Anordnung zur selektiven Erfassung von Störungen in Starkstromnetzen Es sind Anordnungen zur selektiven Erfassung von Störungen in Starkstromnetzen unter Verwen dung der Spannungsabfälle an der von der Störung betroffenen Leitungsschleife und an einer Nachbil dung mindestens eines Teiles der Leitungsschleife be kanntgeworden.
Bei ihnen werden während der ersten Halbwelle des Überstromes die Momentanwerte der Spannungsabfälle<I>u</I> an der Leitungsschleife und<I>Au</I> an der Nachbildung einem Vergleichssystem zuge führt, welches aus diesen Momentanwerten ein Ent- fernungs- und ein Richtungskriterium für die Lage der Störstelle bildet und das aus diesen beiden Kri terien die Entscheidung über die Auslösung des zu gehörigen Schalters trifft.
Bei gleichem Verhältnis von Widerstand zu In duktivität der gestörten Leitungsschleife (R/L) und der Nachbildung (r/p ist das Verhältnis des Span- nungsabfalles u längs der Leitungsschleife und des Spannungsabfalls<I>Au</I> an der Nachbildung, unabhän gig vom zeitlichen Verlauf des Stromes, in jedem Moment ein exaktes Entfernungskriterium. Die Mo- mentanwerimessung gibt somit auch bei stark verla gertem Kurzschlusstrom den richtigen Wert der Ent fernung bis zur Kurzschlusstelle wieder.
Leider ist es aber zunächst nicht möglich, die übereinstimmung des Verhältnisses von. Widerstand zur Induktivität zwi schen Leitungsschleife und Nachbildung für alle Stö rungsfälle zu gewährleisten. Bei einer Abweichung der Nachbildung von der Leitungsschleife treten Pol stellen auf, an denen der Quotient u/Au sehr grosse Werte annimmt, aber auch durch Null geht. Wird die Messung in einem ausreichenden zeitlichen Abstand von den Polstellen durchgeführt, so kann der Fehler auch dann in zulässigen Grenzen gehalten werden. Bei Doppelerdschluss muss z.
B. berücksichtigt wer- den, dass der Widerstand des Erdreiches je nach Bo denbeschaffenheit verschieden sein kann, was wieder um einen Einfluss auf den ohmschen Anteil der Lei tungsschleife hat.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der beschriebenen Art zur selektiven Erfassung von Störungen in Starkstromnetzen und bezweckt, den für eine genaue Entfernungsmessung erforderlichen zeitlichen Abstand von den Polstellen (Au = 0) mög lichst klein zu machen.
Sie ist dadurch gekennzeich net, dass Schaltmittel vorgesehen sind, die das Ver hältnis von Widerstand zu Induktivität der Nachbil dung (r/p nach Einsetzen des überstromes entspre chend dem Verhältnis von Widerstand zu Induktivität (R/L) der gestörten Leitungsschleife einstellen.
Dabei werden die Spannungsabfälle u an der Lei tungsschleife und Au' an der angepassten Nachbil dung einem Vergleichssystem zugeführt, das aus die sen Momentanwerten ein Entfernungs- und ein Rich- tungskriterium für die Lage der Störstelle bildet.
Die Anpassung der Nachbildung an die gestörte Leitungsschleife lässt sich in einem Ausführungsbei spiel der Erfindung wie folgt verwirklichen: Dem Stromkreis von Fig. 1 entspricht für ganz beliebigen zeitlichen Verlauf des Stromes i die Differentialglei chung.
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die sich auch wie folgt schreiben lässt
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Da bei Kurzschluss der Strom<I>i</I> der Spannung<I>u</I> immer nacheilt, sind die Grössen dildt und<B>1</B> im Zeit- punkt, da<I>u (t)</I> = 0 wird, wohl definiert. Es gilt dann die Beziehung
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Die Aussage von G1. (2) wird nachstehend an Hand von Fig. 2 erläutert.
Darin bedeutet<I>u (t)</I> die treibende Spannung an dem R -L-Kreis, die im Zeit punkt t* durch Null geht. i*, und i*. sind zwei Ströme, wie sie sich in dem Kreis der Fig. 1 für verschiedene Absolutwerte von R und L, jedoch bei gleichem Verhältnis R/L ergeben mögen.
Die Stromsteilheiten im Zeitpunkt t# sind durch die Tangenten T*1 und T*angedeutet. Man erkennt leicht, dass das Ver hältnis von Stromsteilheit zum Momentanwert des Stromes im Zeitpunkt t* unabhängig von der Grösse des Stromes und gemäss G1. (2) ein Mass für das Verhältnis R/L des Stromkreises ist. Ein Quotientenmesser, der die Grösse misst, gibt somit im Zeitpunkt, da u = 0 ist, das
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Verhält nis R/L der Leitungsschleife exakt wieder.
Auf Grund dieser Erkenntnis lässt sich eine Schaltung zur Anpassung der Nachbildung an die gestörte Lei tungsschleife entwickeln, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist.
Darin bedeuten 1 und 2 zwei Stationen, die durch die zweiphasige Leitung 3 miteinander verbunden sind, 4 ist ein an die Sammelschiene der Station 1 angeschlossener Spannungswandler, 5 ein Strom wandler, der in der Lage ist, auch grosse Überströme formgetreu zu übertragen. 6 und 7 die beiden räum lich um 90() versetzten Spulen eines Dreheisenquo- tientenmessers, dessen bewegliches System 8 als leich ter Eisenflügel ausgebildet ist.
Damit fest verbunden ist ein Kontaktdraht 9, der ein kleines Eisenplättchen 10 trägt. 11 sind kreisbogenförmige Pole eines Ma gnetsystems, über dem sich das Eisenplättchen 10 in ganz geringem Abstand bewegt. Mit 12 ist die als konstant angenommene Induktivität der Nachbildung bezeichnet, während 13 den potentiometerähnlichen Widerstand der Nachbildung mit dem Abgriff durch den Kontaktdraht 9 bedeutet.
Die Spule 6 des Dreh eisenquotientenmessers wird direkt vom Sekundär strom des Stromwandlers 5 durchflossen, die Spule 7 liegt unter Vorschaltung des hochohmigen Wider standes 14 an der vom Sekundärstrom durchflossenen Induktivität 15 ;
der Strom in der Spule 7 ist des halb der zeitlichen Ableitung des Sekundärstromes proportional. Der Dreheisenquotientenmesser 6, 7, 8 misst somit das Verhältnis seine Stellung ist also im Nulldurchgang der
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Schleifenspannung je weils ein Mass für das Verhältnis R/L der Leitungs schleife.
Zur Festhaltung dieses Messzeitpunktes dient der kleine Ringkern 16, der von dem über den ohmschen Widerstand 17 fliessenden Sekundärstrom des Span- nungswandlers 4 erregt wird. Im Augenblick, da die Spannung u und damit auch der über den Widerstand 17 fliessende Strom durch Null gehen, wird der Ring kern 16 ummagnetisiert und erzeugt in seiner Sekun därwicklung 18 einen Stromimpuls, durch den das Magnetsystem 11 erregt wird.
Dies hat zur Folge, dass das. Eisenplättchen 10 angezogen und damit der Kontaktdraht 9 auf das Potentiometer 13 gepresst wird. Der Quotientenmesser wird hierdurch für eine kurze Zeit blockiert. Das Potentiometer 13 soll dem Quotientenmesser nun so zugeordnet sein,
dass das Verhältnis des durch den Kontaktdraht 9 abgegriffe nen Widerstandswertes des Potentiometers zu der festen Induktivität 12 stets dem durch die Stellung des Quotientenmessers angegebenen Wert
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ent spricht. Damit stimmt dieses Verhältnis im Null durchgang der Spannung an der Leitungsschleife auch exakt mit dem Verhältnis R/L der Leitungsschleife überein.
Die Spannung tr an der Leitungsschleife und die von diesem Augenblick ab vorhandene angepasste Spannung<I>Au'</I> an der Nachbildung sind in Phase, und es kann daher beispielsweise mit Hilfe eines Vergleichssystems die selektive Abschaltung eingelei tet werden. Nach Abklingen des vom Ringkern 16 erzeugten Stromimpulses wird der Quotientenmesser wieder freigegeben und steht damit für die nächste Ausmessung zur Verfügung. Bei sehr kleiner Schleifenspannung cc erfolgt die Ummagnetisierung des Ringkerns 16 unter Umstän den verhältnismässig langsam.
Es kann daher zweck- mässig sein, zwischen dessen Sekundärwicklung 18 und der Erregerwicklung des Magnetsystems 11 einen geeigneten Verstärker 19, insbesondere einen Trans- i@tor-Kippverstärker, vorzusehen, der zugleich die Aufgabe übernimmt, den Erregerstrom ausreichend lange, z. B. während einer Halbwelle, aufrecht zu erhalten. Der Quotientenmesser selbst muss so aus geführt sein, dass er in der Lage ist, den Momentan werten von dildt und<I>i</I> verzögerungsfrei zu folgen. Dies lässt sich erreichen durch kräftige Magnetfelder und möglichst geringe Masse des beweglichen Sy stems. B.
Da im Störungsfalle der Strom in der ge störten Leitungsschleife fast ausnahmslos grösser als der Nennstrom ist, bestehen hinsichtlich einer kräfti gen Erregung des Quotientenmessers keine nennens werten Schwierigkeiten.
Zusammenfassend erkennt man, dass bei guter Abstimmung zwischen rll der Nachbildung und R/L der Leitungsschleife, wobei in R ein zusätzlicher Lichtbogen- oder Erdwiderstand mit enthalten ist, annähernd die gesamte Halbwelle zur Messung der Momentanwerte von u und Au zur Verfügung steht. Nur die unmittelbare zeitliche Umgebung von Au = 0 muss ausgeschlossen werden, da die Auswertung von ulAu .-;: 0/0 bzw. af <I>- c .
Au</I> --v <I>0 - 0</I> messtech- nisch kaum erfassbar ist.
Arrangement for the selective detection of disturbances in power networks There are arrangements for the selective detection of disturbances in power networks using the voltage drops on the line loop affected by the disturbance and on a replica of at least part of the line loop.
During the first half-wave of the overcurrent, the instantaneous values of the voltage drops <I> u </I> on the line loop and <I> Au </I> on the simulation are fed to a comparison system, which uses these instantaneous values to calculate a distance and forms a directional criterion for the location of the fault and which makes the decision on triggering the associated switch from these two criteria.
With the same ratio of resistance to inductivity of the disturbed line loop (R / L) and the replica (r / p, the ratio of the voltage drop u along the line loop and the voltage drop <I> Au </I> at the replica is independent Depending on the temporal course of the current, an exact distance criterion at every moment. The instantaneous warning measurement therefore gives the correct value of the distance to the short-circuit point even with a strongly displaced short-circuit current.
Unfortunately, it is not initially possible to determine the correspondence between. Resistance to inductance between line loop and simulation for all malfunctions. If the simulation deviates from the line loop, there are poles at which the quotient u / Au assumes very large values, but also goes through zero. If the measurement is carried out at a sufficient time interval from the poles, the error can then also be kept within permissible limits. In the event of a double earth fault,
For example, it should be taken into account that the resistance of the ground can differ depending on the nature of the ground, which in turn has an influence on the ohmic component of the line loop.
The invention relates to an arrangement of the type described for the selective detection of disturbances in power networks and aims to make the time required for an accurate distance measurement from the poles (Au = 0) as small as possible.
It is characterized by the fact that switching means are provided that set the ratio of resistance to inductance of the simulation (r / p after the onset of the overcurrent according to the ratio of resistance to inductance (R / L) of the disturbed line loop.
The voltage drops u on the line loop and Au 'on the adapted simulation are fed to a comparison system that uses these instantaneous values to form a distance and a direction criterion for the location of the fault.
The adaptation of the simulation to the disturbed line loop can be realized in an exemplary embodiment of the invention as follows: The circuit of FIG. 1 corresponds to the differential equation for any time course of the current i.
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which can also be written as follows
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Since the current <I> i </I> always lags the voltage <I> u </I> in the event of a short circuit, the quantities dildt and <B> 1 </B> are at the time when <I> u ( t) </I> = 0 is well defined. The relationship then applies
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The statement of eq. (2) is explained below with reference to FIG.
Here, <I> u (t) </I> means the driving voltage on the R -L circuit that goes through zero at time t *. i *, and i *. are two currents, as they may result in the circle of FIG. 1 for different absolute values of R and L, but with the same ratio R / L.
The steepnesses of the current at time t # are indicated by tangents T * 1 and T *. It is easy to see that the ratio of the current gradient to the instantaneous value of the current at time t * is independent of the magnitude of the current and according to G1. (2) is a measure of the R / L ratio of the circuit. A quotient meter that measures the size gives at the point in time when u = 0, that
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R / L ratio of the line loop exactly again.
On the basis of this knowledge, a circuit for adapting the simulation to the disturbed line loop can be developed, as shown in FIG. 3, for example.
1 and 2 mean two stations that are connected to one another by the two-phase line 3, 4 is a voltage converter connected to the busbar of station 1, 5 is a current converter that is able to transfer large overcurrents true to form. 6 and 7 the two coils, spatially offset by 90 (), of a moving iron quotient meter, the movable system 8 of which is designed as a light iron wing.
A contact wire 9, which carries a small iron plate 10, is firmly connected to it. 11 are circular-arc poles of a magnet system over which the iron plate 10 moves at a very small distance. The inductance of the replica, assumed to be constant, is designated by 12, while 13 denotes the potentiometer-like resistance of the replica with the tap by the contact wire 9.
The coil 6 of the rotary iron quotient meter is traversed directly by the secondary current of the current transformer 5, the coil 7 is upstream of the high-resistance counter stand 14 at the inductance 15 through which the secondary current flows;
the current in the coil 7 is proportional to the half of the time derivative of the secondary current. The moving iron quotient meter 6, 7, 8 thus measures the ratio, its position is in the zero crossing
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Loop voltage each Weil a measure of the R / L ratio of the line loop.
The small toroidal core 16, which is excited by the secondary current of the voltage converter 4 flowing via the ohmic resistor 17, is used to record this measurement time. At the moment when the voltage u and thus the current flowing through the resistor 17 go through zero, the ring core 16 is remagnetized and generates a current pulse in its secondary winding 18, by which the magnet system 11 is excited.
This has the consequence that the iron plate 10 is attracted and thus the contact wire 9 is pressed onto the potentiometer 13. The quotient meter is blocked for a short time. The potentiometer 13 should now be assigned to the quotient meter so that
that the ratio of the resistance value of the potentiometer tapped by the contact wire 9 to the fixed inductance 12 is always the value given by the position of the quotient meter
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corresponds. This means that this ratio at the zero crossing of the voltage on the line loop also corresponds exactly to the ratio R / L of the line loop.
The voltage tr on the line loop and the adapted voltage <I> Au '</I> present from this moment on on the simulation are in phase, and the selective shutdown can therefore be initiated with the aid of a comparison system, for example. After the current pulse generated by the toroidal core 16 has subsided, the quotient meter is released again and is thus available for the next measurement. If the loop voltage cc is very low, the magnetic reversal of the toroidal core 16 takes place relatively slowly under circumstances.
It can therefore be expedient to provide a suitable amplifier 19, in particular a transistor multivibrator amplifier, between its secondary winding 18 and the excitation winding of the magnet system 11, which at the same time assumes the task of supplying the excitation current for a sufficiently long time, e.g. B. during a half-wave to maintain. The quotient meter itself must be designed in such a way that it is able to follow the current values of dildt and <I> i </I> without delay. This can be achieved using strong magnetic fields and the lowest possible mass of the movable system. B.
Since, in the event of a fault, the current in the disturbed line loop is almost without exception greater than the nominal current, there are no significant difficulties with regard to a strong excitation of the quotient meter.
In summary, it can be seen that with good coordination between rll of the simulation and R / L of the line loop, where R includes an additional arc or earth resistance, almost the entire half-wave is available for measuring the instantaneous values of u and Au. Only the immediate temporal area of Au = 0 must be excluded, since the evaluation of ulAu .- ;: 0/0 or af <I> - c.
Au </I> --v <I> 0 - 0 </I> is barely detectable by measurement.