DE4406724C1 - Leitungsdifferential-Schutzanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitungsdifferential- Schutzanordnung mit jeweils einem Schutzgerät an jedem Ende eines zu überwachenden Leitungsabschnittes eines elektrischen Energieübertragungssystems, bei der jedes Schutzgerät einen mit dem zu überwachenden Leitungsab­ schnitt primärseitig verbundenen Eingangsstromwandler enthält, der sekundärseitig einerseits an eine Hilfsader und andererseits über eine Primärwicklung eines Diffe­ renzstromwandlers mit nachgeordnetem Meßglied an eine zweite Hilfsader angeschlossen ist, die zusammen mit der ersten Hilfsader eine Verbindung zu dem jeweils zugeord­ neten anderen Schutzgerät bereitstellt.

Eine Leitungsdifferential-Schutzanordnung dieser Art ist beispielsweise in Form des Siemens-Leitungsdifferential- Schutzes 7 SD22 und 7SD76 bekannt. Jede dieser bekannten Leitungsdifferential-Schutzanordnungen weist - wie Fig. 1 zeigt - in üblicher Weise an jedem Ende eines zu über­ wachenden Leitungsabschnittes 1 eines im übrigen nicht weiter dargestellten Energieübertragungssystems jeweils ein Schutzgerät 2 bzw. 3 auf, die an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes 1 an Sekundärwicklungen 4 und 5 jeweils eines Eingangstromwandlers 6 bzw. 7 ange­ schlossen sind. Bei den Stromwandlern 6 bzw. 7 kann es sich um Mischwandler handeln, wenn der zu überwachende Leitungsabschnitt mehrphasig ausgebildet ist. Bei einem Lastfluß in Richtung der Pfeile 8 und 9 an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes 1 sind die von den über die Sekundärwicklungen 4 und 5 der Eingangsstromwandler 6 und 7 den Schutzgeräten 2 und 3 zugeführten Ströme i1 und i2 so definiert, daß sie gegenphasig ge­ richtet sind. Dies ist auch durch Pfeile 10 und 11 in der weiteren Fig. 2 verdeutlicht, in der ein in der Fig. 1 strichpunktiert gekennzeichneter Bereich 12 ausführlicher dargestellt ist; in den Fig. 1 und 2 sind übereinstim­ mende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie Fig. 2 ferner erkennen läßt, ist jedes Schutzgerät 2 bzw. 3 mit einem Hilfsstromwandler 15 bzw. 16 versehen, dessen eine Primärwicklung 17 bzw. 18 eine Reihenschal­ tung 19 bzw. 20 mit Hilfswiderständen 21 und 22 bildet. Mit einem äußeren Anschlußpunkt 23 der Reihenschaltung 19 bzw. einem äußeren Anschlußpunkt 24 der Reihenschaltung 20 ist ein Sekundäranschluß 25 der Sekundärwicklung 4 bzw. ein Sekundäranschluß 26 der Sekundärwicklung 5 der Eingangsstromwandler 6 bzw. 7 verbunden; außerdem ist mit dem einen Sekundäranschluß 25 der Sekundärwicklung 4 über einen weiteren Hilfswiderstand 27 des Schutzgerätes 2 eine Hilfsader 28 verbunden; entsprechend ist der eine Sekundäranschluß 26 der Sekundärwicklung 5 des Ein­ gangsstromwandlers 7 über einen zusätzlichen Hilfswider­ stand 29 an eine weitere Hilfsader 30 angeschlossen. Die Hilfsadern 28 und 30 stellen demzufolge eine Verbindung zwischen den beiden Schutzgeräten 2 und 3 der Leitungs­ differential-Schutzanordnung dar. Die weitere Hilfsader 30 ist an ein Ende einer Primärwicklung 32 eines Diffe­ renzstromwandlers 33 angeschlossen, die mit ihrem anderen Ende mit einer weiteren Primärwicklung 34 des Hilfs­ stromwandlers 15 verbunden ist. Die weitere Primärwick­ lung 34 des Hilfsstromwandlers 15 ist außerdem mit dem weiteren Sekundäranschluß 35 des Eingangsstromwandlers 6 verbunden sowie mit der Reihenschaltung 19. An eine Sekundärwicklung 36 des Differenzstromwandlers 33 ist ein Meßglied 37 angeschlossen, das außerdem eingangsseitig mit der Sekundärwicklung 38 des Hilfsstromwandlers 15 verbunden ist.

Entsprechend dem Schutzgerät 2 ist das Schutzgerät 3 auf­ gebaut; die entsprechenden Einzelheiten des Schutzgerätes 3 sind deshalb nicht figürlich dargestellt.

Dieser Aufbau der bekannten Leitungsdifferential-Schutz­ anordnungen erlaubt es, bei dem in Fig. 1 angenommenen Lastfluß (siehe Pfeile 8 und 9) an den beiden Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes 1 in der Sekundär­ wicklung 36 des Differenzstromwandlers 33 einen der Summe der Ströme i1 und i2 proportionalen Differenzstrom i_d(t) zu bilden, der Null ist; dies ist in der linken Darstel­ lung der Fig. 3 wiedergegeben. Entsprechend ergibt sich auch in der Sekundärwicklung 40 eines Differenzstromwand­ lers 41 des Schutzgerätes 3 in diesem Betriebszustand ein Differenzstrom mit dem Werte Null. Dies führt dazu, daß an den Enden des zu überwachenden Leitungsabschnittes 1 vorhandene Leistungsschalter 42 und 43 ein Auslösesignal nicht erhalten; dies ist erwünscht, weil der zu überwa­ chende Leitungsabschnitt 1 nicht von einem Kurzschluß be­ fallen ist.

Die bekannten Leitungsdifferential-Schutzanordnungen be­ rücksichtigen bereits, daß durch unterschiedliche Über­ setzungsverhältnisse der Wandler, durch Ladeströme im zu überwachenden Leitungsabschnitt und durch Meßfehler auch für den angenommenen fehlerfreien Zustand des zu überwa­ chenden Leitungsabschnittes 1 die Bedingung (1)

i1(t) + i2(t) = 0 (1)

nicht erfüllt ist. Es fließt deshalb auch im fehlerfreien Zustand ein Differenzstrom i_d(t), der aber nicht zur Aus­ lösung führen darf, weshalb eine Auslöseschwelle defi­ niert ist. Da der im fehlerfreien Zustand des zu überwa­ chenden Leitungsabschnittes 1 sich ergebende Differenz­ strom i_d(t) bei hohem Laststrom größer als bei niedrigem Laststrom ist, ist die Auslöseschwelle lastabhängig fest­ gelegt. Dies geschieht mittels eines Stabilisierungs­ stromes i_s(t), der bei den bekannten Leitungsdifferenti­ al-Schutzanordnungen mit den Hilfsstromwandlern 15 bzw. 16 gewonnen wird. Der Stabilisierungsstrom i_s(t) wird ebenfalls dem Meßglied 37 zugeführt und sorgt dafür, daß auch bei einem oberhalb des Wertes Null liegenden Diffe­ renzstromes i_d(t) am Ausgang 44 des Meßgliedes 37 ein Auslösesignal nicht auftritt.

Tritt dagegen ein innenliegender Kurzschluß auf, dann er­ gibt sich ein Differenzstrom i_d(t), wie er in der rechten Darstellung der Fig. 3 wiedergegeben ist, in diesem Falle tritt an den Ausgängen 44 und 45 der Schutzgeräte 2 und 3 ein Auslösesignal auf, woraufhin dann die Lei­ stungsschalter 42 und 43 den zu überwachenden Leitungsab­ schnitt 1 aus dem Energieübertragungssystem heraustren­ nen.

Die bekannten Leitungsdifferential-Schutzanordnungen tragen auch dem Umstand Rechnung, daß die Hilfsadern einen Leitungswiderstand besitzen, der bei einem gängigen Hilfsadernkabel etwa 73 Ω/km beträgt. Ein Ersatz-Schalt­ bild einer Hilfsadernverbindung ist in Fig. 4 darge­ stellt. Bei den bekannten Leitungsdifferential-Schutzan­ ordnungen werden die Hilfswiderstände 21 und 22 vor Inbe­ triebnahme der Schutzanordnungen so abgeglichen, daß sie ein Sechstel des Widerstandes der von den Hilfsadern 28 und 30 gebildeten Leiterschleife betragen. Dann ist eine zufriedenstellende Stabilisierung der bekannten Leitungs­ differential-Schutzanordnungen erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Leitungsdifferential-Schutzanordnung mit zwei Hilfsadern zwischen den Schutzgeräten eine Stabilisierung ver­ gleichsweise einfach durchführen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Leitungsdifferen­ tial-Schutzanordnung der eingangs angegebenen Art erfin­ dungsgemäß in jedem Schutzgerät an die Sekundärwicklung des Differenzstromwandlers mit einem Eingang eine Bewer­ tungseinrichtung angeschlossen, die an einem weiteren Eingang mit einer in Abhängigkeit von dem ohmschen Wider­ stand der Hilfsadern gewählten Einstellgröße beaufschlagt ist, ein Differenzbildner ist mit seinem einen Eingang an den Ausgang der Bewertungseinrichtung angeschlossen und an seinem anderen Eingang mit einer dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers entsprechenden Meßgröße beauf­ schlagt, an den Ausgang des Differenzbildners mit seinem einen Eingang ist ein Summierer angeschlossen, der an einem weiteren Eingang mit der Meßgröße beaufschlagt ist, und das Meßglied ist einerseits an den Ausgang der Bewer­ tungseinrichtung und andererseits an den Ausgang des Summierers angeschlossen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Leitungs­ differential-Schutzanordnung wird darin gesehen, daß sie an die jeweiligen Hilfsadern ohne nennenswerten Aufwand angepaßt werden kann, indem lediglich eine Einstellgröße entsprechend dem Leitungswiderstand der von den Hilfs­ adern gebildeten Aderschleife gewählt und in der Bewer­ tungseinrichtung verarbeitet wird. Dazu ist, wie bei den bekannten Leitungsdifferential-Schutzanordnungen, eine Kenntnis bzw. eine Bestimmung des Leitungswiderstandes der Hilfsadern erforderlich.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzanordnung kann die dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers proportionale Meßgröße in unterschiedlicher Weise zur Verfügung ge­ stellt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzanordnung ist der andere Eingang des Differenzbildners an die Sekundärwicklung eines pri­ märseitig im Sekundärkreis des Eingangsstromwandlers lie­ genden Zusatzstromwandlers angeschlossen, und der Summierer ist mit seinem weiteren Eingang mit der Sekun­ därwicklung des Zusatzstromwandlers verbunden.

Ohne einen Zusatzstromwandler kommt eine andere Ausfüh­ rung der erfindungsgemäßen Schutzanordnung aus, bei der in vorteilhafter Weise der Differenzbildner mit seinem anderen Eingang an einen weiteren Summierer angeschlossen ist, der mit einem Eingang an die Sekundärwicklung des Differenzstromwandlers und mit einem weiteren Eingang an die Sekundärwicklung eines im Sekundärkreis des Eingangs­ stromwandlers liegenden Hilfsstromwandlers angeschlossen ist; der Summierer ist mit seinem weiteren Eingang mit dem Ausgang des weiteren Summierers verbunden.

Bei einer weiteren Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist bei einer Leitungsdifferential-Schutzanordnung mit jeweils einem Schutzgerät an jedem Ende eines zu überwa­ chenden Leitungsabschnittes eines elektrischen Energie­ übertragungssystems, bei der jedes Schutzgerät einen mit dem zu überwachenden Leitungsabschnitt primärseitig ver­ bundenen Eingangsstromwandler enthält, der in seinem Se­ kundärkreis eine Primärwicklung eines Hilfsstromwandlers enthält und der sekundärseitig einerseits an eine Hilfs­ ader und andererseits über eine Primärwicklung eines Dif­ ferenzstromwandlers mit nachgeordnetem Meßglied an eine zweite Hilfsader angeschlossen ist, die zusammen mit der ersten Hilfsader eine Verbindung zu dem jeweils zugeord­ neten anderen Schutzgerät bereitstellt, erfindungsgemäß vorgesehen, daß in jedem Schutzgerät an die Sekundärwick­ lung des Differenzstromwandlers eine Bewertungseinrich­ tung angeschlossen ist, die auch mit einer von dem ohm­ schen Widerstand der Hilfsadern abhängigen Einstellgröße beaufschlagt ist, und an die Sekundärwicklung des Hilfs­ stromwandlers ist eine Recheneinrichtung zum Gewinnen ei­ ner dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers des je­ weils anderen Schutzgerätes proportionale Meßgröße mit einem ersten Eingang angeschlossen, die an einem zweiten Eingang mit einer aus dem Sekundärstrom des Eingangs­ stromwandlers abgeleiteten Meßgröße beaufschlagt ist, an einem dritten Eingang mit einer in Abhängigkeit vom ohm­ schen Widerstand der Hilfsadern gewählten Korrekturgröße und an einem vierten Eingang mit einer in Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand der Hilfsadern gewählten, weite­ ren Korrekturgröße beaufschlagt ist; an die Rechenein­ richtung ist ausgangsseitig mit einem Eingang ein Summen­ bildner angeschlossen, der an einem weiteren Eingang mit der abgeleiteten Meßgröße beaufschlagt ist, und das Meß­ glied ist einerseits an die Bewertungseinrichtung und andererseits an den Summenbildner angeschlossen. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitungsdif­ ferential-Schutzanordnung hat zwar denselben Vorteil wie die oben beschriebene andere Ausführungsform, ist aber von Meßfehlern bei der Erfassung der Ströme in der Genau­ igkeit etwas mehr abhängig. Beide Ausführungsformen können ggf. auch nebeneinander in einer Leitungsdifferen­ tial-Schutzanordnung verwendet werden, um diese mit Redundanz zu betreiben.

Auch bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzanordnung kann eine dem Sekundärstrom des Eingangs­ stromwandlers proportionale Meßgröße mittels eines Zu­ satzstromwandlers gemäß Anspruch 5 oder mittels eines weiteren Summenbildners gemäß Anspruch 6 gewonnen werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der oben beschrie­ benen Schutzanordnung enthält die Recheneinrichtung in vorteilhafter Weise ein Bewertungsglied, dessen einer Eingang den einen Eingang der Recheneinrichtung bildet und dessen anderer Eingang mit der einen Korrekturgröße beaufschlagt ist; die Recheneinrichtung weist ein weite­ res Bewertungsglied auf, dessen einer Eingang den weite­ ren Eingang der Recheneinrichtung bildet und dessen ande­ rer Eingang mit der weiteren Korrekturgröße beaufschlagt ist, und den Bewertungsgliedern ein Differenzbildner ist nachgeordnet, dessen Ausgang den Ausgang der Rechenein­ richtung bildet.

Es ist aber auch möglich, die Recheneinrichtung eingangs­ seitig nur mit einem Bewertungsglied und am Ausgang des Differenzbildners mit einem weiteren Bewertungsglied zu versehen, wenn andere Korrekturgrößen verwendet werden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 5 in Form eines Blockschaltbildes ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leitungsdifferential-Schutzanordnung gemäß der Erfindung, in

Fig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, in

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in

Fig. 8 der prinzipielle Aufbau einer Leitungsdifferentialschutzanordnung für T-förmig miteinander verbundene Leitungsabschnitte und in

Fig. 9 die Erfassung von Zusatzströmen in Schutzgeräten von Leitungsdifferentialschutzanordnungen gemäß Fig. 8 dargestellt.

Die Blockschaltbilder dienen nur zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Leitungsdifferential- Schutzanordnung; tatsächlich sind die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten einzelnen Blöcke jeweils mittels einer Datenverarbeitungsanlage verwirklicht, die an der Peripherie entsprechend gestaltete Analog-Digital- Umset­ zer aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, in der mit der Fig. 2 übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind, ist an die Sekundärwicklung 36 des Differenzstromwandlers 33 eine Bewertungseinrichtung 50 mit ihrem einen Eingang 51 angeschlossen. Ein weiterer Eingang 52 der Bewertungseinrichtung 50 ist mit einer Einstellgröße E beaufschlagt. In der Bewertungseinrich­ tung 50 wird der von der Sekundärwicklung des Differenz­ stromwandlers 33 abgegebene Strom i_a nach einer unten näher beschriebenen Bewertung als Strom i_a′ mit der Ein­ stellgröße E multipliziert, um am Ausgang 53 der Bewer­ tungseinrichtung 50 einen Differenzstrom i_D(t) zu gewin­ nen, der im Hinblick auf die Widerstandswerte R_x der Widerstände 54 und 55 der Hilfsadern 30 und 28 zur Stabi­ lisierung der Schutzanordnung korrigiert ist.

An den Ausgang 53 der Bewertungseinrichtung 50, an dem eine dem Produkt aus Einstellgröße E und dem Strom i_a entsprechende Ausgangsgröße gebildet wird, ist mit einem Eingang 56 ein Differenzbildner 57 angeschlossen, der mit einem weiteren Eingang 58 an eine Sekundärwicklung 59 ei­ nes Zusatzstromwandlers 60 angeschlossen ist. Dieser Zu­ satzstromwandler 60 ist mit seiner Primärwicklung 61 im Sekundärkreis des Eingangsstromwandlers 6 angeordnet. Im Differenzbildner 57 wird von der Eingangsgröße eine dem Strom i1 in der Sekundärwicklung 59 des Zusatzstrom­ wandlers 60 proportionale Meßgröße subtrahiert, so daß am Ausgang 62 des Differenzbildners 57 ein Strom i2 auf­ tritt, der einem nachgeordneten Summierer 63 an einem Eingang 64 zugeführt wird. Der Summierer 63 ist an einem anderen Eingang 65 auch mit dem Strom i1 beaufschlagt, so daß am Ausgang 66 des Summierers 63 der Stabilisierungs­ strom i_s erzeugt wird, der im nachgeordneten Meßglied 37 gemeinsam mit dem Differenzstrom i_D verarbeitet wird.

Die Sekundärwicklung 38 des Hilfsstromwandlers 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lei­ tungsdifferentialschutzanordnung mit einer Anordnung 67 beschaltet, mit der aus dem Sekundärstrom i_b ein Signal zur Kompensation der Hilfsadernkapazität erzeugt werden kann. Mit diesem Signal wird der Sekundärstrom i_a in nicht dargestellter Weise bewertet, so daß der Bewer­ tungseinrichtung 50 der hinsichtlich der Kapazität zwischen den Hilfsadern 28 und 30 kompensierte Strom i_a′ zugeführt wird.

Das in Fig. 5 dargestellte Schutzgerät der erfindungsge­ mäßen Leitungsdifferential-Schutzanordnung arbeitet mit einem in gleicher Weise am anderen Ende der zu überwa­ chenden Leitung angeordneten Schutzgerät in folgender Weise zusammen:

Bezeichnet man den Wert des Hilfswiderstandes 21 mit R_b und den Wert des Zusatzwiderstandes 27 mit R_a, dann läßt sich der Strom auf der Sekundärseite des Differenz-Strom­ wandlers 36 durch folgende Beziehung ausdrücken:

In dieser Gleichung (1) geben die Größen i1 und i2 die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 entsprechend bezeichneten Ströme an, während R_x den Leitungswiderstand einer Hilfsader 28 bzw. 30 bezeichnet. Die Stromteilung i_a zu i_b ergibt sich aus dem Gesamtwiderstand R der Schleife

R = (2R_b + 2R_a + 2R_x) (2)

zu den Einzelwiderständen. Der Hilfswiderstand 21 und 22 sowie auch die Zusatzwiderstände 27 und 29 sind dabei feste Widerstände der Schutzgeräte.

Es ergibt sich daher der Differenzstrom i_D nach folgender Gleichung (3)

Benutzt man eine normierte Darstellung und wählt R = R_b und x · R = 2R_a + 2R_x, dann läßt sich die Gleichung (1) auch durch folgende Be­ ziehung (4) darstellen:

Damit wiederum ergibt sich, daß der Differenzstrom i_D sich durch folgende Beziehung (5)

i_D = i1 + i2 = (2 + x)i_a (5)

beschreiben läßt.

Wird als Einstellgröße E am Eingang 52 der Bewertungsein­ richtung 50 der Ausdruck (2 + x) gewählt und ist die Be­ wertungseinrichtung 50 als Multiplizierer ausgestaltet, dann ergibt sich am Ausgang 53 der Bewertungseinrichtung 50 ein Differenzstrom i_D, wie er durch die Gleichung (5) beschrieben ist.

Zur Gewinnung des dem Meßglied 37 zugeführten Stabilisie­ rungsstromes i_s wird in folgender Weise vorgegangen: Der Stabilisierungsstrom läßt sich durch folgende Bezie­ hung (6)

i_s = |i1| + |i2| (6)

errechnen. Der Strom i1 ist mittels des Zusatzstromwand­ lers 60 erfaßbar und wird über den weiteren Eingang 58 dem Differenzbildner 57 zugeführt. Der Strom i2 steht da­ gegen in dem Schutzgerät 2 nicht zur Verfügung; er kann aber aus dem Strom i1 und dem Strom i_a nach folgender Be­ ziehung (7) errechnet werden:

Daraus wiederum läßt sich Strom i2 nach folgender Glei­ chung (8) berechnen:

Damit läßt sich aber auch der Strom i₂ durch folgende Gleichung (9) beschreiben:

i2 = i_D - i1 = (2 + x)i_a-i1 (9)

Dies bedeutet, daß zur Gewinnung von i2 die Größe am Aus­ gang 53 der Bewertungseinrichtung 50 unter Differenzbil­ dung mit dem Strom i1 zusammengeführt werden muß, was im Differenzbildner 57 erfolgt. Am Ausgang 62 ergibt sich dann der Strom i2, der zusammen mit dem Strom i1 nach Be­ tragsbildung im Summierer 63 addiert wird, so daß am Aus­ gang 66 des Summierers 63 dann der Stabilisierungsstrom i_s auftritt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 stimmt in großen Tei­ len mit dem nach Fig. 5 überein, weswegen für entspre­ chende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet sind. In Abweichung von Fig. 5 ist hier auf einen Zusatzstromwand­ ler verzichtet und zur Gewinnung einer dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers 6 proportionalen Meßgröße ist unter Benutzung der Beziehung i1=i_a+i_b ein weiterer Summierer 68 verwendet, der mit einem Eingang 68a an die Sekundärwicklung 36 des Differenzstromwandlers 33 und mit einem weiteren Eingang 68b mit der Sekundärwicklung 38 des Hilfsstromwandlers 15 verbunden ist. Ausgangsseitig gibt der weitere Summierer 68 die Meßgröße i1 ab, die dann so weiter verarbeitet wird, wie es im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert worden ist.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schutzgerätes der erfindungsgemäßen Differential-Schutz­ anordnung gezeigt; auch hier sind Teile, die mit denen nach den vorangehenden Figuren übereinstimmen, mit den­ selben Bezugszeichen versehen. Der Fig. 7 läßt sich ent­ nehmen, daß die Gewinnung eines Differenzstromes i_D, der dem Meßglied 37 zusammen mit dem Stabilisierungsstrom i_s zugeführt wird, in derselben Weise vorgenommen wird, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 5 im einzelnen erläu­ tert worden ist. Zur Bildung des Stabilisierungsstromes i_s wird hier jedoch in anderer Weise vorgegangen, wie die nachfolgenden Ausführungen zeigen.

An die Sekundärwicklung 38 des Hilfsstromwandlers 15 ist eine Recheneinrichtung 70 mit einem ersten Eingang 71 an­ geschlossen; über diesen Eingang 71 fließt der Sekundär­ strom i_b. Ein zweiter Eingang 72 der Recheneinrichtung 70 ist an die Sekundärwicklung 59 des Zusatzstromwandlers 60 angeschlossen. Ein dritter Eingang 73 ist mit einer Kor­ rekturgröße K1 beaufschlagt. Über die Korrekturgröße K1 wird später noch Näheres ausgeführt. Ein vierter Eingang 74 der Recheneinrichtung 70 ist mit einer weiteren Kor­ rekturgröße K2 beaufschlagt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Re­ cheneinrichtung 70 eingangsseitig ein Bewertungsglied 75 mit Anschluß an den Hilfsstromwandler 15 und ein weiteres Bewertungsglied 76 mit Anschluß an den Zusatzstromwandler 60. Am Ausgang 77 des einen Bewertungsgliedes 75 ergibt sich ein Strom i_K1, der durch Korrektur mit K1 aus dem Strom i_b gewonnen ist. Am Ausgang 78 des weiteren Be­ wertungsgliedes 76 ergibt sich ein Strom i_k2, der zusam­ men mit dem Strom i_k1 einem Differenzbildner 79 zugeführt wird. Am Ausgang 80 des Differenzbildners 79 bzw. der Re­ cheneinrichtung 70 entsteht dann ein Strom i2, der einem Eingang 81 eines Summenbildners 82 zugeführt wird; ein weiterer Eingang 83 des Summenbildners 82 ist mit dem Strom i1 beaufschlagt. Am Ausgang 84 des Summenbildners 82 ergibt sich dann der Stabilisierungsstrom i_s, der dem Meßglied 37 zugeführt wird.

Das Schutzgerät nach Fig. 7 beruht auf der Überlegung, daß sich der Strom i2 durch folgende Gleichung (10) be­ schreiben läßt:

Benutzt man wiederum eine normierte Darstellung mit

R = R_b und x·R = 2R_a + 2R_x,

dann läßt sich der Strom i2 auch durch folgende Gleichung (11) darstellen

i2 = (1 + x)i1 - (2 + x)i_b (11)

Dies bedeutet, daß sich die Korrekturgrößen K1 und K2 an­ hand der Gleichungen (12) folgendermaßen beschreiben lassen:

K1 = 1 + x
K2 = 2 + x (12)

Im übrigen läßt die Fig. 7 deutlich erkennen, daß mit ihr die Berechnungen nach den obenbezeichneten Beziehun­ gen (6) sowie (11) und (12) durchgeführt werden können, vorzugsweise - wie oben bereits dargelegt - mittels einer Datenverarbeitungsanlage, um dem Meßglied 37 nicht nur den Differenzstrom i_D, sondern auch den Stabilisierungs­ strom i_s zuzuführen.

Die Recheneinrichtung 70 kann in Abweichung von der in Fig. 7 dargestellten Ausführung eingangsseitig nur ein Bewertungsglied 75 oder 76 aufweisen; ein weiteres Bewer­ tungsglied ist dem Differenzbildner 79 nachzuordnen. Als Korrekturgrößen sind hier selbstverständlich andere Größen als K1 und K2 zu verwenden. Aus den obigen Glei­ chungen lassen sich die anderen Korrekturgrößen leicht bestimmen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind drei nach Art eines T miteinander verbundene Leitungsabschnitte 90, 91 und 92 mittels jeweils einer aus den Schutzgeräten A1 und A2, B1 und B3 sowie C2 und C3 bestehenden Leitungs­ differentialschutzanordnungen geschützt. Sollen in diesem Falle die Leitungswiderstände der Hilfsadern 93, 94 und 95, 96 und 97, 98 berücksichtigt werden, dann ist in jedem Schutzgerät B1 und A1 z. B. - wie Fig. 9 zeigt - jeweils ein zusätzlicher Stromwandler 99 bzw. 100 vorgesehen. Die zusätzlichen Stromwandler 99 und 100 sind 94 bzw. 96 ein­ geschleift; der beispielsweise von der Sekundärwicklung 103 abgegebene Strom i_zus entspricht hier dem Strom i_a nach beispielsweise Fig. 5 und wird entsprechend bewer­ tet, wie es im Zusammenhang mit der Fig. 5 im einzelnen beschrieben worden ist. Außerdem wird der bewertete Strom i_zus gemeinsam mit dem Strom i1 des Eingangsstromwandlers 60 unter Differenzbildung und Summierung in einen Stabi­ lisierungsstrom i_s umgesetzt, wie es in der Fig. 5 dar­ gestellt und im entsprechenden Beschreibungsteil erläu­ tert ist.

Dabei ist davon ausgegangen, daß sich der Strom i_zus durch folgende Beziehung (13) beschreiben läßt

in der i₃ den Strom in dem entsprechend zugeordneten Schutzgerät (z. B. B3) entsprechend dem Strom i2 gemäß den Fig. 5 und 6, R_b den Wert des Hilfswiderstandes 21 und R_a den Wert des weiteren Hilfswiderstandes 27 bezeichnet; R_y gibt den Widerstand der Hilfsader z. B. 96 an.

Da nach vorheriger Messung der Wert des Widerstandes R_y ermittelt worden ist und der Strom i1 und der Strom i_zus im Schutzgerät selbst erfaßbar ist, kann ein dem Strom i2 nach den Fig. 5 und 6 entsprechender Strom i3 im Schutzgerät A1 der Fig. 7 anhand folgender Beziehung (14) ermittelt werden:

Daraus wiederum läßt sich unter Berücksichtigung der Be­ ziehung (15)

i_s = |i1| + |i2| + |i3| (15)

der Stabilisierungsstrom i_s bestimmen. Der Differenzstrom i_D ergibt sich in diesem Fall gemäß Gleichung (16)

i_D = i1 + i2 + i3 (16)

Wird eine Anordnung nach Fig. 9 ohne Zusatzstromwandler ähnlich der Ausführung nach Fig. 6 ausgerüstet, dann er­ gibt sich der Strom i3 gemäß der Beziehung (17)

Claims (9)

1. Leitungsdifferential-Schutzanordnung mit jeweils einem Schutzgerät an jedem Ende eines zu überwachenden Leitungsabschnittes eines elektrischen Energieüber­ tragungssystems, bei der

• - jedes Schutzgerät einen mit dem zu überwachenden Leitungsabschnitt primärseitig verbundenen Eingangsstromwandler enthält, der sekundärseitig einerseits an eine Hilfsader und andererseits über eine Primärwicklung eines Differenzstromwandlers mit nachgeordnetem Meßglied an eine zweite Hilfsader angeschlossen ist, die
• - zusammen mit der ersten Hilfsader eine Verbindung zu dem jeweils zugeordneten anderen Schutzgerät bereitstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - in jedem Schutzgerät (2) an die Sekundärwicklung (36) des Differenzstromwandlers (33) mit einem Eingang (51) eine Bewertungseinrichtung (50) angeschlossen ist, die an einem weiteren Eingang (52) mit einer in Abhängigkeit von dem ohmschen Widerstand (R_x) der Hilfsadern (28, 30) gewählten Einstellgröße (E) beaufschlagt ist,
• - ein Differenzbildner (57) mit seinem einen Eingang (56) an den Ausgang (53) der Bewertungseinrichtung (50) angeschlossen ist und an seinem anderen Eingang (58) mit einer dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers (6) entsprechenden Meßgröße (i1) beaufschlagt ist,
• - an den Ausgang (62) des Differenzbildners (57) mit seinem einen Eingang (64) ein Summierer (63) angeschlossen ist, der an einem weiteren Eingang (65) mit der Meßgröße (i1) beaufschlagt ist, und
• - das Meßglied (37) einerseits an den Ausgang (53) der Bewertungseinrichtung (50) und andererseits an den Ausgang (66) des Summierers (63) angeschlossen ist.

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der andere Eingang (58) des Differenzbildners (57) an die Sekundärwicklung (59) eines primärseitig im Sekundärkreis des Eingangsstromwandlers (6) liegenden Zusatzstromwandlers (60) angeschlossen ist und
• - der Summierer (63) mit seinem weiteren Eingang (65) mit der Sekundärwicklung (59) des Zusatzstromwandlers (60) verbunden ist.

3. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Differenzbildner (57) mit seinem anderen Eingang (58) an einen weiteren Summierer (67) angeschlossen ist, der
• - mit einem Eingang (68a) an die Sekundärwicklung (36) des Differenzstromwandlers (33) und mit einem weiteren Eingang (68b) an die Sekundärwicklung (38) eines im Sekundärkreis des Eingangsstromwandlers (6) liegenden Hilfsstromwandlers (15) angeschlossen ist, und
• - der Summierer (63) mit seinem weiteren Eingang (65) mit dem Ausgang des weiteren Summierers (67) verbunden ist.

4. Leitungsdifferential-Schutzanordnung mit jeweils einem Schutzgerät an jedem Ende eines zu überwachenden Leitungsabschnittes eines elektrischen Energieüber­ tragungssystems, bei der

• - jedes Schutzgerät einen mit dem zu überwachenden Lei­ tungsabschnitt primärseitig verbundenen Eingangsstrom­ wandler enthält, der
• - in seinem Sekundärkreis eine Primärwicklung eines Hilfsstromwandlers enthält und der
• - sekundärseitig einerseits an eine Hilfsader und andererseits über eine Primärwicklung eines Differenzstromwandlers mit nachgeordnetem Meßglied an eine zweite Hilfsader angeschlossen ist, die
• - zusammen mit der ersten Hilfsader eine Verbindung zu dem jeweils zugeordneten anderen Schutzgerät bereitstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - in jedem Schutzgerät an die Sekundärwicklung (36) des Differenzstromwandlers (33) eine Bewertungseinrichtung (50) angeschlossen ist, die auch mit einer von dem ohmschen Widerstand (R_x) der Hilfsadern (28, 30) abhängigen Einstellgröße (E) beaufschlagt ist,
• - an die Sekundärwicklung (38) des Hilfsstromwandlers (15) eine Recheneinrichtung (70) zum Gewinnen einer dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers des jeweils anderen Schutzgerätes proportionalen Meßgröße (i2) mit einem ersten Eingang (71) angeschlossen ist, die
• - an einem zweiten Eingang (72) mit einer aus dem Sekundärstrom des Eingangsstromwandlers (6) abgeleiteten Meßgröße (i1) beaufschlagt ist,
• - an einem dritten Eingang (73) mit einer in Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand (R_x) der Hilfsadern (28, 30) gewählten Korrekturgröße (K1) und
• - an einem vierten Eingang (74) mit einer in Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand (R_x) der Hilfsadern gewählten, weiteren Korrekturgröße (K2) beaufschlagt ist,
• - an die Recheneinrichtung (70) ausgangsseitig mit einem Eingang (81) ein Summenbildner (82) angeschlossen ist, der an einem weiteren Eingang (83) mit der abgeleiteten Meßgröße (i1) beaufschlagt ist, und
• - das Meßglied (37) einerseits an die Bewertungseinrich­ tung (50) und andererseits an den Summenbildner (82) angeschlossen ist.

5. Schutzanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der zweite Eingang (72) der Recheneinrichtung (70) an eine Sekundärwicklung (59) eines im Sekundärkreis des Eingangsstromwandlers (6) liegenden Zusatzstromwandlers (60) angeschlossen ist und
• - der Summenbildner (82) mit seinem weiteren Eingang (83) mit der Sekundärwicklung (59) des Zusatzstromwandlers (60) verbunden ist.

6. Schutzanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Recheneinrichtung mit ihrem zweiten Eingang an einen weiteren Summenbildner angeschlossen ist, der
• - mit einem Eingang an die Sekundärwicklung des Differenzstromwandlers und mit einem weiteren Eingang an die Sekundärwicklung des Hilfsstromwandlers angeschlossen ist, und
• - der Summenbildner mit seinem weiteren Eingang mit dem Ausgang des weiteren Summenbildners verbunden ist.

7. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Recheneinrichtung (70) ein Bewertungsglied (75) enthält, dessen
• - einer Eingang den einen Eingang (71) der Recheneinrichtung (70) bildet und dessen anderer Eingang (73) mit der einen Korrekturgröße (K1) beaufschlagt ist,
• - die Recheneinrichtung (70) ein weiteres Bewertungsglied (76) aufweist, dessen
• - einer Eingang den weiteren Eingang (72) der Recheneinrichtung (70) bildet und dessen anderer Eingang (74) mit der weiteren Korrekturgröße (K2) beaufschlagt ist, und
• - den Bewertungsgliedern (75, 76) ein Differenzbildner (79) nachgeordnet ist, dessen
• - Ausgang den Ausgang (80) der Recheneinrichtung (70) bildet.