SE443478B - Sett och anordningar for att overvaka kortslutningen hos elektriska ledningar - Google Patents

Description

Kil y. .n f.) 'ffi 50 40 7803624-'1 '3 en godtycklig anordning av polygonsidorna resp. hörnpunkterna. lös- ningen av denna uppgift enligt uppfinningen är kännetecknad såsom det framgår av bifogade patentkrav.

De enligt uppfinningen anordnade referensimpedanserna, vilka be- stämmer utlösningskurvans hörnpunkter kan väljas fritt, varigenom den eftersträvade anpassningsförmàgan beträffande utlösningsomrâdet är given. Även önskade krökta kurvavsnitt kan approximeras genom ett lämp- ligt antal referensimpedanser. De för differenssignalbildningen använ- da impedansavbildningsspänningarna kan erhållas enkelt genom att pâ- trycka impedanserna en mot ledningsströmmen svarande strömsignal även- som själva de för fasvinkelövervakningen nödvändiga differenssignaler- na under utnyttjande av en ledningsspänningssígnal. Fasvinkelöver- vakningen ger sedan ett enkelt kriterium för kortslutningsställets läge innanför eller utanför zongränserna i motsvarighet till lednings- spänningsvisarens läge innanför eller utanför utlösningsomràdet, då vid ett läge inom utlösningsområdet icke någon av de relativa fas- vinklarna uppnår gränsvärdet l80°, medan utanför detta område en av dessa vinklar är större än 160°. En således en entydig distansselektiv utlösningssignal.

Uppfinningen förklaras närmare härnedan med hjälp av några ut- föringsexempel under hänvisning till bifogad ritning, på vilken fig. l är ett visardiagram över impedansavbildningsspänningarna i det imagi- nära UK- UR spänningsplanet för ett fyrkantformigt utlösningsomrâde med en hörnpunkt i koordinatnollpunkten, fig. la är ett visardiagram för differenssignalerna med ledningsspänningssignalen innanför utlös- ningsomràdet enligt fig. 1, fig lb är ett visardiagram motsvarande fig. la men för en ledningsspänningssignal utanför utlösningsomràdet, fig. 2 är ett schematiskt visardiagram för förhållandena vid ström- riktningsomkastning vid kortslutning, fig. 5 är ett visardiagram inne- fattande en från icke övervakade faser härledd ersättningsdifferens- signal, fig. 4 är ett vísardiagram enligt fig. 3 men för strömrikt- ningsomkastning vid kortslutning, fig. 5 är ett visardiagram med en ytterligare från icke övervakade faser härledd avbildningsspänning för att bilda en differenssignal med ledningsspänningssignalen, fig. 6 visar mätdelen i en mätanordning för kortslutningsavstånd vilken ar- betar enligt ovannämnda diagram, fig. 7 är kopplingsschemat över en fasvinkelövervakningsanordning med gränsvärdesövervakning för anslut- ning till mätdelen enligt fig. 6 och fig. 8 är ett signal-tidsschema för att förklara funktionen av kopplingarna enligt fig. 6 och 7.

Först kommer att förklaras kortslutningsövervakningens funktion med ledning av visardiagrammen. För detta ändamål visar fig. l ett jämförelse mellan gränsvärdena ger \Fl 15 ED UJ \J1 49 3 7803624-1 fyrkantformigt utlösningsområde med hörnpunkterna 1-4, varvid punk- terna 2, 5 och 4 är bestämda genom impedansavbildningsspänningar U-.

U , U4. Enligt fig. la bildas då med hjälp av den genom mätning er- qv hållna ledningsspänningssignalen UK differenssignalerna Ud,= tg - tf, Ud5= U5 - UK och Ud4= U4 - UK samt dessutom en referenssignal Ud1= -L? som användes för övervakning av den relativa fasvinkeln mellan samt- liga från visarens UK spets utgående visarna och bärigenom bestämmer koordinatnollpunkten som hörnpunkten l. Fig. la visar för det här an- tagna läget av visarspetsen UK inom det fyrkantiga utlösningsområdet l-2-5-4, att ingen av de relativa fasvinklarna mellan efter varandra följande differenssignaler resp. mellan den ytterligare referenssignale: Udl och de intilliggande differenssignalerna uppnår gränsvärdet l80°.

Detta sker först vid ett läge av visarspetsen UK vid gränsen av utlös- ningsområdet. Vid ett läge av visarspetsen UK utanför utlösningsområ- det enligt fig. lb är däremot den relativa fasvinkeln mellan Udz och Udg större än leon / Vid maskformiga ledningsnät, exempelvis vid parallella ledningar mellan två samlingsskenor kan genom en kortslutning med strömrikt- ningsomkastning resp. omkastning av energiflödets riktning vid ett mätställe felaktigt anges ett kortslutningsläge innanför zongränsen som är avsedd för skyddsanordningen tillhörande detta mätställe. Lotta är uteslutet vid föreliggande kortslutningsövervakning genom att man bildar de hörnpunkterna bestämmande avbildningsspänningarna som led- ningsström-spänningsfall över referensimpedanserna på det i fig. 2 visade sättet, då dessa avbildningsspänningar vid strömriktningens om- kastning vrider sin fas l80° och härigenom bestämmer det nu inverst anordnade utlösningsomràdet 1-2-5-4, inom vilket ej ligger den av strömriktningsomkastningen icke berörda visaren UK. För att mïjliç- göra jämförelse är utlösningsområdet för den ursprungliga strömrikt- ningen i fig. 2 antydd med streckad linje.

Vid kortslutningar mycket nära intill mätstället bryter lednings- spänningen samman nästan till noll, vilket motsvarar ett lika ringa belopp av visaren UK och gör utlösningen osäker inom koordinatnoll- punktens område. Däremot avháälper utföringsformen enligt fig. I den- na olägenhet, dà en ledningsspänningssignal U som avledes från c: annan fas i ett flerfasigt ledningssystem eller från flera sådana övriga faser genom lämplig signalblandning eller överlagring använde: som ersättnings-differenssignal eller ersättnings-referenssignal. i gämförelse med fig. la och fig. lb, exempelvis som ersättning för Udl. direkt i fasvinkelövervakningen. Etlösningsomràdet erhåller hfirigenom ett från koordinatnollpunkten på tillräckligt avstånd beläget gröns- roou QUALITY .J \N C) u! \J1 40 7803624-1 *' f3r'opp, då de övriga dvs. från den övervakade fasen skiljaktiga fa- serna endast berörs vid flerpoliga kortslutningar och följaktligen i många fall åstadkommer en tillräckligt hög mätspänning. Hed hänsyn till flerpoliga särskilt trepoliga kortslutningar kan så kallade minneskopplingar användas vilka approximativt fortsätter lednings- spänníngens förlopp före kcrtslutningens uppträdande för en viss tid och härigenom ger tillräckliga mätspänningar för att bilda Um. Även V y . .. _, . n .. . f. .o . 1 en sedan kortslutningsovervakning ar okanslig mot felutlçsning till d av strömriktningsomkastning så som det framgår av den i ig. W ade övergången från utlösningsområdet 1-2-5-4 till utlösningsom- et -2'-3'-4'genon fasomkastning av de motsvarande impedansavbild- ningsspänningarna.

En annan möjlighet att förflytta utlösningsgränsen från koordi- natnollpunkten består däri, att från ledningsspänningen för åtminstone den ena av faserna i ledningssystemet som skiljer sig från den över- vakade fasen avledes en spänningssignal U och en differenssignal Udl bildas med ledningsspänningssignalen Ufi för den övervakade fasen samt att man utnyttjar fasv' kelövervakningen. Den på detta sätt erhållna konfigurationen av utlösningsomràdet visas i fig. 5. Även här uppstår möjligheten att fortsätta ledningsspänningssignalerna hos de icke övervakade faserna för att bilda Ug med hänsyn till flerpoliga kort- slutningar.

Fasvinkelövervakningen sker lämpligen med en gränsvärdesöver- vakning av åtminstone tillnärmelsevis l80°. Härigenom erhålles en effektiv gräns för utlösningsområdet som bestäms genom räta linfier mellan hörnpunkterna. I princip kan emellertid fasvinkelövervakningen även ske med en gränsvärdesövervakníng för ett från l80° avvikande lämpligen högre gränsvärde. Härigenom erhåller man krökta gränslinje- avsnitt för utlösningsområdet mellan hörnpunkterna, vilket kan vara nyttigt för vissa ändamål.

Den i figurerna 6 och ? visade kopplingen för att utföra kort- slutningsövervakningar av nämnda slag omfattar en till den övervakade fasen R i ett trefasigt ledningssystem R,S,T ansluten ledningsspän- ningsavkännare UMR i form av en spänningstransformator samt en även- ledes till fasen R ansluten ledningsströmavkännare IM i form av en strömtransformator med tre sekundärlindningar, vilka vardera påtrycker en ledningsströmsignal till en referensimpedans Z2 resp. 25 resp. 24 såsom skenbara impedanser. Härigenom uppträder på dessa impedanser de redan nämnda impedansavbildningsspänningarna U2 resp. U5 resp. U4, medan på sekundärlindningen hos UHR direkt uppträder ledningsspän- ningssignalen Uk. Differentialförstärkarna D2 resp. D5 resp. D4 är 10 15 20 \}J C) 55 \_-'1 7803624-1 anslutna dels till UHR och dels till Z, resp. Z5 resp. Z4 och de ger på utgångarna A, resp. A5 resp. A4 de här ovan nämnda differenssigna- lerna Ud, resp. Udš resp. Udq. Över en inverteringskrets UV1 och en i förhållande till det visade läget motsatt ställd omkopplare 51 àstad-“ kommer dessutom UNR signalen Udl= -UK på utgången Al. Härigenom har man erhållit de för utföringsformen enligt figurerna 1, la och lb nödvändiga signalerna.

För modifikationerna enligt fig. 3 och fig. 5 föres omkopplaren S1 till det visade läget. Iedningsspänningsavkännarna UHS och UHT, vilka är anslutna till de enligt fig. 6 icke övervakade faserna S respektive T matar till potentiometrarna PS, PT inställbara spännings- signalkomponenter, vilka i en summeringsförstärkare SV överlagras på spänningssignalen Ug=kl. Us + kg. UT med vid PS och PT inställbara koefficienter kl och kg. Över en ytterligare differentialförstärkare Dl, som vid det visade kopplingsläget av en ytterligare omkopplare S3 leder signalen UK till dess subtraktionsingàng, bildas en differential- signal Ud1= UB - UK som är i beredskap vid A1 för användning vid fas- vinkelövervakningen. Genom att omställa S2 bortfaller subtraktionen av UK, så att U omedelbart införas i fasvinkelövervakningen. Iæd hjälp av en med streckad linje som alternativ antydd inverteringskrets IV? kan dessutom bildas som U en mot huvudspänningen mellan S och T svarande och i en fasvridningslänk Ph 90° förskjuten spänningssignal.

Slutligen kan man anordna oscillatorkopplingar SNS och Sfiï, vilka ut- nyttjar sekundärlindningarna i transformatorn som svängningsinduktan- ser och vilka såsom visas står i synkroniserande styrförbindelse med respektive fasspänningar (över primärlindningarna i transformatorn) för att upprätthålla spänningssignalen vid flerpolig kortslutning.

Den i fig. 7 visade fasvinkelövervakningskopplingen FU omfattar till utgângarna Al-A4 anslutna triggerkretsar TR1-TR4, vilka bildar de mot signalernas Udl-U4 positiva halvvàgor svarande rektangelpulser- na. De sistnämnda vidarebearbetas som binärsignaler. Samtliga rek- tangelpulser överlagras över en eller-grind GO, vars utgång åstadkommer signalen noll endast när ingen av rektangelpulserna påtryckes dvs. när en lucka uppträder i överlagningen av hela rektangelpulsserien. I detta fall omställes en i utgângstíllstånd över en ingång RS återställd bi- stabil ripa FFI på sådant sätt, att en efterföljande och-grind GC: spärras, medan denna förblir förberedd om ingen lucka skulle uppträda i rektangelpulsserien.

Till en ingång AR til förs en vid kortslutningsdetektering på vanligt sätt alstrad påverkningssignal som i beroende av visarspetsens U läge inom eller utanför utlösningsomrâdet skall genomkopplas till 1 O p Poor. QUALITY h) \.~: UI 'cf\ -rt/ 7803624-1 '° ltlësningsutgången AS respektive spärras. Detta val sker medelst en Éver en i ringa utsträckning fördröjd tidlänk Z? från AR förberedd *oh-grind GUI. En samtidigt påverkad monostabil krets HF med en åter- gångstid motsvarande en period av nätspänningen dvs. en period av seriefrekvensen hos rektangelpulsserien leder över en ytterligare vippkrets FF2 till spärrning av och-grinden Gïl och i motsvarighet till det förberedda tillståndet genom påverkan vid återställning av Iš'kopplar grinden tillbaka till utgången AS endast on när âtergšngs- tiden för EF avlöpt, ingen lucka har uppträtt i den överlagrade rek- tangelpulsserien. Dessutom påverkas den till GO anslutna dynamiska ingången av FF1 (i motsats till de visade ingângarna av IE”och F32) vid den negativa begynnelseflanken av en sådan lucka.

I fig. °, rad a) visas Everlagringen av rektangelpulsserien i motsvarignet till de positiva halvvàgorna Udl - U 4 för fallet då fas- vinkeln är lSO° mellan Ud4 och Udš. Detta är gränsfallet när visar- spetsen Uk ligger på utlösningsområdets gränslinje. Raden b) visar däremot en överlagring i motsvarighet till läget när UK ligger i ut- lïsfiingsomrâdet, ungefär enligt fig. la. Här uppträder icke någon ' lucka i äverlagringen, emedan ingen av de intill den relativa fas- vinkeln belägna signalerna resp. rektangelpulserna Udl - Ud4 uppnår l5G°. Vid en överlagring enligt rad o) i motsvarighet till ett läge där visarspetsen UK ligger utanför utlösningsonrâdet, uppträder däre- :tot en lucka, vars negativa begynnelseflank enligt fig. 7 spärrar en aktiveringssignal medan denna signal i fallen enligt raderna a) och b) onkopplas till utlösning efter att ett tidsintervall för en nätspän- ninesperiod har förflutit. Härigenom har man uppnått fasvinkelöver- vakningsfunktionen med kopplingen PC enligt fig. 7 samt även hela den distansselektiva kortslutningsövervakningen. I princip kan även an- vändas en fasvinkelövervakning eller en fasvinkeldetektering av annan vanlig typ. ä Det har visat sig dessutom, att varje fas i ledningssystemet kan övervakas med ett beträffande tidsmässiga funktionsförloppet enhetligt mätsystem. I motsats till kända anordningar vilka innefattar en kom- bination av flera i tiden parallellt arbetande mätsystem och kan utfïra kortslutningsvalet först när resultatsignalerna för samtliga mätsystem föreligger, har föreliggande övervakningssystem fördelen att det har större driftssäkerhet. Vid multipelsystem med eventuellt med olika hastighet arbetande delmätsystem kan nämligen i intervallet mellan färdigställandet av de olika delresultaten inträffa en förändring i ledningssystemets driftstillstànd, så att delresultaten som slutligen föreligger och som skall kombineras med varandra baseras på olika vill- kor och under vissa omständigheter är icke längre kompatibla med varand- ra- » _ a '\ á Innan g .r - 'f Y..- .'.- '\_'_' U__>_-__A__¿iT ¿ - 4 U2 - UA UV ß.

Log - Ud4 Udl U 1%- 4' R, S, T *æ-E., uns, v." IM Z2 - Z4 D2 - Du A2 " :v , IV, 1 _ bl, bo A 1 ES, PT SV 1- '~, A1, J -3 SW3, SE- J' LU TR1 - I¿2 GO F31, F32 RS "U1, G23 AT A5 ZT EF 'f' 7803624-1 lista Ever hänvisninqsbeteckningar Utlösníngsomrâdets hörnpunkter Impedansavbildningsspänningar Iedningsspänningssignal ifferenssignaler D Referenssignal Iedníngsspïnningss Hörnpunkter hos de. i .L 'l ONIEJ. inverterade utlösníngsomrš Faserna i ett trefassystem Iedningsspänningsavkännare Iedningssträmavkännare Referensímpedanser Dífferentíalförstärkare Utgångarna på D, - D4 Inverteringskretsar Omkopplare Utgång från S, Iotentionetrar Summeringsförstärkare Loeffícienter Cscillatorkopplingar Éasvinkelövervakningskrets -"\ .'~- \- .r¿Lbernretsar Eller-grind Bistabíla vippor Äterställningsíngång till Och-grindar hsåna Utlösningsutgång Éidlänk Pbnostabíl vippa Poozz QUALITY o, - -fi-w II' 1 -1 .L MC.,

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 _differenssignaler (Udz 7803624-1 i 8 Patentkrav

1. Sätt att övervaka kortslutningen hos elektriska led- ningar, varvid för en ledningsfas från ledningsström och led- ningsspänning bildas en utlösningssignal i beroende av av- ståndet mellan mätställe och kortslutningsställe, varvid ett flertal impedansavbildningar (U2-U4) åstadkommes vilkas förhållande till den rådande ledningsströmmen (I) motsvarar var och en av förutbestämda referensimpedanser (Z2-Z4) vad beträffar belopp och fas och varvid av de enskilda impedans- avbildningsspänningarna (U2-U4) och av en mot ledningsspänn- ingen svarande spänningssignal (ledningsspänningssignal UK) -Ud4) bildas och fasvinkeln mellan i tid efter varandra följande differenssignaler (Ud2-Ud4) under- kastas en gränsövervakning, k ä n n e t e c k n a t av att för ett flerfasigt ledningssystem härledes en spänningssignal (U ) från ledningsspänningen från åtminstone en av faserna (S,T) i ledningssystemet som skiljer sig från den övervakande fasen (R) och en differenssignal (Ud1) bildas mellan denna spänningssignal (Ug) och ledningsspänningssignalen (UK) för den övervakade fasen (R) samt användes vid fasvinkelöver- vakningen (figur 5).

2. Sätt att övervaka kortslutningen hos elektriska ledningar, varvid för en ledningsfas från ledningsström och ledningsspänning bildas en utlösningssignal i beroende av avståndet mellan mätställe och kortslutningsställe, varvid ett flertal impedansavbildningar (U2-U4) âstadkommes vilkas förhållande till den rådande ledningsströmmen (I) motsvarar var och en av förutbestämda referensimpedanser (Z2-Z4) vad beträffar belopp och fas och varvid de enskilda impedans- avbildningsspänningarna (U2-U4) och av en mot ledninsspän- ningen svarande spänningssignal (ledningsspänningssignal UK) differenssignaler (Ud2-Ud4) bildas och fasvinkeln mellan i tid efter varandra följande differenssignaler (Udz-Ud4) underkastas en gränsvärdesövervakning, k ä n n t e c k n a t av att för ett flerfasigt ledningsystem från ledningsspänningen av åtminstone en från den övervakande fasen (R) skilda faserna (S,T) i ledningssystemet härledes en spänningssignal (Ug) och utnyttjas i fasvinkelövervakningen (figur 3). 10 15 20 25 30 35 40 7805624-1

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att fasvinklarna mellan två i tid omedelbart efter varandra följande signaler som användes i fasvinkelövervakningen övervakas beträffande ett gränsvärde av åtminstone tillnär- melsevis 1800.

4. Anordning för utförande av sättet enligt krav 1, med mätvärdesavkännare för ledningströmmen och ledningsspän- ningen för var och en av faserna i ledningssystemet som skall övervakas samt med en kortslutningsavstånds-mätanordning för att distansselektivt alstra en utlösningssignal _ :sedd med ett flertal referensimpedanser (Z2-Z4), vilka är anslutna till en ledningsströmavkännare (IM), varvid spänningsfallet på vardera en referensimpedans tillsammans med utgången hos en ledningsspänningsavkännare(UMR) är ansluten t-ll en diffe- rensbildare (D2-D4) och varvid utgångarna från respektive differensbildare är anslutna till en fasvinkelövervaknings- anordning (PU), k ä n n e t e c k n a d av att för ett flerfasigt ledningssystem utgången för åtminstone en lednings- spänningsavkännare (UMS,UMT) hos en från den övervakade fasen avvikande fas i ledningssystemet tillsammans med en utgång hos ledningsspänningsavkännaren (UMR) i den övervakade fasen är ansluten till en ytterligare differensbildare (D1) och att utgången av denna differensbildare är ansluten till en ingång av fasvinkelövervakningsanordningen (PU).

5. Anordning för utförande av sättet enligt krav 2, med mätvärdesavkännare för ledningsströmmen och ledningsspänningen för var och en av faserna i ledningssystemet som skall över- vakas samt med en kortslutningsavstånds-mätanordning för att distansselektivt alstra en utlösningssignal försedd med ett flertal referensimpedanser (Zz-Z4), vilka är anslutna till en ledningsströmavkännare (IM), varvid spänningsfallet på vardera en referensimpedans tillsammans med utgången hos en lednings- spänningsavkännare (UMR) är ansluten till en differensbildare (D2-D4) och varvid utgångarna från respektive differensbild- are är anslutna till en fasvinkelövervakningsanordning (PU), k ä n n e t e c k n a d av att för ett flerfasigt lednings- system utgången av åtminstone en ledningsspänningsavkännare (UMS,UMT) hos en från den övervakade fasen avvikande fas i ledningssystemet är ansluten till en ingång av fasvinkelöver- vakningsanordningen (PU). 7803624-1 .O

6. Anordning enligt krav Ä eller 5, k ä n n e t e c k - n a d av att för åtminstone en från den övervakade fasen (R) avvikande fas till ledningsspänningens grundton avstämd oscillator (SWS, (S,T) i ledningssystemet är anordnad en SWT), som står i synkroniserande styrförbindelse med till- hörande ledningsspänning och står i kopplingsförbindelse med en tillhörande ledningsspänningsavkännare (UMS,UMT).