DE19633527C2

DE19633527C2 - Verfahren zum Erzeugen eines einen Lichtbogenfehler kennzeichnenden Fehlerkennzeichnungssignals

Info

Publication number: DE19633527C2
Application number: DE1996133527
Authority: DE
Inventors: Andreas Jurisch; Matthais Kereit; Tevfik Sezi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2016-08-10
Also published as: DE19633527A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen ei nes Fehlerkennzeichnungssignals, das einen an einer Kurz schlußstelle einer mehrphasigen elektrischen Energieübertra gungsleitung aufgetretenen Kurzschluß als Lichtbogenkurz schluß kennzeichnet, wobei bei diesem Verfahren beim Auftre ten eines Kurzschlusses eine an einer Meßstelle der Energie übertragungsleitung erfaßte spannungsproportionale Meßgröße und eine an dieser Meßstelle erfaßte stromproportionale Meß größe abgetastet werden und entsprechende Spannungsab tastwerte und Stromabtastwerte gespeichert werden und durch Auswertung der Spannungs- und Stromabtastwerte das Fehler kennzeichnungssignal gewonnen wird.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 29 141 A1 wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Kurzschlußimpedanz einer zu überwachenden elektrischen Energieversorgungsanlage beschrie ben. Bei diesem Verfahren werden Koeffizienten einer System matrix und einer Systemmatrix eines vorgewählten Mo dells einer elektrischen Energieversorgungsanlage berechnet, wobei die Netzfrequenz der zu überwachenden Anlage und eine vorgewählte zeitliche Abfolge von Abtastwerten einer dem Strom und einer der Spannung in der Anlage proportionalen Meßgröße berücksichtigt werden. Dem Modell zugrundegelegt ist der Ansatz, daß sich die Kurzschlußspannung U(t) durch folgende Gleichung darstellen läßt:

wobei p_u3 ein Zusatzelement bezeichnet, das den Einfluß eines Lichtbogens kennzeichnet. Um die Parameter p_u1, p_u2 und p_u3 zu bestimmen, werden die Parameter ausgehend von Startwerten durch rekursive Schätzung ermittelt, wobei die Iteration ab gebrochen wird, wenn ein vorgegebener kleinster Fehlervektor der Parameter unterschritten wird. Die Größe des Zusatzele mentes p_u3 dient bei diesem Verfahren als Kriterium für das Erzeugen eines Fehlerkennzeichnungssignals. Es wird erzeugt, wenn das Zusatzelement p_u3 einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein relativ einfa ches und vergleichsweise schnellarbeitendes Verfahren zum Er zeugen eines Fehlerkennzeichnungssignals anzugeben, wobei auch aperiodische Komponenten im Spannungssignal toleriert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein gangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Energieübertragungsleitung auf das Auftreten eines Kurz schlusses in einer einzigen Phase oder zwei Phasen ohne Erdberührung überwacht und im Falle eines solchen Kurz schlusses ein Steuersignal erzeugt wird, die Spannungs abtastwerte und die Stromabtastwerte zur Bildung einer Impedanzmeßgröße herangezogen werden, aus einem für die Energieübertragungsleitung bekannten längenbezogenen Leitungswiderstand und der gemessenen Entfernung zwischen der Meßstelle und der Kurzschlußstelle eine dieser Entfernung entsprechende Leitungsimpedanzmeßgröße erzeugt wird, ein weiteres Steuersignal erzeugt wird, wenn der Realteil der Impedanzmeßgröße größer als eine Widerstandsmeßgröße ist, wobei die Widerstandsmeßgröße dem Realteil der Lei tungsimpedanzmeßgröße entspricht oder aus der Summe des Realteils der Leitungsimpedanzmeßgröße und einem ermittelten Lichtbogenwiderstandsmeßwert gebildet ist, und das Fehlerkennzeichnungssignal gebildet wird, wenn beide Steuersignale erzeugt wurden.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es keine Iterationsschritte erfordert und ein nur aus den Abtastwerten abgeleitetes Kriterium zur Erzeugung des Feh lerkennzeichnungssignals liefert. Wenn in Kauf genommen werden kann, daß gelegentlich auftretende metallische Kurzschlüsse mit einem ohmschen Widerstand größer als Null als Lichtbogenkurzschlüsse erfaßt werden können, ist es ausreichend, wenn der Realteil der Leitungsimpedanzmeßgröße als die Widerstandsmeßgröße verwendet wird. In diesem Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren relativ einfach durchführ bar. Noch genauer läßt sich ein Lichtbogenkurzschluß be stimmen, wenn berücksichtigt wird, daß ein metallischer Kurzschluß einen ohmschen Widerstandswert aufweist, der zwar kleiner als der Widerstand des Lichtbogens aber größer als Null ist; in diesem Fall muß der zu erwartende Widerstand des Lichtbogens bei der Erzeugung des Fehlerkennzeichnungssignals in Betracht gezogen werden, was sich dadurch erreichen läßt, daß die Widerstandsmeßgröße aus der Summe des Realteils der Leitungsimpedanzmeßgröße und einem ermittelten Lichtbogen widerstandsmeßwert gebildet wird.

In vielen Fällen kann zur Ermittlung der Impedanzmeßgröße der im Kurzschlußstrom enthaltene Laststrom vernachlässigt wer den, so daß es als vorteilhaft angesehen wird, wenn die Impe danzmeßgröße durch Quotientenbildung aus den Spannungsab tastwerten und den Stromabtastwerten gebildet wird.

Zur Berücksichtigung des Laststroms muß dieser bei der Er mittlung der Impedanzmeßgröße mit einbezogen werden, wobei es als vorteilhaft erachtet wird, wenn vor dem Auftreten des Kurzschlusses die stromproportionale Meßgröße abgetastet und unter Bildung weiterer Stromabtastwerte gespeichert wird, von den einen Stromabtastwerten die weiteren Stromabtastwerte phasentreu unter Bildung von Differenzstromabtastwerten subtrahiert werden, aus den Differenzstromabtastwerten und den zeitlich entsprechenden Spannungsabtastwerten durch Quotientenbildung die Impedanzmeßgröße gebildet wird.

Um Lichtbogenkurzschlüsse besonders genau erfassen zu können, sollte ein zusätzliches Kriterium zur Erzeugung eines Fehlerkennzeichnungssignals geprüft werden; hierbei wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das zusätzliche Kriterium dadurch ermittelt wird, daß aus den Spannungsabtastwerten die Grundschwingung der Kurzschlußspannung hinsichtlich ihrer Amplitude und Phase ermittelt wird, ein rechteckförmiges Si gnal gebildet wird, dessen Wert einem vorbestimmten Bruchteil der Amplitude und dessen Phase der der Grundschwingung ent spricht, die Grundschwingung mit den Spannungsabtastwerten unter Gewinnung einer eine Signalähnlichkeit angebenden Ähn lichkeitsgröße verglichen wird, das rechteckförmige Signal mit den Spannungsabtastwerten unter Gewinnung einer eine Signalähnlichkeit angebenden weiteren Ähnlichkeitsgröße ver glichen wird, ein zusätzliches Steuersignal erzeugt wird, wenn ein Vergleich der beiden Ähnlichkeitsgrößen ergibt, daß die Ähnlichkeit zwischen dem rechteckförmigen Signal und den Spannungsabtastwerten größer als die Ähnlichkeit zwischen der Grundschwingung und den Spannungsabtastwerten ist, und zur Bildung des Fehlerkennzeichnungssignals auch das zusätzliche Steuersignal herangezogen wird.

Um Lichtbogenkurzschlüsse möglichst fehlerfrei zu ermitteln, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die drei Steuersi gnale derart zur Bildung eines Fehlerkennzeichnungssignals herangezogen werden, daß das Fehlerkennzeichnungssignal ge bildet wird, wenn ergänzend auch das zusätzliche Steuersignal erzeugt wurde.

Im Hinblick auf die Bildung eines zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeigneten Rechtecksi gnals wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein rechteck förmiges Signal gebildet wird, dessen Wert das π/4-fache der Amplitude der Grundschwingung beträgt.

Die Überprüfung der Ähnlichkeit kann im Hinblick auf ein ex aktes Ergebnis vorteilhafterweise durch Berechnung der in den Abtastwerten enthaltenen Oberwellen durchgeführt werden, wo bei mit Hilfe der Abtastwerte das Frequenzspektrum der Kurz schlußspannung ermittelt wird und die beiden Ähnlichkeits größen durch Auswertung des Frequenzspektrums gewonnen wer den.

Um jedoch eine vollständige Fouriertransformation zu vermei den, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Ähnlich keitsgrößen direkt aus den zeitlichen Abtastwerten ermittelt werden, wobei zur Gewinnung der einen Ähnlichkeitsgröße die Abtastwerte mit den jeweiligen Augenblickswerten der Grund schwingung und zur Gewinnung der weiteren Ähnlichkeitsgröße die Abtastwerte mit den jeweiligen Augenblickswerten des rechteckförmigen Signals verglichen werden.

Die Abweichung der Abtastwerte von den jeweils zeitlich zuge ordneten Augenblickswerten der Grundschwingung und des recht eckförmigen Signals kann prinzipiell in unterschiedlicher Weise gewichtet werden; im Hinblick auf eine einfache und schnelle Berechnung aussagekräftiger Ähnlichkeitsgrößen wird es jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn zur Gewinnung der einen Ähnlichkeitsgröße eine der Differenz aus dem jeweiligen Abtastwert und dem zeitlich zugeordneten Augenblickswert der Grundschwingung entsprechende Differenzgröße gebildet wird und alle sich ergebenden Differenzgrößen quadriert und auf summiert werden und zur Gewinnung der weiteren Ähnlichkeits größe eine der Differenz aus dem jeweiligen Abtastwert und dem zeitlich zugeordneten Augenblickswert des rechteckförmi gen Signals entsprechende Differenzgröße gebildet wird und alle sich ergebenden Differenzgrößen quadriert und auf summiert werden, das Fehlerkennzeichnungssignal abgegeben wird, wenn die eine Ähnlichkeitsgröße größer als die weitere Ähnlichkeitsgröße ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbei spiele einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zum Ermitteln vom Kurz schluß betroffener Phasen und zum Abtasten von Strom und Spannung dienenden Teils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zur Bildung von Stromdif ferenzen vorgesehenen Teils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zur Ermittlung einer Impe danzmeßgröße dienenden Teils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zur Ermittlung einer in ei ner Kurzschlußspannung enthaltenen Grundschwingung vorgesehe nen Teils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines zur Bildung eines rechteck förmigen Signals vorgesehenen Teils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines zur Ermittlung von Ähnlich keitsgrößen dienenden Teils der Anordnung nach Fig. 1 und

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbei spiels einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine in Fig. 1 dargestellte geerdete Meßwerterfassungsein richtung 1 ist an Phasen R, S und T sowie an einen Rückleiter N einer dreiphasigen Energieübertragungsleitung angeschlos sen. Die Funktionsweise der Meßwerterfassungseinrichtung 1 wird im Zusammenhang mit der Fig. 2 detailliert erläutert. An die Meßwerterfassungseinrichtung 1 sind an einen Ausgang A11 ein Leitungsimpedanzbildner 2, an weitere Ausgänge A12 und A13 eine Subtrahiereinrichtung 3, an einen zusätzlichen Ausgang A14 ein Sinussignalbildner 4, eine Vergleichsein richtung 5 mit einem Eingang E51, eine weitere Vergleichsein richtung 6 mit einem Eingang E61 sowie ein Impedanzbildner 7 mit einem Eingang E71 angeschlossen. Die Arbeitsweise der Subtrahiereinrichtung 3, des Impedanzbildners 7, des Si nussignalbildners 4 und der Vergleichseinrichtung 5 wird im Zusammenhang mit den Fig. 3, 4, 5 und 7 detailliert erläu tert. Dem Impedanzbildner 7 ist über einen weiteren Eingang E72 zusätzlich die Subtrahiereinrichtung 3 vorgeschaltet. Der Impedanzbildner 7 ist ausgangsseitig mit einem Eingang E81 einer Realteilvergleichseinrichtung 8 verbunden, die über ei nen weiteren Eingang E82 zusätzlich mit dem Leitungsimpe danzbildner 2 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Realteilvergleichseinrichtung 8 mit einem Eingang E91 einer Verknüpfungseinrichtung 9 verbunden, die eine logische AND (Und)-Verknüpfung 10 und eine logische OR (Oder)-Verknüpfung 11 enthält, wobei dieser Eingang E91 der Verknüpfungseinrich tung 9 einen Eingang der OR (Oder)-Verknüpfung 11 bildet. Ein weiterer Eingang der OR (Oder)-Verknüpfung 11 wird durch ei nen weiteren Eingang E92 der Verknüpfungseinrichtung 9 und ein Eingang der AND (Und)-Verknüpfung 10 durch einen zusätz lichen Eingang E93 der Verknüpfungseinrichtung 9 gebildet. Der Ausgang der OR (Oder)-Verknüpfung 11 ist an einen weite ren Eingang der AND (Und)-Verknüpfung 10 angeschlossen, deren Ausgang einen Ausgang A der Verknüpfungseinrichtung 9 bildet.

An einen Ausgang A41 des Sinussignalbildners 4 sind ein Rechtecksignalbildner 12 mit einem Eingang E121 und die eine Vergleichseinrichtung 5 mit einem weiteren Eingang E52 geschaltet. An einen weiteren Ausgang A42 des Sinussignal bildners 4 ist ein weiterer Eingang E122 des Rechtecksignal bildners 12 angeschlossen. Der Rechtecksignalbildner 12 ist ausgangsseitig mit einem weiteren Eingang E62 der weiteren Vergleichseinrichtung 6 verbunden. Die Arbeitsweise des Rechtecksignalbildners 12 wird im Zusammenhang mit der Fig. 6 erläutert.

Ausgangsseitig ist an die eine Vergleichseinrichtung 5 eine Entscheidungseinrichtung 13 mit einem Eingang E131 ange schlossen, die mit einem weiteren Eingang E132 zusätzlich mit dem Ausgang der weiteren Vergleichseinrichtung 6 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Entscheidungseinrichtung 13 mit dem weiteren Eingang E92 der Verknüpfungseinrichtung 9 ver bunden, an die über den zusätzlichen Eingang E93 außerdem die Meßwerterfassungseinrichtung 1 mit einem ergänzenden Ausgang A15 angeschlossen ist. Ein Taktgenerator 15 ist ausgangssei tig mit der Meßwerterfassungseinrichtung 1, der Subtra hiereinrichtung 3, dem Impedanzbildner 7, der einen Ver gleichseinrichtung 5, der weiteren Vergleichseinrichtung 6 sowie dem Sinussignalbildner 4 verbunden. Der Sinussignal bildner 4, der Rechtecksignalbildner 12, die eine Ver gleichseinrichtung 5, die weitere Vergleichseinrichtung 6 und die Entscheidungseinrichtung 13 bilden zusammen eine Kurvenformvergleichseinrichtung 16, deren Eingang E161 mit dem zusätzlichen Ausgang A14 der Meßwerterfassungseinrichtung 1 und deren weiterer Eingang E162 mit dem Taktgenerator 15 verbunden ist. Ein Ausgang A161 der Kurvenformvergleichsein richtung 16 ist an den weiteren Eingang E92 der Verknüp fungseinrichtung 9 angeschlossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit der dargestellten An ordnung folgendermaßen durchgeführt.

Der Meßwerterfassungseinrichtung 1, der Subtrahiereinrichtung 3, dem Impedanzbildner 7, der einen Vergleichseinrichtung 5, der weiteren Vergleichseinrichtung 6 sowie dem Si nussignalbildner 4 wird ein Taktsignal T1 des Taktgenerators 15 übermittelt.

In der Meßwerterfassungseinrichtung 1 werden in den Phasen R, S und T fließenden Strömen I_R(t), I_S(t) und I_T(t) proportio nale Meßgrößen MR, MS und MT abgetastet und als Phasenstrom abtastwerte I_R(k), I_S(k) und I_T(k) gespeichert. k bezeichnet die Zählvariable der Abtastung.

In der Meßwerterfassungseinrichtung 1 wird weiterhin festge stellt, wieviele Phasen vom Kurzschluß betroffen sind und ob eine Erdberührung der betroffenen Phasen vorliegt. Es werden nun folgende drei Fälle unterschieden:

1. Wird festgestellt, daß nur eine Phase vom Kurzschluß be troffen ist, so wird einem am ergänzenden Ausgang A15 auftre tenden Steuersignal ST1 eine logische "1" zugeordnet. Ist beispielsweise die Phase T vom Kurzschluß betroffen, so wer den in der Meßwerterfassungseinrichtung 1 daraufhin, d. h. nach Kurzschlußeintritt, eine einer Spannung U_T(t) der be troffenen Phase T proportionale Meßgröße und die dem Strom I_T(t) der betroffenen Phase T proportionale Meßgröße MT ab getastet und Spannungsabtastwerte Un(k) sowie Stromab tastwerte In(k) gespeichert. Die vor Kurzschlußeintritt ge speicherten Phasenstromabtastwerte I_T(k) der vom Kurzschluß betroffenen Phase T werden als weitere Stromabtastwerte Iv(k) ausgangsseitig abgegeben.
2. Sind hingegen zwei Phasen ohne Erdberührung vom Kurzschluß betroffen, so wird in der Meßwerterfassungseinrichtung 1 eine dieser Phasen ausgewählt. Für diese Phase werden die Span nungsabtastwerte Un(k), die einen Stromabtastwerte In(k) so wie die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) ermittelt und aus gangsseitig abgegeben. Dem Steuersignal ST1 wird in diesem Fall ebenfalls eine logische "1" zugeordnet.
3. Sind jedoch zwei Phasen mit Erdberührung oder sogar drei Phasen vom Kurzschluß betroffen, so wird dem Steuersignal ST1 eine logische "0" zugeordnet. Wie nachfolgend erläutert, wird kein Fehlerkennzeichnungssignal abgegeben, wenn das Steuersi gnal ST1 eine logische "0" aufweist.

Das Steuersignal ST1 wird der Verknüpfungseinrichtung 9 über deren Eingang E93 übermittelt.

Die einen Stromabtastwerte In(k) sowie die weiteren Stromab tastwerte Iv(k) gelangen zur Subtrahiereinrichtung 3. In der Subtrahiereinrichtung 3 werden von den einen Stromabtastwer ten In(k) die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) phasentreu ab gezogen. Dabei entstehende Differenzstromabtastwerte Id(k) gelangen zum Impedanzbildner 7, dem eingangsseitig zusätzlich die Spannungsabtastwerte Un(k) vorliegen. In dem Impe danzbildner 7 wird aus den Spannungsabtastwerten Un(k) und den Differenzstromabtastwerten Id(k) durch Quotientenbildung eine Impedanzmeßgröße Z gebildet, deren Realteil Re(Z) in der Realteilvergleichseinrichtung 8 weiterverarbeitet wird. In der Meßwerterfassungseinrichtung 1 wird auch die Entfernung zwischen der Anschlußstelle der Meßwerterfassungseinrichtung 1 an der Energieversorgungsleitung und der Kurzschlußstelle gemessen und ein die Entfernung kennzeichnendes Entfernungs signal S2 zum Leitungsimpedanzbildner 2 übermittelt, in dem durch Multiplikation mit dem für die Energieversorgungslei tung bekannten längenbezogenen Leitungswiderstand der Realteil Re(Z_L) einer Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L erzeugt wird; der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L entspricht somit dem ohmschen Widerstand des Leitungsstücks zwischen der Anschlußstelle der Meßwerterfassungseinrichtung 1 und der Kurzschlußstelle der Energieversorgungsleitung.

Der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L gelangt ausgangsseitig zur Realteilvergleichseinrichtung 8. Hier wird ein weiteres Steuersignal ST2 mit einer logischen "1" gebildet, wenn der Realteil Re(Z) der Impedanzmeßgröße Z größer ist als der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeß größe Z_L. Ist jedoch der Realteil Re(Z) der Impedanzmeßgröße Z nicht größer als der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanz meßgröße Z_L, so wird dem weiteren Steuersignal ST2 eine lo gische "0" zugeordnet. Hierbei können die bei der Messung der Impedanzmeßgröße Z und des Realteils Re(Z_L) der Leitungsim pedanzmeßgröße Z_L auftretenden Meßtoleranzen berücksichtigt werden. Das weitere Steuersignal ST2 gelangt zur Verknüp fungseinrichtung 9. Zur Bildung des Fehlerkennzeichnungs signals in der Verknüpfungseinrichtung 9 werden das am Ein gang E93 anliegende eine Steuersignal ST1, das weitere Steu ersignal ST2 und ein in der Entscheidungseinrichtung 13 er zeugtes, zusätzliches Steuersignal ST3 herangezogen.

Die Spannungsabtastwerte Un(k) gelangen an den Sinussignal bildner 4, in dem aus den Spannungsabtastwerten Un(k) eine in der Spannung U_T(t) enthaltene Grundschwingung U_S(t) hin sichtlich ihrer Amplitude A_S und ihrer Phasenlage ϕ ermittelt wird.

Die Grundschwingung U_S(t) wird der einen Vergleichseinrich tung 5 zugeführt, der zusätzlich die Spannungsabtastwerte Un(k) der Meßwerterfassungseinrichtung 1 übermittelt werden. In der einen Vergleichseinrichtung 5 werden die Spannungs abtastwerte Un(k) mit den zeitlich zugeordneten Augenblicks werten der Grundschwingung U_S(t) unter Gewinnung einer eine Signalähnlichkeit angebenden Ähnlichkeitsgröße V_S verglichen. Von der einen Vergleichseinrichtung 5 gelangt die Ähn lichkeitsgröße V_S zur Entscheidungseinrichtung 13. Zur Er mittlung der jeweiligen Augenblickswerte wird den Ver gleichseinrichtungen 5 und 6 ein Taktsignal T1 übermittelt.

Die Grundschwingung U_S(t) und ihre gemessene Amplitude A_S werden dem Rechtecksignalbildner 12 übermittelt, in dem ein rechteckförmiges Signal U_R(t) gebildet wird. Hierbei gleicht der Wert A_N des rechteckförmigen Signals U_R(t) einem vorbestimmten Bruchteil der Amplitude A_S und die Phasenlage des rechteckförmigen Signal U_R(t) der der Grundschwingung U_S(t). Der Wert A_N beträgt beispielsweise π/4 . A_S. Vom Recht ecksignalbildner 12 wird das rechteckförmige Signal U_R(t) zur weiteren Vergleichseinrichtung 6 übertragen, der zusätz lich die Spannungsabtastwerte Un(k) der Meßwerterfassungs einrichtung 1 zugeführt werden. In der weiteren Ver gleichseinrichtung 6 werden die Spannungsabtastwerte Un(k) mit den zeitlich zugeordneten Augenblickswerten des recht eckförmigen Signals U_R(t) unter Gewinnung einer weiteren Ähnlichkeitsgröße V_R verglichen. Der Entscheidungseinrichtung 13 wird die weitere Ähnlichkeitsgröße V_R übermittelt.

In der Entscheidungseinrichtung 13 werden die beiden anlie genden Ähnlichkeitsgrößen V_S und V_R miteinander verglichen, und es wird dem zusätzlichen Steuersignal ST3 eine logische "1" zugeordnet, wenn ein Vergleich der beiden Ähnlichkeits größen V_S und V_R ergibt, daß die Ähnlichkeit zwischen dem rechteckförmigen Signal U_R(t) und den Spannungsabtastwerten Un(k) größer ist als die Ähnlichkeit zwischen der Grund schwingung U_S(t) und den Spannungsabtastwerten Un(k). Sind die beiden Ähnlichkeitsgrößen V_S und V_R beispielsweise derart definiert, daß eine größere Ähnlichkeit einem kleineren Wert der jeweiligen Ähnlichkeitsgröße entspricht, so läßt sich die Entscheidungseinrichtung 13 beispielsweise durch einen Kom parator realisieren, von dem ausgangsseitig eine logische "1" abgegeben wird, wenn V_S größer als V_R ist.

Von der Entscheidungseinrichtung 13 gelangt das zusätzliche Steuersignal ST3 zur Verknüpfungseinrichtung 9, an der alle Steuersignale ST1, ST2 und ST3 anliegen.

An dem Ausgang A der Verknüpfungseinrichtung 9 wird somit das Fehlerkennzeichnungssignal abgegeben, wenn das eine Steuer signal ST1 und das weitere Steuersignal ST2 und/oder das zu sätzliche Steuersignal ST3 an der Verknüpfungseinrichtung 9 eine logische "1" aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Realisierungsbeispiel für die Meßwerter fassungseinrichtung 1 dargestellt. Diese weist eine Prüfein richtung 30 auf, die an die drei Phasen R, S und T sowie an den Nulleiter N angeschlossen ist. Der Prüfeinrichtung 30 nachgeschaltet ist eine ebenfalls an die drei Phasen ange schlossene Abtastanordnung 31, an die ein Schieberegister 34, ein weiteres Schieberegister 35 und ein zusätzliches Schie beregister 36 angeschlossen ist.

In der Prüfeinrichtung 30 wird festgestellt, wieviele Phasen vom Kurzschluß betroffen sind und ob eine Erdberührung der betroffenen Phasen vorliegt. Dies kann beispielsweise nach dem in der deutschen Patentschrift DE 24 56 073 C3 beschrie benen Verfahren geschehen. Es werden nun folgende drei Fälle unterschieden:

1. Wird festgestellt, daß nur eine Phase vom Kurzschluß be troffen ist, so wird der Abtastanordnung 31 ein die betrof fene Phase kennzeichnendes, analoges oder digitales, phasen individuelles Auswahlsignal S0 übermittelt. Mittels einer nicht dargestellten Logikschaltung wird in der Prüfeinrich tung 30 für diesen Kurzschlußfall das eine Steuersignal ST1 mit einer logischen "1" erzeugt, das am ergänzenden Ausgang A15 der Meßwerterfassungseinrichtung 1 abgegeben wird. Die Realisierung der Logikschaltung erfolgt in allgemein be kannter Weise zunächst durch Aufstellen einer logischen Wahrheitstabelle, die schaltungstechnisch durch in der Elek tronik bekannte Gatter (NAND, NOR, etc.) nachgebildet wird.
2. Sind hingegen zwei Phasen ohne Erdberührung vom Kurzschluß betroffen, so wird in der Prüfeinrichtung 30 eine dieser Pha sen mittels einer weiteren Logikschaltung ausgewählt und der Abtastanordnung 31 das diese Phase kennzeichnende, phasenin dividuelle Auswahlsignal S0 übermittelt. Dem einen Steuer signal S21 wird eine logische "1" zugeordnet.
3. Sind jedoch zwei Phasen mit Erdberührung oder sogar drei Phasen vom Kurzschluß betroffen, so wird kein Auswahlsignal S0 übermittelt und dem einen Steuersignal ST1 eine logische "0" zugeordnet. Wie bereits erläutert wurde, wird kein Feh lerkennzeichnungssignal abgegeben, wenn das eine Steuersignal ST1 eine logische "0" aufweist.

In der weiteren Figurbeschreibung wird davon ausgegangen, daß der Abtastanordnung 31 das Auswahlsignal S0 für die Phase T übermittelt worden ist.

In der Abtastanordnung 31 wird daraufhin, d. h. nach Eintritt des Kurzschlusses, die Spannung U_T(t) der betroffenen Phase T als Kurzschlußspannung z. B. nach dem in der deutschen Pa tentschrift DE 25 32 213 C2 beschriebenen Verfahren ausge wählt, die dieser Spannung U_T(t) proportionale Meßgröße abgetastet und die Spannungsabtastwerte Un(k) gespeichert. Die Spannungsabtastwerte Un(k) werden am zusätzlichen Ausgang A14 abgegeben. In der Abtastanordnung 31 wird außerdem der in der betroffenen Phase T als Kurzschlußstrom fließende Strom I_T(t) ausgewählt, die diesem Strom I_T(t) proportionale Meßgröße MT abgetastet und die einen Stromabtastwerte In(k) gespeichert. Die einen Stromabtastwerte In(k) werden an dem einen der beiden weiteren Ausgänge A13 abgegeben.

Um auch die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) erfassen zu kön nen, die zeitlich vor dem Eintreten des Kurzschlusses gemes sen wurden, wird wie folgt vorgegangen.

Für jede der drei Phasen R, S und T werden in der Ab tastanordnung 31 die den Strömen I_R(t), I_S(t) und I_T(t) pro portionalen Meßgrößen MR, MS und MT abgetastet und die ent sprechenden Phasenstromabtastwerte I_R(k), I_S(k) und I_T(k) gespeichert. Die Speicherung der Phasenstromabtastwerte I_R(k) der Phase R erfolgt in einem Schieberegister 34, die Speicherung der Phasenstromabtastwerte I_S(k) der Phase S in einem weiteren Schieberegister 35 und die Speicherung der Phasenstromabtastwerte I_T(k) der Phase T in einem zusätzli chen Schieberegister 36. Jedes Schieberegister kann eine be stimmte Anzahl p an Phasenstromabtastwerten speichern. Ein neu hinzukommender Phasenstromabtastwert ersetzt hierbei den jeweils ältesten abgetasteten Phasenstromabtastwert der je weiligen Phase, so daß zu jedem Zeitpunkt und für jede Phase die Anzahl p an Phasenstromabtastwerten vorliegt. Wird das zusätzliche Schieberegister 36 der Phase T nun von der Ab tastanordnung 31 mittels einer Steuerleitung angesteuert, so gelangen die Phasenstromabtastwerte I_T(k) der Phase T als die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) mit k = 0 . . . p - 1 an einen Ausgang des zusätzlichen Schieberegisters 36, der den anderen der beiden weiteren Ausgänge A12 der Meßwerterfassungs einrichtung 1 bildet. Die Aktivierung des zusätzlichen Schieberegisters 36 erfolgt mittels einer nicht dargestell ten, im zusätzlichen Schieberegister 36 enthaltenen logischen Auslöseschaltung. Jedes der drei Schieberegister 34, 35 und 36 weist eine derartige logische Auslöseschaltung auf, die von der Abtastanordnung 31 mittels Steuerleitungen angesteu ert werden kann.

In der Prüfeinrichtung 30 wird nach Eintritt des Kurzschlus ses zusätzlich gemessen, wie groß die Entfernung zwischen der Kurzschlußstelle und der Meßwerterfassungseinrichtung 1 ist. Die Entfernungsmessung kann beispielsweise nach dem in der europäischen Patentschrift EP 0 284 546 B1 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Von der Prüfeinrichtung 30 wird das Entfernungssignal S2 an den einen Ausgang A11 ab gegeben.

In Fig. 3 ist ein Realisierungsbeispiel für die Subtra hiereinrichtung 3 dargestellt. Die Subtrahiereinrichtung 3 weist eingangsseitig eine Zuordnungseinrichtung 40 auf, an der die einen Stromabtastwerte In(k) und die weiteren Strom abtastwerte Iv(k) anliegen. Der Zuordnungseinrichtung 40 nachgeordnet ist ein Differenzbildner 41, dessen Ausgang gleichzeitig den Ausgang der Subtrahiereinrichtung 3 bildet.

Zur phasentreuen Subtraktion der weiteren Stromabtastwerte Iv(k) von den einen Stromabtastwerten In(k) ist es nötig, die einen Stromabtastwerte In(k) mit den zeitlich zusammen passenden weiteren Stromabtastwerten Iv(k) zusammenzuführen.

Um zu verdeutlichen, was mit "zeitlich zusammenpassend" gemeint ist, wird zunächst erläutert, wie sich die einen Stromabtastwerte In(k) und die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) aus dem Strom I_T(t) der Phase T ergeben:

In(k) ≘ I_T(2π . T_A . f . k) mit k = p . . . N

Iv(k) ≘ I_T(2π . T_A . f . k) mit k = 0 . . . p - 1

mit f: Netzfrequenz, T_A: Abtastperiodendauer. Die Abtastpe riodendauer kann beispielsweise T_A = 20/f betragen.

Damit ein bestimmter weiterer Stromabtastwert Iv(k2) (k₂ = 0 . . . p - 1) zu einem bestimmten einen Stromabtastwert In(k₁) (k₁ = p . . . N) zeitlich paßt, muß für die Differenz zwischen k₁ und k₂ gelten:

k₁ - k₂= m . f . T_A

m: ganzzahlig, m ≧ 1

Der bestimmte weitere Stromabtastwert Iv(k₂) muß also zeit lich ein ganzzahliges Vielfaches der Periodenlänge der Netz frequenz vor dem bestimmten einen Stromabtastwert In(k1) ab getastet worden sein. In dieser Weise ist jedem einen Strom abtastwert In(k) ein zeitlich passender weiterer Stromab tastwert Iv(k - m . f . T_A) zuzuordnen. Von der Zuordnungseinrich tung 40 gelangen die einen Stromabtastwerte In(k) und die zeitlich hierzu passenden weiteren Stromabtastwerte Iv(k - m . f . T_A) Zum Differenzbildner 41. Dort werden die anliegenden Eingangsgrößen voneinander subtrahiert und ausgangsseitig die Differenzstromabtastwerte Id(k) abgegeben. Die Differenz stromabtastwerte Id(k) gelangen somit zu Ausgangsklemmen der Subtrahiereinrichtung 3.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Impedanzbildners 7 dargestellt.

Eingangsseitig weist der Impedanzbildner 7 ein Fourieranaly seelement 50 auf, an dessen einem Eingang E71 die Spannungs abtastwerte Un(k) und an dessen weiterem Eingang E72 die Dif ferenzstromabtastwerte Id(k) anliegen. Dem Fourieranaly seelement 50 nachgeordnet sind ein Quotientenbildner 51 und ein Phasendifferenzbildner 52. Der Quotientenbildner 51 und der Phasendifferenzbildner 52 sind ausgangsseitig an einen Realteilbildner 53 angeschlossen, dessen Ausgang den Ausgang des Impedanzbildners 7 bildet.

In dem Fourieranalyseelement 50 werden aus den Eingangsgrößen ein Stromscheitelwert AI, ein Stromphasenlagemeßwert ϕI, ein Spannungsscheitelwert AU sowie ein Spannungsphasenlagemeßwert ϕU gebildet. Die Funktion des Fourieranalyseelements 50, d. h. das Ermitteln einer Amplitude und einer Phasenlage aus Abtastwerten, kann beispielsweise so realisiert werden, wie es im Zusammenhang mit der Fig. 5 erläutert wird. Der Strom scheitelwert AI und der Spannungsscheitelwert AU gelangen zu dem Quotientenbildner 51, in dem ein Scheitelwertquotient AU/AI gebildet wird. Dieser Scheitelwertquotient AU/AI ge langt zu dem Realteilbildner 53. Vom Fourieranalyseelement 50 gelangen der Stromphasenlagemeßwert ϕI und der Spannungspha senlagemeßwert ϕU zu dem Phasendifferenzbildner 52, in dem die Phasendifferenz ϕU - ϕI gebildet und ausgangsseitig ab gegeben wird. Die Phasendifferenz ϕU - ϕI gelangt ebenfalls zum Realteilbildner 53, wo aus den eingangsseitig anliegenden Meßwerten der Realteil Re(Z) der Impedanzmeßgröße Z gebildet wird gemäß:

Die erforderliche Berechnung der cos-Funktion kann mit Hilfe einer Potenzreihenentwicklung unter Einsatz von elektroni schen Standardelementen wie Multiplizierer und Summenbildner erfolgen (vgl. arctan-Funktion in Fig. 5). Der am Realteil bildner 53 ausgangsseitig vorliegende Realteil Re(Z) der Im pedanzmeßgröße Z gelangt zum Ausgang des Impedanzbildners 7.

In Fig. 5 ist ein Realisierungsbeispiel für den Sinussignal bildner 4 dargestellt. An eine Eingangsklemme des Si nussignalbildners 4 sind eine Meßeinrichtung 120 und eine weitere Meßeinrichtung 121 angeschlossen. Beide Meßeinrich tungen 120 und 121 sind ausgangsseitig an eine Amplituden meßeinrichtung 122 und an eine Phasenlagemeßeinrichtung 123 angeschlossen. Der Amplitudenmeßeinrichtung 122 und der Pha senlagemeßeinrichtung 123 nachgeordnet ist ein Sinusgenerator 124, dem eingangsseitig zusätzlich die Taktimpulse T1 des Taktgenerators 15 zugeführt werden.

In der Meßeinrichtung 120 wird eine Fouriercosinustransforma tion durchgeführt (vgl. Bronstein-Semendjajew, Taschenbuch der Mathematik, Leipzig 1979, Seite 618 bis 633) und ein Scheitelwert a einer in den Spannungsabtastwerten Un(k) ent haltenen Cosinusschwingung mit Netzfrequenz f durch Produkt bildung und Summation erzeugt gemäß:

In der weiteren Meßeinrichtung 121 wird eine Fouriersi nustransformation durchgeführt und ein weiterer Scheitelwert b einer in den Spannungsabtastwerten Un(k) enthaltenen Sinus schwingung mit Netzfrequenz f gebildet:

Der Zeiger der in den Spannungsabtastwerten Un(k) enthaltenen Grundschwingung U_S(t) läßt sich somit durch komplexe Addition der Zeiger der Sinus- und der Cosinusschwingung ermitteln.

Die beiden Scheitelwerte a und b werden der Amplitudenmeßein richtung 122 und der Phasenlagemeßeinrichtung 123 zugeführt. In der Amplitudenmeßeinrichtung 122 wird die Amplitude A_S der Grundschwingung U_S(t) gemäß A_S = √a² + b² bestimmt. Dies ist in dieser Form möglich, da die Zeiger der Sinus- und der Co sinusschwingung orthogonal zueinander sind. In der Phasenla gemeßeinrichtung 123 wird die Phasenlage ϕ der Grundschwin gung U_S(t) ermittelt. Die Phasenlage ϕ kann beispielsweise gemäß ϕ = arctan(b/a) erzeugt werden. Die Berechnung der Arctan-Funktion kann dabei unter Einsatz eines Integrierbau steins erfolgen (vgl. Bronstein-Semendjajew, Taschenbuch der Mathematik, Leipzig 1979, Seite 37, Integral Nr. 40). Statt dessen möglich ist aber auch eine Potenzreihenentwicklung der Arctan-Funktion nach Seite 34 des o. g. Taschenbuches der Ma thematik und eine Bildung der Phasenlage ϕ durch elektroni sche Standardelemente wie Multiplizierer, Quotienten- und Summenbildner.

Die Amplitude A_S und die Phasenlage ϕ gelangen zum Sinusgene rator 124, in dem daraus die Grundschwingung U_S(t) der Ampli tude A_S und der Phasenlage ϕ erzeugt wird. Die Grundschwin gung U_S(t) wird an dem Ausgang A41 des Sinussignalbildners 4, der in Fig. 1 dem oberen der beiden Ausgänge dieses Bauteils 4 entspricht, zur Verfügung gestellt.

An dem weiteren Ausgang A42 des Sinussignalbildners 4 wird die Amplitude A_S abgegeben. Der Ausgang der Amplituden meßeinrichtung 122 bildet zugleich den unteren Ausgang der bei Fig. 1 dargestellten Ausgangsklemmen des Sinussignal bildners 4.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel des Rechtecksignal bildners 12 dargestellt. An dem Eingang E121 des Rechteck signalbildners 12 ist ein Triggerbaustein 130 angeschlossen, dem ein Rechteckgenerator 131 nachgeschaltet ist. Der Recht eckgenerator 131 ist eingangsseitig zusätzlich mit der Ampli tude A_S über den Eingang E122 des Rechtecksignalbildners 12 beaufschlagt. Der Ausgang des Rechteckgenerators 131 bildet den Ausgang des Rechtecksignalbildners 12.

An der Eingangsklemme des Triggerbausteins 130 liegt die Grundschwingung U_S(t) an, aus der mittels des Triggerbau steins 130 Triggersignale gewonnen werden, die dem Rechteck generator 131 übermittelt werden. Neben den Triggersignalen, die im wesentlichen die Phasenlage ϕ der Grundschwingung U_S(t) beschreiben, wird dem Rechteckgenerator 131 die Ampli tude A_S der Grundschwingung U_S(t) übertragen. Im Rechteckge nerator 131 wird aus der Amplitude A_S der Grundschwingung U_S(t) der Wert A_N des rechteckförmigen Signals U_R(t) gewon nen, was beispielsweise mit einem Spannungsteiler realisiert werden kann.

Der optimale Wert für A_N beträgt A_N = π/4 . A_S, wie sich fol gendermaßen erläutern läßt. Das rechteckförmige Signal U_R(t) läßt sich aus Cosinusschwingungen verschiedener Frequenzen zusammensetzen:

ω: Kreisfrequenz

Vergleicht man den Wert A_N des rechteckförmigen Signals U_R(t) mit der Amplitude A_S1 einer in dem rechteckförmigen Signal U_R(t) enthaltenen Grundschwingung, so ergibt sich die Umrech nung zu A_N = π/4 . A_S1. Damit erhält man A_N = π/4 . A_S für den Fall, daß die Grundschwingung U_S(t) gleich der Grundschwin gung des rechteckförmigen Signals U_R(t) ist.

Mit dem Wert A_N und den Triggersignalen wird im Rechteckgene rator 131 das rechteckförmige Signal U_R(t) gebildet.

In Fig. 7 ist ein Blockschaltbild für die Vergleichsein richtung 5 dargestellt. Diese weist einen weiteren Differenz bildner 140 auf, dem über den einen Eingang E51 der Ver gleichseinrichtung 5 die Spannungsabtastwerte Un(k), über den weiteren Eingang E52 der Vergleichseinrichtung 5 die Grund schwingung U_S(t) und über einen Takteingang die Taktimpulse T₁ zugeführt werden. Dem weiteren Differenzbildner 140 nachgeordnet ist eine Quadriereinrichtung 141, die aus gangsseitig an einen Summierer 142 angeschlossen ist.

Mit dieser Anordnung wird die Ähnlichkeitsgröße V_S gebildet gemäß:

Dies wird im einzelnen wie folgt durchgeführt.

In dem weiteren Differenzbildner 140 werden unter Verwendung des Taktsignals T1 Differenzgrößen S(k) aus den Spannungsab tastwerten Un(k) und den zeitlich zugeordneten Augenblicks werten der Grundschwingung U_S(t) gebildet. Die Differenzwerte S(k) werden dem Quadrierer 141 zugeführt, in dem die vorlie genden Differenzgrößen S(k) quadriert werden. Die quadrierten Ausgangswerte S²(k) gelangen in den Summierer 142, in dem die einzelnen quadrierten Differenzgrößen S²(k) auf summiert wer den und die Ähnlichkeitsgröße V_S gebildet wird.

Zur Bildung der weiteren Ähnlichkeitsgröße V_R wird in der weiteren Vergleichseinrichtung 6 das rechteckförmige Signal U_R(t) verarbeitet und die weitere Ähnlichkeitsgröße V_R gebil det gemäß:

mit U_R(t) = A_N . wal(1, ϕ) und wal(1, ϕ): Walsh-Funktion

Die beiden Ähnlichkeitsgrößen V_S und V_R können statt dessen auch durch Auswertung von Frequenzspektren gebildet werden. Hierzu werden durch Fouriertransformation ein Frequenzspek trum der Spannungsabtastwerte Un(k), ein weiteres Frequenz spektrum der Grundschwingung U_S(t) und ein zusätzliches Fre quenzspektrum des rechteckförmigen Signals U_R(t) gebildet. Die beiden Ähnlichkeitsgrößen V_S und V_R werden dann durch Vergleich bzw. durch Auswertung der Frequenzspektren gewon nen.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anord nung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darge stellt, wobei in der Fig. 8 Elemente gezeigt sind, die mit Elementen in Fig. 1 identisch sind; diese Elemente haben in Fig. 8 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, wenn sie die gleiche Funktion aufweisen.

Die in Fig. 8 dargestellte geerdete Meßwerterfassungsein richtung 1 ist an die Phasen R, S und T sowie an den Rücklei ter N der dreiphasigen Energieübertragungsleitung angeschlos sen. Die Funktionsweise der Meßwerterfassungseinrichtung 1 wurde im Zusammenhang mit der Fig. 2 detailliert erläutert. An die Meßwerterfassungseinrichtung 1 sind an den Ausgang A11 der Leitungsimpedanzbildner 2, an die weiteren Ausgänge A12 und A13 die Subtrahiereinrichtung 3, an den zusätzlichen Ausgang A14 der Impedanzbildner 7 mit dem einen Eingang E71 und die Kurvenformvergleichseinrichtung 16 mit dem einen Eingang E161 und an den ergänzenden Ausgang A15 die Verknüpfungseinrichtung 9 mit dem zusätzlichen Eingang E93 angeschlossen. Die Arbeitsweise der Kurvenformvergleichsein richtung 16, der Subtrahiereinrichtung 3 und des Impedanz bildners 7 wurde im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 3 bis 7 detailliert erläutert. Dem weiteren Eingang E72 des Impe danzbildner 7 und einem Lichtbogenwiderstandsmesser 71 ist die Subtrahiereinrichtung 3 vorgeschaltet. Der Impedanzbild ner 7 ist ausgangsseitig mit einem Eingang E721 einer weite ren Realteilvergleichseinrichtung 72 verbunden, die über einen weiteren Eingang E722 einem Widerstandssummenbildner 73 nachgeordnet ist. Ausgangsseitig ist die weitere Realteilver gleichseinrichtung 72 an den einen Eingang E91 der Ver knüpfungseinrichtung 9 angeschlossen. Der Widerstandssummen bildner 73 ist über einen Eingang E731 mit dem Lichtbogenwi derstandsmesser 71 und über einen weiteren Eingang E732 mit dem Leitungsimpedanzbildner 2 verbunden.

Der Taktgenerator 15 ist ausgangsseitig an die Meßwerterfas sungseinrichtung 1, die Subtrahiereinrichtung 3, den Impe danzbildner 7 und an den weiteren Eingang E162 der Kurven formvergleichseinrichtung 16 angeschlossen. Die Kurvenform vergleichseinrichtung 16 ist über ihren Ausgang A161 mit dem weiteren Eingang E92 der Verknüpfungseinrichtung 9 verbunden.

In der Meßwerterfassungseinrichtung 1 werden, wie bereits in Fig. 1 und 2 beschrieben, die Spannungsabtastwerte Un(k), die einen Stromabtastwerte In(k), die weiteren Stromab tastwerte Iv(k), das Entfernungssignal S2 und das eine Steu ersignal ST1 ausgangsseitig abgegeben. Das eine Steuersignal ST1 gelangt zur Verknüpfungseinrichtung 9 und das Entfer nungssignal S2 zum Leitungsimpedanzbildner 2. Die Spannungs abtastwerte Un(k) gelangen zum Impedanzbildner 7 und die ei nen Stromabtastwerte In(k) und die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) zur Subtrahiereinrichtung 3.

In der Subtrahiereinrichtung 3 werden von den einen Stromab tastwerten In(k) die weiteren Stromabtastwerte Iv(k) phasen treu abgezogen. Die dabei entstehenden Differenzstromab tastwerte Id(k) gelangen zum Impedanzbildner 7, dem ein gangsseitig zusätzlich die Spannungsabtastwerte Un(k) vorlie gen. In dem Impedanzbildner 7 wird aus den Spannungsab tastwerten Un(k) und den Differenzstromabtastwerten Id(k) durch Quotientenbildung die Impedanzmeßgröße Z gebildet, de ren Realteil Re(Z) in der weiteren Realteilvergleichseinrich tung 72 weiterverarbeitet wird. Im Leitungsimpedanzbildner 2 wird durch Multiplikation des mittels des Entfernungssignals S2 übertragenen Entfernungsmeßwertes mit dem für die Energie versorgungsleitung bekannten längenbezogenen Leitungswider stand der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L er zeugt. Der Realteil Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L gelangt zum weiteren Eingang E732 des Widerstandssummenbild ners 73.

In dem Lichtbogenwiderstandsmesser 71 wird aus den eingangs seitig anliegenden Differenzstromabtastwerten Id(k) ein Lichtbogenwiderstandsmeßwert R_Li erzeugt. Dies kann bei spielsweise mit Hilfe der in dem Fachbuch "Schutztechnik in Elektroenergiesystemen" (Heinz Clemens und Klaus Rothe, VDE- Verlag, Berlin, Seite 174) erläuterten Formel geschehen:

wobei U'_Li eine längenbezogene Lichtbogenspannung bezeichnet, die Werte zwischen ca. 1000-2500 V/m annehmen kann, und l_Li die Lichtbogenlänge angibt. Da diese an der Anschlußstelle der Meßwerterfassungseinrichtung 1 nicht gemessen werden kann, wird sie unter Zugrundelegung des mechanischen Aufbaus der Energieversorgungsleitung hinsichtlich ihrer kleinstmög lichen Länge abgeschätzt. Von den Differenzstromabtastwerten Id(k) wird beispielsweise der größte Differenzstromabtastwert ausgewählt und dieser in die Gleichung zur Bestimmung des Lichtbogenwiderstandsmeßwerts R_Li eingesetzt. Der in dieser Weise bestimmte kleinstmögliche Lichtbogenwiderstandsmeßwert R_Li gelangt zu dem einen Eingang E731 des Widerstandssum menbildners 73.

In dem Widerstandssummenbildner 73 wird aus den anliegenden Eingangsgrößen durch Summenbildung eine Widerstandsmeßgröße Re(Z_L) + R_Li gebildet, die an den weiteren Eingang E722 der weiteren Realteilvergleichseinrichtung 72 gelangt.

Die weitere Realteilvergleichseinrichtung 72 und die eine, in Fig. 1 dargestellte Realteilvergleichseinrichtung 8 sind identisch.

In der weiteren Realteilvergleichseinrichtung 72 wird das weitere Steuersignal ST2' mit einer logischen "1" gebildet, wenn der Realteil Re(Z) der Impedanzmeßgröße Z größer ist als die Widerstandsmeßgröße Re(Z_L) + R_Li. Ist jedoch der Realteil Re(Z) der Impedanzmeßgröße Z nicht größer ist als die Widerstandsmeßgröße Re(Z_L) + R_Li, so wird dem weiteren Steuersignal ST2' eine logische "0" zugeordnet. Hierbei kön nen die bei der Messung der Impedanzmeßgröße Z und des Realteils Re(Z_L) der Leitungsimpedanzmeßgröße Z_L auftretenden Meßtoleranzen berücksichtigt werden. Außerdem ist es möglich, den Lichtbogenwiderstandsmeßwert R_Li in der Wider standsmeßgröße Re(Z_L) + R_Li zu vernachlässigen, wenn der Licht bogenwiderstandsmeßwert R_Li kleiner ist als die Meßwerttole ranz bei der Messung des Realteils Re(Z_L) der Leitungsimpe danzmeßgröße Z_L. In diesem Fall kann das weitere Steuersignal ST2' mit einer logischen "1" gebildet werden, wenn gilt:

Re(Z) < Re(Z_L) . (1 + Meßtoleranz/100),

wobei die Meßtoleranz in Prozent eingesetzt wird.

Das weitere Steuersignal ST2' gelangt zum einen Eingang E91 der Verknüpfungseinrichtung 9.

In der Kurvenformvergleichseinrichtung 16 werden die Span nungsabtastwerte Un(k) nach dem im Zusammenhang mit den Fig. 1, 5, 6 und 7 erläuterten Verfahren verarbeitet. Das aus gangsseitig abgegebene zusätzliche Steuersignal ST3 gelangt zur Verknüpfungseinrichtung 9. Dort werden zur Bildung des Fehlerkennzeichnungssignals das am einen Eingang E91 an liegende eine Steuersignal ST1, das weitere Steuersignal ST2' und das zusätzliche Steuersignal ST3 ausgewertet. Das Fehlerkennzeichnungssignal wird an einem Ausgang B der Ver knüpfungseinrichtung 9 erzeugt, wenn das eine Steuersignal S21 und das weitere Steuersignal ST2' und/oder das zusätzli che Steuersignal ST3 eine logische "1" aufweisen.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, daß die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren in der Praxis mittels einer elek tronischen Datenverarbeitungsanlage erfolgt; die dargestell ten Blockschaltbilder dienen daher vor allem zur Veranschau lichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines Fehlerkennzeichnungssignals, das einen an einer Kurzschlußstelle einer mehrphasigen elek trischen Energieübertragungsleitung aufgetretenen Kurzschluß als Lichtbogenkurzschluß kennzeichnet, wobei bei diesem Verfahren

- beim Auftreten eines Kurzschlusses eine an einer Meßstelle der Energieübertragungsleitung erfaßte spannungspropor tionale Meßgröße und eine an dieser Meßstelle erfaßte stromproportionale Meßgröße abgetastet werden und entspre chende Spannungsabtastwerte (Un(k)) und Stromabtastwerte (In(k)) gespeichert werden und
- durch Auswertung der Spannungs- und Stromabtastwerte das Fehlerkennzeichnungssignal gewonnen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Energieübertragungsleitung auf das Auftreten eines Kurzschlusses in einer einzigen Phase oder zwei Phasen ohne Erdberührung überwacht und im Falle eines solchen Kurzschlusses ein Steuersignal (ST1) erzeugt wird,
- die Spannungsabtastwerte (Un(k)) und die Stromabtastwerte (In(k)) zur Bildung einer Impedanzmeßgröße (Z) herangezogen werden,
- aus einem für die Energieübertragungsleitung bekannten längenbezogenen Leitungswiderstand und der gemessenen Entfernung zwischen der Meßstelle und der Kurzschlußstelle eine dieser Entfernung entsprechende Leitungsimpe danzmeßgröße (Z_L) erzeugt wird,
- ein weiteres Steuersignal (ST2) erzeugt wird, wenn der Realteil (Re(Z)) der Impedanzmeßgröße (Z) größer als eine Widerstandsmeßgröße ist, wobei die Widerstandsmeßgröße dem Realteil (Re(Z_L)) der Leitungsimpedanzmeßgröße (Z_L) entspricht oder aus der Summe des Realteils (Re(Z_L)) der Leitungsimpedanzmeßgröße (Z_L) und einem ermittelten Lichtbogenwiderstandsmeßwert (R_Li) gebildet ist, und
- das Fehlerkennzeichnungssignal gebildet wird, wenn beide Steuersignale (ST1) und (ST2) erzeugt wurden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzmeßgröße (Z) durch Quotientenbildung aus den Spannungsabtastwerten (Un(k)) und den Stromabtastwerten (In(k)) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- vor dem Auftreten des Kurzschlusses die stromproportionale Meßgröße abgetastet und unter Bildung weiterer Stromab tastwerte (Iv(k)) gespeichert wird,
- von den einen Stromabtastwerten (In(k)) die weiteren Stromabtastwerte (Iv(k)) phasentreu unter Bildung von Differenzstromabtastwerten (Id(k)) subtrahiert werden,
- aus den Differenzstromabtastwerten (Id(k)) und den zeitlich entsprechenden Spannungsabtastwerten (Un(k)) durch Quotientenbildung die Impedanzmeßgröße (Z) gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- aus den Spannungsabtastwerten (Un(k)) die Grundschwingung (U_S(t)) der Kurzschlußspannung hinsichtlich ihrer Amplitude (A_S) und Phase (ϕ) ermittelt wird,
- ein rechteckförmiges Signal (U_R(t)) gebildet wird, dessen Wert (A_N) einem vorbestimmten Bruchteil der Amplitude (A_S) und dessen Phase der der Grundschwingung (U_S(t)) ent spricht,
- die Grundschwingung (U_S(t)) mit den Spannungsabtastwerten (Un(k)) unter Gewinnung einer eine Signalähnlichkeit ange benden Ähnlichkeitsgröße (V_S) verglichen wird,
- das rechteckförmige Signal (U_R(t)) mit den Spannungsab tastwerten (Un(k)) unter Gewinnung einer eine Signalähn lichkeit angebenden weiteren Ähnlichkeitsgröße (V_R) vergli chen wird,
- ein zusätzliches Steuersignal (ST3) erzeugt wird, wenn ein Vergleich der beiden Ähnlichkeitsgrößen (V_S) und (V_R) er gibt, daß die Ähnlichkeit zwischen dem rechteckförmigen Signal (U_R(t)) und den Spannungsabtastwerten (Un(k)) größer als die Ähnlichkeit zwischen der Grundschwingung (U_S(t)) und den Spannungsabtastwerten (Un(k)) ist, und
- zur Bildung des Fehlerkennzeichnungssignals auch das zu sätzliche Steuersignal (ST3) herangezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlerkennzeichnungssignal gebildet wird, wenn ergänzend auch das zusätzliche Steuersignal (ST3) erzeugt wurde.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein rechteckförmiges Signal (U_R(t)) gebildet wird, dessen Wert (A_N) das π/4-fache der Amplitude (A_S) der Grundschwin gung (U_S(t)) beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Spannungsabtastwerte (Un(k)) das Frequenzspek trum der Kurzschlußspannung ermittelt wird und die beiden Ähnlichkeitsgrößen (V_S) und (V_R) durch Auswertung des Fre quenzspektrums gewonnen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der einen Ähnlichkeitsgröße (V_S) die Spannungs abtastwerte (Un(k)) mit den jeweiligen Augenblickswerten der Grundschwingung (U_S(t)) und zur Gewinnung der weiteren Ähn lichkeitsgröße (V_R) die Spannungsabtastwerte (Un(k)) mit den jeweiligen Augenblickswerten des rechteckförmigen Signals (U_R(t)) verglichen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- zur Gewinnung der einen Ähnlichkeitsgröße (V_S) eine der Differenz aus dem jeweiligen Spannungsabtastwert (Un(k)) und dem zeitlich zugeordneten Augenblickswert der Grund schwingung (U_S(t)) entsprechende Differenzgröße S(k) ge bildet wird und alle sich ergebenden Differenzgrößen S(k) quadriert und aufsummiert werden und zur Gewinnung einer weiteren Ähnlichkeitsgröße (V_R) eine der Differenz aus dem jeweiligen Spannungsabtastwert (Un(k)) und dem zeitlich zugeordneten Augenblickswert des rechteckförmigen Signals (U_R(t)) entsprechende Differenzgröße gebildet wird und alle sich ergebenden Differenzgrößen quadriert und aufsummiert werden,
- das zusätzliche Steuersignal (ST3) erzeugt wird, wenn die eine Ähnlichkeitsgröße (V_S) größer als die weitere Ähnlich keitsgröße (V_R) ist.