DE2247746B2 - Verfahren zum Messen einer Leitungsimpedanz - Google Patents
Verfahren zum Messen einer LeitungsimpedanzInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen einer Leitungsimpedanz in selektiv wirkenden
Netzschutzeinrichtungen, bei dem während eines ersten und eines zweiten Zeitintervalls jeweils die Spannung,
der Strom und die Stromänderung gemessen und aus diesen gemessenen Werten der ohmsche und der
induktive Widerstand der Leitung bestimmt werden.
Ein solches Verfahren ist aus der FR-PS 20 36 391 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird von der
für einen elektrischen Kreis geltenden Spannungsgleichung
df
ausgegangen. Diese Gleichung gilt exakt für die Spainnung
in einem Leistungsnetz. Zut Bestimmung der ohmschen und induktiven Widerstandskomponente
der Leitung muß die Spannung, der Strom und die Stromänderung in dem Leistungsnetz gemessen werden.
Für diese Messungen sind Wandler und entsprechende Meßglieder erforderlich. Infolge von Meßfehlern
der Wandler und Meßglieder und eventuell noch weiterer Einflüsse (Sättigung) dieser Wandler und
ίο Meßglieder gilt die vorgenannte Gleichung nicht mehr
exakt auf der Sekundärseite der Wandler. Das bekannte Meßverfahren liefert somit immer noch relativ ungenaue
Werte für die ohmsche und induktive Widerstandskomponente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem eine wesentlich genauere Bestimmung der ohmschen und induktiven Widerstandskomponente
der Leitungsimpedanz möglich ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der
ao Erfindung dadurch, daß während der beiden Zeitintervalle mehrere Momentanwerte der Spannung, des
Stromes und der Stromänderung gemessen werden und aus diesen Momentanwerten jeweils ein Mittelwert
für die Spannung, den Strom und die Strom-
»5 änderung nach einer beliebigen Methode der Mittelwertbildung
gebildet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, jeweils am Anfang, in der Mitte und am Ende eines Zeitintervalls einen
Momentanwert zu messen und daraus den Mittelwert zu bilden.
Die Messung der Strom- und Spannungswerte kann dadurch erfolgen, daß die Sekundärwicklung eines
Strom- und Spannungswandlers jeweils über eine Gruppe von Schaltelementen, die in gleichmäßigen
Zeitabständen aufeinanderfolgend betätigt sind, an verschiedene Speicherglieder eines Strom- und Spannungsspeichers
geschaltet ist, daß das Speicherglied für den am Anfang und Ende eines Zeitintervalls gemessenen
Strom- bzw. Spannungswert direkt mit einer Additionsstufe und das Speicherglied für den in der
Mitte des Zeitintervalls gemessenen Strom- bzw. Spannungswert über eine Multiplikationsstufe mit der
betreffenden Additionsstufe verbunden und der Ausgang der Additionsstufe über eine weitere Multiplikationsstufe
an ein Speicherglied eines Zwischenspeichers geführt ist, daß ferner die Speicherglieder
für den am Anfang und Ende eines Zeitintervalls gemessenen Stromwert mit einer Subtraktionsstufe
verbunden sind, deren Ausgang an ein weiteres Speicherglied des Zwischenspeichers geführt ist.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zum Messen der Strom- und Spannungswerte sowie der Stromänderung,
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zum Messen der Strom- und Spannungswerte sowie der Stromänderung,
F i g. 2 eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Widerstandskomponenten aus den gemessenen
Werten.
In einem elektrischen Kreis gilt bekanntlich für die Spannung des Kreises die Beziehung
U=R-i-\-L
dt
Die Größen U, i und di/dt können gemessen werden
und sind somit bekannt. Um die unbekannte ohmsche und induktive Komponente R und L der Leitungs-
»χ ν*ηη Avhrr «* ν»«, Gldchunecn erfor- In dieser Gleichung bedeutet T das Zeitintervall,
Man kann daher schreiben: über ^ der M1n^ gebüdet ^ ^ ^^
. Ui1 emca ä™ Anfang, λ:, einen in der Mitte und ac, einen
U1- R ■ I1 + L- -— am Ende des Zeitintervall gemessenen Momentan-
at 5 wert der betreffenden Größe. Entsprechend dieser
w» .. Gleichung für die Mittelwertbildung werden bei der
Ux = R · I2 + L ■ —1±. Schaltungsanordnung nach F i g. 1 in jedem Zeitinter-
d/ vall drei Momentanwerte gemessen. Wählend eines
. . . ,-,, . , je· ersten ZeitintervaUs T1 werden in den Speicher-
Dies sind zwei Gleichungen der Form „ federn k bis ^ bzw u\ bis ^ ^6 ^ ^3n fin der
„,,„_„ .. Mitte und am Ende des Zeitintervalls T auftretenden
/v_ + La - L·, KU + Lh - F. Momentanwerte von Strom und Spannung gespeichert.
_. . , . , Während eines zweiten ZeitintervaUs T, werden die
In diesen Gleichungen bedeutet: entsprechenden Werte in den Speichergliedera i4 bis /.
A = Stromwert in einem ersten ZeitmtervaU, 15 bzw. ut bis u. gespeichert
B = Wert der Stromanderung in einem ersten Zeit- Über die Kontaktglieder O38 und a„ bzw. α« und a„
intervaU C= Spannungswert in einem ersten Zeit- werden die in den Speichergliedern I1 und i, bzw. i4
mtervaU, D = Strumwert in einem zweiten Zeit- und it während des ersten bzw. zweiten Zeitinter-
JnIeIVaU1-E = WeIt der Stromanderung in einem vails T1 bzw. Tx eingespeicherten Stromwerts direkt
zweiten Zeitintervall, /■ = Spannungswert m einem »o einer ersten bzw. zweiten Additionsstufe 32 bzw. 33 zu-
zweiten Zeitintervall. geführt. Der in dem Speicherglied Z2 bzw. is gespeicherte
Löst man diese Gleichungen nach R und L auf, so Stromwert wird dagegen über das Kontaktglied a3t
erhält man fur bzw. a4? und eine Multiplikationsstufe 34 bzw. 35,
CE pß durch die der gespeicherte Wert gedoppelt wird, der
R = 25 ersten bzw. zweiten Additionsstufe 32 dzw. 33 zuge-
AE-DB führt. In gleicher Weise werden über die Kontakt-
und für glieder O82 und a34 bzw. a3S und O37 die in den Speicher-
L = ~ gliedern«, und K3 bzw. K4 und «„ eingespeicherten
AE — DB ' Spannungswerte direkt einer dritten bzw. vierten
30 Additionsstufe 32a bzw. 33a zugeführt. Die in den Speichergliedera ut und wt gespeicherten Spannungs-
Die Messung der Stromwerte A und D, der Span- werte werden entsprechend über die Kontaktglieder aM
nungswerte C und F sowie der Werte B und E der und au und die Multiplikationsstufen 34a und 35a
Stromänderung erfolgt mittels der in F i g. 1 darge- den Additionsstufen 32a und 33a zugeführt,
stellten Schaltungsanordnung. 35 Die Speicherglieder i, und is sowie it und i, sind
Die Sekundärwicklung eines Strom- und eines außer mit den Additionsstufen 32 und 33 jeweils noch
Spannungswandlers W1 und Wx ist jeweils über sechs mit einer Subtraktionsstufe 36 bzw. 37 verbunden.
Kontaktglieder α» bis aS5 bzw. α2β bis a31 an sechs In diesen Subtraktionsstufen wird der Differenzwert
verschiedene Speicherglieder i, bis i„ bzw. U1 bis ut von /,-/, und i„-i4 ermittelt,
eines Strom- bzw. Spannungsspeichers 28 bzw. 2!!» 40 Die dem Stromspeicher 28 zugeordneten Additionsanschaltbar.
Die Kontaktglieder aao bis a31 sind sechs stufen 32 und 33 sind jeweils mit ihrem Ausgang über
Relais r5 bis r10 zugeordnet, die über einen Oszillator 31} ein Kontaktglied α4β bzw. a47 an eine Multiplikations- {
der Reihe nach in gleichmäßigen Zeitabständen ange- stufe 44 bzw. 45 angeschlossen. Desgleichen sind \
steuert werden. Sobalt eines dieser Relais angesteuert auch die dem Spannungsspeicher 29 zugeordneten I
wird, schließt es kurzzeitig seine zugehörigen Kontakt- 45 Additionsstufen 32a und 33a jeweils über ein Konglieder
und verbindet damit kurzzeitig die Sekundär- taktglied a44 bzw. au an eine Multiplikationsstufe 44a j
wicklung des Strom- bzw. Spannungswandlers W1 bzw. 45a angeschlossen. In der Multiplikationsstufe j
bzw. Wt mit dem betreffenden Speicherglied des Strom- 44 bzw. 44a wird der Wert der Additionsstufe 32 bzw. f
bzw. Spannungsspeichers 28 bis 29. Parallel zu den 32 a mit einem Viertel des ersten ZeitintervaUs T1 und \
Sjwichergliedem des Stromspeichers 28 ist eine Zähl- 50 in der Multiplikationsstufe 45 bzw. 45a der Wert der !
stufe 31 angeschlossen, die nach dem Abgriff einer Additionsstufe 33 bzw. 33 a mit einem Vierte? des zwei- \
bestimmten Anzahl von Meßwerten an den Wandlern ten ZeitintervaUs T1 multipliziert. \
den OsziUator sperrt und ein Relais rn betätigt, üfoeir Die Kontaktglieder α4β und a47 gehören zu einem |
dessen Kontaktglieder a32 bis α«, die Speicherglieder I1 Relais r18, das durch ein UND-Glied 42 betätigt wird; |
bis I8 und U1 bis ut mit einem Auswerteteil der Schal- 55 das UND-Glied 42 gibt an das Relais r13 einen Schalt- |
tungsanordnung verbunden weiden. In diesem Aus- befehl, wenn es von den den Additionsstufen 32 und 33 I
werteteil wird aus den in den Speichergliedern ge- nachgeschalteten Zählstufen 39 und 40 sowie von den I
speicherten Momentanwerten von Strom und Span- den Subtraktionsstufen 36 und 37 nachgeschalteten f
iiung jeweils der Mittelwert gebildet bzw. die Änderung Zählstufen 38 und 41 jeweils ein Signal erhalten hat. \
des Stromes bestimmt. 60 Dadurch ist gewährleistet, daß erst nach Anschluß \
Der Mittelwert einer Größe kann nach verschiede- der Additions- und Subtraktionsvorgänge die er- ί
nen Berechnungsarten bestimmt werden. Bei der vor- mittelten Werte an die nächste Stufe weitergegeben ;
liegenden Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird von werden. In analoger Weise sind den Additionsstufen
folgender Gleichung für den Mittelwert M einer Größe 32a und 33a Zählstufen 39a und 40a nachgeschaltet,
ausgegangen: 65 die ein Steuersignal an ein UND-Glied43 abgeben,
das nach Erhalt der beiden Steuersignale ein Relais rlt
M — -(Xx-Yl X2 + X3). steuert, welches daraufhin seine Kontakte a44 und α46 !
4 schließt. ;
5 6
Die Ausgänge der Multiplikationsstufen 44 und 45 ordnet, das dann einen Schaltbefehl erhält, wenn in
sind über Kontaktglieder a61 und aM mit Speicher- allen Multiplikationsstufen 1 bis 6 der Multiplikationsgliedern 54 und 55, die Ausgänge der Multiplikations- Vorgang zu Ende geführt ist. Hierzu sind den Multistufen 44a und 45a über Kontaktglieder a18 und a4, plikationsstufen 1 bis 6 Zählstufen 14 bis 19 nachgemit Speichergliedern 51 und 52 und die Ausgänge der S schaltet, die am Ende eines Multiplikationsvorganges |
beiden Subtraktionsstufen 36 und 37 über Kontakt- ein Signal an ein UND-Glied 25 geben. Sobald an dem ;'
glieder αδφ und aa mit Speichergliedern 53 und 56 UND-Glied 25 von jeder Zählstufe 14 bis 19 ein Signal |
eines Zwischenspeichers 50 verbunden. Die Kontakt- ansteht, wird das Relais rt über das UND-Glied 25 '-glieder a50 bis ait werden von einem Relais r16 betätigt, betätigt. Über die Kontaktglieder α, bis aw werden '
das seinen Steuerbefehl von einem UND-Glied 48 ι ο den Subtraktionsstufen 7 bis 9 die in den Multiplierhält. Die Eingänge des UND-Gliedes 48 sind mit kationsstufen 1 bis 6 gebildeten Produktwerte zugeden Ausgängen von zwei Zählstufen 46 und 47 ver- führt. ϊ
bunden, die den Multiplikationsstufen 44 und 45 Der Ausgang der ersten Subtraktionsstufe 7 ist i
nachgeschaltet sind. In gleicher Weise sind den Multi- über ein Kontaktglied aw mit uem einen Eingang einer j
plikationsstufen 44α und 45α Zählstufen 46α und 47α '-5 ersten Divisionsstufe 10, der Ausgang der dritten :
nachgeschaltet. Die Ausgänge dieser Zählstufen führen Subtraktionsstufe 9 über ein Kontaktglied alb mit dem j
zu einem UND-Glied 49, das ein Relais r14 steuert, einen Eingang einer zweiten Divisionsstufe 11 und der ■
dem die Kontaktglieder α4β bis at, zugeordnet sind. Ausgang der zweiten Subtraktionsstufe 8 über ein <
nung werden somit während eines ersten und zweiten ao Divisionsstufen 10 und 11 verbunden. Die Kontakt- «
und der Spannung gemessen und daraus Mittelwerte nach Beendigung aller Subtraktionsvorgänge betätigt
gebildet. Dieser Schaltungsanordnung kann eine wird. Hierzu sind den Subtraktionsstufen 7 bis 9 \
werden, durch die auf Grund der gemessenen Werte as Signal an ein UND-Glied 26 geben, das nach Erhalt j
für Spannung, Strom und Stromänderung die ohm- der Signale von allen Zählstufen 20 bis 22 das Relais rt \
sehen und induktiven Widerstandkomponenten R
einschaltet. J
und L der Leitungsimpedanz ermittelt werden. Hierzu Der in der ersten Divisionsstufe 10 gebildete Wert j
werden die in den Speichergliedern 51 bis 56 gespei- ist der Wert für die ohmsche und der in der zweiten \
cherten Mittelwerte über Verbindungsleitungen I1 bis /, 30 Divisionsstufe 11 gebildete Wert der Wert für die |
und die Kontaktglieder ax bis α, den Multiplikations- induktive Komponente der Leitungsimpedanz. Der \
stufen 1 bis 6 nach F i g. 2 zugeführt. Wert der ohmschen Komponente R wird über ein \
gemessene Wert E der Stromänderung der ersten 35 glied axl in ein zweites Speicherglied 13 eingespeichert. [
zweiten Multiplikationsstufe 2 der in dem zweiten Relais r4, das über ein UND-Glied 27 geschaltet wird. I
dem ersten Zeitintervall gemessene Wert B der Strom- Relais r4, sobald es von den beiden, den Divisions- ;
änderung, der dritten MuUiplikationsstufe 3 der im 40 stufen 10 und 11 zugeordneten Zählstufen 23 und 24 ?
ersten Zeitintervall gemessene Stromwert A und der im jeweils ein Signal erhalten hat. ■
zweiten Zeitintervall gemessene Wert £ der Strom- Auf Grund der in den Speichergliedern 12 und 13
änderung, der vierten Multiplikationsstufe 4 der in erscheinenden Werte für die ohmsche und induktive
dem zweiten Zeitintervall gemessene Stromwert D
Komponente der Leitungsimpedanz kann dann durch !·,
und der im ersten Zeitintervall gemessene Wert B der 45 eine entsprechend nachgeschaltete Vergleichseinrich- ί
sechsten MuUiplikationsstufe 6 der Spannungswert C infolgedessen diese Leitungsstrecke abgeschaltet wer-
und der Stromwert D zugeführt. den muß oder eingeschaltet bleiben kann.
neten Kontaktglieder α, bis α, gehören zu einem innerhalb einer bestimmten, für die Fehlerermittlung
dargestellte Schaltungsanordnung gesteuert. Es erhält Zeh sechs bis acht Messungen durchgeführt werden,
seinen Einschaltbefehl, sobald in der vorgeschalteten Dadurch werden sehr genaue Werte für die ohmsche
stufe 1 und 2 ist jeweils über ein Kontaktglied α, genau bestimmt werden kann und Fehlauslösungen
bzw. at mit einer ersten Subtraktionsstufe 7, der für Schalter vermieden werden. Die induktive Kompo-
stufe 3 und 4 ist jeweils über ein Kontaktglied α, 6o Entfernung zwischen dem Fehlerort und der Meßsteüe.
bzw. a10 nut einer zweiten Subtraktionsstufe 8 und der Mit Hilfe der ohmschen Komponente R läßt sich eine
stuf e S und 6 jeweils über ein Kontaktglied an bzw. Ot1 richtung erzielen, und es können z. B. im Normal*
mit einer dritten Subtraktionsstufe 9 verbunden. Die betrieb auftretende Pendelvorgänge eindeutig von
Claims (3)
1. Verfahren zum Messen einer Leitungsimpedanz in selektiv wirkenden Netzschutzeinrichtungen,
bei dem während eines ersten und eines zweiten Zeitintervalls die Spannung, der Strom und die
Stromänderung gemessen und aus diesen gemessenen Werten der ohmsche und der induktive Widerstand
der Leitung bestimmt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß während der beiden Zeitintervalle mehrere Momentanwerte der Spannung,
des Stromes und der Stromänderung gemessen werden und aus diesen Momentanwerten jeweils ein Mittelwert für die Spannung, den Strom
und die Stromänderung nach einer beliebigen Methode der Mittelwertbildung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils am Anfang, in der Mitte und am Ende eines Zeitintervalls ein Momentanwert
gemessen und daraus der Mittelwert gebildet wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärwicklung eines StTOm-(W1) und Spannungswandlers (JP1) jeweils
über eine Gruppe von Schaltelementen (aM bis αϊ4
bzw. Oj6 bis a31), die in gleichmäßigen Zeitabständen
aufeinanderfolgend betätigt sind, an verschiedene Speicherglieder (Z1 bis /« bzw. U1 und w„)
eines Strom- und Spannungsspeichers (28 bzw. 29) geschaltet ist, daß das Speicherglied (/„ is, i«, it
bzw. U1, W3, U4, u«) für den am Anfang und Ende
eines Zeitintervalls (T1, Γ,) gemessenen Strom- bzw.
Spannungswert direkt mit einer Additionsstufe (32, 33 bzw. 32a, 33a) und das Speicherglied O2, zs
bzw. ut, M5) für den in der Mitte des Zeitintervalls
(T1, T4) gemessenen Strom- bzw. Spannungswert
über eine Multiplikationsstufe (34, 35 bzw. 34 β, 35α) mit der betreffenden Additionsstufe (32, 33
bzw. 32a, 33 a) über eine weitere Multiplikationsstufe (44, 45 bzw. 44 a, 45 a) an ein
Speicherglied (54, 55 bzw. 51, 52) eines Zwischenspeichers (50) geführt ist, daß ferner die Speicherglieder
(i„ I8 bzw. Z4, ig) für den am Anfang und
Ende eines Zeitintervalls (T1, Tt) gemessenen Stromwert mit einer Subtraktionsstufe (35,37) verbunden
sind, deren Ausgang an ein weiteres Speicherglied (53, 56) des Zwischenspeichers (50) geführt ist.
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