DE2608572A1

DE2608572A1 - Vorrichtung zur ueberwachung einer hochspannungsleitung

Info

Publication number: DE2608572A1
Application number: DE19762608572
Authority: DE
Inventors: Arthur F Dickerson
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2608572C3; GB1535124A; DE2608572B2; SE7602161L; US4002950A; JPS51113135A; JPS5623370B2; SE419012B

Description

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Anmelderin: Stuttgart, 27. Februar 1976

Hughes Aircraft Company P 314-2 S/kg Gentinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A_o

Vorrichtung zur Überwachung einer Hochspannungsleitung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsübertragung auf einer Hochspannungsleitung, mit einer Fühleinrichtung, die auf Änderungen der übertragenen Leistung anspricht und ein Steuersignal erzeugt, wenn sie eine Änderung feststellt, die für einen möglichen Fehlerzustand charakteristisch ist*

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In manchen Anlagen zur Leistungsverteilung hat die mögliche Stärke von Kurzschlußströmen ständig zugenommen und einen Wert erreicht, daß die Belastbarkeit vorhandener Einrichtungen durch Fehlerströme erreicht oder sogar schon überschritten ist. Der Grund für diese Tendenz besteht vornehmlich in dem zunehmenden Leistungsverbrauch pro Flächeneinheit eines Versorgungsgebietes. Die damit verbundenen Probleme werden kompliziert durch die Forderungen nach Systemsicherheit, die zu engen Verbindungen mit benachbarten Systemen und zu einer Vielzahl paralleler Übertragungsleitungen innerhalb jedes Systems geführt haben_e Es gibt eine Anzahl überzeugender Argumente dafür, daß die Zunahme der möglichen Kurzschluß-Stromstärke in einem geometrischen Verhältnis erfolgt« Dieser Faktor in Verbindung mit zunehmenden Instal— lationskosten und verlängerten Lieferzeiten bei der Beschaffung neuer Einrichtungen bilden ein starkes Argument für die Anwendung von strombegrenzenden Einrichtungen als Alternative zu der bisherigen Übung, Leistungsschalter zu ersetzen oder in ihrer Leistungsfähigkeit zu verbessern, wenn ihre Nennwerte für die Anlage nicht mehr ausreichen«,

Es sind viele Einrichtungen verwendet worden,, um Fehlerströme zu begrenzen· Hierzu gehören LC-Resonanzkreise, sättigbare Blindwiderstände und, bei niedrigen Spannungen, statische Leistungsschalter, die von

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zwangsgesteuerten Thyristoren Gebrauch machen. Diese Einrichtungen haben individuelle Vor- und Nachteile, jedoch ist allen der Nachteil gemeinsam, daß sie beim Betrieb unter Normalbedingungen beträchtliche Leistungsverluste verursachen. Außerdem sind solche Einrichtungen, die von Blindwiderständen Gebrauch machen, sehr sperrig und verursachen weitere Probleme, die auf transiente Überspannungen und harmonische Ströme zurückzuführen sind.

Das Einschalten eines Widerstandselementes in Serie zu einem Leiter bei Auftreten eines Fehlerzustandes hat gewisse, interessante Vorteile, erfordert jedoch ein schnelles Ansprechen und daher eine verfeinerte Überwachung und Steuerung. Um wirksam zu sein, muß eine solche Einrichtung in der Lage sein, den zur Strombegrenzung dienenden Widerstand in den Leiter in einer Zeitspanne von etwa einer Millisekunde nach dem Auftreten des Fehlerzustandes einzuschalten. Wegen der Vielzahl von Querverbindungen in vielen Anlagen ist eine Betriebsfähigkeit bei Übertragungsspannungen von 138 kV und mehr erwünschte

Bis vor kurzem standen keine Einrichtungen zur Verfügung, die in der Lage gewesen wären, sowohl schnell genug anzusprechen als auch bei ausreichend hohen Spannungen zu arbeiten, um das Einschalten von strombegrenzenden Widerständen in Übertragungsleitungen

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«•impraktikabel zu machen« Während des vergangenen Jahres haben jedoch Versuche gezeigt, daß die Unterbrechung von Hochspannungs-Gleichstromleitungen bei Spannungen von 100 kV und Strömen von i kA in so kurzen Zeiten wie 2 ms möglich ist_o Versuche mit verbesserten Ausführungen dieser Einrichtungen wurden bis zur Unterbrechung von Strömen von 5 kA getrieben, unter Beibehaltung der Größe der 100 kV-Module_e Außerdem wurden Öffnungszeiten mit Prototypen mechanischer Schalter erreicht, die für die angegebenen Strom- und Spannungspegel geeignet sind, die nur etwa eine Millisekunde betragene Die Anwendung von strombegrenzenden Widerständen in Leitungssystemen sind in den US-PSen 3 611 031, 3 641 358, 3 660 723, 3 657 607, 3 777 179, 3 781 606 und Re. 27 557 beschrieben. Hierbei finden bevorzugt zur Stromunterbrechung Schaltröhren mit gekreuzten Feldern Verwendung, die einen sie durchfließenden Strom unterbrechen und dadurch auf einen parallelen Widerstand übertragen können„

Bekannte Verfahren zur Feststellung eines Fehlers, nämlich die Messung des Effektivwertes des Fehlerstromes, erfordern eine lange Abtastperiode, die mehrere Perioden eines Wechselstromes umfaßt, also in der Größenordnung von einigen zehn Millisekunden

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liegt. Diese bekannten Methoden sind für "bekannte Leistungsschalter geeignet, die für das öffnen der Kontakte und das Löschen des Lichtbogens wenigstens zwei Perioden benötigen«.

Bei den bekannten Methoden zur Fehlerfeststellung wird der Leistungsachalter ausgelöst, wenn der gemessene Effektivwert des Leitungsstromes einen vorbestimmten, kritischen Wert überschreitet₀ Es ist offensichtlich, daß die Feststellung eines Fehlerzustandes in einer kürzeren Zeit als einer Periode des Wechselstromes nicht direkt erfolgen kann und auf den Effektivwert durch die Extrapolation des Anfanges eines sich aufbauenden Fehlerstromes geschlossen werden muß. Eine weitere Komplikation für eine solche Extrapolation liegt in der Tatsache, daß Fehler in jedem Augenblick während der Periode eines Wechselstromes beginnen kann.

Kürzliche Entwicklungen in Leistungsschaltern umfassen Einperioden-Schalter, Synchronschalter und auch mit Strombegrenzung arbeitende Schalteinrichtungen«, Die Wirksamkeit dieser kürzlich entwickelten Leistungsschalter hängt davon ab, daß zur Feststellung eines Fehlerzustandes sehr kurze Zeitabschnitte ausreichen, d.h_o die Fehlerfeststellung in Zeiten erfolgt, die zwischen weniger als einer Millisekunde und einigen wenigen Millisekunden liegte

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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung der Leistungs~ Übertragung zu schaffen, die auf den Beginn eines Fehlerzustandes sehr schnell anspricht und dadurch gewährleistet, daß die Leistungsübertragung in der fehlerhaften Leitung unterbrochen oder begrenzt wird, bevor Fehlerströme einen nicht mehr beherrschbaren Wert annehmenο

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die kühleinrichtung mit einem Fehlersimulator gekoppelt ist, der einen Oszillator, eine Schalteinrichtung und einen Differenzbildner umfaßt und in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein vom Ausgangssignal des Differenzbildners gebildetes Bezugssignal erzeugt, das sich zeitlich in der gleichen Weise ändert wie die übertragene Leistung bei einem tatsächlichen Fehlerzustand, wobei der Oszillator Ausgangssignale erzeugt, die gegenüber der Leitungsspannung um 90 phasenverschoben sind und mittels der Schalteinrichtung über zwei parallele Zweige zwei zugeordneten Eingängen des Differenzbildners zugeführt werden, solange kein Fehlerzustand vorliegt, wogegen bei Auftreten eines möglichen Fehlerzustandes das Steuersignal die Schalteinrichtung veranlaßt, einen Eingang des Differenzbildners von dem Oszillator abzutrennen und auf dem Potential festzulegen, welches das Ausgangssignal des Oszillators

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im Augenblick des Abtrennens hatte, und daß ein Komparator zum Vergleich eines Leitungssignales, das für den von der Leitung geführten Strom charakteristisch ist, und des Bezugssignales vorhanden ist, der ein Fehlersignal zum Auslösen einer Leistungsschalteinrichtung erzeugt, wenn das Leitungssignal das Bezugssignal überschreitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Unterscheidung zwischen drei unterschiedlichen Vorgängen, nämlich 1. kurzzeitigen Störungen, wie Blitzschlägen, 2_O leichten Fehlerzuständen, die von vorhandenen Leistungsschaltern bewältigt werden können, und 3. schweren Fehlerzuständen, welche eine Strombegrenzung erfordern. Wenn die Vorrichtung diese Unterscheidung getroffen hat, kann sie strombegrenzende Einrichtungen entsprechend steuern. Bei einer kurzzeitigen Störung wird kein Vorgang ausgelöste Bei einer leichten Störung wird der mechanische Leitungsschalter einer Leistungaschalteinrichtung geöffnet, jedoch nach etwa 10 ms wieder geschlossen» Bei einem schweren Fehler wird dagegen der Leitungsschalter geöffnet und nach 1 ms die Folge von Schaltschritten ausgelöst, die zum Einfügen eines strombegrenzenden Widerstandes führen. Bei einer Leitung zur Übertragung eines Dreiphasen-Stromes werden die Wechselströme verschiedener Phasen einzeln hinsichtlich

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des zeitlichen Verlaufes von Spannung und Stromstärke überwacht. Die Überwachung muß befriedigend auch in einer stark verrauschten Umgebung erfolgen können, wie sie typischerweise im Bereich von Schaltanlagen vorliegt. Die Leitungsspannung wird nur zur Feststellung der Nulldurchgänge benutzt« Diese Information wird zur Synchronisation des Oszillators verwendet, dessen Ausgangssignal dem Cosinus der Spannung des Bezugswechselstromes gleich ist, gegenüber dessen Spannung also um 90° phasenverschoben isto Die dadurch gebildete Zeitbasis wird zum Simulieren eines Fehlerstromes verwendet, wenn die Fühleinrichtung feststellt, daß ein Fehler aufgetreten ist. Wenn ein Fehlerzustand eingetreten ist, läßt der Oszillator während der folgenden sechzehn Perioden die Information über die Nulldurchgänge außer Betracht. Demgemäß versucht der Oszillator die Spannung des die Leitung speisenden Generators während des Fehlerzustandes anzugeben, indem er durch sein Schwingen extrapoliert, welches die Generatorspannung sein müsste, wenn der Fehler nicht eingetreten wäre_o Der Cosinus wird an Stelle des Sinus verwendet, um die Blindkomponente des Stromes zu simulieren, die bei einem einbrechenden, schweren Fehlerzustand für die Steuerung von größer Bedeutung isto

Der spezielle, ausgewählte Wechselstrom wird fortlaufend überwachte Wenn er beispielsweise während iOO us einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet,

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der den maximalen Lastatrom repräsentiert, vor_ zugsweise unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes, wird angenommen, daß ein Fehlerzustand eingetreten ist. Die tatsächliche Größe des Wechselstromes wird dann mit einem simulierten Wert des maximal zulässigen Fehlerstromes verglichen, der auch die Verschiebung berücksichtigt, die sich aus dem Zeitpunkt ergibt, zu dem der Schwellenwert überschritten wurde. Wenn der Leitungsstrom den simulierten Wert nach einer Integrationszeit von Λ ms überschreitet, wird der strombegrenzende Widerstand eingeschaltet.

Eine Methode zur Extrapolation des Effektivwertes des Fehlerstromes zum Zweck der Reduktion der Ansprechzeit besteht darin, den Strom abzutasten und die abgetasteten Werte einem digitalen Datenanalysator zuzuführen, um einen zu erwartenden Fehlerstrom festzustellen. Sollte die durch Extrapolation ermittelte Amplitude einen vorbestimmten kritischen Wert überschreiten, wird die Leistungsschalteinrichtung ausgelöst. Obwohl dieser Weg gangbar ist, führt die Anwendung eines digitales Analysators zu einer übermäßigen Kompliziertheit des Sensors.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine einfachere Methode angewendet als die der

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Analysierung digitaler Daten«, Wenn ein möglicher Fehlerzustand festgestellt wird» was vorzugsweise innerhalb von 100 /ta nach dem Eintreffen der Welle eines Überstromes der Fall sein soll, wird der Netzwerk-Simulator ausgelöst, um den simulierten Fehlerzustand in Phase mit dem Fehlerzustand auf der Leitung zu erzeugen·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Netzwerk-Simulator drei identische Kreise, die alle von Operationsverstärkern zum Vergleich von BezugsSignalen und AusgangsSignalen des Fehlerdetektors Gebrauch machen, um ein einziges digitales Ausgangssignal jedes Kreises für die entsprechende Schalteinrichtung und einen Komparator zu erzeugen.

Der simulierte Fehlerstrom bildet ein Bezugssignal und es werden sowohl das Bezugssignal als auch der abgetastete Fehlerstrom einem Differential-Komparator zum Vergleich zugeführt. Das Ausgangssignal des Differential-Komparators ist vorzugsweise digital und es wird ein tatsächlicher Fehlerstrom, der den Bezugsstrom während der Abtastperiode überschreitet, als ausreichend schwerwiegend betrachtet, um eine Strombegrenzung zu erfordern.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine verbesserte Überwachung von Wechselstromnetzen zum Zwecke der Unterbrechung fehlerhafter Leitungen geschaffene

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Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Methode die Anwenc uii]; eine r einfachen Vorrichtung zur schnellen Feststellung el~:. - Fehlerstromes und die Steuerung schnell wirkender Schalteinrichtungen. Dabei wird besonders die Simulierung des Fehlerzustandes in Ubertragungsleitungen verbessert.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig_o 1 das Diagramm eines typischen Laststromes sowie des Fehlerstromes auf einer Hochspannungs-Wechselstromleitung und veranschaulicht die Stromunterbrechung, wie sie mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt wird,

Figo 2 das Blockschaltbild einer typischen Stromverteilungsanlage mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Strombegrenzung,

BAD ORlQINAL

f, Π 9 R 3 8 / Π 7 R ^r)

Fig. 2a ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Vorrichtung zur Strombegrenzung der Anlage' nach Fig. 2, das Kurven für den Laststrom,den Fehlerstrom und den durch Einschalten einer Impedanz begrenzten Fehlerstrom wiedergibt,

Figo 3 das Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung für eine dreiphasen-verschobene Wechselströme 01, 02 und 03 führende Leitung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3a ein Diagramm, das den tatsächlichen Fehlerstrom, den simulierten Fehlerstrom, den Laststrom und einen Schwellenwert wiedergibt, welche den kritischen Wert zum Auslösen einer Strombegrenzung nach den Lehren der Erfindung wiedergibt,

Fig. 3b und 3c Schaltbilder von Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3»

Fig. 4- ein detaillierteres Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung für eine dreiphasen-verschobene Wechselströme 01, 02, 03 führende Leitung und

Fig. 5 das Schaltbild einer Logikanordnung, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Steuerfunktionen übernimmtο

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Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt einen typischen Laststrom Il für ein elektrisches Verteilungsnetz, beispielsweise ein Netz, das zwei Stränge aufweist, die von getrennten Generatoren gespeist werden, und das über übliche Leistungsschalter Ubertragungsleitungen speist. Ein typischer Kurzschlußatroni, der in Fig. 1 für ein solches Wetz veranschaulicht ist, kann bei einem symmetrischen Fehlerzustand eine Stärke von 40 kA erreichen, wogegen der normale Laststrom 2 kA beträgt. Wenn der Kurzschlußstrom unterbrochen werden soll, bevor er eine Stärke von 10 kA erreicht, ist eine schnelle Feststellung des Fehlers und das Auslösen des Schaltvorganges innerhalb einer Millisekunde erforderlich, wie es die Erfindung ermöglicht. Der Schaltvorgang enthält das Öffnen eines in der Leitung liegenden Schalters, wie des Leitungsschalters 10 in der zux· Strombegrenzung dienenden Schalteinrichtung nach Figo 2, durch welches öffnen der Kurzschlußstrom auf eine Schaltröhre 18 mit gekreuzten Feldern oder einen anderen geeigneten Schalter übertragen wird, der anschließend geöffnet wird, um den Strom auf ein paralleles, zur Strombegrenzung dienendes Widerstandselement in der zur Strombegrenzung dienenden Einrichtung 12 zu übertragen, wie beispielsweise den Widerstand 22. Wenn einmal der Widerstand 22 eingeschaltet ist, ist der Strom im Anschluß daran niedrig, wie es Fig. 2a zeigt, so daß die Fehlerstelle bei einem Strom, wie er von üblichen Leistungsschaltern bewältigt werden kann, abgetrennt werden kann_o

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_ 14 -

Ein typiachea "Verteilungsnetz für eine Phase der strombegrenzenden Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt ο Die strombegrenzende Einrichtung 12 ermöglicht das Einschalten eines Widerstandes 22 in den einen Wechselstrom führenden Leiter eines Wechselstrom-Verteilungsnetzes zur Begrenzung des Fehlerstromes _o Der Wert dea Widerstandes reduziert den Strom auf einen niedrigen Pegel, bei dem der Fehler beseitigt werden kann, indem die üblichen Leistungaschalter in den Schaltstationen geöffnet werden«, Bis vor kurzem standen keine Vorrichtungen zur Verfügung, die sowohl schnell genug ansprachen als auch einen Betrieb bei ausreichend hohen Spannungen und Strömen ermöglichten, als daß von dem Einschalten strombegrenzender Impedanzen in Übertragungsleitungen hätte Gebrauch gemacht werden können_o

Die strombegrenzende Einrichtung 12 umfaßt drei Hauptbauteile, die zwischen den einen Kondensator 20 umgehenden Leitungen 14 und 16 eingeschaltet sind. Bei der Schaltröhre 18 mit gekreuzten Feldern handelt es sich um eine Kaltkathoden-Glimmentladungs-Röhre, die das Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes erfordert, wenn sie in den leitenden Zustand gebracht werden soll. Wenn dieses Feld abgeschaltet wird, fällt der Strom zwischen den Hauptelektroden in einer Zeit von wenigen Mikrosekunden auf WuIl ab„ Die Elektrodenstrecke hat

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Isolationseigenschaften, wie sie im Vakuum vorliegen, und hält daher leicht hohen Spannungen stand. Spezielle Beispiele von Schaltröhren mit gekreuzten Feldern sind in den US-PSen 3 638 061, 3 641 384, 3 604 977, 3 769 537, 3 558 960 und 3 678 289 behandelt.

Der Kondensator 20 dient zur Begrenzung der Geschwindigkeit des Spannungsanstieges während des Einschaltens der Impedanz. Die Impedanz 22 hat vorzugsweise die Form eines Widerstandes, der aus Thyrit-Blöcken besteht« Diese Blöcke haben eine nichtlineare Widerstandscharakteristik und es nimmt der Widerstand mit abnehmendem Strom zu. Die nichtlineare Charakteristik solcher Widerstände macht es möglich, den Strom auf normale Werte zu reduzieren, während die anfänglichen Spannungsstoße, die auf das Einschalten des Widerstandes zurückgehen, auf ein Minimum reduziert werden. Ea ist wichtig, einen Fehlerzustand so schnell wie möglich festzustellen, damit ein frühes Einschalten des Widerstandes möglich ist.

Beim Betrieb einer typischen strombegrenzenden Einrichtung 12 ist der Leitungsschalter 10 normalerweise geschlossen und es fließt ein Laststrom vom Generator 24 über die üblichen Stations-Leistungsschalter 26 über die in die Übertragungsleitung eingeschaltete Einrichtung 12 zur Last 28» Der

normale Betriebsstrom ist in Figo 2a durch eine Kurve 30 wiedergegeben. Wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, wird der Leitungsschalter 10 zur Zeit t,. geöffnet, so daß der Schalter zwischen seinen Kontaktstücken einen Lichtbogen zieht. Zur Zeit tp wird die Schaltröhre 18 eingeschaltet, die dadurch ein Löschen des Lichtbogens und eine Deionisierung der Strecke zwischen den Kontakten des Leitungsschalters 10 bis zur Zeit t^ ermöglicht« Die Zeit von dem Augenblick, in dem der Schalter 10 zu öffnen beginnt, bis zum Entionisieren der Strecke zwischen seinen Kontaktstücken zur Zeit t,, beträgt etwa 1 ms ο Danach wird zur Zeit t, die Schaltröhre gesperrt, wodurch der Widerstand 22 in die Leitung eingeschaltet wird, um den Strom auf der Leitung 32 zu reduzieren, wie es der Kurvenabschnitt 33 in Fig. 2a zeigt. Dadurch wird vermieden, daß der Fehlerstrom ungehindert ansteigt, wie es durch die gestrichelte Kurve 34- in Fig. 2a angedeutet ist. Der durch die Kurve 33 in Fig. 2a veranschaulichte begrenzte Fehlerstrom liegt im Bereich der Werte, die von normalen Leistungsschaltern 26 des Netzes noch beherrscht werden.

Ea ist bekannt, daß der als Ergebnis eines schweren Fehlerzustandes einen Leiter durchfließende Fehlerstrom gegenüber der Generatorspannung an diesem Leiter um 90° phasenverschoben ist und außerdem einen Gleichstrom- oder niederfrequenten Anteil enthält, der als "Verschiebung" bezeichnet wird und dessen Größe von

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dem Zeitpunkt in "bezug auf die Generatorperiode abhängt, in dem der Fehlerzustand eintritt. Wenn der Fehler in einem Augenblick auftritt, in dem die Generatorspannung Null ist, hat die Verschiebung einen Maximalwert. Umgekehrt ist die Verschiebung Null, wenn der Fehler in einem Augenblick auftritt, in dem die Generat or spannung ein Maximum hat. Die Polarität, der Verschiebung ist negativ, wenn die Generatorspannung abnimmt, und positiv, wenn die Generator-Spannung zunimmt, unabhängig von der augenblicklichen Polarität der Spannung.

Die vorstehend beschriebenen Verhältnisse ergeben sich aus der nachstehend behandelten mathematischen Analyseο Der Fehlerstrom If ist eine Funktion der Zeit, wie sie angenähert die folgende Gleichung (1) angibt

If - k'Ccos&t - COsWt₁), (1)

wenn für die Generatorspannung Vp-r,^ . -, .

^VGEN * ^sin
und weiterhin gilt

t. = Zeitpunkt des Beginns des Fehlerzustandes co = Kreisfrequenz der Generatorspanmmg k¹ = eine der Gesamtheit von Systemimpedanz

und Fe hl er impedanz zugeordnete Konstante,,

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Ein bedeutendes Merkmal des bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt in der Simulation des Fehlerströmes If einschließlich der richtigen Verschiebung mittels eines Operationsverstärkers und einer Abtast- und Halteschaltung. Ein Signal k¹ (cositA) wird beispielsweise dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers a (Fig. 4) zugeführt. In diesem Fall ist das Ausgangssignal des Verstärkers gemäß der folgenden Gl. (2) gleich Null:

V_D„„(a) - k'(cosivt) - k'(cos«yt) = O. (2) aus

In dem Augenblick, in dem eine Störung auf der Leitung erkannt wird, wird das Signal, das einem der Eingänge der Operationsverstärker zugeführt wird, beispielsweise das Signal am Eingang 4-9, angehalten und danach auf dem Wert gehalten, den es zur Zeit t,- des Anhaltens hatte. Danach hat das Ausgangssignal des Operationsverstärkers den sich nach der folgenden Gl. (5) ergebenden Wert:

V' „„(a) ^β k'cos&t - k'cosQt.. (3)

aus ι

Hierbei handelt es sich um den Ausdruck für den Fehlerstrom If bei Vorliegen eines schweren Fehlerzustandes. Die Konstante k¹ ist dem Netz eigen, in dem sich die Vorrichtung befindet, da sie.für die Impedanz des Netzes charakteristisch ist, und kann beim Einbau der Vorrichtung von Hand eingestellt

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werden. Das Signal cos <;t wird "beispielsweise vor dem Auftreten einer Störung von der Leitungsspannung Yl abgeleitet.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsfor ία der Erfindung für einen Wechselstrom 01 eines Dreiphasen-Ubertragungssystems. Die Leitungsspannung Vl wird überwacht und zur Synchronisation eines Dreiphasen-Oszillators 40 benutzt, dessen Ausgangssignale gegenüber den auf den drei Leitern des Systems unter normalen Lastbedingungen vorhandenen Wechselspannungen um 90° phasenverschoben sind. Der Leitungsstrom Il wird von einem voreingestellten Schwellenwertdetektor 42 überwachte Wenn der Leitungsstrom Il den eingestellten Schwellenwert eine bestimmte Zeit überschreitet, wird dem Fehlersimulator 38a ein digitales Ausgangssignal zugeführt, das einen elektronischen Schalter S1 (3PDT) öffnet. Das digitale Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors 42 wird entsprechenden Schaltungsanordnungen für die anderen Wechselströme in der gleichen Weise zugeführt, wie der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung die Signale von Schaltungsanordnungen für die anderen Wechselströme an den Eingängen zugeführt werden, die mit "von den anderen Phasen" bezeichnet sind. Entsprechend ist die zu den anderen Schaltungsanordnungen führende Leitung mit "zu den anderen Phasen" bezeichnet. Das digitale Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors löst auch einen Impulsgenerator 44 aus, der nach einer festgelegten Ztjit von etwa 1 ma ein verzögertes digitales Signal G erzeugt.

f- η Q 8 ? 8 / Q 2 ρ 5

Beim Betrieb des Fehlersimulators 38a nach Fig. 4 ist der Schalter S1 geschlossen, solange ein Fehlerzustand nicht festgestellt worden ist. Es sind dann die analogen Eingangssignale für den Operationsverstärker a die Signale k'cos vt und es ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers Null. Die "Verstärkung der beiden Operationsverstärker b und c beträgt 1/73· Die Eingangssignale des Verstärkers b sind k'cos ,.t und k'cos((</t +120°). Das Ausgangssignal ist demgemäß k'cos(wt + 150°), wie es die folgende Gl. (4-) zeigt, während entsprechend das Ausgangssignal des Verstärkers c durch die folgende Gl. (5) wiedergegeben wird.

V₀ (b) = 1/V3 f-k'cosat + k'cosC t + 120°): (4) aus u

= ΛΑβ · k¹ JcosCt + 180°) + cosUt + 120°)| » k'cos(wt + 150°).

Entsprechend ergibt sich für das Ausgangssignal des Verstärkers c:

aus

Α/4Ϊ I-k'cos^»t + k'cosO^t + 240°)! (5) 1/\T3 · k¹ -cosC'Jt + 180°) + cos(wt + 240°)j

= k'cos (.Ot + 210°).

Hierbei handelt es sich um die Vektorbeziehungen für Zweiphasen-Fehlerströme zwischen dem ersten Wechselstrom mit der Phase 01 und den beiden anderen Wechselströmen mit den Phasen 02 und 03.

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Solange der Schalter S1 noch geschlossen ist, sind die Ausgangssignale der Operationsverstärker d und e ebenso wie das Ausgangssignal des Operationsverstärkers a gleich Null. Wenn der Schalter S1 durch den digitalen Ausgangsimpuls P des Schwellenwertdetektors 42 geöffnet wird, werden die Werte der Eingangssignale für jeweils einen Eingang der drei Operationsverstärker a_f d und e auf dem jeweils augenblicklichen Wert festgelegt. Die Ausgangssignale der Operationsverstärker sind dann durch die folgenden Gl. (6), (7) und (8) gegeben:

^v*e„«(^a) - k'cosutt - k'costft. (6)

V'»_aua(d) = i5k'[cos(wt + 150°) - COs(OJt₁ + 150°)'] (7) V"'_aua(e) = N^k'fcosCWt + 210°) - COs(Wt₁ + 210°)] (8)

Die nach diesen Gleichungen gebildeten Ausgangssignale simulieren daher die möglichen Fehlerströme bei einem schweren Fehlerzustand, und zwar das Ausgangssignal des Verstärkers a bei einem Fehler der Phase 01 gegen Erde, das Ausgangssignal des Verstärkers d bei einem Fehler zwischen den Phasen 01 und 02 und das Ausgangssignal des Verstärkers e bei einem Fehler zwischen den Phasen 01 und 03_o

Diese Simulationen des kritischen Fehlerstromes If, der nach einer gewissen Zeit die Grenzen der vorhandenen Leistungsschalter des Systems überschreitet, werden für eine kurze Zeit mit dem tatsächlichen

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Leitungastrom Il verglichen. Dieser Vergleich wird von einem Komparator 46 durchgeführt. Wenn das Zeitintegral des tatsächlichen Leitungsstromes Il größer ist als das Integral einer der simulierten Ströme, wird einer Gruppe von UND-Gliedern 51 ^ein digitales Ausgangssignal zugeführt. Ein Eingangssignal für jedes der UND-Glieder wird von einem Torimpuls G geliefert, der etwa 1 ms nach dem Auslösen des Schwellenwertdetektors 42 erzeugt wird, beispielsweise nach etwa 0,9 ms. Diejenigen UND-Glieder, denen die Signale für zwischen zwei Phasen auftretende Fehlerströme zugeführt werden, erhalten zusätzliche Eingangssignale, die von AusgangsSignalen von Schwellenwertdetektoren 4-2' "bzw. 42' ' geliefert werden, die zu den Schaltungsanordnungen gehören, welche für die Wechselströme mit den Phasen 02 und zugeordnet sind_o Die Ausgangssignale dieser drei UND-Glieder 51 werden einem Exklusiv-ODER-Glied zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Öffnen des Leitungsschalters 10 veranlaßt. Wenn also am Ende des ZeitIntervalles von 1 ms Dauer der dem Wechselstrom einer Phase zugeordnete Fehlersimulator ein Ausgangssignal 38' erzeugt, das anzeigt, daß der tatsächliche Fehlerstrom größer ist als der kritische Wert, oder einer von den Simulatoren zum Vergleich zweier Phasen ein solches Ausgangssignal liefert und eine andere Phase eine Störung anzeigt, wird der Leitungsschalter 10 geöffnet.

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Die vorstehende Beschreibung des Fehlerschutzes in einem Wechselstromnetz hat deutlich gemacht, daß ein schnelles Ansprechen der Überwachungsvorrichtung auf Fehlerströme 33& während der Zeit ti bis t3 für die Wirkung der Schutzeinrichtung kritisch ist. Demgemäß sind bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die ein Überwachungssystem für ein Dreiphasennetz bildet, Spannungs- und Stromdetektoren Vl und Il vorgesehen, die mit den Leitern 32 für die drei Wechselströme mit den Phasen 01, 02 und 03 gekoppelt sind, um kontinuierlich die Spannungen und Ströme der Dreiphasen-Übertragungsleitung zu überwachen« Das Spannungssignal Vl für den Wechselstrom der Phase 01 wird dem phasenstarren Oszillator 36 (Fig. 3) zugeführt, der drei sinusförmige Ausgangasignale 01 cosvb, 02 cos( t + 120°) und 03 cos(u;t + 240°) erzeugt, die dem Fehlersimulator zugeführt werden, um dem Fehlersimulator 38 Spannungssignale zu liefern, die für den tatsächlichen llulldurchgang des Wechselstroms der Phase 01 und der angenommenen Nulldurchgänge für die beiden anderen Phasen 02 und 03 charakteristisch sind«.

Der Fehlersimulator 38 empfängt sechs Eingangssignal, nämlich einen Auslöse-Schwellenwert k, den Leitungsstrom II, einen Fehlerimpuls P von der Schaltungsanordnung für 01 und drei Sinussignale, welche den Nulldurchgang anzeigen.» Wenn der Fehlerimpuls empfangen wird, erzeugt der Fehlersimulator

•^f.'] q 8 3 B / 0 2 G 5

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drei Ausgangssignale, die den Auslöse-Schwellenwert k als Ausgangsstrom benutzen und den Beginn des Fehlerimpulses als den Augenblick der Periode benutzen, in dem ein Fehlerzustand eintritt. Die Ausgangssignale 38', 38'* und 38' " werden mit dem tatsächlichen Leitungsstrom im System der Unterbrecherlogik 39 während einer Zeit von 1 ms verglichen. Der Leitungsstrom Il wird der Fühleinrichtung 37 zusammen mit einem manuell eingestellten Signal k zugeführt, welches den Auslöse-Schwellenwert darstellt. Die Fühleinrichtung 37 spricht auf den Leitungsstrom Il und den Schwellenwert k an und erzeugt drei Ausgangssignale, einschließlich des Schwellenwertes k und des Leitungsstromes II, von welchen die letzten beiden den Eingängen des Fehlersimulators 38 zugeführt werden, wie es oben angegeben wurde. Das restliche Ausgangssignal der Fühleinrichtung 37 wird Leitungen 02 und 03 zugeführt, die zu einer Unterbrecherlogik führen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Das letztgenannte Ausgangssignal wird auch dem Fehlersimulator 38 zugeführt und hat die Form eines digitalen Impulses G, der als Torimpuls dient. Wie Fig. 3 zeigt, wird das Ausgangssignal der Fühleinrichtung 37 der Unterbrecherlogik 39 zugeführt, um Einrichtungen zur Unterbrechung der Leistungsübertragung in Abhängigkeit von einer Fehlerfeststellung auszulösen, die sich durch Vorliegen des Torimpulses G in Verbindung mit AusgangsSignalen 01-02, 01-03 in der Unterbrecherlogik 39 ergibt»

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Die Unterbrecherlogik 39 spricht auf Signale an, die von neun Quellen geliefert werden< > Wie oben angegeben, handelt es sich hierbei um den originalen Fehlerimpuls P, drei digitale Signale von den Bezugsphasen 01, 02, 03, die den Zustand des Leitungsstromes Il anzeigen, also ob der simulierte Strom überschritten wurde oder nicht, und die Fehlerimpulse der Phasen 0Ί, 02 und 03 für ein Dreiphasen-System. Darüber hinaus spricht die Unterbrecherlogik auf ein manuelles Rückstellsignal Rm an, wenn eine Leistungsübertragung wieder hergestellt werden soll. Bei einem typischen Vorgang der Fehlerstrombegrenzung decodiert die Unterbrecherlogik die Eingangssignale, um einen von drei Vorgängen auszulösen, die das öffnen des Leitungsschalters 10, ein Wiederschließen des Leitungsschalters 10 sowie das Einschalten des strombegrenzenden Widerstandes nach Fig. 2 umfassen» Die übrigen beiden Ausgangssignale werden dem Oszillator 36 zugeführt, um diesen Oszillator während den Perioden, die dem Auftreten eines Fehlerzustandes folgen, von der Leitungsspannung als Bezugsspannung abzutrennen. Hierdurch wird verhindert, daß der Oszillator Variationen der Leitungsspannung Vl folgt» Die zur Sperrung des Diskriminators dienende Logik ist anhand Fig«, 5 näher erläutert.

Die Fühleinrichtung 37 der in Fig. 3 dargestellten, bevorzugten Ausführunhsform der Erfindung umfaßt für jeden Wechselstrom des Dreiphasen-Systems einen

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Stromsensor und einen Spannungssensor«, Beim Stromsensor kann es sich um einen linearen Koppler handeln, der auf eine Leitungsdurchführung des Leitungsschalters aufgesetzt ist. Das Spannungs-Bezugssignal kann mittels eines Spannungsteilers gewonnen werden. Da der Spannungssensor während Fehlerzustände und starken Störungen nicht benötigt wird, ist es unnötig, die Gleichspannungskomponente der Leitungsspannung konstant zu halten, da die Amplitude der Spannung unkritisch iat, weil nur die Information bezüglich der Nulldurchgänge verwendet wirdo Es ist Jedoch wichtig, daß etwaig vorhandene Phasendifferenzen während des Betriebes konstant bleiben, da diese unmittelbar die Genauigkeit der Daten über die Nulldurchgänge beeinflussen

Die in Fig. 3b gesondert dargestellte Fühleinrichtung 37 löst den strombegrenzenden Vorgang aus· In dieser Fühleinrichtung wird das von einem linearen Koppler empfangene Signal Il von einem ersten Operationsverstärker 31 auf einen Pegel verstärkt, bei dem der kritische Strom ein Ausgangssignal von etwa 1 V liefert. Ein zweiter Operationsverstärker 35 dient als Inverter mit dem Verstärkungsfaktor 1<> Die Ausgangssignale der Verstärker 31 und 35 werden unmittelbar den Basen zwei Emitterfolger-Transistoren zugeführt, deren Emitter gemeinsam an eine Konstantstromquelle 39'' angeschlossen sind. Diese Anordnung wirkt als

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Betrags-Verstärker, was "bedeutet, daß das Auagangssignal des Emitterfolgers Jeweils dem positiveren der "beiden Ausgangssignale der Operationsverstärker 31 und 35 folgt. Das Ergebnis besteht in einer Inversion der negativen Halbwellen des sinusförmigen Eingangssignales. Das Ausgangssignal entspricht daher einer Vollwellen-Gleichrichtung«,

Diese Umwandlung in den Absolutwert erfolgt in solcher Weise, daß der Wert des kritischen Stromes durch eine einzige, positive Gleichspannung charakterisiert werden kann. Wäre die Inversion nicht erfolgt, wären abgeglichene, positive und negative Steuerspannungen erforderlich, um die kritischen Werte darzustellen» Das manuell eingestellte Signal k wird dem dritten Operationsverstärker 39' des Kanals an dessen invertierendem Eingang zugeführt, während das Ausgangssignal des vorstehend beschriebenen Betrags-Verstärkers dem nichtinvertierenden Eingang dieses Verstärkers zugeführt wird« Eine Eückkopplungsschleife verbindet den Ausgang des dritten Operationsverstärkers 39' mit dem k Eingang und enthält zwei Zenerdioden mit einer Durchbruchsspannung von beispielsweise 7,5 V, um ein einwandfrei rechteckiges Ausgangssignal zu erzielen, jedoch eine Sättigung des Verstärkers 39' zu vermeiden, damit ein schnelles Ansprechen gewährleistet ist. Dieses Rechtecksignal wird anderen Einrichtungen als positiver Impuls G von 15 V Amplitude zugeführt.

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Seine Dauer entspricht der Zeit, während der der Leitungsstrom den voreingestellten Wert k überschreitet ο Der manuell eingestellte kritische Strom k wird der Fühleinrichtung zusammen mit dem absoluten Betrag des Leitungsstromes I zugeführt ο Der logische Taktimpuls C mit einer Amplitude von 15 V wird der Unterbrecherlogik, dem Fehlersimulator und den Überwachungseinrichtungen für die anderen Wechselströme der Phasen 02 und 03 zugeführt, wie es das Blockschaltbild nach Fig. 3 zeigte

Wie aus Fig. 3c ersichtlich, besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Fehlersimulator 38 aus drei identischen Kreisen, die sich lediglich im Aufbau ihrer Eingänge unterscheiden. Die Wirkungsweise läßt sich am besten anhand des oberen Kreises erläutern. Dieser Kreis simuliert den Fall eines Fehlers zwischen dem Leiter für den Wechselstrom der Phase 01 und Erde_o

Der erste Kreis empfängt vier Eingangssignale, nämlich k, II, das Ausgangssignal der Fühleinrichtung 37 und das Ausgangssignal des Oszillators 36, das gegenüber der Spannung auf dem überwachten Leiter um 90° phasenverschoben ist. Es gibt nur ein einziges digitales Ausgangssignal G₁ das der Unterbrecherlogik 39 zugeführt wird_o Dieses

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Ausgangssignal zeigt im "1"-Zustand an, daß zwischen dem überwachten Leiter und Erde ein Fehlerzustand eingetreten ist, der einen zulässigen Wert überschreitet. Mathematisch ausgedrückt gilt

^Fehler ^{= F}^^coa &>* - cos ^) In dieser Gleichung ist

t,, = Zeitpunkt des Beginns des Fehlerzustandes

to = Kreisfrequenz der Generatorspannung F « Impedanzfaktor des Netzes.

Zum Simulieren der zeitlichen Änderung des Fehlerstromes werden benötigt 1. die Funktion cos o>t, 2. eine Einrichtung zur Speicherung von cos *>t und 3· eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen den beiden Größen.

Im normalen Betrieb ist der schnelle FET-Schalter zwischen den beiden Operationsverstärkern 41 und 43 geschlossen. Daher wird das gleiche Signal cos tot sowohl dem positiven als auch dem negativen Eingang des zweiten Verstärkers 43 zugeführt. Dieses Signal liegt innerhalb des Zurückweisungsbereiches des Verstärkers 43 bei Normalbetrieb, so daß das Auägangssignal des Verstärkers 43 Null ist. Wenn ein Fehlerzustand eintritt, wird der Schalter S1 durch das von der Fühleinrichtung gelieferte Steuersignal P schnell geöffnet. Das Signal cos Wt bleibt am anderen Eingang

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erhalten und simuliert dadurch, die Wechselkomponente des Fehlerströmes, während der letzte Wert vor Eintritt des Fehlerzustandes an dem abgetrennten Eingang des Verstärkers mittels eines kleinen, nicht dargestellten Kondensators gehalten wird und dadurch die Stromverschiebung bei Eintritt des Fehlerzustandes repräsentiert. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Verstärkers 43 für die Summe aus der Wechselkomponente und der Verschiebung charakteristisch.

Der dritte Operationsverstärker 45 invertiert das simulierte Signal, während zwei folgende pnp-Transistoren 46 und 46' eine weitere Umwandlung auf den absoluten Wert oder den Betrag des Signals vollziehen. Der vierte Operationsverstärker 47 addiert eine Verschiebung k, die gleich dem Auslösepegel oder Schwellenwert ist, um eine Anpassung an die Ausgangsbedingungen zu erzielen. Das resultierende Bezugssignal wird mit der absoluten Größe des tatsächlichen Leitungsstromes am Eingang des fünften Operationsverstärkers 48 verglichen. Das Ausgangs-Signal dieses Operationsverstärkers stößt einen Impulsgenerator 49 an, beispielsweise einen Schmitt-Trigger, wenn die integrierte Differenz positiv ist und anzeigt, daß während der Beobachtungszeit der Leitungsstrom größer ist als der simulierte Fehlerstrom.

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Die Simulierung des Fehlerstromes für Fehlerzustände zwischen den Leitern für die einzelnen, phasenverschobenen Wechselströme oder, kurz gesagt, zwischen den Phasen erfolgt in ähnlicher Weise_o Die Summe der beiden Funktionen F cos :. ^t und F cos 'pt, die für die Wechselströme auf zwei verschiedenen Leitern charakteristisch sind, wird mit einem Differenzverstärker gebildet und ergibt ein Ausgangssignal, das den richtigen Phasenwinkel aufweist, jedoch um den Faktor \f3 zu groß ist. Da der maximal zulässige Fehlerstrom einen festen Wert hat, unabhängig davon, ob er zwischen einem Leiter und Erde oder zwischen den Wechselströme verschiedener Phase führenden Leitern fließt, muß die Amplitude des simulierten, für einen Fehler zwischen Phasen charakteristischen Signals um den Faktor I//3 reduziert werden, indem die Verstärkung des Üifferenzverstärkers entsprechend eingestellt wird.

Eine Unempfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung gegen Rauschsignale wird erzielt, indem der Schwellenwertdetektor 4-2 durch Torsignale so gesteuert wird, daß Störungen, die den Schwellenwert während Zeiten von weniger als etwa 0,1 j.'-s überschreiten, keinen verzögerten Torimpuls C am verzögerten Impulsgenerator auslösene

In der Praxis ergibt sich eine geringe Zeitverschiebung zwischen dem Auftreten eines Fehlers und der Zeit, zu der der Leitungsstrom Il den voreingestellten Schwellenwert überschreitet. Wenn dieser Unterschied vernachlässigt

⁽;_; Ü 9 8 3 8 / f) 7 R Π

wird, beginnt die Fehlersimulierung mit einem unrichtigen Wert des Stromes II. Bei einer "bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Unterschied berücksichtigt, indem in den Simulator das elektrische Signal k eingeführt wird, das den voreingestellten Schwellenwert des Stromes repräsentiert. Diese Konstante k wird als solche Verschiebung bei der Stromsimulierung eingeführt, daß die Simulierung stets mit der Stromstärke beginnt, welche dem Schwellenwert gleich ist, und ein Ausgangsimpuls in dem Augenblick erzeugt wird, in dem der tatsächliche Leitungsstrom Il diesen Wert überschreitet. Auf diese Weise ist die sonst vorhandene Zeit- oder Stromdifferenz bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung berücksichtigt· Wenn der voreingestellte Schwellenwert sich aus irgend einem Grunde ändert, so wird auch die Kompensation automatisch geändert, weil sie von dem voreingestellten Schwellenwert abhängt·

Obwohl die Schalter S1, S1' und S1'' aus Gründen der Vereinfachung schematisch als elektromechanisehe Schalter dargestellt worden sind, versteht es sich, daß es sich hierbei in der Praxis um elektronische Schalter handeln wird, diese Schalter also vorzugsweise aus Transistoren bestehen, die in Abhängigkeit vom Impuls P geschaltet werden·

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Die Verwendring von Operationsverstärkern zur Erzeugung von Fehlersignalen, die einem Komparator zugeführt werden, gehört zu den wichtigeren Merkmalen der Erfindung. Wie oben angegeben, werden von den Verstärkern a, d und β in Abhängigkeit vom Impuls P, der die Schalter 81, 81· und S1'' betätigt, um die Signalzufuhr zu den negativen Eingängen der Operationsverstärker a, d und e zu unterbrechen, digitale Signalpegel von O bis +V erzeugt. Die ungleichen Eingangssignale dieser drei Verstärker führen zur Bildung positiver Auagangssignale.

Eine andere Möglichkeit würde beispielsweise in der Abfragung eines Permanentapeichers bestehen, um Bezugswerte für einen Vergleich mit dem tatsächlichen Leitungsstrom in digitaler Form zu gewinnen.

Alle Kreise der in Fig. 5 dargestellten Befehlslogik sind digital und arbeiten mit hohen Schwellenwerten, damit sie gegen Rauschen unempfindlich sind. Der erste Impuls, der bei Eintreten eines Fehlerzustandes die Unterbrecherlogik erreicht, ist der Steuerimpuls P. Dieser positive Impuls stößt eine Folge von Verzögerungskreisen an, welche das Simulieren des kritischen Fehlerstromes und die von der Steuerung zu veranlassenden Aktionen zeitlich genau steuern, nämlich das öffnen oder Schließen des Leitungsschalters oder das Vollenden eines Unterbrechungsvorganges durch Einschalten des strombegrenzenden Widerstandeso Der Steuerimpuls P

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löst einen. Riegel aus, dessen Funktion ausschließlich darin besteht, die als Bezugsgröße zugeführte Leitungsspannung während einer bestimmten Zeit nach Eintreten der Störung außer Betracht zu lassen. Die allgemeine Punktion besteht darin, Impulse zu unterdrücken und das dem Hauptoszillator zugeführte Ausgangssignal des Diskriminator au unterbrechen, so daß der Oszillator während der Dauer der Störung frei ist.

Der Steuerimpuls löst auch eine zeitliche Folge von Vorgängen aus. Der erste Vorgang ist eine einfache Prüfung mittels eines Verzögerungskreises und eines UND-Gliedes 52, daß der Steuerimpuls eine Dauer von mindestens 0,1 ms hat. Diese Prüfung soll gewährleisten, daß eine Störung kurzer Dauer keinen Öffnungsvorgang der Schalteinrichtung einleitete Der Verzögerungskreis 50 und das UND-Glied 52 sprechen zusammen nur auf Störungen an, die mehr als 0,1 ms andauern, weil sich nur dann das Ausgangssignal des UND-Gliedes 52 ändert und dadurch eine Zeitfolge auslöst, die durch eine Kette von Monoflops bestimmt wird_o Das erste Monoflop 71 erzeugt einen Impuls von 1,5 ma Dauer, der den Steuereinrichtungen für die anderen beiden Phasen der Vorrichtung zugeführt wird, um diesen Einrichtungen anzuzeigen, daß in der Phase eine Störung von mehr als 0,1 ms Dauer aufgetreten ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 52 stößt auch ein

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zweites Monoflop 72 an, das einen Impuls von 1 ms Dauer erzeugt der das öffnen des Leitungsschalters bewirkt und die vergleichende Integration im Fehlersimulator 38 (Fig. 3 und 4·) zeitlich steuert. Die Rückflanke dieses Impulses von Λ ms Dauer löst das dritte Monoflop 73 aus, das seinerseits die Riegel anstößt, durch die der Zustand des Fehlersimulators 38 synchronisiert wurde, und löst ein Wiederschließen des Leitungsschalters oder das Einschalten des Widerstandes aus. Der Unterbrecherlogik 39 werden drei digitale Ausgangssignale des Fehlersimulators zügeführte Das Eingangssignal 55 zeigt einen Fehlerzustand zwischen dem überwachten Leiter und Erde an, während die beiden anderen Eingangs signale 53 "und 54- Fehler zwischen dem überwachten Leiter und einem der beiden anderen Leiter für die Phasen 02 und 03 anzeigen. Die Eingangssignale 56 und 57 sind mittels zweier NAND-Glieder 58 und 59 gekoppelt, so daß ein Ansprechen bei einem Fehler zwischen zwei Phasen nur möglich ist, wenn auch für die andere Phase das Vorliegen eines langer dauernden Fehlerzustandes angezeigt wird. Ein Fehler gegen Erde ist von einem Fehler zwischen den Leitern unberührt, weshalb das Eingangssignal 55 durch einen dem NAND-Glied 60 zugeführten Impuls übertragen wird_e

Die Ausgänge aller drei NAND-Glieder 58» 59, 60 werden den drei Eingängen eines NAND-Gliedes 61 zugeführt. Dessen Ausgangssignal speist zwei Sperrschaltungen 64- und 65 über zwei NAND-Glieder 62 und 63, denen vom

»· π 9 8 3 8 / η ? B fj

Auagang des Monoflop 71 Torimpulse von 1,5 ma Dauer zugeführt werden. Die Sperrschaltungen 64- und 65 werden am Ende des von dem Monoflop 72 gelieferten Iiapulsea von 1 ms Dauer getaktet. Wenn am Eingang der Sperrschaltung eine Anzeige für einen Fehlerzustand anliegt, wird das Einschalten des Widerstandes ausgelöst. Umgekehrt "bewirkt ein Eingangssignal, welches das Fehlen eines Fehlerzustandes anzeigt, ein Wiederschließen des Leitungsschalters. Die Sperrschaltungen 64· und 65 sind mittels eines Rückstellimpulses Rm₁ der mittels einer Fernbetätigung zugeführt werden kann, zurückstellbar. Die Rückstellung löst ein Schließen der Leistungsschalteinrichtung aus, durch welche der Steuerzyklus abgeschlossen wird»

Die vorstehend behandelten Lehren und deren Erläuterung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel machen deutlich, daß die Erfindung in vielfältiger Weise verwirklicht werden kann und insbesondere das behandelte Ausführungsbeiapiel in vielfältiger Weise abgewandelt und modifiziert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

b 0 9 B 3 8 / Γ) 2 6 B

Claims

26D8572 - 37 -Patentansprüche

1. jvorrichtung zur Überwachung der Leistungsüber- \^ y tragung auf einer Hochspannungsleitung, mit einer Fühleinrichtung, die auf Änderungen der übertragenen Leistung anspricht und ein Steuersignal erzeugt, wenn sie eine Änderung feststellt, die für einen möglichen Fehlerzustand charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (37) mit einem Fehlersimulator (38) gekoppelt ist, der wiederum mit einem Oszillator (36) gekoppelt ist und eine Schalteinrichtung (S1, SV, S1·') sowie einen Differenzbildner (a, d, e) umfaßt und in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein vom Ausgangssignal des Differenzbildners gebildetes Bezugssignal erzeugt, das sich zeitlich in der gleichen Weise ändert wie die übertragene Leistung bei einem tatsächlichen Fehlerzustand, wobei der Oszillator (36) Ausgangssignale erzeugt, die gegenüber der Leitungsspannung um 90° phasenverschoben sind und mittels der Schalteinrichtung (S1, S1', S1··) über zwei parallele Zweige zwei zugeordneten Eingängen des Differenzbildners (a, d, e) zugeführt werden, solange kein Fehlerzustand vorliegt, wogegen bei Auftreten eines möglichen Fehlerzustandes das Steuersignal (P) die Schalteinrichtung (S1, S1' , S1¹¹) veranlaßt, einen

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Eingang dea Differenzbildners (a, d, e) von dem Oszillator (36) abzutrennen und auf dem Potential festzulegen, welches das Ausgangssignal des Oszillators (36) im Augenblick des Abtrennens hatte, und daß ein Komparator (4-6) zum Vergleich eines Leitungssignals (II), das für den von der Leitung geführten Strom charakteristisch ist, und des Bezugssignals vorhanden ist, der ein Fehlersignal zum Auslösen einer Leistungsachalteinrichtung (12) erzeugt, wenn das Leitungssignal das Bezugssignal überschreitet.

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Hochspannungsleitung gekoppelte Fühleinrichtung (37) auf die beim Einsetzen eines Fehlerzustandes tatsächlich übertragene Leistung anspricht und dem Fehlersimulator (38) ein Leistungssignal zuführt, das der beim Einsetzen des Fehlerzustandes tatsächlich übertragenen Leistung entspricht,,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Fehlersimulator (38) Eingänge einer Unterbrecherlogik (39) verbunden sind, die jeweils einem von mehreren Wechselströmen verschiedener Phase zugeordnet sind, und daß die Unterbrecherlogik (39) Kreise (50, 52, 71, 72, 73) enthält, welche auf

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Signale ansprechen, die einem übermäßigen Leistungsverbrauch vorausgehen, um das öffnen der Leistungsschalteinrichtung (12) bezüglich eines der Wechselströme zu bestimmen und der Leistungsschalteinrichtung (12) ein Ausgangssignal zur Unterbrechung eines oder mehrerer Wechselströme zuzuführen, bevor bezüglich des Wechselstromes, für den ein Fehlerzustand existiert, ein übermäßiger Leistungsverbrauch stattfinden kann_o

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzbildner (a, d, e) einen Operationsverstärker enthält, der zur Erzielung hoher Gleichstrom-Stabilität und Unterdrückung einer Schwingneigung stark negativ rückgekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (37) zur Erzeugung eines Steuersignals einen Schwellenwertdetektor (4-2) umfaßt und das Steuersignal aus einem digitalen Impuls (P) besteht, der in Abhängigkeit von einem dem Schwellenwertdetektor (42) zugeführten Fehlerlaststrom (II) einen möglichen Fehlerzustand anzeigt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß der vom Schwellenwertdetektor (42) erzeugte digitale Impuls (P) dem Eingang eines Impuls generators (4-4) zugeführt wird, dessen verzögerter Ausgangsimpuls (C) ein Torsignal bildet, das die Übertragung des vom Komparator (45) gelieferten Fehlersignals zur Leistungsschalteinrichtung (12) steuert.

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