DE1588105B2

DE1588105B2 - Anordnung zur Feststellung von Erdschlüssen und zum Schutz der Leiter in einem Dreiphasennetz mit geerdetem Nullpunkt

Info

Publication number: DE1588105B2
Application number: DE1588105A
Authority: DE
Inventors: Michel Fontenay-Auxroses Souillard (Frankreich)
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-07-26
Publication date: 1974-08-29
Also published as: DE1588105A1; CH498402A; FR1501814A; US3488559A; DE1588105C3; GB1199200A; BE702256A

Description

Kurzzeitspeicherschaltung nachgeschaltet. Das hat den Vorteil, daß die impulsförmigen Ausgangssignale des Relais in ein kontinuierliches Ausgangssignal umgewandelt werden.

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

Fig. 1 das Schema einer Anordnung zur Feststellung und Entfernungsmessung der Erdanschlüsse in einem Dreiphasennetz nach der Erfindung, in

(0 und 1) umsetzen, wobei die Phasen dieser Signale in Bezug auf diejenigen der Eingangssignale aufrechterhalten bleiben.

Die Ausgänge der Verstärker 1, 2, 3 sind einerseits mit einer logischen Und-Schaltang 4 und andererseits mit einer logischen Weder-Noch-Schaltung 5 verbunden. Die Ausgänge dieser logischen Verknüpfungsschaltungen sind mit einer logischen Oder-Schaltung 6 verbunden. Schließlich ist an den Ausgang dieser

welchem die Impedanz als elektrische Größe zur io logischen Verknüpfungsschaltung eine Kurzzeitspei-Messung der Entfernung verwendet wird, cherschaltung 7 von irgendeiner bekannten Art an-

Fig. 2 Diagramme zur Darstellung der Lage der geschlossen. Der Ausgang dieser Kurzzeitspeicherbei der Anordnung verwendeten Spannungsvektoren schaltung ist mit einem nicht dargestellten Auslöseim normalen Betrieb und in allen Fällen von Schlüs- organ verbunden, das für die Erfindung ohne Bedeusen zwischen Phasen und Erde, die in dem zu über- 15 tung ist. .

wachenden oder zu schützenden Leitungsabschnitt Wenn mit I_a, I_b, I_c, I_r die durch die drei Phasenauftreten und leiter Λ, B, C und den Nulleiter 2V im Falle eines

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wir- Schlusses zwischen einer oder zwei Phasen und Erde kungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung bei fließenden Ströme, mit F₀, F₆, V_c die Spannungen einem Schluß zwischen einer Phase und Erde, der in 20 zwischen jeder der Phasen und Erde und mit F/, dem zu überwachenden oder zu schützenden Lei- F₆', F/ die an den Eingangsklemmen der Verstärker tungsabschnitt auftritt. 1, 2, 3 erscheinenden Spannungen bezeichnet werden

Fig. 1 zeigt die drei Phasen A, B, C eines Dreiphasennetzes und den geerdeten Nulleiter N. In die Phasenleiter A, B, C sind jeweils die Primärwicklung eines von drei Stromwandlern 11,12,13 eingefügt.

Das eine Ende der Sekundärwicklung jedes dieser Stromwandler ist mit dem einen Ende der Primärwicklung einer Nachbildungs-Gegeninduktivität 14, 15 bzw. 16 verbunden. Diese Gegeninduktivitäten 30 Ordnungen sei als Beispiel der Fall eines Schlusses sind einander gleich, und ihr Wert Z stellt die Bnpe- zwischen der Phase A und Erde betrachtet, danz des zu schützenden und zu überwachenden Leitungsabschnitts dar. Dieses Impedanz Z hat das gleiche Argument wie die direkte Phasenimpedanz z_d der Leitung. Die Sekundärwicklung der Strom- 35 wandler 11,12,13 sind an ihrem anderen Ende miteinander verbunden, und das gleiche gilt für das andere Ende der Primärwicklungen der Nachbildungs-Gegeninduktivitäten 14,15,16. Diese beiden gemein

ist zu erkennen, daß diese drei Spannungen F/, V_b', F/ den folgenden Gleichungen entsprechen:

(1) (2) (3)

Zum besseren Verständnis der beschriebenen An-

Bekanntlich wird in diesem Fall die Spannung F₀ durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

V_a = z_dl_a

(4)

Wenn man in der Gleichung (1) das Glied V_a durch den durch die Gleichung (4) ausgedrückten Wert er-

samen Punkte sind über Leiter 10 bzw. 10' mit der 40 setzt, erhält man nach Vereinfachung: Primärwicklung einer Nachbildungs-Gegenindukti- V ' = (z -Z)(I +KI)

vitätl7 des Wertes KZ verbunden, wobei K der Koeffizient der Erdimpedanz ist, der durch die folgende bekannte Gleichung definiert ist:

v- _

Es ist also zu bedenken, daß in dem Fall, daß der Wert z_d (direkte Impedanz der einen Erdanschluß aufweisenden Phase) kleiner als der Wert der Bezugsimpedanz Z (Impedanz des zu schützenden Leitungsabschnitts) ist, die Polarität der Spannung F₀' gegenüber derjenigen der Spannung F₀ ständig umgekehrt ist. Dieser Fall tritt ein, wenn der Erdschluß

wobei Z₀ die Nullimpedanz der Leitung ist.

Zwischen jeweils einer der Phasen und dem Nullleiter ist die Primärwicklung eines von drei Span- 50 in Bezug auf den Ort der Schutzanordnung in einer nungswandlern 21, 22 bzw. 23 angeschlossen. Das Entfernung liegt, die kleiner als die Länge der zu eine Ende der Sekundärwicklungen dieser Spannungswandler ist mit einem gemeinsamen Punkt P verbunden, an den wiederum eine der Klemmen der Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 17 angeschlos- 55 sen ist. Die Sekundärwicklungen der Spannungswandler 21, 22, 23 sind andererseits mit den Sekundärwicklungen der Gegeninduktivitäten 14,15,16 so verbunden, daß drei Stromkreise gebildet werden, die an den Eingangsklemmen von Verstärkern 1, 2, 3 enden, 60 (1), (2), (3), daß die Spannungen F₀', F₆', V/ gleich wobei jeder dieser Stromkreise die Sekundärwicklung den Werten von F₀, F₆ bzw. V„ verringert um den eines der Spannungswandler, die Sekundärwicklung einer der Gegeninduktivitäten 14,15, 16 und die Sekundärwicklung der Gegeninduktivität 17 enthält.

Die Verstärker 1, 2, 3 sind in an sich bekannter Weise so ausgeführt, daß sie sich wie Analog-Digital-Umsetzer verhalten, welche ihre jeweiligen Eingangsschützenden Leitungsabschnitts ist

Die Diagramme der Spannungen F/, F₆', F/ von F i g. 2 erläutern das soeben Angegebene.

Das Diagramm von Fig. 2a zeigt die Vektoren der drei Spannungen F₀', F₆', F/-im normalen Betrieb. Diese drei Vektoren sind gegeneinander um 120° versetzt Da nämlich in diesem Fall der Strom I₁. den Wert 0 hat, erkennt man aus den leichungen

j
spannungen in logische Signale mit zwei Zuständen

Spannungsabfall ZI₀, ZI_b bzw. ZI₀, sind. Diese Spannungsabfälle haben das gleiche Argument und im wesentlichen den gleichen Wert.

Die Diagramme von Fig. 2b, 2c, 2d zeigen die Vektoren dieser Spannungen im Fall eines Erdschlusses der Phase .4, der Phase B bzw. der Phase C im Inneren des zu schützenden Leitungsabschnitts.

5 6

Die Diagramme von Fig. 2e, 2f, 2g zeigen die nung F₀' dann um, und es ist zu erkennnen, daß in Vektoren der Spannungen V_a', V_b', V/ im Falle eines den Zonen z-y die drei Spannungen dann gleichzeitig Erdschlusses von zwei Phasen im Inneren des zu positiv sind, während sie in den Zonen x"-y' gleichschützenden Leitungsabschnitts.. zeitig negativ sind. Darauf folgt, daß am Ausgang

Die Diagramme von Fig.2b bis Fig.2g zeigen, 5 der Und-Schaltung4 ein Signall abgegeben wird daß in allen Fällen eines einphasigen oder zweiphasi- (51 in Fig. 3c), das den Zonen x-y entspricht, wangen Erdanschlusses, natürlich unter der Vorausset- rend am Ausgang der Weder-Noch-Schaltung 5 ein zung, daß die direkte Impedanz der fehlerhaften Lei- Signal 1 (Bezugszeichen 5Ί von F i g. 3 d) abgegeben rung kleiner als die Bezugsimpedanz Z ist, "die ma- wird, das den Zonen x'-y' entspricht. Diese Signale xünale Phasenverschiebung zwischen den paarweise io werden nacheinander von der ..Oder-Schaltung 6 genommenen SpannungenV₀', V_b', V_c' kleiner als empfangen, welche-entsprechende Signalei abgibt 180° ist. Es ist zu erkennen, daß in diesen Diagram- (Fig. 3e). Diese Signale werden der Kurzzeitspeimen die drei Vektoren F/, V_b, V_c' in der gleichen cherschaltung zugeführt, in der sie in ein dauerndes Halbebene liegen. Es gibt also notwendigerweise ein Signal umgewandelt ,werden, wie in Fig. 3f darge-Zeitintervall, in dessen Innerem die drei Spannunr 15 stellt ist. , ii;T^ .
gen gleichzeitig die gleiche (positive oder negative) Man könnte auch-nur die Und-Schaltung 4 oder Polarität haben. - die Weder-Noch-Schaltung 5 allein verwenden, wo-^Λ Die logischen Schaltungen 4 und 5, welche dauernd bei dann die Oder-Schaltung 6 entfiele, doch ist es die von den Verstärkern 1, 2, 3 abgegebenen logi- sehr viel vorteilhafter, die drei logischen Schaltunschen Signale empfangen, stellen die Koinzidenz der 20 gen 4, S und 6 zu ,verwenden, weil man dann eine Augenblickspolaritäten der drei V_a', V_b', V/ fest. größere Ansprechgeschwindigkeit der Anordnung im Die Und-Schaltung 4 gibt während des Zeitintervalls, Fall eines Erdschlusses erhält. Wie aus F i g. 3 zu in dem die drei Spannungen gleichzeitig positiv sind, erkennen ist, findet dieses Ansprechen stets in einem das Signal 1 ab. Die Weder-Noch-Schaltung 5 gibt Zeitintervall statt, das kleiner als V₃ einer Periode während des Zeitintervalls, in dem diese Spannungen as ist, während es allein mit einer Und-Schaltung oder gleichzeitig negativ sind, ein Signal 1 ab. Die Oder- allein mit einer Weder-Noch-Schaltung beinahe eine Schaltung 6 gibt ein Signal ab, wenn sich wenigstens Periode erreichen könnte.

einer ihrer Eingänge im Zustand 1 befindet. Die Das Prinzip der Anordnung ist unter Bezugnahme Kurzzeitspeicherschaltung 7 wandelt die Folge dieser auf den Fall eines widerstandsfreien Erdschlusses erSignale kurzer Dauer in ein dauerndes Signal um, das 30 läutert worden..JFalls der Erdschluß einen Widerdie Erregung des an den Ausgang der Kurzzeitspei- stand aufweisen würde, könnte die Messung der Entcherschaltung angeschlossenen Auslöseorgans ermög- fernung dieses Erdschlusses mit einem positiven licht. Fehler behaftet sein. Zur Verbesserung der Güte der

Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise der beschriebenen Messung setzt man vorteilhaft zwischen die Oder-Anordnung für den Fall eines Erdschlusses zwischen 35 Schaltung 6 und , die Kurzzeitspeicheranordnung 7 der Phased in dem zu überwachenden oder zu schüt- eine zeitabhängige Schaltung ein, welche nur solche zendenLeitungsabschnitt. Ausgangsimpulse· der .Oder-Schaltung 6 durchläßt,

Die Kurven von Fig. 3a zeigen die drei Span- deren Dauer einen bestimmten Wert überschreitet,

nungen V_a', V_b, V/ im normalen Betrieb. Die Wahl dieses Wertes ermöglicht die Veränderung

Die Kurven von Fig. 3b zeigen drei Spannungen 40 der Steilheit der Kennlinie der beschriebenen Anordbeim Auftreten eines Erdschlusses der Phase .4 im nung in der R-X-Koordinatenebene (Wirkwider-Inneren des zu überwachenden oder zu schützenden stands-Blindwiderstands-Ebene), wodurch es möglich Leitungsabschnitts. Wie zuvor erläutert wurde, kehrt wird, die Entfernung durch Messung des Blindwidersich die (in gestrichelter Linie dargestellte) Span- stands der fehlerhaften Schleife zu messen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Impedanz mit dem Sternpunkt der drei Kreise verPatentansprüche: bunden sind, und von dem der Ausgang mit einer Auslöseanordnung verbunden ist.

1. Anordnung zur- Feststellung von Erdschlüs- Bei einer aus der deutschen Patentschrift 670185 sen und zum Schutz der Leiter in einem Drei- 5 bekannten Anordnung dieser Art ist das Relais so phasennetz mit geerdetem Nullpunkt, mit drei ausgebildet, daß es auf die Umkehrung des Drehfeld-Kreisen, von denen jeder die Sekundärwicklung sinnes seiner drei Eingangsspannungen anspricht. Ein eines Spannungswandlers, dessen Primärwick- derartiges Relais .weist einen ,verhältnismäßig komlung zwischen einer Phase und Erde angeschlos- plazierten Aufbau auf; außerdem beträgt seine Ansen ist, und in Reihe damit eine für alle Kreise io Sprechzeit mindestens eine'Periode.

gleiche Nachbildufigsimpedanz enthält, deren Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer An-

Wert die Impedanz des zu überwachenden und '. ■ Ordnung der eingangs angegebenen Art, bei der das zu schützenden Leitungsabschnitts darstellt und Relais einen einfacheren Aufbau und eine kürzere die das gleiche Argument wie die direkte Impe- Ansprechzeit hat.

danz der Leitung hat, und mit einem Relais, von 15 Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß dem drei Eingänge jeweils mit einem der drei das Relais als Spannungsvorzeichenvergleichsschal-Kreise und ein gemeinsamer weiterer Eingang tung ausgeführt ist, die dann ein Ausgangssignal abüber eine gemeinsame Impedanz mit dem Stern- gibt, wenn ihre drei Eingangsspannungen das gleiche punkt der drei Kreise verbunden sind und von Vorzeichen haben.

dem der Ausgang mit einer Auslöseanordnung 20 Die Wirkung der Anordnung nach der Erfindung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, beruht auf der Erkenntnis, daß bei allen ein- und daß das Relais (1, 2, 3, 4, 5, 6) als Spannungs- zweiphasigen Erdanschlüssen die Vektoren der mit vorzeichenvergleichsschaltung ausgeführt ist, die Hilfe der Nachbildungskreise gebildeten reduzierten dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn ihre drei Phasenspannungen, die an das Relais angelegt wer-Eingangsspannungen das gleiche Vorzeichen ha- 25 den, immer in der gleichen Halbebene liegen; dies ben. bedeutet, daß es in jeder Periode zwei Zeitabschnitte

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- geben muß, in denen die drei reduzierten Phasenkennzeichnet, daß das Relais für jede Phase spannungen jeweils das gleiche Vorzeichen (positiv einen seine Eingangsspannung in ein binäres oder negativ) haben. Das gemäß der Erfindung als Ausgangssignal umwandelnden Analog-Digital- 30 Spannungsvorzeichenvergleichsschaltung ausgeführte Umsetzer (1, 2, 3) enthält, von dem eine Em- Relais kann also in jeder Halbperiode ein diesen Zugangsklemme mit dem der gleichen Phase züge- stand anzeigendes Ausgangssignal abgeben, das zur ordneten Kreis (14, 21; 15, 22; 16, 23) und die Auslösung verwendet werden kann. Die Ansprechandere Eingangsklemme mit der gemeinsamen zeit ist somit auf eine halbe Periode herabgesetzt. Impedanz (17) verbunden sind, und daß die Aus- 35 Außerdem kann die Spannungsvorzeichenvergleichsgänge der drei Analog-Digital-Umsetzer (1, 2, 3) schaltung sehr einfach und betriebssicher aufgebaut mit den Eingängen einer Und-Schaltung (4) ver- werden, insbesondere auch-so, daß sie digital arbeibunden sind. tet, wobei dann einfach digitale Verknüpfungsschal-

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- tungen verwendet werden können, kennzeichnet, daß an die Ausgänge der drei Ana- 40 Im einfachsten Fall wird dies gemäß einer Auslog-Digital-Umsetzer (1, 2, 3) die Eingänge einer führungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß Weder-Noch-Schaltung (5) angeschlossen sind das Relais für jede Phase einen seine Eingangsspan- und daß die Ausgänge der Und-Schaltung (4) nung in ein binäres Ausgangssignal umwandelnden und der Weder-Noch-Schaltung (S) mit den Ein- Analog-Digital-Umsetzer enthält, von dem eine Eingängen einer Oder-Schaltung (6) verbunden sind. 45 gangsklemme mit dem der gleichen Phase zugeordne-

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis ten Kreis und die andere Eingangsklemme mit der 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des gemeinsamen Impedanz verbunden sind, und daß die Relais (1, 2, 3, 4, 5, 6) eine Kurzzeitspeicher- Ausgänge der drei Analog-Digital-Umsetzer mit den schaltung (7) nachgeschaltet ist. - .. Eingängen einer Und-Schaltung verbunden sind.

■■■"· - 50 Bei dieser Ausführungsform gibt die Und-Schal

tung dann ein Signal ab, wenn die Ausgangssignale

der Analog-Digital-Umsetzer den gleichen Binärwert,

■ · - ... nämlich den Binärwert 1, haben.

... _ Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform be-

Die Erfindung bezieht ""sich auf- eine Anordnung 55 steht darin, daß an die Ausgänge der drei Analog-

zur Feststellung von Erdschlüssen und zum Schutz Digital-Umsetzer die Eingänge einer Weder-Noch-

der Leiter in einem Dreiphasennetz mit geerdetem Schaltung angeschlossen sind und daß die Ausgänge

Nullpunkt, mit drei Kreisen, von denen jeder die der Und-Schaltung und der Weder-Noch-Schaltung

Sekundärwicklung eines Spannungswandlers, dessen mit den Eingängen einer Oder-Schaltung verbunden

Primärwicklung zwischen einer Phase und Erde an- 60 sind.

geschlossen ist, und in Reihe damit eine für alle In diesem Fall gibt die Weder-Noch-Schaltung ein Kreise gleiche Nachbildungsimpedanz enthält, deren Signal ab, wenn die Ausgangssignale der Analog-Wert die Impedanz des zu überwachenden und zu Digital-Umsetzer den komplementären Binärwert, schützenden Leitungsabschnitts darstellt und die das also den Binärwert 0, haben, und am Ausgang der gleiche Argument wie die direkte Impedanz der Lei- 65 Oder-Schaltung erscheint für jedes Ausgangssignal rung hat, und mit einem Relais, von dem drei Ein- der Und-Schaltung und der Weder-Noch-Schaltung gänge jeweils mit einem der drei Kreise und ein ge- ein Signal,
meinsamer weiterer Eingang über eine gemeinsame Vorzugsweise ist dem Ausgang des Relais eine