SE462244B - Elektrodlinjeskydd foer detektering av jordfel - Google Patents

Description

4Éâšårsškår4ett jordfel på elektrodlinjen risk för personskador och för skador på andra anläggningsdelar, t ex korrosionsskador. Det är därför av vikt att jordfel, även högohmiga jordfel, snabbt och effektivt kan detek- 126288 .

Det har föreslagits att använda ett differentialskydd för detektering av jordfel i en elektrodlinje. Vid ett sådant skydd mäts strömmen i elektrod- linjens båda ändar, och en uppträdande skillnad mellan de båda uppmätta strömmarna utgör en indikation på ett jordfel. Ett sådant skydd har dock flera nackdelar. Det kräver en kommunikationslänk mellan elektrodlinjens båda ändar och blir därför, speciellt vid långa elektrodlinjer, dyrt och inte helt tillförlitligt. Det har vidare visat sig svårt eller omöjligt att utforma ett sådant skydd så att det kan detektera högohmiga jordfel.

Ett skydd av detta slag reagerar inte heller på ett uppträdande jordfel i de fall då elektrodlinjen inte för någon ström, vilket normalt är fallet vid ostörd drift av en tvåpolig överföring. Även i detta fall, då alltså ingen likström flyter genom elektrodlinjen, kan övertonsströmmar ge upphov till farliga spänningar på linjen.

Det har vidare föreslagits att detektera jordfel på en elektrodlinje genom att vid strömriktarstationen injicera en växelströms- eller växel- spänningssignal av förutbestämd frekvens på linjen. I linjens båda ändar anordnas då spärrfilter, vilka är avstämda till injektionsfrekvensen. Ett impedansmätdon anordnas att mäta elektrodlinjens impedans i inmatnings- punkten gentemot jord vid injektionsfrekvensen. En ändring i den sålunda uppmätta impedansen utgör en indikation på ett jordfel. Denna metod fun- gerar väl vid korta elektrodlinjer men uppvisar nackdelar vid långa elektrodlinjer. Mätfrekvensen måste nämligen väljas så låg att stående vågor på elektrodlinjen undvikes, vilket innebär att linjens längd måste understiga en fjärdedels våglängd vid den aktuella frekvensen. Vid långa elektrodlinjer måste av detta skäl en så låg frekvens väljas att mätningen riskerar att störas av nätfrekvensen eller av dennas lägsta övertoner.

Vidare blir vid dessa låga frekvenser de i elektrodlinjens båda ändar anordnade spärrfiltren, vilka måste vara dimensionerade för maximalt upp- trädande elektrodlinjeström, mycket stora och dyrbara.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma ett elektrodlinjeskydd av inledningsvis angivet slag, vid vilket även vid långa elektrodlinjer en hög mätfrekvens 3 kan användas och därmed spärrfiltrens dimensioner och kostnad krååâigt šàn nedbringas samt risken för störningar av nätfrekvensen eller dess över- toner kraftigt reduceras.

Vid ett elektrodlinjeskydd enligt uppfinningen är för undvikande av stående vågor i elektrodlinjen spärrfiltret i den relativt inmatnings- punkten bortre änden hos elektrodlinjen försett med resistiva organ med sådan resistans att filtret är anpassat till elektrodlinjens vågimpedans.

Härigenom undvikes att mätsignalen reflekteras i elektrodlinjens bortre ände varigenom uppkomsten av stående vågor på linjen förhindras. Mät- frekvensen kan därför även vid långa elektrodlinjer väljas hög, vilket ger de nyss nämnda fördelarna. Det har visat sig att vid ett elektrodlinje- skydd enligt uppfinningen vid en lång elektrodlinje mätfrekvensen kan väljas tjugo till fyrtio gånger så hög som tidigare varit möjligt. Denna kraftiga höjning av mätfrekvensen ger en motsvarande reduktion av dimen- sionerna hos spärrfiltrens reaktiva komponenter och därmed av deras kost- nad. Vidare reduceras som nämnts kraftigt risken för störningar av mät- ningen från nätfrekvensen eller dess övertoner, vilket vid långa elektrod- linjer ger en väsentligt säkrare och mera selektiv jordfelsdetektering än vad som tidigare varit möjligt.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-4. Figur 1 visar en med ett elektrodlinjeskydd enligt uppfin- ningen försedd strömriktarstation. Figur 2 visar principen för den vid skyddet enligt figur 1 använda impedansmätningen. Figur 3a och figur Sb visar alternativa utföringsformer av det i elektrodlinjens bortre ände anordnade spärrfiltret. Figur Ä visar ett alternativt utförande av de i elektrodlinjeskyddet ingående detekteringsorganen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar en strömriktarstation 1 vid en tvåpolig likströmsöverföring.

Stationen har två seriekopplade strömriktare 2 och 3. Strömriktarna är anslutna till överföringens båda likströmsledningar 5 och 6. Strömriktar- nas hopkopplingspunkt är via en elektrodlinje 7 ansluten till ett jordtag 8. I elektrodlinjens båda ändar är spärrfilter 9 och 10 anordnade. Spärr- filtret 9 utgörs av en parallellresonanskrets med en induktor 12 och ett 4-62 244 kondensatorbatteri 11. Spärrfiltret 10 utgörs på samma sätt av en parallellresonanskrets med ett kondensatorbatteri 13 och en induktor 15.

Filtret 10 innehåller vidare ett parallellt med filtrets kapacitiva och induktiva grenar anslutet motstånd 14 för anpassning av filtrets impedans.

Resistansen hos motståndet 14 är så vald att den överensstämmer med elektrodlinjens 7 vågimpedans. Den senare är typiskt av storleksordningen 300-400 ohm, och resistansen hos motståndet 14 väljes därför lämpligen till ett värde lika med linjens vàgimpedans. Genom denna anpassning av filtret 10 till vàgimpedansen hos linjen undviks att den använda mätsigna- len reflekteras i filtret varigenom som ovan nämnts stående vågor på elektrodlinjen undvikes och höga mätfrekvenser kan användas även vid långa elektrodlinjer.

Anpassningen av spärrfiltret 10 till linjens vågimpedans behöver icke vara exakt, utan de ovan angivna fördelarna erhålles, om än i reducerad grad, även om filtrets impedans vid mätfrekvensen avviker från linjens våg- impedans. Det har dock visat sig att filtrets impedans vid mätfrekvensen företrädesvis inte bör avvika med mer än en faktor 2 från linjens våg- impedans, dvs att resistansen hos motståndet 14 företrädesvis bör ligga mellan halva vågimpedansen och dubbla vågimpedansen.

Mätfrekvensen väljs så att den inte sammanfaller med någon av de i ström- riktarstationen genererade övertonerna. Ett typiskt värde på mätfrekvensen kan vara 800-1000 Hz, men såväl högre som lägre frekvenser är tänkbara.

I strömriktarstationen 1 är en växelspänningsgenerator 19 anordnad, vilken alstrar en växelspänning med den valda mätfrekvensen. Generatorn 19 kan utgöras av en oscillator som styr en effektförstärkare. Generatorns ut- spänning tillförs elektrodlinjen i inmatningspunkten P via ett serie- resonansfilter 16, vilket innefattar en induktor 18 och ett kondensator- batteri 17. Seriefiltret 16 är avstämt till mätfrekvensen. Generatorspän- ningen u avkännes och tillföres ett impedansmätdon 21. Med hjälp av ett mätdon 20 avkännes också den från generatorn till linjen flytande ström- men, och en mätsignal i motsvarande momentanvärdet hos denna ström till- förs också impedansmätdonet 21.

Impedansmätdonet kan utgöras av ett i och för sig känt impedansrelä eller av en annan digital eller analog beräkningskrets med motsvarande funktion.

Mätdonet bildar den komplexa impedansen Z genom vektoriell division av den U! 5 462 2! I 'fi spänningsvektor U som motsvarar generatorspänningen med den strömvektor I som motsvarar den från generatorn till linjen flytande strömmen, dvs Z = U/I = R + jX där R är impedansens reella del och X är dess imaginära del. Den sålunda uppmätta komplexa impedansen hos elektrodlinjen jämförs med ett för- inställt värde som motsvarar den impedans elektrodlinjen har i felfritt tillstånd. Denna jämförelse kan exempelvis göras enligt den i figur 2 visade principen. En viss impedans utgörs av en punkt i det i figur 2 visade fasplanet. Linjens impedans i felfritt tillstånd betecknas med punkten Zl. Mätanordningens funktionskarakteristik utgörs av en cirkel med radien RO och med centrum i Zl. Mätdonet ger funktion, dvs indikerar jord- fel, om den uppmätta impedansen Z faller utanför den nämnda cirkeln A. En indikering av jordfel erhålles alltså om följande villkor är uppfyllt IZ - Zll > RO I figur 2 har två exempel på uppmätta impedanser visats. Vid det uppmätta impedansvärdet Z2 erhålles ingen indikation av jordfel medan jordfel indi- keras vid det uppmätta impedansvärdet Z3. Vid funktion avger impedans- mätdonet 21 en indikeringssignal f till strömriktarstationens styr- och kontrollutrustning 4. Indikeringssignalen kan användas för att ge larm eller för att åstadkomma momentan eller fördröjd automatisk avstängning av stationen, eller för en kombination av dessa åtgärder.

I figur 3a och figur Sb visas två alternativa exempel på anordnandet av det motstånd som används för att anpassa spärrfiltret 10 till elektrod- linjens vàgimpedans. I figur 3a är det med l4a betecknade motståndet inkopplat i serie med filtrets kondensatorbatteri 13, vilken placering har visat sig fördelaktig i praktiken. Som visas i figur 3b kan motståndet, betecknat med l4b, alternativt anordnas i serie med filtrets induktor 15.

För att erhålla anpassning av filtret till linjens vågimpedans bör på känt sätt vid de i figur àa och Bb visade utföringsformerna resistansen R hos motstånden lfla resp lüb väljas enligt uttrycket R = zo/Qz där Z0 är linjens vågimpedans och Q är filtrets godhetstal. 462 244 Figur 4 visar en alternativ utformning av impedansmätdonet. Generatorn 19 är ansluten till elektrodlinjens 7 anslutningspunkt P via serieresonans- filtret 16 och ett motstånd 22. Mellan generatorns utgàngsklämma och jord är vidare en seriekrets bestående av ett motstånd 23 och en variabel kon- densator 24 anordnad. En spänningsdetektor 25 är ansluten mellan å ena sidan hopkopplingspunkten mellan seriekretsen 16 och motståndet 22 och å andra sidan hopkopplingspunkten mellan motståndet 23 och kondensatorn 24.

Motstånden 22 och 23, elektrodlinjeimpedansen och kapacitansen hos konden- satorn 24 bildar tillsammans en mätbrygga. Vid felfritt tillstånd hos elektrodlinjen injusteras kretsen med hjälp av kondensatorn 24 så att den av detektorn 25 avkända spänningen är noll eller nära noll. Vid jordfel hos elektrodlinjen kommer dennas impedans att ändras, en spänning upp- träder över och avkänns av spänningsdetektorn 25, vilken därvid om den avkända spänningen överstiger en förutbestämd nivå avger en indikerings- signal f till strömriktarstationens kontrollutrustning. f: il..

Claims (4)

462 244 PATENTKRAV

1. Elektrodlinjeskydd för detektering av jordfel hos elektrodlinjen vid en med en elektrodlinje (7) försedd strömriktarstation (1) för kraftöver- föring med hjälp av högspänd likström, vilket skydd innefattar a) organ (19, 16) anordnade att i en inmatningspunkt (P) vid elektrod- linjens ena ände tillföra elektrodlinjen en växelspännings- eller växelströmssignal med förutbestämd frekvens, b) till nämnda frekvens avstämda spärrfilter (9,10) vid elektrodlinjens båda ändar, samt c) organ (21) för bestämning av elektrodlinjens impedans i inmatnings- punkten gentemot jord vid nämnda frekvens, k ä n n e t e c k n a t därav, att för undvikande av stående vågor i elektrodlinjen spärrfiltret (10) i den relativt inmatningspunkten bortre änden hos elektrodlinjen är försett med resistiva organ (14) med sådan resistans att filtret är anpassat till elektrodlinjens vågimpedans.

2. Elektrodlinjeskydd enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de resistiva organens (14) resistanser är så valda att filtrets impedans vid nämnda frekvens avviker från elektrodlinjens vågimpedans med högst en faktor 2.

3. Elektrodlinjeskydd enligt något av föregående patentkrav vid vilket det i elektrodlinjens bortre ände anordnade spärrfiltret (10) utgörs av en parallellresonanskrets med en induktiv gren (15) och en kapacitiv gren (13), k ä n n e t e|c k n a t därav, att de resistiva organen innefattar ett i endera av nämnda grenar anordnat motstånd (14a, 14b).

4. Elektrodlinjeskydd enligt något av patentkrav 1 och 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att de resistiva organen utgörs av ett parallellt med spärrfiltret anslutet motstånd (14).