SE442694B - Sett att overvaka elektriska ledningar mot kortslutningar samt anordning for utforande av nemnda sett - Google Patents

Description

7811244-8 '2“ 10 15 20 25 30 35 dístansselektiv utlösning ske inom högst en periodvarak- tighet av de nätfrekventa differenssignalerna dvs. högst 20 ms efter uppträdandet av en påverkan resp. uppträdandet av ett fel. Man måste emellertid i allmänhet eftersträva en förkortning av kortslutningsövervakningens påverknings- tid dvs. nämnda högsta tidsintervall. I motsvarighet till detta är ändamålet med uppfinningen att åstadkomma en kort- slutningsövervakning med en högsta påverkningstid som är kortare än en periodtid av nät- resp. detekteringsfrekven- sen särskilt till hälften av en period av dessa frekvenser dvs. ned till exempelvis 10 ms.

Lösningen av denna uppgift framgår av de bifogade patent- kraven liksom det kännetecknande för uppfinningen.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare härnedan med hjälp av några utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l är ett vektordiagram över impedansreferensspänningar i det imaginära UX-UR spänningsplanet för ett fyrkantfor- migt distansskydd-utlösningsområde. ' Fig. 2 är ett vektordiagram_över differenssignaler som bil- dats av impedansreferensspänningarna enligt fig. l och en ledningsspänningssignal för ett läge av den sistnämnda inom utlösningsområdet.

Fig. 3 är ett vektordiagram motsvarande fig. 2 men för en ledningsspänningssignal utanför utlösningsområdet.

Fig. 4 är ett signal-tidsdiagram över en en gång förekom- mande sekvensdetektering för en ledningsspänningssignal utanför utlösningsområdet.

Fig. 5 är ett signaltidsdiagram motsvarande fig. 4 men för en ledningsspänningssignal inom utlösningsområdet.

Fig. 6 är ett signal-tidsdiagram för periodiskt efter va- randra följande sekvensdetekteringar.

Fig. 7 visar mät- och signalalstringsdelen i en anordning 3- 7811244-8 för selektivt skydd.

Fig. 8 visar ett kopplingsschema över en fasvinkelövervak- ningsanordning med engångsdetektering av sekvensen för anslut- ning till mätdelen enligt fig. 7 och Fig. 9 är ett kopplingsschema över en fasvinkelövervaknings- ningsanordning för flerfaldig sekvensdetektering.

Vektordiagrammet i fig. l visar ett fyrkantformigt ut- lösningsområde med hörnpunkterna l,2,5 och 4, varvid exempel- vis hörnpunkten l ligger i koordinatnollpunkten, medan de övriga hörnpunkterna är bestämda genom på vanligt sätt bildade impedans-avbildningsspänningar U2, U5 och U¿. Enligt fig. 2 bildas med hjälp av den genom mätning erhållna ledningsspän- níngssiglalen UK differenssignaler Ud2=U2- UK, Ud5= U; ~ UK och Ud4=U4 - UK samt även en differenssignal Udl=O-UK vilken sistnämnda motsvarar alltså den polvända ledningsspännings- signalen och utgör en ytterligare referenssignal som användes för övervakning av den relativa fasvinkeln mellan samtliga från spetsen av vektorn UK utgående vektorer och härigenom bestämmer koordinatnollpunkten som hörnpunkten 1. Differens- signalerna representerar ett specialfall av dotekteringssigna- lerna, vilka exempelvis på känt sätt kan härledas från refe- rens- eller ledningsimpedanserna med hjälp av ledningsström- men och ledningsspänningen.

Fig. 2 visar för ett läge av spetsen för vektorn UK inom utlösningsområdet, att i detta fall ingen av de relativa fas- vinklarna mellan i tid efter varandra följande detekterings- signaler överskrider gränsvärdet l80°. Detta uppstår först vid ett läge av spetsen för vektorn UK utanför utlösningsomrà- det såsom detta är antytt i fig. 5.

Fig. 4, rad a) visar de från de positiva ooh negativa halvvågorna av detekteringssignalerna Ud]-Udu härledda rek- tangelpulserna Bl- 4, vilka exempelvis har uppstått genom vanlig triggning. Baden b) visar de till nollgenomgångarna hörande, exempelvis genom differentiering erhållna första och andra övervakningssignalerna sul och SU2 av motsatt polaritet.

För denna position av spetsen för vektorn UK utanför utlös- ningaomrâdet (jämför Fig. 5) erhålles inom ett godtyekligt övervakningsintervall Tu av ungefär en halvperiods varaktighet en icke mer än en gång växlande övervakningssignalföljd.

LJ I; 7811244-8 Pig. 5, rad a) visar överlappningen av rektangelpulserna B1-B¿l_ för ett läge av spetsen för vektorn UK inom det genom de fyra detekteringssignalerna Udl-Udu bestämda utlösningsområdet.

Rad b) visar härtill den överlagrade följden av de genom diffe- rentiering av rektangelpulserna Bl~B4 erhållna första och and- ra övervakningssignalerna av motsatt polaritet. Man erhåller för godtyckliga tidslägen av övervakningsintervallet Tu inom detsamma olika men sammanlagt alltid minst två gånger växlande övervakningssignalföljder. För det i fig. 5 rad d) antydda tidsläget av Eu med begynnelsepunkten tO erhålles en övervak- ningssignalföljd SU2, SUlSU1,SU2 varvid växlingarna ligger mellan den första och den andra samt mellan den tredje och den fjärde inom Tu uppträdande övervakningssignalerna. Det avgöran- de är alltså endast de tillsammans inom övervakningsintervallet uppträdande antalet växlingarna. Vid ett övervakningsintervall med en varaktighet av en halvperiod och vid fyra detekterings- signaler resp. vid ett fyrkantformigt utlösningsområde hestår feldistanskriteriet i uppträdandet av minst två växlingar dvs. växling mellan efter varandra följande första och andra eller andra och första övervakningssignaler. Vid ett sådant utlös- ningsområde kan eventuellt även tre växlingar uppstå inom det halvperiodlånga övervakningsintervallet. Det lägsta antalet växlingar inom övervakningsområdet som bildar felkríteriet är i allmänhet bestämt genom antalet detekteringssígnaler resp. genom sidoantalet för utlösningsområdet i det komplexa impe- dansplanet. För komplicerade anordningar med utlösningsomràden som har fler än fyra sidor kan alltså även högre minimiantal växlingar uppträda som felkriterium.

Enligt fig. 5, rad b) utlöses exempelvis vid tidpunkten to ett enda övervakningsintervall Tu genom en felindikerande påverkan. Det beskrivna förfaringssättet kan emellertid även utföras i form av en löpande distansövervakning, varvid vid störningsfri drift samt även vid kortslutningar utanför ut- lösningsområdet felavståndskriteriet ej uppfylles. Detta för- faringssätt har fördelen av större driftssäkerhet hos skydds- anordningen, emedan de väsentliga kopplingsdelarna är aktiva även vid störningsfri drift och följaktligen lätt kan under- kastas en funktlonsövervakning.

Ett exempel på sistnämnda förfaringssätt visas i tig. 6 fiCf _; 'w 7811244-8 med fyra efter varandra följande vid tidpunkterna tl-ta star- tade övervakningsintervaller Tul-Tu4 såsom dessa är antydda på raderna a) - d) med de tillhörande och växlingarna bildan- de övervakningssignalerna SU1 och SU2. De växlande övervak- ningssignalerna uttages härvid från exempelvis en övervaknings- signalföljd enligt rad b) i fig. 5.

Härvid skall framhållas att dimensioneringen av över- vakningsintervallet i motsvarighet till en halvperiod hänför sig till detekteringssignalernasgföljdfrekvens och därigenom i allmänhet till skyddsföremålets nätfrekvens. Vid en nät- frekvens av femtio Hz skall alltså en varaktighet av TO/2 = lO ms hos övervakningsintervallet bilda grunden.

Vid en varaktighet av övervakningsintervallet som är kortare än en halvperiod uppträder ett gränsomràde av tids- signalanordningar, vilka påverkas vid ett kortslutningsläge inom utlösningsomràdet närmare bestämt i närheten av gränsen till detta område, varvid emellertid felavståndskriteriet ej blir uppfyllt. Sådana förhållanden skall alltså i allmänhet undvikas. Omvänt leder en varaktighet hos övervakningsinter- valler som är längre än en halvperiod till att i närheten av gränsen men ännu utanför utlösningsområdet belägna kortslut- ningar uppfyller felavståndskriteriet och framkallar en ut- lösning. I allmänhet kommer man därför att välja ett i för- hållande till halvperioden något större varaktighet för över- vakningsintervallet. lämpligen kommer en sådan längd av detta intervall i fråga som består av den exakta halvperioden TO/2 samt ett av detekteringsmekanismen och kopplingens tröghet beroende detekteringsintervall låt. I princip kan även en ännulängregàende förstoring av övervakningsintervallet ske, vilket frånsett den icke önskvärda förlängningen av påverk- ningstiden leder till en utvidgning av det faktiskt verksamma . utlösningsomràdet. Sàlänge skillnaden mellan övervaknings- intervallets varaktighet ooh halvperioden förblir ringa mot den sistnämnda varaktighet kan ovannämnda inställningar i bå- da riktningar vara tillátliga eller till och med önskvärda alltefter villkoren för användningsfallet och sålänge dessa in- ställningar är förenliga med uppgiften att minska skyddets påverkningstid under en period faller de under villkoret "varaktigheten av övervakningsintervallet är åtminstone till- \_'1 _>....a X fl 7311244-sv G nërmelsevis lika med en halvperiod“.

Den i fig. 7 visade mät- och signaleringsdelen i en anordning för selek.ivt skydd omfattar en till den här som exempel valda fasen R i ett trefasigt ledningssystem R,S,T ansluten ledningsspänning-mätvärdesupptagare CMR sant en även- ledes till fasen R ansluten ledningsström-mätvärdesupptagare ïïíkned till sina sekundirlindningar anslutna referensizfipedansei' Z9, Z; och ZÄ. Över dessa impedanser uppträder de redan nämnda availdningsspänningarna'U2 resp. Uš resp. U4 medan på utgången av UNR uppträner ledningsspänningssignalen UK. Differensïör- starkare D2, Dä, D4 är dels anslutna till utgången av UMR och 'dels till Z, resp. Z5 resp. Z4 och de alstrar således differens- eller detekteringssignalerna Ud, resp. Hd, resp. Udü på sina ' ~ » -_ -/ . utgångar. Över en invcrteringsxrets IV bildar dessutom UMB _ Nämnda detekteringssignaler omvandlas signalen Ud] = - ïl sedan över efterföljande triggerkretsar TE: - TR4 till rek- De till nollgenomgàngarna av detekteríngs- tangelpulser Bl - Ba. signalerna hörande övervakningssignalerna E31 och US, erhålles på utgångarna av efterföljande differentialkretsar dä - d¿ cïter vilka "ör ñterv\rkningsfri överlagring på hela övervak- :in5ssignal?äljden separeringsförstärkare 3 - Vfl är anslutna vid utgången 5. Üvervakníngsdelen för den relativa fasen för enkel se- kvcnsdetektering enligt fig. 3 är med sin ingång A ansluten till motsvarande utgång hos kopplingsdelen enligt Pig. ". Dess- utom lades en påverkan till ingången AR. Vidare är anordnad en efter utförd utlösning aktiverad âterställningsingàng R. Genom påverkan AB startas en monostabil vippa fiï, vars återställ- ningstid bestämmer övervakníngsintervallet Tu och för detta intervall frigör en OCH-grind GA för genomkoppling av övervak- ningssignalerna. De sistnämnda omställer nu - alltefter pola- riteten hos den inom övervakningsintervallet först uppträdande övervakningssignalen -'en av de två efterföljande bistabila víppkretsarna FF1 resp. FF, från återställt tillstånd till utställt tillstånd (för öåda vippkretsar betecknat med "l").

De differentierande och sammankopplade utgångarna från de bi- stabila víppkretsarna ger för varje omkoppling en rïknepuls till ett tillhörande räkneregister ZR1 resp. Zfiq. Efter att en utlösning har klarats genom återställningen Ü inkopplas \\__q 10 15 20 -1 7811244-8 ett första steg r hos båda räkneregister ZRI och ZR2. Den först omställda bistabila vippen inkopplar nu nästa steg "O" hos tillhörande räkneregister och för detta härigenom till utgångstillstàndet för räkning av växlingarna inom övervak- ningsintervallet, medan det andra räkneregistret dröjer med inkopplingen av steget r och kan ej längre vara verksam under intervallet. För varje polaritet av den först inom övervak- ningsintervallet uppträdande övervakníngssignalen är således ett av de tvâ räkneregistren verksamt.

Vid den första växlingen inkopplas steget "l" och vid den andra växlingen steget "2" i respektive räkneregister, vilket över en efterföljande EIJER~grind GO leder till akti- vering av utlösningen AS.

För en varaktig övervakning med efter varandra följande övervakningsintervaller av vilka vart och ett som exempelvis fig. 5, rad a) visar utlöses av den ena av de efter varandra följande positiva övervakníngssignalerna, är ett motsvarande antal kretsdelar enligt fig. 8 nödvändigt. Till utgången A av kopnlingsdelen enligt fig. 7 skall då anslutas en fördelar- koppling enligt fig. 9, som i huvudsak består av en genom de över en diod D selekterade positiva övervakningssignalerna framstegad ringräknare EZ, Varje utgång från de efter varandra aktiverade stegen hos den sistnämnda förbereder i motsvarande tidsföljd en tillhörande OCH-grind GA1 - GAÅ för genomkoppling av övervakningssignalerna från ingången A. En övervaknings- signal genomkopplas således i följd till endera av utgångarna AR1 - AR4 hos grindarna GAlg- GA4 där signalen utövar funk- tionen av en påverkan för den efterföljande kopplingsdelen enligt fig. 8. Dessutom är för var och en av dessa kopplinge- delar den ena av anslutningarna A1- 4 avsedd för tillföring av övervakningssignalerna. j Det är uppenbart att eventuellt även en lösning av an- nan typ kan användas för utlösning av de efter varandra följan- de övervakningsintervallen, exempelvis en lösning med jämn fördelning av utlösningstidpunkterna över en nätfrekvensperiod.

Claims (1)

1. 7811244-8 PATENTKRAV l. Sätt att övervaka elektriska ledningar mot kortslutningar, vilka uppträder inom ett bestämt avstånd från ett mätställe vid ledningen, varvid ledningsiasdetekteringssignaler, som är beroende av avståndet mellan mätstället och kortslutningsstäl- let, erhålles från ledningsströmmen och ledningsspänningen vid mätstället och varvid tkßmässigt omedelbart efter varandra föl- jande detekteringssignaler detekteras och deras relativa fas- vinklar jämföras med ett tröskelvärde av åtminstone tillnärmel- sevis 1800 för att alstra en triggersignal i händelse en kort- gslutning uppstår inom nämnda förutbestämda avstånd, k ä n n e t e c k n a t av att a) åtminstone tre referenssignaler bildas, vilka är propor- tionella mot spänningsfallet över en referensimpedans, var och en förorsakad av en strömsignal som påtrycks re- spektive referensimpedans, vilkatresignaler definierar ett polygonformigt utlösningsområde, b) från var och en av nämnda referenssignaler åstadkommes en detekteringssignal genom att bilda skillnaden mellan en motsvarande referenssignal och en ledningsspännings- signal, c) första och andra övervakningssignaler härleds från noll- genomgångarna av nämnda detekteringssignaler, varvid nämn- da första och andra övervakningssignal har positiv och negativ ändringshastighet och att d) övervakningssignalerna detekteras i följd för att alstra nämnda triggersignal, varvid triggersignalen härleds från åtminstone två gånger, omväxlande efter varandra följande *första och andra övervakningssignaler inom ett bestämt övervakningsintervall som har åtminstone tillnärmelsevis varaktigheten av en halv period av frekvensen hos nämnda detekteringssignal.

   2. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav att övervakningsintervallet som har en varaktighet av en halv period av detekteringssignalens frekvens plus varaktigheten av 7311244-8 f: en detekteringstid utnyttjas för följddetekteringen.

   3. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav att nämnda första och andra övervakningssignaler har motsatt polaritet, är lämpligen pulsformiga och här- leds från nollgenomgángarna av nämnda detekteringssignaler med positiva och negativa signaländringshastigheter.

   4. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav att nämnda första och andra övervakningssignal super- poneras för följddetektering för att alstra en övervaknings- signalföljd.

   5. Sätt enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t därav att nämnda övervakningsintervall igângsättes som följd av en felindikeringspåverkan.

   6. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e- t e c k n a t därav att ett flertal följddetekteringar var och en med ett övervakningsintervall triggas vid period- iskt efter varandra följande igångsättningstider.

   7. Anordning för utförande av sättet enligt något av före- gående krav och utformad såsom en selektiv skyddsanordning för elektriska ledningar, vid vilken för en ledningsfas samt under användande av ett flertal, med en ledningsström- signal påverkade och mot en hörnpunkt av ett polygonalt utlösningsomráde i impedansplanet svarande referensimpedan- ser, ett mot de senare svarande antal differensspänningar bildas ur ledningsströmmen och ledningsspänningen mellan en vid en referensimpedans utvunnen referensspänningssignal (U2-U4) och en ledningsspänningssignal (UK), och vid vilken den relativa fasvinkeln mellan i tiden på varandra följande differenssignaler (Ud2-Ud4) underkastas en gränsövervakning med ett gränsvärde på åtminstone approximativt 1800, k ä n n e t e c k n a d av att från differenssignalernas (Ud2-Ud4) nollgenomgángar med positiv respektive negativ signal- änårin9ShäSti9het är första respektive andra övervaknings- signaler (USl respektive US2) härledda och underkastade 7811244-8 ID en följdövervakning och att från uppträdandet av ett inom ett bestämt övervakningsintervall (Tu) av åtminstone till- närmelsevis en halvperiods varaktighet av differensfrek- vensen en åtminstone två gånger alternerande följd av första och andra övervakníngssignaler (SU1 SU2 SU1 eller SU2SU1SU2) är en utlösningssignal (AS), anordnad att härledas.

   8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k - n a d därav att för följdövervakningen (Tu) väljs ett övervakningsintervall (Tu) med en halvperiods varaktighet av differenssignalfrekvensen (Ro/2) utom en detekterings~ tid (At).

   9. Anordning enligt patentkrav 7 eller 8, k ä n n e - t e c k n a t därav att från nollgenomgångarna hos differenssignalerna (Ud1-Udg) med positiv och negativ signaländringshastighet kan härledas första och andra övervakningssignaler (USl US2) av motsatt polaritet och lämpligen av pulsform.

   19. Anordning enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e - t e c k n a d av att övervakningsintervallet (Tu) kan startas i beroende av en felindikerande påverkan (Ar). ll. Anordning enligt något av patentkraven 7-10, k ä n n e - t e c k n a d därav att ett flertal följdövervakningar med vardera ett övervakningsintevall (TUl-TU4) kan utlösas vid periodiskt efter varandra följande starttidpunkter(t1-t4).