DE749712C

DE749712C - Protective device for electrical systems

Info

Publication number: DE749712C
Application number: DE1937749712D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Viktor Aigner
Priority date: 1937-10-20
Filing date: 1937-10-20
Publication date: 1944-12-02

Description

Schutzeinrichtung für elektrische Anlagen 'Es sind Schutzeinrichtungen bekannt, welche die Abschaltung =einer fehlerhaften Leitungsstrecke nach einer: von der. Fehlerentfernung abhängigen Zeit -bewirken. Weiterhin ist es bekannt, Schutzeinrichtungen so auszubilden, daß . bis zu einer bestimmten einstellbaren Feh lerentfer nung die Auslösung in Grundzeit, also ohne . Verzögerung,'- erfälgt. -Um nun in allen Fällen die Selektivität des - Schutzes sicherzustellen, kann diejenige `Zone,; in der mit Schnellzeit ausgelöst wird, nur etwa auf` Soll, des geschützten Leitungsabschnittes erstreckt werden.Protective device for electrical systems' There are protective devices known which disconnect = a faulty line after a: from the. Error distance-dependent time-effect. Furthermore, it is known to design protective devices so that. up to a certain adjustable fault distance, the triggering in base time, i.e. without. Delay, '- occurred. -To now the selectivity of the in all cases - to ensure protection, can that `zone ,; in which it is triggered at high speed, only about to the target of the protected line section.

Man verwendet daher hierzu noch eine Hochfrequenzübertragung über den betreffenden Leitungsabschnitt von einem Leitungsende zum anderen, die- eine schnelle Auslösung beider Sehalter bewirkt, wenn der Vergleich der Auslösungsbedingungen an beiden .Leitungsenden die Nofwendgkeit der AbschaT-tung ergibt, Man kann also hierdurch auch den Schalter ohne Zeitverzögerung auslösen, der jenseits der Zone liegt, innerhalb deren eine Auslösung mit Grundzeit erfolgt, um die kranke Strecke mit geringstmöglicher Verzögerung spannungslos zu machen.A high-frequency transmission is therefore used for this purpose the line section in question from one end of the line to the other, one quick release of both Sehalter causes when comparing the release conditions at both ends of the line the necessity of disconnection results, so one can this also triggers the switch on the other side of the zone without delay is within which a trip with bottom time takes place around the diseased route to be de-energized with the least possible delay.

Die Mitnahme des obenerwähnten zweiten-Schalters, der auf Grund -der beschriebenen Schutzart sonst erst in der zweiten Zone auslösen würde, erfolgt z.: B. dadurch, daß eine ständig über- den betreffenden Leitungsabschnitt selbst ausgesandte Hochfrequenzwelle in dem Augenblick zum Verschwinden gebracht wird, in dem der Schutz, der mit Grundzeit auslöst, den Auslöseimpuls an seinen ihm zugeordneten- Streckenschalter gibt, An sich 'ist die gleiche- Einrichtung auch mit Hochfrequenzar'beitsstrorn denkbar; im folgenden wird jedoch von einer Rühestromübertragung ausgegangen. Durch den Fortfall der Hochfrequenzwelle in der Gegenstation wird auch der dortige Streckenschalter zur Auslösung gebracht, sofern Überstrom- bzw. Unterinipedanzanregung angesprochen haben. und außerdem die Energierichtung auf die kurzschlußbehaftete Strecke zuweist.The taking of the above-mentioned second switch, which is due to -der would otherwise only trigger in the second zone, for example: B. in that a constantly transmitted over the relevant line section itself High frequency wave is made to disappear the moment the protection, which triggers with base time, the trigger pulse to its assigned section switch There is, in itself, the same facility with high frequency working currents conceivable; In the following, however, an idle current transmission is assumed. By the elimination of the High frequency wave in the opposite station will also the section switch there tripped, provided overcurrent or underinipedance excitation have addressed. and also the direction of energy to the short-circuited Assigns route.

Durch den Fortfall der Hochfrequenzenergie kommt z. B. ein Relais zum Abfallen und schließt durch seinen Ruhekontakt den Auslösekreis des Schalters. Die über den betreffenden Leitungsabschnitt selbst übertragene Hochfrequenz kann eine ungedämpfte Schwingung oder aber eine modulierte Schwingung sein, wobei im ersteren Falle die Hoch-; frequenzwelle als solche, im zweiten Falle die Tonfrequenz, die die Hochfrequenzwelle moduliert, zum Verschwinden kommt.By eliminating the high frequency energy z. B. a relay to drop out and closes the trip circuit of the switch through its normally closed contact. The high frequency transmitted via the relevant line section itself can be an undamped oscillation or a modulated oscillation, with im the former case the high; frequency wave as such, in the second case the audio frequency, which modulates the high frequency wave disappears.

Die Erfahrungen im praktischen Betrieb besagen, daB die Störerscheinungen bei Benutzung einer nicht modulierten über den betreffenden Leitungsabschnitt selbst gesandten Welle am geringsten sind, wenn man unter Störerscheinungen das unbegründete Auslösen eines Schalters bezeichnet.Experience in practical operation indicates that the disturbance phenomena when using a non-modulated one via the relevant line section itself sent wave are the lowest if, under disturbance phenomena, the unfounded Triggering a switch called.

Der Hoehfrequenzselektivschutz verliert aber zum guten Teil seine Berechtigung, wenn die Möglichkeit besteht, daß trotz eines bestehenden Kurzschlusses die Auslösung des zweiten Schalters nicht durch Hochfrequenzsteuerung, sondern erst durch den normalen Schutz in der zweiten Zone erfolgt.The high-frequency selective protection loses a good part of its Authorization if there is a possibility that despite an existing short circuit the triggering of the second switch not by high-frequency control, but first takes place through the normal protection in the second zone.

Diese Erscheinung tritt dann auf, wenn die Hochfrequenzwelle zwar vom'Relais der mit Grundzeit auslösenden Station abgeschaltet ,vird, der Lichtbogen des Kurzschlusses seinerseits jedoch ein derartiges Frequenzband aussendet, daß in der Gegenstation eine so große Hochfrequenzenergie- von der Frequenz der Selektivschutzwelle eintrifft, daß dem Empfänger und damit dem erwähnten Relais das- Weiterbestehen der Selektivschutzwelle vorgetäuscht wird, das insbesondere dann möglich ist, wenn die Durchlaßbreite der Siebketten des Empfängers verhältnismäßig breit ist. Zur Vermeidung dieser Erscheinung ist daran gedacht worden, die Durchlaßbreite weitgehend zu verengen, was aber eine Vermehrung der Siebkettenglieder, also einen wesentlich erhöhten Aufwand bedingt, ohne einen vollen Erfolg zu gewährleisten.This phenomenon occurs when the high frequency wave though The arc is switched off by the relay of the station that triggered the base time of the short circuit in turn emits such a frequency band that in the opposite station such a large high frequency energy - from the frequency of the selective protection wave arrives that the receiver and thus the relay mentioned continue to exist the selective protection wave is simulated, which is particularly possible when the passage width of the sieve chains of the receiver is relatively wide. To the To avoid this phenomenon, thought has been given to the passage width to a large extent to narrow, but what an increase in the sieve chain links, so one essential Requires increased effort without guaranteeing complete success.

Die im folgenden beschriebene Erfindung setzt eine Betrachtung der Energieverhältnisse im Frequenzbereich der Selektivschutzhochfrequenzwelle voraus, wobei also bei Ansprechen des Grundzeitschutzes die ausgesandte@Hochfreqüenzwelle abgeschaltet werden soll (Ruhestrom).The invention described below employs a consideration of the Energy conditions in the frequency range of the selective protection high frequency wave ahead, where the @ high frequency wave emitted when the bottom time protection is triggered should be switched off (quiescent current).

Im störungsfreien Betrieb besteht auf der Leitung und demgemäß an den Eingangsklemmen des jeweils betrachteten Empfängers eine ungedämpfte Schwingung, die in diesem nach vorgenommener Verstärkung gleichgerichtet wird. Im Augenblick des Kurzschlusses bestehen verschiedene Möglichkeiten.In trouble-free operation there is on the line and accordingly on the input terminals of the receiver under consideration an undamped oscillation, which is rectified in this after amplification has been carried out. At the moment There are various possibilities for short-circuiting.

Abb. i : Der Kurzschluß schließt auch die Hochfrequenz kurz (Zwischenphasenkopplung), wodurch diese im Empfänger ganz oder teilweise so weit verschwindet, daß das Relais. des Empfängers abfällt, obwohl die Welle an sich noch ausgesandt wird, weil das mit Grundzeit auslösende Relais annahmegemäß noch nicht angesprochen hat.Fig. I: The short circuit also shorts the high frequency (interphase coupling), whereby this disappears completely or partially in the receiver so far that the relay. of the receiver drops, although the wave itself is still being sent out because that with the basic time triggering relay has not yet responded according to the assumption.

Durch das Kurzschließen der Hochfrequenz--welle wird mithin in der Gegenstation die Auslösung in richtiger Weise herbeigeführt, wenn dort die übrigen Kriterien der Auslösung entsprechen. Das Wellenbild entspricht Abb. i a von und i b nach Eintritt des Kurzschlusses, wobei annahmegemäß die Amplitude b nicht mehr ausreicht, um das Relais des Empfängers weiterhin im angezogenen Zustand zu halten. Nach Ansprechen des Schutzes mit Grundzeit verschwindet die Welle dann vollkommen.By short-circuiting the high-frequency wave, the Opposite station the triggering brought about in the right way, if there the rest Meet the triggering criteria. The wave pattern corresponds to Fig. I a of and i b after the occurrence of the short circuit, whereby, according to the assumption, the amplitude b is no longer sufficient to keep the relay of the receiver in the activated state. After the protection with bottom time has responded, the wave then disappears completely.

Abb.2: Der Kürzschlußlichtbogen bedingt eine zusätzliche Welle gleicher Frequenz (Anteil des Frequenzspektrums), die die Gesamtenergie der betrachteten Frequenz a) erhöht, b): in gleicher Höhe wie vorher bestehen läßt, wobei der obenerwähnte Kurzschluß einerseits die gesendete Welle vermindert, andererseits aber der Kurzschlußlichtbogen dieselbe wieder erhöht durch den Anteil des Frequenzspektrums, das der Lichtbogen erzeugt, c) vermindert, weil die Kurzschließung der gesendeten Welle diese stärker absenkt, als der Anteil des Frequenzspektrums des Lichtbogens erhöhend wirkt.Fig.2: The short-circuit arc requires an additional wave of the same type Frequency (portion of the frequency spectrum), which the total energy of the considered Frequency a) increased, b): lets exist at the same level as before, the above-mentioned Short circuit on the one hand reduces the transmitted wave, but on the other hand reduces the short-circuit arc the same again increased by the portion of the frequency spectrum that the arc generated, c) decreased, because the short-circuiting of the transmitted wave this stronger decreases as the proportion of the frequency spectrum of the arc increases.

Sobald das mit Grundzeit auslösende Relais angesprochen hat, wird die ausgesendete Hochfrequenzwelle abgeschaltet. Dadurch tritt wiederum eine Veränderung der im Empfänger eintreffenden Welle ein. In den drei erörterten Fällen a, 1b, c tritt aber auch eine gemeinsame und. gleichartige Erscheinung auf. , Die Amplitude fällt im Zeitpunkt ß also beim Ansprechen des Grundzeitschutzes von einem höheren auf einen tieferen Wert. Nach der Gleichrichtung der Welle führt die dadurch gewonnene Gleichspannung ebenfalls dieselben Sprünge aus, welche die Amplituden der Abb.2 ausführen.As soon as the relay that triggered the basic time has responded, the emitted high-frequency wave is switched off. This in turn results in a change of the wave arriving at the receiver. In the three cases discussed a, 1b, c but also occurs a common and. similar appearance. , The amplitude falls at the point in time ß when the base time protection is triggered from a higher one to a lower value. After the wave has been rectified, the resulting wave leads DC voltage also has the same jumps that the amplitudes of Fig. 2 carry out.

Berücksichtigt man Abb. i und a, so ist also beiden gemeinsam eine Abnahme der Amplitude beim Ansprechen des Grundzeitschutzes, d. h ein negativer Gradient der Gleichspannung; die durch Gleichrichtung der Hochfrequenz entsteht.If one takes into account fig. I and a, then both are one Decrease in amplitude when the bottom time protection responds, d. h a negative DC voltage gradient; which is created by rectifying the high frequency.

Aiif Grund dieser Erkenntnis schlägt nun die Erfindung vor, Schutzeinrichtungen der erwähnten Art eine 'Kippanordnung- zuzuordnen; die schön bei einer sprunghaften Änderung- der 'Amplitude:' der aufgenommenen Hochfrequenzenergie , in - Tätigkeit 'gesetzt wird und' bei ihrem Ansprechen unter Voraussetzung der normalen Auslösekriterien (Energierichtung; Überstrom oder Unterimpedanz) einen Aüslöseimpüls gibt. Durch die Anwendung .der - erfindungsgemäßen Maßnahme wird eine unter Umständen durch das Frequenzband des Fehlerlichtbogens, hervorgerufene unerwünschte Sperrung der Schutzeinrichtung mit Sicherheit vermieden und die beiderseitige Abschaltung der vom Fehler betroffenen Leitungsstrecke in kürzester Zeit gewährleistet.On the basis of this knowledge, the invention now proposes protective devices the mentioned type to assign a 'tilting arrangement; the beautiful at a sudden change in the 'amplitude:' of the high frequency energy received 'in - activity' is set and 'when addressed, provided that the normal tripping criteria (energy direction; overcurrent or underimpedance) Release impulse there. By applying .der - measure according to the invention is a possibly undesirable caused by the frequency band of the arc fault Blocking of the protective device is avoided with certainty and the mutual disconnection the line section affected by the fault is guaranteed in the shortest possible time.

Bei den bekannten Selektivschutzeinrichtungen mit Hochfrequenzruhestrornverbindung wird gewöhnlich der Auslösebefehl gegeben, sobald der Ruhestrom unterbrochen wird, die Hochfrequenzenergie sich- also sprunghaft ändert. Diese bekannten Schutzeinrichtungen enthalten jedoch leine die steuernden Glieder, welche- nur auf eine Änderung der Amplitudenwerte der übertragenen Hochfrequenzenergie anspricht, sondern lediglich die üblichen Relais, die bei Über-oder Unterschreiten eines bestimmten Wertes die Schalterauslösung herbeiführen. Der erfindungsgemäße Vorschlag benutzt dagegen die sprunghafte, in einem bestimmten- von der Art der .Hochfrequenzübertragung (Ruhestrom- oder Arbeitsstromprinzip) abhängigen Sinne erfolgende Änderung des Amplitudenwertes umabhängig von der Größe der Änderung bzw. von dem absoluten Betrag des-sich nach Änderung einstellenden Amplitudenwertes.With the known selective protection devices with high frequency quiescent current connection the trip command is usually given as soon as the quiescent current is interrupted, the high-frequency energy changes - so abruptly. These known protective devices However, leash contain the controlling elements, which - only on a change in the Responds to amplitude values of the transmitted radio frequency energy, but only the usual relays, which are triggered when a certain value is exceeded or not reached Bring out the switch. The proposal according to the invention, however, uses the erratic, in a certain - of the type of high frequency transmission (quiescent current - or open-circuit principle) depending on the change in the amplitude value depending on the size of the change or on the absolute amount of the change Change the setting amplitude value.

Für die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Vorschlages kann z. B. ein in Reihe mit einem Widerstand 1& ;liegender Kondensator C vorgesehen werden, der von einer von der übertragenen Hochfrequenz abgeleiteten Gleichspannung U gespeist wird. Es tritt `dann an dem Widerstand R bei einem Ladestrom T ein Spannungsabfall u auf; der .dem Aus druck - genügt. Das Vorzeichen der Spannung u, d. h. ihre Polarität, entspricht-der Änderungstendenz der Gesamthochfrequenz.For the practical implementation of the proposal according to the invention, for. For example, a capacitor C in series with a resistor 1 can be provided, which is fed by a direct voltage U derived from the transmitted high frequency. A voltage drop u then occurs across the resistor R at a charging current T; the .the expression - enough. The sign of the voltage u, ie its polarity, corresponds to the tendency to change in the overall high frequency.

Benutzt man daher als Auslösekriteriüm für den zweiten Schalter das Auftreten einer negativen Spannung u, so wird man von der absoluten Höhe der jeweiligen Hochfrequenz unabhängig,. eine unerwünschte Sperrung des Schutzes wird vermieden, die Auslösung erfolgt beiderseits der Fehlerstelle mit -der geringstmöglichenZeit. 'Uni die kurzzeitig auftretende negative Spannung (-u) in ein dauernd bestehendes Auslösekommandöumzuwandeln, benutzt man vorteilhaft -eine Kippschaltung-für negative Stoßspannung, die innerhalb von io-7 Sekunden aus einer Gleichgewichtslage in eine zweite hinüberkippt und in dieser Lage verharrt, bis z. B. durch die Schalterauslösung die Rückkippung veranlaßt und damit der Normalzustand wiederhergestellt wird.Therefore, if you use the as a triggering criterion for the second switch If a negative voltage u occurs, one will depend on the absolute level of the respective High frequency independent. an undesired blocking of the protection is avoided, the triggering takes place on both sides of the fault location with the shortest possible time. 'Uni the briefly occurring negative voltage (-u) into a permanent one To convert trip commands, it is advantageous to use a flip-flop for negative ones Impulse voltage that changes from an equilibrium position to a second falls over and remains in this position until z. B. by the switch trigger the tilting back caused and thus the normal state is restored.

Die Grenzen des Verfahrens sind dann ge= geben, 'wenn die durch den Lichtbogen gelieferte Hochfrequenz so groß ist, daß die Empfangsröhren weitgehend übersteuert werden, oder daß die Änderungsgeschwindigkeit der-Lichtbogenenergie groß ist gegenüber der durch die Abschaltung der Selektivschutzwelle bedingten Änderungsgeschwindigkeit der Gleichspannung. Im letzteren Falle könnte auch eine Abschaltung gesunder Streckenabschnitte erfolgen, sobald Anregebedingungen vorliegen. Da die Schwankungen der Lichtbogenenergie vermutlich aber relativ langsam erfolgen, dürfte es durch geeignete Bemessung der für die Kippung des Kippkreises erforderlichen Stoßspannung möglich sein, einen störenden Einfluß der Lichtbogehenergieschwankung auf die gesunden Nachbarabschnitte zu eliminieren. Das bedeutet, daß kleine Werte der negativen Kippspannung noch nicht zur Kippung führen dürfen. Erst von einem zweckmäßig experimentell festzustellenden Kippspannungswert ab darf daher die Kippung erfolgen, wobei der entsprechende Spannungswert eindeutig durch die Abschaltung der Selektivschutzwelle bedingt sein muß.The limits of the procedure are given when the Arc delivered high frequency is so great that the receiving tubes largely be overridden, or that the rate of change of the arc energy is large compared to the rate of change caused by switching off the selective protection wave the DC voltage. In the latter case, healthy route sections could also be switched off take place as soon as the conditions of initiation are available. Because the fluctuations in arc energy presumably take place relatively slowly, it should be done by appropriate dimensioning of the for the tilting of the tilting circle required surge voltage be possible, a disturbing influence of the arc energy fluctuation on the healthy neighboring sections to eliminate. This means that small values of the negative breakover voltage do not yet exist may lead to tipping. Only from an expediently to be determined experimentally Tilting voltage value from may therefore take place, with the corresponding voltage value must be clearly due to the shutdown of the selective protection wave.

Andererseits ist es möglich, wenn die durch den Lichtbogen bedingte Energie so weit ansteigt, daß die Empfangsrohren übersteuert werden, eine unverzögert wirkende Pegelregulierung bekannter Art (Verschiebung . der Gittervorspannung in das negative Gebiet) zum Ansprechen zu bringen, wodurch die Eingangsenergie so- weit herabgesetzt wird, daß eine Übersteuerung der Röhren vermieden wird.On the other hand, it is possible if the caused by the arc Energy rises so far that the receiving tubes are overdriven, one instantaneously effective level regulation of a known type (shift. of the grid bias in the negative area) to respond, whereby the input energy is greatly reduced so that overdriving of the tubes is avoided.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Protection device for electrical components using high-frequency quiescent current transmission from one end of the line to the other, characterized by a tilting arrangement; which is already activated in the event of a sudden change in the amplitude of the absorbed high-frequency energy and when it is triggered, provided that the normal trigger criteria (energy direction, overcurrent or underimpedance) are met, triggers a trigger:

2. Device according to Claim i, characterized in that the release takes place when the high frequency energy changes abruptly in a negative sense.

3. Establishment according to claims i and 2, characterized in that the rectified high-frequency energy feeds a capacitor, the charging current of which flows through a resistor and a '' Causes a voltage drop on this, which is used as a triggering criterion.

4th Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the surge voltage required the flip-flop is so dimensioned that only a certain rate of change the high-frequency energy causes sufficient breakover voltage and thus tripping.

5. Device according to claim i to 4, characterized in that a level regulation prevents overdriving of the receiving tubes when there is a large incidence of energy. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German patent specification ..... No. 639 936; Siemens magazine issue 3, March 1934, "route protection with high frequency connection" by Neugebauer.