DE2704762A1 - Elektrische schutzeinrichtung - Google Patents

Description

• Elektrische Schutzeinrichtung
• Elektrische Schutzeinrichtungen haben die Aufgabe, unzulässige Zustände in einer elektrischen Maschine, einem Transformator, einer Leitung u. dgl. zu erfassen und eine Abschaltung des gestörten Teiles und/oder eine Cefahrmeldung herbeizuführen.
• Es ist aus der Literatur bekannt, daß versucht wurde, solche Schutzeinrichtungen mit Prozeßrechnern aufzubauen. Dabei werden die Ströme, Spannungen und andere physikalische Größen, die im Schutzobjekt auftreten, in Analogsignale umgeformt, letztere werden in einem Analog-Digital-Umsetzer in digitale Ausdrücke amgewah delt und in dieser Form dem Rechner zur Verfügung gestellt. Der Rechner ermittelt mit Hilfe des in ihm ablaufenden Programmes unzulässige Zustände und gibt entsprechende binäre Ausgangssignale ab, die Auslösung, Gefahrmeldung, Protokollierung u. dgl. bewirken.
• Sind im Schutzobjekt Wechsel ströme und/oder Wechsel spannungen zu erfassen, so war es bisher üblich, in sehr kleinen zeitlichen Abständen, z.B. Ims, die Momen= tanwerte zu erfassen. Dies war notwendig, da sich diese Größen ja ständig und sehr rasch ändern. Zumindest ein Teil des Rechenprogrammes mußte dabei innerhalb kurzen dieses/Zeitintervall6 ablaufen, wodurch große Einschränkungen beim Programm er forderlich waren, die eventuelle Vorteile einer Rechnerausführung zunichte machs ten. Uberdies war diese Methode empfindlich gegen Oberwellen, die ja Momentaner werte sehr stark verfälschen.
• Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile vermeiden. Erfindungsgemäß wird aus Wechselströmen und Wechsel spannungen durch Cleichrichtung und Glättung ein angenähert proportionaler Gleichstrom gewonnen und dieser in zeitlichen Abstäns den gemessen, die beliebig lang und nur durch eine erwünschte rasche Erfassung des Fehlers begrenzt sind. Da jedoch zur Erfassung des Fehlers oft nicht nur die Absolutwerte von Strömen und Spannungen erforderlioh sind sondern auch die gegen seitigen Phasenwinkel, sollen letztere getrennt aus den Wechselgrößen gebildet werden.
• Gegenstand der Erfindung ist nämlich eine elektrische Schutzeinrichtung mit mindestens zwei Eingangsgrößen, die Wechsel ströme und/oder Spannungen sind, welche Schutzeinrichtung ferner mindestens einen Prozeßrechner und mindestens einen Analog-Digital-thnsetzer besitzt, dessen Ausgang mit dem Eingang des Rechners verB bunden ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wechselgrößen direkt oder über geeignete Netzwerke an die Eingänge von Gleichrichtern mit anschließender Glättung geführtsind (Absolutwertbildung), daß die Ausgänge der letztgenannten Clieder mit den Eingängen des Analog-Digital-Umsetzers verbunden sind und daß zusätzlich entweder eine in Analogtechnik aufgebaute Schaltung vorhanden ist, der an ihren Eingängen die Wechselgrößen zugeführt sind und die an ihren Ausgängen Analogsignale abgibt, die eine Funktion des Phasenwinkels sind, wobei diese Analog signale an Eingänge des genannten oder eines zusätzlichen1 mit dem Rechner verbund denen Analog-Digital-tnsetzers geführt sind, oder daß ein i n Analogtechnik auf gebautes Netzwerk vorhanden ist, dem an seinen Eingängen die Wechselgrößen zu geführt sind und das an seinen Ausgängen Binärsignale abgibt, die zeitlich und gegebenenfalls richtungsmäßig die Nulldurchgänge der Wechselgrößen oder des Differentialquotienten derselben kennzeichnen, wobei diese Ausgänge entweder mit Binäreingängen des Rechners verbunden sind oder mit Eingängen einer digis talen Einrichtung, die aus der zeitlichen Differenz der die Nulldurchgänge kennzeichnenden Signale den Phasenwinkel kennzeichnende digitale Ausdrücke bildet und mit ihren Ausgängen mit Digitaleingängen des Rechners verbunden ist.
• Die Bildung des Phasenwinkels kann also auf verschiedene Arten erfolgen. Durch eine geeignete Schaltung in Analogtechnik kann etwa der Phasenwinkel in ein Gleichspannungssignal ungesetzt werden, dessen arithmetischer Mittelwert oder dessen Scheitelwert dem Phasenwinkel proportional ist. Dieses Signal kann über eigene Eingänge des Analog-Digital-Umsetzers in digitaler Form an den Rechner weitergegeben werden.
• Es können auch Schaltungen in Analogtechnik aufgebaut werden, die beim Nulldurchgang der Wechselgröße, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Richtung des Nulldurchganges, ein binäres Signal abgeben. Aus der zeitlichen Differenz dieser Signale kann von einem digitalen Netzwerk ein digitaler, den Phasenwinkel kennzeichnender Ausdruck gewonnen und dieser Ausdruck über Digitaleingänge dem Rechner zur Verfügung gestellt werden. Diese letztere Funktion kann auch der Rechner selbst durchführen. In diesem Fall werden die die Nulldurchgänge kennzeichnenden Signale an Binäreingänge des Rechners gelegt. Aus der zeitlichen Differenz bildet der Rechner selbst digitale Ausdrücke, die den Phasenwinkel kennzeichnen. Um den Zeitpunkt des Nulldurchganges möglichst genau durch den Rechner zu erfassen, kann der Binäreingang bei Eintreffen des Signal es eine Unterbrechung, nämlich einen sogenannten "Interrupt", im Rechenprograrm aus lösen, der ein den Zeitpunkt speicherndes Unterprogramm startet.
• Wechselströme in Schutzobjekten können bei den im Fehlerfalle auftretenden Ausgieichsvorgängen Gleich8tromglieder aufweisen. Diese verursachen zeitliche Vers schiebungen der Nulldurcbge, die die Winkelmessung beeinträchtigen. Um dies zu vermeiden, soll das Netzwerk, das den Nulldurchgängen des Stromes entsprechende Binärsignale bildet, hiezu nicht die Nulldurchgänge des Stromes seIbst/sondern die dessen Differentialquotienten zur Bildung der Binärsignale heranziehen. Dies kann etwa in der Weise erfolgen, daß der Strom durch eine Drossel fließt. Die an der Drossel auftretende Spannung stellt den Differentialquotienten des Stromes dar und ihre Nulldurchgänge werden erfaßt. Hiedurch tritt auch eine Vergrößerung des Phasenwinkels um 900 auf. Der vom Rechner weiterzuverarbeitende Wert muß dan her entweder bereits vor dem Rechner oder im Rechner selbst wieder um 900 ver, mindert werden.
• Im Falle eines Leitungsdistanzschutzes ist es üblich, die Umsetzung des Stromes im Schutzobjekt in ein Analogsignal derart vorzunehmen, daß der Strom;gegebenenX falls über einen zwischengeschalteten Stromwandler, durch ein sogenanntes "beim tungsabbild", fließt, bestehend aus einer Drossel und einem Widerstand in Serien schaltung. Der Spannungsabfall an diesem Leitungsabbild wird als dem Strom entsprechendes Analogsignal verwendet und ist in erwünschter Weise frequenzabhängig, da ja auch die Spannung an der Leitung selbst bei gegebenem Fehlerstrom frequenz abhängig ist. Der Quotient aus Spannung an der Leitung selbst und Spannung am Leitungsabbild ist dann frequenzunabhängig und stellt ein Maß für die Fehlerents fernung dar.
• Bei gegenständlicher Erfindung kann dieses Leitungsabbild zur Bildung des Analog, signals, das nach Gleichrichtung und C;lättung dem Absolutwert des Wechselstromes entspricht, beibehalten werden.
• Das zur Winkelmessung heranzuziehende Signal soll dagegen nicht am ganzen Leitungsabbildlsondern nur an der Drossel abgenommen werden, da der vorhandene Widerstand die Bildung des Differentialquotienten stören würde J ie erfinduxngs gemäße getrennte Erfassung der Absolutwerte von Wechselgrößen sowie der Phasenwinkel anstelle der Erfassung von Momentanwerten ermöglicht auch eine besonders leichte Verwirklichung einer allgemeinen Winkel abhängigkeit der Impedanzmessung beim Leitungsdistanzschutz, welche Winkelabhängigkeit nicht an vorgegebene Formen der Kennlinien im R-X-Diagramm, wie Kreise Ellipsen, Polygone u.a. gebunden ist. Hiezu wird punktweise, z.B. von 50 zu 50, eine allgemeine Funktion des Pha senwinkels in den Speicher des Rechners eingegeben. Der Rechner bildet das Produkt aus dieser Funktion und dem Quotienten der Absolutwerte von Spannung und Strom und vergleicht diese winkel abhängige Impedanz mit einem Grenzwert.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend noch an Hand der Zeichnung erläutert.
• Der Strom einer Leitung 12 wird von einem Stromwandler 1 auf einen geeigneten Wert übersetzt. Der Sekundärstrom fließt über das Leitungsabbild, bestehend aus Wider stand 3 und Drossel 4. Der Spannungsabfall am Leitungsabbild wird vom Gleichriobter 5 gleichgerichtet und vom Filter 6 geglättet. Der Analog-DigitalJtnsetzer 8 erzeugt einen seiner Eingangsgröße entsprechenden Digital ausdruck und gibt ihn über die vieladerige Leitung 10 an den Prozeßrechner 11 weiter. Analog erfolgt mittels des Spannungswandlers 2 die Erfassung der Spannung der Leitung 12, jL doch entfällt hier das Leitungsabbild.
• Zur Erfassung des Phasenwinkels wird der Spannungsabfall an der Drossel 4 herangezogen. Ein Operationsverstärker 7 ohne Rückkopplung wechselt im Augenblick des Nulldurchganges dieses Spannungsabfalls sein Ausgangssignal von positiver auf negative Spannung oder umgekehrt. Dieser Wechsel bewirkt, daß die Binäreingangs, Baugruppe 9 über die vieladrige Leitung 10 ein Interruptsignal an den Rechner 11 sendet. Der Zeitpunkt wird im Rechner gespeichert. Die Erfassung des Nullduroh ganges der Spannung der Leitung 12 erfolgt analog, jedoch dhne Drossel. Aus den beiden Interrupt-Zeitpunkten wird der Phasenwinkel bestimmt. Der Quotient aus den Beträgen von Leitungsspannung und Leitungsstrom wird im Rechner 11 mit einem vom Phasenwinkel abhängigen Faktor multipliziert und das Produkt wird mit einem Grenzwert verglichen. Bei Unterschreitung des Grenzwertes wird über diverse Logik- und Zeitfunktionen ein Auslösesignal abgeben.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche elektrische Schutzeinrichtung mit mindestens zwei Eingangsgrößen, die Wechseln ströme und/oder Spannungen sind, welche Schutzeinrichtung ferner mindestens ei nen Prozeßrechner und mindestens einen Analog-Digital-Umsetzer besitzt, dessen Ausgang mit dem Eingang des Rechners verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dal die Wechselgrößen direkt oder über geeignete Netzwerke (3, 4) an die Eingänge von Gleichrichtern (5) mit anschließender Glättung (&) geführt sind (Absolut= wertbildung), daß die Ausgänge der letztgenannten Glieder mit den Eingängen des -Analog-Digital-Umsetzers (8) verbunden sind und daß zusätzlich entweder eine in Analogtechnik aufgebaute Schaltung vorhanden ist, der an ihren Ein gängen die Nechselgrößen zugeführt sind und die an ihren Ausgängen Analogsigr nale abgibt, die eine Funktion des Phasenwinkels sind, wobei diese Analogsigw nale an Eingänge des genannten oder eines zusätzlichen mit dem Rechner (11) verbundenen Analog-Digital-Umsetzers geführt sind, oder daß ein in Analogtecht nik aufgebautes Netzwerk vorhanden ist, dem an seinen Eingängen die Wechseln großen zugeführt sind und das an seinen Ausgängen Binärsignale.abgibt, die zeitlich und gegebenenfalls richtungsmäßig die Nulldurchgänge der Wechsel= großen oder des Differentialquotienten derselben kennzeichnen, wobei diese Ausgänge entweder mit Binäreingängen des Rechners verbunden sind oder mit Eingängen einer digitalen Einrichtung, die aus der zeitlichen Differenz der die Nulldurchgänge kennzeichnenden Signale den Phasenwinkel kennzeichnende digitale Ausdrücke bildet und mit ihren Ausgängen mit Digital eingängen des Rechners (11) verbunden ist.
2. 2. Elektrische Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, mit einem Netzwerk, dem an seinen Eingängen die WechselgröBen zugeführt sind und das an seinen Ausgängen Binärsignale abgibt, die zeitlich und gegebenenfalls richtungsmäßig die )?ull= durchgänge der Wechselgrö Oen oder des Differentialquotienten derselben kennt zeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialquotient eines Stromes durch eine Spannung dargestellt ist, die an einer vom Strom durchflossenen Drossel (4) auftritt.
3. 3. Elektrische Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennw zeichnet, daß die für die Bildung des Absolutwertes des Stromes benötigte Wechselgröße vor der Gleichrichtung eine Spannung ist, die an einer vom zu erfassenden Strom durchflossenen Serienschaltung von Drossel (4) und Wider stand (3) auftritt, und daß der zur Erfassung des Phasenwinkels herangezogene Differentialquotient des Wechselstromes durch eine Spannung dargestellt ist, die an der vorgenannten Drossel (4) auftritt.
4. 4. Elektrische Schutzeinrichtung gemäß Anspruch 1/mit einem Netzwerk, dem an seinen Eingängen die Wechselgrößen zugeführt sind und das an seinen Ausgängen Binärsignale abgibt, die zeitlich und gegebenenfalls richtungsabhängig die mulldurchgänge der Wechselgrößen oder des Differentialquotienten derselben kennzeichnen, wobei diese Ausgänge mit Binäreingängen des Rechners verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Binäreingänge bei Eintreffen des Signals jeweils einen Interrupt im Rechenprogramm auslösen, der ein den Zeitpunkt speicherndes Unterprogramm startet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 zum R htz einer Leitung mittels Distanzmessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner das Produkt aus einer allgemeinen Funktion des Phasenwinkels mit dem Quotienten der Absolutwerte von Spannung und Strom bildet und die sich daraus ergebende winkelabhängige Impedanz mit einem Grenzwert vergleicht.