DE1538383B2

DE1538383B2 - Statisches Distanzschutzrelais

Info

Publication number: DE1538383B2
Application number: DE1538383A
Authority: DE
Inventors: Michel Fontenay-Auxroses Souillard (Frankreich)
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1965-01-22
Filing date: 1966-01-21
Publication date: 1974-05-30
Also published as: JPS4420137B1; US3369156A; FR1436596A; DE1538383A1; GB1140023A; CH427969A; SE327755B; DE1538383C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein statisches Distanzschutzrelais mit einer Anordnung zum Vergleich von zwei Spannungen, von denen die erste Spannung proportional der Differenz zwischen einer der Leitungsspannung proportionalen Spannung und der Klemmenspannung einer Bezugsimpedanz, durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt, ist.

Bei einem bekannten Schutzrelais dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 116 785) ist die zweite Spannung die Leitungsspannung bzw. eine dazu proportionale Spannung. Die beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen steuern jeweils über einen Verstärker ein Relais oder eine vergleichbare elektronische Anordnung. Die Relais tragen Umschaltkontakte, die in Antikoinzidenzschaltung parallel zu einem Kondensator liegen, der in einem Hilfsstromkreis mit einer vorbestimmten Zeitkonstante liegt. Die Klemmenspannung des Relais steuert eine Gasentladungsröhre, die beim Zünden einen Leistungsschalter auslöst.

Bei diesem bekannten Schutzrelais wird die Zeit festgestellt, für welche die beiden miteinander verglichenen Spannungen die gleiche Polarität haben. Für diese Zeit wird nämlich der Kurzschluß des Kondensators aufgehoben, so daß sich dieser in dem Hilfsstromkreis mit einer vorgegebenen Zeitkonstante auflädt. Sobald die Klemmenspannung des Kondensators die Zündspannung der Gasentladungsröhre erreicht, erfolgt die Abschaltung.

Diese bekannte Anordnung ist jedoch empfindlich für Frequenzschwankungen und aperiodische Komponenten, wie sie beim Auftreten jedes Fehlers erscheinen. Die Dauer der Koinzidenz der Polaritäten der beiden verglichenen Spannungen hängt nämlich nicht nur von der gegenseitigen Phasenverschiebung dieser Spannungen ab, sondern auch von dem im Augenblick des Fehlers auftretenden Einschwingzustand. Da ferner bei sehr naheliegenden Kurzschlüssen die Leitungsspannung praktisch verschwindet, kann deren Polarität nicht mehr festgestellt werden, so daß nur in jeder zweiten Halbwelle ein Auslösesignal geliefert wird, wodurch das Ansprechen des Schutzrelais beträchtlich verzögert wird.

Bei einem anderen bekannten Schnellimpedanzrelais (deutsche Auslegeschrift 1 169018) wird das Zeitintervall festgestellt, in welchem der Schleifenstrom und dessen zeitliche Ableitung das gleiche Vorzeichen haben, und der Auslösebefehl wird nur dann gegeben, wenn innerhalb dieses Zeitintervalls die Schleifenspannung für eine vorbestimmte Zeit ein anderes Vorzeichen als der Schleifenstrom aufwies. Auch diese bekannte Anordnung ist empfindlich für Frequenzänderungen und aperiodische Komponenten beim Auftreten eines Fehlers.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Distanzschutzrelais der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das bei sehr großer Ansprechgeschwindigkeit völlig unempfindlich für Frequenzschwankungen und aperiodische Komponenten ist.

Nach der Erfindung wird dies bei einem Distanzschutzrelais der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die zweite Spannung die Klemmenspannung einer weiteren Bezugsimpedanz ist, durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt,

und daß die Vergleichsanordnung so ausgeführt ist, daß sie die Augenblickswerte der beiden Spannungen in dem Augenblick vergleicht, in welchem der Augenblickswert der Klemmenspannung einer dritten Impedanz, durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt, durch Null geht, und ein Auslösesignal in Abhängigkeit davon abgibt, ob die Polaritäten der verglichenen Augenblicksspannungen gleich oder verschieden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt keine Zeitmessung, sondern nur ein Phasenvergleich in einem vorgegebenen Zeitpunkt, der durch den Nulldurchgang einer dritten Spannung bestimmt ist. Dies hat zur Folge, daß alle zeitabhängigen Größen in der das Verhalten des Distanzschutzrelais kennzeichnenden Funktion entfallen und daß die Ortskurve dieses Distanzschutzrelais in einem Koordinatensystem darstellbar ist, dessen Achsen zeitunabhängigen Größen zugeordnet sind. Das erfindungsgemäße Distanzschutzrelais ist daher völlig unempfindlich für Frequenzänderungen, insbesondere auch für Oberwellen und aperiodische Komponenten, wie sie beim Entstehen von Fehlern unvermeidlich auftreten.

Andererseits spricht das erfindungsgemäße Distanzschutzrelais unabhängig von der Art und der Entfernung des Fehlers stets beim ersten Nulldurchgang des Stroms in der Fehlerschleife an, so daß bei allen Betriebszuständen ein äußerst schnelles Ansprechen gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Distanzschutzrelais, mit welchem die Leitungsimpedanz mit einer Bezugsimpedanz im Falle eines Phasenschlusses verglichen werden kann,

F i g. 2, 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von Fig. 1 in verschiedenen Fällen,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform, mit welcher die Induktivität der Leitung mit einer Bezugsinduktivität im Falle eines Phasenschlusses verglichen werden kann, und

F i g. 6 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schutz einer Dreiphasenleitung im Falle eines einphasigen Erdschlusses.

Fig. 1 zeigt eine zweipolige Leitung, die von einer Wechselspannungsquelle S gespeist wird. An der Stelle A ist die Schutzanordnung angeschlossen. Es wird angenommen, daß in einer bestimmten Entfernung von dieser Stelle ein Phasenkurzschluß 1 auftritt. Die Impedanz zwischen dem Phasenkurzschluß 1 und der Stelle A ist durch die Selbstinduktivität L und den Widerstand R der fehlerhaften Schleife gegeben, wobei der Widerstand R den Widerstand des Phasenkurzschlusses enthält. Die Augenblickswerte der Spannung und des Stromes der fehlerhaften Schleife an der Stelle A sind mit u_F bzw. i_F bezeichnet.

An der Stelle A ist die Primärwicklung eines Stromwandlers 2 in die Leitung eingefügt, dessen Sekundärwicklung einen Strom i liefert, der dem Strom i_F proportional ist. Ebenso ist an der Stelle A die Primärwicklung eines Spannungswandlers 3 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung eine Spannung u abgibt, die der Spannung u_F proportional ist. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 2 ist über drei in Serie liegende Impedanzen 4, 5, 6 geschlossen.

Die Impedanz 4 enthält einen Widerstand 4' des Wertes .R₁ und die Primärwicklung 4" einer Gegeninduktivität des Wertes L₁. Die Impedanz 5 enthält einen Widerstand 5' des Wertes R₂ und die Primärwicklung 5" einer Gegeninduktivität des Wertes L₂. Die Impedanz 6 enthält einen Widerstand 6' des Wertes R₃ und die Primärwicklung 6" einer Gegeninduktivität des Wertes L₃.

An der Reihenschaltung des Widerstands 4' und der Sekundärwicklung 4'" der Gegeninduktivität der Impedanz 4 erscheint eine Spannung mit dem Augenblickswert U₁. An den Klemmen der gleichen Elemente der Impedanz 5 erscheint eine Spannung mit dem Augenblickswert M₂ und an den Klemmen der gleichen Elemente der Impedanz 6 erscheint eine Spannung mit dem Augenblickswert u₃.

Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 3 ist in Serie mit der Wicklung 4'" der Gegeninduktivität und dem Widerstand 4' der Impedanz 4 an die Klemmen 8 einer Vergleichsanordnung 7 so angeschlossen, daß die an den Klemmen 8 liegende Augenblicksspannung H₄ dem Wert U-U₁ entspricht. Die Augenblicksspannung u₂ wird dem zweiten Klemmenpaar 9 der Vergleichsanordnung 7 zugeführt. Die Augenblicksspannung M₃ ist an die Klemmen eines Impulsgenerators 10 angelegt, der kurzzeitige Impulse abgibt, wenn die Spannung M₃ durch Null geht. Der Impulsgenerator 10 ist mit der Vergleichsanordnung 7 verbunden, wodurch diese Vergleichsanordnung in Betrieb gesetzt wird, sobald sie einen Impuls empfängt.

Die Vergleichsanordnung 7 liefert nur für einen einzigen Koinzidenzzustand der Polaritäten der Spannungen U₂ und M₄ ein Signal an ihren Ausgangsklemmen 11. Dieses Signal wird einem monostabilen Verstärker 12 zugeführt, der dann an seinen Ausgangsklemmen 13 eine elektrische Größe abgibt, die auf die (nicht dargestellte) Auslösevorrichtung der Stelle A einwirkt.

Unabhängig von dem Gesetz der Änderung des Stromes und der Spannung während der Dauer des aperiodischen Einschwingzustands, der dem Auftreten eines Fehlers in der Leitung folgt, werden die Augenblickswerte der elektrischen Größen i, u, U₁₁U₂^₃, M₄ stets durch die folgenden Beziehungen ausgedrückt:

μ = R -i + L jj, (1)

U₁=R₁-I ₊ L^, (2)

U₂ = R₂-I ₊ L₂^, (3)

«3 = K₃-/ + L₃-^. (4)

Da die Spannung U₄. dem Wert u — M₁ gleich ist, läßt sie sich folgendermaßen ausdrücken:

= (K--R₁)/+ (L-L₁)-

df

Gemäß einem besonderen Merkmal der beschriebenen Anordnung erfolgt der Vergleich der Polaritäten der Augenblickswerte der Spannungen M₂ und M₄ in der Vergleichsanordnung 7 bei der Lieferung des Impulses vom Generator 10 in dem Augenblick,

in welchem die Spannung U₃ durch Null geht. In diesem Augenblick wird die Beziehung (4):

di

= R₃i + L₃ -

di

und j: läßt sich folgendermaßen ausdrücken:
di _ R₃

dt

ι .

di .

Wenn man diesen Wert von -^ in die Ausdrücke (5) und (3) einsetzt, erhält man:

U -R

R₃

L₃

Das Produkt M₄ · M₂ ist positiv, wenn die Polaritäten der Augenblicksspannungen M₄ und M₂ übereinstimmen, während es im entgegengesetzten Fall negativ ist.

Dieses Produkt schreibt sich folgendermaßen:

„ ·„ - R2 . f [ ^R-^Rl ^L-^l J^R2 M

U₄U₂-R₃ , |__ _J L^-^J·

Das Vorzeichen dieses Produkts hängt weder von dem Glied i² ab, das stets positiv ist, noch von dem Ausdruck

R₃

L₃ '

in welchem die Werte der verschiedenen Glieder in geeigneter Weise so bemessen sind, daß er stets positiv ist. Das Vorzeichen des Produkts hängt somit nur von dem Vorzeichen des folgenden Ausdrucks ab:

,R-K₁ L-L₁

d. h., schließlich von den Werten R und L der von der Stelle A aus gesehenen Impedanz.

Die zusammengehörigen Werte von L und R, die für den Ausdruck

R - R₁ L-L₁

den Wert Null ergeben, ermöglichen es, für die Koordinaten L und R eine Gerade D (Fig. 2) zu

definieren, deren Richtungskonstante den Wert -~

hat, und die durch einen Punkt P mit den Koordinaten R₁, L₁ geht. Diese Gerade teilt die Ebene der Koordinaten L und R in zwei Halbebenen in der Weise, daß der Ausdruck:

R-R₁ L-L₁ R₂ L₃

in der einen Halbebene positiv und in der anderen Halbebene negativ ist.

Man kann natürlich in dem Ausdruck
R-R₁ L-L₁

die verschiedenen Parameter L₁, R₁, L₃, R₃ derart ändern, daß die Kenngerade D verschiedene Lagen einnimmt, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Wenn die Parameter L₁ und R₁ den Wert Null

ίο haben, wenn also die Impedanz 4 (F i g. 1) fortgelassen ist, so daß die Spannung an den Klemmen 8 der Vergleichsanordnung 7 den Wert u hat, ist die Kenngerade durch die Gerade D₁ dargestellt, die durch den Koordinatenursprung geht. In diesem Fall ist die

«5 Wirkungsweise der Distanzschutzanordnung derjenigen eines richtungsabhängigen Relais analog, denn sie vergleicht die Augenblickspolaritäten der Spannungen u und U₂, d. h. die Augenblickspolaritäten der Spannung M₁ und des Stroms I₁ im Zeitpunkt des Phasenschlusses.

Wenn der Parameter L₃ den Wert Null hat, d. h. wenn die Impedanz 6 (F i g. 1) nur den Widerstand 6' mit dem Wert R₃ enthält, ist die Kenngerade durch die Gerade D₂ dargestellt, die parallel zur Abszisse OR durch den Ordinatenwert L₁ geht. In diesem Fall ist die Wirkungsweise der Distanzschutzanordnung derjenigen eines Induktivitätsrelais analog.

Wenn R₃ den Wert Null hat, d. h. wenn der Impulsgenerator 10 nur von der Sekundärwicklung 6'" der zur Impedanz 6 gehörigen Gegeninduktivität gespeist wird, ist die Kenngerade durch die Gerade D₃ dargestellt, die parallel zur Ordinatenachse OL durch den Abszissenwert R₁ geht. In diesem Fall ist die Wirkungsweise der Distanzschutzanordnung derjenigen eines Widerstandsrelais analog.

Man kann eine Kombination von vier Schutzanordnungen verwenden, die den soeben beschriebenen analog sind, so daß eine Arbeitszone erhalten wird, die durch eine geschlossene Fläche in der .RL-Ebene abgegrenzt ist. In F i g. 4 hat die geschlossene Fläche die Form eines Parallelogramms, das durch die Geraden D, D' und D₂, D₂ begrenzt ist. Eine solche Kennfläche eignet sich insbesondere für die überwachung einer langen Leitung, die mit starker aktiver Energie betrieben werden kann. Diese Kennfiäche wird durch eine logische Koinzidenzschaltung erhalten, die vier Schutzanordnungen zugeordnet ist.

Die größte überwachte Distanz entspricht der Induktivität Z₀, nämlich der Ordinate der Geraden D₂.

Der maximale Phasenschlußwiderstand ist r₀, nämlich die Abszisse im Ursprung der Geraden D'.

In Fig. 5, wo die gleichen Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in F i g. 1 haben, ist eine andere Ausführungsform der Distanzschutzanordnung nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Distanz des Phasenschlusses 1 von der Stelle A, an welcher die Distanzschutzanordnung angeschlossen ist, durch die Induktivität der fehlerhaften Schleife gemessen.

Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 2 ist über eine Schaltung geschlossen, welche die erste Wicklung 20' einer Gegeninduktivität 20 und einen Widerstand 6' in Serie enthält. An den Klemmen der zweiten Wicklung 20" der Gegeninduktivität 20 erscheint eine Spannung mit dem Augenblickswert M₁. Der Gegeninduktionskoeffizient M wird als Bezugsgröße genommen. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 3 ist in Serie mit der Wicklung 20"

der Gegeninduktivität 20 an die Klemmen 8 der Vergleichsanordnung 7 so angeschlossen, daß die an den Klemmen 8 erscheinende Augenblicksspannung M₄ den Wert M-M₁ hat. Die Wicklung 20" der Gegeninduktivität 20 ist ferner mit den Klemmen 9 der Vergleichsanordnung 7 verbunden. Der Impulsgenerator 10 ist an die Klemmen des Widerstands 6' angeschlossen.

Unabhängig von dem Änderungsgesetz des Stroms und der Spannung während der Dauer des Einschwingzustande, der auf das Auftreten eines Phasenschlusses in der Leitung folgt, werden die Augenblickswerte der elektrischen Größen i, u, M₁, M₄ stets durch die folgenden Beziehungen ausgedrückt:

U =i?

di

= u — U₁ = R ■ i + (L — M)

Im Augenblick des Nulldurchgangs des Stromes i hat die Spannung u₄ dann den folgenden Wert:

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ermöglicht der Vergleich des Vorzeichens der Polaritäten der Augenblickswerte der Spannungen M₄ und W₁ in der Vergleichsanordnung 7 im Augenblick des Nulldurchgangs des Stromes die Feststellung des Vorzeichens des Ausdrucks L — M.

Wenn die Polaritäten der Spannungen M₄ und M₁ übereinstimmen, ist der Ausdruck L-M positiv, so daß L größer als M ist.

Wenn die Polaritäten der Spannungen U₄ und M₁ nicht übereinstimmen, ist der Ausdruck L— M negativ, also L kleiner als M.

Da die Selbstinduktivität L der fehlerhaften Schleife der Entfernung des Phasenkurzschlusses 1 von der Stelle A proportional ist, ermöglicht es die beschriebene Anordnung, festzustellen, ob der Fehler diesseits oder jenseits einer Distanz liegt, die dem als Bezugsgröße gewählten Wert des Gegeninduktionsfaktors M der Gegeninduktivität 20 entspricht.

Es ist also zu ersehen, daß einerseits die Entfernung des Fehlers ausschließlich durch den Wert des Blindwiderstands (oder der Selbstinduktivität) der fehlerhaften Schleife bestimmt und unabhängig von dem Widerstand des Phasenkurzschlusses ist, und daß andererseits diese Messung beim ersten Nulldurchgang des Stromes in der fehlerhaften Schleife erhalten wird, wobei sie unabhängig von dem Einschwingzustand ist, der nach dem Auftreten des Fehlers erscheint, und wobei sie insbesondere unabhängig von den aperiodischen Komponenten des Stroms und der Spannung ist.

In Fig. 6, wo die gleichen Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in F i g. 1 und 5 haben, ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schutz einer Dreiphasenleitung a, b, c im Falle eines einphasigen Erdschlusses dargestellt.

Diese Figur zeigt im einzelnen die Schaltungsanordnung, die bei einem Erdschluß zwischen der Phase α und Erde benutzt wird.
Die Primärwicklungen von Stromwandlern 31, 32, 33 sind in die Phasen a, b bzw. c der zu schützenden Leitung eingefügt. Ein weiterer Stromwandler 34 hat zwei Primärwicklungen, von denen die eine Primärwicklung 34' in Serie mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers 31 geschaltet ist.

ίο Die Serienschaltung aus der Sekundärwicklung des Stromwandlers 31 und der Primärwicklung 34' des Stromwandlers 34 sowie die Sekundärwicklungen der Stromwandler 32 Und 33 sind parallel geschaltet. Zwischen ihren gemeinsamen Punkten 35 und 36 sind in Serie die Primärwicklung eines Strom Wandlers 30 und die zweite Primärwicklung 34" des Stromwandlers 34 angeschlossen. Die Windungszahl der Primärwicklung 34" beträgt ein Drittel der Windungszahl der Primärwicklung 34', und sie ist gegensinnig zu dieser Primärwicklung 34' geschaltet. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 30 (mit dem übersetzungsverhältnis 1:3) speist den Impulsgenerator 10 und die Primärwicklung einer Gegeninduktivität 37. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers 34 ist mit den Klemmen einer Impedanz verbunden, die einen Widerstand 38 und eine Induktivität 39 enthält. Die Serienschaltung aus dem Widerstand 38, der Induktivität 39 und der Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 37 ist mit den Klemmen 9 der Vergleichsanordnung 7 verbunden. Die Primärwicklung eines Spannungswandlers 40 ist zwischen der Phase α und Erde angeschlossen, und die Sekundärwicklung dieses Spannungswandlers ist in Serie mit dem Widerstand 38, der Induktivität 39 und der Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 37 an die Klemmen 8 der Vergleichsanordnung 7 angeschlossen.

Der Widerstand 38 hat einen Wert r ■ y, welcher

dem Widerstand einer bestimmten Länge y der Leitung entspricht, die als Bezugsentfernung von der Stelle A, wo die Schutzanordnung angeschlossen ist, bis zu einem Punkt N gewählt ist. r ist der Wert des Leitungswiderstands pro Längeneinheit und pro Phase. Die Induktivität 39 hat den Wert Z · y, welcher der Induktivität der Leitung mit der Länge y entspricht, wobei Z der Wert der Leitungsinduktivität pro Längeneinheit und pro Phase ist. Die von der Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 37 dargestellte Induktivität hat den Wert Z₀ · y, welcher der Nullinduktivität der Leitungslänge y entspricht, wobei Z₀ der Wert dieser Nullindiktivität pro Längeneinheit und pro Phase ist.

Es wird angenommen, daß ein Erdschluß mit dem

Widerstand R_D zwischen der Phase α und Erde an einem Punkt B in einer Entfernung χ von der Stelle A auftritt, über diesen Erdschluß fließt ein Strom i, der an seinem Widerstand einen Spannungsabfall V = -R_D-i hervorruft.

In der Stelle A ruft das Auftreten dieses Erdschlusses einen Nullstrom des Werts 3i₀ in der Primärwicklung des Stromwandlers 30 und in der

60, Primärwicklung 34" des Stromwandlers 34 hervor. Da der Stromwandler 30, wie bereits erwähnt, das übersetzungsverhältnis 1:3 hat, fließt ein Strom i₀ in dem Stromkreis, welcher die Primärwicklung der Gegeninduktivität 37 enthält und an den Eingangsklemmen des Impulsgenerators 10 endet. Ein Strom i_a fließt in der Primärwicklung 34' des Stromwandlers 34. Der Wicklungssinn und die Windungszahl der Wicklungen 34' und 34" sind so bemessen, daß in der

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10

Impedanz 38, 39 der Strom i_a — i₀ fließt. Die Augenblicksspannung an den Klemmen dieser Schaltung hat folgenden Wert:

v = R_D-i + x

\ r(i_a — i₀) +

^Λ·

\r(i_a - i„

dt j · Gemäß einem besonderen Erfindungsmerkmal vergleicht man in der Vergleichsanordnung 7 im Augenblick des von dem Generator 10 abgegebenen Impulses Die Augenblicksspannung an den Klemmen der beim Nulldurchgang des Stroms i₀ einerseits die Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 37 hat den io Augenblicksspannung V₁ und andererseits eine Augen-Wert blicksspannung v₂ des Werts V-V₁.

, dL· Wenn man die Gleichungen (6) und (7) gliedweise

dt '

Die Augenblicksspannung D₁ an den Klemmen 9 der Augenblickspolaritätsvergleichsschaltung 7 hat also den Wert

subtrahiert, erhält man nach Vereinfachung:

V₂ = R_D ■ i + υ ■ r₀ · i₀ -f

y - 1J ν:

y r{i_a

d(i_a-i₀) dt

^{+ l}°"dT

Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 40 ist mit der Impedanz 38,39 und der Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 37 so verbunden, daß die Spannung v₂ an den Klemmen 8 der Vergleichsanordnung 7 den Wert V-V₁ hat.

Die Spannung ν kann als Funktion der Ströme (¹O ~ Ό)' '« ^und * unter Berücksichtigung der nachstehenden Überlegungen ausgedrückt werden.

Bei einem Kurzschluß zwischen der Phase α und Erde bestehen bekanntlich die folgenden Beziehungen zwischen den symmetrischen Komponenten (Mitsystem, Gegensystem, Nullsystem) der Spannungen v, v' und des Stroms i_a:

ν = v_d + V₁ + v₀, v' = R_Di = v'_d + v'i + v'_o,

wobei die Indizes d, i, ο anzeigen, ob es sich um die Mitsystemkomponenten (d), die Gegensystemkomponenten (i) oder die Nullsystemkomponenten (o) handelt.

Andererseits werden die Augenblickswerte der Spannungen v_d, v_h V₀ folgendermaßen ausgedrückt:

Die Ströme j und i₀ sind sehr annähernd gleichphasig, denn die Argumente der Nullimpedanzen (6) 20 einerseits und der Erdschlußimpedanz andererseits haben sehr ähnliche Werte, so daß diese beiden Ströme gleichzeitig durch Null gehen.

Unter diesen Umständen wird in dem Augenblick, in welchem die Spannung an den Klemmen des Impulsgenerators 10 infolge des Nulldurchgangs des Stroms I₀ zu Null wird, der Augenblickswert der Spannung v₂:

^vd = v'_d + χ■ r · i_d +x-l

^vi = ν'; + χ ■ r · X₁ +x-l

= V₀

x-r₀

i₀ +x-1₀

dt '

d(i_t)

dt '

d(i₀) dt '

60

wobei x, v, r,l_o,l die zuvor angegebenen Bedeutungen haben und r₀ dem Nullwiderstand pro Längeneinheit und Phase entspricht. Durch Bildung der Summe dieser drei Gleichungen erhält man den Augenblickswert von v, der sich nach Vereinfachung folgendermaßen schreiben läßt.

Daraus folgt: Wenn die Augenblicksspannungen v₂ und ν gleichzeitig positiv oder negativ sind, d. h., wenn Phasenübereinstimmung zwischen diesen beiden

Spannungen besteht, ist der Ausdruck 1 positiv,

und dementsprechend ist χ größer als y. Der Fehler liegt jenseits der Leitungslänge y, die als Bezugswert gewählt ist. Wenn dagegen von den Augenblicksspannungen v₂ und υ die eine positiv und die andere

gleichzeitig negativ ist, ist der Ausdruck — — 1

negativ, so daß χ kleiner als y ist. Der Erdschluß befindet sich dann zwischen der Stelle A und dem Punkt N.

Die Schutzanordnung von F i g. 6 ermöglicht den Schutz einer Leitung gegen einen Erdschluß durch Messung der Distanz zwischen dem Erdschluß und der Stelle, an welcher sich die Schutzanordnung befindet, unabhängig von dem Widerstand R_D des Erdschlusses.

Die beschriebene Anordnung bezieht sich auf die Messung der Distanz eines Erdschlusses in der Phase a. Für die Phasen b und c sind gleichartige Anordnungen vorgesehen, deren Anschlußschema leicht aus F i g. 6 abzuleiten ist, wenn die Speisung für die Phase b mit dem Strom i_b und der Spannung v_b oder für die Phase c mit dem Strom i_c und der Spannung v_c entsprechend geändert wird.

Bei einer Dreiphasenanordnung können die mit dem Nullstrom gespeisten Elemente, beispielsweise der Impulsgenerator 10, natürlich allen drei Schutzanordnungen für die drei Phasen gemeinsam sein.

Bei den zuvor beschriebenen Anordnungen wird stets eine Bezugsimpedanz oder eine Bezugsinduktivität verwendet, welche die Nachbildung der Impedanz oder der Induktivität einer bestimmten Leitungsstrecke ist.

Bei sehr langen Leitungen, deren Kapazität gegen die Induktivität nicht vernachlässigbar ist, kann es notwendig sein, für die Bezugsimpedanz eine genauere Nachbildung der Leitung zu verwenden, beispielsweise eine Anordnung aus Induktivitäten und Kapazitäten mit mehreren Gliedern. Diese komplexe Lei-

tungsnachbildung kann dreiphasig mit Nullpunkt sein oder aus getrennten Nachbildungen im Mitsystem, Gegensystem und Nullsystem bestehen.

Diese komplexe Nachbildung wird in Schaltungsanordnungen verwendet, die den zuvor beschriebenen vergleichbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Statisches Distanzschutzrelais mit einer Anordnung zum Vergleich von zwei Spannungen, von denen die erste Spannung proportional der Differenz zwischen einer der Leitungsspannung proportionalen Spannung und der Klemmenspannung einer Bezugsimpedanz, durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannung (u₂) die Klemmenspannung einer weiteren Bezugsimpedanz (5) ist, durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt, und daß die Vergleichsanordnung (7) so ausgeführt ist, daß sie die Augenblickswerte der beiden Spannungen (u₄ = u — U₁, M₂) ^m dem Augenblick vergleicht, in welchem der Augenblickswert der Klemmenspannung (u₃) einer dritten Impedanz (6), durch die ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt, durch Null geht, und ein Auslösesignal in Abhängigkeit davon abgibt, ob die Polaritäten der verglichenen Augenblicksspannungen gleich oder verschieden sind.

2. Distanzschutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannung durch eine der Leitungsspannung proportionale Spannung ersetzt ist.

3. Distanzschutzrelais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (10) vorgesehen ist, dem die Klemmenspannung (u₃) der dritten Impedanz (6) zugeführt wird, und der bei jedem Nulldurchgang dieser Spannung einen kurzzeitigen Impuls abgibt, der einem Steuereingang der Vergleichsanordnung (7) zur Auslösung des Vergleichs der Augenblickswerte der beiden Spannungen zugeführt wird.

4. Distanzschutzrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Impedanz (6) einen Widerstand (6'j und eine Gegeninduktivität enthält, daß durch die Primärwicklung (6") der Gegeninduktivität in Serie mit dem Widerstand (6') ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt und daß die Klemmenspannung (u₃) an der Serienschaltung aus dem Widerstand (6') und der Sekundärwicklung (6'") der Gegeninduktivität abgenommen ist.

5. Distanzschutzrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Impedanz ein Widerstand (6') ist.

6. Distanzschutzrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Impedanz eine Gegeninduktivität ist, durch deren Primärwicklung (6") ein dem Fehlerstrom proportionaler Strom fließt und an deren Sekundärwicklung (6'") die Klemmenspannung (m₃) abgenommen ist.

7. Distanzschutzrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Erdschlußschutz einer Dreiphasenleitung angewendet wird.