DE2803690A1

DE2803690A1 - Schutzrelaisschaltung zum bilden einer kombinierten distanz- und ueberstromfunktion

Info

Publication number: DE2803690A1
Application number: DE19782803690
Authority: DE
Inventors: Stanley Bruce Wilkinson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-28
Publication date: 1978-08-03
Also published as: FR2379182B1; GB1594071A; MX145001A; ZA777565B; CH621215A5; BR7800662A; FR2379182A1; US4092690A; JPS53109144A; JPS618657B2; SE418556B; DE2803690C2; SE7801049L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schutzrelaisschaltungen und insbesondere ein neues Schutzrelais, das als ein kombiniertes Distanz- und überstromrelais angesehen werden kann, welches zu bedeutenden Vorteilen bei kompensierten und unkompensierten Leitungen führt.

Distanzrelais und statische Distanzrelais sind auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik bekannt. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang auf das US-Patent 3 374 399 und die in diesem Patent genannten Patente Bezug genommen werden. Bezüglich einer weiteren Erörterung der Schutzrelaistechnik mittels Distanzrelais kann auf die Publikation 'The Art und Science of Protective Relaying¹, Mason, veröffentlicht von John Wiley & Sons, Inc. (1956), verwiesen werden. Auf dem Gebiet der Relaistechnik ist es bekannt, daß Schutzrelais unter gewissen Bedingungen zu einem Erfassen von Fehlern neigen, die weiter als erwartet entfernt auftreten. Diese Neigung ist in der Relaistechnik als ·Überreichweite' (overreach) bekannt. Die vorliegende Erfindung löst weitgehend dieses Problem einer Uberreichweite, wenn sich in Reihe geschaltete bzw. Serienkondensatoren in dem geschützten Leitungsabschnitt befinden. Auch

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wird das Problem einer fehlerhaften Richtungssignalgabe gelöst, wenn die Serienkondensatoren hinter der Relaisstelle angeordnet sind.

Bei der Anwendung von Distanzrelais dienen die Spannung und der Strom, in der Leitung als Eingangsgrößen. Tatsächlich wird das Spannung/Strom-Verhältnis dazu benutzt, um ein Signal zu erhalten, das die Impedanz von dem Schutzrelaiserfassungsmittel zu einer Fehlerstelle darstellt. Wenn dieses einen Impedanzwert darstellende Signal einen Fehler innerhalb einer vorbestimmten Distanz der Relaisüberwachungsschaltung anzeigt, wird ein Signal zum Steuern des Betriebes der Leistungsschalter-Auslösespule entwickelt. Es ergeben sich Probleme im Zusammenhang mit einem Erfassen falscher Fehlerzustandssignale, wenn in der das Spannungssignal bildenden Schaltungsanordnung ein offener Stromkreis auftritt. Das Spannungssignal, welches proportional zum Leitungsstrom multipliziert mit der Impedanz bis zur Fehlerstelle ist, wirkt als ein die Betätigung des Relais hemmendes Signal. Wenn dieses Signal infolge einer offenen Stromkreisbedingungen in der überwachungsschaltungsanordnung verschwindet, beispielsweise infolge einer durchgebrannten Sicherung oder dergleichen in der Spannungszuführung, kann die Distanzrelaisschaltung ein Signal bilden, welches einen Fehlerzustand anzeigt. Die vorliegende Erfindung eliminiert diese Möglichkeit, wenn der Laststrom nicht normale Vierte überschritten hat.

In der Vergangenheit bestand bei einer Schutzrelaisüberwachung mittels Distanzrelais ein wesentlicher Nachteil, wenn ein oder mehrere in die Leitung eingeschaltete Serienkondensatoren für Kompensationszwecke benutzt wurden. Wenn beispielsweise eine Leitung eine Impedanz von 1o Ohm und einen kompensierenden kapazitiven Blindwiderstand von -5 Ohm hatte, war es erforderlich, die Referenz- oder Nachbildungsimpedanz der Leitung auf einen sehr viel kleineren Wert einzustellen, als er der Differenz von 5 Ohm zwischen der Leitungsimpedanz und der Kondensatorimpedanz entspricht, oder das Distanzrelais mußte so ausgelegt werden, daß es sehr langsam arbeitete, um eine weitgehende transiente überreichweite zu vermeiden. Ein weiteres Problem trat dann auf, wenn Serienkondensatoren an einer Stelle unmittelbar hinter dem Relais

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benutzt wurden, das heißt in der nicht auslösenden Richtung. Wenn ein Fehler nahe dem Kondensator und aber an der zur Relaisstelle entgegengesetzten Seite auftrat, bestand eine weitgehende Wahrscheinlichkeit, daß das Distanzrelais eine unerwünschte auslösende Ausgangsgröße erzeugte. Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch eine Lösung dieser beiden Probleme. Das letztgenannte Problem kann jedoch dadurch gelöst werden, daß das Auslöserelais durch den vorherigen Betrieb eines Blockierungsrelais abgeblockt wird, welches in die nicht auslösende Richtung 'schaut'.

Auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik ist es bekannt, daß es wichtig ist, den Leistungsschalter schneller bei Fehlern auszulösen, die nahe der erzeugenden bzw. Stromquelle auftreten, wobei solche Fehler nachfolgend als 'nahe' (close-in) Fehler bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein schnelleres Auslösen des Leistungsschalters bei derartigen nahen Fehlern, um hierdurch die die Fehler enthaltende Leitung entfernen bzw. abschalten zu können, bevor sie einen Generator außer Tritt fallen läßt oder zu anderen wesentlichen unerwünschten Resultaten führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Schutzrelaisschaltung insbesondere mit den vorgenannten Eigenschaften.

Die vorliegende Erfindung führt zu einer Anzahl wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, und sie beinhaltet unter anderem ein Mittel zum schnellen Erfassen wesentlicher Fehler innerhalb einer Länge bzw. Strecke einer kompensierten Leitung ohne den unerwünschten Effekt einer Erfassung bzw. Aufnahme von Fehlern in angrenzenden Leitungen oder nachfolgenden Sammelschienen.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß keine falschen Fehlerzustandssignale erzeugt werden, wenn in der Spannungserfassungsschaltung ein offener Stromkreis auftritt, so lange der Leitungsstrom I nicht seinen normalen Wert wesentlich übersteigt. Bei herkömmlichen Distanzrelais wird das Distanzrelais betätigt, wenn die Größe (IZ_R - IZ_p) über Null ansteigt. Wenn IZp infolge eines offenen Stromkreises in der Spannungserfassungsschaltung zu Null wird, kann das Distanzrelais aus-

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gelöst werden, da der Wert IZ_R wesentlich größer als Null ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Wechselstrom-Pegeldetektor oder eine bipolare Schwellwertschaltung vorgesehen, die so eingestellt werden kann, daß sich keine Ausgangsgröße ergibt, wenn die Eingangsgröße gleich IZ_R ist, so lange der Wert des LeitungsStroms I nicht wesentlich den normalen Last- oder Leitungsstrom übersteigt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß alle Eingangssignale (IZ_R - IZ₅₁) einer bipolaren Schwellwertschaltung oder einem Wechselstrom-Pegeldetektor zugeführt werden. Die bipolare Schwellwertschaltung erzeugt keine Ausgangsgröße, und es wird kein Signal zu den Mitteln zum Veranlassen einer Betätigung des Leistungsschalters geleitet, wenn nicht die Größe (IZ_R - IZ₅₁) einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, der wahlweise einstellbar ist. Die wahlweise Einstellung der Bedingungen, bei denen die Schutzrelaisschaltung eine Ausgangsgröße erzeugt, führt zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen zu weiteren Vorteilen im Zusammenhang mit zahlreichen Anwendungsfällen.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei nahen Fehlern eine schnelle Erzeugung eines Fehlersignals möglich ist. Mit anderen Worten kann für Fehler, die gerade vor oder nahe der Relaiserfassungsschaltung auftreten, das Fehlersignal sehr schnell erzeugt werden. Die Verwendung des Wechselstrom-Pegeldetektors nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, daß kürzere Zeiten für die erforderliche Koinzidenzerfassungsperiode des charakteristischen Zeitgebers eingestellt werden können, wobei beispielsweise Zeiten, die beträchtlich kleiner als 9o elektrische Grade sind, für die Koinzidenzerfassungsperiode eingestellt werden können. Die Wechselstrom-Pegeldetektor- oder bipolare Schwellwertschaltung wird so eingestellt, daß sich kein Ausgangssignal für Lastströme ergibt, die kleiner als ein vorbestimmter normaler Last- oder Leitungsstrom sind. Ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen müßte der charakteristische Zeitgeber auf zumindest 9o elektrische Grade und möglicherweise auf 12o elektrische Grade eingestellt werden, um einen fehlerhaften Betrieb unter Hochlastbedingungen zu vermeiden. Die bezüglich der elektrischen Grade längeren Vergleichszeiten führen zu einer größeren

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Verzögerung zwischen dem Erfassen des Fehlerzustandes und dem Erzeugen des tatsächlichen Fehlersignals. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verkürzung dieser Zeitverzögerung.

Kurz gesagt beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Relaisschaltung zum Erzeugen eines Signals zum Steuern der Auslösespule eines eine Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung schützenden Leistungsschalters. Es sind erste und zweite Mittel zum Ankoppeln an die Leitung vorgesehen. Das erste Kopplungsmittel spricht auf Leitungsspannungen an, um Referenzspannungen zu entwickeln, die die Leitungsspannungen darstellen. Das zweite Kopplungsmittel spricht auf Leitungsströme an, um diese darstellende Spannungen zu entwickeln, die über eine vorbestimmte konstante Impedanz mit dem Leitungsstrom in Beziehung stehen. Alle bezeichnenden Spannungen haben eine gewisse Phasenbeziehung in bezug auf den elektrischen Leistungsfluß an der Leitung. Es sind Summiermittel vorgesehen, um die repräsentative bzw. bezeichnende Spannung, die mit dem Leitungsstrom über eine vorbestimmte konstante Impedanz oder Nachbildungsimpedanz (Z_R) in Beziehung steht, und eine invertierte Referenzspannung (-IZp) zu summieren, die die Leitungsspannung zum Fehler darstellt. Die Summiermittel können als ein Differenzschaltungsmittel zum Erzeugen eines Ausgangssignals (IZ_R - IZp) angesehen werden, wobei I der Leitungsstrom, Z_R die vorgewählte konstante Referenz- oder Nachbildungsimpedanz und Z die Leitungsimpedanz vom Relais zu einem möglichen Fehler sind. Die Ausgangsgröße der Summiermittel oder Differenzschaltungsmittel wird einem Wechselstrom-Pegeldetektor oder einer bipolaren Schwellwertschaltung zugeführt. Der Wechselstrom-Pegeldetektor bildet nur dann eine Signalausgangsgröße, wenn die Ausgangsgröße der Summiermittel einen vorgewählten vorbestimmten Wert übersteigt. Eine Spannungspolarisationsschaltung oder Filterschaltung ist vorgesehen, um ein Spannungspolarisations- bzw. -polarisierungssignal in Abhängigkeit von dem für eine Leitungsspannung bezeichnenden Referenzspannungssignal zu bilden. Das Spannungspolarisationssignal und die Ausgangsgröße der Schwellwertmittel werden einem Koinzidenzdetektormittel zugeführt, um eine Fehlersignal-Ausgangsgröße zu erzeugen. Diese kann nur dann erzeugt werden, wenn die Größe (IZ_n - IZ_) einen vorbestimmten Schwellwert des

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Wechselstrom-Pegeldetektors übersteigt.

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Die Fehlersignal-Ausgangsgröße der Koinzidenz-Detektoreinrichtung wird normalerweise zu einem charakteristischen Zeitgeber geleitet, um eine Ausgangsgröße nur dann zu erzeugen, wenn eine Koinzidenz über eine ausreichend lange Zeitperiode von beispielsweise 9o elektrischen Graden einer 60 Hertz Wechselstromledatung erfaßt worden ist. Die Ausgangsgröße des charakteristischen Zeitgebers wird gewöhnlich einer Auslösesteuerschaltung zum Erregen der Leistungsschalterspule zugeführt. Das Einstellen des Schwellwertpegels der Schwellwertmittel ermöglicht es, daß der charakteristische Zeitgeber auf kleinere Koinzidenzwerte eingestellt werden kann, wie beispielsweise auf 60 elektrische Grade statt auf 9o elektrische Grade. Dieses ermöglicht ein sehr viel schnelleres Erzeugen eines Fehlersignals, was besonders wichtig bei nahen bzw. generatornahen Fehlern ist. Der Schwellwertpegel der Schwellwertmittel kann so eingestellt werden, daß diese keine Ausgangsgröße für normale Werte des Laststroms (I) multipliziert mit der vorgewählten konstanten Impedanz Z_R erzeugen, wodurch kürzere Koinzidenzzeiten des charakteristischen Zeitgebers gewählt werden können, um eine Fehlersignal-Ausgangsgröße zu erzeugen.

Die Schwellwertmittel ermöglichen auch das Erfassen von Fehlern innerhalb einer Leitung mit einer Serienkondensatorkompensation, ohne daß Fehler jenseits der Leitung an angrenzenden Sammelschienen erfaßt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Schwellwertmittel so eingestellt werden, daß eine Triggerung bzw. Auslösung bei einem Wert erfolgt, welcher einer Funktion der Funkenstrecken-Überschlag- oder -Durchschlagspannung der Funkenstrekken entspricht, die den Kondensatoren für einen überspannungsschutz parallelgeschaltet sind.

Die vorliegende Schutzrelaisschaltung bildet somit eine kombinierte Funktion vom Distanz- und überstromtyp. Die Schutzrelaisschaltung enthält den Wechselstrom-Pegeldetektor oder die bipolare Schwellwertschaltung, dem bzw. der die Größe I (Z - Z_p) zugeführt wird. Dabei sind I der Strom in der Leitung, Z_n die den zu schützenden Leitungen entsprechende Nachbildungs- oder Referenzimpedanz und Zj₁ die Leitungsimpedanz von dem Relaismeßpunkt bis zum Fehler. IZp ist gleich V, der Spannungseingangegröße zum Relais. Eine Ausgangsgröße wird von dem Wechselstrom-Pegeldetektor

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nur dann erzeugt, wenn die Größe I (Z_R - Z_p) einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die Ausgangsgröße des Pegeldetektors wird in einer Koinzidenzschaltung oder einem Und-Tor mit einem Polarisierungs- bzw. Polarisationssignal verglichen. Das Erfassen einer von dem charakteristischen Zeitgeber gemessenen Koinzidenz während einer wählbaren vorbestimmten Zeitperiode führt zu einem Ausgangssignal zum Steuern des Betriebes bzw. der Betätigung der Auslösespule des Leistungsschalters. Die Schutzrelaisschaltung kann an Leitungen mit einer Serienkondensatorkompensation wie auch an nicht kompensierten Leitungen benutzt werden. Wenn die Schutzrelaisschaltung an einer kompensierten Leitung angewendet wird, wird der Wechselstrom-Schwellwertpegel des Pegeldetektors so eingestellt, daß er eine Funktion der Durchschlagspannung der Funkenstrecke ist, die den kompensierenden Serienkondensator schützt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen näher erläutert, die lediglich beispielhaften Charakter haben und in keiner Weise beschränken sollen. Es zeigen:

Figur 1 - in einer schematischen Darstellung eine nicht kompensierte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung, Figur 2 - in einer schematischen Darstellung eine Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung mit einer Serienkondensator-Kompensation ,

Figur 3 - in einer schematischen Darstellung, teils in Blockdiagrammform, eine erfindungsgemäße Schutzrelaisschaltung, die eine kombinierte Distanz- und ÜberStromfunktion bildet,

Figur 4 - in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform einer bipolaren Schwellwertschaltung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, nach der vorliegenden Erfindung, Figur 5 - in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausführungsform einer bipolaren Schwellwertschaltung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist,

Figur 6 - einen Satz von elektrischen Signalwellenformen, die in der Schaltung aus Figur 3 während des Betriebes auftreten, wobei Wellenformen enthalten sind, die den Einfluß auf das Ausgangssignal der Koinzidenz- oder ünd-Schal-

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ΛΛ

tung infolge einer Veränderung der Schwellwertpegeleinstellung der bipolaren Schwellwertschaltung darstellen.

Figur 7 - eine graphische Darstellung, bei der der Fehlerstrom

1-a und der zum Betätigen des Schutzrelais erforderliche Strom in Abhängigkeit von dem Verhältnis (Z^/Z^) aufgetragen sind, wobei es sich um das Verhältnis der Fehlerimpedanz Z„ zur Nachbildungsimpedanz Z_R handelt, und

Figur 8 - ein Phasendiagramm zum Aufzeigen typischer Phasenbeziehungen zwischen dem Spannungspolarisationssignal dem Laststrom I,. und dem Fehlerstrom Ip.

Die vorliegende Erfindung kann als eine derartige Zusammenfassung eines Distanzrelais und eines überstromrelais betrachtet werden, die zu einer wesentlichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber dem Fall einer Verwendung eines separaten Distanzrelais und eines separaten Überstromrelais führt.

In E¹IgUr 1 ist eine Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung 10 mit einer Einrichtung 12 zum Erfassen des Stromes I in einer Leitung und mit einer Einrichtung 14 zum Erfassen der Spannung V an der Leitung dargestellt. Wie es dem Fachmann auf dem Gebiet der Schutzrelaistechnik bekannt ist, können die Stromerfassungseinrichtung 12 ein Stromwandler und die Spannungserfassungseinriehtung 14 ein heruntertransformierender Wandler bzw. Transformator sein. Es ist jedoch festzustellen, daß auch andere geeignete Erfassungsraittel benutzt werden können. In Figur 1 ist ein bei 16 an der Leitung 10 auftretender Fehler X dargestellt. Während eines Fehlerzustandes ist die Spannung V = IZ_p wobei Z_p die Impedanz vom Fehler 16 zur Stromerfassungseinrichtung 12 sowie zur Spannungserfassungseinrichtung 14 ist. Zum Zwecke der vorliegenden Erörterung wird angenommen, daß die Stromerfassungseinrichtung 12 und die Spannungserfassungseinrichtung 14 im wesentlichen an der selben Stelle der

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Leitung angeordnet sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Übertragungsleitungsdiagramme in den hier erörterten Figuren nicht maßstabsgerecht sind.

Die Impedanz der gesamten Länge der Leitung in

Figur 1 wird als Z, bezeichnet, und es kann ihr beispielsweise der Wert von 10 Ohm gegeben werden. Der Wert Z_R ist ein vorgewählter konstanter Impedanzwert, der als eine Nachbildungsoder Referenzimpedanz der Leitung bezeichnet werden kann. Wenn die vorliegende Erfindung für eine direkte Auslösefunktion angewendet wird, also ohne zusätzliche Kontrolle arbeitet, wird dieser Impedanzwert gewöhnlich so gewählt, daß er gleich oder etwas kleiner als die Impedanz Zj. ist, damit der Betrieb des Distanzrelais auf Fehler innerhalb der zu schützenden Leitung beschränkt wird. Beispielsweise kann der Wert Z_R zu 10 Ohm gewährt werden, wenn die Leitungsimpedanz Zj. 10 Ohm beträgt, um sicherzustellen, daß nur Fehler innerhalb der Leitung erfaßt werden. Bestimmte Anwendungen erlauben es jedoch, daß Z„ auf einen größeren Wert Zj. eingestellt wird, ohne daß die Gefahr eines Erfassens von Fehlern außerhalb der geschützten Leitung besteht.

In Figur 3 ist ein Diagramm, teilweise in Blockdiagrammform, einer Schutzrelaisschaltung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist ein Stromerfassungsmittel 12 vorgesehen, welches ein Stromwandler sein kann. Die Ausgangsgrösse der Stromerfassungseinrichtung wird zu einem Transaktor 22 geleitet, der an einen Widerstand 2¹J eine Ausgangsgröße liefert, welche proportional zu dem mit einer vorgewählten konstanten Impedanz Zn multiplizierten Strom ist. Solche Transaktor-Glieder sind in der Technik bekannt. Die sekundäre Ausgangsspannung des Transaktors steht mit dem primären Strom über eine komplizierte Proportionalitätskonstante oder einen Vektoroperator in Beziehung, die bzw. der als Übertragungsimpedanz (transfer impedance Z) des Transaktors bekannt ist. Die Ausgangsspannung des Transaktors 22 ist deshalb gleich IZ_R, wobei äie übertragungsimpedanz des Transaktors zu Z^ gewählt ist. Bezüglich einer weiter detaillierteren Erörterung eines Transaktors wird hiermit auf das US-Patent 3 37*1 399 Bezug genommen.

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Eine Spannungserfassungseinrichtung l4 liefert eine Spannung an einen invertierenden Verstärker 26, der das Spannungssignal (V = IZp) umkehrt und zu einem Widerstand 28 leitet. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß andere geeignete Verfahren zum Erzielen der Spannungsumkehrung angewendet werden können, um hier-

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durch, den invertierenden Verstärker 26 entbehrlich, zu machen, was dem Fachmann klar ist. Beispielsweise lassen sich, hierfür geeignete Verbindungs- bzw. Anschlußmaßnahmen des Wandlers anwenden. Die dem Widerstand 28 zugeführte Spannung kann mit "IZp bezeichnet werden. Diese Spannung ist proportional zu dem Produkt aus dem Strom in der Leitung und aus der Impedanz von dem Erfassungspunkt zu einer Fehlerstelle, wenn ein Fehler vorliegt. Die Signale IZ_R und -IZp werden am Eingang eines Operationsverstärkers 3o summiert, um ein diesbezügliches Differenzausgangssignal (IZ_R - IZp) zu erzeugen. Statt des offenbarten Verstärkers 3o könnte auch ein Differenzverstärker benutzt werden, um dieses Ausgangssignal ohne Verwenden des invertierenden Verstärkers 26 zu erzeugen. Der Operationsverstärker 3o ist mit einem variablen Rückkopplungswiderstand 32 versehen, der zum wahlweisen Einstellen des Verstärkungsgrades des Operationsverstärkers 3o benutzt werden kann.

Die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 3o wird einer bipolaren Schwellwertschaltung oder einem Wechselstrom-Pegeldetektor 34 zugeleitet. Die bipolare Schwellwertschaltung 34 kann eine Reihenschaltung aus einem Paar gegensinnig gepolter Zenerdioden sein, wie den Zenerdioden 36 und 38 aus Figur 4. Alternativ kann die bipolare Schwellwertschaltung 34 eine Parallelschaltung aus invers bzw. entgegengesetzt gepolten Dioden sein, wie den Dioden 4o und 42 aus Figur 5. In diesem Fall invers parallel geschalteter Dioden 4o und 42 ergibt sich von der bipolaren Schwellwertschaltung an der Leitung 44 keine Ausgangsgröße, bis die Eingangsgröße den Durchlaßrichtung-Spannungsabfall einer der Dioden 4o oder 42, in Abhängigkeit von der momentanen Polarität der Eingangsgröße an der Leitung 46, überschreitet. Durch die Verwendung von Zenerdioden 36 und 38 gemäß Figur 4 können eine größere Anpassungsfähigkeit und eine Wahl der Schwellwertpegel vorgesehen werden. Im Fall von Figur 4 erscheint an der Ausgangsleitung 44 keine Ausgangsgröße, bis die Wechselstrom-Spannung am Eingang 46 die Durchbruchspannung der Zenerdioden übersteigt. Natürlich können verschiedene Zenerdioden-Durchbruchpotentiale gewählt werden, und es können verschiedene Kombinationen von Zenerdioden und/oder normalen Dioden benutzt werden, um die erwünschte Schwellwertspannung zu wählen bzw. zu erzielen. Zur weiteren Erör-

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terung einer bipolaren Schwellwertschaltung wird hiermit auf die US-Patentanmeldung Ser.No. 64o 3o8 verwiesen.

Die an der Leitung 44 erscheinende Ausgangsgröße der bipolaren Schwellwertschaltung 34 wird einem Quadrierungs- bzw. Rechteckverstärker (squaring amplifier) 5o zugeleitet, bevor dessen Ausgangsgröße an einen Anschluß bzw. Eingang eines Koinzidenzdetektors oder Und-Tors 52 angelegt wird.

Die Spannungserfassungseinrichtung 14 leitet auch eine Eingangsgröße zu einem Verstärker 54. Die Ausgangsgröße desselben wird einer Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltung zugeleitet, die grundsätzlich eine Filterschaltung ist, welche an ihrem Ausgang ein Spannungspolarisierungssignal erzeugt, wie es auf dem Gebiet von Distanzrelais bekannt ist. Zur weiteren Erörterung von Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltungen kann auf die zuvor genannte US-Patentanmeldung und insbesondere auf die dortige Figur 7 verwiesen werden. Die in Figur 7 der genannten US-Patentanmeldung dargestellte Schaltungsanordnung kann als Polarisii,Lungssignal-Verarbeitungsschaltung 56 der vorliegenden Anmeldung benutzt werden. Es können jedoch auch andere geeignete Schaltungsanordnungen verwendet werden. Die Ausgangsgröße der Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltung 56 wird einem Quadrierungs- bzw. Rechteckverstärker (squaring amplifier) 58 zugeleitet. Die Ausgansgröße dieses Verstärkers 58 ist das Spannungspolarisierungssignal V_pQ , welches aus Rechteckimpulsen abwechselnder Polarität besteht und einen vorbestimmten festen Zusammenhang mit der Spannung V hat. Die Spannungspolarisierungssignal-Ausgangsgröße V_p0L des Rechteckverstärkers 58 ist für die Richtung der Fehlerstelle in bezug auf das Relais bezeichnend. Die Ausgangsgröße des Rechteckverstärkers 58 wird einem zweiten Eingang des Koinzidenzdetektors oder Und-Tors 52 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Und-Tors 52 gelangt zu einem charakteristischen Zeitgeber 6o. Dieser erzeugt eine Ausgangsgröße, wenn von dem Und-Tor 52 eine Koinzidenz während einer minimalen vorbestimmten Zeitdauer erfaßt worden ist, die der im linken Dreieckbereich des Zeitgebers 6o angegebenen Anzahl von Millisekunden entspricht. Die Ausgangsgröße des charakteristischen Zeitgebers 6o wird über eine Anzahl von Millisekunden beibehalten, die in dem rechten Dreieckbereich spezifiziert ist. So wird bei-

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spielsweise gemäß Figur 3 keine Ausgangsgröße zu einer Auslösesteuerschaltung 62 geleitet, bis das Und-Tor 52 bezüglich seiner Eingänge eine Koinzidenz für eine Zeitperiode von 3 Millisekunden feststellt. Die Ausgangsgröße des einmal getriggerten charakteristischen Zeitgebers 6o wird über 5 Millisekunden beibehalten, wie es durch die 5 in dem Dreieckbereich an der rechten Seite des charakteristischen Zeitgebers 6o dargestellt ist.

Die Ausgangsgröße des charakteristischen Zeitgebers 6o wird als eine Auslösungseingangsgröße einer Auslosesteuerschaltung 62 zugeführt, die an einer Leitung 64 andere Eingangsgrößen empfangen kann, wie von Steuerkanalempfängern (pilot channel receivers) . Wenn angenommen wird, daß die Auslösesteuerschaltung 62 irgendwelche anderen notwendigen Signale empfängt, sorgt die Ausgangsgröße des charakteristischen Zeitgebers 6o für ein Triggern der Auslösesteuerschaltung 62, um ein öffnen von Leistungsschalterkontakten 66 zu begründen. Die Komponenten 6o und 62 können in Verbindung miteinander als eine koinzidenzabhängige Einrichtung betrachtet werden, die von der Und-Schaltung 52 ein Koinzidenz -Ausgangs signal empfängt und bei einer Ansteuerung durch eine Eingangsgröße an der Leitung 64 arbeitet, um eine Leistungsschalter-Auslösespule (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von einer Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße vorbestimmter minimaler Zeitdauer, die von dem charakteristischen Zeitgeber 6o bestimmt wird, in Betrieb zu setzen.

Es kann festgestellt werden, daß kein anderer, die bipolare Schwellwertschaltung 34 umgehender Pfad vorhanden ist. Demzufolge wird dem Verstärker 5o kein Eingangssignal zugeführt, wenn nicht das Differenzsignal den vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Schutzrelaisschaltung nur dann ein Erzeugen einer wirksamen Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße, wenn das Differenzsignal den vorbestimmten Schwellwert der bipolaren Schwellwertschaltung oder des Wechselstrom-Pegeldetektors 34 überschreitet.

Im Betrieb werden die Schutzrelaisschaltungen der vorliegenden Erfindung in Betrieb gesetzt, wenn die Differenzsignal-Ausgangsgröße der Summierschaltung 3o einen vorbestimmten Wert übersteigt. Die Ausgangsgröße der summierenden Verstärkereinrich-

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tung 3o ist proportional zur Differenz zwischen dem Produkt des LeitungsStroms (I) sowie einer ausgewählten Referenz- oder Nachbildung simpedanz (Z_R) und dem Produkt des Leitungsstroms (I) sowie der Leitungsimpedanz zu einem möglichen Fehler (Z ) . Es ist festzustellen, daß der Summiervorgang zum Erzeugen dieses Differenzsignals in verschiedener Weise durchgeführt werden kann, was dem Fachmann geläufig ist. Beispielsweise kann das Differenzsignal dadurch erzielt werden, daß eines der Signale dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers und das andere Signal einem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers zugeleitet werden. Die Ausgangsgröße stellt die Differenz zwischen den zwei Eingangssignalen dar. Ein anderes Verfahren ist in Figur 3 offenbart, wonach das der Leitungsspannung entsprechende Signal durch den Umkehrverstärker 26 invertiert und dann in einem aus Widerständen 24 und 28 bestehenden Widerstandsnetzwert summiert wird. Andere geeignete Verfahren zum Summieren dieser Signale zwecks Erzeugung eines Differenzsignals sind dem Fachmann geläufig.

Die Größe (IZ_R - IZp) kann in I(Z_R - Z„) umgeschrieben werden. Bei herkömmlichen Distanzrelais kann die Größe Z„ als

Haltegröße betrachtet werden, die das Relais von einem Betrieb abhält. Beim Fehlen eines Fehlerzustandes in der geschützten bzw. überwachten Leitung handelt es sich bei Z_ normalerweise um eine beträchtliche Größe, da diese die Leitungsimpedanz plus der Lastimpedanz enthält. Wenn die Größe IZ aufgrund eines Fehlerzustandes in der Schutzrelaisschaltung zu Null wird, wie bei einem öffnen der Sicherung 15, verschwindet die Haltegröße IZ„. Bei dem angenommenen herkömmlichen Relais wird die Größe IZ_R dann unverzögert bzw. ungebremst angelegt, so daß ein Betrieb des Relais begründet werden kann. Nach der vorliegenden Erfindung können der mit dem variablen Widerstand 32 eingestellte Verstärkungsgrad des Summierverstärkers 3o und die Komponenten in der bipolaren Schwellwertschaltung oder dem Wechselstrom-Pegeldetektor 34 so gewählt sein, daß an der Leitung 44 keine Ausgangsgröße von der bipolaren Schwellwertschaltung 34 erscheint, bis die Größe IZ_R einen normalen Wert übersteigt, oder mit anderen Worten, da Z_R fixiert ist, bis der Strom I normale Laststromwerte übersteigt.

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Im Schutzbetrieb von Leitungen mit einer Serienkondensatorkompensation ist es höchst erwünscht, daß der Leistungsschalter bei Fehlern ausgelöst werden kann, die in der Leitung bzw. dem Netz auftreten, beispielsweise an der linken Seite des Punktes 17 an der Leitung 11 aus Figur 2, und daß Fehler unterschieden werden können, die an einer angrenzenden Sammelschiene auftreten, beispielsweise an Punkten an der rechten Seite des Punktes 17 der Leitung 11. Mit anderen Worten ist es erwünscht, eine *überreichweite¹ ('overreaching') des Schutzrelais zu vermeiden. Das Schlüsselelement ist hier die kapazitive Spannung, die als IX_C bezeichnet werden kann und einen Maximalwert hat, der von dem Zünd- bzw. Durchschlagpotential einer Funkenstrecke 68 festgesetzt wird, welche dem in Reihe geschalteten Kompensationskondensator 7o parallelgeschaltet ist. Im Falle einer reihenkondensatorkompensierten Leitung wird die Differenzgröße (IZ -- V) zu der Größe (IZ IZ_p), wobei Z„ eine Funktion der Leitungsimpedanz und des kapazitiven Blindwiderstandes des Kondensators 7o ist, was davon abhängt, wo der Fehler in einer Leitung auftritt. Wenn angenommen wird, daß ein Fehler am Ende der zu schützenden Leitung oder mit anderen Worten am Punkt 17 der Leitung 11 auftritt, wird die

Größe (IZ„ - IZ₁J zu (IZ_n - IZ₁. + IX-) , und diese Größe vereinig Γ K Jj O

facht sich zu (IX,-,) , da sich IZ_D und IZ₁. herausheben, wenn davon ausgegangen wird, daß IZ_R gleich IZ gewählt wird. Da es nicht erwünscht ist, daß das Relais bei Fehlern auslöst, die außerhalb der geschützten Leitung auftreten, wird der Wechselstrom-Pegeldetektor oder die bipolare Schwellwertschaltung 34 so eingestellt, daß eine Triggerung bei einer Spannung erfolgt, die dem Maximalwert der Spannung IX„ entspricht, welches die Zünd- bzw. Durchschlagspannung der Funkenstrecke 68 ist. Der Schwellwertpegel der bipolaren Schwellwertschaltung 34, der durch den den Verstärkungsgrad des Verstärkers 3o einstellenden variablen Widerstand und auch durch die Wahl der Dioden- und/oder Zenerdiodenkomponenten in der bipolaren Schwellwertschaltung 34 eingestellt wird, wird so gewählt, daß er vorzugsweise der am Kondensator 7o maximal zugelassenen Spannung entspricht. Die Maximalspannung, welche am. Kondensator 7o zugelassen wird, wird von der Funkenstrecke 68 bestimmt. Dem Fachmann ist es jedoch geläufig, daß die Einstellung

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des Pegeldetektors oder der bipolaren Schwellwertschaltung eine Funktion der maximalen Spannung am Kondensator 7o sein kann, beispielsweise 95 % oder 1o5 % der Maximumspannung am Kondensator 7o. Natürlich können auch andere geeignete Prozentsätze oder Funktionen der maximalen Spannung am Kondensator 7o angewendet werden.

Es ist festzustellen, daß es vor der vorliegenden Erfindung unerwünscht war, ein sehr schnelles direkt auslösendes Distanzrelais an kompensierten Leitungen anzuwenden, da die durch einen Fehler an der entfernten Sammelschiene gesehene Impedanz eine komplexe Größe war, die auf den stationären und transienten bzw. flüchtigen Spannungen sowie Strömen basierte. Obwohl gewisse Fehler, die von der Schutzrelaisschaltungsvorrichtung abseits und aber innerhalb des geschützten Leitungsabschnitts liegen, aufgrund einer bestimmten Schwellwertpegeleinstellung in der Schutzrelaisschaltung nicht erfaßt werden können, führt die Verwendung der vorliegenden Erfindung zu dem Vorteil, daß starke nahe Fehler schnell erfaßt werden können. Die Fähigkeit, starke nahe Fehler schnell erfassen zu können, ist in Verbindung mit der Fähigkeit anderer Schutzrelais zum Erfassen der oben erwähnten entfernten Fehler sehr wichtig zum Beibehalten der Systemstabilität.

Wie es oben erwähnt wurde, ist die bipolare Schwellwertschaltung 34 vorzugsweise so eingestellt, daß eine Ausgangsgröße nur dann gebildet wird., wenn die Leitungsspannung den Maximalwert von IX_C übersteigt, nämlich die Zünd- bzw. Durchbruchspannung der zum Kondensator 7o parallel geschalteten Funkenstrecke 68. Das bedeutet, daß keine jenseits des Punktes 17 der Leitung 11 aus Figur 2 liegenden Fehler erfaßt werden. Die Größe (IZ_R - V) wird allgemein zu (IZp - IZp + IXq)/ wobei Z_p die Leitungsimpedanz zum Fehler ist. Die Größe IXp kann Null sein, wenn der Fehler an der Relaisseite oder Quellenseite des Kondensators 7o liegt. Dies ermöglicht ein Auslösen bei nahen Fehlern, bei denen die Größe (IZ_R - IZp) die Einstellung der Schwellwertschaltung übersteigt. Diese Größe übersteigt die Schwellwerteinstellung, wenn starke nahe Fehler vorliegen.

Die vorliegende Erfindung kann zum Bilden einer Schutzrelaisschaltungsanordnung benutzt werden, die den Leitungs- bzw. Netzleistungsschalter sehr schnell bei nahen Fehlern öffnet, um

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die Sicherheit des gesamten Leistungssystems zu verbessern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein sehr schnelles Auslösen des Leistungsschalters, da der charakteristische Zeitgeber so eingestellt werden kann, daß der Leistungsschalter bei einem Erfassen kürzerer Koinzidenzzeiten ausgelöst wird, wie beispielsweise bei 60 elektrischen Graden statt bei 9o oder 12o elektrischen Graden. Die niedrigere Einstellung des charakteristischen Zeitgebers wird durch den Pegel- oder Schwellwertdetektor ermöglicht, der ein Auslösen beim maximalen Laststrom an der geschützten Leitung verhindert. Ohne den Pegel- oder Schwellwertdetektor zum Verhindern eines Betriebes während des maximalen Laststroms kann eine Zeitverzögerung von etwa 5,5 Millisekunden.oder 12o elektrischen Graden in das System eingeführt werden. Durch die Möglichkeit der Einstellung des Zeitgebers zum Erfassen einer Koinzidenz für 60 elektrische Grade wird die Zeitverzögerung in der Schutzrelaisschaltung von 5,5 Millisekunden auf 2,75 Millisekunden reduziert. Diese Reduzierung der Zeitverzögerung kann ein bedeutender Vorteil beim Verhindern einer Instabilität beim Auftreten eines starken nahen Fehlers sein, insbesondere bei solchen Anwendungen, wo man sich auf 'Ein-pejo^QciQnt Schalter ^zum Beibehalten der Systemstabilität verläßt.

Die Betriebsweise der Schutzrelaisschaltung nach der vorliegenden Erfindung und insbesondere der Relaisschaltung aus Figur 3 kann besser unter Bezugnahme auf die Figuren 6, 7 und 8 verstanden werden. Figur 8 ist ein Phasendiagramm, welches die typischen Phasenbeziehungen zwischen dem Fehlerstrom I_, dem maximal nacheilenden Laststrom Ι~ und dem Spannungspolarisierungssignal V_p0L für eine oberirdische Höchstspannungsleitung darstellt. In einem Phasendiagramm wird die Amplitude einer Größe durch die Länge einer diese Größe wiedergebenden Linie bzw. eines entsprechenden Vektors dargestellt, während die Phasenbeziehung durch den von einer vorgegebenen Bezugsstelle gemessenen Winkel der Linie bzw. des Vektors dargestellt wird, wobei die Bezugsstelle gewöhnlich die horizontale Linie ist, die in Figur 8 mit Null bezeichnet ist. Der Phasenwinkel des Laststroms I₁., der V_nrtT um etwa 25 Grad

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nacheilt, ist ein typischer Problemfallzustand. Aus Figur 8 ist es für den dargestellten Fall ersichtlich, daß sich der Phasenwinkel

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des LeitungsStroms I beim Auftreten eines Fehlerzustandes verschiebt, und zwar von einem Nacheilen gegenüber dem Spannungspolarisierungssignal V_pnT von etwa 25 Grad zu einem Nacheilen gegenüber V _, von etwa 85 Grad. Diese Verschiebung im Phasenwinkel des Stroms wird durch den weitgehenden Abfall der Leitungsspannung während eines Fehlerzustandes begründet, wodurch der Effekt der Nebenschlußkapazität und der Lastimpedanz reduziert oder eliminiert wird. Die Nachbildungsimpedanz Z_R wird so gewählt, daß sie einen Phasenwinkel hat, welcher V_p0L um etwa 85 Grad voreilt, so daß demnach das Vektorprodukt von I_F ^Z _R während eines Fehlerzustandes im wesentlichen gleichphasig mit V_pOL ist. Das Vektorprodukt (I₁. Z_n) des normalen Laststroms und der Nachbildungsimpedanz ist

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im wesentlichen außerphasig mit dem Spannungspolarisierungssignal V_pOL von der Polarisierungssignal-Verarbeitungsschaltung 56.

Die Effekte der Phasenverschiebung, der Auswahl verschiedener bipolarer Schwellwertpegel der bipolaren Schwellwertschaltung und der Auswahl von Minimum-Koinzidenzerfassungszeiten des charakteristischen Zeitgebers 6o können unter Bezugnahme auf Figur 6 besser verstanden werden. Die Wellenformen aus Figur 6 zeigen vor allem die Art und Weise, gemäß derer ein Vergrößern der Schwellwerteinstellungen des Wechselstrom-Pegeldetektors oder der bipolaren Schwellwertschaltung 34 zum Erzeugen einer kürzeren Koinzidenzimpuls-Ausgangsgröße vom Und-Tor 52 für eine vorbestimmte Differenzsignal-Eingangsgröße (IZ_R - IZ_p) zur bipolaren Schwellwertschaltung 34 führt. Die Wellenformen aus Figur 6 demonstrieren auch die Art und Weise, gemäß derer die Koinzidenzschaltung im fehlerfreien Zustand einen Relaisbetrieb verhindert, wenn ein Verlust des Überwachungspotentials auftritt, wie es der Fall sein kann, wenn die Sicherung 15 zum öffnen oder Durchbrennen veranlaßt wird.

Figur 6(a) zeigt die zur Und-Schaltung 52 gelangende Polarisierungssignal-Eingangsgröße V_p0].. Figur 6(b) zeigt das Differenzsignal (IZ_n - IZ_) im Fehlerzustand, das heißt bei (I = I_xJ ,

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wobei die bipolaren Schwellwertpegel durch die gestrichelten Linien 1oo und 1o2 bei den Pegeln A und -A dargestellt sind. Wie es aus einem Vergleich der Figuren 6(a) und 6(b) ersichtlich ist, ist das Differenzsignal (IpZ_R - I_F ^Z _F) während eines Fehlerzustan-

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des gleichphasig mit dem Spannungspolarisierungssignal V_pOL. Figur 6 (c) ist die Koinzidenz-Ausgangsgröße der Und-Schaltüng 52 im Zusammenhang mit dem Polarisierungseingangssignal V„ aus Figur 6(a) und dem Differenzsignal aus Figur 6(b) während eines Fehlerzustandes (Ip.Z_R - IpZp) für Spannungswerte größer als A und kleiner als -A. Die Linien 1o4 sind Verlängerungen der fallenden und ansteigenden Punkte bzw. Flanken des zum Und-Tor 52 geleiteten Signals V_p0L/ und diese Linien dienen einer Übersichtlichkeit der Figuren 6(a) bis 6(g).

Figur6(d) beinhaltet die Größe (I_TZ_ - V) mit V=O, wobei dieser Fall während normaler Leitungszustände auftreten kann, wenn die überwachungs- oder Relaisspannung zu Null wird, beispielsweise aufgrund eines Durchbrennens oder öffnens der Sicherung 15. Es ist festzustellen, daß die Spannungswellenform aus Figur 6(d) der Wellenform aus Figur 6(b) in Übereinstimmung mit Figur 8 um etwa 6o Grad voreilt. Da kein Fehler an der Leitung vorliegt, eilt der Strom I_L mit anderen Worten V „_ um etwa 25 Grad statt um etwa 85 Grad wie in einem Fehlerzustand nach. Es ist darauf hinzuweisen, daß die in Figur 8 angegebenen und .in Figur 6 dargestellten Phasenwinkelwerte ungefähre typische Werte sind, die der Erläuterung eines konkreten Beispiels dienen und die in keiner Weise beschränken sollen. Die Ausgangsgröße der Und-Schaltung 52, die sich aufgrund des Polarisierungseingangssignals V_p0L aus Figur 6 (a) und des Signals (I₁. Z.) ergibt, welches unter normalen LeitungsStrombedingungen bei einem Wegfall der Relaisspannung gemäß Figur 6 (d) «ntsteht,ist in Figur 6 (e) dargestellt. Da die Größe (I_LZ_R) aus Figur 6(d) außerphasig mit dem Spannungspolarisierungssignal (V_poL) aus Figur 6(a) ist, und zwar um etwa 6o Grad, ist der Ausgangsimpuls (1) aus Figur 6(e) beträchtlich kürzer als derjenige aus Figur 6(c), obwohl dieselben bipolaren Schwellwertpegel A und -A benutzt werden. Wenn beispielsweise ein charakteristischer Zeitgeber so eingestellt würde, daß eine Ausgangsgröße nur dann erzeugt wird, wenn eine Minimumdauer-Koinzidenzausgangsgröße des Und-Tors 52 gemäß den Linien 1o6 aus Figur 6 erzeugt wird, würde durch den charakteristischen Zeitgeber 6o in Abhängigkeit von dem Koinzidenzimpuls (1) aus Figur 6(c) eine Ausgangsgröße erzeugt werden, was jedoch nicht für den Koinzidenzimpuls CD aus Figur (e) gilt.

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Die Koinzidenzdauer kann für ein vorbestimmtes Differenzsignal (IZ_R - IZ„) weiter verkürzt werden durch Vergrößern der Einstellung der bipolaren Schwellwertpegel in der bipolaren Schwellwertschaltung 34. Es ist festzustellen, daß eine Vergrößerung des Schwellwertpegels einer bipolaren Schwellwertvorrichtung bedeutet, daß der absolute Wert der positiven und negativen Schwellwertpegel vergrößert wird, oder mit anderen Worten, daß der positive Schwellwertpegel vergrößert und der negative Schwellwertpegel mehr negativ gemacht werden. Dies ist durch gestrichelte Linien 1o8 und "Πο dargestellt, die den Pegeln B und -B in Figur 6(d) entsprechen. Die sich infolge der größeren Schwellwertpegeleinstellungen B und -B ergebende Koinzidenzausgangsgröße des ünd-Tors 52 ist in Figur 6(e) durch die flächenschraffierten Impulse (3) und (4) dargestellt. Die längeren Impulsdauern für die kleineren Schwellwertpegel A und -A sind auch dargestellt. Es ist offensichtlich, daß die Dauer der Koinzidenzausgangsgrößen vermindert werden kann, und zwar in Abhängigkeit von einer Vergrößerung der Phasenverschiebung des Differenzsignals in bezug auf das Spannungspolarisierungssignal (Vp_OL) und/oder durch Vergrößern des Schwellwertpegels der bipolaren Schwellwertschaltung. Es ist auch ersichtlich, daß die Tatsache eines erfolgenden oder nicht erfolgenden Erzeugens eines Ausgangssignals vom charakteristischen Zeitgeber 6o wahlweise bestimmt werden kann, und zwar durch das Einstellen der bipolaren Schwellwertpegel und/oder durch die Wahl der Eingangssignal-Dauer, die für den charakteristischen Zeitgeber 6o erforderlich ist, um ein Ausgangssignal.zum Auslösen der Steuerschaltungsanordnung 62 zu erzeugen.

Figur 6(f) zeigt das Differenzsignal (IZ_ - V) in feh-

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lerfreiem Zustand und bei beträchtlichem Laststrom. In dem dargestellten Beispiel hat dieses Signal eine weitgehende Phasenverschiebung von ungefähr 1oo Grad gegenüber dem Spannungspolarisierungssignal V„ aus Figur 6(a). Die sich in Abhängigkeit von einer in Figur 6(a) dargestellten Eingangsgröße V_pOL und dem in Figur 6(f) dargestellten Differenzsignal ergebende Koinzidenzausgangsgröße des Und-Tors 52 ist in Figur 6(g) dargestellt. Wie im Fall aus Figur 6(e) haben die in Figur 6(g) dargestellten Ausgangsgrößen eine kürzere Dauer als die Ausgangsgrößen aus Figur

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6(c). Die Dauer der schraffierten Flächen der Ausgangsimpulse (3) und t4> aus Figur 6(g) ist kürzer für den größeren Einstellwert der Schwellwertpegel B und -B als im Fall der kleineren Schwellwertpegeleinstellungen A und -A. Es ist ersichtlich, daß die grösseren Einstellungen der Schwellwertpegel für den Wechselstrom-Pegeldetektor 34 die Koinzidenzperioden verkürzen, so daß der charakteristische Zeitgeber 6o für einen Betrieb in Abhängigkeit von kürzeren Koinzidenzperioden eingestellt werden kann, um hierdurch die Minimumzeitverzögerung zum Betätigen des Relais 66 zu reduzieren.

Es ist klar, daß durch Einstellen des Schwellwertpegels der bipolaren Schwellwertschaltung in der Weise, daß ein Betrieb verhindert wird, wenn der Leitungsstrom nicht normale maximale Laststromwerte übersteigt, der charakteristische Zeitgeber so eingestellt werden kann, daß eine Ausgangsgröße erzeugt wird, wenn an seinem Eingang ein kurzes Koinzidenzsignal von 6o elektrischen Graden anliegt. Dies führt zu einem sehr schnellen Erfassen von nahen Fehlern. Andererseits kann der charakteristische Zeitgeber auf beträchtlich längere Koinzidenzperioden von beispielsweise 1o5 elektrischen Graden eingestellt werden, um sicherzustellen, daß das Schutzrelais nicht bei normalen Laststromwerten arbeitet. Wie es in den Figuren 6 und 8 dargestellt ist, ist die Koinzidenz-Ausgangsgröße für normale Laststromwerte verkürzt, da das Produkt (1-.Z_n) nicht in Phase mit V-^₁. ist. Das Differenzsignal ist weit-

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gehend bis zur Gleichphasigkeit mit dem Spannungspolarisationssignal V_poL während eines Fehlerzustandes verschoben.

Figur 7 beinhaltet eine graphische Darstellung, die als Zusammenfassung des Betriebes des erfindungsgemäßen Schutzrelais unter den Bedingungen betrachtet werden kann, bei denen die Zeitgebereinstellung und die Pegeldetektoreinstellungen koordiniert sind, um eine FehlerStromempfindlichkeit zu ermöglichen, die ungefähr zweimal so groß wie die Laststromempfindlichkeit für nahe Fehler oder mit anderen Worten für nahe der Relaisstelle auftretende Fehler ist. Die Bedingungen in Figur 7 können als typische Einstellungen des Pegeldetektors 34 und des charakteristischen Zeitgebers 6o betrachtet werden. Der normale maximale Leitungsstrom unter maximalen Lastbedingungen ist durch die horizontale

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gestrichelte Linie I₃. dargestellt« Der Fehlerstrom I_ und der Fehlerstrom., der zum Betätigen der Auslösesteuerschaltung 62 erforderlich ist·, sind in Abhängigkeit von dem Verhältnis (Z /Z_R) aufgetragen, wobei es sich um. das Verhältnis der Fehlerimpedanz Z zur Nachbildungsimpedanz- Z_R handelt und wobei dieses Verhältnis von Null bis Eins ansteigt. Das maximale Verhältnis (Z„/Z ) der Fehlerimpedanz zur Nachbildungsimpedanz, bei dem die erfindungsgemäße Schutzrelaisschaltung anspricht, ist längs der horizontalen Achse der graphischen Darstellung aufgezeigt. Die Schutzrelaisschaltung nach der vorliegenden Erfindung arbeitet für Werte des Fehlerstroms I— links vom markierten Punkt (Z-Vz_n)„.. _v, wobei

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β ie jedoch nicht für Werte des Fehlerstroms I_p rechts von diesem Punkt arbeitet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können verschiedenartige Abwandlungen vorgenommen werden.

ORSGiMAL INSPECTED

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Claims

Ansprüche

(1 ■.Schutzrelaisschaltung zum Bilden einer kombinierten Distanz- und überstromrelaisfunktion zum Steuern der Auslösespule eines eine Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung schützenden Leistungsschalters, gekennzeichnet durch Differenzschaltungs— mittel (3o) zum Erzeugen eines Differenzsignals, das proportional zu der Differenz zwischen einem mit einer vorgewählten konstanten Referenzimpedanz multiplizierten Signal, welches proportional zu einem Wechselstrom-Leitungsstrom ist, und einem zur Leitungsspannung proportionalen Signal ist, durch einen Wechselstrom-Pegeldetektor (34) , der auf das Differenzsignal von den Differenzschaltungsmitteln (3o) anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Differenzsignal einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, durch Mittel (54, 56) zum Erzeugen eines Spannungspolaritätssignals aus einem Leitungsspannungssignal der Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung, durch Koinzidenz-Detektormittel (52) zum Erzeugen einer Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße in Abhängigkeit von einem Erfassen einer Koinzidenz zwischen der Ausgangsgröße des Wechselstrom-Pegeldetektors (34) und dem Spannungspolaritätssignal und durch Koinzidenz-Ansprechmittel (60, 62) zum Empfangen der Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße, wobei diese Mittel bei einem Ansteuern in der Weise arbeiten, daß die Auslösespule in Abhängigkeit von einer Koinzidenzsignal—Ausgangsgröße vorbestimmter minimaler Dauer betätigt wird, und wobei die Schutzrelaisschaltung das Erzeugen einer wirksamen Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße nur dann zuläßt, wenn das Differenzsignal den vorbestimmten Schwellwert übersteigt.

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ORiGlNAL INSPECTED
2. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenz—Ansprechmittel ein charakteristisches Zeitgebermittel (6o) enthalten, welches eine Signalausgangsgröße für eine Verwendung zum Steuern der Auslösespule des Leistungsschalters nur in Abhängigkeit von der mit vorbestimmter minimaler Zeitdauer auftretenden Koinzidenzsignal-Ausgangsgröße der Koinzidenz-Detektormittel (52) erzeugt.
3. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Zeitgebermittel (6o) seine einmal erzeugte Signalausgangsgröße über eine vorbestimmte Zeitperiode beibehält.
4. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschützte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkondensator-Kompensation mit einem parallel zum Kondensator (7o) geschalteten Spannungsdurchschlagglied (68) enthält und daß der Pegeldetektor (34) eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Differenzsignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, der eine Funktion der Kondensatorspannung ist, bei der das Spannungsdurchschlagglied (68) zum Durchschlag bzw. Durchbruch kommt.
5. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschützte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkondensator-Kompensation mit einem parallel zum Kondensator (7o) geschalteten Spannungsdurchschlagglied (68) enthält und daß der Pegeldetektor (34) ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Differenzsignal einen der Durchschlagspannung des Durchschlaggliedes (68) entsprechenden Wert übersteigt.
6. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschützte bzw. überwachte Wechselstrom-Leistungsübertragungsleitung eine Serienkondensator-Kompensation mit einem zum Kondensator (7o) parallelgeschalteten Funkenstrecken-Schutzglied (68) enthält und daß der Wechselstrom-Pegeldetektor (34) ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Differenzsignal

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von der Differenzschaltung (3o) einen der Durchschlagspannung der Funkenstrecke (68) entsprechenden Wert übersteigt.
7. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Zeitgeberiaittel (6o) entsprechend eingestellt ist, um eine Koinzidenz für weniger als 9o elektrische Grade zu erfassen, und daß der Pegeldetektor (34) entsprechend eingestellt ist, um ein Ausgangssignal nur für Differenzsignale zu erzeugen, die einen Wert übersteigen, welcher ctem normalen Laststrom multipliziert mit der Referenz impedanz entspricht.
8. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom-Pegeldetektor (34) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Spannungsdurchschlag- bzw. Spannungsdurchbruchgliedern (36, 38) enthält.
9. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom-Pegeldetektor (34) zumindest ein Paar von invers parallelgeschalteten Dioden (4o, 42) enthält.
10. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenz-Detektormittel (34) ein Und-Tor enthalten.
11. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzsschaltungsmxttel Verstärkungsmittel (3o) enthalten.
12. Schutzrelaisschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad der Verstärkungsmittel (3o) der Differenzschaltungsmittel einstellbar ist.

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