DE2064679C3 - Elektronische Distanzmeßschaltung - Google Patents

Description

ein dem l.eitungssliom und der Lcilungsspanniiiig Lindere elektronische Distanzmeßschaltung bekannt-

importiiiiKile Spannungen erzeugt und aus diesen die geworden, die im Vergleich zu der obengenannten

)ill'erenz bildet und in welcher die der Leitungs- 65 elektronischen Distanzmeßschaltung einen vvesent-

.piiniHiiiu proportionale Spannung und die Differenz- lieh geringeren Aufwand erfordert, da sie neben dem

.panniniü über Rechteckl'oimer eine Koin/idenzwin- Strom- und dem Spannungswandler zur Erfassung

ielnießschaltung beaufschlagen, die ihrei-.;' über ties Leiunigsstroms und der l.eitungsspannung nui

noch eine Bezugsimpedanz benötigt. An dieser Bezugsimpedanz wird eine zum Leitungsstrom proportionale, an dem Spannungswandler eine zur Leitungsspannung proportionale Spannung erzeugt. Aus diesen beiden Spannungen wird dieDifferenz gebildet die in einem ersten Rechteckformer in eine Rechteckspannung umgeformt wild. In einem zweiten Rechteckformer wird die zur Leitungsspannung proportionale Spannung ebenfalls in eine Rechteckspannung umgewandelt. Die eine Rechteckspannung steuere direkt, die andere über eine Zeitstufe eine nachgeschaltete UND-Schaltung an. Die UND-Schaltung liefert nur während der Zeit Rechteckimpulse, in der die beiden Rechteckspannungen gleiche Polarität haben. Die UND-Schaltung mißt also die Koinzidenzzeit der beiden Rechteckspannungen. Die impulse der UND-Schaltung, deren Dauer gleich der Koinzidenzzeit ist, werden über ein Integrierglied auf einen Trigger gegeben. Der Trigger spricht an, sobald die Ausgangsspannung des Integriergliedes den Ansprechwert erreicht, der einer vorgegebenen Mindestkoinzidenzzeit entspricht.

Die mit dii-bci Distaiizmeßsehaltung erzeugte Ausiösekennlinie ist ein einseitig nacn rechts aufgeweiteier Impedanzkreis, womit ein gewisser Lichtbogenwiderstand kompensierbar ist. Mit dieser Kompensation ist aber nachteiligerweise ein unerwünschtes Obergreifen verbunden, was eine Verringerung der Selektivität zur Folge hat.

Die ideale Kennlinie, nämlich das Paralleiogramm. kann nachteiligerweise mit dieser elektronischen Distanzmeßschaltung nicht realisiert werden.

Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin angestrebt, den Aufwand für die Wandler und Bezugsimpedanzen zu verringern, wobei die Bezugsimpedanz die Eliminierung der Gleichstromglieder vornehmen und eine kleine Eigenzeitkonstante aufweisen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die dem Leitungsstrom proportionale Spannung einen weiteren Rechteckformer beaufschlagt, an den eine Phasenwinkelmeßschaltungsanordnung angeschlossen ist, die den Phasenwinkel zwischen den dem Leitungsstrom und der Leitungsspanniing proportionalen Spannungen mißt, daß der Phasenwinkelmeßschaltungsanordnung ein weiteres Integrierglied nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung linear mit dem Phasenwinkel abnimmt und der Triggerstufe als Referenzspannung zugeführt ist, daß dem weiteren Integrierglied eine Zeitstufe derart zugeordnet ist. daß der Integrations airgang beendet wird, wenn der Phasenwinkel einen maximalen in der Zeitstufe einstellbaren Wert erreicht, und daß das weitere Integrierglied den dem Phasenwinkel entsprechenden Spannungswert speichert.

Die Aulgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Distanzmeßschaltung zu schallen, mit der eine Kennlinie in der R-X-Ebenc erzeugt werden kann, deren obere Begrenzung air Λ-Achse parallel läuft und deren rechte Begrenzung eine beliebige Kurve, beispielsweise eine Gerade ist.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, daß der den Leitungsslrom erlassende Wandler ein Transaktor ist und daß der Transaktor die Bezugsimpedanz darstellt.

Ei.-, Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand von F i g. 1 bis 5 der Zeichnung naher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Wandlerteil und F i g. 2 den elektronischen Teil des Ausführungsbeispiels; in

Fig. 3 sind die zu messenden Winkel näher erläutert; in

F i g. 4 ist die Abhängigkeit zweier Winkel \ und j}_AN dargestellt;

F i g. 5 zeigt das Zeigerbild der drei Spannungen U, U₁, U_lti„.

ίο In Fig. 1 werden aus dem Leitungsstrom l_L über einen Transaktor T i und der Leitungsspannung LJ, über einen Spannungswandler WX die drei Eingangsspannungen U, U₁ und Ui)₁H erzeugt. Der Leitungsstrom/, ruft an dem, Transaktor Π eine proportio-

nale, gegenüber dem Leitungsstrom l_L um den Innenwinkel (/ des Transaktors Γ1 phasenverschobene Spannung U₁ hervor. An der Sekundärseite des Spannungswandlers Wl, der die Leitungsspannung U₁ erfaßt, wird die Spannung U abgegriffen. Aus den

beiden Spannungen (J₁ und U wird die Differenz-Spannung U„_ilf = U₁- U gebildet.

Der Transaktor T1 dient dabei zugleich als Bezugsimpedanz. Dies bringt den grüßen Voiteil mit sich, daß man im Gegensatz zu den bisher vervven-

deten, aus einstellbaren Induktivitäten und/oder Widerständen aufgebauten Ersatzimpedanzen bei gleich guter Eliminierung von Gleichstromgliedern sehr viel weniger Raum benotigt. Die von dem Transaktor T1 gelieferte geringe Energie > eicht aus, die nachgeschalteten Halbleitersehaltungen anzusteuern.

Der Innenwinkel 7 des Transaktors 7'1 wird vorteilhafterweise größer oder gleich dem größten in der Praxis auftretenden Leitungswinkel gewählt.

In Fig. 2 sind die drei Spannungen U. Ui und

U,,,,, 11K die Eingangsgrößen des elektronischen Teils der Distanzmeßschaltung dargestellt. In Rechteckformern 1 bis 3 werden sie in phasengleiche Rechtccksignale umgewandelt. Aus diesen werden mittel. invertcrn 4. 5. 6 gegenphasige Rechtecksignale gi

wonnen. Die phasengleichen und gegenphasigen Si cnale werden in Koinzidenzwinkelmeßschaltungen 7, 8 verglichen. Je nachdem, ob die positive oder negative Halbschwingung der Eingnngsspannung untersucht wird, werden die Signale auf eine aus Inie-

grationsstufcn 11, 12, diesen parallelgeschaltetcn Zeitstufen 13, 14. 15 und einem den Integrationsund Zeitstufen nachgeschalteteii Trigger 16 aufgebaute Schaltungseinheit I oder II gegeben, der jeweils eine Impulsverlängeiuncsstufc 24, 26 nachgeschaitet

ist. Deren Ausgänge sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 25 verbunden, an dessen Ausgang bei Vorliegen eines Schadens auf der Lcitun. ein Auslösesiiinal erscheint, das nachgeschaltete Leistungsschalter betätigen kann.

Die Funktion der Distunzmeßschaltung wird nachfolgend für die eine Halbschwingung der Eingangsgrößen erklärt, in welcher die Schaltungseinheit 1 wirksam ist. In der anderen Halbschwingung werden die Signale in der .Schaltungseinheit II verarbeitet.

Zur Messung des Koinzidenzwinkels/;' bzw. ,;' tier Spannung U und der Spannung U'_llin werden die von den Rechteckformern gelieferten gleichphasigen Rechiecksignale der Spannung U und (/,,,,, einer UND-Stul'e7. die gegenphasigen Rechtecksignale der

Spannungen/./ und (./„,„ einer UND-Stufe 8 zugeführt.

Zur Messung des Phasenwinkels \ hzw. \' zwischen tier Snannuni! U, und der Spannung U weiden das

gegenphasige Rechtecksignal der Spannung U₁ und das gleichphasige Rechtecksignal der Spannung U einer UND-Stufe 9, das gegenphasige Rechtecksignal der Spannung U und das gleichphasige Rechtecksignal der Spannung U₁ einer UND-Stufe 10 zugeführt. Es läßt sich zeigen, daß sich bei Nacheilen der Spannung U gegenüber der Spannung U_h was innerhalb der Ansprechkennlinie immer der Fall ist, die dem Koinzidenzwinkel (>' proportionale, an der UND-Stufe 8 auftretende Koinzidenzzeit der gegenphasigen Spannungen U und U_l)ilf der an der UND-Stufe 9 auftretenden Koinzidenzzeit anschließt, wobei an der UND-Stufe 9 die dem Phasenwinkel \ proportionale Koinzidenzzeit des gleichphasigen Signals der Spannung LJ und des gegenphasigen Signals der Spannung U₁ entsteht. In entsprechender Weise schließt sich die Koinzidenzzeit, die am Ausgang der UND-Stufe 7 erscheint, der Koinzidenzzeit an, die am Ausgang der UND-Stufe 10 ansteht. An Hand des in Fig. 3 dargestellten Zeigerdiagramms läßt sich ob.ge Beschreibung verdeutlichen:

Der Phasenwinkel λ eilt dem um 18(]° verschobenen Koinzidenzwinkel ß' vor, und die Winkel und damit die Koinzidenzzeiten schließen sich einander an. Der um 180° verschobene Phasenwinkel \ eilt dem Koinzidenzwinkel β vor, und die Winkel und damit die Koinzidenzzeiten schließen sich einander an.

Diese Tatsache wird bei der nun erfolgenden Auswertung des Phasenwinkels \ und des Koinzidcnzwinkels // — entsprechend einer Halbschwir.gung — vorteilhafterweise ausgenutzt.

In Fig. 2 wird das Ausgangssignal der UND-Stufe 9 einem Integrierglied 12 und den Zeitstufen 13. 14, 15 zugeführt. Das Integrierglied 12 erzeugt daraus entsprechend einer Funktion ß_AS = / (\) — 7

λ eine Spannung, die als Referenzspannung über eine Leitung 23 einem Trigger 16 zugeführt wird. Die Ansprechspannung des Triggers entspricht somit dem Ansprechwinkel ß_Ali um! ist wie dieser vom Winkel \ abhängig gemäß der Funktion ß_AN = / (-,) = 7 — \. Der Vorlauf /<',_v — </ α ist in Fig. 4 dargestellt. Das Ausgangssignal der UND-Stufe 8 wird einem Integrierglied 11 zugeführt. Das Integrierglied 11 erzeugt eine Sägezahnspannung, deren Scheitehvert proportional dem Wert des Koinzidenzwinkels ß' ist. Der Ausgang des Integriergüedes 11 ist mit einem Eingang 17 des Triggers 16 verbunden. Überschreitet der Scheitelwert der am Ausgang des Integriergliedes 11 anstehenden Sägezahnspannung den Ansprechwert des Triggers 16, wird von dem Trigger 16 ein Impuls abgegeben.

Die Zeitstufe 13 wird bei Beginn der «-Koinzidenz gestartet. Überschreitet der Winkel α den der maximalen gewünschten Lichtbogenkompensation entsprechenden Winkel ot_mox, so beendet die Zeitstufe 13 den Integrationsvorgang in dem Integrierglied 12 über eine Leitung 18 und verhindert damit die weitere Abnahme der Referenzspannung des Triggers 16. Bei Überschreiten des Winkels ot_mttX wird der zugehörige Ansprechwert konstant gehalten und in dem Integrierglied 12 gespeichert. Damit wird erreicht, daß die Ansprechkennlinie von einer Geraden in einen Kreis übergeht.

Die Zeitstufe 14 wird am Ende einer α-Koinzidenz gestartet. Sie bewirkt, daß die in dem Integriergiied 12 gespeicherte Referenzspannung des Triggers 16 nach einer vorbestimmten Zeit auf den dem Winkel λ = 0° entsprechenden Wert ß_AN = φ zurückgestellt wird. Außerdem wird nach dem Ablauf der Zeitstufe 14 der Einfluß der Referenzspannung auf

ίο den Trigger 16 über eine Leitung 22 unwirksam gemacht und der Trigger 16 auf einen festen, dem Winkel j!an — 180° entsprechenden Ansprechwert eingestellt. Die Zeitstufe 14 läuft nur ab, wenn der Winke: λ größer als 0 ist. Nur während des Ablaufes der Zeitstufe 14 kann die nach der Funktion ß_AN = /(\) gebildete variable Referenzspannung auf den Trigger 16 einwirken. In der restlichen Zeit hat der Trigger 16 einen festen, dem Winkel //_ΛΑί=180'^Λ entsprechenden Ansprechwert; denn bei dem Winkel

so -v 0 soll erst dann ein Ansprechen des Triggers 16 erfolgen, wenn die Spannung U kleiner als die Spannung U₁ ist. Dann ist der Winkel β 180 .

Die Zeitstufe 15 wird zu Beginn der <v-Koinzidenz gestartet. Ist der Winkel <\ größer als der Winkel 7.

wird die in dem Integrierglied 12 gebildete Referenzspannung für den Trigger 16 sofort wieder auf den /i^-Wert für λ = 0 ' zurückgesetzt. Die Zeitstufe 14 läuft nicht ab, und der Ansprechwert des Triggers 16 bleibt auf dem ß_AN — 180 entsprechenden Festwert stehen.

Entsprechend der geschilderten Ermittlung der Winkel -\ und ß' wird für die andere Halbschwingung der Eingangsgrößen die Auswertung der Winkel \ und β von der Distanzmeßschaltung unter Zuhilfenähme der Schaltungseinheit II vorgenommen.

Dem Trigger 16 ist eine Impulsverlängerungsstufe 24, dem Trigger 27 eine Impulsverlängerungsstufe 26 nachgeschaltet. Die Ausgangssignale der Impulsverlängerungsstufen 24. 26 werden einer ODER-Stufe 25 zugeführt, wenn das Auslösekommando von nur einer Halbschwingung abhängig gemacht wird. Wird das Auslösekommando von beiden Halbschwingungen der Eingangsgrößen abhängig gemacht, tritt an die Stelle der ODER-Stufe 25 eine UND-Stufe. Das Ausgangssignal der ODER- bzw. UND-Stufe wird nachgeschalteten Leistungsschaltern zugeführt.

Mit einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine andere rechte Begrenzungslinie des Auslösebereiches realisiert. Hier wird der Integrationsvorgang in dem Integrierglied 12 bei Erreichen des Winkels \_max durch die Zeitstufe 13 beendet, gleichzeitig wird eine Stromquelle zugeschaltet, die einen derartigen Verlauf von ß_AN — j (λ) für Winkel » > «„,„ bewirkt, daß die rechte Begrenzungslinie die gewünschte Form — insbesondere eine Gerade — erhält Der Winkel *_moI ist durch die Zeitstufe 13 einstellbar.

Das Zeigerbild der Spannungen und die dazugehörigen Winkel für den Fall« = a_max sind in F i g. 5 dargestellt. Bei Überschreiten des Winkels «„,„ geht

die Gerade G in einen Kreisbogen K über. Für Winkel a>ft_mai nimmt bei dieser Ausführungsform der Ansprechwinkel ß_AN nicht mehr linear mit α ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

ι 2 ein Integrierglied eine das Auslösesignal liefernde Patentansprüche: Triggerstufe ansteuert.

1. Elektronische Distanzmeßschaltungsanord- Distanzschutzschaltungen enthalten neben einem nung zur selektiven Erfassung von Störungen auf Zeit- und einem Richtungsglied immer eine Distanzelektrischen Wechselstromnetzen und -leitungen, 5 meßschaltung. Diese Dislanzmeßschaltung ermittelt die mit Hilfe von Wandlern dem Leitungsstrom die Fehlerentfernjng vom Einbauort der Distanz- und der Leitungsspannung proportionale Span- schutzschaltung durch Messung der Kurzschlußnungen erzeugt und aus diesen die Differenz bil- impedanz und Vergleich mit einer vorgegebenen verdet und in welcher die der Leitungsspannung pro- änderbaren Kippimpedanz.

portionale Spannung und die Differenzspannung io Distanzmeßschaltungen der herkömmlichen Art sind über Rechteckformer eine Koinzidenzwinkelmeß- dabei in der Regel in einer Brückenschaltung aufgeschaltungsanordnung beaufschlagen, die ihrerseits baut, in deren Nullzweig ein Drehspulrelais geschalüber ein Integrierglied eine das Auslösesignal Uc- tet ist. Die beiden Brückenzweige werden von dem fernde Triggerstufe ansteuert, dadurch ge- Kurzschlußstrom und der Kurzschlußspannung prokennzeichnet, daß die dem Leitungsstrom 15 portionalen Größen beaufschlagt, die in Gleichrich-(/,_) proportionale Spannung (U_t) einen weiteren tern gleichgerichtet werden. Das Drehspulrelais R :chteckformer (3) beaufschlagt, an den eine spricht dann an, wenn die eine Meßgröße die andere Pha^enwinkelmeßschaltungsanordnung (6, 9) an- überschreitet. Mit derartigen Distanzmeßschaltungen geschlossen ist, die den Phasenwinkel (\) zwi- können die verschiedenartigsten Kennlinien, wie Imschen den dem Leitungsstrom (I₁) und der Lei- ao pedanzkreis, Mho-Kreis usw. erzeugt werden. Aus tung^pannung (L',) proportionalen Spannungen der deutschen Offenlegungsschrift 1 538 444 und aus mißt, daß der Phasenwinkelmeßschaltungsanord- der Patentschriit 13 624 des Amtes für Erfindungsiiu.it; (6, 9) ein weiteres Integrierglied (12) nach- und Patentwesen in Ost-Berlin sind auch Distanvgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung linear meßschaltungen der genannten Art bekanntgewormit dem Phasenwinkel (\) abnimmt und der Trig- 25 den, die die Erzeugung einer polygonalen Kennlinie, gerstufe (16) als Referenzspannung zugeführt ist, wie z.B. eines Parallelogramms, gestatten. Der Nachdaß dem weiteren Integrierglied (12) eine Zeit- teil diese·- Distanzmeßserultungen besteht einmal stufe (13) derart zugeordnet ist, daß der Integra- darin, daß mit der Verwendung elektromechanischer tionsvorgang beendet wird, wenn der Phasenwin- Relais immer eine ziemlich größe Kommandozeit kel (\) einen maximalen in tier Zeitstufe (13) ein 30 verbunden ist. Außerdem ist der Aufwand zur Erstellbaren Wert (v,,,,) erreicht, und daß das wei- zielung einer polygonalen Kennlinie sehr groß. In tere Integrierglied (12) den dem Phasenwinke! der aus der deutschen Offenlegungsschrift 1538 444 (\ \„„,,) entsprechenden Spannungswert spei- bekanntgewordenen Distanzmeßschaltung werden dachert. zu z. B. vier Bezugsimpedanzen, zwölf Wandler, acht

2. Elektronische Distanzmeßschaltungsanord- 35 Brückengleichrichter und vier Meßrelais benötigt, nung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. Weiterhin ist zu dieser Dislanzmeßschaltung in der daß der den Leitungsstrom (/,) erfassende Wand- deutschen Offenlegungsschrift 1538 444 keine Ausler ein Transaktor (7"I) ist und daß der Trans- sage darüber gemacht, wie sich die Meßschaltung aktor (7 1) die Bezugsimpedanz darstellt. gegenüber üleichsiromgiiedein im Strompfad verhäit.

3. Elektronische Distanzmeßschaltungsannrd- 40 Die Haup'mäni'el der herkömmlichen, elektronung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. mechanische Relais aufweisenden Distanzmeßschaldaß das weitere Integrierglied (12) mit zwei wei- tungen. wie großer Aufwand, große Abmessungen, teren Zeitstufen (14. 15) verbunden ist. relativ große Kommando/dt, konnten durch die in

4. Elektronische Disianzmeßsehalümgsanoid- den letzten Jahren entwickelten elektronischen Dinung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. 45 stanzmeßschaltungen zum Teil verringert werden,
daß ein Signal einer weiteren Zeiistufe (14) die Diese elektronischen Distanzmeßschaltungen er-Ausgangsspannune des weiteren Integriergliedes lauben ebenfalls. Kennlinien verschiedenster Art zu (12) nach einer einstellbaren Zeit auf einen vor- erzeugen. So ist aus der deutschen OITenlegungsbeslimmten Spannungswert zurücksetzt. schrift 1 463 13° eine elektronische Distanzmeßschal-

5. Elektronische Distanzmeßschaltungsanord- 50 timg bekanntgeworden, deren Kennlinie ein Ρ;ι>· nung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. allelogramm ist. Zur Erzeugung dieser Kennlinie daß die Ausgangsimpulse der Koinzidenzwinkel- sind aber nachteiligerweise eine Vielzahl von Bezugsmeßschaltung (5. 8) zeitlich direkt den Ausgangs- impedanzen notwendig, was einen großen Aufwand impulsen der Phascnwinkclmeßschaltungsanord- bedeutet. Außerdem wird diese elektronische Dinung (6. ·)) vorauseilen oder folgen. " 55 stanzmeßschaltung nur dann nicht von Gleichstrom-

glicdern beeinflußt, wenn derartige Gleichstromglie-

der durch die Strom- und Spannungswandler fehlerfrei übertragen werden. Eine genaue Übertragung

Die Erlindiing bezieht sich auf eine elektronische von Gleichstromgliedern erfordert jedoch beim

)isian/.mel.isi.ruilUings'anordnung /ur selektiven Er- 60 Stromwandler einen großen Kemquerschnitt. was

iissung von Störungen auf elektrischen Wechsel- mit einem großen Aufwand verbunden ist.

itromnet/en und -leitungen, die mit Hilfe von Wand- Aus der deutschen Patentschrift 1 171 507 ist eine