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VERFAHREN pND EINRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DES FEHIER-ORTES AN FERNLEITUNGEN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stromübertragung, insbesondere
auf Verfahren und Einrichtungen für die Bestimmung der Entfernung des Fehlerortes
an Fernleitungen.
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Es sind Fehlerortmeßverfahren bekannt, die man in zwei Gruppen einteilen
kann. Die eine Gruppe beruht auf der Messung der elektrischen Normalfrequenzgrößen
während der Stdrung. Die anders Gruppe beruht auf der Messung der
.usbreitungszeit
der elektromagnetischen Wellen entlang dem fehlerhaften leitungsahschnitt Als Nachteil
ist rei den zur ersten Gruppe gehörenden Verfahren die beträchtliche Meßdauer zu
bezeichnen, was deren Anwendung für Hochspannun@sleitungen, wo die Abschaltzeit
der erwähnten Leitungen bei der Störung kleiner als die erforderliche Meßzeit sein
kann, erschwert bzw. unmöglich macht. Ein weiterer Nachteil ist bei der ersten Gruppe
der große Absolutfehler in der Bestimmung der Entfernung des Fehlerortes an Leitungen
von großer Länge (über 400 km) wegen der Änderung des Widerstandes der Nullkomponente
entlang der Leitung, sowie des Einflusses des Ühergangswiderstandes am Fehlerort.
Ein weiterer Mangel der erwähnten Verfahren liegt darin, daß es unmöglich ist, diese
für Gleichstromfernleitungen anzuwenden, wegen des Ausleibens der Speisung der Fehlerstelle
seitens der Wechselrichterunterstation.
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Die zweite Gruppe umfaßt das Ortungsverfahren, das auf der Messung
der Doppellaufzeit der elektromagnetischen Wellen an dem fehlerhaften Abschnitt
der Leitung beruht und das Zeitsignalverfahren, das auf der Messung der Laufzeit
der am Fehlerort entstehenden und nach beiden Seiten, d.h.
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zum Anfang und Ende der Leitung sich ausbreitenden elektromagnetischen
Wellen beruht.
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Das Ortungsverfahren zur 1(essung der Entfernung des Fehlerortes
an der Fernleitung weist den Nachteil auf, daß
ein spezieller Generator
zur Erzeugung von leitungsstarken Impulsen, die in die Fernleitung bei deren Beschädigung
geschickt werden, erforderlich ist, Als Nachteil ist bei dem Ortungsverfahren uch
die erforderliche sogenannte Hochfrequenbearbeitung der zu überwachenden Fernleitung
durch Anordnung von speziellen Sperrfiltern zu bezeichnen. Außerdem zahlen zu den
Nachteilen des Ortungsverfahrens der große Aufder wand an Hilfsausrüstung und der
beträchtliche ert derVSpeisequelle entnommenen Leistung.
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Ein weiterer Nachteil des erwähnten Verfahrens ist die begrenzte
bärçe der Fernleitung wegen der leträchtlichen Abnahme der Meßgenauigkeit mit der
Zunahme der Dämpfung der in die beschadigte Leitung geschickten speziellen Impulse.
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Das Verfahren unter Benutzung von Zeitsignalen weist den Nachteil
auf, daß eine genaue bzw. synchrone Bestimmung der Zeit an beiden Meßteilen nötig
ist, was einen speziellen Verbindungskannl von hoher Wirkungsgeschwindigkeit zwischen
den erwähnten Stellen zur Ubertragung der sogenannten Synchronisiersignale erfordert.
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Ein weiterer Nachteil ist die erforderliche hohe Stabilität der Zeitimpulsfolgefrequenz
zwischen den Punkten, wo die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen gemessen wird.
Eg sind Einrichtungen bekannt, die beide Verfahren realisieren.
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Zu diesen gehören Einrichtungen zur Messung der Entfernung des Fehlerortes
an Weohselstromleitungen, die Geräte darstellen, welche die elektrischen Größen
(Strom und Spannung) von
Normalfrequenz (zum Beispiel 50 Hz) während
der Störung an der Fernleitung feststellen, sowie auch Ortungseinrichtungen, die
einen über spezielle Filter an die Leitung angeschlossenen Sendeimpulsgenerator,
eine Einheit zum Empfang der von dem Fehlerort reflektierten Sende impulse und eie
Einheit zur Messung des Z-eitintervalls, das der Doppellaufzeit der Sendeimpulse
entlang dem fehlerhaften Leitungsabschnitt gleich ist, enthält.
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Darüber hinaus sind Fahlerortmeßeinrichtungen fiir FeEnleitungen
bekannt, die eine Zeitsignaiquelle an einem der Leitungsenden und zwei Empfänger
für die von dem Fehlerotrt zu den entgegengesetzten Leitungsenden sich ausbreitenden
Wellen enthält.
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Nachteil der erwähnten Einrichtungen ist entweder die geringe Meßgenauigkeit
der Geräte zur Ermittlung der elektrischen Normalfrequenz-größen, oder die große
Kompliziert heit und folglich die geringe Zuverlässigkeit der Einrichtungen für
die Messung der Laufzeit der elektromagnetischen Wellen. Ein weiterer Nachteil derselben
ist die erforderliche Hochfrequenzbearbeitung der zu Uberwachenden Leitung sowie
die vorhandenen speziellen Impulsgeneratoren, was die beträchtlichen Herstellungskosten
der erwähnten Einrichten gen bestimmt. Außerdem ist bei den Einrichtungen, die Zeitsignale
benutzen, der vorhandene Verbindungskanal zwischen den Leitungenenden als Nachteil
zu bezeichnen, der bei Störungen an der zu überwachenden Leitung unterbrochen werden
kann.
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Zweck der Erfindung ist es die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein einfacheres und zuverlässigeres
Fehlerortmeßverfahren und eine Einrichtung zur Realisierung dieses Verfahrens zu
schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man bei dem Verfahren zur
Bestimmung der Entfernung des Fehlerortes an der Fernleitung nach der Ausbreitungszeit
der elektromagnetischen Energie entlang der Leitung gemäß der Erfindung wenigstens
an einer Stelle der Leitung den Zeitabstand zwischen dem Eintreffen der Front der
am Fehlerort entstandenen und zur erwähnten Stelle über den durch die Drähte der
Fernleitung gebildeten Kreis sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle und dem
Eintreffen der Front einer anderen gleichfalls an dem Fehlerort entstandenen und
zur erwähnten Stelle ueber den durch d Leitungtdrähte und Erde gebildeten Kreis
sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle mißt und dann die Entfernung bis zum
Fehlerort als Funktion dieses Zeitabstandes bestimmt, während bei der Einrichtung
zur Realisierung dieses Verfahrens flir eine Gleichstromfernleitung, die eine in
Reihe mit der Zeitabstandsmeßeinheit geschaltete und über Spannungsteiler mit der
Fernleitung verbundene Wellenempftngseinheit enthält, gemäß der Erfindung die Wellenempftngseinheit
wenigstens zwei Transformatoren enthält, deren Pri.ärwioklunen ueber Spannungsteiler
an di.
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verschiedenen Pole der Fernleitung gelegt sind, während die Sekundärwicklungen
der erwähnten Transformatoren paarweise vereinigt und über Gleichrichter an die
erwähnte Zeitahstandsmeßeinheit angeschlossen sind, wobei die einen Sekundärwicklungen
seriengleichsinnig geschaltet sind und ein Signal liefern, das der vom Fehlerort
über einen der erwihnten Kreise sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle proportional
ist, während die anderen seriengegensinnig geschaltet sind und ein Signal liefern,
das der vom Fehlerort über den anderen Kreis sich ausbreitenden elektromagnetischen
Welle proportional ist.
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Es ist zweckmäßig in Reihe mit den Primärwicklungen der Transformatoren
Kondensatoren zu schalten.
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Im weiteren wird die Erfindung durch ein AusfUhrungsbeispiel und
an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 - die schematische Darstellung der Ausbreitung der
elektromagnetischen Wellen vom Fehlerort zur Meßstelle an der Gleichstromfernleitung,
Fig. 2 - das Blockschaltbild der Fehlerortmeßeinrichtung, gemäß der Erfindung; Fig.
3 - das Prinzipschaltbild einer der mUglichen Ausführungsvarianten der Welleneipfangseinheit
der Fehlerortmeßeinrichtung, Rsnäß der zrflndung.
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Bei einer Störung an der Fernleitung entstehen an dem Fehlerort elektromagnetische
Wellen, die sich nach beiden Seiten von dem Fehlerort entlang der Leitung ausbreiten.
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Hierbei erfolgt die Wellenausbreitung über zwei Wege (Kreise): über
den Kreis, der nur durch die Drähte der Fernleitung und über den Kreis, der durch
die Leitiingsdrähte und die Erde gebildet ist. Die Drähte der Fernleitung bilden
einen Kreis, in dem die elektromagnetische Welle Un-n eine Ausbreitungsgeschwindigkeit
Vn-n hat, die der Lichte n-n schwindigkeit nahe ist. In dem durch die Drähte der
Fernleitung und die Erde gebildeten Kreis breitet sich entlang der Fernleitung die
elektromagnetische Welle Un-3 aus, deren ausbreitungsReschwindigkeit Vn-3 wesentlich
kleiner als n-3 V ist.
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n-n Bei der Ausbreitung beider ellen von dem Fehlerort entlang der
Fernleitung eilt wegen der unterschiedlichen Geschwindigkeiten V und Vn-3 die Front
der Welle Un-3 der Front von Welle U um den Zeitabstand #t nach n-n (Fig. 1). Je
größer die Entfernung vo# Fehlerort (Punkt A3 bis zum Meßort (Punkt B) ist, desto
großer ist #t ( #t2 > # t1 > #t0).
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Ist der Wert des Zeitabstar.des # t als Funktion der Entfernung bis
zum Fehlerort bekannt und #t wenigstens an einer einzigen Stelle der Fernleitung
gemessen, so kann man die Entfernung l bis zum Fehlerort bestimmen.
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Die Werte # t können in Abhängigkeit von der Länge
der
zu überwachenden Fernleitung von 0 bis (3-4) 10-3 sec schwanken. Somit ist schon
wenige Millisekunden nach dem Beginn der Messung die Entfernung des Fehlerortes
bekannt.
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Die Einrichtung zur Realisierung des Fehlerortmeßverfahrens für Gleichstromfernleitungen
enthält die an die beiden Pole 1 und 2 (Fig. 2) der zu Uberwachenden Fernleitung
über die Spannungsteiler 3 und 4 angesehlossene Wellenempfangseinheit 5, an deren
Ausgang die Zeitintervallmeßeinheit 6 gelegt ist. Die Wellenempfangseinheit 5 dient
zum Empfang der Signale, die beim Eintreffen der Fronten der elektromagnetischen
Wellen und und U 3 am Meßort ankommen.
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Die Zeitintervallmeßeinheit 6 dient zur Umwandlung des von der Einheit
ermittelten Zeitintervalls t in einen Kode (lmpulszahl, Zeigerausschlag u.dgl.).
Der eine Eingang (Eingang 9) der Einheit 6 ist an den Ausgang der Leitungsschutzeinheit
6 (nicht mitgezeichnet) gelegt. Diese Kopplung ist zur Sicherung einer Ablesung
an der Einheit 6 nur im Falle einer Störung an der eigentlichen Fernleitung und
zur Block;erung der Ablesung bei allen anderen Störungen des Normalbetriebes der
Fernleitung erforderlich.
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Die Wellenempfangseinheit 5 enthält zwei Dreiwicklungs transformatoren
10 und 11 (Fig. 3), deren Primärwicklungen 12 und 13 ueber die Kondensatoren 14
und 15 an die Spannungsteiler
3 und 4 der beiden Pole 1 und 2
der zu überwachenden Fernleitung gelegt sind und als Eingänge der Wellenempfangseinheit
dienen. Die Sekundärwicklungen 16 und 17 sind seriengegensinnig g eschaltet und
an den Gleichrichter 21 gelegt, während die Sekundärwicklungen 18 und 19 seriengleichsinnig
geschaltet und an den Gleichrichter 20 gelegt sind.
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Der Ausgang des Gleichrichters 20 gilt als Ausgang 7 (Bild 2) und
der Ausgang des Gleichrichters 21 - als Ausgang 8 der Einheit 5. Die Einrichtung
funktioniert wie folgt: Bei einer Störung (beispielsweise einem Kurzschluß) an einem
der Pole der Leitung (beispielsweise am Pol 2, Fig.l) entstehen am Fehlerort (Punkt
A) zwei elektromagnetische Wellen. Die eine von dbsen Un-n breitet sich zum Meßpunkt
B über den durch die Drähte (1 und 2) der Fernleitung gebildeten Kreis mit der Geschwindigkeit
Vn-n aus, Die andere elektromagnetisch e Welle Un-3 breitet sich zum Punkt B über
den durch die Drähte der Leitung und die Erde gebildeten Kreis mit der Geschwindigkeit
Vn-3 aus.
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Beim Eintreffen der Welle Un-n am Punkt B werden die Strommomentanwerte
der Spannungsteiler 3 und 4 (Fig. 2,3) in ihrer Absol<*röBe vermindert. Diesem
Falle entsprechen die Richtungen der Stromzunahme # In-n der Spannungsteiler in
den Stroni:r einen der Primärwicklungen 12 und 13 (Fig. 3) der Dreiwioklungatransformatoren
10 und 11. Hierbei ist die Spannung am Ausgang 7 des Gleiohrichters 20 der Summenspannung
der Sekundärwioklnngen 18, 19 der Transfor-* matoren 10 und 11 gleich, während die
Spannung am Ausgang
8 des Gleichrichters 21 gleich Null ist. Somit
erscheint beim Eintreffen der elektromagnetischen Welle U am Punkt n-n B ein Signal
nur an einem der Ausgänge der Wellenempfungseinheit.5 (Ausgang 7), Nach dem Zeitintervall
# t2 (Fig. 1) trifft am Punkt B die Front der Wie lle Un-3 ein. In diesem Falle
ist die Richtung der Btromzunahme #In-3 eines;der Spannungsteiler, wie Fig. 3 zeigt,
der der Stromzunahm-e d I des anderen Spannungsteiler entgegengesetzt gerichtet.
Hierbei erschneint ein Signal am Ausgang des Gleichrichters 21, d.h. am zweiten
Ausgang der Wellenempfangseinheit 5. Somit erscheint das Signals am Ausgang 8 gegenüber
dem ai Ausgang 7 nach einem Zeitabstand # t2 (Fig. 1). Der erwähnte Zeitabstand
#t2 wird von der Einheit 6 (Fig. 2) gemessen und 2 falls am Eingang 9 der Einheit
6 ein Signal von der Schutzeinrichtung der Fernleitung eingetroffen ist, so wird
das Meßergebnis zur Bestimmung der Entfernung des Fehlerortes als Funktion des gemessenen
Zeitabstandes benutzt.
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Die vorliegende Erfindung ist viel bill iger, weist höhere Zuverlässigkeit
auf, benötigt keine speziellen zusätzlichen Eirrictungen und keinen Verbindungskanal
, verfügt über hohe Wirkungsgeschwindigkeit und ist mit bekanntem Meßgenauigkeitsgrad
für Fernleitungen von praktisch unbegrenzter Länge anwendbar.