DE1299355B - Verfahren und Anordnung zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken

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DE1299355B
DE1299355B DE1964S0090119 DES0090119A DE1299355B DE 1299355 B DE1299355 B DE 1299355B DE 1964S0090119 DE1964S0090119 DE 1964S0090119 DE S0090119 A DES0090119 A DE S0090119A DE 1299355 B DE1299355 B DE 1299355B
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current

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Description

  • Es ist bekannt, zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken zwei Spannungen zu verwenden, von denen die eine der Spannung an dem Netzwerk und die andere dem Strom in dem Netzwerk proportional ist. Dabei kann aus diesen beiden Spannungen auf verschiedene Weise - beispielsweise sei auf den den Phasenwinkel zwischen den beiden Spannungen auswertenden Koinzidenzschutz hingewiesen - ein Meldekriterium gewonnen werden. Im Rahmen der Erfindung soll unter einer Meldung nicht nur eine optische oder akustische Anzeige, sondern beispielsweise auch ein Signal verstanden werden, das zur Auslösung einer Schutzeinrichtung oder zum Auslösen eines dem aufgetretenen Fehler entgegenwirkenden Vorganges benutzt wird.
  • Zum Stand der Technik gehört ein@Meßverfahren zur Ermittlung der Fehlerstellenentfernung bei Leitungskurzschlüssen, bei dem der Scheitelwert sowohl der stromproportionalen als auch der spannungsproportionalen Spannung mittels Kondensatoren gespeichert wird. Dabei erfolgt nicht eine Speicherung für eine durch die gewünschte Richtungsselektivität vorbestimmte Zeitdauer im Sinne der Erfindung, da bei dem bekannten Verfahren die Speicherung mit dem Schließen der Ladestromkreise beginnt und die Entladestromkreise unter Öffnung der Ladestromkreise an die Kondensatoren angelegt werden, wenn diese aufgeladen sind. Weiterhin wird bei dem bekannten Verfahren nicht, wie es für die Erfindung wesentlich ist, innerhalb dieser Zeitdauer ein Vergleich der einen mit der anderen der beiden Spannungen vorgenommen. Ein solcher Vergleich findet erst während der Entladung der beiden Kondensatoren statt, so daß von einem Vergleich des Scheitelwertes der einen Spannung mit Momentanwerten der anderen Spannung nicht gesprochen werden kann. Ebensowenig wird bei dem bekannten Verfahren eine Meldung dann bewirkt, wenn die Differenz während einer vorbestimmten Zeitdauer ein bestimmtes Vorzeichen annimmt. Das bekannte Verfahren beruht gerade darauf, daß die Zeitspanne zwischen Beginn und Entladung der Kondensatoren und Erreichen der Spannungsgleichheit an beiden Kondensatoren durch die jeweilige Fehlerstelle bedingt und damit variabel ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues, vorteilhaftes Verfahren zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken zu schaffen, bei dem zwei Spannungen, von denen die eine der Spannung an dem Netzwerk und die andere dem Strom in dem Netzwerk proportional ist, zur Gewinnung eines Meldekriteriums benutzt werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß der Wert einer der beiden Spannungen für eine durch die gewünschte Richtungsselektivität vorbestimmte Zeitdauer auf der Höhe des Scheitelwertes dieser Spannung gehalten wird, daß innerhalb dieser Zeitdauer ein Vergleich der Momentanwerte der anderen der beiden Spannungen mit dem genannten Scheitelwert vorgenommen und daß eine Meldung dann bewirkt wird, wenn die Differenz zwischen den Momentanwerten und dem genannten Scheitelwert während der vorbestimmten Zeitdauer ein bestimmtes Vorzeichen annimmt.
  • Wie aus dem in F i g. 1 schematisch dargestellten Verlauf der beiden zur Gewinnung des Meldekriteriums benutzten Spannungen ersichtlich und im folgenden erläutert, besitzt das erfindungsgemäße Verfahren besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich Richtungsselektivität und Unabhängigkeit vom Phasenwinkel zwischen den beiden Spannungen, d. h. letztlich dem Phasenwinkel zwischen der Spannung an dem zu überwachenden Netzwerk und dem Strom in diesem Netzwerk.
  • In F i g. 1 ist angenommen, daß während der Zeitdauer T1 der Wert der spannungsproportionalen Spannung u 1 auf dem Scheitelwert gehalten und die Momentanwerte der stromproportionalen Spannung u 2 mit dem Scheitelwert verglichen werden. Eine Meldung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dann hervorgerufen, wenn die Momentanwerte der stromproportionalen Spannung u2 irgendwann während der vorbestimmten Zeitdauer T1 größer als der Scheitelwert der Spannung u 1 werden, d. h., wenn die während der positiven Halbwellen der spannungsproportionalen Spannung u 1 auftretende Differenz zwischen den Momentanwerten und dem genannten Scheitelwert während der vorbestimmten Zeitdauer positiv wird. Da nämlich beispielsweise ein Kurzschluß in dem zu überwachenden Netzwerk eine Vergrößerung des Stromes und einen Zusammenbruch der Spannung zur Folge hat, übersteigt in diesem Fall unter Berücksichtigung der Auslösebedingungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Momentanwert der stromproportionalen Spannung u 2 den Scheitelwert der spannungsproportionalen Spannung u 1.
  • Sofern zwischen der spannungsproportionalen Spannung u1 und der stromproportionalen Spannung u2 eine derart große Phasenverschiebung 9p auftritt, daß die eine positive Differenz zwischen den Momentanwerten der stromproportionalen Spannung u2 einerseits und dem Scheitelwert der spannungsproportionalen Spannung u1 andererseits zur Folge habenden Momentanwerte der stromproportionalen Spannung u2 erst außerhalb der vorgegebenen Zeitdauer T1 auftreten, erfolgt keine Meldung. Andererseits ist es aber für die Gewinnung einer Meldung gleichgültig, ob die die positive Differenz verursachenden Momentanwerte der stromproportionalen Spannung u2 zu Beginn oder am Ende der vorgegebenen Zeitdauer T1 oder irgendwann innerhalb dieser Zeitdauer auftreten. In dem in F i g. 1 angenommenen Fall einer Speicherung des Scheitelwertes der Spannung u1 für 90° elektrisch kann also, wenn man den durch den Scheitelwert gegebenen maximalen Stromwert der stromproportionalen Spannung u2 als wesentlich für die Erzeugung der Meldung ansieht, der Phasenwinkel zwischen der spannungsproportionalen Spannung u1 einerseits und der stromproportionalen Spannung u 2 andererseits zwischen 0 und 90° liegen, ohne daß die Wirkungsweise und die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beeinträchtigt werden.
  • Andererseits bietet das erfindungsgemäße Verfahren, wie bereits bemerkt, den Vorteil der Richtungsselektivität, der insbesondere dann ersichtlich wird, wenn man die gestrichelt in F i g. 1 eingezeichnete Kurve für u 2 bei einem Phasenwinkel (p = 180° betrachtet. Man erkennt, daß jetzt bei einer infolge Vorliegens eines Fehlers vergrößerten stromproportionalen Spannung u 2 ihre Momentanwerte, selbst wenn sie betragsmäßig größer als der Scheitelwert der spannungsproportionalen Spannung u 1 sind, dennoch keine Meldung hervorrufen, weil die Differenz zwischen diesen Momentanwerten und dem genannten Scheitelwert während der vorbestimmten Zeitdauer T 1 infolge (p =180° negativ ist. Auch bei 9p = -90° (strichpunktierte Kurve) erfolgt in dem Beispiel nach F i g. 1 keine Meldung.
  • Diese Richtungsselektivität läßt sich, wie aus dem vorhergehenden folgt, durch Änderung der vorgegebenen Zeitdauer T1 ebenfalls verändern, da der betrachtete Fall (p = 180° der Extremfall ist. An dieser Stelle sei bemerkt, daß verständlicherweise im Gegensatz zu dem Beispiel nach F i g. 1 auch der Wert der stromproportionalen Spannung für eine vorgegebene Zeitdauer auf der Höhe ihres Scheitelwertes gehalten und dementsprechend während dieser Zeitdauer die Momentanwerte der spannungsproportionalen Spannung mit dem genannten Scheitelwert verglichen werden können. In diesem Falle wird eine Meldung während der positiven Halbwelle der stromproportionalen Spannung dann erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem genannten Scheitelwert und den Momentanwerten der spannungsproportionalen Spannung irgendwann während der vorgegebenen Zeitdauer negativ, d. h. der Scheitelwert der stromproportionalen Spannung größer als der Momentanwert der spannungsproportionalen Spannung, wird. Es soll aber zwecks Vereinfachung der Darstellung im folgenden, ohne daß hierdurch eine Beschränkung ausgesprochen wird, der Fall betrachtet werden, daß der Wert der spannungsproportionalen Spannung für die vorgegebene Zeitdauer auf der Höhe ihres Scheitelwertes gehalten und durch Vergleich mit den Momentanwerten der stromproportionalen Spannung die Differenz zwischen den Momentanwerten und dem genannten Scheitelwert gebildet wird.
  • In dem in F i g. 1 diagrammatisch dargestellten Verfahren ist weiterhin angenommen, daß sowohl bei der positiven als auch bei der negativen Halbwelle der spannungsproportionalen Spannung ein Vergleich vorgenommen wird. Ganz allgemein gesprochen stellt also F i g.1 ein Verfahren dar, bei dem der Wert der einen der beiden Spannungen - u 1 - bei der positiven und der negativen Halbwelle dieser Spannung für je eine vorbestimmte Zeitdauer - T1 bzw. T2 - auf der Höhe des Scheitelwertes der jeweiligen Halbwelle dieser Spannung gehalten wird, bei dem ferner innerhalb der jeweiligen Zeitdauer - T1 bzw. T2 - ein Vergleich der Momentanwerte der anderen der beiden Spannungen - u 2 - mit dem Scheitelwert der jeweiligen Halbwelle der einen der beiden Spannungen - u 1 - vorgenommen und die Meldung dann bewirkt wird, wenn die Differenzen zwischen den Momentanwerten und den Scheitelwerten der einzelnen Halbwellen während der jeweiligen Zeitdauer - T 1 bzw. T 2 - bestimmte Vorzeichen annehmen. Dabei wird man zweckmäßigerweise die der positiven Halbwelle zugeordnete Zeitdauer T1 gleich der der negativen Halbwelle zugeordneten Zeitdauer T2, wie dies in Fig.1 angenommen ist, wählen.
  • Verwendet man gemäß F i g. 1 als eine der beiden Spannungen die spannungsproportionale Spannung u 1 und als andere der beiden Spannungen die stromproportionale Spannung u2, so wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Meldung dann bewirkt, wenn die während der positiven Halbwelle der Spannung u 1 auftretende Differenz während der zugeordneten Zeitdauer T 1 positives und die während der negativen Halbwelle auftretende Differenz während der dieser zugeordneten Zeitdauer T2 negatives Vorzeichen annimmt. Verständlicherweise kann man als Meldekriterium auch die Tatsache benutzen, daß während der Zeit-Bauer T1 eine Differenz mit positivem Vorzeichen oder daß während der Zeitdauer T2 eine Differenz mit negativem Vorzeichen auftritt; es brauchen demzufolge nicht unbedingt beide Vorzeichenbedingungen zur Erzeugung einer Meldung herangezogen zu werden.
  • Man erkennt also, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken unabhängig von der im Fehlerfall auftretenden Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom des zu überwachenden Netzwerkes und mit sicherer Richtungsselektivität gestattet, wobei diese Vorteile nicht in zusätzlichen Verfahrensschritten oder - wie sich noch zeigen wird - zusätzlichen Schaltungsmitteln, sondern in der Eigenart des Verfahrens selbst begründet sind.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Diese Anordnung enthält eine Vergleichseinrichtung, die einerseits mit einer Speichereinrichtung, die den Scheitelwert der einen der beiden Spannungen für die vorbestimmte Zeitdauer speichert, und andererseits mit dem die andere der beiden Spannungen liefernden Schaltungsteil in Verbindung steht; ferner sind Schaltmittel vorgesehen, die Meldungen nur infolge während der jeweiligen Zeitdauer auftretender Differenzen zwischen Momentanwerten und Scheitelwerten zustande kommen lassen.
  • F i g. 2 zeigt als Blockschaltbild einen beispielsweisen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Man erkennt, daß die Vergleichseinrichtung V einerseits mit der Speichereinrichtung Sp und andererseits mit dem beispielsweise die stromproportionale Spannung u 2 liefernden Schaltungsteil S2 in Verbindung steht. Die Speichereinrichtung Sp wird in diesem Ausführungsbeispiel von dem die spannungsproportionale Spannung u 1 liefernden Schaltungsteil S 1 mit dem Scheitelwert der spannungsproportionalen Spannung u 1 gespeist, den sie für die in F i g. 1 mit T 1 und T 2 bezeichneten vorbestimmten Zeiten speichert. Selbstverständlich kann man sich, wie bereits oben angeführt, auf die Untersuchung bei nur einer Halbwelle der spannungsproportionalen Spannung u1 beschränken; das in F i g. 2 dargestellte Blockschaltbild gilt also ebenfalls wieder ohne Beschränkung nur für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Ferner können wiederum die Spannungen u1 und u2 vertauscht sein.
  • An der Leitung L 1 kann also die Spannung an dem zu überwachenden Netzwerk, an der Leitung L 2 der Strom in dem Netzwerk mittels geeigneter Wandler od. dgl. abgegriffen werden.
  • Weiterhin sind bei der Anordnung nach F i g. 2 Schaltmittel M vorgesehen, die Meldungen nur infolge während der jeweiligen Zeitdauer auftretender Differenzen bestimmten Vorzeichens zwischen Momentunwerten und Scheitelwerten zustande kommen lassen. Diese Aufgabe könnten die Schaltmittel in Abweichung von der in F i g. 2 wiedergegebenen Möglichkeit in der Weise lösen, daß sie den Ausgang A der gesamten Anordnung, der mit der Vergleichseinrichtung V in Verbindung steht, mit dieser nur während der jeweiligen Zeitdauer T1 und/oder T2 verbinden. In diesem Falle könnte also grundsätzlich auch außerhalb der jeweiligen Zeitdauer ein Signal in der Vergleichseinrichtung erzeugt werden, jedoch wird durch die Schaltmittel seineWeiterleitung an den Ausgang A der Anordnung, der beispielsweise eine Netzschutzeinrichtung speisen möge, unterbunden.
  • Im Falle der Anordnung nach F i g. 2 lösen die Schaltmittel M ihre oben definierte Aufgabe aber in der Weise, daß sie die gleichzeitige Zuführung der beiden Spannungen u 1 und u 2 zu der Vergleichseinrichtung V nur während der jeweiligen Zeitdauer T1 bzw. T2 zulassen. Im Prinzip unterbinden die Schaltmittel M also die Durchführung des Spannungsvergleichs außerhalb der jeweiligen Zeitdauer.
  • Zu diesem Zweck, d. h. zwecks von der jeweiligen Zeitdauer T1 bzw. T2 abhängiger Betätigung der Schaltmittel M, ist diesen eine aus der Spannung an dem Netzwerk gewonnene, d. h. an der Leitung L 1 abgegriffene Spannung u 3 als Betätigungsspannung zugeführt. Diese Betätigungsspannung wird in dem Schaltungsteil S3 erzeugt, der also beispielsweise Spannungswandler aufweisen wird. Insbesondere dann, wenn die Schaltmittel M Schalttransistoren enthalten, wird der Schaltungsteil S3 als Betätigungsspannung eine der spannungsproportionalen Spannung u 1, gewonnen im Schaltungsteil S 1, gegenphasige Spannung an die Schaltmittel M liefern, die im Falle der Verwendung von Schalttransistoren diesen als Basis-Emitter-Spannung zugeführt ist. Zwecks Sicherstellung einer zeitlich genau definierten Betätigung der Schaltmittel wird man bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung Schaltungselemente mit begrenzender Wirkung, wie Zenerdioden, zur Gewinnung einer rechteckförmigen Betätigungsspannung für die Schaltmittel M vorsehen.
  • Im Falle des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 wirken die Schaltmittel M sowohl auf die Speichereinrichtung Sp als auch auf die Vergleichseinrichtung V ein. Einerseits bilden sie nämlich außerhalb der jeweiligen Zeitdauer T 1 bzw. T 2 und einer dieser voraufgehenden, zur Speicherung des Scheitelwertes erforderlichen Zeit einen Entladekreis für die Speichereinrichtung Sp, so daß diese der Vergleichseinrichtung V keine Spannung zur Durchführung des Vergleichs zwischen Scheitelwert und Momentanwerten liefert, und andererseits schaffen die Schaltmittel während der zur Speicherung des Scheitelwertes erforderlichen Zeit beispielsweise einen niederohmigen Strompfad parallel zu dem die stromproportionale Spannung u2 liefernden Schaltungsteil S2. Dadurch wird sichergestellt, daß auch während der der jeweiligen Zeitdauer T1 bzw. T2 voraufgehenden, die Speicherung des Scheitelwertes der Spannung u1 ermöglichenden Zeit infolge Fehlens der Strom- ; proportionalen Spannung u2 die Vergleichseinrichtung V nicht arbeiten und demgemäß außerhalb der jeweiligen vorbestimmten Zeitdauer T1 bzw. T2 keine Meldung erzeugen kann.
  • Verständlicherweise ließe sich die Schaltungsanordnung in dieser Hinsicht auch in der Weise modifizieren, daß die Schaltmittel M die Verbindung zwischen dem Schaltungsteil S2 und der Vergleichseinrichtung V außerhalb der jeweiligen Zeitdauer T1 bzw. T2 auftrennen.
  • Die Wirkungsweise der Schaltmittel soll im folgenden zusammengefaßt nochmals an Hand der Diagramme der F i g. 3 erläutert werden. Im oberen Teil der F i g. 3 ist wiederum die Kurve für die mit ihrem Wert durch die Speichereinrichtung Sp während der jeweiligen Zeitdauer T 1 bzw. T 2 auf der Höhe ihres Scheitelwertes gehaltene spannungsproportionale Spannung u1 wiedergegeben, und zwar zwecks Vereinfachung der Darstellung für den Fall der Auswertung nur der negativen Halbwelle. Ferner zeigt der obere Teil der F i g. 3 den Verlauf der in dem Schaltungsteil S3 gewonnenen, zu der Spannung u1 gegenphasigen Betätigungsspannung u3 für die Schaltmittel M. Man erkennt aus dem unteren Teil der F i g. 3, daß die Schaltmittel M die Aufladung der Speichereinrichtung schon vor Beginn der vorbestimmten Zeitdauer T2 zulassen (Kurve k1), daß aber während dieser zur Speicherung erforderlichen Zeit die Schaltmittel M gemäß der Kurve k2 die stromproportionale Spannung u2 nicht an die Vergleichseinrichtung V gelangen lassen. In welcher Weise dies im einzelnen geschieht, d. h. welche Schaltungselemente an welchen Stellen der Anordnung vorgesehen sind, wird bei der folgenden Betrachtung der in F i g. 4 dargestellten beispielsweisen Schaltungsanordnung nach der Erfindung erläutert werden. Zuvor sei noch allgemein bemerkt, daß bei Heranziehung der positiven und der negativen Halbwellen zur Gewinnung eines Meldekriteriums getrennte Speichereinrichtungen und getrennte Schaltmittel vorhanden sein können.
  • Die Meldung kann durch Impulse realisiert werden, die durch Entstehen einer Differenz bestimmten Vorzeichens zwischen Momentanwerten und Scheitelwert der mehrfach genannten Spannungen infolge eines dann fließenden Stromes beispielsweise in einem der Vergleichseinrichtung zugeordneten Wandler entstehen können, so daß an den Sekundärklemmen dieses Wandlers Impulse dann erscheinen, wenn die genannte Differenz während der jeweiligen Zeitdauer das bestimmte Vorzeichen annimmt.
  • Im folgenden soll nun das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung im einzelnen beschrieben werden. Zur Erleichterung der übersicht haben wir die Figur im Sinne des Blockschaltbildes nach F i g. 2 durch Umrandung der jeweils Schaltungsgruppen bildenden Schaltungselemente ergänzt.
  • Die spannungsproportionale Spannung u 1 wird über den Transformator Tr1, die stromproportionale Spannung u2 über den Transformator Tr2 erzeugt. Den Kern der Anordnung bildet die Vergleichseinrichtung V, die als wesentliche Teile die beiden Dioden D 1 und D2, an deren Stellen andere Elemente mit Gleichrichterwirkung treten können, sowie die Primärwicklung des Transformators Tr 3, an dessen Stelle auch ein Verstärker treten kann, enthält. Die Sekundärwicklung des Transformators Tr3 im unteren Teil der F i g. 4 gehört zum Ausgang A der Anordnung; ihr sind in diesem Ausführungsbeispiel die Diode D 3 sowie der Widerstand R 1 parallel geschaltet. Die Polung der Diode D 2 ist so gewählt, daß nur beim Auftreten einer Differenz mit negativem Vorzeichen zwischen den Momentanwerten der der Speichereinrichtung stromproportionalen Spannung u2 einerseits und dem in der Speichereinrichtung Sp gespeicherten Scheitelwert der spannungsproportionalen Spannung u 1 andererseits ein Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr3 fließt, so daß demgemäß auch nur bei Erfüllung der genannten Vorzeichenbedingung in der Sekundärwicklung des Transformators Tr3, d. h. am Ausgang der Anordnung, die als Meldung dienenden Impulse erscheinen.
  • Die Vergleichseinrichtung V ist einerseits mit der Speichereinrichtung Sp und andererseits mit dem die Spannung u2 erzeugenden Schaltungsteil S2 elektrisch verbunden.
  • Die Speichereinrichtung Sp enthält als wesentliches Element den Kondensator C sowie die Diode D 4. Die Diode D 4 verhindert, daß sich der Kondensator C über die Sekundärwicklung des Transformators Trl, der in diesem Ausführungsbeispiel noch der Widerstand R 2 vorgeschaltet ist, entladen kann und sorgt ferner dafür, daß der Kondensator C nur während der Halbwellen einer vorgegebenen Polarität aufgeladen werden kann. Die Entladung des Kondensators erfolgt über den Bestandteil der Schaltmittel M bildenden Schalttransistor Stl, dem als Betätigungsspannung die an einer weiteren Sekundärwicklung des Transformators Trl stehende, zu der Spannung u 1 gegenphasige Spannung u 3 zugeführt wird. Zwecks Sicherheit der Arbeitsweise des Transistors Stl auch bei Störungen, überspannungen usw. wird die Spannung u3 unter Verwendung von Zenerdioden Z 1 und Z 2 als Schaltungselemente mit Begrenzerwirkung sowie des Verstärkers V 1 in eine rechteckförmige Spannung u 4 umgewandelt, die als Betätigungsspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors St l liegt. Zu der Begrenzerschaltung gehört ferner der Widerstand R3. Die ZenerdiodeZ3 dient als überspannungsschutz für den Schalttransistor St 1.
  • Infolge der Gegenphasigkeit der Betätigungsspannung u 4 des Schalttransistors in bezug auf die Spannung u1 ist der Schalttransistor St l dann hochohmig, d. h. nichtleitend, wenn die entsprechend gepolte Diode D 4 die Aufladung des Speicherkondensators C zuläßt. Dagegen bestimmt der Schalttransistor St1 durch Beginn seines leitenden Zustandes den Augenblick des Beginns der Entladung des Kondensators C über den Entladewiderstand R 4.
  • Die zeitlichen Zusammenhänge zwischen der Wirkungsweise des Schalttransistors Stl und dem Verlauf der Spannung u 1 läßt F i g. 3 erkennen. Die bisher mit k1 bezeichnete Kurve gibt den Verlauf der rechteckförmigen Betätigungsspannung u 4 für diesen Schalttransistor wieder. Nur während des Zeitraumes zwischen co t = 0 bis au t = n ist der Schalttransistor gesperrt, d. h. während des Zeitraumes 0 bis n/2 läßt er die Aufladung des Speicherkondensators C auf den Scheitelwert in diesem Ausführungsbeispiel der negativen Halbwelle der spannungsproportionalen Spannung u 1 zu und verhindert während der vorbestimmten Zeitdauer T2, die sich in diesem Ausführungsbeispiel von z/2 bis -c erstreckt, die Entladung des Kondensators C über den Entladewiderstand R 4. Das bedeutet, daß der Vergleichseinrichtung während des Zeitraumes von 0 bis n vom Kondensator C eine Spannung zugeführt wird.
  • Es muß, da nur die während der Zeitdauer T2 ermittelten Differenzen bei Erfüllung der vorbestimmten Vorzeichenbedingung eine Meldung erzeugen sollen, dafür gesorgt werden, daß außer während der Zeitdauer T2 keine Meldung erfolgt, d. h. daß auch während des Zeitintervalls von 0 bis a/2, an dem der Kondensator C an sich eine Spannung an die Vergleichseinrichtung V liefert, keine Meldung erfolgt. Diese Aufgabe löst der weitere, den Schaltmitteln M zugeordnete Schalttransistor St2 im oberen Teil der F i g. 4. Dieser Schalttransistor schafft nämlich unter Verwendung weiterer, noch zu beschreibender Schaltungselemente einen niederohmigen Parallelstrompfad zu dem die stromproportionale Spannung u 2 erzeugenden Schaltungsteil S2, der in diesem Ausführungsbeispiel den Stromwandler Tr2 sowie die Widerstände R 5 und R 6 enthält, während derjenigen Zeiten, in denen eine Meldung nicht erzeugt werden soll. Sofern nämlich der Schalttransistor St2 niederohmig ist, schließt sich der Stromkreis für die Spannung u 2 über ihn unter Umgehung der Diode D 2, so daß die Spannung u2 am Widerstand R6 abfällt und auch bei Vorhandensein des Scheitelwertes der Spannung u 1 am Kondensator C die Spannung an der Diode D 2 nicht so gerichtet ist, daß diese Diode durchlässig wird. Während dieser Zeiten wird also der Diode D 2 die Spannung u 2 nicht zugeführt und ein Vergleich unterbunden. Die in Reihe mit dem Widerstand R 6 liegende Diode D 5 sorgt ähnlich wie die Diode D 4 dafür, daß nur Halbwellen einer bestimmten Polarität bei dem Vergleich berücksichtigt werden.
  • Auch die etätigungsspannung für den Schalttransistor St 2 wird über eine Sekundärwicklung des Transformators Trl aus der Spannung an dem zu überwachenden Netzwerk gewonnen. Da demgemäß die Spannung u 5 infolge der in F i g. 4 gezeigten Anordnung der entsprechenden Sekundärwicklung des Transformators Tr 1 genau in Phase mit der spannungsproportionalen Spannung u 1 liegt und gemäß dem Diagramm in F i g. 3 mittels des Schalttransistors St2 dafür gesorgt werden muß, daß während des Zeitraumes co t = 0 bis g/2 die Spannung u2 nicht an die Diode D 2 in der Vergleichseinrichtung V gelangt, ist die phasenverschiebende Einrichtung P vorgesehen, die aus Kondensatoren und Widerständen in aus F i g. 4 ersichtlicher Zusammenschaltung besteht und in diesem Ausführungsbeispiel eine der Spannung u 1 um y = 90° nacheilende Spannung u 6 abgibt. Diese nacheilende Spannung wird ähnlich der Betätigungsspannung u4 für den Schalttransistor St 1 mittels der Zenerdioden Z4 und Z5 und des Widerstandes R 7 in eine rechteckförmige Spannung umgewandelt, die nun nach Verstärkung mittels des Verstärkers V2 die eigentliche Betätigungsspannung u7 für den Schalttransistor St2 darstellt. Der Verlauf der Spannung u7 ist in F i g. 3 durch die bisher als k2 bezeichnete Kurve dargestellt. Man erkennt, daß nur während der vorgegebenen Zeitdauer T2 beide Schalttransistoren St1 und St2 gesperrt sind, d. h., daß nur während dieser Zeitdauer der Vergleichseinrichtung V die beiden zu vergleichenden Spannungen zugeführt werden. Demgemäß fließt nur dann und bei Erfüllung der hinsichtlich der Differenz geltenden Vorzeichenbedingungen ein Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr3, so daß auch nur dann an seiner den Ausgang A der gesamten Anordnung bildenden Sekundärwicklung die die Meldung darstellenden Impulse abgegriffen werden können.
  • Verständlicherweise kann man die vorgegebene Zeitdauer T2 durch Änderung der Phasenverschiebung y infolge Änderung der Dimensionierung der einzelnen Schaltungselemente des Phasenschiebers P in gewünschter Weise den jeweiligen Anforderungen anpassen.
  • Die gemäß der Kurve für die Spannung u 6 nach dem Zeitpunkt n an der Diode D 2 stehende Spannung u2 kann, obwohl der Schalttransistor St2 gesperrt ist, keinen Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr3 hervorrufen, weil der Schalttransistor Stl leitend ist und einen niederohmigen Strompfad parallel zu der Primärwicklung des Transformators Tr 3 darstellt.
  • In F i g. 4 sind die beschriebenen Schaltungselemente zweimal vorhanden; die den genannten Schaltungselementen entsprechenden Elemente sind mit denselben Bezugszeichen, aber gestrichen, versehen. Sie dienen dazu, außer während der mit den im einzelnen beschriebenen Elementen erfolgenden Auswertung der negativen Halbwellen der spannungsproportionalen Spannung u1 auch deren positive Halbwellen zur Erzielung eines Meldekriteriums heranzuziehen. Da die Wirkungsweise dieser zusätzlichen Schaltungselemente derjenigen der beschriebenen Schaltungselemente sinngemäß entspricht, braucht hierauf nicht mehr eingegangen zu werden. In diesem Fall erfolgt eine Meldung dann, wenn die Differenz zwischen den positiven Momentanwerten der Spannung u2 und dem gespeicherten positiven Scheitelwert der Spannung u 1 während der- entsprechenden Zeitdauer positives Vorzeichen annimmt.
  • Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können z. B., wie in F i g. 4 angedeutet, an geeigneten Stellen überspannungsableiter bzw. Schaltmittel mit Schwellwert zur Vermeidung von überspannungen angeordnet sein. Weiterhin können die Spannungen u 1 und u 2 hinsichtlich der Bildung der Momentanwerte und der Speicherung des Scheitelwertes unter Berücksichtigung der sich dann ergebenden Vorzeichenbedingungen für die Gewinnung einer Meldung gegeneinander ausgetauscht werden. Außerdem ist es nicht erforderlich, beide Halbwellen zur Messung heranzuziehen, obwohl diese Lösung im Hinblick auf die angestrebte Schnelligkeit des Ansprechens nachgeschalteter Schutzeinrichtungen od. dgl. besonders günstig ist. In gewissem Umfang ist auch eine Mischimpedanzmessung möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechend aufgebaute Anordnung bieten eine Möglichkeit zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken, die ohne zusätzlichen Aufwand unabhängig von Änderungen des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung in dem Netzwerk ist und außerdem Störungen richtungsselektiv zu erfassen gestattet.

Claims (18)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erfassung von Fehlern in elektrischen Netzwerken, bei dem zwei Spannungen, von denen die eine der Spannung an dem Netzwerk und die andere dem Strom in dem Netzwerk proportional ist, zur Gewinnung eines Meldekriteriums benutzt werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Wert einer der beiden Spannungen (u1) für eine durch die gewünschte Richtungsselektivität vorbestimmte Zeitdauer (T1) auf der Höhe des Scheitelwertes dieser Spannung gehalten wird, daß innerhalb dieser Zeitdauer ein Vergleich der Momentanwerte der anderen der beiden Spannungen (u2) mit dem genannten Scheitelwert vorgenommen und daß eine Meldung dann bewirkt wird, wenn die Differenz zwischen den Momentanwerten und dem genannten Scheitelwert während der vorbestimmten Zeitdauer (T1) ein bestimmtes Vorzeichen annimmt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der einen der beiden Spannungen (u 1) bei der positiven und der negativen Halbwelle dieser Spannung für je eine vorbestimmte Zeitdauer (T1, T2) auf der Höhe des Scheitelwertes der jeweiligen Halbwelle dieser Spannung gehalten wird, daß innerhalb der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) ein Vergleich der Momentanwerte der anderen der beiden Spannungen (u2) mit dem Scheitelwert der jeweiligen Halbwelle der einen der beiden Spannungen vorgenommen und daß die Meldung dann bewirkt wird, wenn die Differenzen zwischen den Momentanwerten und den Scheitelwerten der einzelnen Halbwellen irgendwann während der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) bestimmte Vorzeichen annehmen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der positiven Halbwelle zugeordnete Zeitdauer(T1) gleich der der negativen Halbwelle zugeordneten Zeitdauer (T2) ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der beiden Spannungen (u 1) die spannungsproportionale Spannung und als andere der beiden Spannungen (u2) die stromproportionale Spannung verwendet und die Meldung dann bewirkt wird, wenn die während der positiven Halbwelle der spannungsproportionalen Spannung (u 1) auftretende Differenz während der zugeordneten Zeitdauer (T1) positives und/oder die während der negativen Halbwelle auftretende Differenz irgendwann während der zugeordneten Zeitdauer (T2) negatives Vorzeichen annimmt.
  5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (Fig.2: V) vorhanden ist, die einerseits mit einer Speichereinrichtung (Sp), die den Scheitelwert der einen der beiden Spannungen (u 1) für die vorbestimmte Zeitdauer (T1, T2) speichert, und andererseits mit dem die andere der beiden Spannungen(u2) liefernden Schaltungsteil(S2) in Verbindung steht, und daß Schaltmittel (M) vorgesehen sind, die Meldungen nur infolge während der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) auftretender Differenzen zwischen Momentanwerten und Scheitelwerten zustande kommen lassen.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (M) den Ausgang (A) der Anordnung nur während der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) mit der Vergleichseinrichtung (V) verbinden.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (M) die gleichzeitige Zuführung der beiden Spannungen (u 1, u 2) zu der Vergleichseinrichtung(V) nur während der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) zulassen. B.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks von der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) abhängiger Betätigung der Schaltmittel (M) diesen eine aus der Spannung am Netzwerk gewonnenen Spannung (u3) als Betätigungsspannung zugeführt ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (M 3), wie Transformatorwicklungen, vorgesehen sind, die als Betätigungsspannung eine zu der spannungsproportionalen Spannung (u l) gegenphasige Spannung (u3) abgeben.
  10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (M) Schalttransistoren (F i g. 4: St 1, St 2) enthalten.
  11. 11. Anordnung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenphasige Betätigungsspannung (u3) den Schalttransistoren (St1, St2) als Basis-Emitter-Spannung zugeführt ist.
  12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungselemente mit Begrenzerwirkung, wie Zenerdioden (Z1, Z2, Z4, Z5) zur Gewinnung einer rechteckförmigen Betätigungsspannung (u4, u6) vorgesehen sind.
  13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (M) außerhalb der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) einen niederohmigen Strompfad parallel zu zumindest einem der die beiden Spannungen (u 1, u2) liefernden Schaltungsteile (S1, S2) schaffen.
  14. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel sowohl außerhalb der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) und einer dieser voraufgehenden, zur Speicherung des Scheitelwertes erforderlichen Zeit einen Entladekreis (R4, Stl) für die Speichereinrichtung (Sp) bilden als auch während der zur Speicherung des Scheitelwertes erforderlichen Zeit einen niederohmigen Strompfad (St2) parallel zu dem die andere der beiden Spannungen (u2) liefernden Schaltungsteil (S2) schaffen.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß den den niederohmigen Strompfad schaffenden Schaltmitteln (St2) ihre Betätigungsspannung (u6) über einen Phasenschieber (P) zugeführt wird.
  16. 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (Sp) Kondensatoren (C) sowie gleichrichtende Elemente (D4) enthält, die nur bei Halbwellen einer Polarität die Aufladung der Kondensatoren (C) zwecks Speicherung des Scheitelwertes zulassen und die Entladung der Kondensatoren (C) über den die eine der beiden Spannungen (u1) liefernden Schaltungsteil (S1) verhindern.
  17. 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die positiven und die negativen Halbwellen getrennte Speichereinrichtungen (Sp, Sp') und Schaltmittel (M, M') vorhanden sind.
  18. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (V, V') einen mit seinen Sekundärklemmen den Ausgang (A) der Anordnung bildenden Wandler (Tr3, Tr3') sowie gleichrichtende Elemente (D1, D2, D Y, D2') in solcher Anordnung enthält, daß an den Sekundärklemmen die Meldung darstellende Impulse dann erscheinen, wenn die Differenz zwischen den Momentanwerten und dem jeweiligen Scheitelwert während der jeweiligen Zeitdauer (T1, T2) das bestimmte Vorzeichen annimmt.
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