DE1296690B

DE1296690B - Distance protection relay arrangement for AC or three-phase lines with elliptical tripping characteristic

Info

Publication number: DE1296690B
Application number: DEW36708A
Authority: DE
Inventors: Sonnemann William K
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1963-06-07
Filing date: 1964-05-02
Publication date: 1969-06-04
Also published as: CH409087A; US3303390A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung für bekannte Impedanzschutzrelaisanordnungen zum Schutz von Wechsel- oder Drehstromleitungen.The present invention relates to an improvement on known ones Impedance protection relay arrangements for protecting AC or three-phase lines.

Bei Distanzschutzrelais ist es üblich, die Auslösecharakteristik in ein Diagramm mit kartesischen Koordinaten einzutragen. In den meisten Fällen sind die Blindwiderstände auf der Ordinate und die Wirkwiderstände auf der Abszisse aufgetragen. Die Auslösecharakteristik eines einfachen Impedanzrelais ist dabei ein Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Ursprung der Koordinatenachsen zusammenfällt. Da jede Leitung ein bestimmtes Verhältnis von Wirk und Blindwiderstand pro Längeneinheit aufweist, läßt sich eine Übertragungsleitung in dem Diagramm als Gerade darstellen, die durch den Koordinatenursprung geht und einen dem Verhältnis von Blind- und Wirkwiderstand entsprechenden Winkel gegenüber der Abszisse aufweist.In the case of distance protection relays, it is common to set the tripping characteristics in enter a diagram with Cartesian coordinates. In most cases they are the reactances are plotted on the ordinate and the active resistances on the abscissa. The tripping characteristic of a simple impedance relay is a circle, its Center coincides with the origin of the coordinate axes. Since every line has a certain ratio of active and reactance per unit of length, a transmission line can be shown in the diagram as a straight line passing through the origin of the coordinates and the ratio of reactive and effective resistance has a corresponding angle with respect to the abscissa.

Ein einfaches Impedanzrelais mit einer kreisförmigen Auslösecharakteristik spricht nun unabhängig vom Phasenwinkel des jeweils fließenden Stromes am Relaisort in bezug auf die Spannung an, wenn ein bestimmter Impedanzwert unterschritten wird. Ist das Unterschreiten des Impedanzwertes auf einen Fehler auf der Leitung zurückzuführen, so wird gleichzeitig der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Relaisort dem Widerstandsverhältnis der zu schützenden Leitung entsprechen. Eine geringfügige Abweichung kann auftreten, wenn am Fehlerort ein Lichtbogen auftritt.A simple impedance relay with a circular trigger characteristic now speaks regardless of the phase angle of the current flowing at the relay location in relation to the voltage when the impedance falls below a certain value. If the impedance value is not reached due to a fault on the line, so at the same time the phase angle between current and voltage at the relay location becomes the The resistance ratio of the line to be protected. A minor one Deviation can occur if an arc occurs at the fault location.

Für den Fall eines Laststoßes bzw. bei bestimmten Belastungsfällen kann es aber ebenfalls vorkommen, daß der am Impedanzrelais eingestellte Impedanzwert unterschritten wird, ohne daß ein Fehler auf der Leitung vorliegt. In den meisten Fällen wird dabei jedoch der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Relaisort von demjenigen bei einem Leitungsfehler erheblich abweichen. Zur Berücksichtigung dieser Abweichung sind bereits Distanzschutzrelaisanordnungen bekannt, deren Auslösecharakteristik verschobene Kreise oder Geraden sind. Außerdem ist es bekannt, zur Erzielung der Richtungsempfindlichkeit zusätzlich Richtungsrelais vorzusehen oder als Auslösekennlinie Kreise zu wählen, die durch den Nullpunkt des Koordinatensystems gehen. Es sind außerdem Distanzschutzrelais mit elliptischen Auslösekennlinien bekannt. Diese Auslösekennlinie wird dadurch erreicht, daß eine stromproportionale elektrische Größe gleichgerichtet wird und in einer Brückenschaltung mit der Summe zweier weiterer ebenfalls gleichgerichteter elektrischer Größen verglichen wird, von denen die eine der geometrischen Summe - von Strom und Spannung, die andere der geometrischen Differenz von Strom und Spannung am Relaisort entsprechen. Durch diese Schaltung erhält man eine elliptische Auslösecharakteristik, bei der die Hauptachse der Ellipse mit der Abszisse, also der R -Achse zusammenfällt. Durch diese Kennlinie soll beim Bekannten allerdings erreicht werden, daß auch Fehler mit gleichzeitig auftretendem Lichtbogen erfaßt werden. Es ist außerdem möglich, Relaisanordnungen zu bauen, die unempfindlich gegenüber Werten niedriger Impedanz sind, wenn gleichzeitig der Phasenwinkel wesentlich von dem auftretenden Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung bei einem Fehler auf der Übertragungsleitung abweicht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eins oder mehrere Hilfsrelais oder daß ein Relais mit einer nicht kreisförmigen Auslösecharakteristik bestimmter Form verwendet wird.In the event of a load surge or for certain load cases but it can also happen that the impedance value set on the impedance relay is not reached without an error on the line. In most In some cases, however, the phase angle between current and voltage at the relay location is used differ considerably from the one in the event of a line fault. For consideration this deviation are already known distance protection relay arrangements, their tripping characteristics are displaced circles or straight lines. It is also known to achieve the Directional sensitivity to provide additional directional relays or as a tripping characteristic Select circles that go through the origin of the coordinate system. There are distance protection relays with elliptical tripping characteristics are also known. This tripping characteristic is achieved in that an electrical quantity proportional to the current is rectified is and in a bridge circuit with the sum of two other also rectified electrical quantities are compared, one of which is the geometric sum - of current and voltage, the other of the geometric difference between current and voltage correspond at the relay location. This circuit gives an elliptical release characteristic, in which the main axis of the ellipse coincides with the abscissa, i.e. the R axis. However, this characteristic is intended to ensure that errors are also made in the case of acquaintances can be detected with an arc occurring at the same time. It is also possible Build relay arrangements that are insensitive to values of low impedance are if at the same time the phase angle is significantly different from the phase angle occurring between current and voltage deviates in the event of a fault on the transmission line. This can be achieved by having one or more auxiliary relays or that one Relays with a non-circular tripping characteristic of a certain shape are used will.

Der vorliegenden Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, eine Impedanz- oder Distanzrelaisanordnung zu schaffen, die nur anspricht, wenn gleichzeitig mit dem Unterschreiten eines bestimmten Impedanzwertes auch ein bestimmter Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Relaisort auftritt. Diese Forderung erfüllt die erfindungsgemäße Relaisanordnung dadurch, daß sie eine elliptische Kennlinie mit einer relativ kleinen Nebenachse hat, deren Hauptachse etwa die gleiche Neigung hat wie die Kennlinie der zu schützenden Leitung.The present invention is also based on the object of a To create an impedance or distance relay arrangement that only responds when simultaneously with falling below a certain impedance value also a certain phase angle occurs between current and voltage at the relay location. This requirement is met by the invention Relay arrangement in that they have an elliptical characteristic with a relatively small Has minor axis, the major axis of which has approximately the same inclination as the characteristic curve the line to be protected.

Zur Erzeugung einer elliptischen Kennlinie bei einer Relaisanordnung ist es bereits bekannt, die Beträge einer stromproportionalen elektrischen Größe mit der Summe der Beträge zweier weiterer elektrischen Größen zu vergleichen, von denen sich die eine aus der geometrischen Summe und die andere aus der geometrischen Differenz von Strom und Spannung am Relaisort zusammensetzt. Es ist außerdem bekannt, eine spannungsproportionale Größe und eine stromproportionale Größe mit bestimmter einstellbarer Phasenlage hintereinanderzuschalten und verschieden große Spannungskomponenten an dieser Reihenschaltung abzugreifen. Dazu sind zwischen je zwei Abgriffe an der Reihenschaltung die Wechselstromanschlüsse von zwei Gleichrichter-Brückenschaltungen angeschlossen, deren Gleichstromanschlüsse an Wicklungen eines Relais geführt sind. Bei dieser bekannten Anordnung wird zur Einstellung einer stromproportionalen Größe mit bestimmter Phasenlage an die Sekundärwicklung eines Stromwandlers eine Impedanz angeschlossen und die Primärwicklung eines zweiten Stromwandlers parallel zu der Impedanz geschaltet. Durch Wahl der Wirk- und Blindkomponente dieser Impedanz läßt sich die Größe und Phasenlage der verwendeten stromproportionalen Größe einstellen.For generating an elliptical characteristic in a relay arrangement it is already known the amounts of an electrical quantity proportional to the current to be compared with the sum of the amounts of two further electrical quantities, of which are one from the geometric sum and the other from the geometric Difference between current and voltage at the relay location. It is also known a voltage proportional size and a current proportional size with a certain adjustable phase position to be connected in series and voltage components of different sizes to tap on this series connection. There are between two taps on the Series connection the AC connections of two rectifier bridge circuits connected, whose DC connections are led to windings of a relay. In this known arrangement, a current-proportional variable is set with a certain phase position to the secondary winding of a current transformer an impedance connected and the primary winding of a second current transformer in parallel with the Impedance switched. By choosing the active and reactive components of this impedance adjust the size and phase position of the current-proportional size used.

Bei dieser bekannten Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, auf einfache Weise die Hauptachse der Ellipse an den zu schützenden Teil der Leitung anzupassen, da es zur Änderung der Ellipsenhauptachse nicht genügt, einen bestimmten Widerstand zu ändern; vielmehr müssen dazu die Abgriffe beider Gleichrichter-Brückenschaltungen verschoben werden. Dabei werden sich aber nicht nur die Ellipsenhauptachse, sondern auch andere Kenngrößen der Ellipse ändern, so daß es mit dieser bekannten Anordnung nicht einfach ist, die richtige Form und Lage der gewünschten Kennlinie einzustellen.In this known device, however, it is not possible to easy way the main axis of the ellipse to the part of the line to be protected because it is not sufficient to change the main axis of the ellipse to change a certain Resistance to change; rather, the taps on both rectifier bridge circuits must be used for this purpose be moved. However, not only the main axis of the ellipse, but also change other parameters of the ellipse, so that it is with this known arrangement it is not easy to set the correct shape and position of the desired characteristic.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Sie betrifft eine Distanzschutz-Relaisanordnung für Wechsel- oder Drehstromleitungen mit elliptischer Auslösekennlinie, die sich durch den Vergleich der Beträge einer stromproportionalen elektrischen Größe mit der Summe der Beträge zweier weiterer elektrischer Größen ergibt, von denen sich die eine aus der geometrischen Summe und die andere aus der geometrischen Differenz von Strom und Spannung am Relaisort zusammensetzt, unter Verwendung einer vom Leitungsstrom oder einem dazu proportionalen Strom durchflossenen Impedanz zur Erzeugung einer stromproportionalen Spannung bestimmter Phasenlage. Die neue Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß als Quelle für die rein stromproportionale elektrische Größe der Gleichspannungsabfall an einem Widerstand dient, der über Gleichrichter an die Sekundärwicklung eines Stromwandlers angeschlossen ist und dessen Widerstandswert so bemessen ist, daß der an ihm auftretende Spannungsabfall (1ä - Za') proportional dem Spannungsabfall an der zu schützenden Leitungsstrecke ist.The invention provides a remedy here. It relates to a distance protection relay arrangement for AC or three-phase lines with an elliptical tripping characteristic, which results from the comparison of the amounts of an electrical variable proportional to the current with the sum of the amounts of two further electrical variables, one of which is the geometric sum and the other the geometric difference between current and voltage at the relay location, using an impedance through which the line current or a current proportional to it flows to generate a current-proportional voltage of a certain phase position. According to the invention, the new solution consists in the fact that the source for the purely current-proportional electrical quantity is the direct voltage drop across a resistor which is connected to the secondary winding of a current transformer via a rectifier and whose resistance value is such that the voltage drop occurring across it (1 - Za ') is proportional to the voltage drop on the line to be protected.

Einzelheiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen zu ersehen, in denen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen behandelt wird. In F i g. 1 ist eine graphische Darstellung der Arbeitscharakteristik der neuen Relaisanordnung dargestellt, auf der die ohmschen Widerstände längs der horizontalen Achse und die induktiven Widerstände längs der senkrechten Achse aufgetragen sind; F i g. 2 zeigt ein Vektordiagramm, das bestimmte Zusammenhänge zwischen Strömen und Spannungen in den Stromkreisen der Relaisanordnung zeigt und dient zum Verständnis der folgenden Ausführungen; F i g. 3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und in F i g. 4 eine Abwandlung derselben dargestellt.Details of the invention are from the following description and can be seen from the drawings, in which an exemplary embodiment is dealt with in detail will. In Fig. FIG. 1 is a graph showing the operating characteristics of FIG new relay arrangement shown, on which the ohmic resistors along the horizontal Axis and the inductive resistances are plotted along the vertical axis; F i g. 2 shows a vector diagram showing certain relationships between currents and voltages in the circuits of the relay arrangement shows and serves for understanding of the following statements; F i g. 3 is a schematic representation of an embodiment of the invention and in FIG. 4 shows a modification of the same.

Aus F i g. 1 läßt sich ersehen, daß die Impedanz eines Wechselstromkreises - z. B. ein Teil einer Wechselstromübertragungsleitung - einem Punkt in dem in F i g. 1 gezeichneten Diagramm entsprechen kann. In diesem Diagramm ist der Wirkwiderstand auf der horizontalen Koordinatenachse R und der Blindwiderstand auf der vertikalen Koordinatenachse X aufgetragen. Der Betrag einer Impedanz entspricht dann der Länge eines Radiusvektors zwischen dem betreffenden Punkt und dem Ursprung des Koordinatensystems F. Irgendeine gerade Linie, wie z. B. FF', die durch den Koordinatenursprung F verläuft, ist der geometrische Ort aller Impedanzen mit veränderlichen Beträgen, die alle den gleichen Phasenwinkel einschließen, d. h. alle Impedanzen, die das gleiche Verhältnis von Wirk- und Blindwiderstandskomponente besitzen.From Fig. 1 it can be seen that the impedance of an AC circuit - e.g. B. a portion of an AC transmission line - a point at which in F i g. 1 drawn diagram. In this diagram is the effective resistance on the horizontal coordinate axis R and the reactance on the vertical Coordinate axis X plotted. The amount of an impedance then corresponds to the length of a radius vector between the point in question and the origin of the coordinate system F. Any straight line, such as B. FF ', which runs through the coordinate origin F, is the locus of all impedances with varying amounts, all of them enclose the same phase angle, d. H. all impedances that have the same ratio of active and reactance components.

Der Betrag der Impedanz irgendeiner vorhandenen Leitung ist ein Maß der Entfernung vom Meßort zur Fehlerstelle. In einem ausgedehnten Netz gibt es eine große Anzahl von Generatorstationen an verschiedenen Orten. Darüber hinaus sind Verbraucher über das ganze Leitungssystem verstreut. Es ist sehr wünschenswert, daß nicht alle Generatoren und Abnehmer gleichzeitig abgeschaltet werden, wenn an irgendeinem Ort des Netzes ein Fehler auftritt. Dies läßt sich vermeiden, indem nur Teile des Leitungssystems in der Nähe des Fehlers abgeschaltet werden, während weiter entfernte Generatoren und Lastabnehmer weiterhin mit den Leitungen verbunden sind und daher ungestört weiter arbeiten können. Ein Distanzrelais, welches einen benachbarten Leistungsschalter nur dann auslöst, wenn die von ihm gemessene Impedanz so niedrig ist, daß ein Fehler innerhalb eines bestimmten Abschnittes vorliegen muß, ist in der Lage, diese Forderung zu erfüllen, da andere Relais, die von der Kurzschlußstelle weiter entfernt sind, nicht ansprechen. Die Strecke FF' in F i g. 1, die durch den Koordinatenursprung F geht und die den Winkel mit der R-Achse einschließt, läßt sich als graphische Darstellung der Leitungsimpedanz ansehen. Die Buchstaben r und x entsprechen dem ohmschen und dem induktiven Widerstand der Leitung pro Längeneinheit. Ein Punkt G auf dieser Strecke in einer bestimmten Entfernung von dem Koordinatenursprung F entspricht dabei dem Leitungsabschnitt, der von dem Relais geschützt werden soll. Damit ist ein kritischer Impedanzwert bestimmt, bei dessen Überschreiten das Relais die Auslösespule eines Leistungsschalters nicht anregen soll. Bei dessen Unterschreitung durch irgendeinen Kurzschlußfehler soll das Relais den zugehörigen Leistungsschalter, auslösen. In modernen Netzen sind üblicherweise Verbraucher angeschlossen, deren Impedanz so klein ist, daß sie innerhalb der kritischen Zone, oftmals auch »Reichweite« des Relais genannt, liegt. Aber dieser Verbraucher hat üblicherweise Impedanzen mit einem Phasenwinkel, der sich von dem Phasenwinkel der Leitung unterscheidet. Diese Verbraucher erscheinen in dem Diagramm in F i g. 1 durch Punkte, die nicht auf der Strecke F F' liegen, sondern meistens mehr der R-Achse zugewandt sind.The amount of impedance of any existing line is a measure of the distance from the measurement location to the fault location. In an extensive network there are a large number of generator stations in different locations. In addition, consumers are scattered across the entire pipeline system. It is very desirable that not all generators and consumers are switched off at the same time if a fault occurs at any point on the network. This can be avoided by only switching off parts of the line system in the vicinity of the fault, while generators and load consumers further away are still connected to the lines and can therefore continue to work undisturbed. A distance relay, which triggers an adjacent circuit breaker only when the impedance measured by it is so low that there must be a fault within a certain section, is able to meet this requirement, since other relays that continue from the short-circuit point are away, do not speak. The route FF 'in FIG. 1, which goes through the origin F and which is the angle with the R axis can be viewed as a graph of line impedance. The letters r and x correspond to the ohmic and inductive resistance of the line per unit length. A point G on this route at a certain distance from the origin F corresponds to the line section that is to be protected by the relay. This defines a critical impedance value which, if exceeded, should not trigger the relay to excite the trip coil of a circuit breaker. If it falls below this value due to any short-circuit fault, the relay should trigger the associated circuit breaker. In modern networks, consumers are usually connected whose impedance is so small that they are within the critical zone, often called the "range" of the relay. But this consumer usually has impedances with a phase angle that differs from the phase angle of the line. These consumers appear in the diagram in FIG. 1 by points that are not on the line FF ', but mostly face more towards the R axis.

Ein normales Impedanzrelais, welches den Schalter bei einem bestimmten Impedanzbetrag auslöst, hat als Auslösecharakteristik einen Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Punkt F in F i g. 1 übereinstimmt. Wenn an einem Leitungsabschnitt ein Verbraucher angeschlossen wird, mißt das zugehörige Impedanzrelais eine gesamte Impedanz, die sich aus der Impedanz des Verbrauchers und der Leitungsimpedanz zwischen Verbraucher und Relais zusammensetzt. Wenn der Verbraucher nicht weit von dem Relais entfernt ist, kann diese gesamte vom Relais gemessene Impedanz geringer sein als der kritische Wert, der durch die Auslösecharakteristik des Relais gegeben ist. Aus diesem Grunde kann der Leistungsschalter durch das Relais ausgelöst werden, obgleich der Phasenwinkel der Gesamtimpedanz kleiner ist als derjenige der Leitung. In der Praxis ist es wünschenswert, wenn ein Relais nur dann anspricht, wenn eine Impedanz mit einem bestimmten Phasenwinkel unterhalb eines kritischen Wertes liegt und wenn es nicht anspricht, wenn eine Impedanz mit ähnlichem Betrag und anderem Phasenwinkel vorliegt. Um dies zu erreichen, enthält die neue Distanzschutzrelaisanordnung als Auslösecharakteristik eine Ellipse, deren Hauptachse mit dem Impedanzwinkel der zu schützenden Übertragungsleitung übereinstimmt und die eine relativ kleine Nebenachse besitzt.A normal impedance relay, which switches the switch at a certain Impedance amount triggers, has as a trigger characteristic a circle, the center of which with point F in FIG. 1 matches. If there is a consumer on a line section is connected, the associated impedance relay measures a total impedance, the from the impedance of the consumer and the line impedance between the consumer and relay assembled. When the consumer is not far from the relay this total impedance measured by the relay may be less than the critical one Value given by the relay's tripping characteristics. For this reason the circuit breaker can be triggered by the relay, although the phase angle the total impedance is smaller than that of the line. In practice it is desirable when a relay only responds when there is an impedance with a certain phase angle is below a critical value and if it does not respond if an impedance is present with a similar amount and a different phase angle. To achieve this, contains the new distance protection relay arrangement as a tripping characteristic an ellipse whose Main axis coincides with the impedance angle of the transmission line to be protected and which has a relatively small minor axis.

Die Kurve 9 in F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer solchen elliptischen Auslösecharakteristik für ein Relais. Sie hat die Brennpunkte Fund F'. Dabei fällt der Punkt F mit dem Ursprung des Koordinatensystems zusammen. Der Winkel ,B stellt den Winkel der Leitungsimpedanz dar. Der Punkt G liegt auf der Strecke F F' bei einer Impedanz, die der Impedanz der zu schützenden Leitungsstrecke entspricht. Es ist bei einer@Ellipse bekannt, daß die Summe der Leitstrahlen von einem Ellipsenpunkt P zu den Brennpunkten F und F', hier Z bzw. Zz genannt, gleich dem Betrag der Hauptachse Z. der Ellipse ist. Dabei läßt sich zeigen, daß ist. Dabei ist Z@ der Abstand zwischen den Brennpunkten F und F'. Es läßt sich gleichfalls zeigen, daß die Nebenachse gleich ist und daß die Exzentrizität e gleich ist. Dabei sind die Strecken Z, Zd und Z, in dieser Gleichung skalare Größen. Komplexe Größen werden in dieser Beschreibung mit einem darübergesetzten Punkt, z. B.,2, bezeichnet.The curve 9 in FIG. 1 is a schematic representation of such an elliptical tripping characteristic for a relay. She has the focal points Fund F '. The point F coincides with the origin of the coordinate system. The angle, B represents the angle of the line impedance. The point G lies on the section FF 'at an impedance which corresponds to the impedance of the line section to be protected. In the case of an ellipse, it is known that the sum of the guide rays from an ellipse point P to the focal points F and F ', here called Z and Zz, is equal to the magnitude of the main axis Z of the ellipse. It can be shown that is. Z @ is the distance between the focal points F and F '. It can also be shown that the minor axis is the same and that the eccentricity is equal to e is. The distances Z, Zd and Z are scalar quantities in this equation. Complex quantities are indicated in this description with a point above it, e.g. B., 2, designated.

In F i g. 1 stellt die Strecke FP die vom Relais aus gemessene Impedanz eines Verbrauchers zuzüglich derjenigen des Leitungsteils zwischen Relais und Verbraucher dar und zeigt gleichzeitig die maximale Impedanz, bei der das Relais den zugehörigen Leistungsschalter auslöst. Das Produkt der komplexen Größen 12 des Leitungsstromes 1 und der Impedanz 2 stellt die Spannung der Leitung am Relaisort dar. Dabei ist 0 der Phasenwinkel zwischen der Spannung und dem Strom der Leitung. Für die Impedanz Ze, die durch den Punkt G in F i g. 1 gegeben ist, gilt daraus ergibt sich wenn die gewünschte Reichweite des Relais und die Exzentrizität e der elliptischen Auslösecharakteristik bekannt sind.In Fig. 1 shows the path FP the impedance of a consumer measured by the relay plus that of the line part between relay and consumer and at the same time shows the maximum impedance at which the relay triggers the associated circuit breaker. The product of the complex quantities 12 of the line current 1 and the impedance 2 represents the voltage of the line at the relay location. Here, 0 is the phase angle between the voltage and the current of the line. For the impedance Ze, which is determined by the point G in FIG. 1 is given, applies this results in if the desired range of the relay and the eccentricity e of the elliptical tripping characteristic are known.

Die Erfindung kann zum Schutz von einphasigen und mehrphasigen elektrischen Systemen dienen. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine einphasige elektrische Übertragungsleitung, deren Übertragungsfrequenz 60 Hz beträgt. Die Leiter sind mit L1 und L2 bezeichnet. Diese Leitung kann genauso gut als eine Phase einer mehrphasigen elektrischen Übertragungsleitung betrachtet werden. Die Leitung ist aufgeteilt in einen ersten Abschnitt LS1 und einen zweiten Abschnitt LS2. Diese Abschnitte sind über eine Relaisstation mit einem Leistungsschalter CB verbunden, der eine Auslösespule CBT und einen Arbeitskontakt CBI enthält. Ein Stromwandler CT und ein Spannungswandler VT sind an die Leiter L 1 und L2 angeschlossen.The invention can be used to protect single-phase and multi-phase electrical systems. F i g. 3 shows an embodiment for a single-phase electrical transmission line, the transmission frequency of which is 60 Hz. The conductors are labeled L1 and L2. This line can just as easily be viewed as one phase of a multi-phase electrical transmission line. The line is divided into a first section LS1 and a second section LS2. These sections are connected via a relay station to a circuit breaker CB, which contains a trip coil CBT and a normally open contact CBI. A current transformer CT and a voltage transformer VT are connected to the conductors L 1 and L2.

Die in F i g. 3 dargestellte Relaisanordnung schützt den Leitungsabschnitt LSl.The in F i g. 3 relay arrangement shown protects the line section LSl.

In Reihe mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers CT ist die Primärwicklung eines Stromwandlers 11 und die einstellbare Primärwicklung eines Kompensators 12 geschaltet. Dieser Kompensator hat eine bestimmte Reaktanz und einen einstellbaren Belastungswiderstand 19, der die Phasenlage zwischen dem Primärstrom und der sekundär induzierten Spannung bestimmt.In series with the secondary winding of the current transformer CT is the primary winding a current transformer 11 and the adjustable primary winding of a compensator 12 switched. This compensator has a certain reactance and an adjustable one Load resistor 19, which shows the phase position between the primary current and the secondary induced voltage determined.

Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 11 ist über eine Gleichrichteranordnung an einen Widerstand 17 geschaltet, an dem eine Gleictspannung 1ä Zä auftritt, deren Größe dem Betrag des Leitungsstromes proportional ist. In der in F i g. 3 gezeichneten Lösung sind zwei Gleichrichter 14 und 15 mit ihren Anoden an die Enden der Sekundärwicklung des Stromwandlers 11 angeschlossen. Die Kathoden der Gleichrichter sind mit dem positiven Anschluß des Widerstandes 17 verbunden. Der negative Anschluß des Widerstandes ist an einen Mittelabgrif der Sekundärwicklung des Stromwandlers 11 angeschlossen. Ein einstellbarer Lastwiderstand 13 ist parallel zu der Sekundärwicklung des Stromwandlers 11 geschaltet. Ein Glättungskondensator 16 liegt parallel zum Wider- i stand 17.The secondary winding of the current transformer 11 is via a rectifier arrangement connected to a resistor 17 at which a sliding voltage 1äZ occurs, whose Size is proportional to the amount of the line current. In the in F i g. 3 drawn The solution are two rectifiers 14 and 15 with their anodes at the ends of the secondary winding of the current transformer 11 is connected. The cathodes of the rectifiers are with the positive terminal of the resistor 17 connected. The negative connection of the resistor is connected to a center tap of the secondary winding of the current transformer 11. An adjustable load resistor 13 is parallel to the secondary winding of the current transformer 11 switched. A smoothing capacitor 16 lies parallel to the resistor 17.

Die Ausgänge des Kompensators 12 und des Spannungswandlers VT sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zu den Eingangsklemmen eines Zweiweggleichrichters 21. Der Ausgang dieses Gleichrichters ist über einen Lastwiderstand 27 und einen Glättungskondensator 26 verbunden. Dadurch ergibt sich eine Gleichspannung Ex', die am Widerstand 27 liegt und von dem Betrag der Spannung Ex abhängig ist.The outputs of the compensator 12 and the voltage converter VT are connected in series and are parallel to the input terminals of a full-wave rectifier 21. The output of this rectifier is connected via a load resistor 27 and a smoothing capacitor 26. This results in a direct voltage Ex 'which is applied to the resistor 27 and is dependent on the magnitude of the voltage Ex.

Der Spannungswandler 18 hat eine Primärwicklung, die parallel zu der Sekundärwicklung des Spannungswandlers VT geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18 liefert über eine Gleich richteranordnung eine Gleichspannung E', die an dem Widerstand 25 abfällt und die proportional der Leitungsspannung E ist. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind dazu die Anoden zweier Gleichrichter 22 und 23 an die Enden der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18 angeschlossen. Die Kathoden der Gleichrichter sind mit dem positiven Anschluß des Widerstandes 25 verbunden. Der negative Anschluß des Widerstandes ist an einen Mittelabgrifl der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18 angeschlossen. Ein Glättungskondensator 24 liegt parallel zum Widerstand 25.The voltage converter 18 has a primary winding which is connected in parallel to the secondary winding of the voltage converter VT . The secondary winding of the voltage converter 18 supplies a DC voltage E 'via a rectifier arrangement, which is dropped across the resistor 25 and which is proportional to the line voltage E. In the embodiment according to FIG. 3, the anodes of two rectifiers 22 and 23 are connected to the ends of the secondary winding of the voltage converter 18 for this purpose. The cathodes of the rectifiers are connected to the positive terminal of the resistor 25. The negative connection of the resistor is connected to a center tap of the secondary winding of the voltage converter 18. A smoothing capacitor 24 is parallel to the resistor 25.

Aus F i g. 3 erkennt man, daß eine Gesamtspannung ER = E' -f- Ex - Ia' Za' an Basis und Emitter eines NPN-Transistors 32, an einem Widerstand 29 und an einem Gleichrichter 31 liegt. Der Gleichrichter ist dabei so gepolt, daß nur dann ein Strom fließen kann, wenn die Spannung Ia` Zä dem Betrage nach größer ist als die Summe der Spannungen E' -h Ex'. Dabei ist der Transistor 32 durchlässig. Ein Gleichrichter 34 ist zwischen Emitter und Basis des Transistors geschaltet. Er erlaubt einen Stromfiuß vom Emitter zum Basisanschluß, wenn die Spannung so gepolt ist, daß der Transistor gesperrt bleibt. Er schützt dadurch diese Anschlüsse gegen Schäden, die durch fließende Rückströme auftreten können.From Fig. 3 it can be seen that a total voltage ER = E ' -f- Ex - Ia' Za 'is applied to the base and emitter of an NPN transistor 32, to a resistor 29 and to a rectifier 31. The polarity of the rectifier is such that a current can only flow if the value of the voltage Ia`Z is greater than the sum of the voltages E ' -h Ex'. The transistor 32 is permeable. A rectifier 34 is connected between the emitter and base of the transistor. It allows a current to flow from the emitter to the base connection if the voltage is polarized in such a way that the transistor remains blocked. It protects these connections against damage that can occur due to flowing reverse currents.

Wenn der Transistor durchlässig gesteuert wird, fließt - bedingt durch den Spannungsabfall am Widerstand 17 - ein Strom über Kollektor und Emitter des Transistors und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand 33. Der Spannungsabfall am Widerstand 33 dient zur Erregung der Auslösespule CBT über den Arbeitskontakt CBI zur Auslösung des Leistungsschalters CB. Falls erforderlich, kann der Auslösespule ein Verstärker AM zur Erhöhung der Nutzenergie der Auslösespule CBT vorgeschaltet sein. Der NPN-Transistor kann auch durch einen PNP-Transistor bei entsprechend abgeänderter Schaltung ersetzt werden.When the transistor becomes permeable controlled flow - due to the voltage drop across resistor 17 - a current flows through the collector and emitter of the transistor and connected in series with resistor 33. The voltage drop across resistor 33 is used to energize the trip coil CBT via the normally open contact CBI to Tripping of the circuit breaker CB. If necessary, the trip coil can be preceded by an amplifier AM to increase the useful energy of the trip coil CBT. The NPN transistor can also be replaced by a PNP transistor with a correspondingly modified circuit.

Die Relaisanordnung in F i g. 3 vergleicht den Betrag der Spannung 12a mit der Summe der Beträge der Spannungen E und Ex. Wenn diese miteinander verglichenen Beträge gleich sind, ist der Transistor gesperrt. Dies entspricht einem Fehler am. Balancepunkt, d. h. an der Grenze der Reichweite der Relaisanordnung. Der Betrag von IGa übertrifft die Summe der Beträge von l# +.2." wenn die vom Relais gemessene Impedanz kleiner ist als diejenige der Leitungsstrecke bis zum Balancepunkt. In diesem Fall wird der Transistor durchlässig und löst den Leistungsschalter aus.The relay arrangement in FIG. 3 compares the magnitude of the voltage 12a with the sum of the magnitudes of the voltages E and Ex. If these magnitudes compared with one another are equal, the transistor is blocked. This corresponds to an error at the balance point, ie at the limit of the range of the relay arrangement. The amount of IGa exceeds the sum of the amounts of l # +.2. " If the impedance measured by the relay is less than that of the line path to the balance point. In this case, the transistor becomes permeable and trips the circuit breaker.

Die Summe der Beträge von .2 + Ex übertrifft den Betrag von .IGa, wenn die vom Relais gemessene Impedanz größer als diejenige des Balancepunktes ist. In diesem Fall bleibt der Transistor gesperrt und der Leistungsschalter geschlossen. Wie bereits ausgeführt wurde, ergibt diese Schaltung des Transistors eine elliptische Kennlinie der Relaisanordnung.The sum of the amounts of .2 + Ex exceeds the amount of .IGa, when the impedance measured by the relay is greater than that of the balance point. In this case the transistor remains blocked and the circuit breaker closed. As has already been explained, this circuit of the transistor results in an elliptical one Characteristic curve of the relay arrangement.

Es ist üblich, eine Übertragungsleitung in einzelne Abschnitte aufzuteilen, die miteinander über Relaisstationen mit Leistungsschaltern verbunden sind. Jede Relaisstation des benachbarten Leistungsschalters ist mit einer Relaisanordnung mit drei Zonen versehen. Die erste Zone schützt von der Relaisstation ab beispielsweise 90 °/o des geschützten Leitungsabschnittes. Die Relaisanordnung für diese Zone arbeitet mit vernachlässigbar kleiner Zeitverzögerung.It is common practice to divide a transmission line into individual sections, which are connected to one another via relay stations with circuit breakers. Every Relay station of the neighboring circuit breaker is with a relay arrangement provided with three zones. The first zone protects from the relay station, for example 90 ° / o of the protected line section. The relay arrangement for this zone is working with a negligibly small time delay.

Eine zweite Zone erstreckt sich über den folgenden Leitungsabschnitt und ist mit einer Zeitverzögerung von etwa 0,25 Sekunden versehen. Die dritte Zone schließt sich an die zweite an, das dafür vorgesehene Impedanzrelais ist mit einer Zeitverzögerung von etwa 1 bis 2 Sekunden ausgestattet. Jede Relaisanordnung für eine der drei Zonen kann ähnlich aufgebaut sein wie diejenige, die in F i g. 3 dargestellt ist. In jedem Fall ist die Reichweite des Relais (die Länge der Strecke FG in F i g.1) auf die Impedanz eingestellt, die das jeweils zu schützende Stück der Leitung aufweist. Für die zweite und dritte Zone sind geeignete Zeitverzögerungsglieder vorgesehen.A second zone extends over the following line section and is provided with a time delay of about 0.25 seconds. The third zone connects to the second, the impedance relay provided for this is connected to a Time delay of about 1 to 2 seconds. Any relay arrangement for one of the three zones can have a structure similar to that shown in FIG. 3 shown is. In any case, the range of the relay (the length of the route FG in F i g.1) set to the impedance that corresponds to the section of the line to be protected having. There are suitable time delay elements for the second and third zones intended.

Wenn eine Relaisanordnung - wie in F i g. 3 dargestellt - verwendet wird, können bestimmte Fehler, die auf der Strecke hinter dem Relais, d. h. in entgegengesetzter Richtung auftreten, das Relais veranlassen, den Leistungsschalter auszulösen. Um diesen »dritten Quadranten« auszuschalten, kann ein richtungsmessendes Element zusätzlich vorgesehen sein, z. B. ist ein Richtungsrelais 12R . dem Eingangskreis des Transistors vorgeschaltet, dessen Kontakt offen ist, wenn der Fehler in der nicht zu schützenden Richtung liegt. In gleicher Weise kann der Eingangskreis des Transistors durch Öffnen eines Schalters S aufgetrennt werden, wenn die Kontakte des Richtungsrelais DR den Schalter S betätigen.If a relay arrangement - as in FIG. 3 shown - used certain errors that occur on the track behind the relay, i. H. in opposite Direction occur, cause the relay to trip the circuit breaker. Around A direction-measuring element can also switch off this “third quadrant” be provided, e.g. B. is a direction relay 12R. the input circuit of the transistor connected upstream whose contact is open if the fault is in the one that is not to be protected Direction lies. In the same way, the input circuit of the transistor can be opened by opening a switch S are separated when the contacts of the direction relay DR the Press switch S.

Durch andere Schaltungsmaßnahmen läßt sich erreichen, daß der Punkt H der Ellipse 9 in F i g.1 mit dem Ursprung des Diagramms übereinstimmt, wie z. B. durch die gestrichelt gezeichnete Ellipse 9 a angedeutet ist. Dies kann erreicht werden durch Einfügung einer stromabhängigen Spannung zwischen die , Spannungswandler VT und 18, wie es z. B. in F i g. 4 gezeigt ist. In F i g. 4 wird eine stromabhängige Spannung von einem Transduktor 41 abgenommen, dessen Konstruktion ähnlich derjenigen des Kompensators 12 sein kann. Die Primärwicklung des Transduktors ist über Leitungen 41A und 41B in Reihe mit den Primärwicklungen der Stromwandler 11 und 12 in F i g. 3 geschaltet. Das Verbindungsstück 41 C zwischen den Leitern 41 A und 41 B fällt in diesem Falle weg. Die Sekundärwicklung 42 des Transduktors ist in Reihe geschaltet mit der Sekundärwicklung des Spannungswandlers VT, so daß eine resultierende Spannung für die Erregung der Primärwicklung des Spannungswandlers 18 vorhanden ist. Die Spannung der Sekundärwicklung des Transduktors 41 kann eingestellt werden, so daß eine Verschiebung der Ellipse in gewünschter Richtung mit wählbarem Betrag möglich ist. Wenn ein Fehler in der Nähe des Relaisortes auftritt, kann die Leitungsspannung einen so kleinen Wert einnehmen, daß eine einwandfreie Betätigung des Relais nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grund sind »Gedächtniselemente« in den F i g.'3 und 4 vorgesehen, die einen ausreichenden Spannungsbetrag für kurze Zeit aufrechterhalten und damit die einwandfreie Funktion der Relaisanordnung sicherstellen.By other circuit measures it can be achieved that the point H of the ellipse 9 in FIG. 1 coincides with the origin of the diagram, e.g. B. indicated by the dashed line ellipse 9 a. This can be achieved by inserting a current dependent voltage between the, voltage converters VT and 18, as it is e.g. B. in Fig. 4 is shown. In Fig. 4, a current-dependent voltage is picked up by a transducer 41 , the construction of which can be similar to that of the compensator 12 . The primary winding of the transducer is via lines 41 A and 41 B in series with the primary windings of the current transformers 11 and 12 in FIG. 3 switched. The connecting piece 41 C between the conductors 41 A and 41 B is omitted in this case. The secondary winding 42 of the transducer is connected in series with the secondary winding of the voltage converter VT, so that a resulting voltage for the excitation of the primary winding of the voltage converter 18 is present. The voltage of the secondary winding of the transducer 41 can be adjusted so that the ellipse can be shifted in the desired direction with a selectable amount. If an error occurs in the vicinity of the relay location, the line voltage can assume such a low value that the relay can no longer be operated properly. For this reason, "memory elements" are provided in FIGS. 3 and 4, which maintain a sufficient amount of voltage for a short time and thus ensure the correct functioning of the relay arrangement.

Als Gedächtniselemente können Parallelschwingkreise dienen, die eine Induktivität 46 und einen Kondensator 45 enthalten, auf die Netzfrequenz abgestimmt sind und parallel zu der Primärwicklung des Spannungswandlers 18 in F i g. 3 geschaltet sind. Es ist genauso gut möglich - wie in F i g. 4 gezeigt -, die Reihenschaltung einer Spule 46a mit einem Kondensator 45a in Reihe zu der Sekundärwicklung des Spannungswandlers VT zu schalten. Wenn zwischen der Parallelschaltung der Spule 46 mit dem Kondensator 45 und der Sekundärwicklung des Spannungswandlers VT ein Widerstand 47 eingeschaltet ist, so wird damit verhindert, daß ein Fehler auf der Leitung in der Nähe der Relaisstation die Parallelschaltung durch Kurzschließen unwirksam macht. Parallel resonant circuits, which contain an inductance 46 and a capacitor 45 , are tuned to the mains frequency and parallel to the primary winding of the voltage converter 18 in FIG. 1, can serve as memory elements. 3 are switched. It is just as possible - as in FIG. 4 - to connect the series connection of a coil 46a with a capacitor 45a in series with the secondary winding of the voltage converter VT . If a resistor 47 is connected between the parallel connection of the coil 46 with the capacitor 45 and the secondary winding of the voltage converter VT , this prevents a fault on the line in the vicinity of the relay station from making the parallel connection ineffective by short-circuiting.

In F i g. 3 kann mit dem Widerstand 13 die Länge der Hauptachse der Ellipse eingestellt werden. Durch die Phasenlage der Ausgangsspannung des Kompensators kann der Wert des Winkels ß in F i g. 1 verändert werden. Der Betrag dieser Spannung dient zur Einstellung des Abstandes zwischen den Brennpunkten F und F' in F i g. 1.In Fig. 3 can use the resistor 13 to determine the length of the main axis of the Ellipse can be set. Due to the phase position of the output voltage of the compensator the value of the angle β in FIG. 1 can be changed. The amount of that tension is used to adjust the distance between the focal points F and F 'in FIG. 1.

Claims

Claims: 1. Distance protection relay arrangement for AC or three-phase current lines with elliptical tripping characteristic, which results from the comparison of the amounts of a current-proportional electrical variable with the sum of the amounts of two other electrical variables, one of which is derived from the geometric sum and the other from the geometric difference of current and voltage at the relay location, using an impedance through which the line current or a current proportional to it flows to generate a current-proportional voltage of a certain phase position ), which is connected to the secondary winding of a current transformer (11) via rectifier (14, 15) and whose resistance value is such that the voltage drop (Iä - Z.) occurring across it is proportional to the voltage drop across the Le to be protected itation route is.

2. Distance protection relay arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage proportional to the source electrical quantities a resonant circuit tuned to the mains frequency for short-term Maintaining a minimum voltage is connected.