DE2438354C3 - Mehrphasige Schutzanordnung für Anlageteile elektrischer Starkstromnetze - Google Patents
Mehrphasige Schutzanordnung für Anlageteile elektrischer StarkstromnetzeInfo
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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.
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)
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
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