DE2112136C3

DE2112136C3 - Schaltungsanordnung zum genauen Messen des Fehlerortes bei Leitungskurzschlüssen

Info

Publication number: DE2112136C3
Application number: DE19712112136
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.-Ing. 1000 Berlin Maenicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1971-03-10
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE2112136B2; JPS4725636A; DE2112136A1; JPS582539B1

Description

( U₁ _ 1+I₂ZIi

(U₁ _

il - j λ ^m Ϊ . I+IjZI₁ R+j-X

I+/.//2 20

in der

Imaginärteil,

Spannungen an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes, Iu h * Ströme an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes, Resistanz der Leitung von einem zum anderen Leitungsende, Reaktanz der Leitung von einem zum anderen Leitungsende, Entfernung von einem Leitungsende zur Fehlei stelle, Länge des zu überwachenden Leitungsabschnittes

bedeuten.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speichereinrichtung (SPl, SPl) aus einem Digitalwert-Speicher besteht und über jeweils einen Analog-Digital-Umsetzer (AD 1, AD2) an die Meßspannungen angeschlossen ist

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speichereinrichtung (SP 1, SP2) mit einer zur Leitungsüberwachung vorgesehenen Schutzanordnung (SA 1, SA 2) verbunden ist, deren Anregeschaltung beim Auftreten eines Leitungskurzschlusses eine Speicherung der Meßspannungen in den Speichereinrichtungen (SP 1, SP 2) veranlaßt

Jm	A
*UuU₂*	A
*Iu h*	A
R	A
X	A
	A
λ	A

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Pantentanspruchs 1. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-AS 12 19 364) enthält die Speichereinrichtung zwei Konden-

satoren, von denen der eine innerhalb der zwischen dem Kurzschlußfall und der Abschaltung der Leitung zur Verfügung stehenden Zeit auf etwa den Scheitelwert einer der im Kurzschlußfall an der Leitung auftretenden Spannung proportionalen Meßspannung aufgeladen und der andere Kondensator in der gleichen Zeit auf eine dem im Kurzschlußfall auftretenden Strom proportionale Meßspannung aufgeladen wird. Die Spannungsverhältnisse in den Ladestromkreisen der beiden Kondensatoren sind so gewählt, daß die Spannung am zweiten Kondensator, sofern der Fehlerort innerhalb des zu überwachenden Leitungsstückes liegt, größer ist als die Spannung am ersten Kondensator und daß nach Abschaltung der Ladestromkreise der auf die stromproportionale Spannung aufgeladene Kondensator bis zur Spannungsgleichheit mit der Spannung am Kondensator, dessen Ladung der Spannung an der Leitung proportional ist, entladen wird und die hierbei verlaufende Zeitspanne als Maß für die Fehlerstellenentfemung dient Die Zeitspanne wird dabei durch gleichzeitige Ände rung sowie Auswertung des Ladungszustandes eines Hilfskondensators erfaßt und in Impulsform über ein dem Hilfskondensator nachgeordnetes Datenübertragungssystem fernübertragen, das aus einer Übertragungsleitung, einem impulsgenerator und mehreren Relais besteht

Um eine Schaltungsanordnung zum Messen der Fehlerstellenentfernung bei Leitungskurzschlüssen zu gewinnen, bei der die Meßgenauigkeit gegenüber der eben beschriebenen, bekannten Anordnung gesteigert werden kann, ist bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 20 32 578), einem von der Leitungsspannung beeinflußten analogen Meßwertgeber zur Gewinnung einer der Leitungsspannung proportionalen Gleichspannung und einem vom Leitungsstrom beeinflußten weiteren analogen Meßwertgeber zur Gewinnung einer dem Leitungsstrcm proportionalen weiteren Gleichspannung jeweils einen weiteren Spannungs-Frequenzumsetzer nachzuordnen; an die beiden Spannungs-Frequenzumsetzer ist eine Anordnung zur digitalen Quotientenbildung ange- schlossen. Der Anordnung zur digitalen Quotientenbildung ist eine Steuerschaltung zugeordnet, die beim Auftreten eines Kurzschlusses auf eine Anregung hin die Messung der Fehlerstellenentfernung veranlaßt.

Die Steuerschaltung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung weist unter anderem eine an den Ausgang des einen Zählers angeschlossene Meßfehler-Kontrolleinrichtung zur Überwachung der Abweichungen der

Zählerstände aufeinanderfolgender, durch einen Spannungs-Frequenzumsetzer vorgegebener Taktperioden im Hinblick darauf, ob die Abweichungen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen; die Steuerschaltung gibt bei einer innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegenden Abweichung der Zählerstände ein Steuersignal ab. Diese Ausbildung der Steuerschaltung bringt die vorteilhafte Möglichkeit mit sich, daß im Falle einer an die Steuerschaltung angeschlossenen Schutzeinrichtung für die Leitung durch das Steuersignal ein Sperrsignal für den Auslösebefehl der Schutzeinrichtung gelöscht wird, wenn das Steuersignal innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach der Anregung der Steuerschaltung auftritt. Dadurch läßt sich die ζ ar Erzielung eines möglichst genauen Meßergebnisses zur Verfügung stehende Zeit optimal ausnutzen.

Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung (IEEE Transactions on Power apparates and systems. Vol. PAS-88, April 1969, Seiten 438 bis 464, »Fault Protection with a Digital Computer«) werden im Zusammenhang mit einem Distanzschutz die Meßspannungen lediglich an einem Ende eines Leitungsabschnitts abgenommen und dem Speicher einer Rechenanlage zugeführt, in der sie anschließend ausgewertet werden.

Es ist ferner aus dem Sonderdruck aus dem Bulletin des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins, Bd. 61 (1970), Nr. 10, S. 442—446, bekannt, anstelle herkömmlicher Schutzrelais einen zentralen Prozeßrechner zu verwenden. In diesem Zusammenhang ist erwähnt, daß eine genaue Fehlerdistanzmessung fast ohne Aufwand erhalten werden kann.

Bei jeder technischen Messung ist der Meßgröße unvermeidbar eine Störgröße überlagert Das Problem einer technischen Messung besteht deshalb unler anderem darin, die Meßgröße von der Störgröße zu befreien, also einen befriedigenden Störabstand zu gewinnen. Dazu wird jedoch Zeit benötigt, und zwar um so mehr Zeit, je größer der Störabstand und je kleiner der Meßfehler sein sollen.

Berücksichtigt man, daß die Entwicklung der Schutzgeräte und auch die der Leistungsschalter darauf gerichtet ist, die gestörte Leitung in immer kürzerer Zeit aus dem gesunden Leitungsnetz herauszuschalten, und zieht man ferner in Erwägung, daß Schaltungsanordnungen zur Ermittlung der Fehlerstellenentfernung den Fehlerort auf der gestörten Leitung mit immer größerer Genauigkeit und unabhängig von Störbeeinflussungen feststellen sollen, dann gelangt man unter Berücksichtigung der Schutzbedürfnisse schnell an eine obere Grenze der Meßgenauigkeit

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so auszubilden, daß bei vorgegebener Meßzeit die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Schaltungsanordnung erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ausgebildet

Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Erfassung der Meßspannungen an beiden Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes läßt in vorteilhafter Weise die Bestimmung der Fehlerstellenentfernung mit großer Genauigkeit auch dann zu, wenn es sich bei dem Kurzschluß um einen Nahfehler mit Lichtbogen handelt Ferner kann dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Augenblickswerte der der Leitungsspannung und dem Leitungsstrom proportionalen Meßspannungen an beiden Enden des jeweils zu überwachenden Leitungsabschnittes während der gesamten Kurzschlußdauer oder wenigstens für eine oder zwei Perioden während des Kurzschlusses nur gespeichert werden, aber nicht ausgewertet zu werden brauchen, in der zur Verfügung stehenden Zeit die größtmögliche Datenmenge gespeichert werden. Durch die Auswerteschaltung wird der Einfluß von in den Meßspannungen enthaltenen Störgrößen eliminiert, so daß beispielsweise auch im Falle durch ei. abklingendes Gleichstromglied verlagerter Kurzschlußströme eine exakte Bestimmung der Fehlerstellenentfernung möglich ist.

Die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendbaren Speichereinrichtungen können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können sie Analogwert-Speicher sein, also beispielsweise Magnetbandgeräte oder Magnettrommelgeräte. Als vorteilhaft wird es im Rahmen der Erfindung jedoch angesehen, wenn Speichereinrichtungen verwendet werden, die Digitalwert-Speicher darstellen. Diese Speichereinrichtungen sind vorzugsweise über jeweils einen Analog-Digital-Umsetzer an die Meßspannungen angeschlossen. Die Verwendung von Digital-Speichern bringt nämlich den Vorteil mit sich, daß sich bei der Übertragung der gespeicherten Meßspannungen von den Speichereinrichtungen über die Datenübertragungssysteme zu der Rechenanlage Störungen nicht in dem Maße bemerkbar machen können, wie dies bei der Übertragung analoger Meßwerte der Fall sein könnte.

Die Speichereinrichtungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können so ausgeführt sein, daß sie ständig an die Meßspannungen angeschlossen sind und daher ständig diese Meßspannungen in sich speichern. Dazu wäre es jedoch erforderlich, daß nach jeweils einer bestimmten Zeit die Speichereinrichtungen wieder gelöscht werden, wenn kein Kurzschluß aufgetreten ist. Vorteilhafter scheint es zu sein, wenn die Speichereinrichtungen mit einer zur Leitungsüberwachung vorgesehenen Schutzanordnung verbunden sind, deren Anregeschaltung beim Auftreten eines Leistungskurzschlusses eine Speicherung der Meßspannungen in die Speichereinrichtung veranlaßt. Es treten dadurch keine nennenswerten Verzögerungen auf, da bei Digitalwert-Speichern Anlaufprobleme nicht auftreten.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Blockschaltbild im Rahmen ihrer Anordnung an einem zu überwachenden Leitungsabschnitt dargestellt.

Der zu überwachende Leitungsabschnitt mit den Leitungen a und b ist durch Schaltkontakte s 1 und s 2 eines Schalters 51 einerseits und durch Kontakte s3 und 5 4 eines weiteren Schalters 52 andererseits begrenzt. Die Schalter 51 und 5 2 werden von von jeweils eine Schutzanordnung SA 1 bzw. SA 2 enthaltenen Anregeschaltungen gesteuert, denen über jeweils einen Spannungswandler WU1 bzw. WU2 eine der Leitungsspannung proportionale Meßspannung und über einen Stromwandler WJ \ und U</2eindem Leitungsstrom proportionaler Strom zugeführt wird.

An die Spannungswandler WUl bzw. WU 2 ist außer den Schutzanordnungen 5-4 1 und5/l 2 auch jeweils ein

Analog-Digital-Umsetzer AD 1 bzw. AD2 angeschlossen. Den Analog-Digital-Umsetzern AD 1 und AD2 wird außerdem ein dem Leitungsstrom proportionaler Strom zugeführt

Den Analog-Digital-Umsetzern AD 1 bzw. AD2 ist jeweils eine Speichereinrichtung SPl bzw. SP2 nachgeordnet, die über jeweils eine Verbindungsleitung Vi bzw. V2 mit jeweils einer in den Schutzanordnungen A4 1 bzw. SA 2 enthaltenen Anregeschaltung verbunden sind. Über die Verbindungsleitungen Vi bzw. V2 werden beim Auftreten eines Leitungskurzschlusses Anregesignale A 1 und Λ 2 in die Speichereinrichtung SP1 bzw. SP2 gegeben. Über Datenübertragungssysteme Düi und DU2 stehen die Speichereinrichtungen SPi und SP2 mit einer Auswerteschaltung A Wm Verbindung, der eine Rechenanlage RA nachgeordnet ist
Tritt beispielsweise auf dem zu überwachenden Leitungsabschnitt an der markierten Stelle ein Kurzschluß

ίο auf, dann wird von den Anregeschaltungen in den Schutzanordnungen SA 1 und SA 2 jeweils ein Anregesignal A 1 bzw. Λ 2 über die Verbindungsleitungen V1 bzw. Vl an die Speichereinrichtung SP1 bzw. SP 2 abgegeben. In den Speichereinrichtungen SP1 und SP2 beginnt dann die Speicherung der der Kurzschlußspannung auf der Leitung proportionalen Meßspannung und der dem Kurzschlußstrom in der Leitung proportionalen weiteren Meßspannung über beispielsweise ein bis zwei Perioden, und zwar in digitaler Form, da die Meßspannungen in

!5 den Analog-Digital-Umsetzern AD! und AD2 in digitale Größen umgeformt werden. Danach, beispielsweise erst nach Abschalten des kurzschlußbehafteten Leitungsabschnittes, wird die Übertragung der in den Speichereinrichtungen SP1 und SP2 gespeicherten Meßwerte über die Datenübertragungssysteme DU 1 und DÜ2 zur Auswerteschaltung A W vorgenommen, wo eine Bestimmung von Amplitude, Phasenlage und Frequenz der Grundschwingungen der Speicherinhalte vorgenommen wird. Nur die für die Grundschwingung der Meßspannungen charakteristischen Werte gelangen demzufolge in die Rechenanlage RA, in der die Fehlerentfernung in Prozenten der gesamten Länge des überwachten Leitungsabschnittes errechnet wird. Die Rechenanlage RA muß dazu folgende Gleichung lösen:

Mi ²⁵ /, . J ι /,

3C In dieser Gleichung bedeutet

J_n, α Imaginärteil,

L'i, U₂ s Spannungen an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes,

It, h — Ströme an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes,

Λ = Resistanz der Leitung von einem zum anderen Leitungsende,

X fe Reaktanz der Leitung von einem zum anderen Leitungsende,

λ\ & Entfernung von einem Leitungsende zur Fehlerstelle,

λ α Länge des zu überwachenden Leitungsabschnittes.

Für die Datenübertragung zu der einzigen Auswerteschaltung bzw. Rechenanlage können übliche Fernwirkübertragungseinrichtungen verwendet werden. Als Rechenanlage sind handelsübliche Bürocomputer ausreichend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum genauen Messen des Fehlerortes auf einem definierten Leitungsabschnitt bei Leitungskurzschlüssen mit mindestens einer Speichereinrichtung für eine der Leitungsspannung proportio nale Meßspannung und für eine dem Leitungsstrom proportionale weitere Meßspannung und mit einem an die Speichereinrichtung angeschlossenen Datenübertragungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des definierten Leitungsabschnittes eine Speichereinrichtung (SP 1, SF2) angeordnet ist, daß jede Speichereinrichtung (SPt, SP2) die Augenblickswerte der Meßspannungen während der Kurzschlußdauer am jeweiligen Ende des Leitungsabschnittes speichert und über jeweils ein Datenübertragungs-

system (DÜ\, DU 2) mit einer Auswerteschaltung (A W) verbunden ist, in der Amplitude, Phasenlage und Frequenz der Grundschwingung der Meßspannungen bestimmt werden, und daß der Auswerteschaltung (A W) die Rechenanlage (RA) nachgeordnet ist, die aus den für die Grundschwingung der Meßspannungen charakteristischen Werten die Fehlerstellenentfernung nach der Formel berechnet: