DE2264064A1

DE2264064A1 - Distanzschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE2264064A1
Application number: DE19722264064
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl Ing Fendt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1974-07-04
Also published as: JPS4997245A

Description

Distanzschutzeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Distanzschutzeinrichtung mit einer an die Strom- und Spannungswandler der schützenden Netzstrecke angeschlossenen Auswahlschaltung, deren Strom-und Spannungsausgang jeweils an die fehlerbehaftete Phase angeschaltet iste Wesentlichste Aufgabe einer Schutzeinrichtung ist es, einen auftretenden Fehler möglichst schnell zu erfassen, damit die Fehlerstelle in kürzester Zeit abgeschaltet werden kann und somit Schäden möglichst klein gehalten werden. Eine Distanzschutzeinrichtung soll außerdem selektiv arbeiten, d.h. es darf jeweils nur der der Fehlerstelle zunächstliegende Schalter abgeschaltet werden. Diese Bedingung wird beim Distanzschutz durch ein Ausmessen der Entfernung zwischen der Fehlerstelle und der Schutzeinrichtung erfüllt. Ein Maß für diese Entfernung ist der Leitungswiderstand bzw. die Leitungsinduktivität. Diese Größen können durch Messungen von Strom und Spannung bestimmt werden.
Bei einem Kurzschluß besteht ebenso wie im Lastbetrieb eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Um Fehlmessungen aufgrund dieser Phasenverschiebung zu vermeiden, müssen die dem Fehlerstrom und der Fehlerspannung proportionalen, der Meßeinrichtung des Distanzschutzrelais zugeführten Größen bei der Widerstandsbestimmung nach der herkömmlichen Art mindestens über die Dauer einer halben Periode integriert werden.
Somit werden bei einer Netzfrequenz von 50 Hz bei den bekannten Distanzrelais mindestens 10 ms für die Bestimmung der Entfernung zwischen Fehlerort und Distanzrelais benötigt. Eine weitere Schwierigkeit für eine schnelle Entfernungsmessung mit den bekannten Meßeinrichtungen der Distanzrelais besteht in der Verfälschung der Kurvenform von Strom und Spannung durch die zu Beginn eines Kurzschlusses auftretenden Gleichstromglieder und Oberwellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Distanzschutzeinrichtung zu schaffen, bei der für die Entfernungsmessung des Fehlerortes keine bestimmte Meßdauer abgewartet werden muß und bei der die im Kurzschlußfall auftretenden Gleichstromglieder das Meßergebnis nicht verfälschen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung bei einer Distanzschutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß der am Strom- und Spannungsausgang der Auswahlschaltung anstehende Strom- bzw. Spannungswert sowie der in einem Differenzierglied gebildete Wert der Stromänderung über einen Analog-Digitalumsetzer einem Rechner zugeführt sind, daß der Analog-Digitalumsetzer und der Rechner ferner durch ein Zeitglied jeweils taktweise gesteuert sind und der vom Rechner ermittelte Wert für die Leitungsimpedanz einer Vergleichsstufe mit einem eingestellten Grenzwert zugeführt ist.
Mit einer solchen Distanzschutzeinrichtung kann fortlaufend der Wert der Leitungsimpedanz gemessen und bei Unterschreiten eines zulässigen Wertes ein Abschaltbefehl gegeben werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Meßvorgang aber auch erst beim Eintritt eines Kurzschlusses praktisch unverzögert dadurch eingeleitet werden, daß eine auf Stromsteilheit ansprechende Starterstufe vorgesehen ist, welche das Zeitglied einschaltet und den Rechner an den Analog-Digitalumsetzer anschaltet. Der Einsatz einer solchen Starterstufe hat den Vorteil, daß der Rechner während des störungsfreien Betriebes für andere Aufgaben verwendet werden kann.
Um Fehlmessungen beim Eintreten von Sättigungserscheinungen der Stromwandler zu vermeiden, kann eine die Sättigung der Stromwandler messende Stopstufe vorgesehen werden, durch deren Ausgangssignal der Analog-Digitalumsetzer beim Eintritt der Wandlersättigung abgeschaltet ist. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es zweckmäßig, daß beim Unterschreiten einer bestimmten Differenz zwischen dem errechneten Wert der Leitungsimpedanz und dem eingestellten Grenzwert vom Rechner ein weiterer Wert für die Beitungsimpedanz mit Strom- und Spannungswerten errechnet ist, die zu einem weiteren Zeitpunkt gemessen sind.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild der Distanzschutzeinrichtung, Fig. 2 ein Schaltbild einer Starterstufe, Fig. 3 ein Schaltbild einer Stopstufe.
In Fig. 1 sind mit R, S, T die drei Phasen eines Netzes bezeichnet. An dieses Netz ist elfs dreiphasiger Spannungswandler 1 und ein dreiphasiger Stromwandler 2 angeschlossen. Sekundärseitig ist der Spannungswandler 1 mit einer Auswahlschaltung 3 verbunden. Desgleichen ist der Stromwandler 2 über eine Starterstufe 4 und eine Stopstufe 5 mit der Auswahlschaltung 3 verbunden. Die Auswahlschaltung 3 besitzt einen Strom- und einen Spannungsausgang, die jeweils direkt mit einem Analog-Digitalumsetzer 6 verbunden sind. Ferner ist der Stromausgang zusätzlich über ein Differenzierglied 7 an den Analog-Digitalumsetzer 6 angeschlossen. Dem Analog-Digitalumsetzer ist ein Rechner 8 nachgeschaltet, dessen Ausgang zu einer Vergleichsstufe 9 führt. Die Ausgangssignale der Vergleichsstufe 9 steuern die Auslösespule 10 eines Leistungsschalters 11. Von der Starterstufe 4 besteht eine Steuerverbindung zu einem Zeitglied 12 und dem Rechner 8. Desgleichen ist von dem Zeitglied 12 eine Steuerverbindung zu dem Rechner 8 und dem Analog-Digitalumsetzer 6 vorgesehen. Der Ausgang der Stopstufe 5 ist mit dem Analog-Digitalumsetzer 6 verbunden.
Die Fig. 2 zeigt eine einphasige Darstellung einer Starterstufe 4. An die Sekundärwicklung jeweils einer Phase des Stromwandlers 2 ist ein Widerstand R1 angeschlossen. Zu diesem Widerstand ist über die Wechselspannungsanschlüsse einer Gleichrichterbrücke G ein Kondensator C1 parallelgeschaltet.
An den Gleichspannungsanschlüssen der Gleichrichterbrücke G ist ein aus einem Widerstand R2 und einen Kondensator C2 bestehendes Reihen-RC-Glied angeschlossen. An dem Kondensator C2 des Reihen-RC-Gliedes wird ein Steuersignal abgegriffen.
Dieses Steuersignal kann einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kippstufe zugeführt werden.
Bei der in Fig. 3 einphasig dargestellten Schaltung einer Stopstufe ist an die Sekundärwicklung des Stromwandlers 2 eine die Gesamtbürde nachbildende Impedanz Z angeschlossen.
Zu dieser Impedanz ist ein aus einem ohmschen Widerstand R3 und einem Kondensator C2 bestehendes Reihen-RC-Glied parallelgeschaltet. Das Steuersignal wird wiederum an dem Kondensator C3 des Reihen-RC-Gliedes abgegriffen.
Die Wirkungsweise der Distanzschutzeinrichtung beruht auf folgenden physikalischen Gegebenheiten. In einem elektrischen Kreis gilt für die Spannung dieses Kreises jeweils die Beziedi hung u = R . i + L .
Mit den zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t1 und t2 gemessenen Werten u, i und di/dt kann der ohmsche Widerstand R und der induktive Widerstand L der Kurzschlußschleife errechnet werden. Es gilt für den Zeitpunkt t1: U1 = R . i1 + L . di1/dt und für den Zeitpunkt t2: u2 = R i2 i2 +L di2/dt.
Löst man diese beiden Gleichungen nach R und L auf, so ist: und Die Distanzschutzeinrichtung nach der Erfindung arbeitet demgemäß wie folgt: In einem Fehlerfalle wird durch die Auswahlschaltung 3 die fehlerbehaftete Phase ausgewählt und es erscheinen an dem Strom- und Spannungsausgang der-Auswahlschaltung 3 der Strom i und die Spannung u der fehlerbehafteten Phase. Ferner wird über die Starterstufe 4 das Zeitglied 12 angeregt und der Rechner 8 an den Analog-Digitalumsetzer 6 angeschaltet. Von dem Zeitglied 12 werden taktweise Startimpulse an den Analog-Digitalumsetzer 6 und den Rechner 8 gegeben. Beim Erhalt eines Startbefehls werden von dem Analog-Digitalumsetzer 6 die zu diesem Zeitpunkt als analoge Größen anstehenden Werte von Spannung, Strom und Stromänderung in entsprechende digitale Werte umgesetzt und dem Rechner 8 zugeführt.
Nachdem dem Rechner 8 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten die digitalen Werte von Spannung, Strom und Stromänderung zugeführt worden sind, kann dieser entsprechend dem eingespeicherten Programm den ohmschen Widerstand R, die Induktivität L oder auch die Impedanz Z der gurzschlußschleife berechnen. Zweckmäßigerweise wird durch den Rechner'8 die Induktivität L berechnet, da diese nicht durch den Lichtbogenwiderstand verändert wird und somit eine bessere Vergleichsgröße für die Entfernung des Fehlerortes darstellt, Der vom Rechner 8 ermittelte Wert der Leitungsinduktivität wird einer Vergleichsstufe 9 zugeführt und dort mit einem eingestellten Grenzwert für die Induktivität verglichen. Liegt der errechnete Wert der Induktivität unter dem in der Vergleichsstufe 9 eingestellten Grenzwert, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der Fehler innerhalb der Schutzzone der Distanzschutzeinrichtung liegt und es wird ein Auslösebefehl an die Auslösespule 10 des Leistungsschalters 11 gegeben.
Wenn der errechnete Wert der Induktivität nur wenig kleiner als der eingestellte Grenzwert ist, kann von der Vergleichsstufe 9 eine Rückmeldung an den Rechner erfolgen, wodurch eine Auswertung von zu einem weiteren Zeitpunkt gemessenen Spannungs-, Strom- und Stromänderungswerten veranlaßt wird.
Hierdurch ergibt sich eine höhere Genauigkeit und es werden Fehlauslösungen des Leistungsschalters 11 vermieden.
Durch die Verwendung einer Starterstufe ist es möglich, den Rechner 8 jeweils erst beim Fehlereintritt an den Analog-Digitalumsetzer 6 anzuschließen. Während der übrigen Betriebszeit kann der Rechner für andere Aufgaben verwendet werden.
Die in einem Kurzschlußfalle auftretenden hohen Fehlerströme können zu einer Sättigung der Stromwandler führen. Eine Sättigung der Stromwandler führt zu Übersetzungsfehlern und somit zu einer falschen Messung bei der Fehlerortsentfernung. Da ein Fehlerstrom erst nach einer gewissen Zeitspanne seinen Höchstwert erreicht, vergehen auch bei hohen turzschlußströmen einige Millisekunden, bis der Wandlersättigungsstrom erreicht ist. Bis zu diesem Zeitpunkt kann mit der Distanzschutzeinrichtung nach der Erfindung der Fehlerort noch genau bestimmt werden. Die Stopstufe 5 hat die Aufgabe, den Beginn der Wandlersättigung anzuzeigen und den Analog-Digitalumsetzer 6 abzuschalten, damit nach Erreichen der Wandlersättigung keine Messungen mehr durchgeführt werden.
Durch die Auswahlschaltung 3 wird jeweils die fehlerbehaftete Phase auf den Analog-Digitalumsetzer 6 geschaltet. Dadurch wird für die drei Leiterschleifen eines ungeerdeten Drehstromnetzes bzw. für die sechs Leiterschleifen eines geerdeten Drehstromnetzes nur ein Rechner benötigt.
Wegen der schnellen Reaktionszeit der Distanzschutzeinrichtung können in den Sekundärleitungen der Stromwandler durch Schaltvorgänge induzierte Störimpulse Fehlmessungen auslösen.
Solche Fehlmessungen lassen sich vermeiden, wenn dem Analog-Digitalumsetzer 6 nicht Augenbiickswerte der Spannung, des Stromes und der Stromänderung, sondern Mittelwerte einer kurzen Zeitdauer zugeführt werden. Eine Zeitdauer von etwa 0,1 ms erscheint hier zweckmäßig.
Da der Meßvorgang sehr schnell abgeschlossen werden kann, können die Stromwandler mit einer kleineren Uberstromziffer ausgeführt werden. Es muß lediglich sichergebtellt sein, daß bei dem größten an der betreffenden Stelle möglichen Kurzschlußstrom bis zum Eintritt der Wandlersättigung ausreichend Zeit für die Messung zur Verfügung steht.
Da bei der Messung der Induktivität L die Netzfrequenz nicht in die Messung eingeht, kann d Distanzschutzeinrichtung nach der Erfindung für Netze mit unterschiedlicher Frequenz verwendet werden.
4 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche Distanzschutzeinrichtung mit einer an die Strom- und Spannungswandler der zu schützenden Netzstrecke angeschlossenen Auswahlschaltung, deren Strom- und Spannungsausgang jeweils an die fehlerbehaftete Phase angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der am Strom- und Spannungsausgang der Auswahlschaltung anstehende Strom- bzw. Spannungswert (i bzw. u) sowie der in einem Differenzierglied (7) gebildete Wert der Stromänderung (di/dt) über einen Analog-Digitalumsetzer (6) einem Rechner (8) zugeführt sind, daf? der Analog-Digitalumsetzer (6) und der Rechner (83) ferner durch ein Zeitglied (12) jeweils taktweise steuert sind und der vom Rechner (8) ermittelte Wert für die Leitunrsimpedanz einer Vergleichsstufe (9) mit einem eingestellten Grenzwert zugeführt ist.
2. Distanzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine auf Stromsteilheit ansprechende Starterstufe (4) vorgesehen ist, welche das Zeitglied (12) einschaltet und den Rechner (8) an den Analog-Digitalumsetzer (6) anschaltet.
3. Distanzschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Sättigung der Stromwandler (2) messende Stopstufe (5) vorgesehen ist, durch deren Ausgangssignal der Analog-Digitalumsetzer (6) beim Eintritt der Wandlersättigung abgeschaltet ist.
4. Distanzschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Unterschreiten einer bestimmten Differenz zwischen dem errechneten Wert der Leitungsimpedanz und dem eingestellten Grenzwert vom Rechner (8) ein weiterer Wert für die Leitungsimpedanz mit Strom- und Spannungswerten errechnet ist, die zu einem weiteren Zeitpunkt gemessen sind.