DE2427348A1 - Verfahren zur ueberwachung der phasenlage von elektrischen wechselgroessen - Google Patents

Description

Verfahren zur Überwachung der Phasenlage von elektrischen Wechselgrößen 1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Phasenlage von wechseiförmigen elektrischen Spannungen oder Strömenι insbesondere zur Überwachung der Symmetrie eines Dreiphasensystems·

Zur überwachung der Symmetrie eines Dreiphasensystems für Ströme und Spannungen ist es bekannt, die Nullkomponente des symmetrischen Komponentensystems herauszuziehen· So wird das natürliche Dreiphasensystem in ein KuIl-, ein Mit- und ein Gegensystem zerlegt, die Nullkomponente durch entsprechende Wandlerschaltungen, sowohl für den Strom als auch für die Spannung, gewonnen und einer Schaltungsanordnung zugeführt, die das Überschreiten einer bestimmten Größe des Nullstroms oder der Nullspannung signalisiert· Dieses Verfahren ist in der Schutztechnik am weitesten verbreitet, wobei die Form der Meßwertweiterverarbeitung unterschiedlich ist·

Nach einem weiteren Verfahren zur Erfassung der Unsymmetrie wird die Welligkeit des Gleichstroms einer Dreiphasenbrücke zugrunde gelegt. Die drei Phasenströme werden über Wandler einzelnen Gleichrichterbrücken zugeführt. Die gleichgerichteten Ströme werden dann über eine Integrierstufe mit einer Dreiphasen-Gleichrichterbrücke verbunden, die über eine Verstärkeranordnung eine Triggerschaltung ansteuert«

Die bekannten Verfahren in der Schutztechnik signalisieren zwar eine auftretende Unsymmetrie, wobei das Maß für eine Abweichung von der Symmetrie einstellbar ist, einen Bückschluß auf die Konfiguration der Einzelgrößen des überwachten Spannungssystems läßt diese Methode jedoch nicht zu« Das liegt darin begründet, daß im Prinzip die Höhe eines Stromes oder einer Spannung überwacht wird, die aber in keinem Zusammenhang mit der Phasenlage dieser elektrischen Größen steht. Aussagen, welche der Phasen eines Dreiphasensystems im Fehlerfall betroffen ist, sind somit nicht möglich, was jedoch für die Fehlerortung in der Schutztechnik von großem Interesse ist·

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In der Meßtechnik sind vielfältigste Varianten der Phasenwinkelntssung bekannt, die lediglich in Details modifiziert sind« Nach diesen Verfahren werden Verschiebungen zwischen zwei elektrischen Größen ermittelt und angezeigt· Hierbei werden die wechseiförmigen Spannungen oder Ströme begrenzt und durch NullpunktIndikatoren deren Nulldurchgänge erfaßt· Die daraus abgeleiteten Impulse und deren Verschiebung zueinander werden in einer Logikschaltung ausgewertet«

Bei diesen Verfahren wird nicht die Abweichung von einer bestimmten Phasenlage in einem vorgegebenen Toleranzband, das mit hoher Genauigkeit kontinuierlich erweitert oder verkleinert werden kann, als Tief- oder Hoch-Entscheid signalisiert·

Zweck der Erfindung ist es, in der Schutztechnik zusätzlich zur Schutsfunktion definierte Aussagen über den Zustand des Spannungsoder Stromsysteme zu erhalten und in der Meßtechnik eine definierte Abweichung zweier elektrischer Meßgrößen voneinander schnell festzustellen·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einen Vergleich der Phasenlagen der zu überwachenden Spannungen und Ströme mit-' einander und deren Abweichung von einer vorgegebenen Phasenlage innerhalb eines einstellbaren Toleranzbandes als Tief- oder Hoch- und Polaritätsentscheid zu signalisieren·

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur überwachung der Phasenlage von zwei elektrischen Wechselgrößen, die im Normalfall ua einen definierten Phasenwinkel zueinander verschoben sind, die Ifechselgrößen in Bechteckimpulsfolgen umgewandelt· line der umgewandelten Größen wird in an sich bereits vorgeschlagener Weise um den definierten Phasenwinkel starr vorgedreht, so daß die Hechteckimpulsfolgen miteinander deckungsgleich werden· Die beiden im Normalfall deckungsgleichen Bechteckiapulsfolgen und eine Beferenzspannung werden einer Logikschaltung zugeführt· Die Heferenzspannung dient der Einstellung eines zulässigen Phasenwinkels und wird mittels einer Modulationseinrichtung mit nachgeschaltetem Spannungspegelindikator aus einer aus der Phasendrehung hervorgegangenen Dreieckimpuls-

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folge gewonnen· Die Iiogikschaltung liefert "bei Abweichung vom zulässigen Phasenwinkel einen Auslöseimpuls.

Zur Überwachung der Symmetrie eines dreiphasigen Systems werden je zwei im Symmetriefall in einem Phasenwinkel von 90° zueinander liegende Wechselgrößen in zwei voneinander unabhängigen Schaltungsanordnungen in RechteckimpulsfοIgen umgewandelt· Jeweils eine der Meßgrößen wird wiederum um 90° vorgedreht, so daß die Rechteckimpulsfolgen jeweils miteinander deckungsgleich sind· Die im Normalfall deckungsgleichen Rechteckimpulsfolgen und die Referenzspannungen werden den zugehörigen Logikschaltungen zugeführt. Die Referenzspannungen haben eine gemeinsame Ansteuerung· Die Logikschaltungen liefern bei Abweichung von der zulässigen Unsymmetrie jeweils einen Auslöseimpuls, die über ein Oder-Glied zusammengeführt werden, so daß sich aus beiden Schaltungen ein Auslöseimpuls ergibt·

Werden die Rechteckimpulsfolgen der elektrischen Wechselgrößen einem Flip-Flop, das mit einer dieser Rechteckimpulsfolgen getaktet wird und dessen Eingänge mit der anderen Rechteckimpulsfolge und deren Negation beaufschlagt werden, zugeführt, so wird die Polarität der Phasenverschiebung signalisiert· Die digitalen Ausgangssignale der Logikschaltungen können zur Auswertung beim Einsatz in der Schutz*- und Meßtechnik mittels Rechner weiter verarbeitet werden·

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verschiebung und die Art der Verschiebung von einer bestimmten Phasenlage der elektrischen Wechselgrößen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz signalisiert und angezeigte

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2: die einzelnen Impulsfolgen.

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Zwei Nullpunktindikatoren A und F, wie in Fig. 1 gezeigt, werden zwei im Normalfall um 90° phasenverschobenen, nullpunktsymmetrischen Spannungen U^ und U« zugeführt. Sie liefern zwei um 90° versetzte Hechteokimpulsfolgen mit dem Tastverhältnis 181· Die zu IL gehörige Rechteckimpulsfolge U^ wird einer 90°-Schaltung zugeführt, an deren Ausgang eine um +90° verschobene Impulsfolge XS₁, abgenommen werden kann, die im Normalfall mit der aus JS_n gewonnenen Hechteckimpulsfolge Ug phasengleich ist» Wie bereits vorgeschlagen wurde, wird die 90°-Phasendrehung dadurch erreicht, daß die Hechteckimpulsfolge U₂ einem Integrator B in Fig. 1, der eine Dreieckimpulsfolge U^ liefert, zugeführt wird und die Nulldurchgänge der Dreieckimpulsfolge durch einen nachgeschalteten Nullpunktindikator 0 erfaßt werden. Die jetzt erhaltene Eechteckimpulsfolge U^ ist der Impulsfolge Uo ι*¹⁰- 90° phasenverschoben und wird einer Modulationseinrichtung D zugeführt· Gleichzeitig wird dieser eine in bestimmten Grenzen regelbare Gleichspannung zugeführt. Am Ausgang der Modulationseinrichtung ist eine Referenzspannung U₂^ = Uc, deren Größe von der regelbaren Gleichspannung abhängig ist, abzunehmen· Diese Referenzspannung wird zusammen mit der bei der Integration während der 90°-Phasendrehung erhaltenen Dreieckimpulsfolge U, einem Spannungspegelindikator E zugeführt· Am Ausgang des Spannungspegelindikators ergibt sich eine Impulsfolge Ug, bei der nur im Bereich der Nulldurchgänge der Dreieckspannung ein Nullsignal vorhanden ist· Die Breite des Nullsignals der Impulsfolge U₆, in Fig. 2 dargestellt, wird von der einstellbaren Referenzspannung bestimmt·

Die halbe Breite des Nullsignals charakterisiert gleichzeitig die zulässige PhasenverschiebungΔΫ _zul zwischen U,. und U„, bis zu der noch keine Signalisierung oder Auslösung erfolgen soll· Bine Logikschaltung H (in Fig. 1) für die Auslösung verknüpft dann die Signale U^, Ug und Ug entsprechend der Beziehung

u_g = S₆ ν U₄ U₈ ν U₄ U₈ .

Tritt eine Abweichung vom normalen Betriebsfall auf, d· h· wird die Phasenverschiebung/^ größer ^Άΐβ^Ψ _ZVLl* ^{wie in Fi}S· ^2b

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dargestellt ist, so ergibt sich am Ausgang der Logikschaltung kurzzeitig ein Nullsignal, welches zur Ansteuerung eines ^HAUS^M-Flip-Flops I verwendet wird, das einen Auslöseimpuls U^₀ liefert.

Für die Überwachung der Symmetrie eines Dreiphasensystems ist das Verfahren zu erweitern· Je zwei im Symmetriefall um 90° phasenverschobene Spannungen (eine verkettete und eine unverkettete Spannung) eines Dreiphasensystems werden als Eingangsgrößen je einer Schaltungsanordnung zugeführt, wobei jede Schaltungsanordnung für sich die im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Meßgrößenverarbeitung ausführt· Die Auslöseimpulse beider Schaltungen werden über ein Oder-Glied zusammengeführt₉ so daß sich für einen Unsymmetriefall ein Auslöseimpuls ergibt· Damit die Ansprechgrenzen der beiden Schaltungsanordnungen gleich groß sind, werden die beiden Modulationseinrichtungen an eine einzige, in bestimmten Grenzen einstellbare Gleichspannung gelegt· Eine Fehlerortung kann hier durch eine Zusatzeinrichtung G (Fig. 1), die lediglich einen Polaritätsentscheid mit logischer Auswertung vornimmt, durchgeführt werden. Dabei werden dieser Zusatzeinrichtung die Spannungen U^, und Ug beider Anordnungen zugeführt· Der Polaritätsentscheid wird dadurch herbeigeführt, daß die Rechteckimpulse der Spannung U^ verkürzt und zum Takten eines Flip-Flops benutzt werden« Als Vergleichsspannung wird die Spannung Ug und deren Negation den beiden Flip-Flop-Eingängen zugeführt· An den Ausgängen des Flip-Flops ist dann die Polarität der Phasenverschiebung zu entnehmen. Die Ausgangsimpulse werden über Logik-Bausteine verknüpft, so daß jeder auftretenden Vorzeichenvariante eine bestimmte Aussage zugeordnet werden kann.

Die Form der Signalverarbeitung bei dem Verfahren zur Überwachung der Phasenlage von elektrischen Wechselgrößen ermöglicht eine digitale Signalweiterverarbeitung in Sechnern zur Auswertung beim Einsatz in der Schutz- und Meßtechnik·

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Claims (2)

1. Patentansprüche x

   «/Verfahren zur Überwachung der Phasenlage von elektrischen " Wechselgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Normalfall um einen definierten Phasenwinkel zueinander verschobene Wechselgrößen in fiechteckimpulsfolgen umgewandelt werden und eine der Wechselgrößen in an sich bereits vorgeschlagener Weise um den definierten Phasenwinkel vorgedreht wird, so daß die Rechteckimpulsfolgen miteinander deckungsgleich werden und diese einer Logikschaltung ,zugeführt werden, wobei zur Einstellung eines zulässigen Phasenwinkels die Logikschaltung mit einer einstellbaren getriggerten Referenzspannung gekoppelt ist, die durch Integration von einer bei der Phasendrehung erhaltenen Dreieckimpulsfolge abgeleitet ist, und die Logikschaltung bei Abweichung von dem zulässigen Phasenwinkel einen Auslöseimpuls liefert.
2. 2. Verfahren zur Überwachung der Phasenlage von elektrischen Wechselgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß Je zfwei im Symmetriefall in einem Phasenwinkel von 90° zueinander liegende Wechselgrößen eines symmetrischen dreiphasigen Systems in zwei voneinander unabhängigen Schaltungsanordnungen in Rechteckimpulsfolgen umgewandelt werden und jeweils eine der Meßgrößen in an sich bereits vorgeschlagener Weise um 90° vorgedreht wird, so daß die RechteOkimpulsfolgen (jeweils miteinander deckungsgleich sind, und diese jeweils einer Logikschaltung zugeführt werden, wobei zur Einstellung einer zulässigen Unsymmetrie die Logikschaltungen mit jeweils einer einstellbaren getriggerten Referenzspannung gekoppelt sind, die durch Integration von einer bei der Phasendrehung erhaltenen Dreieckimpulsfolge abgeleitet sind und eine gemeinsame Ansteuerung haben, und die Logikschaltungen bei Abweichung von der zulässigen Unsymmetrie jeweils einen Auslöseimpuls liefern, die über ein Oder-Glied zusammengeführt werden, so daß sich aus beiden Schaltungen ein Auslöseimpuls ergibt·

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   3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität einer Phasenverschiebung der Hechteckimpulsfolgen untereinander durch ein von einer der Rechteckimpulsfolgen getakteten Flip-Flop, das an seinen Eingängen die andere Rechteckimpulsfolge sowie deren Negation zugeführt bekommt, erfaßt und einer weiteren Logikschaltung zugeführt wird, die die einzelnen Folaritätsvarianten, denen man eine bestimmte Aussage über den Zustand des Systems der Eingangsgrößen zuordnen kann, signalisiert.

   4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Ausgangssignale der Logikschaltungen mittels Rechner weiterverarbeitet werden·

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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