DE1438906A1

DE1438906A1 - Selektive Fehleranzeige in Gleichstromnetzen

Info

Publication number: DE1438906A1
Application number: DE19651438906
Authority: DE
Inventors: Bertil Hammarlund
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1964-12-19
Filing date: 1965-12-14
Publication date: 1969-08-07
Also published as: CH462294A; FR1460344A; GB1123363A; JPS4316410B1; US3421052A; SE301183B

Description

DIPL-ING. H.MISSUNG 63 Gießenden 11.12.1965

PATENTANWALT Z££T»i i_/OQoo^

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K/EF 8560

Allmänna Svenska Elektrleka Aktiebolaget. Yägterae /Schweden

Selektive Fehleranzeige in Gleichstromnetzen

IMe Erfindung betrifft ein Verfahren für selektive Fehleranzeige in einem Gleichstromnetz sowie Anordnungen für eine selektive Fehleranzeige nach diesem Verfahren.

Bekannte Kraftübertragungen mit hochgespanntem Gleichstrom verbinden bisher nur zwei Stationen, weshalb ein Llniensohutz für solche Stationen vorzugsweise ein Fehleranzeigeorgan hat, das beispielsweise die Leitungsspannung abtastet, sowie Betätigungsorgane, z.B. solche, die die Steuersysteme in den an den Enden der Übertragung befindlichen Stromrichterstationen beeinflußen. Nachdem es sich aber als möglich erwiesen hat, mehr als zwei Stromrichteretationen mit einem Gleichstromnetz zu verbinden, das dabei wie ein verzweigtes oder mit Haschen versehenes Netz aufgebaut wird, braucht man in einem solchen Netz eine selektive Fehleranzeige, um In einem gegebenen Fall nur die Teile des Netzes wegschalten zu können, in denen ein Fehler entstanden ist, während das übrige Netz seinen ungestörten Betrieb fortsetzen kann.

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Eine selektive Fehleranzeige nach der Erfindung beruht auf der Erwägung, daß jeder Pol eines G-leichstromnetzes bei Betrieb ein gewisses Gleichspannungepotential annimmt, so daß ein Fehler, beispielsweise ein Erdfehler, einen kapazitiven Entladestrom von verschiedenen Teilen des Netzes zu der Fehlerstelle erzeugt. Eine selektive Fehleranzeige nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des bei Fehlern in einem Pol des Netzes entstehenden Entladestrome an geeigneten Stellen des Netzes abgetastet und das Ergebnis der genannten Abtastung nach im voraus aufgestellten Richtlinien analysiert wird. Ein solches Vorgehen ist möglich, weil es sehr einfach ist, in einem gegebenen Netz im voraus die Richtung von bei Fehlern in verschiedenen Teilen des Netzes auftretenden Entladeströmen anzugeben, und nach der Erfindung kommt es darauf an, geeignete Funkte des Netzes zu wählen, wo die Richtung dieser Entladeströme abgetastet werden soll. Weiter ist die Richtung der Entladeströme in den verschiedenen Punkten ganz unabhängig sowohl von der Linienspannung als auch von der Größe und Richtung des normalen Belastungsstromes in verschiedenen Teilen des Netzes·

Die Anordnung für selektive Fehleranzeige nach der Erfindung hat Organe, die auf die Richtung der genannten Entladeetröme ansprechen. Als geeignete Organe kann man sich beispielsweise Impulstransformatoren denken, deren Primärseite an den gewünschten Stellen eingeschaltet ist, während die Sekundärseite als Signalgeber wirkt. Um die Richtung der genannten Entladeströme unter-

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scheiden SU können, muß deshalb die Sekundär»eite des Impulstransformator· an geeignet· Organe, z.B. eine Diodeneohaltung, geschaltet «ein, ua Auegangsepannungen vom Impulstransformator alt verschiedenen Potential zu trennen, um eine Sättigung des Kern· bei ein·« solchen Impulstransformator zu vermeiden, muß di«s«r »weckmäßig mit einem luftspalt ausgeführt sein· Als anderes abtastendes Organ war· z.B. «in Hall-Generator denkbar, dessen Magnetfeld vom Strom Im Gleichstromnetz gespeist wird* Auch Traneduktoren sind für solohe Zweoke verwendbar.

Als Beispiel «in·· s«hr einfachen Gleichstroranetzes kann man sich ein in zwei in einem Funkt zusammengeschaltete Teile aufgeteiltes Gleichstromnetz denken, wobei eine Anordnung nach der Erfindung aus einem einzigen empfindlichen Organ bestehen kann, das zwischen den beiden Netzteilen geschaltet ist. Ein Entladestrom in der einen Richtung wird dabei Fehlern in dem einen Netzteil entsprechen, während ein Entladestrom in der entgegengesetzten Richtung fehlern in dem anderen Teil des Netzes entspricht. Bei komplizierten, beispielsweise verzweigten oder mit Maschen versehenen Netzen muß dagegen eine größere Anzahl empfindlicher Organe an geeigneten Stellen im Netz angeordnet sein, wobei die verschiedenen Organe an ein gemeinsames Anzeigesystem zur Analyse der eintreffenden Signale angeschlossen werden müssen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben, die verschiedene Beispiele von selektiven Fehleranzeigeanordnungen nach der Erfindung für verschiedene Gleichstromnetze zeigt. ,₄

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Flg. 1 «»igt drei Stromriohterstationen 1,2 und 3» deren positiv* Pol· Bit einem Gleichetromleiter 4, 5 «usammengeschaltet sind» während der negativ« Pol an Erde angeschlossen iet. 9er positiv* Pol de· Gleichstromnetz·« besteht also in diesem Tall aus svei Teilen 4 und 5, die an der Station 2 verbunden sind* Wenn man in der Mähe dieses Verbindungepunkt·* einen Impulstransformator 6 anordnet, wird es sit dessen Hilfe möglich, die Richtung eines Bntladestroaes von des einen Netzteil zu dem anderen abzutasten. Man sieht, daß bei positiver Polarität des Heteee ein Fehler in de« einen Metsteil einen Entladsstrom von de« anderen Netzteil erzeugt, während bei negativer Polarität der Entladeatrom von der Fehlerstelle su de» anderen Me te teil fließt. Der genannte Entlad·«· stroa bekommt den Charakter eine· Stromiapuleee, der in der Se» kundäreeite de· Impulstransformatore einen Spannungsimpuls erseugt, dessen Polarität der Richtung des Entladestromes entspricht« Ss ist somit die Polarität des genannten Spannungsimpulses, die anzeigt, in welchem Ne te teil ein Fehler entstanden ist, weshalb die Sekundärseite des Impulstransformator 6 zweckmäßig an zwei Relais 7 und β mit entsprechenden Kontakten 9 bzw· 10 über Blöden 11 bzw» 12 angeschlossen werden kann· Bis beiden Teile des Gleichstromnetzen können mit Abschalteorganen in der Form ron Trennschaltern 14 und 15 versehen sein, die ron einem liniensehuts 16 eines bekannten Typs gesteuert werden, der mit Hilfe eines Potentiometers 17 die Übertragungeepannung abtastet. Der Linieneohut* 16 ist beispielsweise vorgesehen, mit dem Steuersystem der Stromrichterstationen derart zusammenzuarbeiten, daß bei einem Linienfehler

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die Obertragungsspannung auf Null herabgesteuert wird, um die Fehlerstelle stromlos zu machen. Ebenso wie bei Wechselstromnetzen wird hiernach eine gewisse Anzahl Wiedereinschaltungen vorgenommen, und wenn diese ein negatives Resultat ergeben, wird ein Befehl au definitiver Ausschaltung erteilt. Dieser Befehl kann beispielsweise über Telekanäle den Trennschaltern in den beiden Netzteilen 4 und 5 erteilt werden in Kombination mit dem vom Impulstransformator über einen der Kontakte 9 oder 10 gegebenen Befehl an den fehlerbehafteten Teil des Netzes. In Fig. 1 ist ganz schematisch gezeigt, wie die Kontakte 9 und 10 die Relaisspule 19 bzw· 20 einschalten, welche Relais ihrerseits die Trennschalter 14 und 15 beeinflußen. In dieser Weise wird der von der Anzeigeanordnung angegebene Netzteil weggesohaltet, wonach dem fehlerfreien Teil des Netzes wieder Spannung zugeleitet werden kann.

Denkt man sich in dem gezeigten Fall, daß die Station 1 eine Grleiohrichterstation ist, während die Stationen 2 und 3 von der Station 1 gespeiste Wechselrichterstationen sind, sieht man, daß bei einem permanenten Fehler des Linienteils 5 das Wegschalten dieses Idnienteils ermöglicht, daß die Stationen 1 und 2 ihren normalen Betrieb fortsetzen. Wenn dagegen ein Fehler im Netzteil 4 eintrifft, muß die ganze Übertragung auageechaltet werden. In diesem Fall wird das Relais θ überflüssig, so daß es mit einer Diode 13 kurzgeschlossen werden kann. Sin Signal vom Relais 7, 9 wird hierbei einem Fehler im Linienteil 5 entsprechen, weshalb

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dieser Idnienteil durch öffnen der Trennschalter 15 weggeachaltet werden boII, wenn gleichzeitig der Linienschutz anzeigt, daß ein permanenter Erdfehler in der Überführung vorliegt. Wenn dagegen ein Fehler vom Linienschutz 16 angezeigt wird, aber kein Signal vom Impulstransformator 6 erhalten wird, bedeutet dies, daß der Fehler im Linienteil 4 entstanden ist, so daß die ganze Übertragung stromlos gemacht werden muß. Bei anderen Verhältnissen der Leistungsrichtung, z.B. wenn die Stationen 1 und 3 Gleichrichter sind und die Station 2 ein Wechselrichter, werden das Relais 8 und der entsprechende Trennschalter wieder wichtig.

Fig. 2 zeigt eine andere Fehleranzeigeanordnung für einen Teil eines Gleichstromnetzes 1, an dessen Bndpunkten 2 und 3 andere Teile des Gleichstromnetzes angeschlossen sind. An den Enden des Linienteils sind Impuls transformatoren 6 und 7 eingeschaltet. Bei einem Fehler des Linienteils 1 werden die dadurch verursachten Entladeströme einander entgegengerichtet, was mit den Pfeilen an den Enden der Linie angedeutet ist. Wenn dagegen ein Fehler im Gleichstromnetz außerhalb des genannten Teils entsteht, haben die Entladeströme an den Enden des Teils 1 dieselbe Richtung. Durch zweckmäßige Verbindung der Sekundär sei ten der Impulstransformatoren 6 und 7 werden deshalb bei einem Fehler innerhalb des Netzteile 1 die Spannungsimpulse von den Impulstransformatoren zusammenarbeiten. Diese Zusammenarbeit kann wie in. der Zeichnung gezeigt erfolgen, wo an den Sekundärseiten eines jeden Impulstransformator eine Diode 61 und ein Relais 62 sit zugehörigen

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Kontexten 63 bzw. 71, 72, 73 angeeohloeeen eind. Bei einem Fehler im Linienteil 1 werden beide Eelai» 62 und 72 einschalten, wobei da· Relais 8 Spannung bekommt, während bei einem Fehler außerhalb de· genannten MnI enteil» das Ausgangseignal von einem der Impul·- transformatoren eine solche Richtung hat, daß es von der entsprechenden Mode kurzgeschlossen wird, so daß nur eines der Relais eingeschaltet wird·

Fig. 3 zeigt vier Gleichetromleitungen 1-4, die in einem Zweigpunkt susammengeschaltet sind. Stellt man eich vor, daß die vier Leiter negative· Potential haben, so wird ein Fehler in einem Leiter einen Entladeetromimpule in diesem Leiter mit Richtung gegen den geseigten Zweigpunkt zur Folge haben, während die Bntladestromimpulee in den Übrigen Leitern eine Richtung vom Zweig* punkt weg haben werden· Me verschiedenen Impuls transformatoren kennen deshalb sweckmäSig auf ihren SekundSrselten mit einer Modensohaltung versehen sein, die den Moden 61 und 71 in der Figur 2 entsprechen, wobei von Entladeetrömen mit Richtung gegen den Zweigpunkt induzierte Spannungsimpulse zu einem Signalgeber geleitet/während Sfetladestromimpulse mit Richtung vom Zweigpunkt weg entsprechende Spannungsimpulse kurzgeschlossen werden·

Bei komplizierteren Gleichetromnetsen, wie mit Naschen versehenem oder verzweigten letzen, kann die Richtung der EntladestrSme an verschiedenen Stellen de· Setzes abgetastet werden· Me Signale on den verschiedenen feilen des Hetzes können hierbei zweckmäßig

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in einer gemeinsamen Zentrale zusammengeführt werden, an welch« auch die Signale von einem für das ganze Netz angeordneten linien-Bchutz angeschlossen werden. Dadurch, daß man in einer solchen Zentrale die empfangenen Signale koordiniert, ist es möglich, Befehle zum Wegschalten des oder der !Teile des Netzes zu geben, in den^n Pehler entstanden sind. Die Termittlung von Signalen zu und von der Zentrale muß aufgrund des Abstandes mit geeigneten Telekommunikationsgliedern geschehen.

Pig. 4 zeigt beispielsweise ein mit Haschen versehenes Netz, da« aus fünf in Polygonechaltung zusammengeschalteten (Teilen 1-5 besteht. In der Nähe der Eckpunkte der Polygonschaltung sind Anzeig·«- anordnungen 11-51 nach der Erfindung eingeschaltet. Diese Anzeigeanordnungen sind auf der Ausgangsseite mit Diodensohaltungen versehen, die den Dioden 11 und 13 in Fig. 1 entsprechen. Diese Schaltungen sind so orientiert, daß eine bestimmte Zirkulationsrichtung für einen Entladestrom in der Polygonechaltung festgestellt ist, wobei Entlade-ströme in einer Richtung Signale im entsprechenden Anzeigeorgan geben, während die bei Entlade strömen in entgegengesetzter Richtung entstehenden Signale kurzgeschlos-Ben werden*

In ?ig. 5 ist ein zentrales Betätigungssystem gezeigt, da« teile mittel« Signale von den Anzeigeanordnungen 11-51 gesteuert 1st und teil» mittels eines nicht selektiven Idnienschutzes 6 für das ganze Netz, der einen Kontakt 61 im zentralen System in Fig.

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beeinflußt. Im System sind Relaisspulen 12-52 für Auslöseorgane für die verschiedenen linienteile 1-5 gezeigt. Vielter steuern die Anzeigeanordnungen 11-51 Heiais, ^e mit zwei Kontakten 111, 112 usw., die in Reihe mit den Relaisspulen 12-52 eingeschaltet sind. In Pig. 4 ist eine Zirkulationsrichtung für das Ringnetz gezeigt, und die Anzeigeanordnungen 11-51 sind dabei so ausgebildet, daß Entladeströme, die mit der genannten Zirkulationsrichtung übereinstimmen, kein Signal geben, während dieser Sichtung entgegengesetzte Entladeströme Signale zu entsprechenden Relais und damit für die umschaltung der betreffenden Kontakte 111, 112 usw. geben. Wenn man sich einen Fehler im liiiienteil 3 vorstellt, so werden die Entladestromiinpulse in den Anaeigeorganen 11, 21 und 31 mit der Zirkulaiiionsrichtung übereinstimmen, so daß keine Signale von diesen Organen ausgehen werden. Dies bedeutet, daß die Kontakte 111, 112, 212, 311 und 312 unbeeinflußt bleiben. Dagegen werden die Entladeströme der Zirlrulationsrichtung an den Organen 41 und 51 entgegengerichtet sein, so daß die Kontakte 411, 412, 511 und 512 umgeschalte.t werden. Die3 bedeutet, daß die Relaisspule 32, und nur diese, Spannung bekommt, wenn der Kontakt 61 durch den gemeinsamen Linienschu.a 6 geschlossen wird, so daß der Linienteil 3 vom Ringnetz weggeschaltet wird.

Wenn der Teil des Ringnetaes, dex- der Fehlerstelle diame «--.'al entgegengeseta , liegt, d.h. der Teil des Ringnetaes, der zwischen den Organen 11 und 51 liegt, eine geringe Kapazität hat, werden iie En-Iadestromimpul3e in den Ietii «genannten zwei Anaeigeorganen

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ganz schwach oder sogar unbestimmt in ihrer Sichtung. Die« hat jedoch keine Bedeutung. Wie vorhin erwähnt, wird nämlich das Organ 11 überhaupt kein Signal abgeben, während ein ausgebliebenes Signal vom Organ 51 zur Folge hat, daß die Kontakte und 512 die gezeigten Lagen beibehalten, was auch ohne Bedeutung für die Funktion der Anordnung ist. Man sieht, daß das Prinzip nach Fig. 4 und 5 das ist, daß der letzte Linienteil in der gewählten liotationsrichtung, dessen Anzeiger kein Signal gibt, als der fehlerhafte Linienteil angezeigt wird.

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Claims

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Patentansprücheι

1 * Terfahren für selektive Fehleranzeige in einem Gleichstromnetz nit mehreren Linienteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der bei eine» Fehler in einem Pol des Netzes entstehenden kapazitiven Entladeströme von den verschiedenen Teilen des Netz·· bis zur Fehlerstelle an geeigneten Stellen des Netzes abgetastet und das Resultat der genannten Abtastung nach im voraus aufgestellten Richtlinien analysiert wird*
2. Anordnung für selektive Fehleranzeige nach dem Terfahren in Anspruch 1 in einen Pol eines Gleichetromnetzes, das in wenigstens zwei Teile geteilt ist, die in einem Funkt zuaamaengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einem Organ besteht, z.B. einem Impulstransformator, dessen Eingangeseite zwischen den beiden Netzteilen in der Nähe des genannten Terbindungspunktes eingeschaltet und vom Strom zwischen diesen beeinflußt ist, welches Organ für den bei einem Fehler in einem Netzteil entstehenden kapazitiven Entladestromimpuls von dem einen Netzteil zu den anderen empfindlich ist und dessen Auegangeseite ein Signal in Abhängigkeit von der Richtung des genannten Stromimpulses abgibt.

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3» Anordnung nach Anspruch 2 für ein Gleichstromnetz mit zwei reihengeeehalteten I&nienteilen, die von einer an dem einen Ende dee Netzes angeordneten Gleichrichteretation gespeist werden« dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung am Yerbindungepunkt der zwei genannten Linienteile eingeschaltet ist und Ausgangesignale nur hei Entladeetromimpulsen abgibt, deren Richtung Fehlern in den am weitesten von der gespeisten Gleichrichteretation entfernt liegenden Linienteil entspricht.

4. Anordnung nach Anspruch 2 für ein Gleichstromnetz «it mehr als zwei Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für einen Teil des Netzes ein impulse tr omempf indli ehe s Organ dea genannten Typs an jedem Ende des Netzteils enthält und ein vergleichendes Organ an den beiden erstgenannten angeschlossen ist und ein Auegangssignal nur dann abgibt, wenn die Signale von diesen Organen einander entgegengerichtet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2 für ein Gleichstromnetz mit mehreren in einem gemeinsamen Sternpunkt zusammengeschalteten Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für jeden Netzteil ein in der liähe des genannten Verbindungspunktes eingeschaltetes impulsstromenifindliches Organ des genannten Typs enthält, das Ausgangseignale nur bei Entladeβtromimpulsen abgibt, deren Richtung entgegengesetzt den in allen anderen Teilen auftretenden Stromimpulsen ist, im Verhältnis zum genannten Sternpunkt gesehen.

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6. Anordnung naoh Anspruch 2 für ein mit Haschen versehenes und/oder verzweigtes Gleichatromnets, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine einer zweckmäßigen Teilung des Netzes entsprechende Anzahl impulsstromempfindlicher Organe des genannten Typs en ehält, die nach einem der obigen Ansprüche eingeschaltet sind, welche Organe mil ihren Ausgangsseiten an einen gemeinsamen Anzeigesystem angeschlossen sind.

7» Anordnung nach Anspruch 6 für ein Gleichstromnetz mit mehr als zwei in Polygonschaltung zusammengeschalleien Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in jeder Ecke der Polygonschaltung ein impulsetromempfindliches Organ des genannten Typs enthalt, welche Organe bei ihrem Anschluß an das gemeinsame Anzeigeorgan entsprechend einem denkbaren in der Pol/gonsehaltung zirkulierenaen Strom derarü orientier L sinJ., dai3 nur der genannten Zix'kulationsrichlung entsprechende Entladeströme Signale von den betreffenden Organen erzeugen.
3. Anordnung nach Anspruch 6, bei der das Gleichstromnetz mit Trennschalterorganen für die verschiedenen Netzteile versehen ist und mit einem iür das ganze ,1Ieta gemeinsamen nicliu selektiven, z.B. von der Linienspannung beeinflußten Linienschuus, dadurch gekennzeichnet, daß dao genannte gemeinsame An^eigesyetem, der genannte Linienschuoz und die Auslöseorgane Tür die genannten Trennschal ie'organe in einer gemeinsamen i3e tu tigungszentrale für selektives Wegschalten der verschiedenen itetzoeile zusanmengeschaltet sind.

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