DE2438354C3 - Mehrphasige Schutzanordnung für Anlageteile elektrischer Starkstromnetze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Schutzanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist in der älteren Anmeldung P23 53 424.9-32 beschrieben. Beim Auftreten eines Fehlers in einem Starkstrom netz entsteht eine Wanderwelle, die sich im Netz fortbewegt. Aufgrund wiederholter Reflexionen an verschiedenen Unstetigkeitsstellen im Netz, wie z. B. Transformatoren, Netzstationen und Fehlerstellen, werden transiente Ströme und Spannungen erzeugt, welche die korrekte Arbeitsweise der Relais in einem Relaisschutz erschweren. Die in diesen Transienten (Ausgleichschwingungen) überwiegenden Frequenzen sind vom Abstand von dem Fehler und der Netzkonfiguration abhängig. Untersuchungen haben gezeigt, daß es auch bei Verwendung von Sperrfiltern für die Transienten schwierig ist, beispielsweise konventionelle Impedanzrelais für den Relaisschutz zu verwenden, deren Ansprechzeit kleiner sein soll als eine Periodendauer. Bei höheren Netzspannungen werden höhere Ansprüche an die Schnelligkeit des Relaisschutzes gestellt, während die Dämpfung der Wanderwellen gleichzeitig abnimmt. Die Anwendung traditioneller Meßprinzipien für den Relaisschutz ist bei höheren Meßspannungen daher schwieriger.

Die in der DE-AS 23 53 424 bereits vorgeschlagene Schutzanordnung ist imstande, die Richtung einer eintreffenden Wanderwelle zu erfassen. Es kann somit das Ansprechen eines Relais, welches einen Anlageteil, z. B. eine Leitung, überwacht, verhindert werden, wenn es sich um einen dahinter liegenden Fehler handelt, der also nicht im Bereich des überwachten Anlageteils liegt In diesem Fall erzeugt der Wellendetektor ein Blockierungssignal.

Die bereits vorgeschlagene Schutzanordnung arbei-

tet nur einwandfrei, wenn nur eine Wanderwelle auftritt. Treten hintereinander zwei Wanderwellen auf, so kann trotz Vorliegens eines Blockierungssignals durch die unmittelbar darauffolgende Wanderwelle ein den

Anlageteil ausschaltendes Auslösesignal erzeugt werden. Darüber hinaus ist die bereits vorgeschlagene Anordnung nicht imstande, einphasige Ausschaltungen auszulösen, was beispielsweise bei einem Erdschluß erwünscht ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrphasige Schutzanordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß nur die erste Wanderwelle, die durch den Meßpunkt läuft, an den die Schutzanordnung angeschlossen ist, die Schutzanord- ι ο nung beeinflussen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine mehrphasige Schutzanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nur die erste Wanderwelle durch den Meßpunkt die Schdtzlogik bei jedem Fehler beeinflussen kann. Durch die für die einzelnen Phasen vorhandenen individuellen Auslöse- und Blockierungssignale ist es ferner möglich, beispielsweise bei einem einphasigen Erdschluß eine einphasige Auslösung des Schalters vorzunehmen. Schließlich kann bei der Schutzanordnung nach der Erfindung durch Hinzuschaltung eines weiteren Niveaudetektors mit Ausschaltverzögerung und eines vereinfachten Sequenzdetektors mit einem Auslöserelais die Empfindlichkeit der Schutzanordnung geändert werden.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen dreiphasigen, gerichteten Wellendetektor, dessen Prinzip der Anordnung nach der DE-AS 23 53 424 zugrunde liegt,

Fig.2 einen Niveaudetektor zum direkten Anschluß an den Wellendetektor,

F i g. 3 einen zum Anschluß an die Ausgänge des Niveaudetektors vorgesehenen Sequenzdetektor, F i g. 4 einen Phasenwähler,

F i g. 5 Auslöserelais und Blockierungsrelais,

F i g. 6 eine Zusammenstellung der Einheiten in einer Schutzanordnung.

F i g. 1 zeigt einen dreiphasigen, gerichteten Wellendetektor WD, der das Grundglied der Schutzanordnung bildet auf die sich die Erfindung bezieht. Der Wellendetektor hat drei Eingänge /«, is, ir für Strommeßwertsignale der drei Pasen R, 5 und T sowie drei Eingänge Ur, us und Ur für Spannungsmeßwertsignale entsprechend den drei Phasenströmen im Meßpunkt bzw. drei zweckmäßig gewählten Phasenspannungen. Ein Bandfilter 11, das die netzfrequente Welle im Eingangssignal sperrt, liegt vor einem integrierten Kreis 12. Ein Vorzeichengeber 13 hat einen positiven Ausgang und einen negativen Ausgang und führt das integrierte Signal zum positiven Ausgang, wenn dieses positiv ist, während das Signal, wenn es negativ ist als positives Signal zum negativen Ausgang geführt wird.

Der Richtungsdetektor 14 ist aus einer Anzahl Dioden D1 bis D16 aufgebaut, die, wie es aus der Figur ersichtlich ist, an den Pluspol 15 einer Spannungsquelle über Widerstände 16 angeschlossen sind. Der Richtungsdetektor gibt ein Ausgangssignal an seinen Ausgängen RX und Ui, wenn die Eingangssignale der beiden Vorzeichengeber 13 verschiedene Vorzeichen haben, während ein Ausgangssignal an den Ausgängen R2 und Ui auftritt wenn die Eingangssignale der Vorzeichengeber dieselben Vorzeichen haben. Das Ausgangssignal ist positiv in der Ausführung, die in der Figur gezeigt wird. Die Amplitude des Ausgangssignals entspricht der Amplitude des kleinsten der Eingangssignale der Vorzeichengeber 13. An den Ausgängen L/l und Ul, die für alle drei Phasen gemeinsam sind, erhält man das größte der Signale, die bei Ri, Si und 71 bzw. R2, SZ und 72 auftreten. Dies beruht darauf, daß man bei den Richtungsdetektoren Dioden LB und Dl 6 an den Ausgängen hat

Bei jedem Anschluß an einen Anlageteil wird die Stromrichtung als positiv definiert die in den Anlageteil hineinweist Aralageteil Nr. 1. Bewegt sich eine Wanderwelle in negativer Richtung, so erhält man Auslösesignale, an R\, S\ und 71 sowie an Ui, die Auslöseausgänge genannt werden. Bewegt sich die Welle jedoch in positiver Richtung, so erhält man Blockierungssignale an Ä2, 52 oder 72 sowie an Ul, und diese Ausgänge werden Blockierungsausgänge genannt. Wird derselbe Wellendetektor zum Schutz auch eines danebenliegenden Anlageteils, Anlageteil Nr. 2, verwendet, so erhalten die Blockierungssignale eine auslösende Wirkung und die Auslösesignale eine blockierende Wirkung für den letztgenannten Anlageteil, was im Zusammenhang mit F i g. 6 erläutert wird.

Der Schutzanordnung liegt folgendes Wirkungsprinzip zugrunde.

Jeder Fehler gibt Anlaß zu Wanderwellen, die sich, ausgehend von der Fehlerstelle im Netz, ausbreiten. Die Schalter, die zum Ausschalten eines fehlerhaften Anlageteils verwendet werden, sollen als Meßpunkt für mindestens einen Wellendetektor dienen. Wie bereits erwähnt, bestehen die Anlageteile aus Leitungsstrecken, Sammelschienen, Transformatoren usw.

Auf diese Weise wird jedem Anschluß an einen Anlageteil ein Wellendetektor zugeordnet, d. h. ein Wellendetektor in jedem Endpunkt einer Leitungsstrekke, ein Wellendetektor in jeder von einer Sammelschiene abgehenden Leitung und eip Wellendetektor auf jeder Seite eines Transformators.

Jeder Wellendetektor für sich gibt durch sein aufgrund des Fehlers auftretendes Ausgangssignal am Auslöse- oder Blockierungsausgang an, daß ein Fehler aufgetreten ist, und in welcher Richtung der Fehler liegt. Die Signale von den Wellendetektoren, die an einen gewissen Anlageteil gebunden sind, werden einer zum Anlageteil gehörenden Schutzlogik zugeführt, deren Aufgabe es ist, ein Ausschalten des geschützten Anlageteils zu verhindern, wenn einer der angeschlossenen Wellendetektoren bei der Passage der ersten Wanderwelle durch den Meßpunkt ein Blockierungssignal gibt. Trifft keine Blockierung ein, dürfen die Auslösesignale mindestens einen Schalter zum Abschalten eines Anlageteils beeinflussen. Das Logiksystem muß, wenn der Anlageteil aus einer Leitungsstrecke besteht, ebenfalls einen Fernmeldekanal zur Überführung der Blockierungssignale an das andere Ende der Leitung enthalten.

Ausführung:

Die Auslösesignale vom Wellendetektor in F i g. 1 werden den Eingängen eines Niveaudetektors N (F i g. 2) zugeführt. Der Niveaudetektor besteht aus vier Detektorteilen, und zwar aus je einem für jede Phase NR, /VS, Wund aus einem für ein Blockierungsteil NB. Der Ausgang Al wird somit an den Eingang NRi am Detektorteil NR angeschlossen, S1 wird an NS1 und Ti an NTi angeschlossen. Der gemeinsame Blockie-

rungsausgang Ul wird an NBi am Teil NB angeschlossen. Die Niveaudetektorteile geben Ausgangssignale L an ihren betreffenden Ausgängen NR2, NS2 und NTl ab, wenn das Eingangssignal den eingestellten Funktionswert überschreitet, NR, NS und NT geben L zur Auslösung, und NB gibt L zur Blockierung. Normalerweise haben die Ausgänge die Wertigkeit 0.

Damit der transientenabtastende Schutz gemäß der Erfindung funktionieren kann, muß im Logiksystem ein Sequenzdetektor mit verzögertem Rückgang vorgesehen werden. Ein für diesen Zweck geeigneter Sequenzdetektor Swird in F i g. 3 gezeigt. Wie die Figur zeigt, ist derselbe aus bekannten logischen Schaltelementen aufgebaut. Die Eingänge SRi, SSi und 571 werden Auslöseeingänge genannt und werden an die entsprechenden Ausgänge NRl, NSl und NTl des Niveaudetektors N angeschlossen. Die genannten Eingänge sind Auslöseeingänge, und der Eingang SBi, der an den Ausgang NBl des Niveaudetektors angeschlossen wird, ist der Blockierungseingang. Wenn bei einem Fehler irgendeiner der Detektorteiie NR, NS oder NT die Wertigkeit L auswirft, bevor L am Ausgang des Detektorteils Λ/ßerscheint, so tritt am Ausgang SB 2 die Wertigkeit 0 während der Zeit auf, in der irgendeiner der Ausgänge von NR, NS oder NT die Wertigkeit L annimmt zuzüglich der Rückgangszeit des Sequenzdetektors für die Auslösesignale, die von den Verzögerungsgliedern 17 bestimmt wird. Jeder der Auslöseausgänge SR2, SSl und 572 wird während der Zeit die Wertigkeit 0 annehmen, während welcher NB die Wertigkeit L hat zuzüglich der Rückgangszeit für das Blockierungssignal, wenn NB zuerst die Wertigkeit L annimmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß nur die erste Wanderwelle durch den Meßpunkt die Schutzlogik bei jedem Fehler beeinflussen kann, und durch die Verzögerung des Rückgangs erhält man ein sicheres Auslösesignal für den Schalter.

Für eine einphasige Auslösung des Schalters bei einphasigem Erdungsfehler enthält die Schutzlogik einen Phasenwähler F, wie er in Fig.4 gezeigt wird. Auch dieser ist aus einfachen logischen Schaltelementen aufgebaut, und die Figur zeigt lediglich ein Beispiel seines Aufbaus. Der Phasenwähler gibt die Wertigkeit L an sämtlichen Ausgängen FRl, FS2 und FTl, wenn mindestens zwei der Eingänge FRX, FSi und FTi die Wertigkeit L haben. Nimmt dagegen nur einer der Eingänge die Wertigkeit L an, so wird nur der entsprechende Ausgang die Wertigkeit L geben.

In dem Fall, wo der geschützte Anlageteil aus einer Leitungsstrecke besteht, muß man ein eventuelles Blockierungssignal vom anderen Ende der Leitung abwarten; deshalb muß die Auslösung verzögert werden, damit ein solches Blockierungssignal wirklich durchkommt. Die Verzögerung erreicht man mit der Relaiseinheit R gemäß F i g. 5, die drei Auslöserrelais 18 mit verzögerter Einschaltung enthält. Die Einschaltzeit kann zwecks Anpassung an die Verzögerung an dem Fernmeldekanal vafriiert werden, der die Signale zwischen den beiden Enden der Leitungsstrecke überträgt Die Relaiseinheit enthält außerdem ein Blockierungsrelais 19, das über den Phasenwähler Fmit dem Blockierungsausgang SBl des Sequenzdetektors S verbunden ist

Wenn der Schutz die dreipolige Abschaltung bei allen Fehlertypen durchführen soll, wird der Eingang NRl am Niveaudetektor an den gemeinsamen Ausgang Ui des Wellendetektors angeschlossen, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, während die Niveaudetektorteile NS und NT entfallen. Der Sequenzdetektor Swird auf entsprechende Weise vereinfacht, und der Phasenwähler Ffällt ganz fort. Es werden nur ein Auslöserelais und ein Blockierungsrelais in der Relaiseinheit R benötigt.

Befindet sich ein Schalter innerhalb des geschützten Anlageteils, so kann es vorkommen, daß normale Einschaltungen des Schalters von einem Wellendetektor als Fehler aufgefaßt werden. Darum muß es eine Möglichkeit geben, die Auslösekreise zu blockieren, indem man beim Einschalten des Schalters den Wert L auf den Eingang ßßdes Sequenzdetektors legt. Dadurch erhält man ein Blockierungssignal am Blockierungsausgang SBl des Sequenzdetektors, und die Auslösung der Schalter wird verhindert. Dadurch, daß man, wie in F i g. 6 gezeigt, an den Auslöseausgang Ui des Wellendetektors WD einen weiteren Niveaudetektor N3 mit Abschaltverzögerung durch einen vereinfachten Sequenzdetektor S3 und ein Auslöserelais Ri, wobei S3 normalerweise von einem kontinuierlichen Blockierungssignal von einem Relais R blockiert ist, anschließt und diesem Niveaudetektor ein höheres Ansprechniveau als dem normalen Niveaudetektor NX gibt, was dem Niveaudetektor N in Fig.2 entspricht, erhält man die Möglichkeit, die Empfindlichkeit des Schutzes zu verändern. Das Relais R ist dem Schalter zugeordnet, der vom Schutz gesteuert werden soll, und gibt ein Blockierungssignal entweder an den Eingang BB am Sequenzdetektor 51 ab oder an den weiteren Sequenzdetektor S3. Infolgedessen verschwindet das Blockierungssignal an S3 zur gleichen Zeit wie der Sequenzdetektor Sl durch ein Signal von R zum Blockierungskontakt BB blockiert wird, wonach die neue, von Ni bestimmte Ansprechempfindlichkeit maßgebend ist. Die Relaiseinheit Ri kann dann direkt den Schalter auslösen, dem der betreffende Wellendetektor zugeordnet ist, wenn das neue höhere Niveau überschritten wird. Dieses Verfahren ist angebracht, wenn die Spannung auf der Sammelschienenseite des Leitungsschalters gemessen wird, da eine normale Einschaltung der Leitung eine Störung im Anlageteil bedeutet, die ein unbefugtes Ausschalten mit sich führen kann. Der Schutz kann trotzdem beim Einschalten bei einem Fehler eine korrekte, auslösende Funktion geben, da dann ebenfalls das höhere Niveau bei Ni überschritten wird.

In F i g. 6 wurde die Schutzlogik, die für einen ersten Anlageteil Ai erforderlich ist, mit einer strichpunktierten Linie im oberen rechten Teil der Figur umgeben. Innerhalb dieser Umgrenzung für Ai bezeichnet der Block 20 Kreise zum Anschluß übriger Wellendetektoren zur Kommunikation zwischen den Wellendetektoren und der Auslösung der Schalter.

Ein und derselbe Wellendetektor kann auch zum Schutz von zwei benachbarten Anlageteilen benutzt werden. Durch den Anschluß eines Niveaudetektors Aß (Fig.6) mit seinen Auslöseeingängen NR2X, NS2X und Λ/721 an die Ausgänge R2, Sl und 72 des Wellendetektors WD und mit seinem Blockierungseingang NB2X an den Ausgang UX des Wellendetektors können die Ausgangssignale des Niveaudetektors Nl von seinen Ausgängen NR22, NS22, NT22 und NB22 der Schutzlogik Al für den Anlageteil 2 zugeführt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mehrphasige Schutzanordnung für Anlageteile elektrischer Starkstromnetze, z. B. Leitungen, Sammelschienen, Transformatoren, mit mindestens einem gerichteten Wellendetektor je Anlageteil, von denen jeder mindestens eine Wellendetektoreinheit je Phase zum Abtasten von im Anlageteil auftretenden fehlerbedingten Strom- und Spannungstransienten enthält, wobei jeder Wellendetektor mindestens einen Ausgang für Auslösesignale und mindestens einen Ausgang für Blockierungssignale von zum Wellendetektor gehörenden Richtungsdetektoren hat und jeder der genannten Signalausgänge an einen Niveaudetektor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß je ein gerichteter Wellendetektor (WD) jedem Anschluß an das zu schützende Anlageteil zugeordnet ist und mit den Niveaudetektoren an eine zum Schutz des Anlageteils gehörende Schaltlogik angeschlossen ist, welche die Ausgangssignale von den zum Anlageteil gehörenden gerichteten Wellendetektoren vergleicht und eine Ausschaltung des Anlageteils aufgrund eines Auslösesignals von einem der genannten gerichteten Wellendetektoren nur dann zuläßt, wenn keiner dieser Wellendetektoren ein Blockierungssignal abgibt.

2. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sequenzdetektor (Si), der einen verzögerten Rückgang und mindestens einen Eingang (SRi, SSi, STl) und mindestens einen Ausgang (SRI, SSl, STl) für Auslösesignale und einen Eingang (SBi) und einen Ausgang (SBl) für Blockierungssignale aufweist, mit seinen Eingängen an die Ausgänge (NRl, NS2, NTl, NBl) des Niveaudetektors (Ni) und mit seinen Ausgängen an die zugehörige Schaltlogik angeschlossen ist und daß der Sequenzdetektor (S) ein Signal von einer gewissen, zweckmäßig gewählten Dauer auf einen oder mehreren seiner Auslöseausgänge oder auf seinem Blockierungsausgang in Abhängigkeit davon abgibt, ob eines der Auslösesignale oder das Blockierungssignal zuerst auf seinem betreffenden Eingang zum Sequenzdetektor auftritt.

3. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Relaiseinheit (R) mit Eingängen (RR 1, RSi, RTi) für Auslösesignale und einem Eingang (RBi) für ein Blockierungssignal und mit mindetens einem Auslöserelais (RRl, RSl, RTl) mit variabler Einschaltverzögerung und mindestens ein momentan wirkendes Blockierungsrelais (RBl).

4. Mehrphasige Schutzanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gerichtete Wellendetektor (WD) mindestens drei Auslöseausgänge (Ri, Si, 71)hat, von denen jeder an sein Niveaudetektorteil (NR, NS, NT) angeschlossen ist, deren Ausgänge (NR2, NSl, NTl) je an ihren Auslöseeingang (SRi, SSi, STi) zum Sequenzdetektor (S) angeschlossen sind, dessen Auslöseausgänge (SRI, SSl, STl) an die entsprechenden Eingänge (FRi, FSX, FTi) zu einem Phasenwähler (F) für einphasige Auslösung seines Schalters angeschlossen sind, wenn ein Signal nur an einem der Eingänge auftritt, und für dreiphasige Auslösung, wenn das Signal an zwei oder drei Eingängen auftritt.

5. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den genannten Niveaudetektoren (Ni) mindestens ein Niveaudetektor (Ni) vorhanden ist, der auf ein höheres Ansprechniveau eingestellt ist, und der mindestens einen Eingang (N3t) für ein Ausiösesignaf von dem gerichteten Wellendetektor (WD) hat, während sein Ausgang (N32) normal blockiert ist, wobei diese Blockierung jedoch zur gleichen Zeit aufhört, in der die erstgenannten Niveaudetektoren bei Schaltvorgängen, die den geschützten Anlageteil betreffen, ein

■ο Blockierungssignal erhalten.

6. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Niveaudetektor (Nl) enthält, der mindestens einen Eingang (NR2i, NSIi) hat, der an irgendeinen Blockierungs ausgang des Wellendetektors (WD) angeschlossen ist. sowie einen Eingang (NBIi), der an einen Auslöseausgang (Ui) des Wellendetektors angeschlossen ist und dessen Ausgänge an eine Schaltlogik (A2) angeschlossen sind, die zu einem benachbarten Anlageteil gehört, und daß die Anschlüsse zwischen dem gerichteten WeHendetektor (WD) und dem Niveaudetektor (Nl) so angeordnet sind, daß ein Auslösesignal am Wellendetekto.- als Blockierungssignal für den benachbar- ten Anlageteil dient