DE2907857B1

DE2907857B1 - Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz einer Energieuebertragungsleitung im Kurzschlussfalle

Info

Publication number: DE2907857B1
Application number: DE2907857A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl-Phys Born; Joerg Dipl-Ing Schaale
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1980-03-20
Also published as: EP0015864A1; JPS55117418A; BR8001165A; YU47980A; EP0015864B1; DE2907857C2; US4306266A

Description

Es ist in der Selektivschutztechnik seit langem bekannt (vgl. beispielsweise H. Titze »Fehler und Fehlerschutz in elektrischen Drehstromanlagen«, 1953, Seiten 18 und 19), daß sich durch Messung des Widerstandes einer Energieübertragungsleitung zwischen der Einbaustelle einer Schutzanordnung und dem Ort eines Fehlers die Entfernung des Fehlerortes von der Einbaustelle ermitteln läßt, da der Widerstand der Entfernung proportional ist. Es ist ferner — beispielsweise auch aus der genannten Literaturstelle — bekannt, die Reaktanz der Energieübertragungsleitung zwischen Einbaustelle der Schutzanordnung und dem Kurzschluß zu messen; bei der Erfassung der Reaktanz ergibt sich der Vorteil, daß die Bestimmung des Kurzschlußortes vom Lichtbogenwiderstand oder von den Erdübergangswiderständen nur geringfügig beeinflußt wird. Die Reaktanz Xk einer Energieübertragungs-

leitung läßt sich durch folgende Gleichung (1) beschreiben:

v, \Uk\ . Xk = · sin η _k .

Ik\

In dieser Gleichung gibt | Uk j den Scheitelwert der Kurzschlußspannung an der Übertragungsleitung und j Jk I den Scheitelwert des Kurzschlußstromes in der Übertragungsleitung, gemessen an der Einbaustelle der Schutzanordnung, wieder; mit q>k ist der Phasenwinkel zwischen der Kurzschlußspannung und dem Kurzschlußstrom bezeichnet.

Um zur Bestimmung des Kurzschlußortes auf einer Energieübertragungsleitung die Reaktanz der Leitung im Kurzschlußfalle zu^erfassen, bedarf es demzufolge der Ermittlung von | Uk |, | IkJ und von sin q>k sowie der mathematischen Verknüpfung dieser Größen. Dies läßt sich bei dem heutigen Stand der elektronischen Schaltungstechnik ohne weiteres durchführen, wenn dafür eine genügend lange Zeit zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz einer Energieübertragungsleitung im Kurzschlußfalle vorzuschlagen, mit der sich die Reaktanz und damit auch der Kurzschluß in^sehr kurzer Zeit aus den Meßgrößen | Uk | und | Ik | ermitteln läßt; dies wird deshalb angestrebt, um mit der Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz nach dem Ansprechen einer Anregeschaltung im Kurzschlußfalle oder nach Ausgabe eines Auslösesignals durch eine zugeordnete Schutzeinrichtung in der kurzen Zeit vor dem Abschalten der nachgeordneten Leistungsschalter mit Sicherheit die Reaktanz und damit auch den Kurzschluß genau bestimmen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die vorliegende Patentanmeldung von einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz einer Energieübertragungsleitung im Kurzschlußfalle aus, der eine aus der Kurzschlußspannung an der Energieübertragungsleitung abgeleitete Meßgröße und eine aus dem Kurzschlußstrom in der Energieübertragungsleitung abgeleitete weitere Meßgröße zugeführt ist.

Erfindungsgemäß enthält die Schaltungsanordnung eingangsseitig eine Phasendreheinrichtung, in der aus der einen Meßgröße eine dieser etwa um einen der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung bei metallischem Kurzschluß entsprechenden Phasenwinkel voreilende Hilfsmeßgröße gebildet wird, und über im Kurzschlußfalle betätigte Schalter sind eine Auswerteanordnung zur Bildung einer vom Phasenwinkel zwischen den beiden Meßgrößen abhängigen Ausgangsgröße und eine Anordnung zur Maximalwertspeicherung der weiteren Meßgröße und der Hilfsmeßgröße an den Ausgang des Phasendrehgliedes und an die weitere Meßgröße angeschlossen; der Ausgang der Anordnung zur Maximalwertspeicherung und der Ausgang der Auswerteanordnung sind an eine Rechenanordnung angeschlossen.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz besteht darin, daß eine Hilfsmeßgröße gebildet wird, die der einen Meßgröße um etwa den der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung bei metallischem Kurzschluß entsprechenden Phasenwinkel voreilt, so daß die Hilfsmeßgröße dabei stets schon vor dem Beginn der Bestimmung der Reaktanz bzw. des Kurzschlußortes erzeugt wird und zu ihrer Bildung kein zusätzlicher Zeitverlust eintritt. Durch die gewählte Phasendrehung der einen Meßgröße wird erreicht, daß die Hilfsmeßgröße und die weitere Meßgröße zu Beginn der Bestimmung der Reaktanz in ihrer Phasenlage sich in der Regel nur geringfügig voneinander unterscheiden, so daß in kurzer Zeit, d.h. nahezu gleichzeitig, Maximalwerte der Meßgrößen erfaßbar sind und gespeichert werden können.

ίο Auch hinsichtlich der Erfassung der vom Phasenwinkel zwischen den beiden Meßgrößen abhängigen Ausgangsgröße erweist sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als vorteilhaft, weil aufgrund der Auswertung der Hilfsmeßgröße der Phasenwinkel zwischen dieser und der weiteren Meßgröße in der Regel relativ klein ist und somit ebenfalls in kurzer Zeit ermittelt werden kann.

Es lassen sich also mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Maximalwerte von Strom und Spannung der Energieübertragungsleitung im Kurzschlußfalle und auch eine von dem Phasenwinkel zwischen ihnen abhängige Größe schnell ermitteln und damit unter Benutzung einer einfachen Rechenanordnung in kurzer Zeit Reaktanz und Kurzschlußort bestimmen.

Um Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Reaktanz bzw. des Kurzschlußortes durch nicht-netzfrequente Störgrößen — wie sie insbesondere bei längeren, kompensierten Übertragungsleitungen im

jo Hochspannungsnetz auftreten — zu vermeiden, sind den Schaltern auf die Netzfrequenz abgestimmte Bandpässe mit gleichem elektrischem Verhalten vorgeordnet. Am Eingang des einen Bandpasses steht daher die Hilfsmeßgröße und am Eingang des anderen Bandpasses die weitere Meßgröße an. Beide Bandpässe sind demzufolge mit Größen in der Regel etwa gleicher Phase beaufschlagt und zeigen daher übereinstimmendes Einschwingverhalten, so daß die zur Bestimmung der Reaktanz benötigte Zeit durch die Bandpässe nicht nennenswert verlängert wird.

Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Auswerteanordnung eingangsseitig zwei Rechteckformer enthält, von denen der eine an seinem Ausgang eine der Hilfsmeßgröße entsprechende Rechteckschwingung und der andere eine der weiteren Meßgröße entsprechende weitere Rechteckschwingung erzeugt; die Ausgänge der beiden Rechteckformer sind an ein Exklusiv-ODER-Glied angeschlossen, und dem Exklusiv-ODER-GIied ist eine Umsetzeranordnung nachgeordnet, die an ihrem Ausgang die vom Phasenwinkel zwischen den beiden Meßgrößen abhängige Ausgangsgröße erzeugt.

Die Umsetzeranordnung enthält eingangsseitig vorteilhafterweise einen Generator, der während der Zeitdauer eines Ausgangssignals des Exklusiv-ODER-Gliedes an seinem Ausgang eine entsprechende Anzahl von Impulsen erzeugt, und dem Generator ist ein Zähler nachgeordnet. Die Umsetzeranordnung kann jedoch auch einen anderen Aufbau aufweisen; der beschriebene Aufbau erscheint vom Aufwand her aber besonders günstig.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Ausgang des Zählers unmittelbar mit dem Multiplexer verbunden sein; in diesem Falle wird dem Multiplexer eine Größe zugeführt, die ein Maß für den Phasenwinkel zwischen der weiteren Meßgröße und der Hilfsmeßgröße darstellt und damit auch abhängig vom Phasenwinkel

zwischen der einen und der weiteren Meßgröße ist. Die Reaktanz bzw. der Kurzschlußort lassen sich damit zwar nur näherungsweise, in vielen Fällen aber mit hinreichender Genauigkeit ermitteln.

Ist eine noch genauere Bestimmung der Reaktanz erwünscht, z. B. bei relativ kurzen Leitungsabschnitten, dann ist an den Zähler vorteilhafterweise ein PROM angeschlossen, das an seinem Ausgang eine dem Sinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Meßgrößen entsprechende Ausgangsgröße erzeugt. In das Rechenwerk wird in diesem Falle über den Multiplexer also genau der Wert des Sinus zwischen Kurzschlußspannung und Kurzschlußstrom eingegeben und bei der Bestimmung der Reaktanz berücksichtigt

Die Anordnung zur Maximalwertspeicherung kann unterschiedlich ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn sie zwei Maximalwertspeicher enthält, von denen der eine an den einen Schalter und der andere an den anderen Schalter der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angeschlossen ist.

Jeder Maximalwertspeicher kann seinerseits in unterschiedlicher Weise aufgebaut sein. Als vorteilhaft erscheint es, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Maximalwertspeichern mit einem Kondensator auszurüsten, dem ein Schalter parallel geschaltet ist, und mit einem Komparator, der mit seinen Eingängen an einen Anschlußpunkt des Kondensators und an eine Eingangsklemme der Schaltungsanordnung angeschlossen ist, wobei der Kondensator mit seinem einen Anschlußpunkt über einen weiteren Schalter an die eine Eingangsklemme der Schaltungsanordnung angeschlossen und der Ausgang des Komparators mit dem Betätigungseingang des weiteren Schalters verbunden ist.

Der Vorteil bei der Verwendung eines derartigen Maximalwertspeichers besteht darin, daß der gespeicherte Maximalwert dem tatsächlichen Maximalwert weitestgehend entspricht, weil die Eigenschaften der beteiligten elektronischen Bauelemente auf die Güte der Speicherung nahezu keinen Einfluß haben.

Die Verknüpfung des Ausgangs des Komparators mit dem Eingang des weiteren Schalters kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in unterschiedlicher Weise erfolgen; als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Betätigungseingang des weiteren Schalters über einen Widerstand mit einem Abgriff eines an den Ausgang des Komparators angeschlossenen Spannungsteilers verbunden ist. Diese Art der schaltungstechnischen Verbindung zwischen dem Ausgang des Komparators und dem Betätigungseingang des weiteren Schalters bietet den Vorteil, daß der Betätigungseingang des weiteren Schalters über eine Diode mit einem Ausgang einer Steuereinrichtung verbunden und an einen weiteren Ausgang der Steuereinrichtung der Betätigungseingang des einen Schalters angeschlossen werden kann.

Ist die Steuereinrichtung an den Ausgang einer Anregeschaltung oder einer Distanzschutzanordnung angeschlossen, dann kann sowohl die Entladung der Kondensatoren der Maximalwertspeicher als auch der Speichervorgang der Hilfsmeßgröße und der weiteren Meßgröße selbsttätig in einer vorgegebenen Weise ablaufen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann die Analog-Digital-Wandleranordnung für jeden Maximalwertspeicher einen Analog-Digital-Wandler enthalten. Zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus erscheint es jedoch vorteilhafter, wenn die Analog-Digital-Wandleranordnung aus einem Analog-Digital-Wandler besteht, der über einen Umschalter mit seinem Eingang mit den Ausgängen der beiden Maximalwertspeicher verbindbar ist.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Form eines Blockschaltbildes, in

Fig.2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der ι ο Wirkungsweise der Steuereinrichtung, in

Fig.3 ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und in

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel eines Maximalwert-Speichers einer im Rahmen der Erfindung bevorzugten Ausführung wiedergegeben.

An einem Eingang 1 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt eine Meßgröße Ui_y die aus dem Kurzschlußstrom in der zu überwachenden, nicht dargestellten Energieübertragungsleitung abgeleitet ist. An den Eingang 1 ist ein Phasendrehglied 2 angeschlossen, in dem aus der einen Meßgröße Ui eine Hilfsmeßgröße Uh gebildet wird. Die Hilfsmeßgröße Uh eilt der einen Meßgröße Ui um einen Phasenwinkel vor, der der Phasendifferenz zwischen Kurzschlußstrom und Kurzschlußspannung an der Energieübertragungsleitung bei metallischem Kurzschluß entspricht; zweckmäßigerweise ist im Hinblick auf die praktischen Gegebenheiten die Hilfsgröße Uh um 80° zur einen jo Meßgröße t//voreilend.

Der Phasendreheinrichtung 2 ist ein Bandpaß 3 nachgeordnet, dessen Ausgang mit einem Schalter 4 verbunden ist. Einem weiteren Schalter 5 ist ein weiterer Bandpaß 6 vorgeordnet, der in seinem Übertragungsverhalten dem des einen Bandpasses 3 entspricht. Eingangsseitig liegt an dem weiteren Bandpaß 6 eine weitere Meßgröße Uu, die aus der Kurzschlußspannung an der Übertragungsleitung abgeleitet ist. Die Schalter 4 und 5 können so ausgeführt sein, wie es aus dem RCA-Handbuch »RCA COS/MOS Integrated Circuits«, 1977, Seiten 91 ff. hervorgeht.

An den einen Schalter 4 ist ein Eingang 7 einer Auswerteanordnung 8 angeschlossen. Ein weiterer Eingang 9 der Auswerteanordnung 8 steht mit dem weiteren Schalter 5 in Verbindung. Außerdem sind mit den Schaltern 4 und 5 Eingänge 10 und 11 einer Anordnung 12 zur Maximalwertspeicherung verbunden.

Ein Ausgang 13 der Auswerteanordnung 8, an den eine von dem Phasenwinkel zwischen den Meßgrößen so Ui und Uu abhängige Ausgangsgröße auftritt, ist an einen Multiplexer 14, beispielsweise gemäß RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits«, 1977, Seiten 165 ff. ausgeführt, angeschlossen. An dem Multiplexer 14 liegt eingangsseitig außerdem eine Analog-Digital-Wandleranordnung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem einzigen Analog-Digital-Wandler 15, z.B. Baustein C MOS 8750 entsprechend der Druckschrift »C MOS 8750 — Monolithischer Analog-Digital-Wandler 3V2 Digit mit BCD-Ausgängen« der Fa. Teledyne Semiconductor, besteht. Diesem Analog-Digital-Wandler 15 ist ein Umschalter 16 vorgeordnet, bei dem es sich vorteiihafterweise um einen elektronischen Umschalter handelt, dessen Eingänge 17 und 18 mit Ausgängen 19 und 20 der Anordnung 12 zur Maximalwertspeicherung verbunden sind. Als Umschalter kann derselbe elektronische Baustein wie für die Schalter 4 und 5 verwendet werden.

Die dargestellte Schaltungsanordnung enthält ferner

ein Steuerwerk 21, das über einen Ausgang 22 der Auswerteanordnung 8 angesteuert wird und seinerseits über einen Ausgang 23 auf die Auswerteanordnung 8 zurückwirkt. Über weitere Ausgänge 24, 25 und 26 werden vom Steuerwerk der Umschalter 16, der Analog-Digital-Wandler 15 und ein Schalter 27 zur Aktivierung des Multiplexers 14 gesteuert. Ein zusätzlicher Ausgang 28 des Steuerwerkes 29 ist unmittelbar mit dem Multiplexer 14 verbunden. Dem Multiplexer 14 ist ein Rechenwerk 29 nachgeordnet, an dem aufgrund eines ebenfalls mit dem Multiplexer 14 verbundenen Faktor-Gebers 30 der Fehlerort in Prozenten der zu überwachenden Leitungsstrecke ablesbar ist. Das Rechenwerk 29 ist z. B. von einer BCD-Recheneinheit gemäß einem Applikationsbericht »BCD-Recheneinheit TMSOl 17NC« der Fa. Texas Instruments Deutschland GmbH gebildet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Distanzschutzeinrichtung 31 zugeordnet, die nicht nur^die eine Meßgröße Ui und die weitere Meßgröße Uu abgibt, sondern auch im Kurzschlußfalle an ihrem Ausgang 32 ein Auslösesignal für in der Figur nicht dargestellte, zugeordnete Leistungsschalter erzeugt. An dem Ausgang 32 ist eine Steuereinrichtung 33 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angeschlossen, die mit ihrem einen Ausgang 34 mit einem Betätigungseingang

35 des einen Schalters 4 und. einem Betätigungseingang

36 des weiteren Sehalters 5 sowie mit ihrem anderen Ausgang 37 mit der Anordnung 12 zur Maximalwertspeicherung verbunden ist.

Die Auswerteanordnung 8 weist eingangsseitig zwei Rechteckformer 40 und 41 (vgl. z. B. RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits«, 1977, Seiten 154 ff.) auf, die an ihren Ausgängen Rechteckschwingungen entsprechend den Nulldurchgängen der Hilfsmeßgröße Uh und der weiteren Meßgröße Uu erzeugen. Den beiden Rechteckformern 40 und 41 ist ein Exklusiv-ODER-Glied 42 nachgeordnet. Das Exklusiv-ODER-Glied 42 kann so ausgeführt sein, wie es aus dem RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits« 1977, Seite 123 ff. beschrieben ist. Ein Freigabe-Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 42 ist mit dem Ausgang 34 der Steuereinrichtung 33 verbunden.

An den Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 42 ist eine Umsetzeranordnung 43 angeschlossen, die eingangsseitig einen Synchrongenerator 44 enthält; der Synchrongenerator 44 kann beispielsweise gemäß RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits«, 1977, Seite 154 ff. ausgeführt sein. Dem Synchrongenerator 44 ist ein Zähler 45 nachgeschaltet, bei dem es sich beispielsweise um einen Zähler gemäß dem genannten RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits« Seite 104 ff. handeln kann. Der Zähler 45 ist — wie es in F i g. 1 mittels der durchgehenden Linie angedeutet ist — unmittelbar mit dem Eingang 13 des Multiplexers 14 verbunden, der von einer Anordnung gemäß dem wiederholt angeführten RCA-Handbuch »COS/MOS Integrated Circuits« Seite 165 ff. gebildet sein kann.

Die Anordnung 12 zur Maximalwertspeicherung enthält einen Maximalwertspeicher 46 und einen weiteren Maximalwertspeieher 47» Die Maximalwertspeicher 46 und 47 sind identisch aufgebaut, so daß sich die Beschreibung auf einen von ihnen beschränken kann. Jeder Maximalwertspeicher 46 bzw. 47 weist eingangsseitig einen Gleichrichter, vorzugsweise einen aktiven Gleichrichter 48, auf, an den über eine elektronische Schaltung 49 ein Kondensator 50 angeschlossen ist Der jeweils eine Anschlußpunkt des Kondensators 50 des einen Maximalwertspeichers 46 ist mit dem Ausgang 19 der Anordnung 12 und der entsprechende Anschlußpunkt des Kondensators 50 des weiteren Maximalwertspeichers 47 ist an den Ausgang 20 der Anordnung 12 angeschlossen.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 werden anhand der Wirkungsweise im folgenden näher erläutert: Wird von der Distanzschutzanordnung 31 ein Fehler auf der zu überwachenden Energieübertragungsleitung erkannt, dann wird von ihr an ihrem Ausgang 32 ein Auslösesignal erzeugt, dessen Verlauf im Diagramm A der F i g. 2 über der Zeit f wiedergegeben ist. Mit dem zum Zeitpunkt 11 erscheinenden Auslösesignal wird die Steuereinrichtung 33 beaufschlagt, die an ihrem Ausgang 34 für eine Zeitdauer Ti ein Signal erzeugt (siehe Diagramm B der F i g. 2).

Mit dem Signal gemäß Diagramm B werden — wie bei der Erläuterung der Fig.4 noch näher ausgeführt wird — die Kondensatoren 50 der beiden Maximalwertspeicher 46 und 47 entladen und der Zähler 45 in nicht dargestellter Weise zurückgestellt. Nach Ablauf der Zeit 7Ί wird am Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 für eine Zeit T2 ein weiteres Signal (vgl. Diagramm C der F i g. 2) erzeugt, mit dem die beiden Maximalwertspeicher 46 und 47 für die Zeit T2 zur Speicherung des Maximalwerte^der Hilfsspannung Uh und der weiteren Meßgröße Uu freigegeben werden. Dies geschieht dadurch, daß von dem Signal am Ausgang 34 die Schalter 4 und 5 geschlossen werden.

Gleichzeitig mieder Speicherung der Maximalwerte der Hilfsgröße Uh und der weiteren Meßgröße Uu werden aus diesen Meßgrößen mittels der Rechteckformer 40 und 41 entsprechende Rechteckschwingungen erzeugt und diese im Exklusiv-ODER-Glied 42 ausgewertet; am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes ergibt sich daher für die Zeit zwischen gleichartigen Nulldurchgängen der beiden Rechteckschwingungen ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal ist in der Regel kurz, weil wegen der Verwendung der Phasendreheinrichtung 2 der Phasenwinkel zwischen der Hilfsmeßgröße Uh und der weiteren Meßgröße Uu klein ist. Es ergibt sich damit spätestens nach einer Halbschwingung der Meßgrößen am Ausgang des Zählers 45 bzw. am Eingang 13 des Multiplexers 14 eine Ausgangsgröße, als vom Phasenwinkel zwischen der Hilfsmeßgröße Uh undder weiteren Meßgröße CA bzw. der einen Meßgröße L//und der weiteren Meßgröße LJu abhängig ist. Mit dieser Ausgangsgröße und den während der Zeitdauer T2 gespeicherten Maximalwerten der Hilfsmeßgröße Uh und der weiteren Meßgröße Uu läßt sich dann mittels des Rechenwerkes 29 die Reaktanz und damit der Kurzschlußort bestimmen. Dies beruht auf folgenden Sachverhalt:

In F i g. 3 ist in einem R-X Diagramm der durch den Kurzschlußstrom Jk verursachte Spannungsabfall Jk ■ R und die Kurzschlußspannung Uk eingetragen; beide Vektoren schließen einen Phasenwinkel φ* ein, der den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung der Leitung im Kurzschlußfalle darsteIIt._Außerdem ist im Vektordiagramm die Hilfsmeßgröße Uh eingetragen, die einen Phasenwinkel φ_Γ mit der Abzisse bildet Dieser Winkel entspricht etwa dem Phasenwinkel der Impedanz der Energieübertragungsleitung bei metallischem Kurzschluß. Der Phasenwinkel gv wird — wie oben bereits erwähnt -=- vorteilhafterweise 80° groß gewählt Unter Berücksichtigung der eingangs aufgeführten

03Q t12747a

Gleichung(l) und unter der Annahme, daß

'Ik = <ln

wobei in <pk eine mögliche Lichtbogenspannung berücksichtigt ist, läßt sich folgende Beziehung (3) aufstellen:

'Ik = 'Ir — <> >

wobei ο den Phasenwinkel zwischen Uh und Uk beschreibt

Unter weiterer Berücksichtigung des Umstandes, daß zur Bildung der Hilfsmeßgröße Uh eine Nachbildung

Z_n ■ e^ir'r

benutzt wird, läßt sich die Hilfsmeßgröße Uh durch folgende Gleichung (4) mathematisch beschreiben:

Uh = Jk-Z_n-Q^r.
Mit
\jk-R-\ = \Jk-Z_N\

läßt sich die Gleichung (1) auch folgendermaßen darstellen:

.YA, = {

Cf ft j

Aus dieser Gleichung folgt mit φ_Γ=80° unter Verwendung der bekannten Additionstheoreme für Xk

Xk = C

\Uk\ \Uh\

(cos Λ - K (Λ) ■ sin Λ). (7)

Für kleine Winkel σ, die aufgrund der Lage der Hilfsmeßgröße LJh in der Regel gegeben sind, und bei einem zugelassenen Fehler bei der Bestimmung des Kurzschlußortes von z. B. < 3%, läßt sich die Reaktanz Xk auch durch die Gleichung (8) darstellen

XK = C

\Vk\

\Vh\

(1 - K (<)) ■ sin /)).

Da σ gleich dem Phasenunterschied zwischen der Hilfsmeßgröße Uh und der weiteren Meßgröße Uu und damit aufeinanderfolgender Nulldurchgänge der Rechteckschwingungen an den Ausgängen der Rechteckformer 40 und 41 und damit der Zeitdauer der Ausgangsgröße am Exklusiv-ODER-Glied 42 ist bzw. dem Zählerstand des Zählers 45 entspricht, läßt sich aus den gespeicherten Maximalwerten der beiden Meßgrößen Uh und Uu und dem Zählerstand des Zählers 45 in dem Rechenwerk 29 unter Einführung eines vorgebbaren Korrekturgliedes K(a) der Kurzschluß mit hinreichender Genauigkeit bestimmen.

Dies gilt insbesondere für die Haupteinsatzfälle der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Kurzschlußortes auf Energieübertragungsleitungen mit größeren Stationsabständen; hierbei können zwar für qn- auch Werte etwas über 80° auftreten, für die jedoch die Näherungsformel ebenfalls zu hinreichend genauen Ergebnissen führt. Größere Abweichungen treten nur bei kürzeren Stationsabständen oder bei sehr großen Erdübergangswiderständen auf.

Für diese Fälle, wo die Reaktanz bzw. der Kurzschlußort nach der-Gleichung (1) genauer festgestellt werden soll, ist dem Zähler N — wie in F i g. 1 strichliert eingezeichnet — ein PROM 51 nachgeordnet, das beispielsweise so ausgebildet sein kann, wie es in dem Siemens-Datenbuch 1976/77 »Mikroprozessor-Bausteine System SAB 8080«, Seite 221 ff. beschrieben ist Mit Hilfe dieses PROMS 51 läßt sich am Eingang 13 des Multiplexers 14 eine Ausgangsgröße erzeugen, die

ίο dem Sinus des Phasenwinkels φ* zwischen Kurzschlußstrom und Kurzschlußspannung entspricht, so daß in diesem Falle von dem Rechenwerk die Reaktanz und damit auch der Kurzschlußort genauer berechenbar ist. Jeder Maximalwertspeicher 46 bzw. 47 der Anordnung 12 zur Speicherung des Maximaiwertes kann so ausgeführt sein, wie es In F i g. 4 dargestellt ist; dabei ist jedoch der Gleichrichter 48 fortgelassen und der Schalter 4 bzw. 5 nach F i g. 1 mit in die Darstellung einbezogen. An die mit dem Ausgang des Gleichrichters 48 verbundene Eingangsklemme 61 ist ein Anschlußpunkt eines Kondensators angeschlossen, zu dem ein zusätzlicher Schalter 63 parallel angeordnet ist Zwischen der Eingangsklemme 60 und einem Anschlußpunkt 64 des Kondensators 62 ist der Schalter 4 bzw. 5 angeordnet. An die eine Eingangsklemme 60 ist ein Eingang ß5 eines Komparators 66 angeschlossen, dessen anderer Eingang 67 mit dem einen Anschlußpunkt des Kondensators 62 verbunden ist.

An den Ausgang 68 des Komparators 66 ist ein Spannungsteiler angeschlossen, der aus der Reihenschaltung einer Diode 69 und eines Widerstandes 70 besteht. Der gemeinsame Schaltungspunkt 71 der Diode 69 und des Widerstandes 70 und damit der Abgriff des Spannungsteilers ist über einen weiteren Widerstand 72

j5 mit einem Betätigungseingang 73 des weiteren Schalters 4 bzw. 5 verbunden.

An den Betätigungseingang 73 des weiteren Schalters 4 bzw. 5 ist der Ausgang 34 einer Steuereinrichtung 33 (vgl. F i g. 1) angeschlossen. Der weitere Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 ist mit einem Betätigungseingang 74 des einen Schalters 4 bzw. 5 verbunden.

Der dargestellte Maximalwertspeicher arbeitet in folgender Weise:
Zunächst wird von der Steuereinrichtung 33 über den Ausgang 37 an den Betätigungseingang 74 des einen zusätzlichen Schalters 63 kurzzeitig ein Signal gegeben (Signal Bnach Fig. 2), wodurch der Schalter 63 schließt und damit den Kondensator 62 entlädt Am Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 tritt während dieser Zeit Tl ein Signal nicht auf, so daß ungeachtet der Spannungsverhältnisse an der Eingangsklemme 60 und dem einen Anschlußpunkt 64 des Kondensators 62 von dem Komparator 66 der Schalter 4 bzw. 5 nicht gesteuert werden kann.

Erst wenn nach Entladung des Kondensators 62 am Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 ein Signal (Signal C) auftritt, wird der Schalter 4 bzw. 5 vom Komparator 66 aus steuerbar. Die Steuerung des Schalters 4 bzw. 5 über den Komparator 66 erfolgt in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz an der Eingangsklemme und an dem einen Anschlußpunkt 64 des Kondensators 62, Zunächst wird die Spannung an der Eingangsklemme 60 größer sein als die am Anschlußpunkt 62, so daß vom Komparator 66 ein Ausgangssignal erzeugt wird und dadurch der Schalter 4 bzw. 5 betätigt wird. Der Kondensator 62 kann demzufolge aufgeladen werden. Der Ladevorgang läuft so lange, wie die Spannung am Anschlußpunkt 64 und damit am Kondensator 62 kleiner

als der jeweilige Wert der zu speichernden Spannung L/h bzw. (Tu an der Eingangsklemme 60 ist. Besteht zwischen der Eingangsklemme 60 und dem Anschlußpunkt 64 keine Spannungsdifferenz mehr, verschwindet das Signal am Ausgang 68 des !Comparators 66, und der Schalter 4 bzw. 5 öffnet. Damit ist der Maximalwert der Spannung am Eingang 60 im Kondensator 62 gespeichert.

Der Schalter 4 bzw. 5 bleibt so lange geöffnet, wie während des Signals C am Ausgang 37 der Steuerein- ro richtung 33 vom Komparator 66 ein Signal an den Betätigungseingang 73 des Schalters 4 bzw. 5 nicht gegeben wird. Tritt während des Anstehens des Signals Cam Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 am Eingang 60 ein höherer als der bereits gespeicherte Maximalwert

auf, dann wird der Schalter 4 bzw. 5 wiederum geschlossen und der Kondensator 62 bis auf diesen höheren Maximalwert aufgeladen; dieser Wert entspricht dann dem höheren Maximalwert der Spannung am Eingang 60. Am Ausgang 19 bzw. 20 der Maximalwertspeicher 46 bzw. 47 läßt sich daher eine Spannung abnehmen,^ die dem Maximalwert der Meßgrößen Uh bzw. Uu während des Anstehens «ines Signals am Ausgang 37 der Steuereinrichtung 33 entspricht.

Durch ein erneutes Signal an den Betätigungseingang 74 des zusätzlichen Schalters 63 kann der Kondensator 62 wieder entladen werden, und es kann in der oben beschriebenen Weise die Speicherung eines neuen Maximalwertes beginnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Reaktanz einer Energieübertragungsleitung im Kurzschlußfaile, der eine aus dem Kurzschlußstrom in der Energieübertragungsleitung abgeleitete Meßgröße und eine aus der Kurzschlußspannung an der Energieübertragungsleitung abgeleitete weitere Meßgröße zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eingangsseitig eine Phasendreheinrichtung (2) enthält, in der aus der einen Meßgröße (Ui) eine dieser etwa um einen der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung bei metallischem Kurzschluß entsprechendem Phasenwinkel voreilende Hilfsmeßgröße (LJh) gebildet wird, daß über im Kurschlußfalle betätigte Schalter (4,5) eine Auswerteanordnung (8) zur Bildung einer vorn^ Phasenwinkel zwischen den beiden Meßgrößen (Ui, Uli) abhängigen Ausgangsgröße und eine Anordnung (12) zur Maximalwertspeicherung der weiteren Meßgröße (Uu) und der Hilfsmeßgröße (Uh) an den Ausgang des Phasendrehgliedes (2) und an die weitere Meßgröße (Uu) angeschlossen sind und daß der Ausgang (19,20) der Anordnung (12) zur Maximalwertspeicherang und der Ausgang (13) der Auswerteanordnung (8) an eine Rechenanordnung angeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanordnung ein jo Rechenwerk (29) enthält, dem ein Multiplexer (14) vorgeordnet ist, und daß der Ausgang (19, 20) der Anordnung (12) zur Maximalwertspeicherung über eine Analog-Digital-Wandleranordnung und der Ausgang (13) der Auswerteanordnung (8) unmittelbar an den Multiplexer (14) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Schaltern (4,5) auf die Netzfrequenz abgestimmte Bandpässe (36,6) mit gleichem elektrischem Verhalten vorgeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteanordnung (8) eingangsseitig zwei Rechteckformer (40,41) enthält, von denen der eineJ40) an seinem Ausgang eine der Hilfsmeßgröße (Uh) entsprechende Rechteckschwingung und der andere (41) eine der weiteren Meßgröße (Uu) entsprechende weitere Rechteckschwingung erzeugt, daß die Ausgänge der beiden Rechteckformer (40, 41) an ein Exklusiv-ODER-Glied (42) angeschlossen sind und daß dem Exklusiv-ODER-GIied (42) eine Umsetzeranordnung (43) nachgeordnet ist, die an ihrem Ausgang die vom Phasenwinkel zwischen den beiden Meßgrößen (Ui, Uu) abhängige Ausgangsgröße erzeugt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzeranordnung (43) eingangsseitig einen Generator (44) enthält, der während der Zeitdauer eines Ausgangssignals des Exklusiv-ODER-Gliedes (42) an seinem Ausgang eine entsprechende Anzahl von Impulsen erzeugt, und daß dem Generator (44) ein Zähler (45) nachgeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zählers (45) unmittelbar mit dem Multiplexer (14) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler (45) ein PROM (51) angeschlossen ist, das an seinem Ausgang eine dem Sinus des Phasenwinkels {q>k) zwischen den beiden Meßgrößen (Ui, Uu) entsprechende Ausgangsgröße erzeugt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (12) zur Maximalwertspeicherung zwei Maximalwertspeicher (46,47) enthält, von denen der eine (46) an den einen Bandpaß (3) und der andere (47) an den anderen Bandpaß (6) anschließbar ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 mit einem Maximalwertspeicher mit einem Kondensator, dem ein zusätzlicher Schalter parallel geschaltet ist, und mit einem Komparator, der mit seinen Eingängen an einen Anschlußpunkt des Kondensators und an eine Eingangsklemme der Schaltungsanordnung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (62) mit dem einen Anschlußpunkt (64) über einen Schalter (4 bzw. 5) an die eine Eingangsklemme (60) angeschlossen ist und daß der Ausgang (68) des Komparators (66) mit dem Betätigungseingang (73) des Schalters (4 bzw. 5) verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungseingang (73) des Schalters (4 bzw. 5) über einen Widerstand (72) mit einem Abgriff (71) eines an den Ausgang (68) des Komparators (66) angeschlossenen Spannungsteilers verbunden ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungseingang (73) des Schalters (4 bzw. 5) über eine Diode mit einem Ausgang (34) einer Steuereinrichtung (33) verbunden ist und daß an einen weiteren Ausgang (37) der Steuereinrichtung (33) der Betätigungseingang (74) des zusätzlichen Schalters (63) angeschlossen ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33) an den Ausgang einer Anregeschaltung oder einer Schutzanordnung (31) angeschlossen ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Digital-Wandleranordnung aus einem Analog-Digital-Wandler (15) besteht, der über einen Umschalter (16) mit seinem Eingang mit den Ausgängen (19,20) der beiden Maximalwertspeicher (46,47) verbindbar ist.