DE874172C

DE874172C - Device for the detection of short circuits

Info

Publication number: DE874172C
Application number: DES3369D
Authority: DE
Inventors: Leopold Dipl-Ing Ferschl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-09-20
Filing date: 1941-09-20
Publication date: 1953-04-20

Description

Einrichtung zur Feststellung von Kurzschlüssen In Hochspannungsnetzen mit sehr langen Leitungsstrecken kann es vorkommen, daß die üblichen Anregerelais,wieÜberstromanregerelais oderQuotientenrelais, nicht mehr ansprechen, wenn ein Kurzschluß in großer Entfernung von der Meßstelle auftritt. Der Grund liegt darin, daß infolge des großen Leitungswiderstandes der Kurzschlußstrom gleich oder kleiner als der Betriebsstrom ist und daß auch die Spannung an der Meßstelle nicht merkbar unter die Betriebsspannung absinkt. Die vom Überstrom oder vom Verhältnis Spannung zu Strom abhängigen Anregerelais sprechen daher in einem solchen Fall nicht mehr an. Um trotzdem eine Abschaltung der fehlerhaften Leitungsstrecke zu bewirken, hat man an einzelnen Punkten der Strecke vom Spannungsabfall abhängige Überwachungseinrichtungen vorgesehen, und wenn vom Streckenende und einigen der Überwachungseinrichtungen zum Streckenanfang gemeldet wird, daß ein Fehler aufgetreten ist, so werden diese übereinstimmenden Signale so gewertet, als hätte das Anregerelais am Streckenanfang angesprochen.Device for the detection of short circuits in high voltage networks with very long cable runs it can happen that the usual starting relays, such as overcurrent relays or quotient relay, no longer respond if there is a short circuit at a great distance occurs from the measuring point. The reason is that due to the large line resistance the short-circuit current is equal to or less than the operating current and that also the The voltage at the measuring point does not noticeably drop below the operating voltage. the talk about overcurrent or the ratio of voltage to current dependent triggering relays therefore no longer applicable in such a case. In order to shutdown the faulty anyway To bring about the line route, one has to at individual points of the route from the voltage drop dependent monitoring devices provided, and if from the end of the route and some the monitoring equipment at the start of the route is reported that an error has occurred is, then these matching signals are evaluated as if the start relay had addressed at the beginning of the route.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Feststellung von Kurzschlüssen und kurzschlußartigen Störungen (Kurzschlüsse mit Erdberührung) bzw. der fehlerhaften Phase bei derartigen Erscheinungen, bei der es nicht mehr erforderlich ist, Überwachungsstellen an Zwischenpunkten der Leitungsstrecke anzuordnen. Gemäß der Erfindung wird ein Relais verwendet, das die induktive Blindleistung überwacht und bei einem bestimmten Wert dieser Blindleistung anspricht. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß bei sehr langen Leitungen die übertragbaren Leistungswerte durch den noch zulässigen Spannungsunterschied zwischen Anfang und Ende der- Leitung bedingt sind. ;Dies gilt in besonderem Maße -für die Blindleistung. Das Maximum an Blindleistung, welches übertragen werden kann, ist im fehlerfreien Betrieb; wenn die Spannung am Endenicht zu stark absinken soll, weseritlic1kleiner als die, welche bei einem Kurzschluß an einer entfernten Stelle auftritt. Den Kurzschluß kann man daher mit Hilfe eines Blindleistungsrelais feststellen, das bei einer bestimmten induktiven. Blindleistung anspricht. Das Relais spricht also an auf den Wert worin U die Spannung der Leitung, J der Strom der Leitung an der Meßstelle, 9p der Phasenverschiebungswinkel zwischen diesen beiden Größen und C eine Konstante ist, die von den Leitungseigenschaften abhängig ist. Es wird C so gewählt,. daß es größer ist als die im ungestörten Zustand auftretende induktive Blindleistung.The subject of the invention is a device for the detection of short circuits and short circuit-like disturbances (short circuits with earth contact) or the faulty phase in such phenomena, in which it is no longer necessary to arrange monitoring points at intermediate points of the line route. According to the invention, a relay is used which monitors the inductive reactive power and responds at a certain value of this reactive power. The invention is based on the consideration that, in the case of very long lines, the transmittable power values are determined by the still permissible voltage difference between the beginning and the end of the line. ; This applies in particular to the reactive power. The maximum reactive power that can be transferred is in error-free operation; if the voltage at the end is not to drop too much, it is essentially smaller than that which occurs in the event of a short circuit at a distant point. The short circuit can therefore be determined with the help of a reactive power relay, which is activated for a certain inductive. Reactive power responds. The relay responds to the value where U is the voltage of the line, J is the current of the line at the measuring point, 9p is the phase shift angle between these two quantities and C is a constant which depends on the line properties. C is chosen so. that it is greater than the inductive reactive power occurring in the undisturbed state.

Wenn an der Meßstelle, z. B. also am Anfang der Strecke, nicht Wirkleistung in die Leitungsstrecke hineinfließt, sondern Wirkleistung aus der Strecke herausfließt, so besteht die Möglichkeit; eine größere induktive Blindleistung in die Strecke zu liefern als bei in die Strecke hineinfließender- Wirkleistung, ohne daß die zulässigen Spannungsunterschiede zwischen Anfang und Ende der Leitung überschritten werden. Aus diesem Grunde kann -man daher die Anordnung so treffen, daß auch die Richtung der Wirkleistung überwacht wird; denn bei einem Fehler fließt immer Wirkleistung in die. Strecke hinein. Man kann z. B. die Anordnung so treffen, daß bei Herausfließen der Wirkleistung das Blindleistungsrelais abgeschaltet ist oder man kann auch dafür sorgen, daß trotz Ansprechen des Blindleistungsrelais kein Vorgang ausgelöst wird; indem man den Kontakt des Blindleistungsrelais und des Wirkleistungsrelais so in Reihe schaltet, daß nur, wenn das Blindleistungsrelais angesprochen hat und das Wirkleistungsrelais vorwärts fließende Energierichtung anzeigt, ein Vorgang, z. B. die Anregung der Selektivschutzeinrichtung, ausgelöst werden kann.If at the measuring point, z. B. So at the beginning of the route, not real power flows into the line section, but real power flows out of the line, so there is the possibility; a larger inductive reactive power in the route to be delivered than with active power flowing into the line, without the permissible Voltage differences between the beginning and the end of the line are exceeded. For this reason, the arrangement can be made so that the direction the active power is monitored; because in the event of a fault, real power always flows in the. Stretch in. You can z. B. make the arrangement so that when flowing out the active power the reactive power relay is switched off or you can also use it ensure that no process is triggered despite the response of the reactive power relay; by placing the contact of the reactive power relay and the real power relay in Series switches that only when the reactive power relay has responded and that Active power relay indicating the direction of energy flowing in the forward direction, a process, e.g. B. the excitation of the selective protection device can be triggered.

Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig. _. Mit i ist dabei der Kontakt eines Blindleistungsrelais bezeichnet, der nur geschlossen wird, wenn induktive Blindleistung in die Leitungsstrecke hineinfließt und diese eine bestimmte Größe überschreitet. 2 ist der bewegliche Kontakt des Richtungsrelais, der bei vorwärts fließender Wirkleistung den Kontakt 3, bei rückwärts fließender Wirkleistung den Kontakt q. schließt. Nur wenn das Blindleistungsrelais -seinen Kontakt z geschlossen hat und der Kontakt 3 geschlossen ist, kommt ein Kommando zustande.An exemplary embodiment for this is shown in FIG. With i there is the Contact of a reactive power relay, which is only closed when inductive Reactive power flows into the line section and this a certain size exceeds. 2 is the moving contact of the direction relay, the one with forward contact 3 with active power flowing backwards, and contact 3 with active power flowing backwards Contact q. closes. Only when the reactive power relay - its contact z is closed and contact 3 is closed, a command is issued.

Die Eigenschaft der langen Leitung, bei vorgegebenen zulässigen Spannungsdifferenzen nur begrenzte Wirk- und Blindleistung übertragen zu können, wobei auch -das Vorzeichen in der Beziehung zwischen Wirk- und Blindleistung eine maßgebliche Rolle spielt, erlaubt es, die Einrichtung zur Feststellung eines Kurzschlusses sehr eng an die Leitungseigenschaften anzupassen, indem man das Relais nicht nur von der Größe der Blindleistung; sondern auch von der Größe der Wirkleistung abhängig macht, wobei durch mechanische Addition der Wirkungen der beiden Größen auch ihr Vorzeichen für das Ansprechen der Einrichtung wirksam wird. ' Man verwendet dann ein Blindleistungsrelais, welches anspricht auf den Ausdruck Hierbei hat die Vorwärtsrichtung (Fließen von Leistung in die Strecke hinein) ein positives, die Rückwärtsrichtung (Fließen von Leistung an der Meßstelle aus der Strecke heraus) ein negatives Vorzeichen sowohl für die Blindleistung als auch für die Wirkleistung. Infolgedessen wird das Relais hinsichtlich der Blindleistung bei in die Strecke hineinfließender Wirkleistung empfindlicher, bei herausfließender Wirkleistung dagegen unempfindlicher, -wie es gewünscht wird. Die Konstanten Cl, C2 und C3 werden auf die besonderen Leitungseigenschaften abgestimmt: Das Relais kann beispielsweise als Ferrarisrelais oder als dynamometrisches Relais ausgebildet werden, indem man zwei Ferrarisscheiben oder zwei Dynamometer miteinander kuppelt, von denen das eine System von der Blindleistung, das andere von der Wirkleistung erregt wird, und die beide entgegen einer Feder einen Kontakt zu schließen suchen; wenn das Vorzeichen der Leitung positiv ist.The property of the long line to transmit at predetermined allowable voltage differences only limited active and reactive power, wherein also - the sign plays an important role in the relationship between real and reactive power, allows the means for detecting a short circuit very closely to to adapt the line characteristics by not only changing the relay on the size of the reactive power; but also makes it dependent on the size of the active power, whereby the mechanical addition of the effects of the two sizes also makes their sign for the response of the device effective. 'A reactive power relay is then used, which responds to the expression The forward direction (flow of power into the line) has a positive sign, the reverse direction (flow of power at the measuring point out of the line) has a negative sign for both the reactive power and the real power. As a result, the relay becomes more sensitive to reactive power when real power is flowing into the line, but less sensitive when real power is flowing out, as is desired. The constants Cl, C2 and C3 are matched to the particular line properties: The relay can be designed, for example, as a Ferrari relay or a dynamometric relay by coupling two Ferrari disks or two dynamometers, one of which relies on the reactive power and the other on the Active power is excited, and both try to close a contact against a spring; when the sign of the line is positive.

Wenn bei einem Kurzschluß die Spannung stark zusammenbricht; z. B. bei nahehegenden Fehlern, werden diese Relais, welche nur von der Blindleistung oder von der Blind- und Wirkleistung abhängig sind, unempfindlich. Man kann ihre Empfindlichkeit erhöhen, wenn man die Größe der Blindleistung bzw. der Blind- und Wirkleistung, bei welcher das Relais anspricht, von der Größe der Spannung abhängig macht. Die Spannung wirkt also in dem Sinne, daß sie das Ansprechen erschwert. Die Relais arbeiten dann nach dem Prinzip wobei man wiederum die Konstante Cl, C, und C3 den Leitungsverhältnissen anpaßt. Macht man beispielsweise C3 = 0, so bekommt man ein von der induktiven Blindleistung abhängiges Relais, das um so eher Kontakt macht, je kleiner die Spannung ist.If the voltage breaks down sharply in the event of a short circuit; z. B. in the case of nearby errors, these relays, which are only dependent on the reactive power or on the reactive and active power, are insensitive. You can increase their sensitivity if you make the size of the reactive power or the reactive and active power at which the relay responds dependent on the size of the voltage. The tension thus acts in the sense that it makes it difficult to respond. The relays then work on the principle again, the constants Cl, C, and C3 are adapted to the conduction ratios. If you set C3 = 0, for example, you get a relay that is dependent on the inductive reactive power and the sooner it makes contact, the lower the voltage.

Ausführungsbeispiele für das letztgenannte Relais zeigen die Fig. 2 und 3. In Fig. 2 ist eine Ferrarisscheibe iö vorgesehen,. auf welche zwei Triebmagneten ix und 12 einwirken. Der Triebmagnet ii wird von einem Spannungswandler von der Spannung U, der Triebmagnet i2 wird einerseits vom Strom J, anderseits von der Spannung U so erregt, daß er in bekannter Weise ein Drehmoment hervorruft, welches der Blindleistung proportional ist. Der bewegliche Kontakt 13 legt sich im fehlerfreien Betrieb gegen einen festen Anschlag 1q.. 16 ist der feststehende Kontakt. Das Triebsystem ii wirkt im Uhrzeigersinne, das Triebsystem 12 entgegen dem Uhrzeigersinne. Tritt ein Fehler in der Leitung auf, so wird die Spannung kleiner und die Blindleistung größer; so daß der Kontakt 13 mit dem feststehenden Kontakt 16 in Berührung kommt.Exemplary embodiments for the last-mentioned relay are shown in FIGS. 2 and 3. In Fig. 2, a Ferrari disk is provided. on which two drive magnets ix and 12 act. The drive magnet ii is powered by a voltage converter from the Voltage U, the driving magnet i2 is on the one hand from the current J, on the other hand from the voltage U excited so that it produces a torque in a known manner, which is the reactive power is proportional. The movable contact 13 rests against each other in error-free operation a fixed stop 1q .. 16 is the fixed contact. The drive system ii works clockwise, the drive system 12 counterclockwise. An error occurs in the line, the voltage becomes smaller and the reactive power larger; so that the contact 13 comes into contact with the fixed contact 16.

In Fig. 3 ist ein feststehendes Magnetsystem 2o vorgesehen, welches von der Spule 21 erregt wird. Das bewegliche System trägt zwei Wicklungen 22 und 23. Die Wicklung 22 wird vom Strom J über den Stromwandler 24 gespeist, die Wicklung 23 und ebenso die Spule 2i wird über eine go°-Schaltung 4 von der Spannung U der Leitung an der -Meßstelle erregt. Mit dem beweglichen System ist der Kontaktarm 26 verbunden. 27 ist der feststehende Kontakt. Das von der Wicklung 21 erzeugte Magnetfeld ruft mit der Wicklung 23 ein Drehmoment hervor, welches den Kontakt zu öffnen versucht, während sie mit der Wicklung 22 ein Drehmoment hervorruft, welches den Kontakt zu schließen versucht.In FIG. 3, a stationary magnet system 2o is provided, which is excited by the coil 21. The movable system has two windings 22 and 23. The winding 22 is fed with the current J via the current transformer 24, the winding 23 and also the coil 2i are excited via a go ° circuit 4 from the voltage U of the line at the measuring point . The contact arm 26 is connected to the movable system. 27 is the fixed contact. The magnetic field generated by the winding 21 produces a torque with the winding 23 which tries to open the contact, while it produces a torque with the winding 22 which tries to close the contact.

Um eine Einrichtung zu schaffen, die nicht nur von der Spannungund derBlindleistung, sondern auch noch von der Wirkleistung, wie vorher beschrieben, abhängig ist, kann man mit der Ferrarisscheibe io in Fig. 2 eine zweite Ferrarisscheibekuppeln, auf welche die Wirkleistung einwirkt und mit dem beweglichen System in Fig. 3 das bewegliche System eines zweiten Dynamometers, dessen Drehmoment von der Wirkleistung abhängig ist.To create a facility that is not only affected by tension and the reactive power, but also the active power, as described above, depends, you can connect a second Ferrari disk with the Ferrari disk io in Fig. 2, on which the active power acts and with the movable system in Fig. 3 the movable system of a second dynamometer whose torque depends on the real power is dependent.

In Drehstromsystemen ist es zweckmäßig, ein Relais zu verwenden, welches bei zweipoligen Kurzschlüssen seine volle Empfindlichkeit besitzt, dagegen bei dreipoligen Kurzschlüssen unempfindlicher ist, um zu verhindern, daß es auch bei einer Überlast anspricht. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise zur Bildung der Leistungsgrößen die verkettete Spannung und den Phasenstrom verwenden, also z. B. die Spannung RS mit dem Strom S. Man erreicht dann bei zweipoligen Kurzschlüssen die volle Empfindlichkeit, weil dann treibende Spannung und Fehlerstrom zusammenwirken. Bei dreipoligen Kurzschlüssen dagegen besitzen Spannung und Strom eine Phasenverschiebung von 30°, und infolgedessen wird das Relais weniger empfindlicher.In three-phase systems it is advisable to use a relay which has its full sensitivity with two-pole short-circuits, on the other hand with three-pole short-circuits Short circuits is less sensitive to prevent it from occurring even in the event of an overload appeals to. For this purpose, one can, for example, form the performance parameters use the line-to-line voltage and the phase current, e.g. B. the voltage RS with the current S. Full sensitivity is then achieved in the case of two-pole short circuits, because driving voltage and fault current then work together. With three-pole short circuits on the other hand, voltage and current have a phase shift of 30 °, and consequently the relay becomes less sensitive.

In Drehstromanlagen wird man zur Erfassung von zweipoligen Kurzschlüssen drei solcher wattmetrischer Relais verwenden.In three-phase systems, one is used to detect two-pole short circuits use three such wattmetric relays.

Es kann bei Anwendung solcher Relais vorteilhaft sein, noch ein zusätzliches Relais vorzusehen, welches den besonderen Verhältnissen bei dreipoligen Kurzschlüssen Rechnung trägt. Man kann dabei bei der Wahl der Konstanten darauf Rücksicht nehmen, daß bei Fehlern in großen Entfernungen dreipolige Kurzschlüsse einen 15 0/" höheren Strom aufweisen als zweipolige. Man kann also das Relais durch Wahl der Konstanten C unempfindlicher machen, so daß es nur bei dreipoligen Kurzschlüssen anspricht.When using such relays it can be advantageous to add an additional one Provide a relay, which takes into account the special conditions in the case of three-pole short circuits Takes into account. When choosing the constants, one can take into account that that in the case of faults at great distances, three-pole short circuits have a 15 0 / "higher Exhibit current as bipolar. So you can switch the relay by choosing the constants Make C less sensitive so that it only responds to three-pole short circuits.

Um eine bevorzugte Empfindlichkeit auf dreipolige Kurzschlüsse zu erzielen, läßt man auf das Relais zur Bildung der Leistung Strom und Spannung einwirken, die normalerweise gleichphasig sind, also Phasenstrom und Phasenspannung oder verketteten Strom und verkettete Spannung, oder man hebt eine schaltungsmäßig bedingte Phasenverschiebung, z. B. eine 3o°-Verschiebung bei Verwendung von verketteter Spannung und Phasenstrom, durch Widerstandsschaltungen im Strom- oder Spannungspfad des wattmetrischen Relais oder in beiden auf.To have a preferred sensitivity to three-pole short circuits Achieve, one lets current and voltage act on the relay to generate the power, which are normally in phase, i.e. phase current and phase voltage or linked Current and line-to-line voltage, or a phase shift caused by the circuit is lifted, z. B. a 3o ° shift when using line-to-line voltage and phase current, by resistance circuits in the current or voltage path of the wattmetric relay or in both.

Da ein dreipoliger Kurzschluß immer symmetrisch ist, genügt es, zur Erfassung dreipoliger Kurzschlüsse ein einziges Relais zu verwenden. Dient die Anordnung beispielsweise zur Anregung von Selektivschutzeinrichtungen und wird hierbei immer eine Phase bevorzugt, z. B. die Phase R, so wird man die Messung in dieser Phase vornehmen.Since a three-pole short circuit is always symmetrical, it is sufficient to use the Detection of three-pole short circuits using a single relay. Serves the arrangement for example to stimulate selective protection devices and will always be one phase preferred, e.g. B. phase R, you will be measuring in this phase make.

Man kann die Anordnung noch weiterhin verbessern, indem man zu den beschriebenen wattmetrischen Relais noch andere bekannte. Anregerelais, z. B. Stromanregerelais oder vom Verhältnis Spannung durch Strom abhängige Anregereläis, zusätzlich verwendet. Man kann dabei eine Unterteilung in dem Wirkungsbereich in dem Sinne vornehmen, daß die von der Leistung abhängigen Relais in erster Linie für Fehler in großer Entfernung, die zweite kontaktmäßig dazu parallel geschaltete Überstrom- oder Quotientenanregung dagegen für nahe Kurzschlüsse dimensioniert werden.The arrangement can be further improved by going to the wattmetric relays described and other known ones. Start relay, e.g. B. Current trigger relay or excitation relays dependent on the ratio between voltage and current, used additionally. One can make a subdivision in the area of activity in the sense that that the performance-dependent relays are primarily responsible for errors in large Distance, the second overcurrent or quotient excitation connected in parallel in terms of contact on the other hand, be dimensioned for close short circuits.

Die beschriebenen Einrichtungen können vorzugsweise angewendet werden als Anregerelais für Selektivschutzschaltungen oder als Anregerelais für Kurzschlußfortschalteinrichtungen, das sind Einrichtungen, bei denen kurzzeitig die Energiezufuhr zur Fehlerstelle unterbrochen wird, indem ein in der Leitung liegender Schalter kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen oder ein parallel zur Leitung liegender Schalter kurzzeitig geschlossen und wieder geöffnet wird. Man_kann die Einrichtung auch beispielsweise verwenden, um die fehlerhafte Phase bzw. Phasen bei kurzschlußartigen Störungen anzuzeigen, also bei Phasenkurzschlüssen oder bei Kurzschlüssen über Erde.The devices described can preferably be used as a trigger relay for selective protection circuits or as a trigger relay for short-circuit switching devices, these are facilities in which the energy supply to the point of failure for a short time is interrupted by briefly opening a switch in the line and closed again or a switch parallel to the line for a short time is closed and reopened. You can also use the facility, for example use to correct the faulty phase or phases in the case of short-circuit-type faults display, i.e. in the event of phase short circuits or short circuits to earth.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the detection of short circuits or short-circuit-like phenomena or to determine the faulty phases for short circuits in electrical systems where the short circuit current is in the The order of magnitude of the largest operating current is or is less than this, in particular for the excitation of selective protection devices, characterized in that the exceeding a certain value of the inductive reactive power is monitored.

2. Establishment according to claim i, characterized in that, in addition, the direction of the active power is monitored.

3. Device according to claim i and 2, characterized in that the contact of the reactive power relay in series with the contact of an active power relay is switched. q ..

Device according to claim i, characterized by a relay, which depends on the sum of reactive and active power.

5. Set up after Claim i and q., Characterized in that the response of the relay also from the level of the voltage is dependent on the fact that with a lower voltage a smaller reactive or active and reactive power is sufficient to respond.

6. Establishment according to claims q and 5, characterized in that electrodynamic or Ferraris relays are used.

7. Device according to claim i for three-phase systems, characterized in that that to education the power, the line-to-line voltage and the phase current are used. B. Device according to claim 7, characterized in that also A reactive power relay is still used, to which in-phase in the error-free state Current and voltage values, e.g. B: line-to-line voltage and line-to-line current or Phase voltage and phase current, have an effect or in which a circuit-related condition Phase shift, e.g. B. between line-to-line voltage and phase current, by means of resistor circuits is partially, fully or overcompensated in the current or voltage path or both. G. Device according to claim 7 and 8; characterized in that three wattmetric Relays according to claim 7 and one according to claim 8 are provided. ro. Facility according to claim z, characterized in that also known excitation relays, z. B. overflow or quotient excitation relay are provided.