowie entsprechende
Einrichtungen zur Durchführung derselben insbesondere darin, daß es auch möglich
wird, Ortskurven mit einfachen Mitteln zu verwirklichen, die aus zwei Kreisabschnitten
mit unterschiedlichen Radien zusammengesetzt sind, wobei jedoch die jeweiligen Sehnen
gleich lang sind Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die jeweilige Bestimmung der
Ortskurve nicht mittels phasenverdrehender Elemente der Wechselstromtechnik erfolgt,
die ihrerseits wieder störende Einschwingvorgänge bewirken würden. Ein besonderer
Vorteil ist dabei, daß durch die Verwendung von Verzögerungselementen ebenfalls
Störimpulse eliminiert werden. Die Zusammensetzung der Ortskurve aus zwei Kreisabschnitten
mit unterschiedlichen Radien ermöglicht vor allem, durch entsprechende Wahl eines
Kreisabschnittes, Fehler in Rückwärtsrichtung auszuschalten und durch die davon
unabhängige Wahl des anderen Kreisabschnittes eine gewünschte Lichtbogenreserve
vorzusehen. Da die beiden Kreisabschnitten gemeinsame Sehne außerdem in Richtung
des Impedanzvektors der zu schützenden Leitung gelegt werden kann - und zwar unabhängig
von der Wahl der jeweiligen Kreisabschnitte -, ist ebenfalls eine Unabhängigkeit
gegenüber Einschaltvorgängen gewährleistet. Eine kurze Kommandozeit liegt außerdem
vor, da das erfindungsgemäße Verfahren sich mit nur einer einzigen Phasenvergleichsschaltung
verwirklichen läßt. Diese arbeitet entweder mit positiven oder negativen Halbwellen
der Netzgrößen. Sofern jedoch zur Erzielung besonders kurrar Kommandozeiten zwei
Phasenvergleichsschaltungen vorgesehen werden, um sowohl positive als auch negative
Halbwellen für die Messung zu verwenden, ergibt sich eine 1-von-2-Schaltung, da
beide Schaltungen nicht miteinander in Wirkungszusammenhang stehen. Dabei stellt
jede Schaltung einen Reserveschutz für die andere dar, welcher bei Ausfall einer
Schaltung mit einer Verzögerung von einer Halbwelle anspricht. Im folgenden soll
die Erfindung an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert werden. In F i g. 1 sind
dabei Ortskurve, Impulsfolgen, Diagramm des Koinzidenzbereiches sowie die Zuordnung
verschiedener Formen der Ortskurve zum Ansprechwinkel von bekannten Distanzmeßverfahren
dargestellt; F i g. 2 zeigt Ortskurve, Impulsfolgen und Diagramm des Koinzidenzbereiches
eines erfindungsgemäßen Distanzmeßverfahren, bei dem die von einer Eingangsgröße
abgeleitete Impulsfolge um einen Winkel ß zeitlich verschoben ist; F i g. 3 zeigt
Impulsfolgen und Diagramm des Koinzidenzbereiches eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem die von einer Eingangsgröße abgeleiteten Impulse um einen Winkel y verlängert
sind; in F i g. 4 sind schematisch eine Einrichtung zur Ausführung der erfindungsgemäßen
Distanzmeßverfahren sowie ein Beispiel für eine Ortskurve dargestellt.
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Bevor auf die Figuren im einzelnen eingegangen wird, sei folgendes
vorausgeschickt:
Als Meßgrößen zur Ausführung eines Distanzmeßverfahren
stehen beispielsweise zur Verfügung: die Phasenspannung U und der Phasenstrom 1.
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Aus diesen werden bei einem Phasenvergleichsverfahren die vektoriellen
Eingangsgrößen U1, U2 für die Meßschaltung abgeleitet, wobei die allgemeinen Vektorbeziehungen
Ui=kiU+Z91I, Uz = k2 U + ZR21. (1)
sowie die Winkelbezeichnung
@(U1, -U2)>a gelten. Mit a wird der Ansprechwinkel bezeichnet, der - abweichend
von der üblichen Darstellung -hier zwecks Vereinfachung der folgenden Ausführungen
gleich dem Peripheriewinkel auf dem jeweiligen Kreisbogen gewählt wurde. Die zu
messende Größe - hier also der Spannungsabfall an der interessierenden Impedanz
der zu schützenden Leitung - liegt zwischen den Endpunkten der Vektoren Ui, U2.
Mit anderen Worten, es gilt U1 + U2 = ZR 1. Sofern von der Meßschaltung Unabhängigkeit
gegenüber Einschwingvorgängen gefordert wird und die Ortskurve durch den Nullpunkt
des R, X-Diagramms gehen soll, sind die Koeffizienten von (1) wie folgt zu wählen:
-kl=k2=k, ZR, = ZR , Z92 = 0.
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ZR entspricht dabei der Leitungsimpedanz. k ist ein Anpassungsfaktor.
Damit ergibt sich für die Eingangsgrößen der Meßschaltung die Beziehung U1= kU+ZRI,
U2 = kU. (3)
Von den Wechselspannungsgrößen U1 und U2 werden beispielsweise
diesen phasengleiche Rechteckimpulsfolgen abgeleitet und einer Koinzidenzstufe zugeführt.
Die Ausgangsimpulse der Koinzidenzstufe sind dann bezüglich ihrer Länge von der
Phasendifferenz der erstgenannten Rechteckimpulsfolgen abhängig. Durch Integration
wird weiter jeder Ausgangsimpuls der Koinzidenzstufe in einen Dreieckimpuls übergeführt,
der einem Pegeldetektor zugeführt wird. Mittels Einstellung des Ansprechwertes des
Pegeldetektors läßt sich dann. elektronisch der zwischen den Impulsfolgen bestehende
Phasenunterschied messen. Die Einstellung des Pegeldetektors ist so ein Maß für
diesen Phasenunterschied und damit weiter ein. Maß für den Ansprechwinkel, durch
den die Ortskurve festgelegt ist. - U1, U2 bestimmen somit die Sehne, der Ansprechwinkel
die zugehörigen Kreisabschnitte der Ortskurven.
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In den F i g. 1 a, 1 b und 1 c sind für ein bekanntes Distanzmeßverfahren
Ortskurve, Impulsfolgen und Diagramm des Koinzidenzbereiches dargestellt. Als. Ortskurve
(F i g. l a) wurde der TJbersichtlichkeit wegen ein Kreis gewählt. Für die
Ansprechbedingung einer entsprechenden elektronischen Schaltung gilt in diesem Fall
4 (U1, - U2) >, 90°. - Es sei an dieser Stelle jedoch darauf hingewiesen, daß es
aus meßtechnischen Gründen häufig zweckmäßiger ist, statt a den zu a komplementären
Winkel zu wählen. In diesem Fall sind die vorstehend genannten Ansprechwinkel sinngemäß
abzuändern. Mit Rücksicht auf die Beschreibung der Erfindung ist es. jedoch günstiger,
den Peripheriewinkel als kennzeichnenden Parameter der Ortskurve zu wählen.
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Der Relaiseinbauort ist in der Darstellung der Ortskurve mit O, das
Ende der zu schützenden Leitung mit P sowie die Leitungsimpedanz mit ZR bezeichnet.
Die Ortskurve geht durch die Punkte O und P, wobei ZR der Durchmesser des die Ortskurve
darstellenden Kreises ist.
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Für zwei Fälle sind in F i g. 1 a die Eingangsgrößen Ui und U2 einer
entsprechenden Meßschaltung eingetragen. Die beiden Fälle sind durch Wahl von gestrichenen
und ungestrichenen Größen unterschieden. Der Winkel a zwischen U1 und - U2 sowie
der Winkel ä zwischen - U2 und Ui' beträgt jeweils 90°.
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In F i g. 1 b sind Impulsfolgen für verschiedene Phasenunterschiede
zwischen - U2 und Ui dargestellt, und zwar Ui für einen Phasenunterschied von 0,
45, 90, 135 und 180°. Ein Phasenunterschied von 0° entspricht dabei einer Lage des
Meßpunktes im Unendlichen. Mit zunehmendem Phasenunterschied nähert sich der Meßpunkt
der Ortskurve. Bei 90° Phasenunterschied liegt er auf der Ortskurve. Im Bereich
zwischen 90 und 180° Phasenunterschied liegt der Meßpunkt dann im rechten Abschnitt,
bei 180° auf der Sehne der Ortskurve. Bei überschreiten von 180° ergeben sich entsprechende
Verhältnisse. - Übersichtlicher läßt sich dies aus dem in F i g. l c dargestellten
Diagramm des Koinzidenzbereichs in Abhängigkeit vom Phasenunterschied oder
4 (U1, - U2) entnehmen. Der einer hier ebenfalls betrachteten kreisförmigen
Ortskurve entsprechende Ansprechwinkel von 90° ist gestrichelt eingezeichnet.
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Als Abszisse ist der Winkel zwischen U1 und - U2 und als Ordinate
der Koinzidenzbereich aufgetragen. Die eingezeichnete dreieckförmige Kurve, deren
Spitze bei einer Winkeldifferenz von 180° zwischen U1 und - U2 liegt, stellt
somit ein Maß für die Koinzidenz.zeit zwischen den genannten Impulsfolgen dar. Wird
der Ansprechwinkel gleich 90° gewählt (vgl. F i g. 1 d), so ergibt sich die in F
i g. 1 a dargestellte kreisförmige Ortskurve. Sofern der Ansprechwinkel größer als
90° gewählt wird, ergibt sich eine linsenförmige Kennlinie, bei der Wahl eines Ansprechwinkels
kleiner als 90° eine brezelförmige Kennlinie. In allen Fällen ist ZR in F i g. 1
die beiden Kreisabschnitten gemeinsame Sehne und durch die Summe von Ui, U2 bestimmt.
Jedoch sind bei der linsenförmigen Kennlinie die jeweiligen Kreisabschnitte kleiner
als ein Halbkreis, während sie bei der brezelförmigen Kennlinie größer als ein Halbkreis
sind. In allen Fällen liegen aber beide Kreisabschnitte symmetrisch zum Impedanzvektor
ZR.
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Verschiebt man nun in Ausführung des erfindungsgemäßen Distanzmeßverfahrens
die Impulsfolge U1, welche aus der Differenz aus. dem Spannungsabfall an einer Vergleichsimpedanz
und dem Spannungsabfall an der Leitung gebildet wird, um einen Winkel ß, so ergibt
sich eine neue Ortskurve. Dabei bleibt die Summe der effektiven Ansprechwinkel a+ä
=ä+ä konstant. Im Falle eines Kreises (a+ä =180°) als Ausgangsortskurve ergibt sich
als, neue Ortskurve oder Ansprechkurve wiederum ein. Kreis (vgl.
F
i g 2 a). Der Mittelpunkt desselben liegt auf der Mittelsenkrechten der Strecke
O P. Sofern a -I- a' + 180° ist, ergeben sich Ortskurven, die aus Kreisabschnitten
mit unterschiedlichen großen Radien zusammengesetzt sind. Die jeweiligen Mittelpunkte
dieser Kreisabschnitte liegen dabei ebenfalls auf der Mittelsenkrechten zur Strecke
OP. Ferner sind die Sehnen der zusammenzusetzenden Kreisabschnitte gleich groß und
gleich der Strecke OP. Mit anderen Worten, durch die Wahl des Ansprechwinkels sowie
des Verschiebungswinkels ß lassen sich verschiedene Kreisabschnitte mit gleicher
Sehne, jedoch ungleichem Radius zu einer Ortskurve zusammensetzen. - Vorausgesetzt
ist dabei - wie auch im folgenden - stets, daß der Verschiebungswinkel ß kleiner
als der jeweilige Ansprechwinkel ist.
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Der vorstehend dargelegte Sachverhalt ist im einzelnen in dem in F
i g. 2 a, 2 b und 2 c dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Der Übersichtlichkeit
wegen ist die Darstellung auch in diesem Fall auf kreisförmige Ortskurven, d. h.
einen Ansprechwinkel von ä+cc'=a+a'=180° beschränkt worden. - In F i g. 2 a sind
sowohl die Ortskurve (Ansprechkurve) als auch die transformierte Ortskurve dargestellt.
Die transformierte Ortskurve sowie die entsprechenden Vektoren sind dabei durch
Buchstaben mit dem Index ß bezeichnet worden. Die transformierte Ortskurve entspricht
dabei der in F i g. 1 a dargestellten Ortskurve.
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Auf der Ansprechkurve in F i g. 2 a liegen die Punkte A, B, O,
P. A, B sind dabei Endpunkte der Vektoren U2 bzw. U2 . Diese wurden für zwei
Ausführungsbeispiele eingezeichnet, bei denen die Ansprechbedingung gerade erfüllt
ist. Beim Punkt A liegt der Ansprechwinkel ä=a-ß, beim Punkt B der Ansprechwinkel
ä =a -I- ß vor. Die Summe von -a +a' ist gleich der Summe a+ä . Durch
die Phasenverschiebung der von der Eingangsgröße U1 bzw. U1' abgeleiteten Impulsfolgen
um einen Winkel ß wird U1 bzw. U1' in U1 ß bzw. U, ß übergeführt. Die entsprechenden
Punkte für die transformierte Ortskurve sind dabei mit Aß sowie Bß bezeichnet.
- Sofern die transformierte Ortskurve - abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß
F i g. 2 a - eine linsenförmige bzw. brezelförmige Gestalt hat, ergeben sich ähnliche
Verhältnisse. Insbesondere ist auch in diesem Fall die Summe der Winkel ä+ä gleich
a -1-ä .
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F i g. 2 b zeigt, wie die Impulsfolge U"6 gegenüber der Impulsfolge
U1 verschoben ist. U1 wurde dabei als phasengleich mit U2 angenommen.
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F i g. 1 c zeigt ein Diagramm, in dem als Abzisse die Winkeldifferenz
zwischen U1 und - U2 und als Ordinate der Koinzidenzbereich angegeben sind.
Die Spitze der eingezeichneten dreieckförmigen Kurve ist dabei um den Phasenverschiebungswinkel
ß gegenüber der 180°-Linie verschoben. Für einen Ansprechwinkel von 90° ergeben
sich auch hier - wie vorstehend ausgeführt - kreisförmige Ortskurven, während bei
einem von 90° verschiedenen Ansprechwinkel sich Ortskurven ergeben, die aus Kreisabschnitten
mit ungleichem Radius zusammengesetzt sind.
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Ähnliche Verhältnisse - wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i
g. 2 a - erhält man, wenn statt der zeitlichen Verschiebung der Impulse einer Eingangsgröße
die Impulse derselben um einen vorgegebenen Wert zeitlich verändert werden. Auch
in diesem Fall werden zweckmäßig diejenigen Impulse in ihrer Zeitdauer verändert,
die von derjenigen Eingangsgröße abgeleitet werden, welche aus der Differenz aus
dem Spannungsabfall an einer Vergleichsimpedanz und dem Spannungsabfall an der Leitung
gebildet wird. - Dies ist näher in den F i g. 3 a und 3 b erläutert. In F i g. 3
a sind dabei die Impulsfolgen dargestellt, und zwar die von der Eingangsgröße -
U2 abgeleiteten Rechteckimpulse sowie Rechteckimpulse, die von der Eingangsgröße
Ui abgeleitet sind und gegenüber - U2 eine Phasenverschiebung von 0° besitzen. Die
Impulsfolge, deren Impulse um einen Winkel y verlängert sind, ist mit U1, bezeichnet
worden.
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F i g. 3 b zeigt ein Diagramm, in dem wiederum als Abszisse die Winkeldifferenz
von Ui gegenüber - U2 und als Ordinate der Koinzidenzbereich aufgetragen sind. Da
jedoch die Impulse infolge der Verlängerung um einen Winkel " unterschiedlich lang
sind, ergibt sich keine dreieckförmige Kurve mehr. Verlängert man - wie im Diagramm
ausgeführt - die Seiten der Kurven, so ergibt sich auch hier wiederum eine dreieckförmige
Kurve, die gegenüber der 180°-Linie um den Winkel y/2 verschoben ist. Es liegen
somit ähnliche Verhältnisse wie bei dem Distanzmeßverfahren gemäß F i g. 2 a bis
2 c vor. Jedoch hat die Wahl einer Impulsverlängerung oder -verkürzung zur Folge,
daß der mögliche Koinzidenzbereich verändert wird. - Bei der Darstellung des unteren
Teiles der Kurve für einen Winkelunterschied zwischen U1 und -U2 von (360°-y
bis 360°) wurde angenommen, daß in einer Integrierschaltung die Länge eines Koinzidenzimpulses
in eine dieser proportionalen Impulshöhe umgeformt wird. Man erhält dann in diesem
Bereich eine zweideutige Kurve. - Die Impulsverkürzung oder -verlängerung bewirkt
ebenfalls eine relative Veränderung des Ansprechwinkels, die jedoch für die beiden
Kreisabschnitte verschieden ist. - Bei der vorstehenden Betrachtung wurde ebenfalls
angenommen, daß der Verlängerungswinkel y kleiner als der jeweilige Ansprechwinkel
ist.
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In F i g. 4 a und 4 b sind ein Beispiel einer Ortskurve sowie eine
Einrichtung zur Durchführung eines Distanzmeßverfahrens nach der Erfindung dargestellt.
Die Eingangsgrößen U1 und U2 für die Meßschaltung werden dabei mittels einer Stromwandleranordnung
10 sowie einer Spannungswandleranordnung 11 von den entsprechenden Größen des Netzes
I3 abgeleitet. Auf der Sekundärseite des Stromwandlers 14 ist die Ersatzimpedanz
16 angeordnet, welche aus einer Induktivität und einem einstellbaren Ohmschen Widerstand
gebildet wird. Parallel zur Ersatzimpedanz 16 ist ein hochohmiger Spannungsteiler
15 zur Einstellung des Impedanzwertes geschaltet. Weiter ist auf der Sekundärseite
des Stromwandlers 14 ein Zwischenwandler 17 vorgesehen. Der Zwischenwandler 17 wird
von der Differenz aus der am Spannungsteiler 15 abgegriffenen stromseitigen Spannung
und einer der Leiterspannung proportionalen Spannung gespeist. Diese Spannung wird
von einem Anzapftransformator 18, der auf der Sekundärseite des Spannungswandlers
11 angeordnet ist, abgegriffen. Auf der Sekundärseite des Zwischenwandlers 17 erhält
man somit die Eingangsgröße U1, die einem Impulsformer 19 zugeführt wird, im welchem
aus der sinusförmigen Spannung U1 eine Rechteckimpulsfolge abgeleitet wird. In ähnlicher
Weise erhält man auf der Sekundärseite des Zwischenwandlers 20 eine sinusförmige
Wechselspannung,
die der Leiterspannung proportional ist und welche mittels eines Impulsformers 21
ebenfalls in eine Rechteckimpulsfolge umgeformt wird. Der Impulsformer 19 ist über
ein Zeitglied 22 mit der Koinzidenzstufe 23 verbunden, deren anderer Eingang mit
dem Impulsformer 21 verbunden ist. Der Ausgang der Koinzidenzstufe 23 wirkt auf
eine Integrieratufe 24, der ein Pegeldetektor 25 nachgeschaltet und dessen Ausgang
mit einer Relaisanordnung 26 verbunden ist.
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Für das Zeitglied 22 können verschiedene elektronische Schalteinrichtungen,
die ein bestimmtes Zeitverhalten haben, verwendet werden. Beispielsweise Kippschaltungen,
die eine Ausschaltverzögerung und/oder eine Schaltverzögerung besitzen. Zweckmäßigerweise
sollten die jeweiligen Verzögerungen getrennt einstellbar sein. Es ist auch möglich,
das Zeitglied aus verschiedenen Elementen aufzubauen. Zum Beispiel aus einer Kippschaltung
mit einer Einschaltverzögerung, deren eitler Ausgang direkt auf ein Oder-Glied wirkt,
während ein zweiter Ausgang auf einen Zusatzimpulserzeuger wirkt. Der Zusatzimpulserzeuger
ist dabei derart ausgebildet, daß er lediglich durch den unverzögerten Ausschaltimpuls
des Zeitgliedes angestoßen wird. Der Ausgang des Zusatzimpulserzeugers ist ebenfalls
mit dem vorstehend genannten OdeT-Glied verbunden, dessen Ausgang dann wiederum
mit der Koinzidenzstufe 23 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der im Ausführungsbeispiel dargestellten Distanzschutzeinrichtung
ist folgende: Die Ströme und Spannungen des Netzes 13 werden ständig mittels der
Stromwandler 10 beziehungsweise der Spannungswandler 11 gemessen. Der Strom wird
über einen Wandler 14 auf eine Vergleichsimpedanz 16 gegeben, die derart gewählt
ist, daß ihr Innenwinkel gleich dem Phasenwinkel der zu schützenden Leitung ist.
Eine dem Strom entsprechende Spannung wird am Potentiometer 15 abgegriffen und vektoriell
von einer der Phasenspannung U proportionalen Spannung subtrahiert. Die Differenz
beider Größen ist U1 und beaufschlagt den Zwischenwandler 17 und damit die Impulsformerstufe
19. Diese leitet von U1 entsprechende rechteckförmige Impulsfolgen ab, die in dem
Zeitglied 22 in vorgegebener Weise zeitlich verändert werden. Die zeitlich veränderten
Impulse werden auf einen Eingang der Koinzidenzstufe 23 gegeben. Auf den anderen
Eingang der Koinzidenzstufe 23 werden rechteckförmige Impulse gegeben, die in entsprechender
Weise von der Phasenspannung U abgeleitet worden sind. Entsprechend der Koinzidenzzeit
zwischen den von U1 und U2 abgeleiteten Impulsen ergeben sich somit am Ausgang des
Koinzidenzgliedes, 23 unterschiedlich lange Rechteckimpulse. Diese werden mittels
einer Integrierstufe 24 in eine Dreieckimpulsfolge umgewandelt. Die Höhe dieser
Dreieckimpulsfolge ist dabei dem Winkelunterschied zwischen U1 und U2 und damit
der Koinzidenzzeit proportional. Sobald nun der Phasenunterschied einen bestimmten
Wert über- i schreitet, spricht der nachgeschaltete Pegeldetektor 25 an und bewirkt
das Schließen eines Kontaktes 26 durch den weiter eine Auslösung des Leistungsschalters
27 bewirkt wird.
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Sofern den Impulsen durch das Zeitglied 22 eine i zeitliche Verschiebung
- und zwar eine Verzögerung - erteilt wird, ergibt sich eine kreisförmige Ortskurve
(vgl. ausgezogene Kurve in F i g. 4a), deren linker Teil kleiner als deren rechter
Teil ist. Zweckmäßigerweise wird die Verschiebung derart gewählt - wie auch in F
i g. 4 a dargestellt -, daß die Reaktanz X im höchsten Punkt der Ortskurve S etwa
5'°/o größer ist als die Reaktanz im Kippunkt P. In diesem Fall ergibt sich eine
Reserve für Wirkwiderstände eines Lichtbogens entsprechend der Strecke PP'. - Entsprechende
Verhältnisse wählt man ebenfalls, wenn die Impulse der Impulsformerstufe 19 durch
das Zeitglied 22 verlängert werden. Auch in diesem Fall wird die Verlängerung derart
bemessen, daß sich für den rechten Abschnitt der Ortskurve ein Überschreiten der
Reaktanz des Kippunktes P von etwa 5 % ergibt. Dann ergänzt jedoch der linke Teil
der Ortskurve (vgl. F i g. 4a, punktierter Kreisabschnitt) den rechten Teil nicht
mehr zu einem Kreis.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie Einrichtungen zur Durchführung
desselben lassen sich in verschiedener Hinsicht abändern. So ist beispielsweise
eine Ausführung möglich, bei der nicht Rechteckimpulsfolgen miteinander verglichen
werden, sondern eine Rechteckimpulsfolge mit einer Folge von Impulsen anderer Gestalt
(z. B. nadelförmig) oder aber auch zwei Folgen von Impulsen anderer Gestalt. - Gegebenenfalls
ist es auch günstig, beide Impulsfolgen um einen bestimmten kleinen Betrag zu verschieben,
um eine Beeinflussung des Phasenvergleiches durch Störimpulse zu vermeiden. In diesem
Fall werden nach den Impulsformerstufen vorteilhafterweise z. B. je ein Zeitglied
angeordnet, die sowohl eine Ansprech- wie auch Abfallverzögerung besitzen. Die Zeitglieder
sind dabei derart ausgelegt, daß sie nur dann einen Ausgangsimpuls abgeben, wenn
während der gesamten vorgegebenen Einschaltverzögerungszeit am Eingang des jeweiligen
Zeitgliedes ein Impuls ansteht.
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Eine weitere mögliche Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich durch Ausnutzung der Winkeldifferenz zwischen den Vektoren U1 und -
U2. Eine Winkeldifferenz < 180° entspricht nämlich dem rechten Abschnitt, eine
Winkeldifferenz > 180° dem linken Abschnitt der Ortskurve. Bezogen auf die von U1
bzw. - U2 abgeleiteten Impulsfolgen bedeutet dies, daß bei Meßpunkten im rechten
Abschnitt der Ortskurve die Impulse von U1 zeitlich vor den Impulsen von U2 auftreten.
Für den linken Abschnitt ist es umgekehrt. Man kann also mittels einer entsprechenden
Torschaltung, deren Ausgang beispielsweise ebenfalls auf die Koinzidenzstufe 23
wirkt und deren Eingang von je einem weiteren Ausgang der Impulsformerstufen 19
und 21 beaufschlagt wird, den linken oder rechten Abschnitt der Ortskurve unterdrücken.