DE2531203C3 - Method and device for the detection of short circuits on lines - Google Patents

Method and device for the detection of short circuits on lines

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DE2531203C3 DE19752531203 DE2531203A DE2531203C3 DE 2531203 C3 DE2531203 C3 DE 2531203C3 DE 19752531203 DE19752531203 DE 19752531203 DE 2531203 A DE2531203 A DE 2531203A DE 2531203 C3 DE2531203 C3 DE 2531203C3
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Description

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bit) = k-(-u,„ t- Rn.-iJ bit) = k - (- u, "t- R n ij.

mit einer Meßspannung u„, und einem Meßstrom /„, bzw. daraus abgeleiteten Größen, mit einem Widerstandsfaktor Rw und mit einem frei vorgebbaren Proportionalitätsfaktor k gebildet werden und daß die gegenseitige Phasenlage mindestens je einer Frequenzkomponente der gegenläufigen Wanderwellensignale [a(t), b(t)J als den Leitungszustand kennzeichnende Größe überwacht wird.with a measurement voltage u ", and a measurement current /", or variables derived therefrom, with a resistance factor R w and a freely definable proportionality factor k and that the mutual phase position of at least one frequency component each of the opposing traveling wave signals [a (t), b (t) J is monitored as a variable characterizing the line state.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung (um) oder die Wanderwellensignale [a(t), b(t)] mit einem dieser Meßspannung (um) proportionalen Korrektursignal [sk(0J summiert werden, derart, daß die auszuwertenden Frequenzkomponenten der beiden so erhaltenen, korrigierten Wanderwellensignale für einen vorgegebenen, im Vergleich zu dem eingestellten Widerstandsfaktor (Rv) geringeren Betrag der Leitungseingangsimpedanz gegenphasig sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement voltage (u m ) or the traveling wave signals [a (t), b (t)] are summed up with a correction signal [sk (0J ) proportional to this measurement voltage (u m ), in such a way that that the frequency components to be evaluated of the two corrected traveling wave signals obtained in this way are in phase opposition for a predetermined amount of the line input impedance which is lower than the set resistance factor (R v ).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenläufige Wanderwellensignale [a(t), b(t)] miteinander multipliziert werden und daß das so erhaltene Produktsignal als die gegenseitige Phasenlage der gegenläufigen Wanderwellensignale kennzeichnende Überwachungsgröße verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that two opposing traveling wave signals [a (t), b (t)] are multiplied with each other and that the product signal thus obtained is used as the mutual phase position of the opposing traveling wave signals characterizing monitoring variable.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal einem Bruchteil der Meßspannung (u,„) entspricht, der durch das Verhältnis der Differenz zwischen dem Widerstandsfaktor (Rw) und dem Mindestbetrag der Leitungseingangsimpedanz zu letzterem selbst gegeben ist.4. The method according to claims 2 and 3, characterized in that the correction signal corresponds to a fraction of the measurement voltage (u, ") , which is given by the ratio of the difference between the resistance factor (R w ) and the minimum amount of the line input impedance to the latter itself .

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktsignal [a(t), b(t)] mit einem vom Betrag der Meßspannung (um) gleichsinnig abhängigen Korrektursignal überlagert wird.5. The method according to claim 3, characterized in that the product signal [a (t), b (t)] is superimposed with a correction signal dependent on the magnitude of the measurement voltage (u m ) in the same direction.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktsignal [a(t), b(t)]'mit einem zum Quadrat der Meßspannung (um) proportionalen Korrektursignal/sArYi^additiv überlagert wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the product signal [a (t), b (t)] 'is additively superimposed with a correction signal / sArYi ^ proportional to the square of the measuring voltage (u m ).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Betrag und fio Vorzeichen dem Betrag bzw. der Richtung der gegenseitigen Phasenlage der gegenläufigen Wanderwellensignale zugeordnetes Signal gebildet und einer Integration mit anschließender Grenzwert-Überwachung zugeführt wird. (>?7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a with amount and fio Sign of the amount or the direction of the mutual phase position of the opposing traveling wave signals assigned signal and an integration with subsequent limit value monitoring is fed. (>?

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an eine Spannungsmeßeinrichtung (2a) angeschlossener Meßspannungskanal und ein an eine Strom meßeinrichtung (2b) angeschlossener, einen Kon stantfaktormultiplikator (3) enthaltender Meßstrom kanal parallel an eine Additionsschaltung (4) und ai eine Substraktionsschaltung (5) angeschlossen sin< und daß die Ausgänge dieser beiden Schaltungen (4 5) an einen Phasenwink.eldetektor (Ph) angeschlos sen sind.8. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a measuring voltage channel connected to a voltage measuring device (2a) and a measuring current channel connected to a current measuring device (2b) and containing a constant factor multiplier (3) are connected in parallel to an addition circuit (4) ) and ai a subtraction circuit (5) connected sin <and that the outputs of these two circuits (4 5) are ruled out to a phase angle detector (Ph) .

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß an den Meßspannungskanal eir Korrektur-Konstantspannungsmultiplikator (3; bzw. 3b)angeschlossen ist.9. Device according to claim 8, characterized in that a correction constant voltage multiplier (3; or 3b) is connected to the measuring voltage channel.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Additions schaltung (4) und der Subtraktionsschaltung (5) ar die Eingänge eines Funktionsmultiplikators (6 angeschlossen sind.10. Device according to claim 8 or 9, characterized in that the outputs of the addition circuit (4) and the subtraction circuit (5) ar the inputs of a function multiplier (6 are connected.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Meßspannungskanal eir Betragsfunktionsbildner (15) mit ausgangsseitiger Konstantfaktormultiplikator (16) angeschlossen ist und daß die Ausgänge dieses Multiplikators (16) unc des Funktionsmultiplikators (6) an eine Summierschaltung (7,17) angeschlossen sind.11. Device according to claim 10, characterized characterized in that an amount function generator (15) with the output-side is connected to the measuring voltage channel Constant factor multiplier (16) is connected and that the outputs of this multiplier (16) unc of the function multiplier (6) are connected to a summing circuit (7, 17).

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß an dem Funktionsmultiplikator (6) eine jeweils eine Polarität des aus den Wanderwellensignalen [a(t), b(t)J gebildeten Produktsignals [p(t)]™ndeslens teilweise unterdrückende Schaltung (12) angeschlossen ist.12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that on the function multiplier (6) a respective one polarity of the product signal formed from the traveling wave signals [a (t), b (t) J [p (t)] ™ ndeslens partially suppressing circuit (12) is connected.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Funktionsmultiplikators (6) an einen Integrator (8; mit mindestens einem nachfolgenden Schwellenwertschalter (13,14) angeschlossen ist.13. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the output of the Function multiplier (6) to an integrator (8; with at least one subsequent threshold value switch (13,14) is connected.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Kurzschlüssen auf Leitungen, die mit eine Wechselkomponente enthaltenden Spannungen und Strömen betrieben werden, durch Erfassung des Zeitverlaufes von Spannung und Strom an einem Meßort in Form von Meßspannungen und Meßströmen, Zum Gegenstand der Erfindung gehört ferner eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens,The invention relates to a method for the detection of short circuits on lines that have a Voltages and currents containing alternating components are operated by detecting the Time curve of voltage and current at a measurement location in the form of measurement voltages and measurement currents, The subject matter of the invention also includes a device for carrying out such a method,

Die Detektion von Kurzschlüssen auf Leitungen ist Voraussetzung für anschließende Schutzmaßnahmen und stellt somit als Anregung für eine Fehlerortung oder Fehlerortseingrenzung auf einen ausreichend begrenzten Leitungsabschnitt einen wesentlichen Bestandteil eines Leitungs- bzw. Netzschutzsystems dar. Im Hinblick auf die sehr unterschiedlichen Möglichkeiten der Fehlerortung oder Fehlerorteingrenzung und ferner der Identifizierung der Fehlerart (Auswahl) im Anschluß an die Fehlerdetektion bildet letztere eine selbständige technische Aufgabe, die im allgemeinen auch mit eigenen Schaltungseinrichtungen gelöst wird.The detection of short circuits on lines is a prerequisite for subsequent protective measures and thus provides a stimulus for fault location or fault location localization to a sufficiently limited one Line section is an essential part of a line or network protection system With regard to the very different possibilities of fault location or fault location localization and furthermore the identification of the type of defect (selection) following the defect detection, the latter forms an independent one technical problem that is generally also solved with its own circuitry.

Üblicherweise erfolgt die Fehlerdetektion z. B. mit Hilfe des Minimal-Impedanzverfahrens und entsprechender Relais, wie sie etwa aus »Brown, Boveri Mitteilungen«, Band 53, Nr. 11/12, S. 788, bekannt sind, Derartige Verfahren beruhen auf dem Vergleich von Strom und Spannung, sprechen also auf die für einen Kurzschluß kennzeichnende Stromerhöhung bei gleichzeitiger, mehr oder weniger starker Absenkung der Leitungsspannung am Meßort an. Das als bekanntUsually, the error detection takes place z. B. with the help of the minimum impedance method and the like Relays, as they are known from "Brown, Boveri Mitteilungen", Volume 53, No. 11/12, p. 788, Such methods are based on the comparison of current and voltage, so they speak for you Short circuit characterizing current increase with simultaneous, more or less strong lowering of the Line voltage at the measuring location. That known as

ngegebene Verfahren arbeitet mit einer Gleichnch-Ung von Meßspannung und Meßstrom zugeordneten Signalen, sowie mit einer Differenzbildung der gleichgerichteten Signale, wobei die Nulldurchgänge des Differenzsignals die Integrationsintervalle einer anschließenden Integration mit fester Anstiegsgeschwinjigkeit bestimmen. Die jeweils erreichte Amplitude der Zeitintervalle ist somit einer Funktion des Verhältnisses von Meßspannung und Meßstrom, so daß dem beim Kurzschluß herrschenden Verhältnis ein bestimmter ι Grenzwert der Zeitintegrale zugeordnet und aus der Unterschreitung bzw. Überschreitung dieses Grenzwertes auf Normalzustand bzw. Fehlerzustand der Leitung geschlossen werden kann.ngegebene method uses a Gleichnch- U ng measuring voltage and current signals associated with, as well as a difference formation of the rectified signals, the zero crossings of the differential signal to determine the integration intervals of a subsequent integration with a fixed Anstiegsgeschwinjigkeit. The respective amplitude of the time intervals achieved is thus a function of the ratio of measuring voltage and measuring current, so that a certain limit value of the time integrals can be assigned to the ratio prevailing in the short circuit and the normal state or fault state of the line can be inferred from falling below or exceeding this limit value .

Mit den vergleichsweise schnellen Anregeverfahren ι und Anregeeinrichtungen bekannter Art, wozu das genannte Beispiel zählt, lassen sich Detektionszeiten erreichen, deren weitere Herabsetzung im Interesse rascher Schutzmaßnahmen anzustrebe., ist. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Fehlerdetektionsverfahrens bzw. einer entsprechenden Einrichtung, mit denen eine solche Verminderung der Detektionszeit erreichbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. angegebenen Merkmale, während die zugehörige Einrichtung im Patentanspruch 8 gekennzeichnet ist.With the comparatively fast excitation process ι and excitation devices of a known type, including the example mentioned, can be used for detection times reach, the further reduction of which should be sought in the interest of rapid protective measures., is. Task of The invention is therefore to provide an error detection method or a corresponding device with which such a reduction in the detection time is attainable. The inventive solution to this problem is characterized in a method of type mentioned at the beginning by the features specified in the characterizing part of claim 1, while the associated device is characterized in claim 8.

Danach beruht das vorliegende Detektionsverfahren auf der Bildung und Auswertung von gegenläufigen Wanderwellensignalen, d. h. von am Meßort gebildeten Signalen, deren Zeitverlauf demjenigen von gegenläufigen Wanderzellen auf der Leitung — betrachtet am Meßort — entspricht. Der das Verhältnis der meßspannungsabhängigen Signalkomponente zu der meßstromabhängigen Signalkomponente bestimmende Widerstandsfaktor Rw ist in vergleichsweise weiten Grenzen einstellbar, wobei jedoch im Interesse der Detektionssicherheit von am Meßort minimal in Erscheinung tretenden Kurzschlüssen, d. h. von Kurzschlüssen mit dem maximal möglichen Lichtbogen- oder Fehlerwiderstand in maximaler Entfernung vom Meßort, im allgemeinen ein gewisser Mindestwert dieses Widerstandsfaktors zu beachten ist.According to this, the present detection method is based on the formation and evaluation of opposing traveling wave signals, ie signals formed at the measuring location whose time course corresponds to that of opposing traveling cells on the line - viewed at the measuring location. The resistance factor R w , which determines the ratio of the signal component dependent on the measurement voltage to the signal component dependent on the measurement current, can be set within comparatively wide limits, but in the interest of the reliability of detection of short circuits that appear minimally at the measurement location, i.e. of short circuits with the maximum possible arc or fault resistance at the maximum distance from the measuring location, generally a certain minimum value of this resistance factor must be observed.

Mit Annäherung dieses Widerstand^faktors an einen dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechenden Wert ergeben sich speziell Wanderwellensignale, die gegenläufigen Wanderwellen von nur dämpfungsbedingt abnehmender Amplitude, jedoch ansonsten konstantem Profil längs der Leitung und von definierter Fortpflanzungsgeschwindigkeit entsprechen. Für gewisse zusätzliche Fehlerbestimmungsoperationen, wie z. B. Distanz- oder Richtungsbestimmung, können derartige spezielle Wanderwellensignale oder eine Annäherung an diese zweckmäßig sein. Für Zwecke der vorliegenden Fehlerdetektion und insbesondere bei geringem Gehalt der Meßsignale an transienten Spektralkomponenten neben der im allgemeinen dominanten Netzfrequenzkomponente sind jedoch vergleichsweise große Abweichungen des Widerstandsfaktors vom Wellenwiderstand der Leitung zulässig.As this resistance factor approaches, it corresponds to the wave resistance of the line Value result especially traveling wave signals, the opposing traveling waves of only due to attenuation decreasing amplitude, but otherwise constant profile along the line and of more defined Correspond to the speed of propagation. For certain additional fault determination operations, such as B. Distance or direction determination, such special traveling wave signals or an approach to be appropriate to this. For the purposes of the present defect detection and especially with low content of the measurement signals on transient spectral components in addition to the generally dominant network frequency component however, there are comparatively large deviations of the resistance factor from the characteristic impedance permitted by the management.

Weiterhin werden die gebildeten Wanderwellensignale beim vorliegenden Verfahren hinsichtlich der gegenseitigen Phasenlage wenigstens einer ihrer Spektralkomponenten überwacht, vorzugsweise der Netzfrequenzkomponente. Diese relative Phasenlage erfährt bei Kurzschluß auf der Leitung eine sprungartige Änderung. Im Normalbetrieb üblicher Wechselstromleitungen für Leistungsübertragung sind die dominanten Netzfrequenzkomponenten der gegenläufigen Wanderwellensignale im wesentlichen zueinander gegenphasig, während sie bei Kurzschluß annähernd gleichphasig werden. Es bietet sich daher die Möglichkeit einer fortlaufenden Überwachung der gegenseitigen Phasenlage der Netzfrequenzkomponenten oder auch anderer geeigneten Frequenzkomponenten der Wanderwellensignale, wobei das Überschreiten einer Phasenänderung von vorgegebener Mindestgröße entsprechend dem zu berücksichtigenden Störpegel als Detektionskriterium verwendet werden kann. Im Vergleich zu dem üblichen Verfahren mit Amplitudenvergleich, der im allgemeinen nur einmal innerhalb einer Halbperiode möglich ist, ergibt sich durch die laufende Phasenüberwachung eine wesentlich verminderte Detektionszeit, die nicht an die Periodendauer der betrachteten Frequenzkomponente gebunden ist. Dieser Vorteil gilt auch für den Fall, daß die Phasenüberwachung mit einer Integration und Grenzwertüberwachung des Zeitintegrals verbunden ist, weil es dann wiederum auf einen unverzögerten Integrationsbeginn infolge der laufenden Phasenüberwachung und auf eine von der Periodendauer unabhängige Integrationszeit ankommt.Furthermore, the traveling wave signals formed in the present method with regard to the mutual phase position monitored at least one of their spectral components, preferably the network frequency component. This relative phase position experiences a sudden change in the event of a short circuit on the line Modification. In normal operation, the usual AC lines for power transmission are the dominant ones Mains frequency components of the traveling wave signals moving in opposite directions are essentially out of phase with one another, while in the event of a short circuit they become approximately in phase. There is therefore the possibility of a continuous monitoring of the mutual phase position of the network frequency components or others suitable frequency components of the traveling wave signals, the exceeding of a phase change of a specified minimum size according to the interference level to be taken into account as a detection criterion can be used. Compared to the usual method with amplitude comparison, which is generally is only possible once within a half cycle, the ongoing phase monitoring results in a significantly reduced detection time that does not affect the period duration of the frequency component under consideration is bound. This advantage also applies in the event that the phase monitoring with an integration and Limit value monitoring of the time integral is connected, because it is then in turn on an undelayed Start of integration as a result of the ongoing phase monitoring and on one of the period duration independent integration time arrives.

Die Erfindung wird weiter anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigtThe invention is further based on the embodiment illustrated in the drawings explained. Herein shows

F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Fehlerdetektionsschaltung nach der Erfindung,F i g. 1 shows the basic circuit diagram of an error detection circuit according to the invention,

F i g. 2A ein Zeitdiagramm der Meßspannung um und des Meßstromes /m über den Zeitpunkt eines Kurzschlußeintritts hinweg,F i g. 2A shows a time diagram of the measuring voltage u m and the measuring current / m over the time at which a short circuit occurs,

F i g. 2B den Zeitverlauf der zugehörigen Wanderwellensignale a(t), b(t)\md F i g. 2B shows the time course of the associated traveling wave signals a (t), b (t) \ md

F i g. 3 den Zeitverlauf eines aus den beiden Wanderwellensignalen gebildeten Produktsignals p(t) sowie eines daraus durch Einweggleichrichtung und Integration gewonnenen Detektionssignals d(t). F i g. 3 shows the time curve of a product signal p (t) formed from the two traveling wave signals and a detection signal d (t) obtained therefrom by one-way rectification and integration.

In F i g. 1 ist eine sich in Richtung χ erstreckende, beispielsweise aus einem Leiter 1 über Erde bestehende Leitung mit einer Meßstation 2 an einem Meßort χ = 0 und mit einem angenommenen Kurzschluß am Fehlerort χ = ζ angedeutet. Die Meßstation 2 umfaßt einen Spannungswandler 2a mit der Meßspannung u„, als Ausgangssignal sowie einen Stromwandler 2b mit einem Meßstrom /'„, als Ausgangssignal. Meßspannung und Meßstrom können ζ. B. in Form von Signalen mit der Dimension einer Spannung vorliegen. Der Meßstrom wird in einem Konstantfaktormultiplikator 3 mit einem Widerstandsfaktor Rw multipliziert, dessen Betrag mindestens demjenigen der maximal auftretenden Leitungseingangsimpedanz (maximaler Lichtbogenwiderstand + maximale Leitungsimpedanz) im Fehlerfall entspricht, und sodann zusammen mit der Meßspan- ; nung parallel an einen ersten Summierverstärker 4 sowie einen ersten Subtrahierverstärker 5 geführt. An den Ausgängen dieser Verstärker erscheinen somit zwei gegenläufige Wanderwellensignale (beide können noch mit einem frei wählbaren Maßstabfaktor multipliziert > sein):In Fig. 1 is a line extending in the direction χ, for example consisting of a conductor 1 above ground, with a measuring station 2 at a measuring location χ = 0 and with an assumed short circuit at the fault location χ = ζ . The measuring station 2 comprises a voltage converter 2a with the measuring voltage u " as the output signal and a current converter 2b with a measuring current /""as the output signal. Measurement voltage and measurement current can ζ. B. in the form of signals with the dimension of a voltage. The measured current is multiplied in a constant factor multiplier 3 by a resistance factor R w , the amount of which corresponds to at least that of the maximum line input impedance (maximum arc resistance + maximum line impedance) in the event of a fault, and then together with the measuring span; voltage fed in parallel to a first summing amplifier 4 and a first subtracting amplifier 5. Two opposing traveling wave signals appear at the outputs of these amplifiers (both can still be multiplied by a freely selectable scale factor):

«(f) = u,„ -I- Rx,- i„, /Mf)- -Un + K-L- «(F) = u," -I- R x , - i ", / Mf) - -U n + KL-

ς d. h. Signale mit einem Zeitverlauf, welcher dem an Meßort x = 0 auftretenden Zeitverkauf von zueinandei gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeord net werden kann. Anzumerken ist, daß im Sinn« ς ie signals with a time course which can be assigned to the time sale occurring at measuring location x = 0 of traveling waves moving in opposite directions on the line. It should be noted that in mind "

vorliegender Erfindung dieser Zuordnung mit verschiedenen Modifikationen der ursprünglichen Meßsignale, d. h. Meßspannung und Meßstrom, vereinbar ist, insbesondere einer bei stärkerem Oberwellengehalt zweckmäßigen Filterung zur Betonung einer Frequenzkomponente oder auch mit einer Begrenzung oder einer ähnlichen Umformung der Meßsignale, durch welche die Phasenbeziehungen der gegenläufigen Wanderwellensignale nicht wesentlich gestört werden.present invention of this assignment with various modifications of the original measurement signals, d. H. Measurement voltage and measurement current, is compatible, especially one with a higher harmonic content appropriate filtering to emphasize a frequency component or with a limitation or a similar transformation of the measurement signals, through which the phase relationships of the opposing traveling wave signals are not significantly disturbed.

Im Beispielsfall ist die praxisnahe Annahme getroffen, daß die Wanderwellensignale nicht nur vor dem Kurzschluß, sondern auch danach eine der Netzfrequenz entsprechende, dominante Frequenzkomponente aufweisen, so daß eine besondere Eingangsfilterung nicht erforderlich ist.In the example, the practical assumption is made, that the traveling wave signals not only before the short circuit, but also afterwards one of the network frequency have corresponding, dominant frequency components, so that a special input filtering is not required.

Die gegenläufigen Wanderwellensignale werden nach Durchlaufen jeweils eines zweiten Summier- bzw. Subtrahierverstärker 4' bzw. 5' — diese dienen noch zu erläuternden Korrekturzwecken — in Form von korrigierten Wanderwellensignalen a'(t)und b'(t)einem beispielsweise üblichen Phasendetektor Ph zugeführt, an dessen Ausgang ein grundsätzlich bereits zur Kurzschlußüberwachung geeignetes Detektionssignal d(t) verfügbar ist. Die Wanderwellensignale stehen außerdem an Ausgängen A, B für andere Fehlerschutzzwecke, etwa auch für eine Fehlerrichtungs- oder Fehlerdistanzbestimmung, zur Verfügung.The opposing traveling wave signals are fed through a second summing or subtracting amplifier 4 'or 5' - these are used for correction purposes to be explained - in the form of corrected traveling wave signals a '(t) and b' (t) to a phase detector Ph , which is customary, for example , at the output of which a detection signal d (t) , which is basically already suitable for short-circuit monitoring, is available. The traveling wave signals are also available at outputs A, B for other error protection purposes, such as for determining the error direction or error distance.

Ferner ist in F i g. 1 eine spezielle Phasenüberwachungsschaltung — ebenfalls im Anschluß an die Ausgänge von 4', 5' — dargestellt. Hierin werden die Wanderwellensignale einem Funktionsmultiplikator 6 zugeführt, dessen Ausgang ein entsprechendes Produktsignal p(t) einem Integrator 8 mit Verstärker 9 und Gegenkopplungskondensator 10 zuführt. Das Produktsignal p(t) kann an sich bereits als Maß für die gegenseitige Phasenlage der beiden Wanderwellensignale und damit grundsätzlich als Detektionssignal verwendet werden. Die nachfolgende Integration bewirkt eine Unterdrückung von störenden Oberwellen und ermöglicht so eine vergleichsweise empfindliche Grenzwertüberwachung mittels eines auf einen entsprechend niedrigen Grenzwert eingestellten Schwellenwertschalter 13. Zusätzlich ist an den Ausgang des Integrators 8 ein auf einen höheren Grenzwert eingestellter, zweiter Schwellenwertschalter 14 angeschlossen, der bei gegebener Anstiegsgeschwindigkeit des Zeitintegrals eine größere Ansprechverzögerung aufweist. Der Ausgang dieses zweiten Schwellenwertschalters kann demgemäß zur Nachprüfung der ersten, verzögerungsärmeren und empfindlicheren Fehlerdetektion verwendet werden.Furthermore, in FIG. 1 shows a special phase monitoring circuit - also following the outputs of 4 ', 5' - shown. The traveling wave signals are fed to a function multiplier 6, the output of which feeds a corresponding product signal p (t) to an integrator 8 with an amplifier 9 and a negative feedback capacitor 10. The product signal p (t) can in itself already be used as a measure of the mutual phase position of the two traveling wave signals and thus in principle as a detection signal. The subsequent integration causes a suppression of interfering harmonics and thus enables a comparatively sensitive limit value monitoring by means of a threshold value switch 13 set to a correspondingly low limit value The rate of rise of the time integral has a greater response delay. The output of this second threshold value switch can accordingly be used to check the first, less delayed and more sensitive error detection.

Die Netzfiequenzkomponenten der gegenläufigen Wanderwcl'ensignale sind im Bereich der normalen Betriebszustände im wesentlichen gegenphasig, sofern der Betrag der Leitungseingangsimpedanz nicht unter denjenigen des Widerstandsfaktors Rw absinkt, nach Kurzschlußeintritt dagegen im wesentlichen gleichphasig. Das Produktsignal p(t) ist dann im ersten Fall negativ und im zweiten Fall positiv. Wegen der im allgemeinen geringen Phasendifferenzen zwischen Leitungsspannung und Leitungsstrom im Normalbetriebszustand wird das Produktsignal p(t) kurzzeitig negativ. Zur Gewinnung eines definierten Signalnivcaus im Normalbetricbszustand kann daher gemäß Fig. 1 eine im wesentlichen als Einweggleichrichter wirkende Diode 12 am Eingang des Integrators vorgesehen werden, welche die negativen Werte des Produktsignals eanz oder teilweise unterdrückt bzw. auf einen geringenThe network frequency components of the opposing Wanderwcl'ensignale are in the range of normal operating conditions essentially in phase opposition, provided that the amount of the line input impedance does not fall below that of the resistance factor R w , after the occurrence of a short circuit, however, essentially in phase. The product signal p (t) is then negative in the first case and positive in the second case. Because of the generally small phase differences between line voltage and line current in the normal operating state, the product signal p (t) is briefly negative. In order to obtain a defined signal level in normal operation, a diode 12, essentially acting as a half-wave rectifier, can therefore be provided at the input of the integrator according to FIG

Betrag begrenzt. Ein derartiges polarisiertes Unterdrückungsglied kann grundsätzlich auch am Ausgang des Integrators oder — wie im Beispiel dargestellt — parallel zum Gegenkopplungszweig des Integrators angeordnet werden.Limited amount. Such a polarized suppression element can in principle also be used at the output of the integrator or - as shown in the example - parallel to the negative feedback branch of the integrator to be ordered.

Ein Entladewiderstand 1' sorgt für die Rückstellung des Integrators in einen neutralen Ausgangszustand nach Fortfall eines fehlerindizierenden Produktsignals. Gegebenenfalls kann statt dessen auch eine Entlade-Schaltvorrichtung verwendet werden, die in naheliegender Weise nach erfolgter Fehlerdetektion zu betätigen ist.A discharge resistor 1 'takes care of the reset of the integrator to a neutral initial state after the failure of an error-indicating product signal. If necessary, a discharge switching device can also be used instead, which is more obvious Way is to be operated after fault detection.

Für im fehlerfreien Betrieb evtl. auftretende Leitungseingangsimpedanzen, deren Betrag unter demjenigen des Widerstandsfaktors Rw liegt, wird das Produktsignal p(t) bereits ohne Fehlereintritt schwach positiv. Dies trifft naturgemäß bevorzugt für vergleichsweise groß eingestellte, z. B. im Bereich des Wellenwiderstandes der Leitung liegende Widerstandsfaktoren Rw zu. Zur Korrektur der Signalverhältnisse für extreme Lastzustände im fehlerfreien Betrieb im Sinne der Vermeidung einer Fehlervortäuschung bestehen verschiedene Möglichkeiten, die in F i g. 1 angedeutet sind.For line input impedances that may occur in error-free operation, the magnitude of which is below that of the resistance factor R w , the product signal p (t) becomes weakly positive even without the occurrence of an error. Naturally, this is preferred for comparatively large settings, e.g. B. in the range of the characteristic impedance of the line resistance factors R w to. To correct the signal conditions for extreme load conditions in error-free operation in order to avoid false pretenses, there are various possibilities, which are shown in FIG. 1 are indicated.

Hierzu kann an einem an den Meßspannungskanal angeschlossenen Konstantfaktormultiplikator in Form eines Potentiometers 36 ein Korrektursignal si<(t) abgegriffen und über die bereits erwähnten Verstärker 4' bzw. 5' mit der durch die Vorzeichen der dargestellten Verstärkereingänge bestimmten Polarität den ursprünglichen Wanderwellensignalen aditiv überlagert werden. So ergeben sich die korrigierten Wanderwellensignale For this purpose, a correction signal si <(t) can be tapped from a constant factor multiplier connected to the measuring voltage channel in the form of a potentiometer 36 and superimposed on the original traveling wave signals via the aforementioned amplifier 4 'or 5' with the polarity determined by the sign of the amplifier inputs shown . This is how the corrected traveling wave signals result

a U) = uj\ + K) + Rw ■/„, /''O= -uj\ + K) + Rw-im. a U) = uj \ + K) + R w ■ / ", /" O = -uj \ + K) + R w -i m .

Hierbei ist der Korreklurfaktor K am Potentiometer 36 z. B. gemäß der BeziehungHere, the correction factor K on the potentiometer 36 z. B. according to the relationship

mit dem Widerstandsfaktor R„ und einem vorgesehenen Minimalbetrag /?„„„ der Leitungseingangsimpedanz im fehlerfreien Zustand einzustellen. Für das korrigierte Produktsignal gilt dann:with the resistance factor R " and a specified minimum amount /?""" of the line input impedance in the error-free state. The following then applies to the corrected product signal:

PU)= -1,J1(I + K)1 + Ri- i2 m. PU) = -1, J 1 (I + K) 1 + Ri- i 2 m .

so Das in u,„ quadratische Glied wird demgemäß so erhöht, daß für den gesamten vorgesehenen Lastbcrcich passende Vorzeichenverhältnisse gegeben sind.so The term in u, " is increased accordingly in such a way that suitable sign ratios are given for the entire intended load range.

Diese Korrektur kann gegebenenfalls auch irr Spannungsmeßkanal vor dem Summier- und Subtra-If necessary, this correction can also be carried out in the voltage measuring channel before the summing and subtracting

ss hiergliedcrn für die Wandcrwellcnsignalbildung vorgenommen werden, etwa mit dem in Fig. 1 strichlicri angedeuteten Konstantfaktormultiplikator 3a, der jedoch als Verstärker mit einem Vcrstärkungsfaktoi (1 + /^wirken muß.This is done here for the formation of the wall wave signal be, for example with the dashed line in Fig. 1 indicated constant factor multiplier 3a, which, however, as an amplifier with a gain factor (1 + / ^ must act.

ι«. FJne andere Alternative ist in Fig. 1 mit den Schaltungszwcig zwischen den Punkten C und I angedeutet, und zwar in Form eines mit de Meßspannung beaufschlagten Bctragsbildncrs, hie eines Quadrierverstärkers 15 mit nachfolgendenι «. Another alternative is indicated in FIG. 1 with the circuit between points C and I , namely in the form of a carrier to which the measuring voltage is applied, ie a squaring amplifier 15 with subsequent

(.s Konstantfaktormultiplikator in Gestalt eines Potcntio meters 16. Es ergibt sich hier ein Korrcktursignal(.s constant factor multiplier in the form of a Potcntio meters 16. There is a correction signal here

S. IfIS. IfI

K ■ ■ ic K ■ ■ ic

mit dem Korrekturfaktorwith the correction factor

K' =K '=

Dieses Korrektursignal wird mittels Summierwiderständen 7 und 17 dem Produktsignal additiv überlagert und hat bei der angegebenen Einstellung des Korrekturfaktors ebenfalls die beabsichtigte Eindeutigkeit der Vorzeichenverhältnisse zur Folge. Die zuletzt beschriebene Ausführung erfordert zwar einen Multiplikator anstelle einfacher Summierglieder, läßt jedoch die ursprünglichen Wanderwellensignale, etwa für eine anderweitige Fehlerrichtungs- oder Fehlerdistanzbestimmung, unbeeinflußtThis correction signal is generated by means of summing resistors 7 and 17 are additively superimposed on the product signal and, with the specified setting of the Correction factor also results in the intended uniqueness of the sign ratios. The last described embodiment requires a multiplier instead of simple summing elements, but leaves the original traveling wave signals, e.g. for a different error direction or error distance determination, unaffected

Für die in den F i g. 2A, 2B und 3 veranschaulichte Wirkungsweise gilt folgendes:For the in the F i g. 2A, 2B and 3 illustrated The following applies:

Im Zeitpunkt ίο zeigt der Meßstrom /m einen starken Anstieg über den vorangehenden Verlauf, während die Meßspannung um eine sehr viel geringere Änderung erfährt und im wesentlichen nur stärker oberwellenhaltig wird. Ein derartiger Spannungs- und Stromverlauf entspricht praktischen Verhältnissen für Leitungskurzschlüsse nicht allzu nahe am Meßort Vor wie nach dem Kurzschluß tritt jedenfalls in Strom und Spannung die Netzfrequenzkomponente weitaus dominierend hervor, so daß beispielsweise keine besondere Eingangsfiltemng erforderlich ist.At the point in time ίο, the measuring current / m shows a strong increase over the previous curve, while the measuring voltage u m experiences a much smaller change and essentially only contains more harmonics. Such a voltage and current curve corresponds to practical conditions for line short circuits not too close to the measurement location. Before and after the short circuit, the mains frequency component is in any case dominant in the current and voltage, so that, for example, no special input filtering is required.

In Fig.2B ist der Verlauf der gegenläufigen Wanderwellensignale φ) und b(t) vor und nach dem Kurzschluß angedeutet Der abrupte Übergang zwischen annähernder Gegenphasigkeit und annähernder Gleichphasigkeit dieser Signale im Zeitpunkt to, d. h. bei Eintreffen der fehlerkennzeichnenden Wanderwellen am Meßort, entspricht ebenfalls praktisch gemessenen Verhältnissen. Die vergleichsweise geringe Abweichung von genauer Gegenphasigkeit der gegenläufigen Wanderwellensignale hat für den in Fig.3 dargestellten Zeitverlauf des Produktsignals p(t) vor Kurzschlußeintritt ein kurzzeitiges, periodisches Hinüberwechseln in den positiven Bereich bei ansonsten ganz überwiegendem Verlauf im negativen Bereich zur Folge. Diese Erscheinung wird durch die erläuterten Korrekturmaßnahmen, die hier nicht mehr dargestellt sind, ausgeglichen. Nach Kurzschluß hat das Produktsignal umgekehrt einen weitaus überwiegend positiven Verlauf bei nut kurzzeitig periodischem Hinüberwechseln in den negativen Bereich, der im übrigen für die Fehlerdetektion nicht mehr wirksam werden kann. Das ebenfalls inThe course of the opposing traveling wave signals φ) and b (t) before and after the short circuit is indicated in FIG. 2B measured proportions. The comparatively small deviation from exact antiphase of the opposing traveling wave signals results in a brief, periodic change to the positive range for the time course of the product signal p (t) shown in FIG. This phenomenon is compensated for by the corrective measures explained, which are no longer shown here. After a short circuit, the product signal, conversely, has a largely positive course with only a brief periodic changeover into the negative range, which, moreover, can no longer be effective for error detection. That also in

ίο Fig.3 dargestellte, integrale Detektionssignal d(t) bleibt für die Intervalle mit negativem Produktsignal vor Kurzschlußeintritt infolge der ifi F i g. 1 erläuterten Unterdrückungsschaltung praktisch auf 0, wobei die kurzfrisitgen positiven Abschnitte des. Integrandensignals durch das abklingende Zeitverhalten infolge des Entladewiderstandes 11 auch ohne besondere Korrektur nach geringer Zeit am Ausgang des Integrators unwirksam werden.
Ab (0 steigt das integrale Detektionssignal dft) im
The integral detection signal d (t) shown in FIG. 3 remains for the intervals with a negative product signal before the occurrence of a short circuit as a result of the ifi F i g. 1, the suppression circuit explained practically to 0, the short-term positive sections of the integrand signal becoming ineffective after a short time at the output of the integrator due to the decaying time behavior due to the discharge resistance 11, even without a special correction.
From (0, the integral detection signal dft rises) im

wesentlichen monoton an, so daß bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes S\ zur Zeit t\ die Auslösung des ersten Schwellenwertschalters sowie bei Überschreiten eines zweiten Grenzwertes Si zur Zeit h die Auslösung des zweiten Schwellenwertschalters eintritt.essentially monotonously, so that when a first limit value S \ is exceeded at time t \ the first threshold value switch is triggered, and when a second limit value Si is exceeded at time h, the second threshold value switch is triggered.

Es wird hier ersichtlich, daß die Zeitverzögerung zwischen to und der jeweiligen Auslösung nicht grundsätzlich, sondern nur durch die Integrationszeitkonstante des Integrators, d. h. im wesentlichen durch die beabsichtigte Filterwirkung im Hinblick auf höherfrequente Störsignale bedingt ist Weiterhin wird deutlich, daß grundsätzlich auch eine Detektion mit der beiden Grenzwerten unmittelbar durch das Produktsignal zu den Zeitpunkten t\ und t{ bei noch geringerer im wesentlichen nur durch den Zeitverlauf der Signale bedingter Verzögerung möglich ist Der Auslöseverzug kann im übrigen ersichtlich durch die Einstellung dei Auslöse-Grenzwerte beeinflußt werden und hängt aucl in dieser Hinsicht im wesentlichen nur von der Störsignalverhältnissen ab.It can be seen here that the time delay between to and the respective triggering is not fundamentally, but only due to the integration time constant of the integrator, i.e. essentially due to the intended filter effect with regard to higher-frequency interference signals Both limit values are possible directly by the product signal at times t \ and t { with an even lower delay, essentially only caused by the time course of the signals essentially only depends on the interference signal conditions.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

709 647/32709 647/32

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Detektion von Kurzschlüssen auf Leitungen, die mit eine Wechselkomponei ithaltenden Spannungen und Strömen betriebe .v erden, durch Erfassung des Zeitverlaufes von Spannung und Strom an einem Meßort in Form von Meßspannungen und Meßströmen, dadurch gekennzeichnet, daß aus Meßsponnung und ιυ Meßstrom oder daraus abgeleiteten Größen Wanderwellensignale der Form1. Method for the detection of short circuits on lines which ithaltenden with an alternating component Operate voltages and currents by recording the time course of voltage and current at a measurement location in the form of measurement voltages and measurement currents, characterized in that that traveling wave signals from measurement voltage and measurement current or variables derived therefrom the form
DE19752531203 1975-06-19 1975-07-12 Method and device for the detection of short circuits on lines Expired DE2531203C3 (en)

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DE2531203B2 DE2531203B2 (en) 1977-04-07
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