DE19612992C2 - Verfahren zum Erfassen eines Fehlers auf einem durch Leistungsschalter begrenzten Abschnitt einer elektrischen Energieversorgungsleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines Fehlers auf einem durch Leistungsschalter begrenzten Abschnitt einer elektrischen Energieversorgungsleitung, bei dem mittels jeweils einer den Leistungsschaltern an den Enden des Abschnittes zugeordneten Schutzeinrichtung mit einem Detektor mit Spannungsüberwachungseinrichtungen sprungartige Änderungen der Spannungen an dem Abschnitt erfaßt und mit Stromüberwachungseinrichtungen sprungartige Änderungen der Ströme in dem Abschnitt ermittelt werden und auf eine erfaßte sprungartige Änderung hin ein Aktivierungssignal für die je­ weilige Schutzeinrichtung erzeugt wird.

Ein Verfahren dieser Art wird zum Beispiel bei der Siemens- Schutzanordnung 7SA511 benutzt. Die zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens verwendete Anordnung hat einen Aufbau, wie er schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Figur ist - zur Erzielung einer guten Übersichtlichkeit - nur eine Phasenleitung 1 einer an sich mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsleitung dargestellt, und es ist somit nur jeweils ein Leistungsschalter 2 bzw. 3 gezeigt, durch den ein Abschnitt 4 der elektrischen Energieversorgungsleitung begrenzt ist. Im Bereich jedes Leistungsschalters 2 bzw. 3 ist im Zuge der Phasenleitung 1 ein Stromwandler 5 bzw. 6 an­ geordnet, der mit seiner Sekundärwicklung 7 bzw. 8 einerseits mit jeweils einer Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 zum Beispiel in Form einer Distanzschutzeinrichtung und andererseits mit einem Detektor 11 bzw. 12 verbunden ist; der Detektor 11 ist über eine elektrische Verbindungsleitung 13 mit der einen Distanzschutzeinrichtung 9 und der Detektor 12 über eine entsprechende elektrische Verbindungsleitung 14 mit der wei­ teren Schutzeinrichtung 10 verbunden. Außerdem wird mittels jeweils eines Spannungswandlers 15 bzw. 16 die Leiter-Erde- Spannung uLE erfaßt, indem deren Sekundärwicklungen 17 bzw. 18 ebenfalls an die jeweils zugeordnete Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 geführt sind; außerdem ist die Sekundärwicklung 17 bzw. 18 auch mit dem Detektor 11 bzw. 12 verbunden.

Der Detektor 11 bzw. 12 der bekannten Anordnung hat die Auf­ gabe, den Zeitpunkt eines Fehlereintritts auf der elektri­ schen Energieversorgungsleitung bzw. Phasenleitung 1 zeitlich sehr genau zu erfassen, weil diese Information dazu benutzt wird, um die jeweilige Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 genau mit dem Eintritt eines Fehlers zu starten. Wenn es sich bei der Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 beispielsweise um eine Distanz­ schutzeinrichtung handelt und diese mittels eines Rechenpro­ gramms die Distanzschutzmessung vornimmt, dann wird mit dem erfaßten Fehlereintritt ein Meßfenster von zum Beispiel 10 ms geöffnet. Der Detektor 11 bzw. 12 arbeitet in der Weise, daß er die Momentanwerte eines Stromes iL in der Phasenleitung 1 und der Spannung uLE an der Phasenleitung 1 erfaßt. Dabei wird jeder Momentanwert zu einem aktuellen Zeitpunkt mit dem jeweiligen Momentanwert verglichen, der vor einer Netzperiode aufgetreten ist. Bei fehlerfreiem Betrieb sind die um eine Netzperiode auseinanderliegenden Momentanwerte gleich groß. Tritt dagegen ein Fehler auf, ergibt sich eine Differenz zwischen den um eine Netzperiode auseinanderliegenden, erfaßten Momentanwerten. Wenn diese Differenz einen vor­ einstellbaren Schwellenwert überschreitet, wird dies als eine kritische sprungartige Änderung des Stromes iL oder der Span­ nung uLE erkannt, und es wird der Detektor 11 bzw. 12 für eine einstellbare Zeit gesperrt, nachdem er vorher ein Akti­ vierungssignal S1 bzw. S2 an die Schutzeinrichtungen 9 bzw. 10 abgegeben hat. Die zugehörige Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 beginnt daraufhin mit der Fehlerauswertung. Wird von den Schutzeinrichtungen 9 und 10 ein Fehler auf dem Abschnitt 4 festgestellt, dann wird über einen Ausgang 19 bzw. 20 der Schutzeinrichtungen 9 bzw. 10 ein Auslösesignal S3 bzw. S4 an die Leistungsschalter 2 und 3 gegeben, woraufhin diese öffnen und den Leitungsabschnitt 4 aus der elektrischen Energieversorgungsleitung heraustrennen.

In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der bekannten Anordnung nach Fig. 1 anhand einzelner Diagramme A bis F dargestellt. Im Diagramm A ist gezeigt, daß zum Zeitpunkt T1 der Detektor 11 bzw. 12 eine sprungartige Änderung des Stromes iL bzw. der Spannung uLE festgestellt hat und ein Aktivierungssignal S1 erzeugt hat. Nach Abgabe des Aktivierungssignals S1 erfolgt - wie das Diagramm B der Fig. 2 zeigt - für eine Zeitdauer ΔT ein Sperren des Detektors 11 bzw. 12. Dem Diagramm C ist zu entnehmen, daß die Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 nach dem zum Zeitpunkt T1 erzeugten Aktivierungssignal S1 ein Auslöse­ signal zum Zeitpunkt T2 erzeugt. Durch dieses Signal S3 wird - wie das Diagramm D erkennen läßt - nach einer unter anderem durch die Eigenzeit des Schalters 2 bedingten Zeitspanne zum Zeitpunkt T3 der Leistungsschalter 2 geöffnet. Das Diagramm E zeigt, daß der andere Leistungsschalter 3 erst zum Zeitpunkt T4 in dem dargestellten Beispiel öffnet, weil er eine etwas längere Schaltereigenzeit besitzt.

In der Regel wird nach Betätigung der beiden den Abschnitt 4 begrenzenden Leistungsschalter 2 bzw. 3 nach einer vorgegebe­ nen Zeit eine sog. automatische Wiedereinschaltung vorgenom­ men, die gemäß dem Diagramm F der Fig. 2 in dem dargestell­ ten Falle zum Zeitpunkt T5 erfolgen soll. Durch die automati­ sche Wiedereinschaltung werden die beiden Leistungsschalter 2 und 3 wieder zum Schließen veranlaßt, was aufgrund der unter­ schiedlichen Eigenzeiten der beiden Schalter zu unterschied­ lichen Zeitpunkten beendet ist; so schließt im dargestellten Fall der Leistungsschalter 3 bereits zum Zeitpunkt T6, wäh­ rend der Leistungsschalter 2 erst zum Zeitpunkt T7 seine Schließstellung erreicht. Es ergibt sich somit ein Zeitin­ tervall Δt, währenddessen nur der Leistungsschalter 3 ge­ schlossen ist. Dies führt zu einer sprungartigen Änderung der Spannung uLE im Bereich des Leistungsschalters 2, die über den Spannungswandler 15 erfaßt wird. Es wird dadurch der Detektor 11 zur Abgabe eines Aktivierungssignals S1 veranlaßt und gleichzeitig der Detektor 11 selbst gesperrt. Dies ist unerwünscht, weil damit der Detektor 11 bis zum Zeitpunkt T8 gesperrt bleibt und erst danach wieder auf sprungartige Änderungen des Stromes iL und der Spannung uLE ansprechen kann. Dies bedeutet, daß erst danach die Schutzeinrichtung 9 bzw. 10 ihre Arbeit aufnehmen kann, um ggf. ein Auslösesignal zu erzeugen oder auch zu unterdrücken, wenn nach Beendigung der automatischen Wiedereinschaltung der Fehler andauert oder sich ein nunmehr fehlerfreier Zustand des Abschnittes 4 ein­ gestellt hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs be­ schriebene Verfahren so auszugestalten, daß die Erfassung eines Fehlers auf dem Leitungsabschnitt nach einer automati­ schen Wiedereinschaltung in optimal kurzer Zeit durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß nach einer auf das Aktivierungssignal hin erfolgten Abgabe eines Aus­ lösesignals seitens der jeweiligen Schutzeinrichtung an die Leistungsschalter Ströme und Spannungen an dem Leitungsab­ schnitt auf das Einhalten unterer Grenzwerte überwacht, und es wird bei unterhalb der unteren Grenzwerte liegenden Werten von Strömen und Spannungen an dem Leitungsabschnitt bei einer automatischen Wiedereinschaltung der Leistungsschalter eine Erzeugung des Aktivierungssignals seitens der Spannungsüberwachungseinrichtungen für eine vorgegebenene Zeit unterbunden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß während der Zeit, in der der Abschnitt aus der elektrischen Energieversorgungsleitung herausgetrennt ist und auch noch eine vorgegebene kurze Zeit danach der jewei­ lige Detektor nur sprungartige Änderungen der Ströme erfaßt. Sprungartige Änderungen der Spannungen infolge unterschied­ lich schnell schließender Leistungsschalter bleiben somit unberücksichtigt und können nicht zu einem unerwünschten An­ sprechen des Detektors mit Abgabe eines Aktivierungssignals führen. Dabei wird durch das Erfassen sprungartiger Änderun­ gen nur der Ströme während der angegebenen Zeit eine zuver­ lässige Betätigung der Detektoren erreicht, weil vor dem automatischen Wiedereinschalten der beiden Leistungsschalter kein Laststrom fließt, so daß bei einem auch nach dem Wieder­ einschalten vorhandenen Fehler allein durch den Stromanstieg das Aktivierungssignal seitens der Detektoren mit Sicherheit erzeugt wird. Durch die Detektoren wird damit in optimal kurzer Zeit nach dem Wiedereinschalten die jeweils zugeord­ nete Schutzeinrichtung aktiviert und damit in optimal kurzer Zeit von der Schutzeinrichtung ein Auslösesignal erzeugt, sofern der Fehler weiterhin besteht; andernfalls stellt die Schutzeinrichtung einen einwandfreien Zustand des Abschnittes fest.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Anordnungen unter­ schiedlicher Ausgestaltung durchgeführt werden. Als besonders vorteilhaft erscheint es im Hinblick auf eine große Zuverläs­ sigkeit und einen geringen Schaltungsaufwand, wenn bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Detektor mit jeweils einer Spannungs­ überwachungseinrichtung für jeweils eine Spannung an dem Ab­ schnitt und mit jeweils einer Stromüberwachungseinrichtung für jeweils einen Strom in dem Abschnitt der Detektor für jede Spannung jeweils eine weitere Spannungsüberwachungsein­ richtung enthält, die bei Spannungswerten unterhalb unterer Grenzwerte ein Signal abgibt und der Detektor für jeden Strom jeweils eine weitere Stromüberwachungseinrichtung aufweist, die bei Stromwerten unterhalb eines unteren Grenzwertes ein Signal abgibt; jeweils paarweise sind diejenige weitere Spannungsüberwachungseinrichtung und diejenige weitere Stromüberwachungseinrichtung ausgangsseitig an ein UND-Glied angeschlossen, die eingangseitig mit einer Spannung und dem zugeordneten Strom beaufschlagt sind, und dem UND-Glied ist eine Impulverlängerungseinheit nachgeordnet, die ausgangsseitig mit einem weiteren UND-Glied verbunden ist, das mit einem weiteren Eingang am Ausgang der Span­ nungsüberwachungseinrichtung liegt, die mit derselben Span­ nung wie die dem ersten UND-Glied vorgeordnete weitere Span­ nungsüberwachungseinrichtung beaufschlagt ist; dem weiteren UND-Glied ist ein ODER-Glied nachgeschaltet, das mit einem weiteren Eingang am Ausgang der Stromüberwachungseinrichtung liegt, die mit demselben Strom wie die dem ersten UND-Glied vorgeordnete weitere Stromüberwachungseinrichtung beauf­ schlagt ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Detektors dargestellt, wie er in Form des Detektors 11 bzw. 12 gemäß Fig. 1 benutzt werden kann.

Der in Fig. 3 dargestellte Detektor ist eingangsseitig über eine Meßgrößenaufbereitungseinrichtung 20 an beispielsweise die Sekundärwicklung 7 des Stromwandlers 5 gemäß Fig. 1 an­ geschlossen. Die Meßgrößenaufbereitungseinrichtung 20 besteht - in nicht dargestellter Weise - aus einer Abtast-Halte- Schaltung sowie aus einem Analog-Digital-Wandler, so daß am Ausgang 21 der Einrichtung 20 die Stromwerte in Form von Digitalwerten zur Verfügung stehen. Die Digitalwerte werden einerseits direkt einem Differenzbildner 22 und andererseits über eine Verzögerungseinrichtung 23 dem Differenzbildner 22 zugeführt. Dem Differenzbildner 22 ist eine Grenzwertstufe 24 nachgeordnet, die überprüft, ob die Ausgangsgröße des Diffe­ renzbildners einen oberen Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall, dann entsteht am Ausgang 25 der Grenzwertstufe 24 ein Ausgangssignal S5. Die Verzögerungseinrichtung 23 bildet mit dem Differenzbildner 22 und der Grenzwertstufe 24 eine Stromüberwachungseinrichtung 26, deren Ausgang mit dem Aus­ gang der Grenzwertstufe 24 identisch ist.

Der Detektor ist außerdem mit einer Spannungsüberwachungsein­ richtung 27 versehen, der eingangsseitig eine weitere Meß­ größenaufbereitungsanordnung 28 mit ebenfalls nicht darge­ stellter Abtast-Halte-Schaltung und Analog-Digital-Wandler vorgeordnet ist. Mit ihrem Ausgang 29 ist die weitere Meß­ größenaufbereitungseinrichtung 28 einmal indirekt über eine Verzögerungseinrichtung 30 und einmal direkt an einen Diffe­ renzbildner 31 angeschlossen, dem eine weitere Grenzwertstufe 32 nachgeordnet ist, mit der ein Signal dann erzeugt wird, wenn die sprungartige Änderung der Spannung uLE (vgl. Fig. 1) einen festgelegten oberen Grenzwert überschreitet. An einem Ausgang 33 der Spannungsüberwachungseinrichtung 27 ergibt sich in diesem Falle ein Signal S6.

Wie die Fig. 3 ferner erkennen läßt, ist der Ausgang 21 der Meßgrößenaufbereitungseinrichtung 20 auch mit einem Eingang 35 einer weiteren Stromüberwachungseinrichtung 36 verbunden, in der überprüft wird, ob die Ausgangsgröße der Meßgrößenauf­ bereitungseinrichtung 20 unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt. Ist dies der Fall, dann wird an ein nachgeordnetes UND-Glied 37 ein Signal S7 abgegeben. Es ist ferner der Aus­ gang 29 der weiteren Meßgrößenaufbereitungseinrichtung 21 an einen Eingang 38 einer weiteren Spannungsüberwachungseinrich­ tung 39 angeschlossen, mit der eine Überwachung auf Unter­ schreiten eines unteren Grenzwertes der Spannung erfolgt.

Liegt die erfaßte Spannung unterhalb des unteren Grenzwertes, dann wird ein weiteres Signal S8 an das UND-Glied 37 ab­ gegeben, das daraufhin ausgangsseitig eine Impulverlänge­ rungseinheit 40 beaufschlagt. Durch die Impulsverlänge­ rungseinheit 40 ist eine Zeitdauer definiert, die im Diagramm G der Fig. 2 mit TV bezeichnet ist. Bis zum Ablauf der Zeit TV wird von der Impulverlängerungseinheit 40 ein Signal S9 mit einer logischen "1" an einen (invertierenden) Eingang 41 eines weiteren UND-Gliedes 42 abgegeben; danach - d. h. nach Ablauf der Zeit TV - gelangt eine logische "0" zum Eingang 41 des weiteren UND-Gliedes 42 (siehe Diagramm G in Fig. 2).

Das weitere UND-Glied 42 liegt mit einem weiteren Eingang 43 am Ausgang 33 der einen Überwachungseinrichtung 27 und er­ zeugt dann ein Ausgangssignal S10, wenn die Zeit TV vergangen ist und außerdem durch ein Signal am Ausgang 33 der einen Spannungsüberwachungseinrichtung 27 eine sprungartige Ände­ rung der Spannung uLE gekennzeichnet wird. Während des Ab­ laufs der Zeit TV ist somit die eine Spannungsüberwachungs­ einrichtung 27 unwirksam. Nur über die eine Stromüberwa­ chungseinrichtung 26 kann beim Erfassen einer sprungartigen Änderung des Stromes iL über ein nachgeordnetes ODER-Glied 44 ein Aktivierungssignal S1 erzeugt werden, das somit bereits unmittelbar nach dem Zeitpunkt T6 bzw. T7 gemäß Fig. 2 auf­ treten kann.

Es dürfte verständlich sein, daß bei der praktischen Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur der jewei­ lige Leiter-Strom bzw. die jeweilige Leiter-Erde-Spannung an einer Phase einer mehrphasigen elektrischen Energieversor­ gungsleitung erfaßt werden, sondern daß auch die entsprechen­ den Größen der anderen Phasen herangezogen werden; entspre­ chend kann am Ausgang 45 des ODER-Gliedes 44 eine weitere Logik-Schaltung angeordnet sein, mit der Aktivierungssignale der übrigen Kreise miteinander verknüpft werden, um ein Ge­ samt-Aktivierungssignal für die zugeordneten Schutzeinrich­ tungen 9 und 10 zu erzeugen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Erfassen eines Fehlers auf einem durch Lei­ stungsschalter begrenzten Abschnitt einer elektrischen Ener­ gieversorgungsleitung,
bei dem mittels jeweils einer den Leistungsschaltern an den Enden des Abschnittes zugeordneten Schutzeinrichtung mit einem Detektor mit Spannungsüberwachungseinrichtungen sprungartige Änderungen der Spannungen an dem Abschnitt er­ faßt und mit Stromüberwachungseinrichtungen sprungartige Änderungen der Ströme in dem Abschnitt ermittelt werden,
auf eine erfaßte sprungartige Änderung hin ein Aktivie­ rungssignal für die jeweilige Schutzeinrichtung erzeugt wird und
nach einer automatischen Wiedereinschaltung der Lei­ stungsschalter die Fehlererfassung fortgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
nach einer auf das Aktivierungssignal (S1; S2)hin erfolgten Abgabe eines Auslösesignals (S3; S4) seitens der jeweiligen Schutzeinrichtung (9; 10) an die Leistungsschalter (2; 3) Ströme (iL) und Spannungen (uLE) an dem Leitungsabschnitt (4) auf das Einhalten jeweils eines unteren Grenzwertes überwacht werden und
bei unterhalb des jeweils unteren Grenzwertes liegenden Werten von Strömen (iL) und Spannungen (uLE) an dem Lei­ tungsabschnitt (4) bei der automatischen Wiedereinschaltung der Leistungsschalter (2; 3) eine Erzeugung des Aktivie­ rungssignals (S1; S2) seitens der Spannungsüberwachungs­ einrichtungen (27) für eine vorgegebenene Zeit (TV) unter­ bunden wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Detektor mit jeweils einer Spannungs­ überwachungseinrichtung für jeweils eine Spannung an dem Ab­ schnitt und mit jeweils einer Stromüberwachungseinrichtung für jeweils einen Strom in dem Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Detektor (11; 12) für jede Spannung jeweils eine weitere Spannungsüberwachungseinrichtung (39) enthält, die bei Spannungswerten unterhalb eines unteren Grenzwertes ein Signal (S8) abgibt,
der Detektor (11; 12) für jeden Strom (iL) jeweils eine wei­ tere Stromüberwachungseinrichtung (36) aufweist, die bei Stromwerten unterhalb eines unteren Grenzwertes ein Signal (37) abgibt,
jeweils paarweise diejenige weitere Spannungsüberwachungs­ einrichtung (39) und diejenige weitere Stromüberwachungs­ einrichtung (36) ausgangsseitig an ein UND-Glied (37) ange­ schlossen sind, die eingangseitig mit einer Spannung (uLE) und dem zugeordneten Strom (iL) beaufschlagt sind,
dem UND-Glied (37) eine Impulverlängerungseinheit (40) nachgeordnet ist, die ausgangsseitig mit einem weiteren UND-Glied (42) verbunden ist, das mit einem weiteren Ein­ gang (43) am Ausgang (33) der Spannungsüberwachungseinrich­ tung (27) liegt, die mit derselben Spannung (uLE) wie die dem ersten UND-Glied (37) vorgeordnete weitere Spannungs­ überwachungseinrichtung (39) beaufschlagt ist,
und dem weiteren UND-Glied (42) ein ODER-Glied (44) nachge­ schaltet ist, das mit einem weiteren Eingang am Ausgang (25) der Stromüberwachungseinrichtung (26) liegt, die mit demselben Strom (iL) wie die dem ersten UND-Glied (37) vor­ geordnete weitere Stromüberwachungseinrichtung (36) beauf­ schlagt ist.