DE971444C - Selektivschutzeinrichtung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 29. JANUAR 1959

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Selektivschutzeinrichtung

Beim Selektivschutz nach dem Widerstandsprinzip wird bekanntlich die Impedanz zwischen dem Einbauort des Schutzes und der Fehlerstelle festgestellt. Daraus ergibt sich die Größe der Auslösezeit. Man läßt dann beispielsweise bis zu einer bestimmten Impedanz einer Leitung mit einer gleichen Zeit und bei weiterer Vergrößerung der Impedanz mit einer höheren Zeit auslösen^ Die Genauigkeit des Schutzes hängt davon ab, wie genau die Impedanz festgestellt werden kann. Die gemessene Impedanz wifd aber von vielen Faktoren beeinflußt. So kann der Fehlerwiderstand selbst die Impedanz verändern. Die Relais besitzen Streuungen, so daß die gerwünschte Impedanzgrenze, bei der die Zeiteinstellung sich ändert, in einem mehr oder weniger großen Streubereich liegt. Dieser Streubereich wird bei der Auslösung des Schutzes dadurch berücksichtigt, daß man die Impedanz absichtlich zu klein einstellt, damit auf keinen Fall Fehlauslösungen möglich sind. Dies hat zur Folge, daß von einer zu schützenden Leitung praktisch nur etwa 8obis 8s°/o der Länge mit Schnellzeit ausgelöst werden.

Bei den bekannten Systemen tritt außerdem der Nachteil auf, daß im spannungslosen Zustand vor-

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handene Fehler nicht festgestellt werden können, sondern daß sich diese Fehler erst nach dem Einschalten erkennen lassen. Dies hat zur Folge, daß die Schalter beim Einschalten auf Kurzschlüsse stark belastet werden und das Netz unnötigerweise beunruhigt wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme ist das Vorhandensein einer toten Zone des Richtungsentscheides bei Fehlern in der Nähe der Einbaustelle. Bekanntlich benötigt man in vermaschten Netzen beim Impedanzschutz auch eine Richtungstmterscheidung, da der Schutz "nur dann arbeiten darf, wenn die Fehlerleistung in die Leitung hineinfließt. Diese Unterscheidung wird durch Messung der Leistung, also durch Spannung und Strom bewerkstelligt. Nun ist aber bei Fehlern in der Nähe der Einbaustelle die Spannung so klein, daß eine Leistung nicht mehr gemessen werden kann. Die Richtungsunterscheidung ist dann nicht mehr möglieh. Man hat zur Vermeidung dieses Nachteiles für den Richtungsentscheid kurzschlußfremde Spannungen an das Richtungsglied gelegt, also Spannungen, die vom Kurzschluß gar nicht oder nur wenig beeinflußt werden. Hierbei ist es möglich, die tote Zone wenigstens bei Fehlern, bei denen solche Spannungen vorhanden sind, zu beseitigen. Bei dreipoligen Fehlern ist dies aber nicht möglich, so daß hierbei immer eine tote Zone vorhanden ist.

In neuerer Zeit werden in Leitungs- und Kabelabzweigen zur Kompensation des Blindspannungsabfalles auch Reihenkondensatoren vorgesehen. Durch diese wird die Leitungsinduktivität mehr oder weniger verkleinert oder ganz kompensiert. Impedanzrelais erhalten dann keinen induktiven Widerstand als Meßgröße, wenn der Fehler hinter einem Kondensator auftritt. Es kann hierbei der Fall eintreten, daß bei weiter entfernt liegenden Fehlern die gemessene Impedanz kleiner ist als bei näher liegendem Fehler vor dem Kondensator. Diese Schwierigkeit kann nur dadurch überwunden werden, daß parallel zum Kondensator Funkenstrecken angeordnet werden, die im Fehlerfalle überschlagen und den Kondensator überbrücken. Liegt der Fehler aber weiter entfernt, z. B. in Anlageteilen hinter der zu schützenden Leitung, so ist es nicht sicher, ob die Funkenstrecke überschlägt. Tn diesem Falle muß also die Kapazität des Kondensators bei der Impedanzmessung berücksichtigt werden. Es kann in solchen Fällen die gemessene Impedanz demnach kleiner oder nicM genügend größer sein als die Impedanz bei Fehlern auf der Leitung selbst, wo die Funkenstrecke mit Sicherheit anspricht. Man kann sich dann nur noch dadurch helfen, die Schnellzone so weit zu verkürzen, daß die größte für die Schnellzeit in Frage kommende Impedanz kleiner ist als die kleinste Impedanz des außenliegenden Fehlers.

Diese Nachteile werden dadurch vermindert, daß man, statt die Impedanzwerte der zu schützenden Anlageteile mit betriebsfrequentem Strom festzustellen, auf die Leitung Hochfrequenz gibt.

Hierfür sind mehrere Methoden bekanntgeworden. Man gibt über Ankopplungs-Kondensatoren eine Hochfrequenz auf die zu schützende Leitung und schließt diese mit einem Sperrkreis ab. Dann entsteht nur ein sehr geringer Hochfrequenzstrom, da der Hochfrequenzkreis nur aus der Kapazität der einzelnen Leiter besteht. Tritt ein Kurzschluß ein, so erhöht sich der Strom sofort und kann für die Auslösung des Schalters verwendet werden. Die Fehlerstelle wirkt hierbei als Reflexionsstelle. Es entstehen bei normalem Betrieb stehende Wellen, welche beim Auftreten eines Fehlers gestört werden, da dadurch ein neuer Knotenpunkt gebildet wird. Die hierbei auftretenden Ausgleichsvorgänge werden für die Auslösung des Schalters ausgenutzt. Bei dieser Anordnung ist noch der Nachteil vorhanden, daß bei einem Fehler gerade in einem Knotenpunkt der stehenden Welle keine Änderung des Zustandes eintritt. In diesem Falle würde der Schutz nicht ansprechen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, die Hochfrequenz periodisch zu ändern, so daß auch die Knotenpunkte auf der Leitung hin- und herwandern. Hierdurch kann in allen Fällen eine Auslösung bewirkt werden. Man kann auch zwei Spannungen verschiedener Frequenzen auf den zu schützenden Anlageteil geben, so daß immer mindestens eine Frequenz, an jedem Punkt keinen Knotenpunkt aufweist.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Differenz zwischen ausgesandter Hochfrequenzwelle und der an der Störungsstelle reflektierten Welle zur Messung der Entfernung bis zur Fehlerstelle auszunutzen. Hierzu wird eine sich periodisch dreieckförmig ändernde Frequenz ausgesandt. An der Fehlerstelle entsteht eine Reflexion, die Welle kommt wieder zurück. Da die ausgesandte Frequenz sich inzwischen geändert hat, entsteht eine Frequenzdifferenz zwischen der ausgesandten und' der zurückkommenden Welle. Diese Frequenzdifferenz ist ein Maß für die Entfernung der Fehlerstelle.

Diese Anordnung wurde bisher für die Fehlerund Ortsbestimmung verwendet. Es liegt nun nahe, dies auch für den Schutz auszunutzen. Hierfür sind natürlich besondere Mittel erforderlich. Die Hochfrequenz muß so lange auf den zu schützenden Anlageteil gegeben werden, als er eingeschaltet ist, es muß dann aber dafür gesorgt werden, daß keine Reflexion eintritt; es muß also die Leitung reflexionsfrei abgeschlossen sein. Tritt ein Fehler auf, so entsteht an dieser Stelle eine Reflexion, die Welle geht zurück und wird von dem Empfänger aufgenommen und dort mit der ausgesandten Frequenz verglichen. Durch die Differenzfrequenz wird ein Relais oder der Auslöser selbst betätigt. Für die reine Messung ist eine Selektivität nicht erforderlich, wohl aber für den Schutz.

Vorliegende Erfindung betrifft nun einen Selektivschutz nach dem Prinzip, daß mit dem geschützten Anlageteil ein Hochfrequenzsender gekoppelt ist, dessen Frequenz periodisch geändert wird und bei dem mit dem Anlageteil ein Empfänger gekoppelt ist, welcher die an der Fehlerstelle reflektierte Hochfrequenzwelle empfängt.

Hierbei wird die Frequenzdifferenz zwischen abgesandter und reflektierter Welle zur Messung ausgenutzt und ein Relais zum Ansprechen gebracht, welches die Auslösung bewirkt. Der Erfindungsgedanke ist nun, daß diese Hochfrequenz über eine zusätzliche Leitungsnachbildung geführt wird, so daß auch bei Fehlern an der Einbaustelle eine meßbare Frequenz erhalten wird.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. ι zeigt den grundsätzlichen Aufbau, in
Fig. 2 ist ein Frequenzzeitdiagramm dargestellt, ι bedeutet eine Verbindungsleitung zwischen zwei Netzen, auf der bei allfälligen Störungen, z. B.

Kurzschlüssen oder Leitungsunterbrüchen, die öffnung eines Schalters 2 durch eine Selektivschutzeinrichtung vorgenommen werden soll.

Zu dieser Überwachung ist mit der Leitung ein Hochfrequenzsender 3 gekoppelt. Für diese Kopplung ist ein Koppelglied 4 vorgesehen. Die Frequenz des Senders wird periodisch geändert. Ferner ist mit der Leitung der Empfänger 5 gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt zweckmäßig über das gemeinsame Koppelglied 4. Die vom Sender auf die Leitung gelangende Hochfrequenzenergie wird an einer allfälligen Störungsstelle 15, welche eine Unterbrechung der Leitung oder ein Kurzschluß sein kann, reflektiert und gelangt zurück auf den Empfänger 5. Da der Sender eine periodisch ändernde Frequenz aussendet, ist infolge der Laufzeit der Welle von der Meßstelle bis zur Störstelle in der Entfernung χ und zurück, die zurückkommende Welle in der Frequenz um die Frequenzänderung + Af verschieden, gegenüber der momentan vorhandenen S ender frequenz, die ebenfalls auf den Empfänger einwirkt. Der Empfänger ist nun in bekannter Weise so ausgebaut, daß am Ausgang eine Spannung u entsteht, die proportional ist der Frequenzdifferenz Af zwischen abgesandter und reflektierter Welle. Gleichzeitig ist dieser Wert ein Maß für die Entfernung χ der Störstelle. Der Ausgang des Empfängers ist auf ein Relais 6 geschaltet, das auf eine bestimmte Spannung, also auf eine bestimmte Entfernung χ des Fehlers anspricht und den Schalter 2 zum Auslösen bringt.

Die periodische Frequenzänderung des Senders erfolgt zweckmäßig zeitproportional. Der Verlauf kann dabei z. B. nach einem gleichseitigen Dreieck erfolgen (Fig. 2). Es kann auch ein sägezahnförmiger Verlauf zugrunde gelegt werden. Damit im normalen Betrieb keine Reflexion eintritt, müssen am Ende des Schutzbereiches Abschlußwiderstände vorgesehen werden, die dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechen.

Eine gleichzeitige Messung und Auslösung des Leitungsschalters kann auch vom andern Ende der Leitung vorgenommen werden. Sender und Empfänger können dauernd in Betrieb sein oder auch erst beim Auftreten eines Kurzschlusses eingeschaltet werden.

Zur Vermeidung gegenseitiger Störungen bei zwei oder mehr solcher Selektivschutzeinrichtungen können unterschiedliche Sendefrequenzen angewendet werden. Ebenfalls kann die Periode der Frequenzschwankungen verschieden gewählt werden. Es empfiehlt sich dabei, Frequenzbandfilter anzuwenden, die verschiedene Frequenzdurchlaßbereiche aufweisen.

Ist die Fehlerstelle nahe am Einbauort der Schutzeinrichtung, so ist die Frequenzdifferenz an y₀ sich sehr klein. Die Messung wird erst ungenau und unmittelbar am Einbauort unmöglich. Um nun trotzdem eine zuverlässige Messung und Abschaltung zu erhalten, werden Leitungsverlängerungsglieder 7 zwischen Sender und Empfänger und dem Kopplungsglied vorgesehen, welche eine konstante Laufzeit haben, so daß immer eine meßbare Frequenzdifferenz auftritt.

Diese zusätzliche Laufzeit kann in Laufzeitketten, die aus Drosselspulen und Kondensatoren in bekannter Weise zusammengesetzt sind, erreicht werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine eindeutige Feststellung des Kurzschlusses bis an die Einbaustelle der Schutzeinrichtung zu bekommen.

Bringt man nun die gleiche Leitungsverlängerung auch am anderen Ende der Leitung an, so besteht die Möglichkeit, eine exakte Zeitstaffelung zu erhalten. Liegt der Fehler nämlich hinter dieser zweiten Leitungsverlängerung, so ist die gemessene Laufzeit bzw. Frequenzdifferenz um die Laufzeit _go in der Verlängerungseinrichtung größer. Man kann also von einer bestimmten Frequenzdifferenz an, entsprechend einem Wert, gemessen für einen Fehlerort zwischen dem Ende der Leitung und dem Anfang der nächsten Leitung, eine Zeitstaffelung g₅ vorsehen, die infolge der Zwischenschaltung der Leitungsverlängerung die Grenze eindeutig kennzeichnet. Es kann daher bei d^;eser Einrichtung die Schnellzeit auf die ganze Länge der Leitung ausgedehnt werden. Die Schaltung hierfür zeigt Fig. 3. i₀₍ Die Sendefrequenz ^₁ wird vom Sender 3 über die Laufzeitkette 7 und dem Filter 8 und dem Ankopplungskondensator 4 auf die Leitung gegeben. Am Ende der Leitung 1 ist eine weitere Verlängerungskette ja eingebaut, über die die Hochfrequenz ge- führt wird, so daß bei Fehlern auf der zweiten Leitung 11 zwei Leitungsverlängerungen eingeschaltet sind. Der Anfang der ersten Leitung und das Ende der zweiten Leitung sind über Bandpaßfilter durch Widerstände 10, die dem Wellenwider- _X1 stand entsprechen, abgeschlossen.

Durch die Erfindung ergeben sich die Vorteile, daß die geschützte Strecke in ihrer ganzen Länge mit Schnellzeit abgeschaltet werden kann, daß keine tote Zone auch bei dreipoligen Fehlern in der Nähe _11; der Einbaustelle vorhanden ist. Des weiteren ergibt sich der Vorteil, die Sammelschienen und andere impedanzlose Anlageteile (Kuppelschalter) staffelmäßig erfassen zu können, wenn vor und hinter dem Anlageteil eine Verlängerungsstrecke einge- i_2c baut wird. Man kann damit erreichen, daß Sammelschienenfehler von dem in der Station selbst befindlichen Relais erfaßt werden und nicht wie bei dem bisherigen Schutzsystem nur von dem Relais am andern Ende der Leitung. 1*5

Die Schutzeinrichtung kann auch eingeschaltet

bleiben, wenn die Leitung selbst nicht in Betrieb ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, jede Leitung vor dem Einschalten prüfen zu können, so daß ein Schalten auf versehentlich kurzgeschlossene Leitungen verhindert wird.

Die Selektivschutzeinrichtung gemäß der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß die Anlage nicht nur gegen Kurzschlüsse gesichert wird, wie dies bei Impedanz-Selektivschutzeinrichtungen der ίο Fall ist, sondern sie reagiert ebenfalls auf Leitungsunterbrechungen. Damit wird eine universellere Erfassung der Abschaltung von Störungen ermöglicht

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Selektivschutzeinrichtung, bei der mit der geschützten Leitung ein Hochfrequenzsender gekoppelt ist, dessen Frequenz periodisch geändert wird und bei der mit der Leitung ein Empfänger gekoppelt ist, der die an der Fehlerstelle reflektierte Hochfrequenz wieder empfängt, wobei die Frequenzdifferenz zwischen der abgesandten und reflektierten Welle zur Messung der Fehlerlage ausgenutzt wird und durch die Frequenzdifferenz ein Relais zum Ansprechen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz erst über eine zusätzliche Leitungsnachbildung der Leitung zugeführt wird, so daß auch bei Fehlern an der Einbaustelle des Relais eine meßbare Frequenzdifferenz erhalten wird.
2. 2. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Schutzstrecke durch einen der Leitung entsprechenden Wellenwiderstand abgeschlossen wird, der über einen Kondensator mit der Hochspannungsleitung verbunden ist.
3. 3. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung impedanzloser Anlageteile, wie Kuppelschalter, und zur Erreichung einer Zeitstaffelung zusatzliehe Leitungsnachbildungen vor bzw. hinter diesen Anlageteilen vorgesehen werden.
4. 4. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenz der auf beiden Seiten der zu schützenden Anlageteile angeschlossenen Sender und Empfänger verschieden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 690349, 748624, 915002;

   AEG Sonderdruck: Hochfrequenzgeräte zur unmittelbaren Anzeige der Fehlerortsentfernung in Hochspannungsfreileitungsnetzen, März 1941.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen