DE1302257B - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßschaltungs- U₁ — Z_RlI — kU,

anordnung für elektronische Relais, die einen Phasen- [/ = z_R „/ + k U.
vergleich zwischen von Strom und Spannung des zu 65

schützenden Netzes abgeleiteten Meßgrößen durch- In diesen Gleichungen sind Z_Rl und Z_R2 Abbildführt. Eine solche Meßschaltungsanordnung ist be- impedanzen, bestehend aus einer Induktivität und kannt (deutsche Auslegeschrift 1 009 274). einem einstellbaren Widerstand, an welchen strom-

proportionale Spannungen abgegriffen werden, Mit k zapfur^en der Wicklung des Spannungswandlers für

ist ein einstellbarer Faktor bezeichnet. Mit diesem die Meßgrößen,

■ Faktor wird die über Stromwandler abgegriffene, der Auch kann die Einstellung der Reichweite des ReNetzspannung proportionale Spannung U in die lais durch entsprechende Wahl der primärseitigen Messung eingeführt. _s windungszahl des Spannungswandlers erfolgen.

Das Ansprech-bzw. Auslösekriterium der jeweiligen In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

Phascnvergleichsschaltung ist die Größe des Über- dung besteht das stromerfassende Glied aus einem

deckungswinkels φ der beiden Eingangsgrößen CZ₁, ü_t. Stromwandler, auf dessen Sekundärseite eine Ab-

φ {ja_v — υ ) > _ft. _t bildimpedanz vorgesehen ist.

i° Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,

Sobald dei Uberdeckungswinkel ψ größer als ein daß eine Phasenvergleichsschaltung für die Meßvorgegebener Ansprechwinkel α ist, spricht die Schal- größen jeweils aus einem UND-Glied, einer Intetung an. Für α = 90° ergeben sich kreisförmige An- grierstufe sowie einem Pegeldetektor und einem Kippsprechkennhmen, für α größer als 90° linsenförmige glied besteht.

Kennlinien. Im allgemeinen geht die für beide Kreis- 15 Die Meßschaltungsanordnung nach der Erfindung

abschnitte der Kennlinie gemeinsame Sehne be- läßt sich mit Vorteil insbesondere als winkelabhängige

zichungsweise ein Durchmesser des Kreises durch Anregeschaltung für Distanzrelais verwenden. In

den Ursprung des Koordinatensystems der Impedanz- diesem Fall wird der Ansprechwinkel derart gewählt,

ebene. Der Ursprung entspricht dem Relaiseinbau- daß sich eine linsenförmige Kennlinie ergibt. Die

ort. In diesem Falle sind aber die Abbildimpedanzen ao Hauptachse der Kennlinie bzw. die gemeinsame Sehne

Zk₁, Z_/<2 phasengleich, der Kreisabschnitte wird durch entsprechende Wahl

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei einer Meß- der Abbildimpedanz in Richtung des Leitungswinkels

schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelegt. Die Reichweite, insbesondere in Vorwärts-

darin, den Schaltungsaufwand zu verringern und dis richtung, läßt sich mittels Einstellung des k-Faktors Einstellung der Auslösecharakteristik zu vereinfachen. 25

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- bestimmen. (Für die Reichweite in Vorwärtsrichtung

J öst, daß die erste Ausgangsklemme eines strom- ^

erfassenden Gliedes direkt mit einer sekundären j_st U=O. Daraus folgt ζ = -- = ^A ,
Zwischenanzapfung eines primär an den Netzklemmen IkI
liegenden Spannungswandlers verbunden ist und daß 30 Die Vorgabe der Ansprechimpedanz für den Lastdie einer Phasenvergleichsschaltung zugeführten fall geschieht durch Wahl des Ansprechwinkels α. Meßgrößen zwischen der zweiten Ausgangsklemme — Auf diese Weise ergibt sich beispielsweise eine des stromerfassenden Gliedes und den Enden der teilverschobene linsenförmige Kennlinie, bei der die Sekundärwicklung des Spannungswandlers abgreifbar Anregung für den Kurzschlußwinkel dreimal so emp^smd. 35 findlich ist wie für den Lastwinkel.

Der erfindungsgemäßen Meßschaltungsanordnung Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines in

liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das durch den der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels

Überdeckungswinkel φ gegebene Meßkriterium prak- näher erläutert werden:

tisch nicht verändert wird, wenn bei Phasengleichheit Das stromerfassende Glied ist mit 1 bezeichnet. Es von Z_{R ί} und Z_{R 2} beispielsweise die Gleichung für U₂ 40 wird im Ausführungsbeispiel von einem Wandler 20 mit dem Quotienten Z_R JZ_{R 2} multipliziert wird. Der mit zwei Primärwicklungen 8, 9 und einer Sekundär-Quotient stellt dabei lediglich einen Proportionalitäts- wicklung 7 gebildet, an die eine Abbildimpedanz, befaktor dar, der das Phasenkriterium praktisch nicht stehend aus einer Induktivität 5 und einem einstellbeeinträchtigt oder durch einen entsprechenden Ver- baren Widerstand 6, angeschlossen ist. Durch entsprestärkungsfaktor einer nachgeschalteten Einrichtung 45 chende Wahl des einstellbaren Widerstandes 6 läßt jederzeit wieder ausgeglichen werden kann. Für die sich der Innenwinkel der Abbildimpedanz an den jeerfindungsgemäße Meßschaltungsanordnung werden weiligen Leitungswinkel anpassen. Damit wird die dementsprechend die Eingangsgrößen Größe Z_{R x} in den Gleichungen für die Eingangs- U _{= z} I — kU größen U₁, U₂' vorgegeben. — Den Primärwicklun-^{1 Λ} ι ' 5o gen 8 und 9 werden — wie in der Zeichnung angege- Ji _ ₇ η TT _ 7 j 1 / Z_ßl .. ben — der Leiterstrom I_R bzw. der Summenstrom I_M U₂, — ζ_Λι/Ζκ,- ΙΛ, — i_Rli + /<■·_-— υ zugeführt. Dies gilt für eine Impedanzmessung bei

^Λζ Erdkurzschlüssen. Zur Messung der Impedanz bei

verwendet. Fehlern zwischen verschiedenen Phasenleitern sind

Die mit der neuartigen Meßschaltungsanordnung 55 den Primärwicklungen des Wandlers 20 die entspreerzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, daß man chenden Phasenströme zuzuführen,
durch Einführung einer abgeleiteten Eingangsgröße Statt des Wandlers 20 mit nachgeschalteter Ab- (U,/) mit nur einer einstellbaren Impedanz auskommt bildimpedanz S, 6 läßt sich auch ein Transaktor vor- und dabei eine in beiden Richtungen einstellbare sehen. Bei letzterem erfolgt die phasenmäßige EinKennlinie erzielt. 60 stellung der sekundärseitig angegebenen strompropor-

In einer bevorzugten Ausführungsform der Eifin- tionalen Größe durch eine entsprechende Wahl des

dung hat die Wicklung des Spannungswandlers zur Luftspaltes des Transaktors.

Einstellung des Verhältnisses der Reichweite in Vor- Die der Spannung proportionale Größe der Meß-

wärtsrichtung zur Reichweite in Rückwärtsrichtung schaltung wird der Primärwicklung 4 eines Spannungs-

mehrere Zwischen anzapfungen. 65 wandlers 2 zugeführt. Für Impedanzmessung bei

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung Erdkurzschlüssen ist dies die Phasenspannung. Die

erfolgt die Einstellung der Reichweite des Relais Sekundärwicklung 3 des Spannungswandlers 2 besitzt

durch gegenläufige Wahl von sekundärseitigen An- eine Zwischenanzapfung, die mit einem Pol des

stromerfassenden Gliedes 1 verbunden ist. Durch Sprechverzögerung. Die Abfallverzögerung des Zeitdiese Verbindung wird erreicht, daß eine der Span- gliedes ist mindestens gleich einer Halbwelle, so daß nung proportionale Größe sowohl zu der strompro- im Fehlerfall ein kontinuierliches Ausgangssignal abportionalen Größe addiert als auch von dieser sub- gegeben wird.

trahiert wird, ohne daß gesonderte Anordnungen für 5 Es kann zweckmäßig sein, eine zusätzliche, in der die stromproportionale Größe erforderlich werden. Zeichnung nicht gezeigte Schwellwertstufe vorzusehen, Die Eingangsgrößen für die Meßschaltungsanordnung die erst oberhalb eines bestimmten Wertes des Nennstromes, beispielsweise bei 0,5 /,„ anspricht. Der Aus-

V-j, = Z_RlI — kU, ggjjg diesej- zusätzlichen Schwellwertstufe wird je-

Zr₁ ίο weils mit einem weiteren Eingang des UND-Gliedes

"y ^ 12 bzw. 15 verbunden, so daß die Meßschaltungs-

^R% anordnung erst bei Überschreiten des Wertes von

lassen sich somit jeweils zwischen einem weiteren Pol 0,5 /„ freigegeben wird.

des stromerfassenden Gliedes 1, das die strompropor- Die in der Zeichnung dargestellte Meßschaltungs-

tionale Größe liefert, und einer für jede Eingangs- 15 anordnung arbeitet wie folgt:

größe U₁, U₂ an verschiedenen Enden der Sekundär- Dem stromerfassenden Glied 1 werden der Leiterwicklung 3 des Spannungswandlers 2 liegenden Anzap- strom I_R und der Summenstrom/_M zugeführt. Durch fung abgreifen. Die Lage der Zwischenanzapfung be- die auf der Sekundärseite des Wandlers 20 vorstimmt dabei das Verhältnis der Reichweite in Vor- gesehene Abbildimpedanz wird die stromproportiowärtsrichtung zur Reichweite in Rückwärtsrichtung. _ao nale Größe phasenmäßig um den Betrag des Lei-Die Reichweite selbst wird bei der im Ausführungs- tungswinkels gedreht, so daß bei metallischem Kurzbeispiel gezeigten Meßschaltung durch gegenläufige schluß am Eingang der Meßschaltungsanordnung die Wahl der sekundärseitigen Anzapfungen der Sekun- dem Strom proportionale Größe und die der Spandärwicklung 3 des Spannungswandlers 2 eingestellt. nung proportionale Größe phasengleich sind. Durch Die Einstellung erfolgt dabei durch einen Schalter 21. ₂₅ die Verbindung eines Pols des stromerfassenden Die Eingangsgrößen IZ₁, IZ₂' die die Meßgrößen für Gliedes 1 mit einer Zwischenanzapfung des Spandie Phasenvergleichsschaltung darstellen, werden je- nungswandlers 2 wird sowohl zu dieser stromproporweils über einen Verstärker 10 bzw. 11 den Phasen- tionalen Größe eine der Spannung proportionale Vergleichsschaltungen zugeführt. Im Ausführungsbei- Größe addiert als auch subtrahiert. Die Eingangsspiel besteht eine Phasenvergleichsschaltung jeweils ₃₀ größen U₁, U₂' werden zwischen einem weiteren Pol aus einem UND-Glied 12 bzw. 15, einer Integrier- des stromerfassenden Gliedes 1 und verschiedenen stufe 16 bzw. 17 sowie einem Pegeldetektor 18 und Enden der Sekundärwicklung 3 des Spannungswandeinem Kippglied 19. Das UND-Glied 12 mit der lers 2 abgegriffen. Diese Größen werden durch nicht nachgeschalteten Integrierstufe 16 dient dabei zur näher bezeichnete antiparallelgeschaltete Dioden hin-Erfassung von positiven Halbwellen, während das ₃₅ sichtlich ihres Amplitudenwertes begrenzt und von UND-Glied 15 mit der nachgeschalteten Integrier- den Verstärkern 10, 11 verstärkt. Damit liegen am stufe 17 negative Halbwellen erfaßt. Dementspre- Ausgang der Verstärker 10, 11 praktisch Rechteckchend ist das UND-Glied 15 über Phasenumkehr- impulse vor. Im fehlerfreien Fall überdecken sich stufen 13 und 14 an die Ausgänge der Verstärker IO diese Impulse phasenmäßig nur gering, so daß der bzw. 11 angeschlossen. Die Ausgänge der Integrier- ₄₀ Pegeldetektor 18 nicht anspricht. Tritt jedoch ein stufen 16, 17 sind mit dem gemeinsamen Pegeldetek- Fehler auf, ergibt sich phasenmäßig eine große Übertor 18 verbunden. Die Einstellung des Ansprech- deckung der von den Verstärkern 10,11 abgegebenen winkeis « der Phasenvergleichsschaltung erfolgt durch Rechteckimpulse. Entsprechend der Überdeckungseine entsprechende Wahl des Ansprechpegels des zeit erscheinen am Ausgang des UND-Gliedes 12 für Pegeldetektors 18. ₄₅ positive Halbwellen bzw. des UND-Gliedes 15 für

In Abwandlung der im Ausführungsbeispiel ge- negative Halbwellen Impulse. Diese Impulse werden zeigten Phasenvergleichsschaltung kann diese jeweils in den Integrierstufen 16 bzw. 17 Integriert, wobei im aus einem UND-Glied sowie einem ansprech- und Fehlerfall der Ansprechwert des Pegeldetektors 18 abfallverzögerten Zeitglied bestehen. Das ansprech- überschritten wird. Dieser spricht an, und sein Aus- und abfallverzögerte Zeitglied ersetzt dabei vorteil- _So gangssignal wird vom KippgHed 19 verstärkt an nachhafterweise die Integrierstufen 16, 17, den Pegel- geschaltete Einrichtungen der Schutzrelaisschaltung detektor 18 und das Kippglied 19. Die Ausgänge der weitergegeben. Bei Verwendung der Meßschaltungs-UND-GBeder 12, 15 sind in diesem Fall jeweils an anordnung nach der Erfindung als Anregeschaltungseinem ODER-Eingang des ansprech- und abfaüver- anordnung werden durch das Ausgangssignal des zögerten ZeitgHedes angeschlossen. Die Einstellung ₅₅ Kippgliedes 19 insbesondere die Meßschartungsandes Ansprechwinkels * erfolgt durch Wahl der An- Ordnungen des Schutzrelais freigegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 Es ist bekannt, Summen- und Differenzgrößen von Patentansprüche: Strömen und/oder von von Spannungen abgeleiteten Strömen mittels Mischwandler zu bilden, wobei die

1. Meßschaltungsanordnung für elektronische einzelnen Ströme jeweils einer gesonderten Wicklung Relais, die einen Phasenvergleich zwischen von δ zugeführt werden.

Strom und Spannung des zu schützenden Netzes Ferner 1st es bekannt, Spannungen zu addieren abgeleiteten Meßgrößen durchführt, dadurch oder zu subtrahieren, indem die Sekundärwicklungen gekennzeichnet, daß die erste Ausgangs- entsprechender Übertrager in Reihe oder gegeneinklemme eines stromerfassenden Gliedes (1) direkt ander geschaltet werden.

mit einer sekundären Zwischenanzapfung eines io Welter ist — wie eingangs erwöhnt — ein Distanzprimär an den Netzklemmen liegenden Span- relais mit einem richtungsempfindlichen Organ benungswandlers (2) verbunden ist und daß die kannt, bei dem das richtungsempfindliche Organ aus einer Phasenvergleichsschaltung zugeführten Meß- einem Hilfstransformator, nichtlinearen Impedanzgrößen (CZ₁, CZ_B') zwischen der zweiten Aus- elementen in Modulatorschaltung und einer polarigangsklemme des stromerfassenden Gliedes (1) 15 sierten Relaisanordnung gebildet ist, die an die Aus- und den Enden der Sekundärwicklung (3) des gangsseite der Modulatorschaltung angeschlossen ist. Spannungswandlers (2) abgreifbar sind. Die Änderung der Lage und Größe der Auslöse-

2. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1, charakteristik dieses Distanzrelais erfolgt durch Ändadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundär- derung von Impedanzen, die im Strom- und Spanwicklung (3) des Spannungswandlers (2) zur Ein- 20 nungspfad angeordnet sind. Die Strom- und Spanstellung des Verhältnisses der Reichweite in nungspfade sind dabei miteinander vermascht. Ände-Vorwärtsrichtung zur Reichweite in Rückwärts- rungen einer Impedanz wirken sich daher sowohl richtung mehrere Zwischenanzapfungen vor- strom- als auch spannungsseitig aus. Damit wird die gesehen sind. Einstellung des Relais schwierig, da bei einer solchen

3. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1 25 sowohl eine Einstellung auf den Winkel der zu schütoder2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reich- zenden Leitung wie auch der Reichweite (in Vorweite des Relais durch gegenläufige Wahl von wärts- und Rückwärtsrichtung) vorzunehmen ist. Anzapfungen der Sekundärwicklung (3) des Span- Darüber hinaus gestattet das bekannte Distanzrelais nungswandlers (2) für die Meßgrößen (CZ₁, CZ₂') nicht die Einstellung einer linsenförmigen Kennlinie, einstellbar ist. 30 bei der sich günstigerweise eine unterschiedliche An-

4. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1 sprechimpedanz für den Lastwinkel und den Kurzoder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reich- Schlußwinkel wählen läßt (deutsche Auslegeschrift weite des Relais durch entsprechende Wahl der 1009 274).

primärseitigen Windungszahl des Spannungs- Außerdem sind Distanzrelais bekanntgeworden,

Wandlers (2) einstellbar ist. 35 die mitteis Hallmultiplikator arbeiten oder bei denen

5. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1, Vergleichsimpedanzen vorgesehen sind. Die Kenndadurch gekennzeichnet, daß das stromerfassende linien dieser Relais überdecken jedoch nicht den EinGlied (1) aus einem Stromwandler (20) besteht, bauort des Relais. Damit treten bei der jeweiligen auf dessen Sekundärseite eine Abbildimpedanz (5, Meßschaltungsanordnung nicht die Fragen einer Ein-6) vorgesehen ist. 40 stellung der Kennlinie in Vorwärts- und Rückwärts-

6. Meßschaltungsanordnung nach einem der richtung in Verbindung mit einer Einstellung auf Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Leistungswinkel auf (deutsche Patentschrift eine Phasenvergleichsschaltung für die Meßgrößen 1130 051).

(CZ₁, CZ₃') jeweils aus einem UND-Glied (12, 15), Bei einem elektronischen Relais ist es mit Rückeiner integrierstufe (16, 17), einem Pegeldetektor 45 sieht auf den bei diesem möglichen geringen VA-(18) und einem Kippglied (19) besteht. Verbrauch zweckmäßig, die den Netzgrößen propor-

7. Meßschaltungsanordnung nach einem der tionalen Größen nicht durch Ströme, sondern durch Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungen darzustellen. Damit entfällt eine Sumeine Phasenvergleichsschaltung für die Meß- men- und Differenzbildung durch Mischwandler. Zur größen (U₁, U₂) jeweils aus einem UND-Glied 50 Bildung der Eingangsgrößen CZ₁, CZ₂ einer Phasenver-(12, 15) und einem ansprech- und abfallverzöger- gleichsschaltung sind daher zwei stromseitige Anten Zeitglied besteht. Ordnungen mit jeweils einer Ersatzimpedanz sowie

8. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 6 gesonderte Wicklungen für den Übertrager im Spanoder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die UND- nungspfad erforderlich. Eine derartige Auslegung der Glieder (12,15) jeweils einen dritten Eingang auf- 55 Meßschaltungsanordnung bedingt sowohl einen erweisen, der mit dem Ausgang einer schwellwert- höhten Aufwand an Bauteilen als auch einen erhöhabhängigen Strommeßeinrichtung verbunden ist. ten Aufwand für den Abgleich und die Einstellung

. '' der jeweiligen doppelt ausgelegten Bauteile.

Für die vorstehend erwähnten Eingangsgrößen CZ₁,

60 U₂ der Phasenvergleichsschaltung gelten die Beziehungen