DE1961774C3 - Selektivschutzkreis für Dreiphasennetze - Google Patents
Selektivschutzkreis für DreiphasennetzeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Selektivschutzkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein
solcher Selektivschutzkreis ist aus der DE-AS 11 75 782
bekannt Hierbei ist jeder Phase ein Überstromauslöser zugeordnet und über eine Wählschaltung erfolgt die
Selektivwahl für die Abschaltung. In digitaler Bauwei*' ist ein Schalter vorgesehen, der in der einen Stellung
(wenn der Fehler nahe genug liegt) eine Abschaltung bewirkt und in der anderen Stellung die Auslösung
verhindert, damit der Schalter einer benachbarten Überwachungsstrecke ansprechen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Selektivschutzkreis der
Gattung gemäß Oberbegriff des Anspruchs I zu Schaffen, die mit einfachen Mitteln eine Feststellung der
fehlerbehafteten Phasen und der Fehlerart, d. h. eine Feststellung des Fehlers Phase-Phase oder Phase-Erde
feststellt.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs I angegebenen
Merkmale. Der Erfindung liegt demgemäß die Erkenntnis zugrunde, daß beim Auftreten eines Fehlers aus der
Größe und Lage der Stromvektoren eines Stromvektor-Diagramms der Fehlerursprung und die Fehlerart
eindeutig festgelegt werden können. Dadurch wird es möglich, allein durch Vergleich der drei Vektorgrößen
ein Fehlermuster aufzubauen, welches ein dreistelliges binäres System bildet, mit dem sich die sieben möglichen
unterschiedlichen Fehlerbedingungen ausdrücken lassen.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird der Bezugspegel auf einen Wert
zwischen ca. 75% und 97% der größten Strominderung eingestellt
Eine besonders zweckmäßige Art der Auslösung ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung nach Anspruch 3 eine Brückenschaltung dem Komparator jeweils vorgeschaltet ist, die einen
Resonanzkreis aufweist Da der Resonanzkreis im
ίο eingeschwungenen Zustand eine sehr geringe Ir. pedanz
bat und demgemäß auch der im gleichen Brückenzweig liegende Widerstand eine geringe Impedanz aufweisen
kann, ergibt sich ein sehr feinfühliges Ansprechen beim Auftreten eines schnellen Stromanstiegs im Falle eines
is Kurzschlusses, und außerdem paßt sich die Brückenschaltung jeder natürlichen Laständerung an und
»speichert« demgemäß diese Lastbedingungen und läßt einen irgendwie gearteten Überstrom schnell erkennbar
werden, der über Gleichrichter den Komparatoren
μ zugeführt wird.
An sich könnten die von den Komparatoren gelieferten Signale sofort über einen Dekoder den
Anzeigevorrichtungen bzw. den Selektivschaltern zugeführt werden, jedoch ist es nach einer zweckmäßigen
Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 günstiger, einen Speicher vorzuschalten, in dem kurzzeitig durch die
Gleichrichterkreise gelieferte Signale so lange gespeichert werden köiip.en, wobei der Speicher gemäß
vorbestimmten Bedingungen freigegeben und gesperrt
werden kann.
Im Anspruch und im Ausführungsbeispiel ist ein .Selektivschutzkreis für ein Dreiphasensystem angegeben, jedoch kann das erfindungsgemäße System auch
für andere in der Praxis selten benutzte Mehrphasen-
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
stromes für Normalbetrieb, bei einem Fehler Phase
gegen Erde bzw. einem Fehlei zwiseucn zwei Phasen,
F i g. 2a, 2b und 2c die entsprechenden Vektordiagramme des Stromes zwischen zwei Phasen,
Zunächst sollen die F i g. 1 und 2 betrachtet werden. Es ist zweckmäßig. Vektoren zwischen zwei Leitungen
zu benutzen, um Fehlerbedingungen aufzudecken und demgemäß sind die in den F i g. 2b und 2c dargestellten
Bedingungen jene, die festgestellt werden sollen. Bei einem Erdfehler (z. B. R gegen Erde, F i g. 2b) ergeben
sich zwei hohe Ströme und es zeigt sich, daß der kleinere davon niemals geringer ist als 97% des größeren. Bei
einem Fehler zwischen zwei Phasen (z. B. YB. F i g. 2c)
ändern sich diese Größen und es ergeben sich ein hoher
Wert und zwei etwa gleiche Werte von ungefähr 50% des hohen Wertes und es hat sich gezeigt, daß der
größere dieser beiden kleineren Werte niemals 75% des höchsten Wertes überschreitet. Zur Unterscheidung
bo zwischen diesen beiden Fehlerarten in Ausdrucken des
größten Signals muß ein Unterscheidungspegel zwischen 75% und 97% der größten Signaländerung
. benutzt werden, um die beiden anderen Änderungen der Signale damit zu vergleichen. Unter diesen Umständen
wird ein mittlerer Pegel von 85% als Kriterium benutzt, und es werden sämtliche Pegel, die höher sind, in Form
des logischen Wertes »1« und sämtliche Pegel, die niedriger sind als »0«, aufgezeichnet. Dann ergibt sich
bei einem Preiphasensystem das aus der Tabelle I
ersichtliche Fehlermuster, wenn die drei LeitungsstromvektoränderuHgen
zusammengestellt werden.
| Fehler | Logischer Wert von Vektor- | YB | I | BR |
| Änderungen bei Strömen | 0 | 1 | ||
| zwischen zwei Leitungen | 1 | 0 | ||
| RY | 1 | 1 | ||
| RG(R gegen Erde) | 1 | 0 | 0 | |
| YG | 1 | 1 | 0 | |
| BG | 0 | 0 | 1 | |
| RY(RgegenY) | 1 | 1 | 1 | |
| YB | 0 | |||
| BR | 0 | |||
| RYB | 1 |
Die Bestimmung dieses Fehlermusters und die durchgeführte Wahl bei Erkennung des Musters bilden
die Grundlage dieser Erfindung.
Im folgenden wird auf die F i g. 3A und 3B bezug genommen. Die drei Leitungsströme »Rot« (R), »Gelb«
(Y), »Blau« (B) werden den Primärwicklungen von
Transaktoren 3, 4, 5 zugeführt wobei der Strom R mit dem Strom V in dem Transaktor 3 und mit dem Strom B
in dem Transaktor 5 gemischt wird, während der Strom V mit dem Strom Sin dem Transaktor 4 gemischt wird.
Die Spannung über der Sekundärwicklung des Transaktors 3 ist demgemäß proportional dem Strom R- Y und
die Spannung über den Sekundärwicklungen der Transaktoren 4 bzw. 5 ist proportional den Strömen Y-B
bzw. BR.
Diese Spannungen werden an eine Brückenschaltung 6,7,8 angelegt, die jeweils zwei gleiche Widerstände R\
in einem Zweig und einen Parallelresonanzkreis und einen Widerstand Ro in Reihe mit diesem, der gleich ist
der dynamischen Impedanz dieses abgestimmten Kreises, in dem anderen Zweig enthält, jeder abgestimmte
Kreis enthält eine Induktionsspule L und einen Stellkondensator C, der automatisch durch eine
Frequenzsteuerstufe 11, 12, 13 eingestellt .vird, von
denen je eine einem Brückenkreis zugeordnet ist, so daß die abgestimmten Kreise bezüglich der Netzfrequenz
ständig in Resonanz befindlich sind, auch wenn diese Frequenz sich geringfügig ändert. Jede Frequenzsteuerstufe
Ii bis 13 spricht auf die Phasendifferenz zwischen den Signalen über einen det beiden Widerstände /?i und
dem abgestimmten Kreis L und C an. Eine plötzliche Frequenzänderung des ankommenden Signals führt
da/u, daß der Kreis zeitweise induktiv oder kapazitiv wird, und die Phase des Signals über diesem Kreis
ändert sich demgemäß gegenüber der Phase des Signals über den Widerständen R\ -, diese Phasenänderung wird
zur Einstellung des Kapazitätswertes des Stellkondensators C benutzt. Diese Ausgänge der drei Brückenschaltungen
6,7 und 8 werden in den Stufen 14,15 bzw. 16 gleichgerichtet und geglättet und jede dieser Stufen
umfaßt einen Doppelweggleichrichter, der durch einen ParaHelkondensator und einen Widerstand überbrückt
ist, um eine Glättung der Spitzenwerte und ein schnelles Ansprechen zu bewirken.
Während der stetigen Lastbedingungen sind alle Brücken abgeglichen und liefern keine Ausgänge.
Jegliche Frequenzäüderungen, die sonst die LC-Kreise verstimmen würden und zu einem Ausgangssignal
führen würden, werden durch die Frequenzsteuerstufe 11 bis 13 kompensiert Wenn jedoch irgendeine
Änderung der Leitungsbelastungsbedingungen auftritt, bewirkt die Stromänderung von Leitung zu Leitung eine
Änderung der Brückenspannung und dies führt zu einer sofortigen Änderung an der Verbindung der beiden
Widerstände R1. Der abgestimmte Kreis kann jedoch
nicht in gleicher Weise unverzüglich ansprechen und er spricht nur langsam mit einer Geschwindigkeit an, die
ίο von der Zeitkonstanten abhängt z. B. in etwa 50
Millisekunden. Demgemäß besteht ein kurzer Einschwingausgang, der von der Brücke erzeugt wird, und
die Anfangsamplitude ist proportional der Vektoränderung in dem Strom zwischen den Leitungen.
Die gleichgerichteten Ausgänge der Brückenschaltungen treten aus einer Quelle mil niedriger Impedanz
aus und demgemäß laden sich die Kondensatoren der Glättungskreise 14 bis 16 rasch auf den Spitzenwert
dieses Signals auf und die Entladungs-Zaitkonstante dieser Kondensatoren wird gleich der Zeitkonstanten
des abgesti-Timten Kreises gemacht so daß der
resultierende Übergangsgleichstrom ..er Einhüllenden
des Obergangswechseistroms der Brück s entspricht
Diese Ausgänge werden getrennt dem Eingang dreier Komparatoren 17, 18 und 19 zugeführt und sie werden
außerdem einer »Maximal«-Wählstufe 20 zugeführt.
Diese Wählstufe umfaßt drei gleich gepolte Dioden Dl. D 2, D 3, an die die Ausgänge der Glättungskreise
14 bis 16 getrennt angeschaltet sind, so daß nur der maximale Augenblicksausgang dieser Kreise an der
gemeinsamen Verbindung dieser Dioden auftritt und dieser Wert erscheint über einem Spannungsteiler, der
einen Kontakt 22 aufweist bei dem ein Wert von 85% auftritt, und ein weiterer Kontakt 23 liefert einen Wert
von 25%. Ein Schalter 24 besitzt einen zwischen diesen Kontakten beweglichen Arm, so daß der jeweilige Wert
dem anderen Eingang der Komparatoren 17, 18, 19 zugeführt wird Eine Vorspannung, die einer Änderung
des zwischen zwei Leitungen fließenden Stromes bei Ά Vollast entspricht wird über die Diode D 4 der
gemeinsamen Verbindung zugeführt, so daß unter diesem Pegel keine Phasenwahl erfolgt. Außerdem wird
eine Vorspannung, die äquivalent der Änderung der fünffachen Vollast ist über eine Diode D 5 angelegt und
dies ergibt einen Anstieg bis zu einem Fehler, der sich von einer Gattung zu einer anderen entwickelt. Der
Schalter 24 wird außerdem von dem Kontakt 22 unter diesen Bedingungen auf den Kontakt 23 umgeschaltet.
Pie Komparatoren 17, 18 und 19 vergleichen somit die Einzelausgänge der Glättungskreise 14, 15, 16 mit
85% des Maximums eines dieser Ausgänge. Der Ausgang dieser Komparatoren liegt in digitaler Form
vor, d. h. logisch 1, wenn der Eingang dieser Kreise den Eingang des Maximalwäb'ers überschreitet, und logisch
0, wcnr dies nicht der Fall ist.
Die Digitalausgänge der Komparatoren werden einem Speicher 29 z;»geführt.
Der Speicher 29 besteht aus mehreren logischen Schaltungen und drei bistabilen Stufen herkömmlicher
Bauart. Wenn am Eingang 55 des Speichers 29 das Signal »0« anliegt Jann stellen sich die drei bistabilen
Stufen auf die Verkettungs-Stromsignale RY. YB bzw. BR ein. Wenn jedoch ein Signal »1« am Eingpng 55
anliegt, sind die bistabilen Stufen gegenüber Signalen RY, YB, BR gesperrt und sie speichern das Fehlermuster,
bis das Signal am Eingang 55 auf »0« umschaltet.
Der Speicher 29 speist einen Dekoder 31, der die Fehlerart aus dem digitalen Muster im Speicher
bestimmt (vergl. Tabelle I). So erscheint ein Ausgangssignal auf jeweils einem der sieben Ausgänge des
Dekoders, wodurch ein entsprechender Schalter 32 erregt wird, der eine Meßstufe (nicht dargestellt) auf die
fehlerhafte Phase schaltet. Nachdem die Meßstufe i erregt ist, wird ihr Startkontakt 33 für Fehler
geschlossen, die innerhalb des Meßbereichs nach einer geeigneten Zeitdauer von z.B. to Millisekunden
auftreten, damit ein vollständiges Muster von Informationen empfangen wird und die Information im Speicher
29 wird durch das dem Eingang 55 aufgeprägte Signal über einen Ruhekontakt 35 gehalten. Diese Information
wird während einer vorbestimmten Zeitdauer gehalten, damit die Meßstufe genau jene Zone ermitteln kann, in
der der Fehler aufgetreten ist, wodurch dem zugeordne- ι -,
ten Leistungsschalter Zeit zur Betätigung gegeben wird. Diese Stufe ist notwendig, weil natürlich die Einschwingsignale von den abgestimmten Kreisen der
Millisekunden lang. Wenn der durch diese Stufe m
aufgedeckte Fehler in einem benachbarten Abschnitt auftritt, der durch ein anderes Relais geschützt wird, und
wenn dieser Fehler durch das andere Relais festgestellt wird, dann schaltet der Startkontakt 33 aus und der
Speicher 29 wird freigegeben und es kann eine weitere 2ϊ
Wahl durchgeführt werden. Sollte dieser Fehler durch dieses Relais erfaßt werden, bleibt der Speicher
gesperrt, bis dieses Relais zurückgestellt ist.
Es ist außerdem eine Verriegelungsschaltung vorgesehen, um einen sich entwickelnden Fehler zu erkennen, jo
So kann sich z. B. ein von der Phase R gegen Erde erstreckender Fehler (RG) nach einigen Perioden zu
einem R Y- Erde- Fehler entwickeln, aber, da der ursprüngliche R- Erde- Fehler noch fortdauert, bleibt die
Meßstufe in einer Schaltstellung, in der letzterer j-, festgestellt wird, so daß die Erstreckung dieses Fehlers
unentdeckt bleibt.
Im einzelnen enthält die Verriegelungsschaltung, die dieses Problem löst, zwei Überwachungskreise 36, 37,
die auf irgendeinen Erdfehler oder einen Zweiphasen- oder einen Dreiphasenfehler ansprechen. Diese Schaltung ist nur wirksam, um Fehler aufzudecken, die sich
von einem Erdferner zu einem Phasenfehler einwickeln, aber nicht umgekehrt.
Wenn man zunächst einen Phasenfehler betrachtet. «
dann wirkt der Überwachungskreis 37 in der Weise, daß eine Verzögerungsstufe 38 aktiviert wird, so daß nach
z. B. 5 Millisekunden ein Eingangssignal einem UND-Gatter 39 zugeführt wird, worauf sofort der Startkontakt 33 geschlossen wird, so daß dem Ausgang des
UND-Gatters 39 ein gleiches Signal zugeführt wird, und durch das Ausgangssignal, das dem Eingang 55 des
Speichers 29 zugeführt «'jrd, wird dieser gesperrt. Diese Bedingung kann nur durch öffnen des Startkontaktes 33
unterbrochen werden. Ή
Es soll nun ein Erdfehler untersucht werden. Der Phasen-Erd-Ausgang des Dekoders 31 wird der
Überwachungsstufe 36 zugeführt und diese wirkt in der Weise, daß eine Koinzidenzschaltung 40 in Tätigkeit
gesetzt wird, deren anderer Eingang von dem w>
Startkontakt 33 über den Ruhekontakt 35 zugeführt wird Diese Koinzidenzschaltung 40 betätigt ihrerseits
den Schalter 24. so daß nur 25% des Maximalwerte«, der
Ausgänge von den Glättungskreisen 14 bis 16 den Komparatoren 17 bis 19 zugeführt v/erden und
gleichzeitig wird die Vorspannung der »Maximal«- Wählstufe 20 angehoben auf 5fache Vollast und zwar
über die Diode D 5.
Die Gründe für diese Änderungen sind die folgenden: Nach einem Phasen-Erdfehler ist es notwendig zu
verhindern, daß irgendwelche Laständerungen eine falsche Wahl bewirken. Auch nur ein Fehler, der sich
von einer Leitung nach einer weiteren Leitung fortsetzt oder einen Dreiphasenfehler ergibt, muß in der Lage
sein, den Speicher auszulösen. Diese letztere Forderung wird dadurch erfüllt, daß der Ausgang der »Maximal«-
Wählstufe 20 von 85% auf 25% abgesenkt wird, nachdem ein Phasen-Erdfehler erfolgt ist und hierbei
wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß sämtliche drei Ausgänge über 25% des Maximums bei
Phaspnsrhlfmspn iinrl Drpinhaipnfphlern liegen. Wenn
die fehlerhafte Phase eines zwischen zwei Leitungen liegenden Fehlers oder eines Dreiphasenfehlers die
fünffache Vollast überschreitet, wird ebenfalls eine Vorspannung von der fünffachen Vollast zugeführt.
Dadurch wird gewährleistet, daß der Komparatorbezugspegel nicht unter 5 χ 0,25 χ Vollast absinken kann,
so daß die Laständerungen nicht Anlaß geben zu falschen »Entwicklungs«-Fehlern.
Außfdem werden die Ausgänge der Komparatoren
17 und 18 sowie 19 überwacht und einer Koinzidenzschaltung 41 zusammen mit den jeweiligen Phasen-Erdfehlerausgängen vom Dekoder 31 zugeführt. Wie
bereits erwähnt, ist ein Phasen-Erdfehler definiert durch ein Muster, das zwei »1« Ziffern und eine »0« aufweist.
Wenn jetzt ein Fehler sich zu einem Phasen-Phasenfehler oder einem Dreiphasenfehler entwickelt, dann
ändert sich die »O«-Ziffer zu »1« und in diesem Falle
wird die Koinzidenzschaltung 41 erregt, um den Ruhekontakt 35 für eine kurze Zeitdauer zu unterbrechen. In der Koinzidenzschaltung 41 wird der
R-Erde-Eingang verglichen mit Vßvom Komparator 18
und der Eingang YG mit BR, sowie der Eingang BG mit RY. Wenn der Ruhekontakt 35 offen ist, dann wird das
weitere Wahl vorgenommen werden kann.
Ein Fehler, der sich von einem Phasen-Erdfehler (z. B.
RG) zu einem Phasen-Phasen-Erdfehler entwickelt
(z. B. R YG), schafft die Möglichkeit, daß die auftretende Information, die dem Speicher 29 zugeführt wird,
anzeigt, daß nur der zusätzliche Leitungs-Erdfehler, d. h. YG, angezeigt wird und zwar wegen der hierbei
auftretenden Lichtbogenimpedanzen. Um diese Fehlanzeige zu vermeiden, ist eine logische Schaltung 42
vorgesehen, die in Abhängigkeit von den Phasen-Erdausgängen des Dekoders 31 arbeitet Wenn der
Startkontakt 33 von dem ursprünglichen Fehler her noch geschlossen ist dann beeinflußt die logische
Schaltung 42 den Speicher 29 in der Weise, daß das korrekte Fehlermuster gewählt und angezeigt wird
(RY), wenn der Phasen-Erdfehler RG unmittelbar
gefolgt wird durch einen weiteren Phasen-Erdfehler YG.
Claims (4)
1. Selektivschutzkreis für Dreipbasennetze mit
einer den einzelnen Phasen zugeordneten Stromöberwachungsvorrichtung und einer Auswertevorrichtung, die aus den nach Phase und Amplitude der
Ströme gelieferten Werten die Fehlerart feststellt und ein Abschaltsignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der drei
Phasenströme (R, Y, B) vektoriell addiert und je einem Komparator (17,18,19) zugeführt werden, die
bei Oberschreiten eines auf die größte Stromänderung bezogenen mittleren Bezugspegels je ein erstes
logisches Signal und beim Unterschreiten dieses Bezugspegels je ein zweites logisches Signal liefern,
wobei die logischen Signale in ihrer Kombination die Fehlerart festlegen.
2. Selektivschutzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Komparatoren (17,18,
19) zugeffihrte Bezugspegel von einem Spannungsteiler geliefert wird und zwischen ca. 75% und 97%
der größten Stromänderung liegt
3. Selektivschutzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Komparatoren (17,18,19)
jeweils eine Brückenschaltung vorgeschaltet ist, die in einem Brückenzweig einen Resonanzkreis aufweist
4. Selektivschutzkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dekoder (31)
über seine die Phasenfehler kennzeichnenden Ausgänge einen Überwachungskreis (37) speist, der
über eine Ve. zögerungsstufe (38) einen Speicher (29)
sperrt
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