DE2039496C2

DE2039496C2 - Fehlerschutzrelais für eine Drehstromleitung

Info

Publication number: DE2039496C2
Application number: DE2039496A
Authority: DE
Inventors: Michel Fontenay-aux-Roses Hauts-de-Seine Souillard
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1969-08-11
Filing date: 1970-08-08
Publication date: 1983-06-09
Also published as: SE377240B; GB1301946A; DE2039496A1; FR2058166A1; US3651377A; CH531806A

Description

oder Gegensy-

stems ist und daß die Beziigsmp stTts die Nullimpedanz ^Jbzw. die ^₌ρ danz (ZnU des Systems, die an der Anschlußstelle de? Wandler erscheint, wobei der Signalwert des Ausgangssignals der Phasenvergleichsschaltung (C) die Richtung eines Fehlers angibt ,,_tirch

Z Fehlerschutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullsystem-Spannungskomponente (V₀) an den zu emem offenen Dreieck geschalteten Sekundärwick.ungen (Uh, Ie₁, th) der J5 Spannungswandler (Ta, Tb, Tc) abgegriffen ist, und daß die Sekundärwicklungen der Stromwandler (TQ TCi TC₃) gemeinsam an die Bezugsimpedanz

_iw nach Anspruch 2, dadurch

opkpnnzeichnet daß die Bezugsimpedanz (Zr) SnShemd gleich der Hälfte der vom Anschlußpunkt der Wandler aus gesehenen Nulisystem-ImpedanzkomponenteiZWdes Drehstromsystems ist

4 Fehlerschutzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Stromwandler (TQ, TC₁, TC₃) über ein Gegensystem-Stromfilter an die Bezugsimpedanz (Zr) angeschlossen sind und daß die Gegensystem-Spannungskomponente <V_C;des Dreiphasensystems am so Ausgang eines Gegensystem-Spannungsfilters, das an die Spannungswandler angeschlossen ist, abgegriffen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fehlerschutzrelais für eine Drehstromleitung, mit an die Phasenpeiler angeschlossenen Spannungswandlern, die eine Span- ω nungskomponente des Drehstromsystems liefern, und mit in die Phasenleiter eingefügten Stromwandlern die eine Stromkomponente des Drehstromsysterns liefern, einer von der Stromkomponente gespeisten Bezugsimpedanz, die eine der Stromkomponente proportionale Bezugsspannung liefert, und mit einer Phasenvergleichsschaltung, der die Bezugsspannung und eine weitere mit der Spannungskomponente des Dreh-Stromsystems in Beziehung stehende Eingangsspannung zugeführt sind und die ein digitales Ausgangssignal liefert, dessen Signalwert von der relativen Phasenlage zwischen dem Bezugssignal und dem weiteren Em- ^Ba^mm^tter FR-PS 15 01814 bekannten Fehlerschutzrelais dieser Art wird die an den Klemmen der Bezugsimpedanz erhaltene Bezugsspannung mit Meßsignalen, welche die Phasenspannung und den Phasenstrom jeder Phase darstellen, zur Bildung von drei Signalen vereinigt Zu diesem Zweck sind die Sekundärwicklungen der an die drei Phasenpeiler angeschlossenen Spannungswandler in Stern geschaltet und jede Sekundärwicklung ist mit der Sekundärwicklung einer die Leitungsimpedanz nachbildenden Gegeninduktivität in Reihe geschaltet, deren Primärwicklung an den der gleichen Phase zugeordneten Stromwandler angeschlossen ist Die Bezugsimpedanz ist zwischen dem gemeinsamen Sternpunkt und dem gemeinsamen Bezugspunkt angeschlossen, so daß sie sich zu jedem der auf diese Weise gebildeten Phasensignale addiert Die drei auf diese Weise erhaltenen sinusförmigen Signale werden in phasengleiche digitale Rechtecksignale umgewandelt, die für eine Polarität den einen , Signalwert und für die andere Polarität den anderen Signalwert haben, und die drei Rechtecksignale werden durch eine UND-Schaltung (und/oder eine NOR-Schaltung) verknüpft. Solange wie kein Fehler auf der Leitung besteht, sind die Rechtecksignale gegenseitig um 120° phasenverschoben, so daß sie niemals alle drei gleichzeitig den gleichen Signalwert haben; die Verknüpfungsschaltung gibt in diesem Fall kein Ausgangssignal ab. Wenn dagegen ein ein- oder zweiphasiger Erdschluß besteht, gibt es in jeder Penode ein mehr oder weniger langes Zeitintervall, in welchem die drei Rechtecksignale gleichzeitig den Signalwert »1« (oder »0«) haben; die Verknüpfungschaltung gibt dann während jedes dieser Zeitintervalle einen Impuls ab. Das Auftreten periodischer Impulse zeigt daher das Vorhandensein eines Erdschlusses an. Durch Messung der Impulslänge ist es zusätzlich möglich, einen Anhaltspunkt für die Distanz des Erdschlusses zu erhalten. Dagegen kann mit diesem bekannten Fehlerschutzrelais nicht festgestellt werden, ob der ErdschlulJ leitungsaufwärts oder leitungsabwärts von der Meßstel-

^e Andererseits sind Nullsystem-Richtungsrelais bekannt welche die gegenseitige Phaseverschiebung dei Nullspannung and des Nullstroms vergleichen, um die Lage eines Erdschlußfehlers in bezug auf die Anschluß stelle des Relais festzustellen, d.h. ob der Fehlei leitungsaufwärts oder leitungsabwärts von der An

^SCAus'dem Budi von A.M. Fedossejew »Relaisschut; von elektrischen Netzen und Anlagen«, 1. Band, VEI Verlag Technik Berlin. 1955, Seiten 209 bis 211. ist e auch bekannt, eine der Nullspannung proportional Bezugsspannung dadurch zu erhalten, daß die Sekun därwicklungen von drei an die Phasenleiter angeschloi senen Spannungswandlern (bzw. von an die Spannung! wandler angeschlossenen Transformatoren) zu emei offenen Dreieck geschaltet werden.

Bei einem Hochspannungsnetz, bei dem zahlreich Sternpunkte von Transformatoren direkt an Erde liege können, kann die Nullimpedanz an den Stromschiene der Stationen sehr klein sein, während die Nullimpedar einer langen Leitung einen hohen Wert in bezug auf d Nullimpedanz der Quellen hat. Unter diesen Bedingui

10

15

jen kann die am Anfang der Leitung gemessene vJuHspannung im Falle eines entfernten Erdschlusses, ier in der Nähe des anderen Endes der Leitung auftritt, iehr klein sein.

Die Empfindlichkeit der üblichen Nullsystem-Richtungsrelais ist dann sehr unzureichend, und die Bestimmung der Richtung des Fehlers kann sogar verfälscht werden, wenn die Nullspannung zu klein gegen die Pseudonullspannung ist, die auf dem Eigenfehler der Spannungswandler beruht

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Fehlerschutzrelais für eine Drehstromleitung, das mit großer Empfindlichkeit die richtige Bestimmung der Richtung eines Fehlers in bezug auf die Meßstelle ermöglicht

Ausgehend von einem Fehlerschutzrelais der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die weitere Eingangsspannung der Phasen vergleichsschaltung (C) die Summe der Bezugsspannung (-Zr · I₀) und der von den Spannungswandlern (Ta, Tb, Tc) gelieferten Nullsystem-Spannungskomponente (V₀) oder Gegensystem-Spannungskomponente (Vg) des Drehstromsystf-m ist und daß die Bezugsimpedanz (Zr) kleiner ist als die Nuliimpedanz (Zol) bzw. die Gegenimpedanz (Z_Cl) des Systems, die an der Anschlußstelle der Wandler erscheint wobei der Signalwert des Ausgangssignals der Phasenvergleichsschaltung (C) die Richtung eines Fehlers angibt

Die Wirkungsweise des Fehlerschutzrelais nach der Erfindung beruht darauf, daß die beiden miteinander verglichenen Spannungen gleichphasig sind, wenn der Fehler leitungsabwärts von der Meßstelle liegt während sie gegenphasig sind, wenn der Fehler leitungsaufwärts liegt Die Phasenvergleichsschaltung braucht also nur festzustellen, ob ihre beiden Eingangssignale gleichphasig oder gegenphasig sind, und ein entsprechendes digitales Ausgangssignal des einen bzw. des anderen Signalswerts abzugeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprächen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 das einphasige Nullsystem-Ersatzschaltbild für einen allgemeinen Fall zur Erläuterung des Prinzips des Fehlerschutzrelais nach der Erfindung und

Fig.2 das Prinzipschaltbild &;s Nullsystem-Richtungsrelais nach der Erfindung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten allgemeinen Fall können beispielsweise für einen Fehler 1, der leitungsabwärts von der Meßstelle A liegt, die Beziehungen zwischen den Nullsystemgrößen folgendermaßen geschrieben werden:

Für einen leitungsaufwärts von der MeQstelle A liegenden Fehler 2 lautet der Ausdruck:

Ko=

Daraus folgt:

τ _ IO .

In diesem Ausdruck ist ZOs die Nullimpedanz der hinter der Anschlußstelle liegenden Quelle.

Zur Unterscheidung dieser beiden Fehlerfälle enthält das in F i g. 2 dargestellte Nullsystem-Richtungsrelais R eine Bezugsimpedanz Zr, die mit dem Fehlerstrom /0 gespeist wird und eine Spannung ZrIo abgibt Diese Impedanz Zr ist so gewählt, daß ihr Argument demjenigen der Nullimpedanzen der Netzelemenie vergleichbar ist Eine Phasenvergleichsschaltung C empfängt die Bezugsspannungen

Die gegenseitige Phasenverschiebung dieser beiden Spannungen ist durch das Argumeu; des Verhältnisses der komplexen Ausdrücke dieser Spannungen ausgedrückt also:

*-R'O t-R'O *-R

Darin ist Zo, wie zuvor angegeben wurde, die Nullimpedanz, gesehen am Anschlußpunkt des Relais am Anfang der Leitung.

Wenn die Werte von Z₀, d. h. die Ausdrücke (1) und (2) in den für das Richtungsrelais kennzeichnenden Ausdruck (3):

■rz- + 1

übertragen werden, erhält man:
- im Fall des leitungsabwärts liegenden Fehlers 1: Zos

+ 1

- im Fall des leitungsaufwärts liegenden Fehlers 2:

+ 1

Daraus folgt:

τ- - - Z₀₃
k

(D

In diesem Ausdruck sind:

55

60 Zur Vereinfachung des Ausdrucks ist angenommen worden, daß alle Impedanzen Z das gleiche Argument haben. Der Quof'ent der Impedanzen wird also eine reelle Zahl, die gleich dem Verhältnis der Beträge der Impedanzen ist.

Die Phasenvergleichsschaltung C des Relais spricht dann auf das Vorzeichen der Ausdrücke (4) und (5) an.

Für jeden leitungsabwärts liegenden Fehler I ist der Ausdruck

Za die von der Anschlußstelle des Relais am Anfang der Leitung aus »gesehene« Nullimpedanz;

V₀ die Bezugsnullspannung; /o der Bezugsiiullstrom;

Zns die Nullimpedanz der vor der Anschlußstelle liegenden Quelle.

positiv, selbst in dem Grenzfall einer kleinen Quellenimpedanz, d. h. in dem Fall, daß Z_os nach Null geht. Dagegen muß für jeden leitungsaufwärts liegenden Fehler 2 der Ausdruck

+ 1

negativ und von Null verschieden sein, damit ein leitungsaufwärts liegender Fehler eindeutig gekennzeichnet ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn man für die Bezugsimpedanz Zr einen Wert wählt, der kleiner als die Nullimpedanz der Leitung Z₀L ist, und zwar > unabhängig von dem Wert von ZOs- In der Praxis wählt man beispielsweise:

^z« ⁼ T ^Al

F i g. 2 zeigt in größeren Einzelheiten ein Ausführungsbeispiel des Relais R, das an eine von einem Stromschienensatz A, B, C abzweigende Drehstromleitung a. b, c angeschlossen ist Stromwandler TQ, TC₂, i> TQ speisen in Nullstromschaltung die Primärwicklung zn der Impedanz Zr, die durch eine Gegeninduktivität dargestellt ist, deren Sekundärwicklung zr₂, die von einem Widerstand r zur Einstellung des Argumentes üueibrik'ki im. eine Btr/.ugsspHnnung -ZrI₀ abgibt.

Spannungswandler Ta. Tb, Tc, die an die Leiter a, b, c am Anfang der Drehstromleitung angeschlossen sind, speisen die Primärwicklungen td\, te\, tf\ von drei Hilfstransformatoren Td, Te, Tf, deren Sekundärwicklungen Id₂, Ie₂, If₂ als offenes Dreieck geschaltet sind, r> damit eine Spannung V₀ zu der Phasenvergleichsschaltung Cgeliefert wird.

Aus den Bezugsspannungen -ZrI₀ und Vo lassen sich die Ausdrücke

( V₀- ZrI₀) und (-ZrI₀)

realisieren, welche den beiden Fällen des leitungsabwärts liegenden Fehlers und des leitungsaufwärts liegenden Fehlers genügen müssen, die in den Ausdrücken (4) und (5)definiert sind.

Der Ausgang 5der Phasenvergleichsschaltung Cgibt ein digitales Signal ab, dessen Signalwert von der gegenseitigen Phasenverschiebung der Eingangsspannungen

(V₀- ZrI₀) und(- ZrI₀)

abhängt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Richtungsrelais R mit dem Gegensyslemstrom /<_; und der Gegensystemspannung V₍„ die sich aus der Unsymmetrie des Fehlers ergeben, genau so wie mit den Nullsystemgrößen arbeiten. In diesem Fall ist das Gegensystem-Ersatzschema demjenigen von Fig. I ähnlich, wobei jedoch die indices der Größen auszutauschen sind. Die zur Erläuterung des Prinzips der Wirkungsweise verwendeten Formeln sind die gleichen, umgesetzt auf Gegensystemgrößen. Damit ein richtiger Richtungsbetrieb erhalten wird, ist es erforderlich, daß die Bezugsimpedanz Zr kleiner als die Gegensystemimpedanz Zoi. der Leitung ist. F'ür die Realisierung des Relais muß die Phasenvergleichsschaltung C mit Signalen gespeist werden, die von Strom- und Spaniiungsgegensysteinfiltern abgegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fehlerschutzrelais für eine Drehstromleiι ung, mit an die Phasenleiter angeschlossenen Spannungswandlern, die eine Spannungskomponente des Drehstromsystems liefern und mit in die_ς^η1^ ter eingefügten Stromwandlern, die eine StromKom Mnenfe des Drehstromsystems liefern, einer von Komponente gespeisten B»>g»npedug die eine der Stromkomponente proportionale BezuSspannung liefert, und mit einer Phasen^ gleichsschaltung, der die Bezugsspannung und eine weitere mit der Spannungskomponente des Dren-S£. in Begehung stehende Eaw»gnp«- rs nung zugeführt sind und die ein digitales Ausgangs-Sl liefert, dessen Signalwert von der relativen Phasenlage zwischen dem Bezugssignal und dem weheren Eingangssignal abhängt, dadurch ge-