DE2456073B2

DE2456073B2 - Schutzanordnung fuer drehstromuebertragungssysteme

Info

Publication number: DE2456073B2
Application number: DE19742456073
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl Phys 1000 Berlin Born
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1977-07-28
Also published as: CH595709A5; SE404279B; DE2456073A1; JPS5176541A; DE2456073C3; SE7512832L

Description

Stüiion 21 selektiv im gewünschten Sinne, solange die in Fig. 1 dargestellten Stromwandler die Meßgrößen unverzerrt übertragen.

In F i g. 3 ist wiederum ein von einem Generator 30 einsaitig gespeistes Drehstromübertragungssystem mit den Phasenleitern R. Sund ^dargestellt, das wiederum an einer Station 31 eine Schutzanordnung enthält Es ist jetzt angenommen, daß von der Station 31 aus gesehen in beiden Richtungen Kurzschlüsse mit Erdberührung aufgetreten sind. In diesem Falle fließt ein Erdstrom /_E über den Erdrückleiter E zwischen den Fußpunkten 32 und 33 der Kurzschlüsse. Die Schutzanordnung an der Station 31 darf in diesem Falle nicht die Leiterschleife R-S ausmessen, sondern muß je nach Doppelerdschlußbevorzugung bei einem einsystemigen Schutz die Schieile R-E bzw. S-£ auswerten; bei eirrem mehrsystemigen Schutz sind nicht die »verketteten« Leiterschleifen R-S, S- Fund T- R. sondern nur die Leiterschleifen R- L' und S-£ zu berücksichtigen. Schwierigkeiten bei der Auswahl der richtigen Leiterschleifen ergeben sich dadurch, daß insbesondere bei hohen Kurzschlußströmen infolge Sättigung der verwendeten Stromwandler die Ströme J_R und /_s mit großen Übertragungsfehlern auf der Sekundärseite abgebildet werden. Es kinn dann (vgl. die Schaltung des Stromwandler-Satzes nach Fig. 1) ein Summenstrom £ I entstehen, der einen Erdstrom und damit einen Doppelerdschluß vortäuscht. Die Schutzanordnung an der Station 31 führt dann unter Umständen eine Fehlumschaltung auf diese Fehlerart mit der Folge durch, daß sich die Schutzanordnung unselektiv verhält. Dies gilt zumindest dann, wenn Schutzanordnungen mit Kommandozeiten unter einer Periode der Netzfrequenz verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe der aus den Phasenströmen abgeleiteten Ströme und eines aus einem möglichen Erdstrom bzw. Summenstrom abgeleiteten Stromes Kriterien zu gewinnen, die eine zuverlässige Unterscheidung zwischen Fehlern mit und ohne Erdberührung zulassen, und zwar auch dann. wenn die genannten Meßgrößen infolge Sättigung der Stromwandler mit großen und unterschiedlichen Übertragungsfehlern abgebildet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches gelöst.

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß zu Beginn eines Kurzschlusses mit großen Kurzschlußströmen auch bei überlagerter Gleichstromkomponente die Stromwandler die Meßgrößen noch für mindestens einige Millisekunden unverzerrt übertragen. Dies reicht aus, um mittels der Anregeeinrichtungen mit geeignet eingestelltem Ansprechwert und der Anwurfeinrichtung mit vergleichsweise niedrigem oder höchstens gleich großem Ansprechwert während dieser Zeit richtige, binare Steuersignale zu gewinnen. Tritt nun, wie in F i g. 3 angenommen, ein Doppelerdschluß auf, dann fließt über den Erdrückleiter Esofort ein Erdstrom Ji:, der mindestens so groß wie einer der beiden Phasenströme Jr oder Js ist. Dieser Erdstrom Je fließt von Beginn an, also bereits bei Erdschluß in nur einer Phase. Deshalb ergibt sich auch sofort ein Summenstrom £ /über die Anwurfeinrichtung ti (vgl. Fig. 1). Da die Ansprechwerte der Anregeeinrichtungen gleich hoch oder höher eingestellt sind als der der Anwurfeinrichtung, werden bei einem Erdschluß die Steuersignale der Anregeeinrichtungen stets auf das Steuersignal der Anwurfeinrichtungen folgen, was ein Kriterium für pinen Erdschluß darstellt.

Tritt dagegen — wie in Fig.2 dargestellt — ein zweipoliger Kurzschluß ohne Erdberührung auf, dann übertragen die jeweiligen Stromwandler zunächst beide Ströme nahezu verzerrungsfrei auf die Sekundärseite. Als Folge davon treten an den Signalausgängen 13 und 14 der Anregeeinrichtungen 6 und 7 Steuersignale auf. Nach einigen Millisekunden entsteht infolge unterschiedlichen Übertragungsverhaltens der Stromwandler ein Summenstrom und täuscht einen Erdstrom Jt vor. Erst jetzt wird von der Anwurfeinrichtung 11 und damit später als von der Anregeeinrichtung ein binäres Steuersignal abgegeben, wodurch ein zweipoliger Kurzschluß ohne Erdberührung signalisiert wird.

Es ergibt sich demzufolge, daß aus dem Auftreten von Strömen und daraus abgeleiteten binären Signalen allein nicht, wohl aber aus der Reihenfolge der Steuersignale der Anregeeinrichtungen einerseits und der Anwurfeinrichtting andererseits darauf eindeutig geschlossen werden kann, ob ein mehrpoliger Kurzschluß mit oder ohne Erdberührung vorliegt. Geben also die Anregeeinrichtungen beispielsweise zwei Stcuersi gnale ab (Anregung in zwei Phasen) und wird von der Anwurfeinrichtung später ein weiteres Steuersignal abgegeben, dann liegt ein mehrpoliger Kurzschluß ohne Eidberührung vor. Ist dagegen im anderen Fall ein Anregesignal später oder frühestens gleichzeitig mit einem Steuersignal der Anwurfeinrichtung aufgetreten, dann entscheidet die Logik-Schaltung sofort auf einen Erdschluß; eventuell vorhandene Meßsysteme fur die Leiterschleifen R- S, S-T und T- R (bei einem mehrsystemigen Schutz) werden blockiert.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in Fig.4 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Logik-Schaltung aargestellt.

Die Logik-Schaltung ist mit ihren Eingängen 40 bis 42 mit den Signalausgängen 13 bis 15 der Anregeeinrichtungen 6 bis 8 (vgl. Fig. 1) verbunden sowie mit ihrem Eingang 43 an den Signalausgang 12 der Anwurfeinrichtung 11 angeschlossen.

Die Steuersignale der Anregeeinrichtungen 6 bis 8 werden über invertierende Glieder 44,45 und 46 jeweils NAND-Gliedern 47,48 und 49 zugeführt, wobei jeweils die Steuersignale zweier Anregeeinrichtungen einem NAND-Glied 47 bis 49 zugeführt werden. Die Ausgänge der NAND-Glieder 47 bis 49 sind einerseits mit den Eingängen eines weiteren NAND-Gliedes 50 verbunden und stehen andererseits auch mit einem zusätzlichen NAND-Glied 51 in Verbindung.

Der Ausgang des weiteren NAND-Gliedes 50 ist mil einer Anordnung 52 aus mehreren NAND-Gliedern und invertierenden Gliedern verbunden, in der die Reihenfolge der Steuersignale der Anregeeinrichtungen und der der Anwurfeinrichtung überprüft wird. Die Anordnung 52 ist nämlich auch über ein weiteres invertierendes Glied 53 nut dem Eingang 43 verbunden, über den ihr gegebenenfalls ein Steuersignal der Anwurfeinrichtung zugeführt wird. Den Ausgängen 54 und 55 der Anordnung 52 aus NAND-Gliedern und invertierenden Gliedern ist einerseits über ein zusätzliches invertierendes Glied 56 und andererseits direkt ein Ausgangs-NAND-Glied 57 nachgeordnet, an das eingangsseitig weitere NAND-Glieder 58 und 59 angeschlossen sind, die an ihren Ausgängen eine Potentialänderung erfahren, wenn ein dreipoliger Kurzschluß aufgetreten ist. In diesem Fall wird übrigens über eine dem NAND-Glied 58 nachgeordnete Transistorschaltung mit den Transistoren 60 sofort an den Ausgang 61 der 1 .ogik-Sehaltung ein Signal für eine der nicht dargestell-

ten Hilfsanordnungcn abgegeben, die dann die entsprechenden Meßgrößen an das Meßsystem der Schutzanordnung schalten. Am Ausgang 62 der Logik-Schaltung entsteht dagegen nur dann ein Signal, wenn ein Kurzschluß mit Erdberührung aufgetreten ist. wobei 5 dann eine weitere Transistorschaltung mit den Transistoren 63 und 64 betätigt wird.

Die dargestellte Logik-Schaltung arbeitet in folgender Weise:

Im Ruhezustand steht an allen Eingängen 40 bis 43 ein to «««-(high-)Signal an. Tritt beispielsweise ein zweipoliger Kurzschluß in den Phasenleitern 5und Tauf, dann verändert sich das Signal an den Eingängen 40 und 41 der Logik-Schaltung von »««- auf »L«-(low-)Signal. Dies hat zur Folge, daß am Ausgang der invertierenden Glieder 44 und 45 jeweils «««-Signal ansteht, was wiederum dazu führt, daß sich an dem NAND-Glied 48 ein »L«-Signal ergibt, während an den NAND-Gliedern 47 und 49 «««-Signale bestehen bleiben. Am Ausgang des weiteren NAND-Gliedes 50 ergibt sich eine Änderung des bis dahin vorhandenen «/.«-Signals in ein «/•/«-Signal, wodurch dann auch an den NAND-Gliedern 65 und 66 der Anordnung 52 «««-Signale anstehen. Da an dem einen Eingang des NAND-Gliedes 67 der Anordnung 52 nach wie vor ein «/-«-Signal vorhanden. ist. ergibt sich auch an dessen Ausgang ein »««-Signal und am Ausgang des nachgeordncten invertierenden Gliedes 68 ein »/.«-Signal. Dieses «/.«-Signal wird in dem NAND-Glied 66 zusammen mit dem dort auch anstehenden »««-Signal verarbeitet und führt zu einem »««■Signal am Ausgang 54 der Anordnung 52, wodurch dann infolge des NAND-Gliedes 56 an dem einen Eingang 69 des Ausgangs-NAND-Glicdcs 57 ein »/.«■Signal ansteht. An dem mit dem Ausgang 55 der Anordnung 52 verbundenen Eingang 70 des Ausgangs-NAND-Gliedcv 57 steht dagegen ein »««-Signal an; entsprechendes gilt für den Eingang 71, der mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 58 verbunden ist. Auch am Eingang 72 des Ausgangs-NAND-Gliedcs 57 ist ein »//«■Signal vorhanden. Dies alles führt dazu, daß am Ausgang des Ausgangs-NAND-Glicdes 57 ein »««Signal ansteht; am Ausgang 62 der I ogikSchaltung ergibt sich daher kein Signal, und es wird daher die llilfsanordnung. die der Anwurfeinrichtung zugeordnet ist, nicht freigegeben (aktiver Signal/ustand - »I.«)-

Ergibt sich infolge StromwaiKilersattigung nach Änderung der »««-Signale in »/.«-Signale an den Eingängen 40 und 41 am Eingang 43 der Logik-Schaltung eine Änderung des »«««Signals in ein »L«-Slgnal. dann enisteht an dem einen Eingang des NAND-OHe- se des 67 der Anordnung 52 ein »««-Signal, das infolge einer schon vorangegangenen Änderung des ursprünglich anstehenden »HVSignals an dem anderen Eingang des NAND-Gliedes 67 in ein »L«-Slgnal keine Änderung am Ausgang dieses NAND-Gliedes zur Folge hat; das Signal am Ausgangs-NAND-Glied 57 und damit das Potential am Ausgang 62 der Logik-Schaltung wird nicht beeinflußt. Durch Stromwandlersättigung führt also ein vorgetäuschter Erdschluß nicht zu einer Beeinflussung der Hilfsanordnungen; es bleibt bei der zuvor getroffenen richtigen Entscheidung »mehrpoliger Fehler ohne Erdberührung«.

Tritt dagegen - wie in Fig.5 dargestellt ist - eine Ändeiung des Steuersignals von »«« auf »L« am Eingang 43 vor einer entsprechenden Änderung an den Eingängen 40 und 41 der Logik-Schaltung auf. dann hat dies einen Einfluß auf die Signale an den Ausgängen 54 und 55 der Anordnung 52. was anhand der dargestellten Symbole in der Fig.5 deutlich zu erkennen ist. In diesem Fall ergibt sich am Ausgang des NAND-Gliedes 56 ein »««-Signal; gleiches gilt für den Ausgang 55 der Anordnung 52, so daß dann an allen Eingängen des Ausgangs-NAND-Gliedes 57 »««-Signal ansteht. Dem zufolge ändert sich das Signal am Ausgang des Ausgangs-NAND-Gliedes 57 von »««- in »/.«-Signal, wodurch die Transistorschaltung mit den Transistoren 63 und 64 anspricht und eine Potentialänderung am Ausgang 62 hervorruft. Dies ist ein Signal für einen Fehler mit Erdberührung, so daß dann die der Anwurfeinrichtung zugeordnete Hilfsanordnung freigegeben wird und die entsprechende Leiter-Erdschleife an das zugeordnete Meßsystem der Schutzanordnung angeschlossen wird. Mit der Anordnung 52 wird also die Reihenfolge der Änderungen der Signale an den Eingängen 40 bis 42 hinsichtlich einer Änderung des Signals am Eingang 43 bestimmt und daraus geschlossen, ob es sich um einen Fehler mit oder ohne Erdberührung handelt.

Bei einem dreipoligen Kurzschluß ändert sich das Ausgangssignal am NAND-Glied 58 sofort in ein »L« Signal, wodurch dann von der Transistorschaluing mit den Transistoren 60 sofort ein Ausgangssignal am Ausgang 61 erzeugt wird; damit werden dann die den Anrcgccinrichtungcn zugeordneten Hilfsanordnungcn bctiitigt. der Ausgang des Ausgangs-NAND-Gliedes 57 bleibt auf»//«.

Mit der Erfindung wird eine Schutzanordnung vorgeschlagen, in der mittels einer Logik-Schaltung die von Anregccinrichtiingen und eine Anwurfeinrichtung erzeugten Steuersignale auf ihre Reihenfolge untersucht werden, womit ein eindeutiges, selektives Auswerten der Meßgrößen gesichert ist, weil aus der Reihenfolge der Steuersignale eindeutig uu( das Auftreten eines Kurzschlusses mit und ohne Erdberührung geschlossen werden kann. Dieses aus den Momentanwerten dei Meßgrößen gewonnene Kriterium verursacht keine Verlängerung der Kommandozeil auch sehr schnelle) Schutzanordnungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schutzanordnung für Drehstromübertragungssysteme mit drei Anregeeinrichtungen, die Ober Stromwandler mit jeweils einem vom Strom im zugeordneten Phasenleiter des Drehstromübertragungssystems abhängigen Strom gespeist und auf einen bestimmten Ansprechwert eingestellt sind, und mit einer Anwurfeinrichtung, die über einen weiteren Stromwandler mit einem dem Strom über den Erdrückleiter entsprechenden Strom speisbar und auf einen im Vergleich zu den Anregeeinrichtungen höchstens gleich großen Ansprechwert eingestellt ist, sowie mit jeweils den Anregeeinrichtungen und der Anwurfeinrichtung zugeordneten Hilfsan- ordriungen. die an das Meßsystem der Schutzanordnung nur die der jeweiligen Fehlerart des Drehstromsystems entsprechenden Meßgrößen anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregeeinrichlungen (6, 7, 8) und die Anwurfeinrichtung (11) Schaltungsbausteine sind, die beim Überschreiten der Ansprechwerte binäre Steuersignale abgeben, und daß an die Anregeeinrichtungen (6,7,8) und an die Anwurfeinrichtung (11) eine Logik-Schaltung angeschlossen ist, die die binären Steuersignale auf die zeitliche Folge ihres Auftretens untersucht und bei einem im Vergleich zu den Steuersignalen der Anregeeinrichtungen (6, 7, 8) später auftretenden Steuersignal der Anwurfeinrichtung (11) ein Signal abgibt, auf das hin von den Hilfsanordnungen von den Strömen in den Phasenleitern (R, S. T) abhängige Meßgrößen an das Meßsystem der Schutzanordnung angelegt weraen, während bei einem früher oder höchstens gleichzeitig mit den Steuersignalen der Anregeeinrichtungen (6, 7, 8) auftretenden Steuersignal der Anwurfeinrichtung (11) von der Logik-Schaltung ein anderes Signal erzeugt wird, auf das hin von den Hilfsanordnungen ein von dem Strom im Erdrückleiter (E) abhängiger Strom und mindestens ein von den Strömen in den Phasenleitern (R, S. T) abhängiger Strom an das Meßsystem der Schutzanordnung angelegt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzanordnung für Drehstromübertragungssysteme mit drei Anregeeinrichtungen, die über Stromwandler mit jeweils einem vom Strom im zugeordneten Phasenleiter des Drehstromübertragungssystems abhängigen Strom gespeist und auf einen bestimmten Ansprechwert eingestellt sind, und mit einer Anwurfeinrichtung, die über einen weiteren Stromwandler mit einem dem Strom über den Erdrückleiter entsprechenden Strom speisbar und auf einen im Vergleich zu den Anregeeinrichtungen höchstens gleich großen Ansprechv/ert eingestellt ist, sowie mit jeweils den Anregeeinrichtungen und der Anwurfeinrichtung zugeordneten Hilfsanordnungen, die an das Meßsystem der Schutzanordnung nur die der jeweiligen Fehlerant des Drehstromsystems entsprechenden Meßgrößen anlegen. Bei den Hilfsanordnungen handelt es sich um Relais oder statische Schalter, die, von den Anregeeinrichtungen und der Anwurfeinrichtung gesteuert, die ausgewählten, der jeweiligen Fehlerart entsprechenden Meßgrößen an das Meßsyistem der jeweiligen Schutzanordnung anlegen (vgl.

beispielsweise den Siemens-Prospekt »Vielzweck·Distanzschutz RlZ 23b«. 1971. Bestell-Nr. E 141/1104. Bild J 3. Seite 15).

In einem Drehstromübertragungssystem find Kurz· Schlüsse der Phasenieiter gegeneinander und gegen Erde möglich. Der jeweiligen Schutzanordnung, beispielsweise für die Messung der Fehlerstellenentfernung ein Distanzschulz, ein Fehlerorter usw. sowie eine Vergleichsschutzeinrichtung zur Bestimmung der Richlung des Energieflusses im Kurzschlußfall, werden im allgemeinen als Meßgrößen Ströme und Spannungen der vom Kurzschluß betroffenen Phasen zugeführt. Bei einem zweipoligen Fehler ohne Erdberührung sind das die sogenannten verketteten Meßgrößen. Infolge Stromwandlersättigung können Differenzströme auftreten, ohne daß es zu einem Fehler mit Erdberührung gekommen ist Es wird dann ein Fehler mit Erdberüh rung vorgetäuscht, und die Schutzanordnung mißt eine falsche Leiterschleife aus und kann sich unselektiv verhalten.

Zur näheren Erläuterung dieser Zusammenhänge soll zunächst anhand der Fig. 1 die Schaltung eines Stromwandler-Drehstromsatze». erläutert werden. In dieser Figur ist ein von einem Generator 1 gespeistes Drehstromübertragungssystem dargestellt, das aus den Phasenleitern R. 5 und Tbesteht. An der Einbaustelle 2 einer Schutzanordnung sind neben in der Fig. 1 nicht dargestellten Spannungswandlern Stromwandler 3, 4 und 5 in jeden Phasenleiter R. Sund reingeschaltet, um den Strömen Jn, Js und Jt proportionale Ströme /'«, /', und JV auf Niederspannung /u gewinnen. Die Stromwandler 3, 4 und 5 sind über Anregeeinrichtungen 6, 7 und 8 mit ihrem jeweils einen Anschlußende in einem Schaltungspunkt 9 zusammengeschlossen; zwischen diesem Schaltungspunkt 9 und einem gemeinsamen Schaltungspunkt 10 der anderen Sekundärausgänge dei Stromwandler 3, 4 und 5 ist eine Anwurfeinrichtung 11 angeordnet, die die Summe der Ströme /'«, /'s und /Ί erfaßt; im Normalfall ist dieser Summenstrom £ J Null Bei einem Kurzschluß mit Erdberührung dagegen ist dei Summenstrom £ / ungleich Null. Die Anwurfeinrichtung 11 ist auf einen Ansprechwert eingestellt, dei niedriger oder höchstens genauso groß ist wie der dei Anregeeinrichtungen 6 bis 8. An dem Signalausgang 12 der Anwurfeinrichtung 11 entsteht daher schon be einem vergleichsweise kleinen Strom (in der Größe de; Nennstromes) ein Signal, während an den Signalausgän gen 13, 14 und 15 der Anregeeinrichtungen 6 bis 8 nui bei einem i.a. dem Mehrfachen des Nennstromei proportionalen Strömen Signale auftreten.

Zur weiteren Erläuterung der Zusammenhänge wire auf F i g.
2 Bezug genommen, in der wiederum ein voi einem Generator 20 einseitig gespeistes Drehstrom übertragungssystem dargestellt ist, das an einer Statioi 21 mit einer Schutzanordnung versehen ist.
Es is angenommen, daß an einer Stelle 22 ein Fehler zwischer den Phasenleitern R und S aufgetreten ist.
Es fließer dann die Ströme Jr = -Js und an der Station 21 trit eine Spannung Urs auf.
Der Schutzanordnung an de Station 21, die zur Bestimmung der Richtung de Energieflusses bestimmt ist und/oder die Entfernung zwischen der Station 21 und der Fehlerstelle 22 messet soll, werden dann den Strömen Jr und Js proportional· Meßgrößen sowie eine der Spannung Urs proportional· weitere Meßgröße zugeführt.
Diese Meßgrößen liefen Amplituden und/oder Phasenvergleich- oder Phasenfol gekriterien für die Richtung und die Entfernung de Fehlers.
Dabei verhält sich die Schutzanordnung an de
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