NO121669B

NO121669B -

Info

Publication number: NO121669B
Application number: NO17089667A
Authority: NO
Inventors: Wartburg A Von; M Kuhn; C Keller; J Renz
Original assignee: Sandoz Ag
Priority date: 1965-12-14
Filing date: 1967-12-08
Publication date: 1971-03-29

Description

Distanserelé. Distance relay.

Denne oppfinnelse vedrører et distanserelé med rettet måleorgan for overvåk-ning av en kraftlinje. This invention relates to a distance relay with directed measuring device for monitoring a power line.

Distansereléer med rettede måleorga-ner har hittil vært utført enten med ret-ningsfølsomt organ av induksjonssylinder-typen eller med et polarisert relé som til-føres likestrømsspenninger proporsjonale med kombinasjoner av linjespenningen og en spenning utledet av linjestrømmen. Distansereléer med måleorgan av induk-sjonssylindertypen kan gis alle ønskede ut-løsningskarakteristikker, men deres effektforbruk er stort. Den annen kjente type av rettede distansereléer har vistnok lavt effektforbruk, men deres utløsningskarak-teristikker har alltid formen av sirkler, og de kan ikke utføres som rene reaktans-eller resistansreléer. Distance relays with directional measuring devices have so far been made either with a direction-sensitive device of the induction cylinder type or with a polarized relay which is supplied with direct current voltages proportional to combinations of the line voltage and a voltage derived from the line current. Distance relays with a measuring device of the induction cylinder type can be given all desired tripping characteristics, but their power consumption is large. The other known type of rectified distance relays probably has low power consumption, but their tripping characteristics always have the shape of circles, and they cannot be designed as pure reactance or resistance relays.

Distansereléet ifølge oppfinnelsen har samtidig fordelene hos begge de hittil kjente hovedtyper av distansereléer, nemlig lavt effektforbruk og fritt velgbar utløs-ningskarakteristikk, samtidig som det er billig og tar liten plass. The distance relay according to the invention simultaneously has the advantages of both of the main types of distance relays known to date, namely low power consumption and freely selectable tripping characteristics, while being cheap and taking up little space.

Det karakteristiske for oppfinnelsen er at distansereléet inneholder et retnings-følsomt organ som utgjøres av uliniære impedanseelementer i modulatorkopling samt en polarisert reléanordning koplet til modulatorkoplingens utgangsside. The characteristic of the invention is that the distance relay contains a direction-sensitive organ which is made up of non-linear impedance elements in the modulator coupling and a polarized relay device connected to the output side of the modulator coupling.

Oppfinnelsens virkemåte skal forklares i det følgende i tilslutning til tegningene. The operation of the invention shall be explained in the following in connection with the drawings.

Fig. 1 og 2 viser eksempler på modulator-koplinger med uliniære impedanseelementer, fig. 3 og 4 viser to utførelsesformer av Fig. 1 and 2 show examples of modulator connections with non-linear impedance elements, fig. 3 and 4 show two embodiments of

oppfinnelsen, mens fig. 5 og 6 viser utløs-ningskarakteristikker for distansereléene i fig. 3 resp. fig. 4. the invention, while fig. 5 and 6 show tripping characteristics for the distance relays in fig. 3 or fig. 4.

I fig. 1 vises den såkalte ringmodulator. In fig. 1 shows the so-called ring modulator.

Denne inneholder fire virksomme uliniære elementer 11, 12, 13 og 14, vanligvis i form av tørrventiler som er koplet dels til sekundærviklingen på en transformator 15 og dels til en belastiiingskrets som i fig. 1 ut-gjøres av et polarisert relé 19. Sekundærviklingen på transformatoren 15 er forsynt med et midtuttak 28, og det polariserte relé 19 har en vikling med et midtuttak 29. Midtuttakene 28 og 29 er koplet til en styre-strømskilde som leverer en strøm Ie og en spenning Uc, og en arbeidsstrøm I;l mates inn på primærsiden av transformatoren 15. This contains four effective non-linear elements 11, 12, 13 and 14, usually in the form of dry valves which are connected partly to the secondary winding of a transformer 15 and partly to a load circuit as in fig. 1 consists of a polarized relay 19. The secondary winding of the transformer 15 is provided with a center outlet 28, and the polarized relay 19 has a winding with a center outlet 29. The center outlets 28 and 29 are connected to a control current source which supplies a current Ie and a voltage Uc, and a working current I;l is fed into the primary side of the transformer 15.

Ringmodulatorens funksjon bygger som kjent på at ventilene 11, 12, 13 og 14 tvin-ges til å lede eller sperre synkront med styrestrømmen Iu. Styrestrømmen Ia for-deler seg likt mellom de to viklingshalvdeler 17 og 18 på transformatoren 15 samt mellom de to viklingshalvdeler 20 og 21 på reléet 19, og den gir derfor ikke opphav til noe resulterende amperevindingstall, hver-ken på reléet 19 eller på transformatoren 15. Om styrestrømmen I(. har den polaritet As is known, the function of the ring modulator is based on the fact that the valves 11, 12, 13 and 14 are forced to conduct or block synchronously with the control current Iu. The control current Ia is distributed equally between the two winding halves 17 and 18 on the transformer 15 as well as between the two winding halves 20 and 21 on the relay 19, and it therefore does not give rise to any resulting ampere-turn figure, either on the relay 19 or on the transformer 15 . Whether the control current I(. has polarity

som er angitt i fig. 1, blir ventilene 11 og which is indicated in fig. 1, the valves become 11 and

13 ledende, mens ventilene 12 og 14 er påtrykket en sperrespenning lik spenningen Uc mellom punktene 28 og 29. Om styre-strømmen har motsatt polaritet blir i ste-det ventilene 12 og 14 ledende, mens ventilene 11 og 13 påtrykkes sperrespenningen 13 conductive, while valves 12 and 14 are applied with a blocking voltage equal to the voltage Uc between points 28 and 29. If the control current has the opposite polarity, valves 12 and 14 become conductive instead, while valves 11 and 13 are applied with the blocking voltage

En arbeidsstrøm som mates inn på primærsiden av transformatoren 15, transfor-meres over til sekundærsiden og passerer det ventilpar som holdes åpent av styre-strømmen gjennom reléet 19. Om styre-strøm I(. og arbeidsstrøm Ia har de polariteter som er angitt i fig. 1, magnetiseres reléet 19 av en strøm Ib med polaritet som angitt. Strømmen Ib passerer på sin vei fra sekundærviklingen av transformatoren 15 ventilen 11 i lederetningen og ventil 13 i sperreretningen, hvilket er mulig om den del av styrestrømmen Ic, som passerer ventilen 13 i lederetningen, er større enn strømmen Ib i motsatt retning. Strømmen Ib har under denne forutsetning ikke mu-lighet for å kortsluttes gjennom ventilen 12, som holdes sperret av spenningen fra styrestrømskilden. A working current that is fed into the primary side of the transformer 15 is transformed to the secondary side and passes the valve pair that is kept open by the control current through the relay 19. About control current I(. and working current Ia have the polarities indicated in fig. 1, the relay 19 is magnetized by a current Ib with polarity as indicated. The current Ib passes on its way from the secondary winding of the transformer 15 the valve 11 in the conducting direction and the valve 13 in the blocking direction, which is possible if the part of the control current Ic, which passes the valve 13 in the conducting direction, is greater than the current Ib in the opposite direction.Under this condition, the current Ib does not have the possibility of being short-circuited through the valve 12, which is kept blocked by the voltage from the control current source.

Om arbeidsstrømmen Ia bytter polaritet ved uforandret polaritet på styrestrøm-men Ic, bytter magnetiseringen på reléet 19 tegn. Det samme er tilfellet om styre-strømmen Ic bytter tegn ved uforandret polaritet på arbeidsstrømmen, fordi ventil-parene 11, 13 og 12, 14 bytter rolle når styrestrømmen vender. Derimot forblir polariteten av reléets magnetisering uforandret, om både styrestrøm Ic og arbeids-strøm Ia bytter tegn samtidig. If the working current Ia changes polarity when the polarity of the control current Ic is unchanged, the magnetization on the relay changes 19 characters. The same is the case if the control current Ic changes sign with unchanged polarity of the working current, because the valve pairs 11, 13 and 12, 14 change roles when the control current reverses. In contrast, the polarity of the relay's magnetization remains unchanged, if both control current Ic and operating current Ia change signs at the same time.

I en ringmodulatorkopling som den i fig. 1 viste blir magnetiseringen av reléet 19 tydeligvis avhengig av fasevinkelen mellom strømmene Ia og Ic, og det kan lett vises at likestrømskomponenten i reléets 19 magnetisering er direkte proporsjonal med cosinus til fasevinkelen mellom de to strømmer, og disse er sinusformede veksel-strømmer av samme frekvens, og av kop-lingens virkemåte fremgår også at den strøm Ib som magnetiserer reléet 19, høyst kan være lik den minste av strømmene Ia og Ic. Om altså den ene av strømmene Ia og Ic er null, eller om fasevinkelen mellom strømmene er 90°, forblir reléet 19 i fraslått stilling. Om begge strømmer har komponenter i fase med hverandre, trekker det polariserte relé 19 til i den ene retning, og om strømmene har komponenter i motfase, trekker det polariserte relé 19 til i den annen retning eller forblir utiltrukket, avhengig av reléets utforming. In a ring modulator connection like the one in fig. 1 shown, the magnetization of the relay 19 is clearly dependent on the phase angle between the currents Ia and Ic, and it can easily be shown that the direct current component in the relay 19 magnetization is directly proportional to the cosine of the phase angle between the two currents, and these are sinusoidal alternating currents of the same frequency , and it also appears from the operation of the coupling that the current Ib which magnetizes the relay 19 can at most be equal to the smallest of the currents Ia and Ic. If one of the currents Ia and Ic is zero, or if the phase angle between the currents is 90°, the relay 19 remains in the switched off position. If both currents have components in phase with each other, the polarized relay 19 pulls in one direction, and if the currents have components in opposite phase, the polarized relay 19 pulls in the other direction or remains unenergized, depending on the design of the relay.

I fig. 2 er vist en annen, modulatorkopling som også inneholder ventiler som aktive elementer. Modulatoren består i denne form av to ventilbroer 31 og 32, som mater hver sin vikling 21 resp. 20 på et polarisert relé 19. Ventilenes vekselstrøms-sider er koplet til sekundærviklingene 18 resp. 17 på en transformator 15 i serie med en styrespenning Ue, koplet mellom klemmene 28 og 29. Koplingen er således anord-net at det råder full balanse mellom de to halvdeler. Om derfor styrespenningen Uc er lik null, magnetiseres reléet 19 av to like store, men motsatt rettede ampérevinnings-tall, hithørende fra arbeidsspenningen Ua. Om derimot arbeidsspenningen Ua er lik null, kommer en styrespenning Uc mellom klemmene 28 og 29 også til å gi opphov til to like men motsatt rettede ampérevin-nignstall på reléet 19. Opptrer imidlertid en styrespenning Uc. og en arbeidsspenning Ua samtidig, kommer ventilbroen 31 til å påvirkes av en spenning lik differansen mellom de to spenninger, mens ventilbroen 32 er påtrykket en spenning lik summen av de to vekselspenninger om disse har de polariteter som angis av pilene på fig. 2. I det tilfelle at styrespenning og arbeidsspenning opptrer samtidig, kommer således reléet til å påtrykkes et resulterende am-pérevinningstall, hvis polaritet er avhengig av den innbyrdes polaritet mellom styrespenning U(. og arbeidsspenning Ua. Om de to vekselspenninger har samme frekvens og er sinusformede, blir magnetiseringen av reléet 19 proporsjonal med cosinus til fasevinkelen mellom de to vekselspenninger. Koplingen i fig. 2 er således ekvivalent med koplingen i fig. 1, hva likestrømsmagneti-seringen av reléet 19 angår. In fig. 2 shows another modulator connection which also contains valves as active elements. In this form, the modulator consists of two valve bridges 31 and 32, which each feed a winding 21 or 20 on a polarized relay 19. The alternating current sides of the valves are connected to the secondary windings 18 or 17 on a transformer 15 in series with a control voltage Ue, connected between terminals 28 and 29. The connection is so arranged that there is full balance between the two halves. If, therefore, the control voltage Uc is equal to zero, the relay 19 is magnetized by two equal but oppositely directed ampere recovery figures, corresponding to the working voltage Ua. If, on the other hand, the working voltage Ua is equal to zero, a control voltage Uc between the terminals 28 and 29 will also give rise to two equal but oppositely directed ampere-even numbers on the relay 19. However, a control voltage Uc appears. and a working voltage Ua at the same time, the valve bridge 31 will be affected by a voltage equal to the difference between the two voltages, while the valve bridge 32 is impressed with a voltage equal to the sum of the two alternating voltages if these have the polarities indicated by the arrows in fig. 2. In the event that control voltage and working voltage appear simultaneously, the relay will thus be impressed with a resulting ampere recovery figure, the polarity of which is dependent on the mutual polarity between control voltage U(. and working voltage Ua. If the two alternating voltages have the same frequency and are sinusoidal, the magnetization of the relay 19 becomes proportional to the cosine of the phase angle between the two alternating voltages. The connection in Fig. 2 is thus equivalent to the connection in Fig. 1 as far as the direct current magnetization of the relay 19 is concerned.

I fig. 3 vises et eksempel på et distanserelé med en ringmodulator ifølge fig. 1 som følende organ. Distansereléet i fig 3 overvåker en kraftledning, representert av linjene 38 og 39. Spenningen U på ledningen tilføres distansereléet via en spennings-transformator 36 og strømmen I i ledningen tilføres distansereléet gjennom en strømtransformator 37. Strømtransforma-toren 37 mater en reaktans 35 og spenningen over denne er tilført ringmodulatorens styreklemmer 28 og 29 og gir der opphov til en styrestrøm Ic. Spenningen fra sekundærsiden av spenningstransformatoren 36 til-føres primærviklingen på transformatoren 15 i ringmodulatoren i serie med spenningen over reaktansen 35. De to spenninger er motsattrettet og deres vektorsum gir opphov til en arbeidsstrøm Ia i ringmodulatoren. In fig. 3 shows an example of a distance relay with a ring modulator according to fig. 1 as a sensory organ. The distance relay in Fig. 3 monitors a power line, represented by lines 38 and 39. The voltage U on the line is supplied to the distance relay via a voltage transformer 36 and the current I in the line is supplied to the distance relay through a current transformer 37. The current transformer 37 feeds a reactance 35 and the voltage across this is supplied to the ring modulator's control terminals 28 and 29 and there gives rise to a control current Ic. The voltage from the secondary side of the voltage transformer 36 is supplied to the primary winding of the transformer 15 in the ring modulator in series with the voltage across the reactance 35. The two voltages are oppositely directed and their vector sum gives rise to a working current Ia in the ring modulator.

Som tidligere omtalt er magnetiseringen på det polariserte relé på ringmodulatorens utgangsside proporsjonal med cosinus til fasevinkelen mellom styrestrøm Ic og arbeidsstrøm Ia, slik at en komponent av strømmen Ia som ligger 90° faseforskjøvet i forhold til strømmen ikke innvirker på reléets 19 magnetisering. Dette betyr at en resistiv komponent i spenningen på kraft-ledningen ikke har noen virkning på reléet 19. Et reaktivt spenningstall gir derimot opphav til en komponent i arbeidsstrøm-men Ia, som er i motfase med styrestrøm-men I.. Distansereléet i fig. 3 er således følsomt for den reaktive komponent av linjeimpedansen Z som reléet måler. Reaktansen 35 gjør tjeneste som en modellim-pedans og skal være således dimensjonert at spenningen over reaktansen 35 er min-dre enn spenningen på sekundærsiden av spenningstransformatoren 36 under normal drift, men blir større enn den nevnte se-kundærspenning når ledningen kortsluttes. Resultatet blir at reléet i fig. 3 får en ut-løsningskarakteristikk som vises i fig. 5, hvor abscisseaksen angir den resistive komponent av impedansen i den kraftledings-seksjon som reléet overvåker, mens ordinataksen angir den reaktive komponent av samme impedans. Linjen 41 er parallell med abscisseaksen og dens avstand fra abscisseaksen representerer den verdi på led-ningsimpedansen som tilsvarer modellim-pedansen 35. Reléet i fig. 3 er således et rent reaktanserelé. As previously discussed, the magnetization on the polarized relay on the output side of the ring modulator is proportional to the cosine of the phase angle between control current Ic and operating current Ia, so that a component of the current Ia that is 90° out of phase with respect to the current does not affect the magnetization of the relay 19. This means that a resistive component in the voltage on the power line has no effect on the relay 19. A reactive voltage figure, on the other hand, gives rise to a component in the working current Ia, which is in opposite phase to the control current I.. The distance relay in fig. 3 is thus sensitive to the reactive component of the line impedance Z which the relay measures. The reactance 35 serves as a model impedance and must be dimensioned in such a way that the voltage across the reactance 35 is less than the voltage on the secondary side of the voltage transformer 36 during normal operation, but becomes greater than the mentioned secondary voltage when the line is short-circuited. The result is that the relay in fig. 3 obtains a release characteristic which is shown in fig. 5, where the abscissa indicates the resistive component of the impedance in the power line section that the relay monitors, while the ordinate indicates the reactive component of the same impedance. The line 41 is parallel to the abscissa axis and its distance from the abscissa axis represents the value of the line impedance which corresponds to the model impedance 35. The relay in fig. 3 is thus a pure reactance relay.

I fig. 4 vises et eksempel på et kom-pensert impedanseretningsrelé med en ringmodulator som følende organ. Ringmodulatorens styrestrøm Ic består i fig. 4 dels av en komponent som hitrører fra strømtransformatoren 37, samt dels av en komponent som er bestemt av spenningen på sekundærsiden av transformatoren 36 i serie med en impedans 35. De to strøm-komponenter er direkte parallellkoplet mellom styreklemmene 28 og 29 på ringmodulatoren. Arbeidsstrømmen for ringmodulatoren utgjøres også av dels en komponent Ia», hitrørende fra strømtransformatoren 37, og dels av en komponent Ia', hitrørende fra sekundærspenningen på transformatoren 36 i serie med en impedans 34. Disse to strømkomponenter er tilført hver sin primærvikling på transformatoren 15 i ringmodulatoren. In fig. 4 shows an example of a compensated impedance directional relay with a ring modulator as sensing element. The ring modulator's control current Ic consists in fig. 4 partly by a component that flows from the current transformer 37, and partly by a component that is determined by the voltage on the secondary side of the transformer 36 in series with an impedance 35. The two current components are directly connected in parallel between the control terminals 28 and 29 of the ring modulator. The working current for the ring modulator is also made up partly of a component Ia", coming from the current transformer 37, and partly of a component Ia', coming from the secondary voltage on the transformer 36 in series with an impedance 34. These two current components are each supplied to the primary winding of the transformer 15 in the ring modulator.

Virkemåten for distansereléet i fig. 4 blir prinsipielt sett den samme som for et vanlig induksjonssylinderrelé som er til-ført kombinasjoner av linjespenning og linjestrøm, og dets utløsningskarakteristikk blir en sirkel som vist i fig. 6, hvor abscisseaksen og ordinataksen angir resistive resp. reaktive komponenter av impedansen i den linjeseksjon som reléet overvåker. Reléet løser ut for impedanser som ligger innenfor sirkelen 42 og slår ut i motsatt retning for impedanser som ligger utenfor sirkelen 42. For impedanser som ligger på sirkelen The operation of the distance relay in fig. 4 is in principle the same as for an ordinary induction cylinder relay which is supplied with combinations of line voltage and line current, and its tripping characteristic becomes a circle as shown in fig. 6, where the abscissa axis and the ordinate axis indicate resistive resp. reactive components of the impedance in the line section that the relay monitors. The relay trips for impedances that lie within the circle 42 and trips in the opposite direction for impedances that lie outside the circle 42. For impedances that lie on the circle

42, ligger reléet 19 i fig. 4 i midtstilling. Om impedansen mellom ringmodulatorens inngangsklemmer, styreklemmer 28, 29 resp. primærklemmene på transformatoren 15 kan forsømmes i forhold til impedansene 34 og 35, er sirkelen 42 bestemt av ende-punktene for vektorene 34 og 35 i impe-dansplanet, fig. 6, idet disse endepunkter representerer en diameter i sirkelen 42. Ved å endre impedansene 34 og 35 kan derfor utløsningskarakteristikkens 42 stilling og størrelse endres, likesom utløsningskarak-teristikkens 41 helling og avstand fra origo kan endres for reléet i fig. 3 ved endring av modellimpedansens 35 fasevinkel og størrelse. 42, the relay 19 in fig. 4 in the middle position. If the impedance between the ring modulator's input terminals, control terminals 28, 29 or the primary terminals of the transformer 15 can be neglected in relation to the impedances 34 and 35, the circle 42 is determined by the endpoints of the vectors 34 and 35 in the impedance plane, fig. 6, as these end points represent a diameter in the circle 42. By changing the impedances 34 and 35, the position and size of the release characteristic 42 can therefore be changed, just as the slope and distance of the release characteristic 41 from the origin can be changed for the relay in fig. 3 by changing the phase angle and size of the model impedance 35.

De viste utføringsformer av distansereléer ifølge oppfinnelsen tilsikter kun å vise oppfinnelsens virkemåte, og et meget stort antall ekvivalente koplinger faller innenfor rammen for oppfinnelsen. F. eks. kan ringmodulatoren i fig. 3 og 4 naturlig-vis erstattes av en modulator ifølge fig. 2 på tegningen eller hvilken som helst annen modulatorkopling av liknende type, og mo-dulatorkoplingen behøver heller ikke å be-lastes med et polarisert relé av den viste type, men hvilken som helst polarisert reléanordning kan tilkoples i dens sted. The shown embodiments of distance relays according to the invention are only intended to show how the invention works, and a very large number of equivalent connections fall within the scope of the invention. For example can the ring modulator in fig. 3 and 4 are naturally replaced by a modulator according to fig. 2 in the drawing or any other modulator connection of a similar type, and the modulator connection does not need to be loaded with a polarized relay of the type shown either, but any polarized relay device can be connected in its place.

Claims

1. Distance relay with a direction-sensitive element, characterized in that the direction-sensitive element consists of non-linear impedance elements in the modulator coupling as well as a polarized relay device connected to the output side of the modulator coupling.

2. Distance relay according to claim 1, characterized in that the direction-sensitive element consists of a ring modulator and a polarized relay connected to it.