FI109247B - Menetelmä johtodifferentiaalisuojan synkronoimiseksi ja johtodifferentiaalisuoja - Google Patents

Description

109247 i ?

Menetelmä johtodifferentiaalisuojan synkronoimiseksi ja joh-todifferentiaalisuoja

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on menetelmä johtodifferentiaalisuojan 5 synkronoimiseksi, joka johtodifferentiaalisuoja käsittää suojattavan johdon eri päihin sijoitetut referenssireleen ja adaptoituvan releen.

Perinteinen numeerinen johtodifferentiaalisuojaus perustuu suojattavan johdon eri päiden virtojen reaaliaikaiseen vertailuun. Erään tunnetun suojauskäytännön mukaisesti muodostetaan suojattavan johtimen primäärivir-10 ran kanssa tietyssä vaiheessa oleva kanttiaalto, joka lähetetään johdon toisen pään releelle digitaalisessa tai analogisessa muodossa. Vastaanottava rele vertaa lähetettyä kantoaaltoa itse tuottamaansa kantoaaltoon. Mikäli johdolla ei ole vikaa ja mittausmuuntajat tai -anturit ovat ideaalisia, niin tuotetut kantoaallot ovat samassa vaiheessa, kun kompensoidaan tunnettu signaalin siirtoviive 15 releeltä toiselle. Tällaisen periaatteen mukaan toimivia johtodifferentiaalisuojia kutsutaan vaihevertosuojiksi.

Niinsanotussa virtadifferentiaalisuojauksessa verrataan virtoja osoittimina ottaen huomioon myös amplitudi, eikä ainoastaan vaihekulmaa.

Yleensä tarvittavat osoittimet lasketaan tunnetulla diskreetillä Fourier-20 suotimella, joka tuottaa verkon kulmataajuudella pyöriviä kompleksilukuarvoi-sia osoittimia. Tämä menetelmä vaatii enemmän kommunikaatiokapasiteettia kuin vaihevertosuoja, sillä mahdollisia tiloja on enemmän kuin kaksitasoista : V kantoaaltoa lähetettäessä.

Molemmissa edellä mainituista menetelmistä on kommunikaatio-25 vaatimuksia lieventämään pyrkiviä muunnelmia, joissa ei tehdä vertailua erik-, -. ; seen kullekin vaihevirralle, vaan muodostetaan vaihevirroista jollain tavalla yh- !.. ’ distettyjä suureita, joista sitten lasketaan lähetettävä kanttiaalto tai osoittimet.

Yhteistä useille tunnetuille synkronointimenetelmille on johdon eri : ,: päiden mittausten reaaliaikainen vertailu. Tässä mielessä tunnetut numeeriset : 30 ratkaisut muistuttavat sähkömekaanisiin tai analogielektronisiin releisiin ja pi- lottijohtoihin perustuvia toteutuksia, jotka perustuvat mittausten luonnostaan reaaliaikaisiin vertailuihin.

Mittausten reaaliaikaisuuden aikaansaamiselle on olemassa tunnettuja ratkaisuja. Patenttijulkaisu US 4470093 esittää menetelmän, jossa re-35 leet synkronoivat kellonsa lähettämällä kellonaikoja releeltä toiselle ja ottamalla huomioon signaalin siirtoviiveen. Toisessa tunnetussa menetelmässä, 2 109247 joka esitetään patenttijulkaisussa US 4322768 releiden virranmittaukset tallennetaan siirtorekisteriin ja verrataan toisen releen lähettämiä virranmittauksia I releen omiin signaalin siirtoviiveen verran aikaisemmin tehtyihin virranmittauk- sun.

5 Tunnetuissa mittausten reaaliaikaisuuteen perustuvissa ratkaisuissa eri päiden mittaukset on tehtävä vertailukelpoiseksi synkronoimalla ne toisiin-{ sa. Tästä syystä tulee tuntea tarkkaan signaalin siirtoviive, tai mitata se mää- räajoin. Siirtoviiveen mittaamiseen perustuvat menetelmät edellyttävät siirtoviiveen säilymistä samana mittaushetkien välillä. Tämä asettaa omat vaatimuk-10 sensa sekä kommunikaatiokanavan että releiden sisäisen signaalinkäsittelyn luonteelle. Ei riitä, että kommunikaatioyhteys kykenee siirtämään mittaustiedon keskimäärin tietyssä riittävän lyhyessä ajassa tai enintään tietyllä viiveellä, vaan viiveen pitää pysyä muuttumattomana. Sama vaatimus koskee myös releiden sisäistä signaalinkäsittelyä, jossa esiintyvien viiveiden on oltava jatku-15 vasti samoja.

Vaatimus muuttumattomista viiveistä pakottaa hylkäämään osan sellaisista tiedonsiirtoprotokollista ja -medioista, joiden nopeus muuten olisi riittävä. Samoin releiden pitää käytännössä olla toiminnoiltaan standardoituja, jotta voidaan olla varmoja sisäisessä signaalinkäsittelyssä esiintyvien viiveiden 20 pituuksista. Releissä ei siis saa olla sellaisia toimintoja, joiden käyttöönotto tai ;;; ’ poiskytkeminen muuttaa prosessorin kuormitusta ja siten esiintyvien viiveiden pituuksia. Tämä puolestaan johtaa laitteen prosessorikapasiteetin epätalou-:": delliseen käyttöön ja tekee vaikeammaksi integroida samaan laitteeseen eri- v laisia toimintoja tarpeen mukaan.

:T: 25 Erään tunnetun menetelmän avulla mittausten reaaliaikaisuusvaa timuksia voidaan lieventää. Patenttijulkaisun US 4939617 mukaisessa mene-: telmässä mittaukset synkronoidaan primäärivirran nollakohtien avulla, jotka . · · ·. ovat samat eri releille normaalin kuormitusvirran kulkiessa.

'·[ Primäärivirran nollakohtiin perustuvalla synkronoinnilla on seuraavia : . · 30 haittoja. Kyseinen menetelmäkin sallii vain muutamien millisekuntien hajonnan signaalien siirtoviiveessä releeltä toiselle. Lisäksi menetelmää sovellettaessa tulee olettaa, että suojattavalla johdolla kulkee kuormitusvirtaa ennen vian syntymistä. Näin ei kuitenkaan välttämättä ole, jolloin johdon kapasitiivisen va-rausvirran takia primäärivirrat johdon eri päissä eivät ole samat eivätkä edes 35 samassa vaiheessa. Vian syntyessä johdon ulkopuolella ei ensimmäinen mer-kinvaihtokohta vian syntymisen jälkeen siis välttämättä satu yhtäaikaa johdon { 3 109247 eri päissä, koska virta ennen vian syntymistä ei ollut sama. Releet saattavat siis mitata näennäistä erovirtaa ja laukaista johdon pois turhaan.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka 5 välttää edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistaa johtodifferentiaalisuojan j synkronoinnin luotettavammalla tavalla ja yksinkertaisemmilla laitteilla. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa näytteistetään jatkuvasti kaikkien vaiheiden virtoja virtanäytteiden 10 aikaansaamiseksi, määritetään vaihtovirtajärjestelmän kaikkien vaiheiden virtaosoitti-met tai vaihevirroista ennalta määrätyllä tavalla yhdistetyt virtaosoittimet, jotka käsittävät suuruuden ja vaihekulman, referenssireleessä ja adaptoituvassa releessä jokaiseen uuteen virtanäytteeseen ja sitä edeltäviin M-1 tai M/2 -1 15 näytteeseen perustuen, M:n ilmoittaessa näytteiden määrän jaksossa verkon nimellistaajuudella, tarkkaillaan vaihtovirtajärjestelmän yhden vaihevirran tai vaihevirroista muodostetun yhdistetyn suureen amplitudia, tallennetaan mainitut virtaosoittimet molemmissa releissä mainitun 20 amplitudin ylitettyä ennalta määrätyn rajan, menetelmän käsittäessä lisäksi toistuvat vaiheet, joissa lähetetään referenssireleen määrittämät ja tallentamat virtaosoittimet adaptoituvalle releelle ja adaptoituvan releen määrittämät ja tallentamat virtaosoittimet referenssireleelle, 25 vastaanotetaan ja tallennetaan vastaanotetut virtaosoittimet mo lemmissa mainituissa releissä, määritetään korjausparametri (Δη) referenssireleen ja adaptoituvan releen virtaosoittimien vaihekulmaan perustuen adaptoituvassa releessä, : V tallennetaan referenssireleessä osoittimia ennalta määrätyin aika- 30 välein laskemalla aina ennalta määrätty määrä näytteenottovälejä eteenpäin v. ennen uusien osoittimien tallentamista, ja tallennetaan adaptoituvassa releessä osoittimia adaptoituvin aikavälein laskemalla ennalta määrätyn lukumäärän ja korjausparametrin (Δη) summaa vastaava määrä näytteenottovälejä eteenpäin ennen uusien osoitti-35 mien tallentamista.

4 109247

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että referenssirele tallentaa ja lähettää virtanäytteistä muodostamiaan virtaosoittimia adaptoitu-I valle releelle ennalta määrätyn näytemäärän (N) kuluttua edellisen osoittimen | lähettämisestä. Adaptoituva rele puolestaan tallentaa ja lähettää virtanäytteistä 5 muodostamiaan virtaosoittimia referenssireleelle ennalta määrätyn näytemäärän (N) ja korjausparametrin (Δη) summaa (Ν+Δη) vastaavan näytemäärän kuluttua edellisen osoittimen lähettämisestä, jolloin adaptoituvan releen mittaukset pysyvät synkronissa referenssireleen mittausten kanssa. Vaihtovirtajär-jestelmän ennalta määrätyn vaihevirran tai vaihevirroista ennalta määrätyllä 10 tavalla muodostetun yhdistetyn suureen amplitudin ollessa ennalta määrättyä rajaa pienempi, siirrytään adaptiivisesti jänniteperusteiseen synkronointitapaan ja jänniteperusteisesta synkronoinnista poistutaan virran muuttuessa tiettyä ennalta määrättyä rajaa suuremmaksi.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa releiden mittaukset pidetään 15 synkronissa siten, että toinen rele adaptoituu automaattisesti toisen releen mittauksiin normaalin kuormitusvirran kulkiessa. Tällöin ei tarvita releiden synkronointia millään ulkoisella keinolla. Releiden kellot saavat olla huomattavastikin eri ajassa ilman, että sillä olisi vaikutusta keksinnön mukaisen ratkai-sun toimintaan. Samoin releiden sisäisen signaalinkäsittelyn ja kommunikaati-20 on viiveet saavat vaihdella ilman, että sillä on vaikutusta menetelmän toimin-taan.

'···* Keksinnön mukaisessa ratkaisussa eri releiden mittaamien virtao- ' ‘ soittimien vertailukelpoisuus, ennen kuin adaptoituva rele on ehtinyt adaptoi- V tua referenssireleen mukaan laskemalla korjausparametrin (Δη) ensimmäisen : 25 kerran kuormitusvirran alettua kulkea johdolla, perustuu siihen, että ellei joh dolla ole vikaa, niin sekä referenssirele että adaptoituva rele mittaavat saman : ·, virran ja siten myös tallentavat ensimmäiset virtaosoittimet samoilla hetkillä.

Mikäli taas johdolla on vika, niin virrat johdon eri päissä eivät ole samat ja silloin jo ensimmäiset virtaosoittimet poikkeavat huomattavasti toisistaan, eikä : ·’ 30 korjausparametrin (Δη) laskemiseen perustuvaa adaptoitumista tapahdu. Täl- :: löin ohjataan toimilaitetta tai toimilaitteita ennalta määrätyn ajan kuluttua.

Keksinnön mukainen ratkaisu ei toisin kuin mittausten reaaliaikaiseen vertailuun perustuvat ratkaisut edellytä johtodifferentiaalisuojaukseen erityisesti tarkoitettua suojarelettä, jossa signaalinkäsittelyviiveet tunnetaan 35 tarkkaan. Ratkaisu sopii siis hyvin myös integroituihin suojareleisiin, joissa 5 109247 prosessorikuorma voi vaihdella tilanteen mukaan, jolloin myös viiveissä on hajontaa.

Mittausten reaaliaikaiseen vertailuun perustuvat ratkaisut vaativat tiedonsiirtoyhteydeltä suhteellisen vakiona pysyviä viiveitä. Muutamankin milli-5 sekunnin äkillinen muutos siirtoviiveessä johtaisi releiden aiheettomaan laukaisuun. Keksinnön mukainen synkronointimenetelmä poistaa tämän rajoituksen, jolloin siirtoviive saa vaihdella satunnaisesti, eikä tällä ole vaikutusta suojauksen selektiivisyyteen. Keksinnön mukainen ratkaisu tarjoaa siis viesti-yhteyden ja protokollan valinnassa enemmän vapautta kuin muut ratkaisut.

10 Siirtoviiveen suurin mahdollinen arvo on luonnollisesti kuitenkin otettava huomioon suojauksen kokonaistoiminta-aikaa arvioitaessa.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä johtodifferentiaalisuojan synkronoimiseksi, joka johtodifferentiaalisuoja käsittää suojattavan johdon eri päihin sijoitetut referenssireleen ja adaptoituvan releen, jolloin menetelmälle 15 on tunnusomaista, että vaihtovirtajärjestelmän vaihevirran tai vaihevirroista jollain tavalla muodostetun yhdistetyn suureen ollessa ennalta määrättyä rajaa pienempi menetelmä käsittää vaiheet, joissa näytteistetään vaihtovirtajärjestelmän yhtä tai useampaa pää- tai vaihejännitettä molemmissa releissä jännitenäytteiden aikaansaamiseksi, 20 muodostetaan jännitenäytteiden avulla molemmissa releissä refe- ; renssisignaalit, jotka ovat samassa vaiheessa keskenään tai tunnetussa vai- • · · ’ hesiirrossa toisiinsa nähden, tarkkaillaan referenssisignaalin vaihekulmaa molemmissa releissä, \v näytteistetään kaikkien vaiheiden virtoja jatkuvasti virtanäytteiden v : 25 aikaansaamiseksi, määritetään vaihtovirtajärjestelmän kaikkien vaiheiden virtaosoitti-met tai vaihevirroista ennalta määrätyllä tavalla yhdistetyt virtaosoittimet, jotka käsittävät suuruuden ja vaihekulman, molemmissa releissä jokaiseen uuteen virtanäytteeseen ja sitä edeltäviin M-1 tai M/2 -1 näytteeseen perustuen M:n 30 ilmoittaessa näytteiden määrän jaksossa verkon nimellistaajuudella, menetelmän käsittäessä lisäksi toistuvat vaiheet, joissa tallennetaan lähetettävät virtaosoittimet hetkillä, joilla ennalta määrätty määrä näytteenottovälejä on kulunut siitä, kun referenssisignaalin vaihe-kulma viimeksi on ohittanut ennalta määrätyn arvon, 6 109247 i i lähetetään referenssireleen määrittämät virtaosoittimet adaptoituvalle releelle ja adaptoituvan releen määrittämät virtaosoittimet referenssire-leelle, ja vastaanotetaan ja tallennetaan vastaanotetut virtaosoittimet mo-5 lemmissa releissä.

Keksinnön mukaisen primäärijännitteiden avulla muodostetun refe-renssisignaalin vaiheen määrittämiseen perustuvan ratkaisun avulla relesuojaus voidaan toteuttaa luotettavasti myös silloin, kun suojattavalla johdolla ei kulje kuormitusvirtaa tai kuormitusvirta on hyvin pieni. Tilanteissa, joissa virtoi-10 hin perustuvan synkronoinnin käynnistymisraja ylittyy eriaikaisesti johdon eri päissä tai ei ylity lainkaan, käytetään keksinnön mukaisesti vaihtovirtajärjes-telmän primäärijännitteistä muodostettua referenssisignaalia mittausten synkronointiin.

Keksinnön kohteena on myös johtodifferentiaalisuoja, joka käsittää 15 adaptoituvan releen ja referenssireleen, joiden yhteyteen on sovitettu vaihto-virtajärjestelmän ominaisuuksia määrittävät virranmäärityselimet ja jännitteen-määrityselimet, ja jotka releet on lisäksi sovitettu ohjaamaan vaihtovirtajärjes-telmään liittyviä toimilaitteita, kuten katkaisijoita, releiden käsittäessä lisäksi tiedonsiirtoelimet, jotka on sovitettu lähettämään toisilleen tietoja määritetyistä 20 suureista sekä vastaanottamaan mainittuja tietoja, prosessointielimet, jotka käsittävät sisäistä muistia ja jotka elimet on sovitettu muokkaamaan ja vertai-'··· lemaan lähetettäviä ja vastaanotettuja tietoja, jolloin johtodifferentiaalisuojalle • on tunnusomaista, että adaptoituvan releen prosessointielin on lisäksi sovitettu : muodostamaan korjausparametri lähetettyihin ja vastaanotettuihin tietoihin pe- : 25 rustuen, ja että prosessointielimet on sovitettu valitsemaan synkronointime netelmä virranmäärityselinten määrittämien vaihtovirtajärjestelmän virran amp-lituditietojen perusteella.

.*·. Tällaisen johtodifferentiaalisuojan avulla voidaan keksinnön mukai- sen menetelmän tarjoamat edut saavuttaa yksinkertaisella ja luotettavalla ra-: ·* 30 kenteella.

, . Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheiseen piirroksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää periaatteellista esitystä keksinnön mukaisesta johto-35 differentiaalisuojasta, 7 109247

Kuvio 2 esittää periaatteellista esitystä synkronoinnin aloituksesta, ja | Kuvio 3 esittää periaatteellista esitystä synkronointitavan adaptiivi- ! sesta vaihtamisesta.

5 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuvion 1 mukaisesti johtodifferentiaalisuoja 9 koostuu kahdesta yhdessä toimivasta suojareleestä 1, 2, jotka on kytketty suojattavan vaihtovirta-järjestelmän 10 yhteyteen. Suojattava vaihtovirtajärjestelmä voi olla esimerkiksi johto ja sillä mahdollisesti oleva muuntaja. Tällöin johtodifferentiaalisuoja 10 toimii johdon ja kyseisen muuntajan oikosulku- ja maasulkusuojauksena. Keksinnön mukaisen johtodifferentiaalisuojan releistä toinen toimii synkronoinnin aikaansaamiseksi referenssireleenä 2 ja toinen adaptoituvana releenä 1.

Esilläolevan keksinnön menetelmän mukaisesti molemmissa releissä 1, 2 tarkkaillaan vaihtovirtajärjestelmän yhden vaihevirran tai vaihevirroista 15 jollain tavalla muodostetun yhdistetyn suureen amplitudia. Amplitudin tarkkailemiseksi molemmat releet käsittävät virranmäärityselimet 3, 4, joiden avulla virrasta otetaan vakionäytteenottotaajuudella näytteitä, joista muodostetaan , , virtaosoittimet ja niistä edelleen tieto mainitun amplitudin suuruudesta. Virran ·; alkaessa kulkea johdolla ja mainitun amplitudin ylittäessä ennalta määrätyn • a ' ·: · 20 rajan lst, molemmat releet alkavat laskea näytteenottovälejä. Virran raja-arvo lst, jolla proseduuri käynnistyy, asetellaan merkittävästi suuremmaksi kuin joh-don kapasitiivinen varausvirta, jotta raja-arvon ylityshetki olisi molemmille re-: : leille mahdollisimman tarkasti sama. Kun raja-arvon ylittymisestä on kulunut . , ennalta määrätty määrä näytteenottovälejä, kuvion 2 osoittamalla tavalla esi- 25 merkiksi N, tallennetaan releeltä toiselle lähetettävät virtaosoittimet. Ajanhetki, jossa virtaosoittimet tallennetaan on kuvion 2 mukaisesti tst. Virtanäytteitä ote-···’ taan kaikista vaihtovirtajärjestelmän vaiheista molemmissa releissä 1, 2. Virta- Γ osoittimet ovat kompleksisia suureita, jotka voidaan kuvata pyörivinä vektorei- \: na, joilla on suuruus ja vaihekulma. Virtaosoittimien määritykseen voidaan I · · 30 käyttää jotain tunnettua digitaalista suodatusta, esimerkiksi diskreettiä Fourier-v, suodatusta.

Molempien releiden kaikkien vaiheiden määritetyt virtaosoittimet tai näistä ennalta määrätyllä tavalla muodostetut yhdistetyt osoittimet tallennetaan releiden sisäisiin muistilohkoihin jatkossa suoritettavia toimenpiteitä var-35 ten. Tällainen virtaosoittimien yhdistäminen yhteen osoittimeen voidaan esimerkiksi suorittaa kertomalla kaikki vaihtovirtajärjestelmän virtaosoittimet (i1t i2, i ! 8 109247 i3) erisuurella vakioluvulla (c1( c2, c3) ja laskemalla näin saadut skaalatut osoittimet yhteen. Käytettävä vakiokerroin voi olla joko reaali- tai kompleksiluku. Virtaosoittimien yhdistäminen voidaan suorittaa myös muilla yhdistystavoilla.

Virtaosoittimien määrityksen ja tallennuksen jälkeen määritetyt vir-5 taosoittimet lähetetään johdon toisen pään releelle, tällöin adaptoituva rele 1 lähettää määrittämänsä virtaosoittimet referenssireleelle 2 ja referenssirele 2 määrittämänsä virtaosoittimet adaptoituvalle releelle 1. Virtaosoittimien siirtoon käytetään jotain entuudestaan tunnettua tarkoitukseen sopivaa tiedonsiirto-proseduuria. Lähetetyt virtaosoittimet vastaanotetaan ja tallennetaan releissä, 10 jolloin molemmilla releillä on osoitintieto samalta ajanhetkeltä suojattavan johdon eri päistä.

Samalla hetkellä määritettyjä osoittimia vertaillaan releissä, ja mikäli osoittimet poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä määrää vähemmän, niin tilanne tulkitaan normaaliksi ei-vikatilanteeksi. Adaptoituva rele 1 synkronoi sil-15 loin omat osoitinmittauksensa toisen eli referenssireleen 2 osoittimiin käyttäen korjausparametriä Δη. Korjausparametri lasketaan edullisesti vertailtavien osoittimien vaihekulmia hyödyntäen. Parametri Δη voidaan laskea laskemalla ensin vaihekohtaiset korjausparametrit Δηκ kaikille vaihtovirtajärjestelmän vai- N i x heille käyttäen kaavaa Ank =—[<pk2 missä N on näytteiden määrä jak- , 20 soa kohti, k on vaiheen indeksi, cpk1 on adaptoituvan releen mittaaman vaiheen •.,.: k virtaosoittimen vaihekulma radiaaneina ja (pk2 on referenssireleen mittaaman vaiheen k virtaosoittimen vaihekulma radiaaneina. Sama proseduuri suorite-:': ‘: taan kaikille vaiheille ja korjausparametrinä käytetään vaihekohtaisten korja- ; usparametrien keskiarvoa pyöristettynä lähimpään kokonaislukuun. Vaihe- 25 kohtaisten virtaosoittimien asemesta voidaan eri releiden mittausten vertailus-: sa käyttää myös vaihevirroista muodostetun yhdistetyn suureen osoittimia.

Tällöin parametri Δη voidaan laskea yhdistetyn suureen osoittimien perusteella käyttäen samaa edellä esitettyä kaavaa.

: Ennen seuraavien virtaosoittimien lähettämistä referenssirele 2 las- 30 kee ennalta määrätyn määrän N., näytteitä eteenpäin. N1 voi olla saman suuruinen kuin näytteiden määrä N jaksoa kohti, jolloin virtaosoittimia lähetetään yksi verkon jaksoa kohti. Osoittimia voidaan yhtä hyvin lähettää myös useampia verkon jaksoa kohti, jolloin releiden toiminta on suojausalueella olevan vian tapauksessa nopeampaa ja samalla releiden stabiilisuus suojausalueen ulko-35 puolisissa vioissa on helpompi varmistaa. Adaptoituva rele 1 laskee normaalissa ei-vikatilanteessa ennalta määrätyn määrän N., ja korjausparametrin Δη 109247 j ί g summaa Ν,+Δη vastaavan määrän näytteitä eteenpäin ennen seuraavien vir-taosoittimien tallentamista ja lähettämistä. Parametrille Δη lasketaan uusi arvo joka kerta, kun eri releiden lähettämiä osoittimia vertaillaan. Korjausparametrin käyttö korjaa pienet eroavaisuudet releiden näytteenottotaajuuksissa ja tällä 5 tavoin korjattuina releiden mittaamat virtaosoittimet liittyvät aina samoihin ajanhetkiin, vaikka releitä ei synkronoida millään ulkoisella keinolla. Kun synkronointi on tällä tavoin saatu aikaan, releet jatkavat osoitinten lähettämistä toisilleen, referenssirele 2 näytteen välein ja adaptoituva rele 1 t^+Δη näytteen välein.

10 Mikäli verrattavat osoittimet poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä määrää enemmän, niin molemmat releet laskevat N1 näytettä eteenpäin ennen seuraavien virtaosoittimien tallentamista ja lähettämistä, ilman että suoritetaan adaptointia korjausparametrin Δη laskennan avulla. Jos releiden mittaamat osoittimet poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä määrää enemmän asetellun 15 määrän perättäisiä kertoja, niin releet suorittavat laukaisun, jolloin releiden yhteyteen sovitetut toimilaitteet erottavat vikaantuneen johto-osuuden muusta verkosta.

Jos ennen vikaa johdolla ei kulje näytteenoton alkutahdistukseen tarvittavan suuruista virtaa lst ja syntyy vika suojausalueen ulkopuolelle, niin vi-20 kavirta on sama molemmille releille ja ensimmäiset vertailtavat osoittimetkin tallennetaan samalla hetkellä johdon eri päissä. Releet eivät tällöin havaitse " erovirtaa ja laukaisua ei tapahdu. Jos taas vika syntyy suojattavalle johdolle, niin virran amplitudi saattaa ylittää mainitun raja-arvon eri aikoina johdon eri f * päissä. Releet eivät silloin välttämättä tallenna virtaosoittimia tarkkaan sa-v · 25 moilta hetkiltä. Ero ajanhetkissä on kuitenkin pieni, mikäli raja ylipäänsä ylittyy johdon molemmissa päissä. Ero ajanhetkissä hieman suurentaa tai pienentää : * *, j havaittua erovirtaa, mutta suojausalueella olevassa viassa erovirta on joka ta- pauksessa riittävän suuri aiheuttaakseen laukaisun. Mikäli vikavirta johdon toi sessa päässä on niin pieni, ettei virtaraja ylity lainkaan, tulkitaan kyseisen 30 pään virraksi nolla ja erovirta lasketaan tällä perusteella, jolloin seurauksena on asianmukainen laukaisu.

Releissä tarkkaillaan jatkuvasti johdolla kulkevan yhden vaihevirran tai vaihevirroista jollain tavalla muodostetun yhdistetyn suureen amplitudia.

Jos havaitaan virran amplitudin pienenevän ennalta määrätyn rajan ^ alapuo-35 lelle tai jos synkronoinnin käynnistymisraja lst ylittyy vain johdon toisessa päässä, siirrytään edellä kuvaillusta virtaperusteisesta synkronoinnista sitä täyden- 10 109247 tävään jänniteperusteiseen synkronointiin. Kuvio 3 esittää tapausta, jossa virran amplitudi laskee rajan \A alapuolelle, jolloin siirrytään jänniteperusteiseen synkronointiin kuvion esimerkkitapauksessa hetkellä tv Jänniteperusteisessa synkronoinnissa näytteistetään yhtä tai use-5 ampaa verkon pää- tai vaihejännitettä ja muodostetaan molemmissa releissä yhdestä primäärijännitteestä tai useammasta primäärijännitteestä jollain tavalla muodostetusta yhdistetystä suureesta referenssisignaalit, jotka ovat johdon eri päiden releissä samassa vaiheessa tai tunnetussa vaihesiirrossa keskenään. Proseduurin käynnistyessä kumpikin rele laskee ennalta määrätyn määrän 10 näytteenottovälejä eteenpäin referenssisignaalin vaihekulman ohitettua tietyn kyseiselle releelle ennalta määrätyn arvon ja tallentaa sitten ensimmäiset vir-taosoittimet. Seuraavat osoittimet tallennetaan jänniteperusteisen synkronoinnin aikana verkon taajuudesta riippuvin väliajoin. Edullisesti uudet virtaosoitti-met tallennetaan hetkillä, joilla tietty ennalta määrätty määrä näytteenottovä-15 lejä on kulunut siitä, kun referenssisignaalin vaihekulma on ohittanut tietyn ennalta määrätyn arvon, joka voi olla sama kuin ensimmäisiä virtaosoittimia tallennettaessa käytetty. Mikäli osoittimia tallennetaan ja lähetetään useammin kuin kerran verkkojaksossa, on edullista määritellä useampia referenssisignaalin vaihekulma-arvoja, joiden ohittumista tarkkaillaan.

20 Vaihtovirtajärjestelmän 10 yhden vaihevirran tai vaihevirroista jollain ' ' tavalla muodostetun summavirran ylittäessä ennalta määrätyn kynnysarvon l2 v.: suojattavan johdon molemmissa päissä siirrytään takaisin virtaperusteiseen ,: : synkronointiin. Kuvio 3 esittää esimerkinomaisesti hetken t2, jolloin virran amp litudi on ylittänyt rajan l2 ja siirrytään takaisin virtaperusteiseen synkronointiin.

·.: 25 Jos virran amplitudi jälleen putoaa rajan I, alapuolelle siirrytään taas adaptiivi- -*·; sesti jänniteperusteiseen synkronointiin. Tällainen synkronointiperusteen vaihto on edullista, sillä jännitteet johdon eri päissä ovat riittävällä tarkkuudella ; * samat ainoastaan pienillä virran arvoilla ja koska toisaalta suuremmilla virroilla kapasitiivisen varausvirran vaikutus on vähäinen ja synkronointi voidaan luo- :Y: 30 tettavasti perustaa virtoihin. Lisäksi on edullista käyttää erisuuruisia virtarajoja ; ·. : l1t l2 siirryttäessä synkronointitavasta toiseen, jotta synkronointitapaa ei tarvitse vaihtaa usein virran suuruuden vaihdellessa raja-arvon tuntumassa. Synkro-nointitavan vaihto voidaan tehdä monella erilaisella logiikalla, mutta olennaista on kuitenkin käyttää virtoja synkronointiin virran ylittäessä tietyn rajan I, ja siir-35 tyä käyttämään primäärijännitteistä laskettua referenssisignaalia virranmitta-usten synkronointiin virran alittaessa toisen alemman rajan l2.

! 11 109247

Johdon ollessa auki jännitteet johdon molemmissa päissä eivät välttämättä ole samat. Tästä syystä releiden on lähetettävä toisilleen tieto oh-j jäämänsä katkaisijan tilasta. Tieto voidaan esittää esimerkiksi siten, että jän- ! nitteeseen perustuva synkronointi ja osoittimien lähettäminen releeltä toiselle 5 käynnistyvät vasta silloin, kun johdon molempien päiden katkaisijat ovat kiinni.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan releet ohjaavat katkaisijat auki, jos yhdenkin vaihevirran osoittimet tai vaihevirroista muodostetun yhdistetyn suureen osoittimet eri releiden mittaamina poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä määrää enemmän vähintään ennalta määrätyn ajan. Vika on 10 silloin suojausalueella.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan releiden mittaamien vaihevirtojen tai vaihevirroista muodostetun yhdistetyn suureen amplitudien poiketessa toisistaan ennalta määrättyä määrää enemmän vähintään ennalta määrätyn ajan yhdessäkin vaiheessa releet ohjaavat katkaisijat auki. Vika on 15 silloinkin suojausalueella.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan johtodifferentiaali-suojan molemmat releet 1, 2 käsittävät prosessointielimet (11, 12). Proses-sointielimet määrittävät virranmittauselimiltä saamiensa virtatietojen perusteella sen synkronointitavan, joka on sillä hetkellä edullisin käytettäväksi. Pro-20 sessointielimet valitsevat siis adaptiivisesti virran amplitudin perusteella kulloisenkin hyödynnettävän synkronointitavan. Normaalin kuormitusvirran kulkies-.v sa prosessointielimet valitsevat virtaperusteisen synkronoinnin, ja mikäli joh- v : dolla kulkee merkittävästi normaalia kuormitusvirtaa pienempi virta proses sointielimet valitsevat jänniteperusteisen synkronoinnin.

:\j 25 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin- nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih-

• · I

• ·' della patenttivaatimusten puitteissa.

• ·

Claims (10)

12 109247

1. Menetelmä johtodifferentiaalisuojan (9) synkronoimiseksi, joka johtodifferentiaalisuoja käsittää suojattavan johdon eri päihin sijoitetut refe-j 5 renssireleen (2) ja adaptoituvan releen (1), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa näytteistetään jatkuvasti kaikkien vaiheiden virtoja virtanäytteiden aikaansaamiseksi, määritetään vaihtovirtajärjestelmän (10) kaikkien vaiheiden virta-10 osoittimet tai vaihevirroista ennalta määrätyllä tavalla yhdistetyt virtaosoittimet, jotka osoittimet käsittävät suuruuden ja vaihekulman, referenssireleessä (2) ja adaptoituvassa releessä (1) jokaiseen uuteen virtanäytteeseen ja sitä edeltäviin M-1 tai M/2 -1 näytteeseen perustuen, M:n ilmoittaessa näytteiden määrän jaksossa verkon nimellistaajuudella, i 15 tarkkaillaan vaihtovirtajärjestelmän (10) yhden vaihevirran tai vaihevirroista muodostetun yhdistetyn suureen amplitudia, tallennetaan mainitut virtaosoittimet molemmissa releissä mainitun amplitudin ylitettyä ennalta määrätyn rajan (Ut), menetelmän käsittäessä lisäksi toistuvat vaiheet, joissa ’: ‘ · 20 lähetetään referenssireleen (2) määrittämät ja tallentamat virtaosoit- • · :.:.: timet adaptoituvalle releelle (1) ja adaptoituvan releen (1) määrittämät ja tallen- : ’ i ·' tamat virtaosoittimet referenssireleelle (2), vastaanotetaan ja tallennetaan vastaanotetut virtaosoittimet mo-. · lemmissa mainituissa releissä (1, 2), 25 määritetään korjausparametri (Δη) referenssireleen (2) ja adaptoitu- tvan releen (1) virtaosoittimien vaihekulmaan perustuen adaptoituvassa relees- • sä(1), • ♦ * tallennetaan referenssireleessä (2) osoittimia ennalta määrätyin ai-kavälein laskemalla aina ennalta määrätty määrä (N) näytteenottovälejä •, : 30 eteenpäin ennen uusien osoittimien tallentamista, ja tallennetaan adaptoituvassa releessä (1) osoittimia adaptoituvin aikavälein laskemalla ennalta määrätyn lukumäärän (N) ja korjausparametrin (An) summaa vastaava määrä näytteenottovälejä eteenpäin ennen uusien osoittimien tallentamista. 13 109247

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtaosoittimien määrittäminen käsittää vaiheen, jossa virtaosoitin lasketaan digitaalisella suotimella, kuten diskreetillä Fourier suotimella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että korjausparametrin (Δη) määrittäminen käsittää vaiheet, joissa määritetään vaihekohtainen korjausparametri (Δηκ) kullekin vaihto- N, x virtajärjestelmän vaiheelle kaavalla Ank =— \<pk2-<pkl), missä N on virtanäyt- teiden määrä jaksoa kohti, k on vaiheen indeksi, q>ki on adaptoituvan releen mittaaman vaiheen k virtaosoittimen vaihekulma radiaaneina ja <pk2 on refe-10 renssireleen mittaaman vaiheen k virtaosoittimen vaihekulma radiaaneina, molempien vaihekulmasuureiden liittyessä samaan vaihtovirtajärjestelmän vaiheeseen, ja valitaan korjausparametriksi (Δη) vaihtovirtajärjestelmän vaihekoh-taisten korjausparametrien (Δηκ) keskiarvo pyöristettynä lähimpään kokonais-15 lukuun.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korjausparametrin (Δη) määrittäminen käsittää vaiheen, jossa j määritetään korjausparametri (Δη) vaihtovirtajärjestelmän vaihevir- roista ennalta määrätyllä tavalla muodostetusta yhdistetystä suureesta laske- ' N / \ 20 tun osoittimen avulla kaavalla An ~^i)> nrrissä N on virtanäytteiden . määrä jaksoa kohti, φι on adaptoituvan releen mittaaman virtaosoittimen vai hekulma radiaaneina ja 92 on referenssireleen mittaaman virtaosoittimen vaihekulma radiaaneina.

5. Menetelmä johtodifferentiaalisuojan (9) synkronoimiseksi, joka 25 johtodifferentiaalisuoja käsittää suojattavan johdon eri päihin sijoitetut refe- ; ’ ·'; renssireleen (2) ja adaptoituvan releen (1), tunnettu siitä, että vaihtovirta- .···. järjestelmän vaihevirran tai vaihevirroista jollain tavalla muodostetun yhdistetyn suureen ollessa ennalta määrättyä rajaa (li) pienempi menetelmä käsittää vai-heet, joissa 30 näytteistetään vaihtovirtajärjestelmän (10) yhtä tai useampaa pää- tai vaihejännitettä molemmissa releissä (1, 2) jännitenäytteiden aikaansaamiseksi, muodostetaan jännitenäytteiden avulla molemmissa releissä (1, 2) referenssisignaalit, jotka ovat samassa vaiheessa keskenään tai tunnetussa 35 vaihesiirrossa toisiinsa nähden, 14 109247 tarkkaillaan referenssisignaalin vaihekulmaa molemmissa releissä, näytteistetään kaikkien vaiheiden virtoja jatkuvasti virtanäytteiden aikaansaamiseksi, määritetään vaihtovirtajärjestelmän (10) kaikkien vaiheiden virta-5 osoittimet tai vaihevirroista ennalta määrätyllä tavalla yhdistetyt virtaosoittimet, jotka käsittävät suuruuden ja vaihekulman, molemmissa releissä (1, 2) jokaiseen uuteen virtanäytteeseen ja sitä edeltäviin M-1 tai M/2 -1 näytteeseen perustuen M:n ilmoittaessa näytteiden määrän jaksossa verkon nimellistaajuudel-la, menetelmän käsittäessä lisäksi toistuvat vaiheet, joissa 10 tallennetaan lähetettävät virtaosoittimet hetkillä, joilla ennalta mää rätty määrä (Nu) näytteenottovälejä on kulunut siitä, kun referenssisignaalin vaihekulma viimeksi on ohittanut ennalta määrätyn arvon, lähetetään referenssilleen (2) määrittämät virtaosoittimet adaptoituvalle releelle (1) ja adaptoituvan releen (1) määrittämät virtaosoittimet refe-15 renssireleelle (2), ja vastaanotetaan ja tallennetaan vastaanotetut virtaosoittimet molemmissa releissä (1, 2).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa lähetetään tieto releiden (1, 2) • ‘ 20 ohjaamien katkaisijoiden tilasta adaptoituvalta releeltä referenssireleelle ja re- : ' ferenssireleeltä adaptoituvalle releelle. Λ:

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, /· · tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa verrataan samaan ajanhetkeen liittyviä releiden (1, 2) vastaanotta-' ·. · 25 mia ja lähettämiä virtaosoittimia, ja ··. ohjataan releiden (1, 2) yhteyteen sovitettuja katkaisijoita mikäli en- ,’·] naita määrätty määrä perättäisiä verrattavia virtaosoittimia poikkeaa toisistaan ·' ·' ennalta määrättyä määrää enemmän.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, :γ; 30 tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa : verrataan adaptoituvan releen (1) ja referenssireleen (2) määrittä mien virtojen amplitudeja, ja ohjataan mainittujen releiden yhteyteen sovitettuja katkaisijoita mikäli verrattavien virtojen amplitudit poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä 35 määrää enemmän vähintään ennalta määrätyn määrän peräkkäisiä kertoja. 15 109247

9. Johtodifferentiaalisuoja (9), joka käsittää adaptoituvan releen (1) ja referenssireleen (2), joiden yhteyteen on sovitettu vaihtovirtajärjestelmän (10) ominaisuuksia määrittävät virranmäärityselimet (3, 4) ja jännitteenmääri-tyselimet (5, 6), ja jotka releet (1, 2) on lisäksi sovitettu ohjaamaan vaihtovirta- 5 järjestelmään liittyviä toimilaitteita, kuten katkaisijoita, releiden (1,2) käsittäessä lisäksi tiedonsiirtoelimet (7, 8), jotka on sovitettu lähettämään toisilleen tietoja määritetyistä suureista sekä vastaanottamaan mainittuja tietoja, prosessoin-tielimet (11, 12), jotka käsittävät sisäistä muistia ja jotka elimet (11, 12) on sovitettu muokkaamaan ja vertailemaan lähetettäviä ja vastaanotettuja tietoja, 10 tunnettu siitä, että adaptoituvan releen (1) prosessointielin (11) on lisäksi sovitettu muodostamaan koijausparametri (Δη) lähetettyihin ja vastaanotettuihin tietoihin perustuen adaptoituvan ja referenssireleen mittausten synkronoi-miseksi, ja että prosessointielimet (11, 12) on sovitettu valitsemaan synkronointimenetelmä virtaan tai jännitteeseen perustuvaksi virranmäärityselinten 15 (3, 4) määrittämien vaihtovirtajärjestelmän virran amplituditietojen perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen johtodifferentiaalisuoja (9), tunnettu siitä, että prosessointielimet (11, 12) on sovitettu muodostamaan suuruuden ja vaihekulman käsittäviä virtaosoittimia. 16 109247