DE1591882B2 - Verfahren und vorrichtung zur fehlerortung in einer wechselstromuebertragungsleitung - Google Patents

Description

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Augenblick bestimmt wird, der unmittelbar dem Null- steht, die gemäß dem Auslösesignal ihren Ladestrom Durchgang des Stromes folgt, da eine gewisse magne- während einer kurzen Zeitdauer an einen Elektrotische Remanenz andernfalls diese Größe beeinträch- magnet legt, bis die Kondensatorspannung einen betigen könnte. stimmten Wert angenommen hat. Diese Spannung Die Anzeige des Fehlerortes kann äußerst kurzzei- 5 kann dann auf diesen Wert begrenzt werden, worauf tig erfolgen, noch bevor der Leistungsschalter ab- die induzierte EMK in der Elektromagnetspule auf schaltet, und theoretisch ist nur eine Halbperiode er- Null zusammenbricht. Der Elektromagnet und demforderlich, um die Quotientenbildung durchführen zu gemäß der Schalter 7 können so während einer Zeitkönnen. In der Praxis wird jedoch eine Mittelwert- dauer von z. B. zwei Perioden nach Einleitung des bildung vorgenommen, z. B. eine Mittelwertbildung io Auslösesignals geschlossen sein,
über zwei Perioden, vorausgesetzt, daß der Leistungs- Es sollen nun die Hauptschaltungselemente beschälter nicht eine kürzere Ansprechzeit besitzt. Die trachtet werden. Der Ausgang des Stromwandlers 4 Mittelwertbildung hat den Vorteil, daß örtliche Un- wird einem Transformator 13 der Stufe S zugeführt, regelmäßigkeiten infolge von Einschwingvorgängen an dessen Sekundärwicklung ein Schalter 14 und eine od. dgl. ausgeschaltet sind. 15 Spule 15 angeschaltet sind. Wenn der Schalter 14 ge-Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Schaltungs- schlossen ist, z. B. gemäß einem Signal der Zeitgeberanordnung zur Durchführung des Verfahrens ergeben stufe 10, dann wird die Spule aufeinanderfolgend in sich aus den Unteransprüchen. entgegengesetzten Richtungen gemäß dem Eingangs-Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der er- signal bewegt, um einen Umschaltkontakt 16 zwifindungsgemäßen Schaltungsanordnung an Hand der 20 sehen zwei festen Kontakten 17 und 18 zu betätigen, Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt dabei ist der Anker der Spule 15 mit dem Umschalt-Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanord- kontakt 16 verbunden. Parallel zu diesen Kontakten nung, 17 und 18 liegt ein Widerstand 20, und an diesem Fig. 2 ein Schaltbild, Widerstand wird eine Wechselspannung abgenom-Fig. 3(a) bis 3(d) Wellenformen, die an verschie- 25 men, deren Wert von dem Anteil der Sekundärspandenen Stellen der Schaltung auftreten. nung abhängig ist, die von einem Transformator 21 F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Fehlerortung abgenommen wird, welcher mit dem Spannungswandeines in einer Übertragungsleitung 1 aufgetretenen ler 3 gekoppelt ist. Zwei gegeneinander geschaltete Fehlers, insbesondere eines Kurzschlusses. Dioden 22, 23 sind ebenfalls parallel zu den Konin die Übertragungsleitung 1 ist ein Leistungsschal- 30 takten 17, 18 geschaltet. Eine Zenerdiode 24 liegt ter 2 eingeschaltet, und an die Leitung sind ein Span- zwischen den Klemmen 26, 27, d. h. zwischen der nungswandler 3 und ein Stromwandler 4 angeschlos- Verbindung dieser Dioden und dem Kontakt 16. sen. Der Ausgang des Spannungswandlers wird einer Demgemäß fließt, wenn der bewegliche Kontakt dem Schaltstufe 5 zugeführt, die durch den Stromeingang festen Kontakt 18 anliegt und die Spannung am Wides Transformators 4 überwacht wird, um die Span- 35 derstand 20 derart ist, daß sie an der Klemme 17 nungswellenform abnehmen zu können, die zwischen ein positives Potential und an der Klemme 18 ein benachbarten Augenblicken auftritt, in denen Span- negatives Potential hat, der Strom durch die Diode nung und Strom durch Null gehen. Der Ausgang des 22 und zurück durch diesen Kontakt 16, so daß eine Stromwandlers 4 wird außerdem einer Differentiator- Spannung an den Klemmen 26, 27 auftritt. Wenn jestufe 6 zugeführt, die am Ausgang eine Spannung er- 40 doch der Kontakt 16 im Augenblick des Strom-Nullzeugt, welche die Ableitung des Stromes im Augen- Durchgangs von dem Transformator 13 umschaltet, blick des Nulldurchganges ist. dann wird der Strompfad unterbochen, bis die Span-Die Spannungsausgänge der Schaltstufe 5 und des nungspolarität am Transformator 21 sich ändert, Differentiators 6 werden über einen Schalter 7 Spei- wenn der Strom wieder durch diesen Pfad über die cherstufen 8, 9 zugeführt, wobei der Schalter 7 wäh- 45 Diode 23 fließt. So wird eine Reihe von Spannungsrend einer vorbestimmten Zeitdauer durch eine Zeit- impulsen an den Klemmen 26, 27 [F i g. 3 (b)] entgeberstufe 10 geschlossen wird, die gemäß einem sprechend der Sekundärspannungswellenform am Auslösesignal für den Leistungsschalter 2, das von Transformator 21 [Fig. 3(a)] erzeugt und während einer Eingangsklemme 11 herrührt, betätigt wird. derjenigen Perioden abgetastet, in denen der Sekun-Die in der Stufe 8 gespeicherte Größe ist demge- 50 därstrom des Transformators 13 [Fig. 3 (c)] den maß ein Spannungswert (F), der proportional der Umschaltkontakt 16 aufeinanderfolgend mit den Leitungsspannung im Augenblick des Strom-Null- Kontakten 17,18 verbindet.

Durchganges ist, und die Größe, die in der Stufe 9 ge- Die mechanisch gekoppelten Kontakte 39, 30 des speichert wird, ist ein Spannungswert proportional Schalters 7 werden durch die Zeitgeberstufe 10 bei der Ableitung des Leitungsstromes nach der Zeit 55 Beginn eines Auslösesignals, wie oben erwähnt, ge-(d//di). Die Relativgröße oder das Verhältnis die- schlossen, und demgemäß werden diese Spannungsser zwei Spannungen wird dann in einer Ausgangs- impulse über die geschlossenen Kontakte 29 zur Aufstufe 12 bestimmt, die aus dieser Information eine ladung eines Kondensators 31 in dem Speicherkreis 8 Anzeige der Distanz des Fehlers von diesem Ort lie- wirksam. Dieser Kondensator speichert den maxifert, da hierdurch die Leitungsinduktanz unter der 60 malen Spannungswert dieser individuellen Impulse Fehlerbedingung V = Ldi/dt angezeigt wird. und bewirkt eine gewisse Integration, um ein fehler-Es wird nun auf die Fig. 2 und 3(a) bis (d) Bezug haftes Ansprechen auf individuelle Unregelmäßigkeigenommen. In Verbindung mit diesen Figuren wer- ten der Spannungsimpulse zu vermeiden,
den die Arbeitsweise und die Schaltung näher be- Der Ausgang des Stromwandlers 4 wird außerdem schrieben. Zunächst wird auf die Zeitgeberstufe 10 65 einem Transformator 32 in der Differentiatorstufe 6 Bezug genommen, die nicht im einzelnen dargestellt zugeführt. Die Sekundärwicklung dieses Transformaist, da sie von herkömmlicher Konstruktion sein kann, tors ist mit einem Ende an einem Paar parallelge- und zweckmäßigerweise aus einer RC-Schaltung be- schalteter Kondensatoren 34, 35 angeschaltet, die

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durch einen Widerstand 36 überbrückt sind. Das an- weise zwei Perioden des Wechselspannungssystems

dere Ende der Sekundärwicklung ist an einem Ver- entsprechen, um eine mittlere Ablesung über vier

bindungspunkt zwischen zwei Spulen 37, 38 ange- Strom-Null-Durchgänge zu erlangen, oder solch eine

schaltet, deren beide anderen Enden über Dioden 39, kürzere Periode könnte durch die Betriebszeit des

40 an die Kondensator-Widerstandsverbindungen an- 5 Leistungsschalters bestimmt werden. Eine gerade

geschlossen sind. Zahl von Halbwellen ist zu bevorzugen, damit Un-

Die dem Leitungsstrom proportionale Sekundär- regelmäßigkeiten der einen oder anderen Halbwelle

wechselspannung wird durch die Stufe 6 differenziert, kompensiert werden.

und die Dioden 39, 40 leiten während aufeinander- Wenn die Ausgangsstufe wie erwähnt eingestellt folgender Perioden, so daß eine steile Wellenfront io ist, wird dann der Schalter 48 in die Stellung B beden Spulen 37, 38 geliefert wird, die notwendig ist, wegt, und der Schleiferarm des Potentiometers 45 um die Spitzenimpulse zu erzeugen. Die Restladung wird so eingestellt, daß das Meßgerät 52 in seine der Kondensatoren 34, 35 dient zur Dämpfung der Ausgangsstellung überführt wird. Dieses Instrument Neigung zum Überschwingen. So werden in einer wird demgemäß gegenüber einer Spannung über dem Richtung verlaufende Impulse, die proportional der 15 Kondensator 42 (di/dt) ausgeglichen, da es diese Ableitung der Sekundärspannung sind, an den Spulen Größe ist, die an dem oberen Teil des Potentio-37, 38 [Fig. 3(d)] erzeugt, die bei jedem Span- meters 45 auftritt und einen zusätzlichen Eingang des nungs-NuIl-Durchgang auftreten, d. h. in dem Augen- Transistors 49 unter dieser Bedingung bildet. Daraufblick, in dem der Leitungsstrom Null ist, und sie wer- hin wird der Schalter 48 in die Stellung C überführt, den über den Schalter 30 einem Kondensator 42 zu- 20 und der Schleiferarm des Potentiometers 46 wird so geführt. Eine Zenerdiode 43 liegt im Nebenschluß, eingestellt, daß das Meßgerät 52 in die Ausgleichsum die Größe dieser Impulse zu begrenzen. · stellung zurückgeführt wird. Das Meßgerät wird nun-Demgemäß ist die in dem Kondensator 31 gespei- mehr gegenüber der Spannung über dem Kondencherte Spannung proportional zu der Leitungsspan- sator 31 (F) abgeglichen, da es diese Größe ist, die nung (V) bei Stromnulldurchgang, und die Spannung 25 am oberen Abschnitt des Potentiometers 45 abfällt, die in dem Kondensator 42 gespeichert wird, ist pro- welche nun den zusätzlichen Eingang des Transistors portional der Ableitung des Leitungsstromes (di/dt) 49 bildet. Da die Gesamtspannung über dem Poten-' bei Strom-Null-Durchgang. tiometer 46 (di/dt) darstellt, repräsentiert die Span-Die Beziehung zwischen diesen beiden Größen nung über dem oberen Abschnitt nunmehr V, und wird durch die Ausgangsstufe 12 bestimmt, und diese 30 durch geeignete Eichung der Verstellung des Schlei-Stufe weist eine Verhältnisbestimmungsstufe auf, der fers kann erreicht werden, daß direkt das Verhältnis eine Ausgleichsanzeigestufe folgt. Die erstere Stufe von V zu di/dt angezeigt wird, d.h. die Induktanz weist einen Spannungsteiler, bestehend aus einem der Leitung, die in Verbindung mit bekannten Leifesten Widerstand 44 und einem Potentiometer 45, tungsparametern ihrerseits die Entfernung längs der auf. Der Schleiferarm des Potentiometers ist mit dem 35 Leitung bis zu dem Fehler anzeigt.
Kondensator 42 und mit dem anderen Potentiometer Das vorgeschriebene Ausführungsbeispiel kann in 46 verbunden, der seinerseits an den Widerstand 44 verschiedener Hinsicht abgewandelt werden, ohne angeschaltet ist. Der Schleifer dieses Potentiometers den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Bei- 46 ist an den anderen Kondensator 31 angeschlossen. spiel kann eine Ausgangsstufe 12 für mehrere Grup-Außerdem ist in dieser Stufe ein Wählschalter 48 ein- 40 pen von Stufen 5 bis 9 vorgesehen werden, die vergefügt, der mit der Gatterelektrode eines Transistors schiedenen Leitungen oder verschiedenen Phasen 49 verbunden ist, der einen extrem niedrigen Rest- eines Mehrphasensystems zugeordnet sind. Die Stufe strom besitzt. Dieser Transistor 49 kann z. B. ein 12 kann dabei als steckbare Einheit ausgebildet sein. MOS-Feldeffekttransistor mit isolierter Gitterelek- In diesem Falle können weitere Kondensatoren an trode sein. Die folgende Ausgleichsanzeigestufe ist 45 zwei Gruppen von Eingangsklemmen dieser Vorrichvon herkömmlicher Bauart und besitzt zwei Tran- tung vorgesehen werden, die parallel zu den Speichersistoren 50, 51, die in der aus F i g. 2 ersichtlichen kondensatoren 31, 42 liegen, so daß sie die Ladung Weise parallel geschaltet sind, wobei ein Meßgerät 52 dieser Kondensatoren empfangen, wenn die Vorrichzwischen ihren Kollektor-Elektroden liegt und ein tung eingesteckt wird. Hierdurch können Schaltungs-Potentiometer 54 in ihre gemeinsame Emitterverbin- 50 elemente mit geringeren Nenndaten im Ausgangskreis dung eingeschaltet ist. benutzt werden, da die gespeicherte Spannung dann Ursprünglich befindet sich der Schalter 48 in der reduziert wird, wenn die Gesamtladung gemeinsam Stellung A, und die Kondensatoren sind entladen, ist. Dieses Merkmal ist insbesondere vorteilhaft, da wobei das Potentiometer 54 so eingestellt ist, daß hierdurch die Möglichkeit geschaffen wird, daß hohe das Meßgerät 52 im Hinblick auf die wirksame Ein- 55 Spannungen durch die Stufe 5 verarbeitet werden gangsspannung, d. h. im Hinblick auf die über den können, so daß die Dioden hierin ständig im linearen festen Widerstand 44 abgenommene Spannung, ab- Teil ihrer Charakteristik arbeiten, während die Spangeglichen ist. . nung, der der Transistor 49 ausgesetzt ist, entspre-

Wenn nun ein Fehler in dem zu schützenden Sy- chend vermindert wird.

stem auftritt, wird ein Auslösesignal für den Schutz- 60 Außerdem können verschiedene andere Schal-

leistungsschalter 2 an der Klemme 11 erzeugt, und tungsmerkmale zusätzlich benutzt werden, z.B. eine·

dies führt dazu, daß die Zeitgeberstufe 10 erregt wird Schaltstufe zur Entladung der Speicherkondensatoren

und die Kondensatoren 31, 42 in der beschriebenen nach einer Meßfolge. Diese zusätzlichen Stufen wur-

Weise geladen werden. Die Zeitdauer, während der den jedoch der Übersichtlichkeit halber in der Zeich-

die Zeitgeberstufe erregt wird, kann zweckmäßiger- 65 nung weggelassen.

-Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche· 7* Schaltungsanordnung für ein Wechselstrom übertragungssystem, welches eine Vielzahl von

1. Verfahren zur Fehlerortung in einer Wech- Untersystemen aufweist, nach den Ansprüchen 1 selstromübertragungsleitung und zur Bestimmung bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zahl der Distanz des Fehlerorts von der Überwa- 5 der Untersysteme entsprechende Zahl von Über-

' chungsstation durch Quotientenbildung unter Er- wachungseinrichtungen mit einem einzigen gefassung der Spannung an der Überwachungssta- meinsamen Quotientenbildner vorgesehen ist, der

tion, wobei der Quotient die Induktivität der Lei- von den beiden Speicherkreisen gespeist wird, die

tung zwischen Überwachungsstelle und Fehlerort jedem Untersystem zugeordnet sind,

angibt, so daß in Verbindung mit der bekannten io
Leitungsimpedanz pro Längeneinheit ein Rückschluß auf die Entfernung zwischen Überwachungsstation und Fehlerort gezogen werden
kann, dadurch gekennzeichnet, daß der
Quotient von der Leitungsspannung und der An- 15

derungsgeschwindigkeit des Leiterstromes an der Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und

Überwachungsstation im Augenblick des Strom- eine Schaltungsanordnung zur Fehlerortung in einer Null-Durchganges gebildet wird. Wechselstromübertragungsleitung und zur Bestim-

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des mung der Distanz des Fehlerorts von der Überwa-Arbeitsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 chungsstation durch Quotientenbildung unter Erfaskennzeichnet, daß eine Differenzierstufe (6) vor- sung der Spannung an der Überwachungsstation, wogesehen ist, der das Stromsignal zugeführt wird bei der Quotient die Induktivität der Leitung zwi-. und die Ausgangsimpulse mit einer Amplitude sehen Überwachungsstelle und Fehlerort angibt, so liefert, die proportional zur Änderungsgeschwin- daß in Verbindung mit der bekannten Leitungsimpedigkeit des Stromsignals im Strom-Null-Durch- 35 danz pro Längeneinheit ein Rückschluß auf die Entgang ist, daß eine erste Speicherstufe (9) diese fernung zwischen Überwachungsstation und Fehler-Impulse empfängt, daß einer zweiten Speicher- ort gezogen werden kann. _f stufe (8) das Spannungssignal über eine Schalt- Ein solches Verfahren zur Fehlerortsbestimmung anordnung (5) zugeführt wird, die während des in Wechselstromnetzen ist aus der DT-PS 5 16 564 Strom-Null-Durchganges öffnet, daß eine Quo- 30 bekannt. Hierbei wird die Induktivität der Leitung tientenstufe (12) das Verhältnis der in den bei- zwischen Überwachungsstation und Fehlerort daden Speichern gespeicherten Größen bestimmt durch erlangt, daß das Produkt des Quotienten von und daß ein Zeitgeber (10) ein Anschalten an die Leitungsspannung und Leitungsstrom unter Fehler-Betriebsspannung bzw. den Strom während einer bedingung und dem Sinus des Winkels zwischen Zeitdauer bewirkt, die nicht kleiner als eine halbe 35 Spannung und Strom bestimmt wird. Periode ist, nachdem ein Fehler aufgetreten ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schafdurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer eine fen, durch welche eine genauere Anzeige der Indukganze Zahl von Halbperioden darstellt und daß tivität zwischen Überwachungsstation und Fehlerort die Speicherstufen dazu dienen, die aufeinander- 40 und damit eine verbesserte Distanzbestimmung erfolgenden Signalamplituden, die ihnen während langt werden kann.

jener Zeitdauer zugeführt wurden, zu einem Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da-

Durchschnittswert zu verarbeiten. durch, daß der Quotient von der Leitungsspannung

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und der Änderungsgeschwindigkeit des Leiterstromes oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch 45 an der Überwachungsstation im Augenblick des die Speicher gespeicherten Signale eine vorbe- Strom-Null-Durchganges gebildet wird.

stimmte Polarität aufweisen. Die Erfindung macht demgemäß von der Tatsache

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen Gebrauch, daß im Augenblick des Strom-Null-Durch-3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit- gangs der Spannungsabfall in dem Ohmschen Widerdauer eine im wesentlichen genaue Zahl voller 5° stand der Leitung gleich Null ist, während der Span-Perioden ist und daß die beiden Signale jedem nungsabfall infolge jener Komponenten, die einen Speicherkreis in jeder vollen Periode zugeführt induktiven Blindwiderstand besitzen, proportional werden, so daß die Null-Versetzungswirkungen der ersten Ableitung des Stromes nach der Zeit in kompensiert werden. diesem Augenblick ist.

6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 55 Da U = L · di/dt kann die Induktivität der Lei-2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quo- tung unter den jeweils herrschenden Bedingungen auf tientenstufe ein erstes Potentiometer (45) auf- relativ einfache Weise äußerst genau erhalten werweist, an dem die Bezugsspannung anliegt, daß den, und durch Vergleich dieser Induktivität mit beein zweites Potentiometer (46) an die Anzapfung kannten Werten kann die Distanz des Fehlers sehr des ersten Potentiometers angeschaltet ist, daß 60 genau ermittelt werden.

ein Abgleichsanzeiger (50 bis 52) vorgesehen ist, Wenn in der Beschreibung bzw. dem Anspruch 1 dem ein Schalter (48) zugeordnet ist, um die vom von »Strom-Null-Durchgang« die Rede ist, so soll ersten und zweiten Potentiometer abgezapften dies auch geringfügige Abweichungen von diesem Spannungen mit den Spannungen der ersten bzw. exakten Stromdurchgangswert einschließen, denn in zweiten Speicherstufe zu vergleichen und auszu- 65 gewissen Fällen, insbesondere wenn im Sättigungsgleichen, wobei die Stellung des Anzapfpunktes gebiet arbeitende Transformatoren benutzt werden, des zweiten Potentiometers dann das erwähnte können genauere Messungen erhalten werden, wenn Verhältnis anzeigt. die Änderungsgeschwmdigkeit des Stromes für einen