SE418556B - Skyddsrelekrets - Google Patents

Description

378010494 fördelar på både kompenserade och okompenserade ledningar.

Fjärrelän och statiska fjärrelän är välkända inom skyddsrelä- tekniken. Exempelvis kan hänvisas till det amerikanska patentet 3 374 399 och de däri angivna patenten. Ytterligare diskussioner av skyddsreläteknik medelst fjärrelän finns i "The Art and Science of Protective Relaying", Mason, John Wiley & Sons, Inc (1956). Inom relätekniken är det välkänt att skyddsrelän under vissa omständig- heter har en tendens att aktiveras av fel belägna längre bort än väntat. Denn tendens är välkänd inom relätekniken under benämningen överräckvidd (overreach). Föreliggande uppfinning löser i huvudsak problemet med överräckvidd i det fall att seriekondensatorer före- finnes i det skyddade ledningsavsnittet och löser även problemet med felaktigt riktade signaler när seriekondensatorerna är belägna bortom reläets position. i Vid tillämpningen av fjärrelän utnyttjas spänningen och ström- men i ledningen såsom insignaler. I praktiken används förhållandet mellan spänningen och strömmen för erhållande-av en signal represen- terande impedansen från skyddsreläets avkänningsorgan till ett fel- aktigt ställe. I denna signal representerande ett impedansvärde in- dikeras ett fel inom ett förutbestämt avstånd av reläövervaknings- kretsen, varvid en signal alstras i och för reglering av driften av kretsbrytarutlösningsspolen. Problem i form av detektering av falska feltillstàndssignaler har uppstått när en öppen krets har förekommit i kretsnätet som avger signalspänningen. Signalspänningen, vilken är en signal proportionell mot ledningsströmmen multiplicerad med impe- dansen fram till felet verkar såsom en hindrande signal som hindrar aktivering av reläet. När denna signal försvinner på grund av ett öppet kretstillstånd i övervakningskretsen, exempelvis på grund av en trasig säkring eller liknande i spänningstillförseln, kan fjärr- reläkretsen alstra en signal indikerande ett felförhàllande. Före- liggande uppfinning eliminerar denna möjlighet när belastningsström- men ej har överskridit normala värden.

Q Tidigare har det inom skyddsrelätekniken vid användning av fjärrelän funnits ett allvarligt dilemma när en seriekondensator eller kondensatorer använts i ledningen i kompenseringssyfte. Om exempelvis en ledning hade en impedans på 10 ohm och en kompenserande kapacitiv reaktans på -5 ohm var det nödvändigt att inställa referens- eller kopieimpedansen för ledningen till ett mycket mindre värde än skill- naden mellan ledningens impedans och kondensatorimpedansen, dvs ohm, eftersom annars fjärreläet måste konstrueras för att aktiveras 78010149-3 mycket sakta i och för undvikande av väsentlig transient överräck- vidd. Ytterligare ett problem uppträder när seriekondensatorer an- vänds på en plats just bakom reläet, dvs i den icke utlösande rikt- ningen. Om ett fel uppträdde nära kondensatorn men på motsatta sidan om reläet förefanns en stor sannolikhet för att fjärreläet skulle alstra en icke önskvärd utlösningsutsignal. Föreliggande uppfinning tillhandahåller även en lösning på båda dessa problem. Det senare problemet kan dock lösas genom blockering av utlösningsreläet genom en föregående aktivering av ett blockeringsrelä, som läser i den icke utlösande riktningen.

Det är inom skyddsrelätekniken välkänt att det är väsentligt att utlösa kretsbrytaren snabbare för fel som uppträder nära den genererande källan. Sådana fel benämns närfel (close-in faults).

Föreliggande uppfinning gör det möjligt att snabbare aktivera krets- brytaren vid uppträdande närfel, varigenom avlägsnande av den led- ning som innehåller felet möjliggörs innan denna sätter en generator ur funktion eller innan andra icke önskvärda effekter uppträder.

Föreliggande uppfinning ger ett antal väsentliga fördelar i förhållande till teknikens stándpunkt. Bl a tillhandahållas ett organ för snabb detektering av väsentliga fel inom en längd av en kompenserad ledning utan den oönskade effekten av feldetekteringar på intilliggande ledningar eller efterföljande samlingsledningar.

En annan fördel hos föreliggande uppfinning är att signaler indikerande falska felförhållanden ej alstras om en öppen krets upp- träder i spänningsavkänningskretsen så länge som ledningsströmmen I ej väsentligt överskrider sitt normalvärde. I konventionella fjärr- reläer slår fjärreläet till när storheten I (ZR - ZF) överskrider noll. Om IZF går mot noll på grund av en öppen krets i spänningsav- känningskretsen kan fjärreläet triggas eftersom värdet på IZR skulle vara väsentligt större än noll. I föreliggande uppfinning anordnas en växelströmsnivådetektor eller bipolär tröskelkrets, vilken kan, inställas så att ingen utsignal uppträder när insignalen är lika med IZR så länge som värdet av ledningsströmmen I ej väsentligt över- skrider den normala belastnings- eller ledningsströmmen.

Ytterligare en fördel hos föreliggande uppfinning är att alla insignaler I (ZR - ZF) matas till en bipolär tröskelkrets-eller växelströmsnivådetektor. Den bipolära tröskelkretsen alstrar ej någon utsignal, eller annorlunda uttryckt en signal matas ej till organet för aktivering av kretsbrytaren, om ej storheten I (ZR - ZF) överskrider ett förutbestämt tröskelvärde, som valfritt kan inställas. 1so1oas-3 Denna valfria inställning av de' förhållanden under vilka skyddsrelä- kretsen kommer att alstra en utsignal ger fördelar i ett otal till- lämpningar förutom de redan diskuterade tillämpningarna.

Ytterligare en annan fördel hos föreliggande uppfinning är att den snabbt kan alstra en felsignal för närfel. Med andra ord, för fel som uppträder strax framför eller nära reläavkänningskretsen kan felsignalen alstras mycket snabbt. Användande av växelströmsnivâdetek- torn enligt föreliggande uppfinning möjliggör inställning av kortare tider för den erforderliga koincidensdetekteringsperioden pà den karaktäristiska timern, exempelvis kan tider väsentligt mindre än 90 elektriska grader väljas såsom koincidensdetekteringsperiod.

Växelströmsnivâdetektorn eller den bipolära tröskelkretsen inställes så att det ej alstras någon utsignal för belastningsströmmar mindre än en förutbestämd normal belastnings- eller ledningsström. Om före- liggande uppfinning ej utnyttjas skulle den karaktäristiska timern behöva inställas på åtminstone 90 elektriska grader eller möjligen 120 elektriska grader för att undvika felfunktion under starka be- lastningsförhållanden. De längre jämförelsetiderna (i elektriska grader) förorsakar en större fördröjning mellan avkänningen av fel- förhållandet och alstringen av den faktiska felsignalen. Föreliggande uppfinning möjliggör en reducering av denna tidsfördröjning.

Kort uttryckt tillhandahâlles enligt föreliggande uppfinning en reläkrets för alstríng av en signal i och för reglering av utlös- ningsspolen i en kretsbrytare som skyddar en växelströmseffektöver- föringsledning. Ett första och ett andra organ kopplas till ledningen.

Det första kopplingsorganet reagerar på ledningsspänningar i och för alstring av referensspänningar representerande ledningsspänningarna.

Det andra kopplingsorganet reagerar på ledningsströmmar i och för alstring av representativa spänningar relaterade till ledningsström- men via en förutbestämd konstant impedans. Alla dessa representativa spänningar har ett visst fasförhàllande med avseende på den elektriska effekt som flyter genom ledningen. Ett summeringsorgan är anordnat i och för summering av den representativa spänningen som är relaterad till ledningsströmmen via en förutbestämd konstant impedans eller kopieimpedans (ZR) och en inverterad referensspänning (-IZF) representerande ledningsspänningen fram till felet. Summeringsorganet kan betraktas såsom ett differenskretsorgan för alstring av en utsignal (IZR - IZF), där I är ledningsströmmen, ZR är den förutbes- riimda konstanta referena- eller kopieimpedansen och ZF är lednings- impedansen frànreläet till ett eventuellt fel. utsignalen från sum- 7801049-3 meringsorganet eller skillnadskretsorganet matas till en växelströms- nivådetektor eller en bipolär tröskelkrets. Växelströmsnivàdetektorn alstrar en utsignal endast när summeringsorganets utsignal överskri- der ett valfritt förutbestämt värde. En spänningspolariserande krets eller filterkrets är anordnad i och för alstring av en spännings- polariserande signal såsom gensvar på nämnda referensspänningssignal representerande en ledningsspänning. Den spänningspolariserande signalen och utsignalen från nämnda tröskelorgan matas till en koin- cidensdetektor i ochför alstring av en felutsignal. En felutsignal kan alstras endast när storheten (IZR - IZF) överskrider ett förut- bestämt tröskelvärde i växelströmsnivådetektorn.

Koincidensdetektorns felutsignal matas vanligen till en karaktäristisk timer i och för alstring av en utsignal endast när koincidens har detekterats under en tillräckligt lång tidsperiod, exempelvis 90 elektriska grader vid 60 hertz växelströmseffekt. Den karaktäristiska timerns utsignal matas vanligen till en utlösnings~ styrkrets för aktivering av kretsbrytarspolen. Inställningen av tröskelorganets tröskelnivâ möjliggör inställning av den karaktäris- tiska timern till lägre koincidensinställningar, exempelvis 60 elekt- riska grader istället för 90 elektriska grader. Detta möjliggör mycket snabbare alstring av en felsignal, vilket är speciellt viktigt vid närfel. Tröskelorganets tröskelnivâ kan inställas så att organet ej alstrar någon utsignal för normala värden på belastningsströmmen (I) multiplicerad med den valda konstanta impedansen ZR, varigenom val av kortare koincidenstider för den karaktäristiska timern möjlig- göres i och för alstring av en felutsignal.

Tröskelorganet möjliggör sålunda detektering av fel på en seriekondensatorkompenserad ledning utan detektering av fel utanför ledningen eller på intilliggande bussar. Detta möjliggöres genom användande av möjligheten att inställa tröskelorganet så att det triggas vid ett värde som svarar mot en funktion av gnistgapöverslaget eller genombrottsspänningen för de gnistgap som är anordnade tvärs över kondensatorerna för överspänningsskydd.

I syfte att illustrera uppfinningen visas på de bifogade ritningarna för tillfället föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Det inses dock att uppfinningen ej är begränsad till just de visade arrangemangen och instrumenten.

På ritningarna visar Fig 1 ett schematiskt kopplingsschema av en okompenserad växelströmseffektöverföringsledning, 78010494» fig 2 ett schematiskt kopplingsschema av en seriekondensator- kompenserad växelströmseffektöverföringsledning, fig 3 ett schematiskt kopplingsschema, delvis i blockform, av en skyddsreläkrets med kombinerad fjärr- och överströmsfunktion i enlighet med föreliggande uppfinning, fig 4 ett schematiskt kopplingsschema av en utföringsform av en bipolär tröskelkrets enligt fig 3 och enligt föreliggande upp- finning, fig 5 ett schematiskt kopplingsschema av en alternativ ut- föringsform av en bipolär tröskelkrets enligt fig 3, fig 6 en uppsättning elektriska signalvâgformer som före- finnes i kretsen enligt fig 3 under drift, inkluderande vâgformer illustrerande effekten på koincidens- eller OCH-kretsens utsignal resulterande från varierande tröskelnivâinställningar hos den bipo- lära tröskelkretsen, fig 7 ett diagram, i vilket felströmmen IF och strömmen som krävs för att driva skyddsreläet är uppritade mot förhållandet (ZF/ZR), vilket är förhållandet mellan felimpedansen ZF och kopie- impedansen ZR, och fig 8 ett fasdiagram visande typiska fasrelationer mellan spänningspolariseringssignalen VPOL, belastningsströmmen IL och felströmmen IF. _ Föreliggande uppfinning kan betraktas såsom en kombination av ett fjärrelä och ett överströmsrelä på ett sätt som väsentligt förbättrar dess prestanda i förhållande till vad som erhålles genom användande av ett separat fjärrelä och ett separat överströmsrelä.

I fig 1 visas en växelströmseffektöverföringsledning 10 med ett organ 12 för avkänning av strömmen I i ledningen och organ 14 för avkän- ning av spänningen V på ledningen. Såsom är välkänt för fackmannen 'inom skyddsrelätekniken kan strömavkänningsorganet 12 vara en ström- transformator och spänningsavkänningsorganet 14 vara en nedtrans- formerande transformator. Det inses dock att även andra lämpliga avkänningsorgan kan användas. I fig 1 visas ett fel X placerat vid punkten 16 utmed ledningen 10. Under ett felförhållande är spänningen V lika med IZF, där ZF är ledningens impedans från felet 16 till strömavkänningsorganet 12 och spänningsavkänningsorganet 14. För underlättande av den här förda diskussionen antages att strömavkän- ningsorganet 12 och spänningsavkänningsorganet 14 är placerade vid i huvudsak samma ställe utmed ledningen. Det inses att transmissions- ledningar i figurerna ej är ritade skalenliga. 78010||9~3 Impedansen för den totala längden av ledningen i fig 1 betecknas ZL bestämt konstant impedansvärde, som kan betecknas såsom en kopie- eller referensimpedans för ledningen. Vid utnyttjande av föreliggande uppfinning såsom en direkt utlösningsfunktion, dvs utan tillkommande och kan exempelvis vara 10 ohm. Värdet ZR är ett förut- övervakning, väljes denna impedans vanligen lika med eller något lägre än impedansen ZL, så att fjärreläet begränsar sin drift till fel inom den ledning som skall skyddas. Exempelvis kan värdet ZR väljas till 10 ohm när ledningsimpedansen ZL är 10 ohm i och för säkerställande av att endast fel inom ledningen kommer att detekte- ras. Vid vissa tillämpningar kan dock ZR väljas större än ZL utan farhågor för detektering av fel utanför den skyddade ledningen.

I fig 3 visas ett schematiskt kopplingsschema delvis i blockform, av en skyddsreläkrets enligt föreliggande uppfinning. Ett strömavkänningsorgan 12 är anordnat, vilket organ kan utgöras av en strömtransformator. Strömsavkänningsorganets utsignal tillföres en transaktor 22, som avger en utsignal till ett motstånd 24 propor- tionell mot strömmen multiplicerad med en förutbestämd konstant im- pedans ZR. Sådana transaktoranordningar är välkända. Transaktorns sekundära utgängsspänning är relaterad till den primära strömmen genom en komplex proportionalitetskonstant eller vektoroperator känd under namnet transaktorns överföringsimpedans Z. Transaktorns 22 utgångsspänning är därför lika med IZR, där transaktorns överförings- impedans är vald lika med ZR. För en detaljerad diskussion av en transaktor hänvisas till det amerikanska patentet 3 374 399.

Spänningsavkänningsorganet 14 pålägger en spänning på en inverterande förstärkare 26. Den inverterande förstärkaren 26 inver- terar spänningssignalen (V = IZF) och tillför sedan spänningen till ett motstånd 28. Det inses dock att andra lämpliga metoder för er- hållande av spänningsinversion kan användas, varigenom behovet av en inverterande förstärkare 26 kan undvikas, exempelvis genom lämpliga förbindelser till transformatorn. Den spänning som pålägges motståndet 28 kan betecknas -IZF. Spänningen som pâlägges motståndet 28 är, när ett fel uppträder, proportionell mot produkten av strömmen i led- ningen och impedansen från avkänningspunkten till felpunkten. Sig- nalerna IZR och -IZF summeras vid ingången till en operationsför- stärkare 30 i och för alstring av skillnadssignalen (IZR - IZF). I stället för den visade förstärkaren 30 skulle en differensförstärkare även 'kunna användas för alstring av denna signal utan användande av den inverterande förstärkaren 26. Operationsförstärkaren 30 är försedd .7801 049 -3 med ett variabelt återkopplingsmotstånd 32, som kan användas för valfri inställning av operationsförstärkarens 30 förstärkning.

Operationsförstärkarens 30 utsignal pålägges en bipolär tröskelkrets eller växelströmsnivådetektor 34. Den bipolära tröskel- kretsen 34 kan vara en seriekoppling av ett par katod-mot-katod kopplade zenerdioder, såsom-zenerdioderna 36 och 38 i fig 4. Alter- nativt kan den bipolära tröskelkretsen 34 utgöras av ett par inverst parallellkopplade dioder, såsom dioderna 40 och 42 i fig 5. I fallet med inverst parallellkopplade dioder 40 och 42 föreligger ingen ut- signal från den_bipolära tröskelkretsen på ledningen 44 förrän in- signalen överskrider framspänningsfallet hos en av dioderna 40 eller 42, beroende på den momentana polariteten av insignalen på ledningen 46. Större flexibilitet och val av tröskelnivå kan erhållas genom användande av zenerdioder 36 och 38 såsom visas i fig 4. I fallet enligt fig 4 föreligger ingen utsignal på utgångsledningen 44 förrän växelströmsspänningen på ingången 46 överskrider zenerdiodernas genom- brottsspänning. Naturligtvis kan olika zenerdiodgenombrottspotentialer utväljas och olika kombinationer av zenerdioder och/eller vanliga dioder användas för val av den önskade tröskelspänningen. För ytter- ligare diskussioner avseende bipolära tröskelkretsar hänvisas till den amerikanska patentansökningen nr 640 308.

Den bipolära tröskelkretsens 34 utsignal, vilkaiuppträder på ledningen 44, pålägges en kvadrerande förstärkare 50 innan den på- lägges ena terminalen av en koincidensdetektor eller OCH-grind 52.

Spänningsavkänningsorganet 14 pålägger även en insignal på en förstärkare 54. Förstärkarens 54 utsignal pâlägges en polarise- rande signalbehandlingskrets, som principiellt är en filtrerande krets som alstrar en spänningspolariserande signal på sin utgång, vilket är i och för sig känt inom fjärrelätekniken. För ytterligare diskus- sioner beträffande polariseringssignalbehandlingskretsar hänvisas till ovan nämnda amerikanska patentansökan, speciellt fig 7 i denna.

Kretsen som visas i fig 7 i nämnda ansökan kan utnyttjas såsom den polariserande signalbehandlingskretsen 56. Det är dock även möjligt att använda andra lämpliga kretsar. Den polariserande signalbehand- lingskretsens 56 utsignal matas till en kvadrerande förstärkare 58.

Den kvadrerande förstärkarens58 utsignal är en spänningspolariserande signal VPOL, som består av rektangulära pulser med alternerande polaritet och som har ett förutbestämt fixt förhållande med spän- ningen V. Den spänningspolariserande signalen VPOL från den kvardre- rande förstärkaren 58 indikerar i vilken riktning felet är placerat 7801049-3 med avseende på reläet. Den kvarderande förstärkarens 58 utsignal matas till en andra ingång hos koincidensdetektorn eller OCH-grinden 52. OCH-grindens 52 utsignal matas till en karaktäristisk timer 60.

Den karaktäristiska timern 60 avger en utsignal när koincidens har detekterats av OCH-grinden 52 under en minsta förutbestämd tidsperiod, som svarar mot antalet millisekunder som indikeras i den vänstra triangeln på timern 60. Den karaktäristiska timerns 60 utsignal bibehålles under det antal millisekunder som anges av den högra tri- angeln. Såsom exempelvis visas i fig 3 skulle ingen utsignal påläggas utlösningsstyrkretsen 60 förrän OCH-grinden 52 detekterat koincidens på sina ingångar under en tidsperiod på 3 millisekunder. Den karak- täristiska timerns utsignal skulle kunna sedan den en gång triggats, bibehållas under 5 millisekunder, såsom indikeras av femman i den högra triangeln i den karaktäristiska timern 60.

Den karaktäristiska timerns 60 utsignal pålägges såsom en utlösande insignal till utlösningsstyrkretsen 62. Utlösningsstyr- kretsen 62 kan mottaga andra insignaler pà ledningen 64, exempelvis från pilotkanalmottagare. Om det antages att utlösningsstyrkretsen 62 mottager eventuella andra nödvändiga signaler kommer den karak- täristiska timerns 60 utsignal att trigga utlösningsstyrkretsen 62, vilket förorsakar öppning av kretsbrytarkontakterna 66. Komponenterna 60 och 62 tagna tillsammans kan betraktas såsom ett koincidenskäns- ligt organ, som mottager en koincidensutsignal från OCH-kretsen 52, och som blir aktivt då det frisläppes av en insignal på ledningen 64 i och för aktivering av en kretsbrytarutlösningsspole (ej visad) så- som gensvar på en koincidens utsignal med en förutbestämd minsta varaktighet, som bestämmes av den karaktäristiska timern 60.

Det bör observeras att det ej finns någon alternativ väg runt den bipolära tröskelkretsen 34, och såsom ett resultat av detta faktum kommer ingen insignal att påläggas förstärkaren 50 om skill- nadssignalen ej överskrider det förutbestämda tröskelvärdet. Av denna anledning tillåter skyddsreläkretsen enligt föreliggande upp- finning alstring av en rejäl koincidenssignal endast om skillnads- signalen överskrider det förutbestämda tröskelvärdet för den bipolära tröskelkretsen eller växelströmsnivådetektorn 34.

Vid drift aktiveras skyddsreläkretsarna enligt föreliggande uppfinning när skillnadssignalen från summeringskretsen 30 överskri- der ett förutbestämt värde. Summeringsförstärkarorganets 30 utsignal är proportionell mot skillnaden mellan produkten av ledningsströmmen I och en vald referens- eller kopieimpedans ZR och produkten av led- .7801049'3 ningsströmmen I och ledningsimpedansen till ett eventuellt fel ZF.

Det inses att summeringen i och för alstring av denna skillnadssignal kan uppnås på olika sätt, som är välkända för fackmannen. Exempelvis kan skillnadssignalen erhållas genom att en av signalerna pålägges den inverterande ingången hos en operationsförstärkare och den andra signalen pålägges en icke inverterande ingång hos en operationsför- stärkare. Utsignalen kommer att representera skillnaden mellan de två insignalerna. En annan metod beskrivs i fig 3, i vilken signalen svarande mot ledningsspänningen inverteras genom den inverterande förstärkaren 26 och sedan summeras i ett motstândsnätverk bestående av motstånden 24 och 28. Andra lämpliga metoder för summering av dessa signaler i och för alstring av skillnadssignalen är uppenbara för fackmannen.

Storheten (IZR - IZF) kan omskrivas såsom I (ZR - ZÉ). I konventionella fjärrelän kan storheten ZF betraktas såsom en hindrande storhet, som hindrar aktivering av reläet. Normalt är, vid frånvaro av felförhållanden utmed den ledning som skyddas, storheten ZF relativt stor eftersom den innefattar ledningsimpedansen plus belast- ningsimpedansen. Om kvantiteten IZF går mot noll på grund av ett felförhållande i skyddsreläkretsen, såsom exempelvis öppning av säk- ringen 15, försvinner den bromsande eller hindrande storheten IZF.

I det antagna konventionella reläet pàlägges då storheten IZR obegrän- sad och kan förorsaka aktivering av reläet. I enlighet med föreligg- ande uppfinning kan förstärkningen av summeringsförstärkaren 30, vilken inställes av ett variabelt motstånd 32, och valet av kompo- nenter i den bipolära tröskelkretsen eller växelströmsnivådetektorn 34 utvåljas så, att det ej föreligger någon utsignal från den bipolära tröskelkretsen 34 på ledningen 44 förrän storheten IZR överskrider normala värden, eller med andra ord, eftersom ZR är fixt, förrän strömmen I överskrider normala belastningsströmvärden.

Vid drift i skyddade seriekondensatorkompenserade ledningar är det mycket önskvärt att kunna utlösa kretsbrytaren för fel som uppträder inom ledningen, exempelvis till vänster om punkten 17 på ledningen 11 i fig 2, och att diskriminera fel som uppträder på en intilliggande buss, exempelvis punkter till höger om punkten 17 på ledningen 11. Med andra ord är det önskvärt att undvika överräckvidd hos reläet (overreaching). Nyckelelementet är här den kapacitiva spänning, som kan benämnas IXC och som har ett maximivärde bestämt av genombrottspotentialen för gnistgapet 68, som är anslutet över den seriekompenserande kondensatorn 70. I fallet med en seriekonden- 78010149-3 11 satorkompenserad ledning blir skillnadsstorheten (IZR - V) lika med storheten (IZR - IZF), där ZF är en funktion av ledningsimpedansen och kondensatorns 70 kapacitiva reaktans, beroende på var på led- ningen felet uppträder. Om det antages att ett fel uppträder vid slutet av den ledning som skall skyddas, eller med andra ord vid punkten 17 utmed ledningen 11, blir storheten (IZR - IZF) lika med (IZR - IZL + IXC), vilket förenklas till (IXC), eftersom IZR och IZL tar ut varandra, förutsatt att IZR väljes lika med IZL. Eftersom det ej är önskvärt att reläet utlöser för fel som uppträder bortom den skyddade ledningen inställes växelströmsnivådetektorn eller den bipolära tröskelkretsen 34 så att den triggas av en spänning svarande mot maximivärdet av spänningen IXC, vilket är genombrottsspänningen för gnistgapet 68. Den bipolära tröskelkretsens 34 tröskelnivå, som är inställd med hjälp av det variabla motståndet 32 som inställer förstärkningen av förstärkaren 30 och även är bestämd av valet av diod- och/eller zenerdiodkomponenter i den bipolära tröskelkretsen 34, väljes företrädesvis lika med den maximalt tillåtna spänningen över kondensatorn 70. Den maximalt tillåtna spänningen över konden- satorn 70 är bestämd av gnistgapet 68. Dock inses av fackmannen att inställningen av nivàdetektorn eller den bipolära tröskelkretsen kan vara en funktion av den maximala spänningen över kondensatorn 70 och att denna inställning exempelvis kan uppgå till 95 % eller 105 % av den maximala spänningen över kondensatorn 70. Naturligtvis kan även andra procenttal eller funktioner av den maximala spänningen över kondensatorn 70 utnyttjas.

Det inses att det före tillkomsten av denna uppfinning icke var önskvärt att pålägga ett mycket snabbt direktutlösande fjärrelä på kompenserade ledningar, eftersom den erhållna impedansen av ett fel vid den borte bussen var en komplex storhet baserad på både stationära och transienta spänningar och strömmar. Fastän vissa från skyddsreläkretsen avlägsna fel, som dock är belägna inom den skyddade ledningssektionen, ej kan detekteras på grund av en viss inställning av tröskelnivån i skyddsreläkretsen innebär dock använd- ande av föreliggande uppfinning den fördelen att allvarliga närfel snabbt kan detekeras. Förmågan att snabbt detektera allvarliga närfel tagen i kombination med förmågan hos andra skyddsrelän att detektera ovan nämnda avlägsna fel är mycket viktig vad gäller bibehållande av systemets stabilitet.

Såsom nämnts ovan är den bipolära tröskelkretsen 34 före- trädesvis inställd för alstring av en utsignal endast när lednings-I 7801049-'3 12 spänningen överskrider det maximala värdet IXC, vilket är genombrotte- spänningen för gnistgapet 68 över kondensatorn 70. Detta betyder att fel bortom punkten 17 ej kommer att detekteras pà ledningen 11 i fig 2. storheten (lzR - v) blir l allmänhet (lzR - IzF 4 lxc), där ZF är ledningsimpedansen fram till felet. Storheten IXC kan vara noll om felet uppträder på reläsidan eller källsidan om kondensatorn 70.

Detta möjliggör utlösning för närfel då storheten (IZR - IZF) över- skrider tröskelkretsens inställning. Denna storhet kommer att över- skrida tröskelinställningen då allvarliga närfel uppträder.

Föreliggande uppfinning kan användas som en skyddsreläkrets som öppnar ledningskretsbrytaren mycket snabbt för närfel i och för förbättring av hela effektsystemets säkerhet. Föreliggande uppfinning möjliggör mycket snabb utlösning av kretsbrytaren genom att den till- låter inställning av den karaktäristiska timern för utlösning av kretsbrytaren vid detektering av korta koincidenstider, såsom exem- pelvis 60 elektriska grader snarare än 90 eller 120 elektriska grader.

Den nedre inställningen av den karaktäristiska timern möjliggöres på grund av nivådetektorn eller tröskeldetektorn, vilken förhindrar utlösning vid maximal belastningsström på den skyddade ledningen.

Utan nivå- eller tröskeldetektorn för förhindrande av aktivering under maximal belastningsström kan en tidsfördröjning på ungefär 5,5 milli- sekunder eller 120 elektriska grader introduceras i systemet. Genom möjliggörande av att timern kan inställas för detektering av koinci- dens under 6O elektriska grader kan tidsfördröjningen i skyddsrelä- kretsen reduceras från 5,5 millisekunder till 2,75 millisekunder.

Denna minskning i tidsfördröjningen kan vara en betydelsefull fördel vid förhindrande av instabilitet på grund av uppträdande av allvar- liga närfel, speciellt i de tillämpningar där man litar till "en- cykelsbrytare" för bibehållande av systemets stabilitet.

Funktionen av skyddsreläkretsen enligt föreliggande uppfin- ning och speciellt av reläkretsen enligt fig 3 förklaras nedan under hänvisning till fig 6, 7 och 8. Fig 8 är ett fasdiagram som visar typiska fasförhâllanden mellan felström IF, maximalt fördröjd belast- ningsström IL och den spänningspolariserande signalen VPOL för en luftledning för extra hög spänning (EHV). I ett fasdiagram är beloppet av en storhet representerad av längden av den linje som representerar storheten och fasförhållandet representerat av vinkeln mellan linjen och en given referenslinje, vilken vanligen är den horisontella linje som betecknas med noll i fig 8. Fasvinkeln för belastningsströmmen IL, som släpar efter VPOL med omkring 25 grader är ett typiskt exem- '7801019-'3 13 pel på förhållanden i sämsta möjliga fall; Ur fig 8 framgår att fas- vinkeln för ledningsströmmen I i det visade fallet skiftar vid uppträdande av ett felförhållande från eftersläpning i förhållande till spänningspolariseringssignalen VPOL med omkring 25 grader till eftersläpning med omkring 85 grader. Detta skift i fasvinkeln för strömmen orsakas av det väsentliga fallet i ledningsspänningen under ett felförhållande, vilket reducerar eller eliminerar effekten av shuntkapacitansen och belastningsimpedansen. Kopieimpedansen ZR väljes med en fasvinkel som ligger före VPOL med omkring 85 grader, varför vektorprodukten av IFZR är i huvudsak i fas med VPOL under ett felförhållande. Vektorprodukten av den normala belastningsström- men och kopieimpedansen (ILZR) är väsentligt ur fas med den spän- ningspolariserade signalen VPOL från den signalpolariserande behand- lingskretßen 56.

Effekterna av fasskiktet, valet av olika bipolära tröskel- nivåer hos den bipolära tröskelkretsen 34 och valet av minsta koin- cidensdetekteringstider för den karaktäristiska timern förklaras nedan under hänvisning till fig 6. Vågformerna i fig 6 visar speciell* ' det sätt på vilket ökande tröskelinställningar hos växelströmsnivå- detektorn eller den bipolära tröskelkretsen 34 alstrar en kortare koincidenspulsutsignal från OCH-grinden 52 för en förutbestämd skill- nadssignal (IZR - IZF) såsom insignal till den bipolära tröskelkret- sen 34. Vågformerna i fig 6 demonstrerar även det sätt på vilket koincidenskretsen förhindrar reläaktivering under förhållanden utan fel vid förlust av övervakningspotential, exempelvis förorsakad av att en säkring 15 är öppen eller trasig.

Fig 6(a) är den polariserande insignalen VPOL till OCH-kretsen 52. Fig 6(b) är skillnadssignalen (IZR - IZF) under ett felförhåll- ande, dvs med I = IF, med de bipolära tröskelnivåerna visade vid de streckade linjerna 100 och 102 vid nivåerna A och -A. Såsom fram- går av en jämförelse mellan fig 6(a) och 6(b) är skillnadssignalen (IVZR - IFZF) i fas med den spänningspolariserande signalen VPOL under ett felförhâllande. Fig 6(c) är koincidensutsignalen från OCH-kretsen 52, vars insignaler utgöres av den polariserande signalen VPOL enligt fig 6(a) och skillnadssignalen enligt fig 6(b) under ett felförhàllande (IFZR - IFZF) för spänningsvärden större än A och mindre än -A. Linjerna 104 är projektioner av stig- och fallpunkter för signalen VPOL som pâlägges OCH-grinden 52, vilka linjer är i förtydligande syfte inritade i fig 6(a) - 6(g).

Fig 6(d) visar storheten (ILZR - V) med V = 0 såsom under 78010149-3 14 normala ledningsförhållanden när övervakningsspänningen eller relä- spänningen blir noll på grund av exempelvis öppning eller sönder- bränning av säkringen 15. Det bör observeras att vågformen enligt fig 6(d) ligger före vågformen enligt fig 6(b) med ungefär 60 grader i enlighet med fig 8. Med andra ord, eftersom inget fel förekommer på ledningen släpar strömmen IL efter VPOL med ungefär 25 grader snarare än med ungefär 85 grader,vilket händer under ett felförhåll- ande. Det inses att de fasvinkelvärden som givits i fig 8 och illus- trerats i fig 6 är ungefärliga, typiska värden, och endast givits i illustrerande och konkretiserande syfte och sålunda ej är avsedda att begränsa uppfinningen. Den utsignal från OCH-kretsen 52 som resul- terar ur den polariserande insignalen VPOL enligt fig 6(a) och sig- nalen (ILZR) som alstras under normala ledningsströmförhållanden med en förlust av reläspänning såsom i fig 6(d) visas i fig 6(e). Eftersom storheten (ILZR) enligt fig 6(d) är ur fas med den spänningspolarise- rade signalen VPOL enligt fig 6(a) med ungefär 60 grader är utgångs- pulsen 1 enligt fig 6(e) väsentligt kortare än motsvarande puls enligt fig 6(c), fastän samma bipolära tröskelnivâer A och -A har använts.

Om exempelvis en karaktäristisk timer 60 inställts för alstring av en utsignal endast efter detektering av en minsta varaktighet för koincidensutsignalen från OCH-grinden 52, såsom visas av linjerna 106 i fig 6, skulle en utsignal alstras av den karaktäristiska timern 60 såsom gensvar på koincidenspulsen 1 enligt fig 6(c), men ej såsom gensvar på koincidenspulsen 1 enligt fig 6(e).

Koincidenstiden kan ytterligare förkortas för en förutbestämd skillnadssignal (IZR - IZF) genom ökning av inställningen förde bipolära tröskelnivåerna i den bipolära tröskelkretsen 34. Det inses att ökning av tröskelnivån i den bipolära tröskelkretsen innebär att det absoluta värdet för de positiva och negativa tröskelnivåerna ökas, eller med andra ord att den positiva tröskelnivån ökas och den negativa tröskelnivån göres mera negativ. Detta illustreras av streckade linjer 108 och 110, vilka svarar mot nivåerna B och -B i fig 6(d). Koincidensutsignalen från OCH-grinden 52 som härrör från de högre tröskelnivåinställningarna B och -B visas av de snedstreckade pulserna 3 och 4 i fig 6(e). De längre pulsvaraktigheterna visas även för_de lägre tröskelnivåerna A och -A. Det är uppenbart att varaktigheten av koincidensutsígnalerna kan minskas såsom gensvar på en ökning av fasskiktet i skillnadssignalen med avseende på den spänningspolariserande signalen VPOL och/eller genom ökning av den bipolära tröskelkretsen tröskelnivâ. Det är även uppenbart att alst- 7801M94: ringen eller en inhiberad alstring av en utsignal från den karaktäri- stiska timern 60 kan selektivt bestämmas genom inställning av de bipolära tröskelnivåerna och/eller genom val av varaktigheten för den insignal som krävs för att den karaktäristiska timern 60 skall alstra en utsignal för utlösning av styrkretsen 62.

Fig 6(f) visar skillnadssignalen (IZR - V) under felfria förhållanden, men med betydande belastningsström. I det visade exemp- let är denna signal väsentligt ur fas, ungefär 100 grader, med den spänningspolariserande signalen VPOL enligt fig 6(a). OCH-grindens 52 koincidensutsignal reagerar på en insignal VPOL enligt fig 6(a) och skillnadssignalen enligt fig 6(f) såsom visas i fig 6(g). Såsom i fallet enligt fig 6(e) är utsignalerna enligt fig 6(g) kortare vad gäller varaktighet än utsignalerna enligt fig 6(c). Varaktigheten för de snedstreckade areorna för utsignalpulserna 3 och 4 enligt fig 6(g) är kortare för den högre tröskelinställningen B och -B än för den lägre tröskelinställningen A och -A. Det framgår att de högre tröskelinställningarna för växelströmsnivådetektorn 34 kommer att förkorta koincidensperioderna, vilket möjliggör inställning av den karaktäristiska timern 60 för aktivering såsom gensvar på kortare koincidensperioder, varigenom den minsta tidsfördröjning som krävs för aktivering av reläet 66 reduceras.

Det inses att genom inställning av tröskelnivån för den bi- polära tröskelkretsen för förhindrande av aktivering när lednings- strömmen ej överskrider normala maximala belastningsströmvärden kan den karaktäristiska timern inställas för alstring av en utsignal när en koincidenssignal föreligger på dess ingång under en så kort tids- period som 60 elektriska grader. Detta ger mycket snabb detektering av närfel. Å andra sidan kan den karaktäristiska timern inställas för väsentligt längre koincidensperioder, såsom exempelvis 105 elekt- riska grader, för att säkerställa att skyddsreläet ej kommer att aktiveras vid normala belastningsströmvärden. Såsom visas i fig 6 och 8 är koincidensutsignalen förkortad för normala belastningsströmvärden på grund av att produkten ILZR är ur fas med VPOL. Skillnadssignalen skiftas väsentligen i fas med den spänningspolariserade signalen VPOL under ett felförhàllande.

I fig 7 visas en graf som kan anses summera driften av skydds- reläet enligt föreliggande uppfinning under förhållanden där timer- inställningen och nivådetektorinställningarna har koordinerats för möjliggörande av en känslighet för felströmmar på ungefär 2 gånger känsligheten för belastningsströmmen för närfel, eller med andra va01ou9-z 16 ord för fel som uppträder nära reläet. Förhållandena i fig 7 kan betraktas såsom typiska inställningar för nivådetektorn 34 och den karaktäristiska timern 60. Den normala maximala ledningsströmmen under maximala belastningsförhållande visas av den horisontella streckade linjen betecknad IL. Felströmmen IF och den felström som krävs för aktivering av utlösningsstyrkretsen 64 är ritade mot för- hållandet ZF/ZR, vilket är förhållandet mellan felimpedansen ZF och kopieimpedansen ZR, varvid detta förhållande ökar från noll till 1.

Det maximala förhållandet mellan felimpedansen och kopieimpedansen ZF / ZR, för vilket skyddsreläkretsen enligt föreliggande uppfinning kommer att reagera är markerat utmed grafens nedre axel. Skyddsrelä- kretsen enligt föreliggande uppfinning kommer att utlösa för värden av felströmmen IF till vänster om punkten markerad ZF/ZR MAX, men kommer ej att utlösa för värden av felströmmen IF till höger om punkten markerad ZF/ZR MAX.

Det inses att uppfinningen kan på många sätt varieras och modifieras utan att man därför avviker från uppfinningens grundtanke, vilken framgår av de bifogade patentkraven.

Claims (12)

7801049-3 17 pAïrNrKn/g

1. Skyddsreläkrets för åstadkommande av en kombination av fjärr- och överströmsreläfunktioner i och för reglering av ut- lösningsspolen i en kretsbrytare som skyddar en växelströmseffekt- överföringsledníng, k ä n n e t e c k n a d av ett skillnadskrets- organ (30, 32) för alstring av en skillnadssígnal som är propor- tionell motskillnaden mellan en signal som är proportionell mot en växelströmseffektledningsström multiplicerad med en förut- bestämd konstant referensimpedans (24) och en signal som är pro- portionell mot ledningsspänningen, en växelströmsnivådetektor (34), som reagerar på skillnadssignalen från skillnadskretsorganet i och för alstring av en utsignal när nämnda skillnadssignal över- skrider ett förutbestämt tröskclvärde, organ (56) för alstring av en spänningspolariserad signal ur en ledningsspänningssignal från nämda växelströmseffektöverföringsledning, koincidens- detektororgan (52) för alstring av en koincidensutsignal såsom gensvar på detektering av koincidens mellan utsignalen från nämnda växelströmsnivådetektor och den spänningspolariserade sig- nalen, ett koincidenskänsligt organ (60, 62) för mottagning av nämnda koincidensutsignal och för utlösning , i aktiverat till- stånd, av nämnda utlösningsspole såsom gensvar på en koincidens- utsignal med en förutbestämd minsta varaktighet, samt av att nämna skyddsreläkrets alstrar en koincidensutsígnal endastnär nämnda skillnadssignal överskrider nämnda förutbestämda tröskelvärde.

2. Skyddsreläkrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det koincidenskänsliga organet (60, 62) innefattar en karak- täristik timer (60), som alstrar en utsignal för utlösning av krets- brytarens utlösningsspole endastsåsom gensvar på en koincidens- utsignal från nämndakoincidensdetektororgan (52) med nämnda förut- bestämda minsta varaktighet.

3. Skyddsreläkrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den karaktäristiska timern (60) bibehåller sin utsignal under en förutbestämd tidsperiod när välutsignalen har alstrats.

4. Skyddsreläkrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda skyddade växelströmseffektöverföringsledning (11) inne- fattar seriekondensatorkompensation (68, 70) med en spännings- genomslagsanordning (68) ansluten över kondersatorn(70), varvid nivådetektorn (34) alstrar en utsignal när akillnadssignalen över- skrider ett förutbestämt värde, som är en funktion av den konden- satorspänning vid vilken genomslag inträffar i spänningsgenom- slagsanordningen (68)- 7801049-3 18

5. Skyddsreläkrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda skyddade växelströmsöverföringsledning (11) inne- fattar seriekondensatorkompensation med en spänningsgenomslags- anordning (68) ansluten över kondensatorn 70), varvid nivådetek- torn (34) alstrar en utsignal när nämnda skillnadssignal över- skrider ett värde svarande mot genomslagsanordningens genom- slagsspänning.

6. Skyddsreläkrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda skyddade växelströmseffektöverföringsledning (11) inne- fattar seriekondensatorkompensation med ett gnistgapsskydd (68) anslutet över kondensatorn (70), varvid växelströmsnivådetektorn (34) alstrar en utsignal när skillnadssignalen från skillnads- kretsen överskrider ett värde svarande mot gnistgapets genom- spänning.

7. Skyddereläkrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den karaktärisktiska timern (60) är inställd för detektering av koincidene med en varaktighet på mindre än 90 elektriska gra- der och att nämnda nivådetektor (34) är inställd för alstring av en utsignal endast för skillnadssignaler som överskrider ett värde svarande mot den normala belastningsströmmen multiplicerad med referensimpedansen (24).

8. Skyddsreläkrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att växelströmsnivådetektorn (34) innefattar ett flertal spännings- genomslagsanordningar anslutna 1 Serie,

9. Skyddsreläkrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att växelströmsnivådetektorn (34) innefattar åtminstone ett par motriktade, parallellkopplade dioder.

10. Skyddsreläkrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att koincidenedetektorn (52) innefattar en OCH-grind.

11. Skyddsreläkrets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att skillnadskreteorganet (30, 32) innefattar förstärkningsorgan.

12. Skyddsreläkrets enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningen av förstärkningsorganet i skillnadskrets- organet är inställbar (32). ANFÖRDA PUBLIKATIONER: