DE1788037A1 - Distanzrelais - Google Patents
DistanzrelaisInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/40—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Description
WAtT Ε
β München 2, * 0, Sep, 1968
UNSER ZEICHEN; · -J-J 590
THE EMLISH EIECTRIQ COMPANY LIMITED, London W.C.2, England
Distanzrelais
Die Erfindung bezieht sich auf Distanzrelais, d.ho
Kelais, die es ermöglichen, das Auftreten eines Dehlers festzustellen, der z.B. einen Abschnitt, einer Hetzleitung innerhalb
einer bestimmten Entfernung vom Standort des Relais betrifft, und die es ermöglichen, eine Schutzmaßnahme einzuleiten,
Lim den fehlerhaften Leibungsabschnitt in Abhängigkeit
von der Lage der .Fehlerstelle zu isolieren» " d
Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Distanzrelais
vor,--das es ermöglicht, ein ',Yechselstroniübertragungssystem
gegen /ehler zu soaützen; ein erfindungsgemäßes Distanzrelais
umfaßt eine erste Einrichtung mit Vorrichtungen zum'Überwachen
des durch die Leitung fließenden Jtroms und zum Ermitteln des
Augenblicks, in dem der Strom den fullpunkt durchläuft, ferner eine Vorricntung zum Überwachen der Spannung der Anlage, eine
m/, mittels deren die erwähn be Spannung auaummwu inLb
'jns einer gegenüber dieser Spannung um einen vorbestimmten
Betrag püasenverschobenen Spannung gleichgerichtet■ v/erden
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kann, eine Summierunasvorrichtung zum Addieren des größten
Augenblickswertes der gleichgerichteten einseitig gerichteten Spannungen und der Ableitung der Stromstärke in dem betreffenden
Augenblick sowie eine Ausgangsvorrichtung, die in Abhängigkeit davon betätigt werden kann, daß irgendein Teil
der wellenform der summierten Größen die lullinie durchläuft, sobald die Ableitung der Stromstärke hinsichtlich ihrer Größe
die gleichgerichteten Spannungen überschreitet und das entgegengesetzte
Vorzeichen besitzt.
Die durch diese Einrichtung festgelegte Arbeits- oder
Betriebscharakteristik kann einander benachbarte "Zonen"
der ί/echselstromanlage umfassen, um eine genaue Unterscheidung
zwischen Fehlern zu ermöglichen, die verschiedene Teile der Anlage betreffen, und ferner kann die Einrichtung so ausgebildet
werden, daß sie eine Charakteristik festlegt, welche sämtliche Zonen umschließt. Eine vollständige Distanzrelaisanlage
kann somit die erste im folgenden als Meßeinheit bezeichnete Einrichtung umfassen, die unmittelbar auf Fehler
anspricht, welche inre oenacuuarte (erste) Zone betreffen,
sowie die an zweiter Stelle genannte Einrichtung, die entsprechend
der zuerst erwähnten Einrichtung zur Wirkung kommt, im folgenden als Anlasser bezeichnet wird und auf Fehler anspricht,
die irgendeine der verschiedenen Schutzzonen betreffen; Diese zweite Einrichtung dient dazu, die erste
Einrichtung so zu beeinflussen, daß diese ihre "ReichweiteV
fortschreitend vergrößert, um zu bewirken, daß .die nachfolgenden
Zonen von ihrer Charakteristik umschlossen werden. In diesem Fall würde die Ausgangsvorrichtung der Meßeinheit zur
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Wirkung kommen, um eine Schutzmaßnahme durchzuführen, z.B.
einen Trennschalter zu'"betätigen und so die Fehlstelle zu
isolieren, während die Ausgangsvorrichtung des Anlassers zur Wirkung, kommen würde, um die "Reichweite" der der Meßeinheit
in der beschriebenen vi/eise zu vergrößern«
Gemäß der Erfindung wird eine genaue Unterscheidung zwischen Fehlern bzw»■ Störungen, die innerhalb und außerhalb
dieser vorbestimmten Schutzzöllen auftreten, dadurch erreicht,
daß die Größen der Spannung (E) und die Ableitung des Stroms
(di/dt) im Augenblick des Hulldurchgangs des Stroms verglichen
werden. In diesem Augenblick ist der Spannungsabfall- im
ohmschen Widerstand der Leitung gleich Null, und der Spannungsabfall,
der auf diejenigen Komponenten zurückzuführen ist, die einen induktiven </iderstand haben, ist proportional
zur Ableitung des Stroms, d.h. (E = L di/dt), äo daß das "Verhältnis
von E zu di/dt den induktiven Widerstand der
v/echselstromleitung anzeigt. Da diese letztere Größe für eine
in einwandfreiern Zustand befindliche Anlage bis zur Grenze
jeder Zone bekannt ist, wird zweckmäßig dafür gesorgt, daß dann, wenn das Verhältnis zwischen E und di/dt kleiner ist
als 1, d.h. wenn die Größe von di/dt die Größe von ,E über-,
schreitet, die Fehlstelle innerhalb der betreffenden überwachten Zone liegt, und daß die Meß- oder Anlassereinheiten
entsprechend betätigt werden.
Außerdem ist die besondere Form der Relaischarakteristik
ohne Rücksicht darauf, ob es sich um die Ausgangszone
oder die einzelnen Schutzzonen handelt, in erster Linie dafUr
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maßgebend, daß eine genaue Unterscheidung zwischen Störungen und zulässigen Leistungsschwankungen usw. sowie zwischen
verschiedenen Arten von Störungen getroffen wird, und ein wichtiges Merkmal der Erfindung "besteht darin, daß diese
Charakteristiken leicht dadurch bestimmt werden, daß man die relative Größe der Ableitung des Stroms und der gleichgerichteten
Spannungen und den Phasenwinkel zwischen diesen Größen einstellt. Insbesondere kann man den Phasenwinkel und
die relative Größe der gleichgerichteten Spannungen sowohl bei den Meßeinheiten als auch bei den Anlassereinheiten getrennt
beeinflussen, um die Yiinkel zu regeln, die von der Charakteristik oder Kennlinie eingeschlossen werden und ein
zusätzlicher regelnder Einfluß kann bei der Meßeinheit mit Hilfe eines Schaltnetzwerks ausgeübt werden, das den Einfluß
der Ableitung des Stroms auf die zusammengesetzte Wellenform innerhalb bestimmter" Grenzen hält, um eine "Richtwirkung"
auf die Kennlinie auszuüben, d.h. es dem Relais zu ermöglichen, nur auf Störungen anzusprechen, die vom Standort des Relais
aus betrachtet in einer bestimmten Richtung auftreten.
Das erfindungsgemäße Distanzrelais bietet somit den Vorteil, daß eine genaue Unterscheidung zwischen verschiedenen
Schutzzonen und verschiedenen Arten von Störungen möglich ist, und daß im Vergleich zu komplizierteren Anordnungen bekannter
Art, bei denen "nachgeahmte Widerstände" der Wechselstromanlage verwendet werden, um Störungen zu ermitteln, ein
außergewöhnlich großer Spielraum für die Wahl der J3etriebscharakteristiken zur Verfugung steht, und daß mehrere ver-
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schiedene Stromkreise verwendet werden können, von denen jeder
einen anderen Teil der zusammengesetzten Relaiskennlinie ■bestimmt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.
Jig, 1 zeigt in einem Blockdiagramm ein erfindungsgemäßes
Relais und läßt die "ersten" Einrichtungen oder Meßeinheiten erkennen, die bereits erwähnt wurden und dazu dienen,
eine Meßleitung zu schützen.
Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltung von Teilen der Anordnung nach Fig. 1.
Fig. 3A bis 3C zeigen mögliche Wellenformen, die bei
der Ableitung der Große di/dt angewendet werden können,
Fig. 4A bis 4G- zeigen Wellenformen, die unter verschiedenen Betriebsbedingungen an verschiedenen Punkten der
Schaltung nach Fig. 2 erscheinen,
Fig. 5 zeigt die Betriebscharakteristik der Meßeinheiten.
■
Flg. 6 gibt die Aniaufcharakteristik der Anlassereinheit
wiederc
Fig. 7 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltung des Anlassers.
Fig. 8 gibt eine zusammengesetzte Wellenform wieder, die
,der Schaltung nach Fig. 7 entnommen werden kann und der
Charakteristik nach Fig. 6 entspricht.
In Pig. 1 erkennt man einen !eil einer Netzleitung 1,
der geschützt werden soll und mit einem Trennschalter 2 versehen ist.
Der Betriebszustand des Trennschalters 2 richtet sich
nach den Leitungsparametern, z.B. dem Blindwiderstand, der bei einer störungsfreien Leitung an der Grenze eines Abschnitts
oder einer Zone der Leitung einen vorbestimmten Wert hat; sobald der gemessene tatsächliche Wert dieses Parameters
von diesem vorbestimmten Wert mit einem bestimmten Vorzeichen abweicht, so zeigt diese Tatsache eine Störung, z.B. einen
Kurzschluß, innerhalb der geschützten Zone an, und der Trennschalter wird betätigt, um die Fehlstelle zu isolieren.
In diesem Fall überwacht ein Stromwandler 3 den durch die Leitung fließenden Strom, während die Spannung durch
einen Spannungswandler 4 überwacht wird. Das Ausgangssignal des Stromwandlers wird einem Differentiator 6 zugeführt, der
an seinem Ausgang einen Spannungsimpuls erscheinen laßt, bei
dem es sich um die Ableitung des Stroms (di/dt) im Augenblick des Nullpunktdurchgangs des Stroms handeltj diese Impulse
werden einer Summierungsstufe 7 zugeführt, wenn sie auf eine
noch zu erläuternde Weise in einer bestimmten Beziehung zur Netzspannung auftreten. Das Ausgangssignal des Spannungswandlers
4 wird zwei Gleichfichternetzwerken 8 und 9 zugeführt;
das Netzwerk 9 umfaßt auch eine Phasenschieberschaltung; das resultierende Ausgangssignal der beiden letzwerke 8 und 9
wird der Summierungsstufe 7 zugeführt· Von dem noch zu
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beschreibenden Anlasser aus wird ferner über eine Leitung 10
dem Hetzwerk 8 ein Eingangssignal zugeführt, das dazu dient, einen Zeitschalter zu betätigen. ·
Das resultierende Ausgangssignal der Summierungsstufe
7, dessen 'Wellenform durch die Summe der gleichgerichteten
Spannungen und die Ableitung des Stroms bestimmt ist, und bei dem es sich um einen pulsierenden Gleichstrom handelt, wird
dann einer polaritätsempfindlichen Ausgangsstufe 11 zugeführt,
mittels deren der Trennschalter 2 geöffnet wird, wenn dieses " ™
wellenförmige Ausgangssignal die Fullinie passierte
In Fig. 2 sind die Stufen 6 bis 9 der soeben beschriebenen
Meßeinheit mit weiteren Einzelheiten für eine Phase einer Anlage mit drei Phasen R, S und T dargestellt. Der in
Pig. T schematisch angedeutete' Stromwandler 3 ist mit einem
Transformator 13gekoppelt, der zwei Primärwicklungen umfaßt,
die auf einen gewählten Phasenstrom, z.B. L,, bzw. einen
restlichen Erdungsstrom I ansprechen, sowie eine gemein-
0 I
same Sekundärwicklung. Eine zu dem resultierenden Sekundär- strom
proportionale Spannung erscheint an einem die Sekundärwicklung überbrückenden Widerstand 14, und diese Spannung
wird dann differenzierte Genauer gesagt umfaßt die Differenzierungsstufe
6 zwei gleichartige Netzwerke, durch die die beiden Halbperioden der Y/ellenform verarbeitet werden; die
Hetzwerke umfassen zwei Rücken an Rücken miteinander verbundene Dioden 15 und 16, und die Verbindungsleitung zwischen den .
beiden Dioden ist mit einer ähnlichen Verbindung zwischen zwei Induktivitäten 17 und 18 verbunden, von denen jede mit ·
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einer Diode 19 bzw. 20 mit hohem Widerstand in Reihe geschaltet
ist; ferner sind RC-Kreise 21 und 22 zwischen den erwähnten
Dioden der "beiden Netzwerke angeschlossen. Weitere RC-Kreise 23 ,und 24 liegen zusammen mit damit in Reihe
geschalteten .Dioden 25 und' 26 in den "Ausgangsleitungen" der ·
beiden Netzwerkeβ Die,r Netzwerke 25 und 26 sind jeweils durch
eine Diode 27 bzw. 28 überbrückt; diese letztere Schaltung dient dazu, die Wellen dadurch zu formen, daß sie die Hinterflanken
der differenzierten Impulse schärfer ausprägen, wobei das "Klingen" verringert wird. Die Wirkungsweise des Differentiators
geht aus Pig. 3A und 3B hervor; Mg. 3A zeigt den
alternierenden Sekundärstrom, während Mg. 3B die differenzierten
Impulse beim Nulldurchgang der Stromwellenform wiedergibt. G-emäß Mg. 2 werden die Kondensatoren der Netzwerke 21
und 22 jeweils während jeder zweiten Halbperiode entsprechend der Polung der Dioden 15, 16 und 19, 20 schnell aufgeladen
und dann über die damit parallelgeschalteten Widerstände entladen. Stromimpulse mit einer scharf ausgeprägten Vorderflanke
erscheinen an der betreffenden Induktivität 17 bzw. 18, doch besteht die Wirkung dieses Teils der Schaltung allein
darin, die Hinterflanke etwas zu verlängern und in einem gewissen Ausmaß ein "Klingen11 oder Hinausschießen über die
Nullinie zu bewirken, wie es in Mg. 3B mit gestrichelten
Linien angedeutet ist. Wie schon erwähnt, dient die Ausgangsschaltung
dazu, diesen Effekt zu verringern, und dies wird in erster Linie durch die Kondensatoren 23 und 24 bewirkt,
die sich relativ langsam entladen, so daß nur die schnell ansteigende Vorderflanke der Stromwellenform durch diese
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Kondensatoren übertragen wird, während der durch die Dioden
19 und 20 verringerte "entgegengesetzte" Strom von den zugehörigen
Dioden 25 und 26 nicht durchgelassen wird. Infolge-.dessen
erscheint an den Klemmen 29 und 30 eine resultierende Stromwellenform, wie sie in Fig. 3B mit Vollinien wiedergegeben
ist.
Die Klemmen 29 und 30 liegen in einem ruhenden (static)
Schaltkreis, der. zwei(Reichrichterschaltungen 31 und 32
umfaßt, welche durch die einem Spannungswandler 33 zugeführte ™
Hetzspannung ER "gesteuert" werden. Eine Sekundärwicklung 34
des Spannungswandlers 22 ist mit einem parallelen RC-Kreis 36 in Reihe geschaltet, um die Phasenbeziehung der-Steuerspannung zu einem parallelen RC-Kreis 38 zu berichtigen; mit
der ü-leichrichterschaltung 31 ist ein Widerstand 39 in Reihe
geschaltet, während ein paralleler RC-Kreis 40 und ein
Wiederstand 41 mit der Gleichrichterschaltung 32 in Reihe
geschaltet sind. Die beiden Gleichriehterschaltungen 31 und 32 überbrücken zusammen mit den zugehörigen Widerständen und m
Kondensatoren die Sekundärwicklung 34 und einen "Widerstand 43» der im Entladungsweg des Kondensators des RC-Kreises 36 liegt.
Die Klemme 29 ist gemäß Fig. 2 zwischen den Gleichrichterschaltungen 31 und 32 angeschlossen, und zwei hintereinandergeschaltete
Ausgangswiderstände 44 und 45 verbinden die Klemme
30 jeweils mit der anderen Seite der betreffenden Gleich- richterschaltung.
Dieser Schaltkreis arbeitet ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Differenzierungskreise, und zwar
insoweit als die beiden Halbwellen jeder Periode durch die Kondensatoren 38 und 40 differenziert werden und die 2Ugehö~
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rigen Diodengleichrichter nacheinander leitfähig gemacht werden; da jedoch die Widerstände 39 und 41 anstelle der
entsprechenden Induktivitäten verwendet werden, und da die Benutzung von Wellenformungs-Ausgangskreisen vermieden wird,
hat die resultierende "Steuer"-Wellenform im wesentlichen
die in Fig. 3B mit gestrichelten Linien angedeutete Gestalt.
Da somit der wert der Stärke des durch die Gleichrichterschaltungen
31 und 32 fließenden Steuerstroms höher ist als bei den an den Klemmen 29 una 30 erscheinenden differenzierten
Impulsen, werden dann, wenn diese Impulse innerhalb des elektrischen Winkels auftreten, der von der Spannungsregelwellenform
eingenommen wird, mehrere einseitig gerichtete Impulse (Fig. 3G) an den Ausgangswiderständen 44 und 45
erzeugt, wobei jeder zweite Impuls an dem Widerstand 44 erscheint,
während die dazwischen auftretenden Impulse an dem Widerstand 45 erscheinen. Die Richtung dieser Ausgangsimpulse
wird durch die Beziehung zwischen dem Sekundärstrom des Transformators 13 und der an der Sekundärwicklung 34 liegenden Spannung bestimmt. Bei dem hier beschriebenen Beispiel
kann angenommen werden, daß der Strom und die Spannung phasengleich
sind; wenn jedoch ein Phasenunterschied von 180° vorhanden wäre, würden die Ausgangsimpulse nach Fig. 30
sämtlich positiv sein, und gemäß der weiter untec gegebenen Erläuterung erzeugen diese Impulse kein Auslösesignal für den
Trennschalter. Ferner ist ersichtlich, daß die Spannungsimpulse in ihrer differenzierten Form die Gleichrichter nicht
ährend einer vollständigen Halbperiode leitfähig machen, so daß der gesamte Phasenwinkel zwischen dem Strom und der
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Spannung, der es den Stromimpulsen ermöglicht, ein Auslösesignal·
zu erzeugen, weniger als 180° "beträgt und zweckmäßig
zwischen -20° und +120° liegen kann. Durch diese Y/irkungswei- ·
se wird dafür gesorgt, daß die Relaischarakteristik richtungsabhängig gemacht wird; hierauf wird im folgenden näher eingegangen.
Ob ein Auslösesignal erzeugt wird oder nicht, richtet sich, wie schon erwähnt, nach der resultierenden Summe dieser
Stromimpulse und der gleichgerichteten Netzspannung, welch letztere an einem Widerstand 46 erscheint, der mit den beiden
Ausgangswiderständen 44 und 45 in Reihe geschaltet ist.
Nachstehend werden vreitere Einzelheiten der Baugruppen
8 und 9 beschrieben; das Gleichrichternetzwerk 8 umfaßt eine
Gleichrichterbrucke 48, die die Sekundärwicklung 49 des
Transformators 33 überbrückt und mit einer Widerstandsschal—
tung in Reihe geschaltet ist, die zwei variable Widerstände 50 und 51 sowie einen festen Widerstand 52 umfaßt. Ein in
]?ig.2 geschlossen dargestellter Zeitschalter 54 überbrückt den Widerstand 51. Die variablen.Widerstände regeln die
Amplitude der der Gleichrichterbrücke 48 zugeführten Spannung, und in der Praxis bestimmt der Widerstand 50 dann, wenn der
Schalter 54 geschlossen ist, die Reichweite des Distanzrelais, d.h. die Strecke, längs deren das üelais innerhalb
einer ersten Zone einen Schutz bietet; ist der Schalter 54 dagegen offen, bestimmt der Widerstand 51 eine größere Reichweite
des -"-elais, die sich über eine größere Zone bzw. die
zweite Zone erstreckt. ■
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Das G-leichrichternetzwerk 9 umfaßt eine G-leichriehterbrücke
55, die über einen Widerstand 56 und eine Phasenschieberschaltung an die Klemmen einer Sekundärwicklung 57
des Transformators 33 angeschlossen ist«, Die Phasenschieberschaltung
umfaßt ein Potentiometer 58, das die Sekundärwicklung 57 überbrückt und seinerseits durch einen Kondensator 59
und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand 60 überbrückt ist. Das Potentiometer bestimmt die Phasenverschiebung, und
die Amplitude des Ausgangssignals, das an dem Knotenpunkt zwischen
dem Kondensator und dem Widerstand einerseits und dem Schleifkontakt des Potentiometers 58 erscheint, wird durch'
einen mit dem Schleifkontakt verbundenen variablen Widerstand
61 bestimmt.
Während des Betriebs werden die den G-leichrichterbrücken
48 und 55 zugeführten Spannungen einer Vollweggleichrichtung unterzogen, und da die beiden Brückenschaltungen
hintereinandergeschaltet sind, bestimmt stets die höchste der von den beiden Schaltungen abgegebenen Spannungen das an
dem. Widerstand 46 erscheinende Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal
wird zu dem an den Widerständen 44 und 45 erscheinenden Signal addiert, und die resultierende Wellenform
wird dem Eingang einer polaritätsempfindlichen Ausgangsstufe 11 zugeführt, die ein Auslösesignal für den Trennschalter 2
nach Mg. 1 erzeugt, wenn die Amplitude der Impulse, die
die erste Ableitung des Stroms (di/dt) repräsentieren, die Größe des an dem Widerstand 46 erscheinenden gleichgerichteten
Ausgangssignals (E) überschreitet und das entgegengesetzte
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■ - 13 - - .■.■■/.·..■-■...
Vorzeichen aufweist. Da E ■= L di/dt, wobei L die Induktivität der zu schützenden Netzleitung bis zur Grenze der
jeweils gewählten Zone ist, und wenn dann das Verhältnis zwi-.
sehen E und (di/dt) kleiner als 1 ist, so zeigt diese Tatsache
eine Änderung der Leitungsinduktivität an, die durch
eine Störung innerhalb der erwähnten Zone verursacht ist,
und wenn das erwähnte Verhältnis größer ist als 1, wird angenommen, daß die Fehlstelle außerhalb der erwähnten Zone liegt.
Dies wird nachstehend an üand von Fig.'4A bis 4G- näher
erläutert. Fig. 4A zeigt die Wellenform des Stroms in der Sekundärwicklung des Transformators 13» und Fig. 4B zeigt
die Heihe von Ausgangsimpulsen, die abwechselnd an den Widerständen
44 und 45 erscheinen; in diesem Zusammenhang kann man Fig. 4A und 4B mit Fig. 3A bzw. Fig. 3B vergleichen. Die an
derSekundärwicklung 49 des Transformators 33 erscheinende
Spannung ist gegenüber dem Strom um 90° phasenverschoben, und das einer Vollweggleichrichtung unterzogene Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke 48, das dieser Wicklung zugeführt
wird, ist in Fig. 40 dargestellt. Entsprechend zeigt Fig. 4D das Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke 55» die mit der
Sekundärwicklung 57 verbunden ist; hierbei bewirkt die Phasenschieberschaltung, daß die diesem Gleichrichter zugeführte
Spannung gegenüber der dem Gleichrichter 48 zugeführten
spannung: 'phasenverschoben wird. Bedenkt man, daß nur das
größte Ausgangssignal der Gleichrichterbrücken 48 und 55
an dem Widerstand. 46 erscheint, führt die Summierung der
Wellenformen nach Fig».4B bis i'Ifc9 4D? 1^Ie. der- Ausgangsstufe
'} ?\ '-"'* Sf9 4I ■' ■ .7 fs "-Ti a. /'-
zugeführt werden, zu der in Fig. 4E dargestellten Wellenform,
aus der ersichtlich,ist, daß sich das Relais nahezu in einem
Zustand befindet, in dem es anspricht; jedoch hat der Wellenzug
eine solche Form, daß er die Nullinie gerade noch nicht
durchläuft. In diesem Fall liegt die Fehlstelle gerade an der Grenze der geschützten Zone, die mit Hilfe der Schaltung
8 gewählt worden ist.
Ähnliche Bedingungen gelten für die Spannung, die dem Gleichrichter 55 zugeführt wird und gemäß Fig. 4F gegenüber
der dem"Gleichrichter 48 zugeführten Spannung um 110° phasenverschoben
ist; die sich in diesem Fall ergebende Wellenform ist in Fig. 4G dargestellt. Die Wirkung des Variierens der
Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Spannungen besteht darin, daß die Form der Relaiskennlinie bestimmt wird, die
auf einer komplexen R-X-Ebene verläuft, wobei die Stellung des Potentiometers 58 die Winkelbeziehung an der Grenze der
vorderen "Reichweite" des Relais bestimmt, wie es in Fig. 5 mit Yollinien dargestellt ist.
Die gesamte Charakteristik nach Fig. 5 wird in Abhängigkeit von der Größe und Phasenbeziehung zwischen den
beiden'feilenformen, nach Fig. 40 und Fig. 4D und von der
Größe und Phasenlage der Impulse nach Fig. 4B aufgebaut, und obwohl Fig.. 4D und 4F zeigen, daß die gleichgerichtete Ausgangsspannung
die gleiche Amplitude hat wie die in Fig. 4C dargestellte Spannung, bewirkt das Öffnen des Zeitschalters 54»
durch das ein größerer Widerstand mit der Gleichrichterbrücke 48 in Reihe geschaltet wird, daß sich die Amplituden der
. - 2&9Ö11/0720'
ΙΛΪ. .
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"beiden Spannungen unterscheiden, so daß die "Reichweite"
des Relais in Richtung der X-Achse vergrößert wird, wie es
in Fig* 5 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
Entsprechend bewirkt ein Verstellen des Widerstandes 61, daß
die Reichweite des Relais in Richtung der R-Ac'hse vergrößert wird. In der Praxis wird diese letztere Reichweite vorher
eingestellt, wobei die Vergrößerung der Reichweite in Richtung der X-Achse bis zu einer zweiten Zone automatisch durch den
Zeitschalter 54 bewirkt wird.
Wie schon erwähnt, wird die Betätigung des Zeitschalters
und damit die Erweiterung des Schutzes von der ersten Zone
zu der zweiten Zone durch die Anlassereinheit bestimmt, und diese Einheit arbeitet als Hauptfehlerdetektor,. der auf
Störungen anspricht, die sich in einem Bereich abspielen,
welcher größer ist als der von der ersten und der zweiten Zone abgegrenzte Bereich. Wenn eine Störung in der ersten
Zone auftritt, sprechen somit sowohl der Anlasser, d.hc der
!fehlerdetektor, und die beschriebene lietzeinheit an, und die
Meßeinheit tritt in Tätigkeit, um den Trennschalter im wesentlichen augenblicklich am Beginn der Störung auszulösen
bzw. zu öffnen, so daß die spätere Betätigung des Zeitschalters 54 in diesem Pail ohne Wirkung bleiht. Tritt jedoch
eine Störung in der zweiten Zone auf, sprechen wiederum sowohl der Anlasser als auch die Meßeinheit an, doch betätigt
die Meßeinheit den Trennschalter erst dann, wenn sich die Störung beim nachfolgenden Schließen des Zeitschalters für
die Meßeinheit bemerkbar macht. Hieraus folgt, daß die Zone, innerhalb deren die Anlassereinheit anspricht, die
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erste und die zweite Zone vollständig umfassen mußjf in der
Praxis kann die Kennlinie dieses Anlassers zweckmäßig die in Pig. 6 dargestellte Form erhalten. Die normalen Zonen, d.h..
die erste und die zweite Zone, sind in Fig. 6 der Kennlinie mit gestrichelten Linien überlagert, und man erkennt, daß
sich diese Zonen einseitig gerichtet sind, d.h. daß sie sich
' "bezogen auf den Ursprung der Kennlinie vom Standort des Relais
aus nach vorn erstrecken, während sich die Start- oder
W Anlaßzone in einem gewissen Ausmaß in der entgegengesetzten Richtung erstreckt, damit ein zwangsläufiges Ansprechen auf
alle Störungen gewährleistet ist.
- ■ " Die Schaltung dieses Anlassers oder ü'ehlerdetektors
ist grundsätzlich die gleiche wie die in Fig. 2 gezeigte, doch sind bei dieser Schaltung gewisse Änderungen vorgenommen
worden, um die Charakteristik in zwei Richtungen richtungsabhängig
zu machen.
^ Weitere Einzelheiten dieser Schaltung sind in Fig. 7
dargestellt, wobei Teile, die in Fig. 2 gezeigten Teilen ähneln, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind
und nicht erneut beschrieben werden. Insbesondere umfaßt der Differentiator in diesem Fall einen einzigen Kondensator 62,
der durch einen Widerstand 65 überbrückt und mit einer Diode 64 und einer Nebenschlußdinduktivität 65 in Reihe geschaltet
ist; hieran schließt sich ein Wellenformer an, der durch eine ähnliehe Schaltung gebildet wird, die einen Kondensator
66, einen Widerstand 67 und eine Diode 68 umfaßt, Die an dem
Ausgangswiderstand 69 erscheinenden resultierenden Impulse
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haben eine ähnliche iorm. wie die in Mg. 3B dargestellten,
doch sind sie wegen des Vorhandenseins der Dioden 64 und 68 einseitig gerichtet, und während jeder Periode wird nur
ein Impuls erzeugt.
Me Schaltung zum Gleichrichten der letζspannung, die
in ihrer wahren Beziehung zur Wellenform des Stroms abgeleitet
wird, ähnelt wiederum der entsprechenden Schaltung 8 nach Fig. i, doch sind natürlich keine Maßnahmen zum Umschalten auf verschiedene Zonen getroffen. Statt dessen werden die
den beiden Hälften der Gleiehrichterbrücke 48 zugeführten Eingangsspannungen getrennt mit Hilfe variabler Widerstände
70 und 71 so eingestellt, daß sich die Größe jeder zweiten (positiven) Halbperiode des gleichgerichteten Ausgangssignals
von der Größe der dazwischen liegenden (negativen) Halb—
Perioden unterscheiden kann. Die Gleichrichter- und Phasenscjiieberschaltung
ist genau die gleiche wie die entsprechende Schaltung 9 nach Pig. 2, und das größte Ausgangssignal der
beiden in Reihe geschalteten Gleichrichterbrücken 48 und 55 erscheint an einem Widerstand 72. Die an den beiden in Reihe
geschalteten Widerständen 69 und 72 erscheinende resultierende Spannung wird einer Ausgangsstufe 74 zugeführt, die ebenso
wie die Ausgangsstufe 11 nach !ig. 2 polaritätsempfindlich ist; wenn irgendein Teil dieser normalerweise einseitig gerichteten
Wellenform die Fullinie durchläuft, wird ein Ausgangssignal
erzeugt, das eine folge von Zeitsteuervorgängen einleitet, damit der Zeitschalter 54 (Fig. 2) betätigt wird.
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Eine typische Wellenform, die dieser Ausgangsstufe 74 zugeführt wird, und die die in Fog. 6 dargestellte Kennlinie
liefert, ist in Fig. 8 dargestellt; hierbei entspricht die Lage der di/dt~Impulse einem Fehler, der nahe der Grenze der
Startzone auftritt und gemäß Fig. 6 im negativen Bereich auf der R-Achse liegt. Die Abschnitte a und a der Wellenform sind
auf das der G-leichrichterbrpcke 55 entnommene Ausgangssignal
zurückzuführen, während die Abschnitte b und.c auf die dem Gleichrichter 48 entnommenen gesonderten Halbwellen-Ausgangssignale zurückzuführen sind; es läßt sich zeigen, daß die
vier das Kennfeld begrenzenden Ecken dann, wenn man von der linken" untere-öa Ecke aus im Uhrzeigersinne fortschreitet, dadurch
bestimmt sind, daß der di/dt-Impuls an den Schnittpunkten
der Abschnitte c und a bzw. a und b bzw. b und a bzw. a und c liegt.
Zwar wurde die Erfindung vorstehend bezüglich bestimmter
Formen der Relaischarakteristik sowohl hinsichtlich der Zonen als auch des Start- oder Anlaßvorgangs beschrieben, doch
sei bemerkt, daß man leicht verschiedene andere zusammengesetzte Charakteristiken ableiten kann, indem man lediglich
die relative Phasenlage der Wellenformen entsprechend wählt,
oder indem man das an Hand von Fig. 7 erläuterte Verfahren
zum getrennten Steuern der beiden Hälften der verwendeten
Gleichrichterbrücken erweitert. Wenn man z„B. das Ausgangssignal
der Wicklung 57 nach Fig. 7 nicht verwendet, wird die
resultierende Startcharakteristik durch die beiden Linien bestimmt, die in Fig. 6 parallel zur ß-Achse verlaufen und
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sieh in beiden Richtungen ins Unendliche erstrecken. Ferner
kann man in manchen Fällen, insbesondere "bei der Verwendung
von Sättigungsfähigen Transformatoren, genauere Messungen
durchführen, wenn die Ableitung des Stroms in dem Augenblick gewonnen wird, der unmittelbar auf den Fulldurchgang der
Stromwellenfarm folgt, denn anderenfalls kann ein gewisses Ausmaß magnetischer Remanenz diese Größe beeinflussen, und
es sei außerdem bemerkt, daß in den Fällen* in denen vom ETuIldurehgang
des Stroms gesprochen wurde, natürlich auch kleinere Abweichungen von diesem Zeitpunkt in Frage kommen.
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Claims (8)
1. Distanzrelais zum Schützen einer WechselstrOmübertra«.
gungsanlage gegen Störungen, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung mit einer Vorrichtung (3, 6)
zum Überwachen des durch die Anlage fließenden Stroms und zum' Feststellen des Augenblicks, in dem der Stromndie Nullinie ·
durchläuft, eine Vorrichtung (4) zum überwachen der Spannung
der Anlage, Schaltungen (8, 9) zum Gleichrichten der erwähnten Spannung zusammen mit mindestens einer Spannung, die gegejaenüber
der erwähnten Spannung um einen vorbestimmten Betrag phasenverschoben ist, eine Summierungsvorrlchtung (7) zum
Addieren des größten Augenblickswertes der gleichgerichteten, einseitig gerichteten Spannungen und der Ableitung des Stroms
in dem erwähnten Zeitpunkt, sowie durch eine Ausgangsvorrichtung (11), die in Abhängigkeit davon betätigt werden kanny
daß irgendein Teil der Wellenform der summierten Größen die lullinie durchläuft, wenn die Ableitung des Stroms bezüglich
ihrer Große die gleichgerichteten Spannungen überschreitet
und ein dem Vorzeichen der gleichgerichteten Spannungen entgegengesetztes Vorzeichen hat«
2* Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze
i ohne t , daß eine der ersten Einrichtung entsprechende
zweite Einrichtung vorgesehen ist, daß die durch die erste Einrichtung bestimmte Arbeitscharakteristik mehrere
einander benachbarte Zonen der Wechselstromübertragungsanlage
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umfaßt, die in zunehmenden Abständen vom Standort des
Relais angeordnet sind, während die Arbeitschärakteristik
der zweiten Einrichtung sämtliche erwähnten Zonen vollständig umschließt, daß die Ausgangsvorrichtung der zweiten
Einrichtung bewirkt, daß ein Steuersignal in Abhängigkeit von
einer Störung innerhalb irgendeiner der erwähnten Zonen erzeugt, so daß die erste Einrichtung veranlaßt wird, sämtliche
zugehörigen Zonen nacheinander bezüglich dieser Störung abzutasten,
und daß die Betätigung der Ausgangsvorrichtung der ™
ersten Einrichtung bewirkt, daß ein Trennschalter betätigt wird, um die Störung zu isolieren.
5. Distanzrelais nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze
i c h-η e t , daß die Ableitung des überwachten Stroms
bei der ersten Einrichtung mit Hilfe einer Differenzierungsschaltung (6) gewonnen wird, die auf eine zu dem überwachten
Strom proportionale alternierende Spannung anspricht, und daß die Differenzierungsschaltung zwei gleichartige Netzwerke
umfaßt, durch welche die beiden Halbperioden der Wellenform getrennt verarbeitet werden.
4. Distanzrelais nach Anspruch 3* dadurch g e k e η η ζ
e'i ohne t , daß die Netzwerke zwei Rücken an Rücken
miteinander verbundene Dioden (15, 16) umfassen, an die die alternierende Spannung angelegt wird, daß die den beiden
Dioden gemeinsame Verbindungsstelle mit einer ähnlichen Verbindungsstelle
zwischen zwei Induktivitäten (17, 18) verbunden ist, die jeweils gesondert mit einer weiteren Diode
(19, 20) in Reihe geschaltet sind, daß ein paralleler RC-Kreis
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(21 bis 24) bei jedem Netzwerk sowohl zwischen den Dioden des Netzwerks als auch am Ausgang des Hetzwerks vorgesehen ist,
und daß an den RC-Ausgangskreis weitere damit in Reihe geschaltete Dioden (25, 26) angeschlossen sind.
5. Distanzrelais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
g β- k e η η ζ e i c h η et , daß ein Umschaltkreis zum
Regeln der der Summierungsvorrichtung von der Differenzierungs· et stufe aus zugeführten Eingangssignale vorgesehen ist, daß
dieser ümschaltkreis zwei "Gatter (31, 32) umfaßt, für die
Steuersignale aus der überwachten Spannung entwickelt werden, und daß die Polarität dieser Steuersignale synchron mit den
differenzierten Stromimpulsen wechselt, so daß die beiden Gatter nacheinander geöffnet werden und diese Impulse einseitig
gerichtet der Summierungsstufe zugeführt werden.
6. Distanzrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und die Polarität der
fe Steuersignale so vorherbestimmt ist, daß der Summierungsstufe
nur diejenigen differenzierten Impulse zugeführt werden, die in einer bestimmten Phasenbeziehung zu der überwachten
Spannung auftreten.
7. Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet , daß die Schaltung bei
der ersten Einrichtung zwei in Reihe geschaltete Gleichrichterbrücken (48, 55) umfaßt, daß an die eine Gleichrichterbrüeke
(48) ein erstes Netzwerk angeschlossen ist, mittels dessen die überwachte Spannung der Gleichrichterbrüeke zugeführt
wird, daß ein zweites Netzwerk an die andere Gleich-
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rieiiterbrucke (55) angescnlossen ist und dazu dient, eine
Phasenverschiebung der überwachten Spannung zu bewirken, und daß das erste letfzwerk durch das Steuersignal der zweiten
Einrichtung gesteuert wird, so daß die Amplitude der überwachten Spannung variiert .und die durch die erste Einrichtung
bestimmte Arbeitscharakteristik beeinflußt wird«
8. Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet , daß die Ableitung des überwachten
Stroms bei der zweiten Einrichtung mit Hilfe einer Differenzierungsschaltu&g gewonnen wird, die auf eine zu dem
überwachten Strom proportionale alternierende Spannung anspricht, daß diese Spannung an einen parallelen EG-Kreis (62, 63)
angelegt wird, der mit einer Diode (64) und einer Indukti*-
vität (65) in Reihe geschaltet ist, daß ein weiterer paralleler
RG-Kreis (66, 67) am Ausgang der Differenzierungsstufe mit der "Verbindungsstelle zwischen der Diode und der Induktivität verbunden ist, und daß das Eingangssignal der
Summierungsstufe direkt von der Differenzierungsstufe aus
zugeführt wird*
9« Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t ,daß die Schaltung der
zweiten Einrichtung zwei in Reihe geschaltete G-leichrichterbrücken
(48, 55) umfaßt, daß ein erstes letzwerk mit der
einen Gleichrichterbrücke (48) verbunden ist, mittels dessen
die überwachte Spannung der G-leichrichterbrücke zugeführt
wird, daß ein zweites Netzwerk mit der anderen (xleichrich- ,
terbrücke (55) verbunden ist und dazu dient, eine Phasenver-
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Schiebung der überwachten Spannung herbeizuführen, und daß
die Amplituden der an jede Hälfte der ersten Gleichriehterbrucke
angelegten Wechselspannungen getrennt variiert werden können., so daß die durch die zweite Einrichtung hestimmte
Arbeitscharakteristik beeinflußt wird.
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■if-'-' Lee rs e i t e
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