CH662909A5 - Einrichtung zum messen der impedanz in einer schutzschaltungsanordnung fuer elektrische starkstromleitungen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine aus der SE-PS 356 407 und der CH-PS 575 673 bekannte Einrichtung der im Oberbgriff des Anspruchs 1 genannten Art weist unter anderem den Nachteil auf, dass eine Störung in den Eingangssignalen unmittelbar zum Ausgang gelangen und eine nichtselektive Auslösung verursachen kann. Ferner ist bei der bekannten Einrichtung die Bestimmung von Widerstand und Reaktanz in separaten Kreisen bei verschiedenen Messvorgängen mit einem grossen Aufwand an Schaltelementen zur Ableitung und Koordinierung der betreffenden Funktion erforderlich.

Werden zum Reduzieren der Einwirkung der genannten Störungen Phasenkomparatoren integrierender Art verwendet, dann wird dadurch die Ansprech-Charakteristik derart beein-flusst, dass hohe Ansprüche an die Genauigkeit der zeitbestimmenden Komponenten erforderlich sind. Ausserdem werden durch die integrierten Funktionen die Ansprechzeiten bei verzerrten Messsignalen stark erhöht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemässe Einrichtung weist den Vorteil auf, dass von einem Dreiphasensystem der Starkstromleitung ohne komplizierte phasenverdrehte Glieder Signale ableitbar sind. Als weiterer Vorteil ist eine sehr flexible und genaue Einstellung der Ansprechwerte leicht möglich, indem auf einfache Weise der Widerstand und die Reaktanz in einer Modellimpedanz verändert werden, die in bekannter Weise den Stromkreisen zugeordnet ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung einer Schaltlogik als impedanzmessende Anordnung,

Fig. 2 eine Anordnung als Variante zur Ausführungsform nach der Fig. 1,

Fig. 3 ein Zeigerdiagramm, aus dem der aktive Impedanzbereich für die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung bei einem inneren Fehler ersichtlich ist,

Fig. 4 an den in der Fig. 1 mit eingekreisten Zahlen bezeichneten Stellen auftretende Signalformen bei einem inneren Fehler gemäss Fig. 3,

Fig. 5 ein in der gleichen Art wie in der Fig. 3 dargestelltes Zeigerdiagramm für die Ansprechcharakteristik einer impedanzmessenden Anordnung bei einem äusseren Fehler,

Fig. 6 Signalformen bei einem äusseren, davorliegenden Fehler gemäss Fig. 5,

Fig. 7 ein Diagramm entsprechend der Fig. 6, wobei jedoch Störungen die nachstehend definierte Grösse Uk beeinflussen, wobei aus Fig. 7 ferner hervorgeht, dass Störungen in einem fehlerhaften Ausgangssignal resultieren können, wenn die in der Fig. 1 dargestellte Schaltlogik vereinfacht wird, indem die Verzögerungszeiten ti und t3 gleich Null angenommen werden, Fig. 8 in einem Diagramm dargestellte Signalformen wie in der Fig. 7, jedoch mit geeigneten Werten für ti und t3, so dass die Gefahr einer durch die vorgenannten Störungen verursachten Fehlfunktion beseitigt ist und

Fig. 9 ein Schaltungsbeispiel für eine Modellimpedanz. In Fig. 3 wird das Verhältnis zwischen verschiedenen Wechselstromgrössen gezeigt, welche für die Funktion der in Fig. 1 gezeigten Anordnung massgebend sind, wobei die Bedeutung der Buchstabensymbole aus der nachstehenden Aufstellung hervorgeht:

I betrifft den Strom in einer Fehlerschleife U betrifft die Spannung der Fehlerschleife

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Up betrifft eine Spannung zur Richtungsumstimmung. dieselbe ist so gewählt, dass sie normalerweise relativ zu U um -90° phasenverdreht ist. Wenn U beispielsweise eine Pha-^ senspannung in einem Drehstromnetz ist, so erhält man Up als Differenz zwischen zwei der übrigen Phasenspannungen.

IZfc betrifft den Spannungsabfall über einer inden Stromkreis eingelegten Modellimpedanz, Zk = R + jX, die betreffend Widerstand und Reaktanz variierbar ist, so dass der ange-

strebte Schutzbereich eingestellt werden kann.

IR betrifft den resistiven Teil IZk.

IX betrifft einen reaktiven Teil von IZk, wobei IX 90° vor I _ und IR liegt.

Uk betrifft die kompensierte Messspannung, d.h. den Unterschied zwischen der Spannung der Fehlerschleife und dem Spannungsabfall über der Modellimpedanz. Uk = U - IZk.

Wechselstromgrössen entsprechend I, U und Up erhält man direkt vom Starkstromnetz über Zwischentransformatoren, und dieselben werden, genau wie die abgeleiteten Wechselstromgrössen IX und Uk, Begrenzungsgliedern, meistens in Form von Operationsverstärkern zugeführt, wobei diese Grössen in entsprechende, nur Polaritätsinformation enthaltende Signale umgewandelt werden, während die logischen Niveaus «0» und «1» ihrer jeweiligen Polarität entsprechen. Die Signale die in Fig. 1 mit Parenthesen angedeutet sind, welche die entsprechenden Wechselstromgrössen enthalten, werden jeweils einem der Eingänge (T), (2), (3), (4) der in Fig. 1 gezeigten Schaltlogik zugeführt, die zusammen mit den vorgenannten, in der Zeichnung nicht gezeigten Begrenzungsgliedern eine Phasenkomparatoran-ordnung ausmacht.

In Fig. 1 bezeichnen 21 und 21' zwei UND-Glieder, von denen jedes mit zwei Eingängen versehen ist, von denen der eine eine negierende Funktion hat. Den Eingängen wird das Signal (I) und (Uk) zugeführt. Die Ausgänge der beiden UND-Glieder 21 und 21' sind über ihr jeweiliges Verzögerungselement, 22 bzw. 22', an einen Eingang eines jeweils mit vier Eingängen versehenen UND-Gliedes 23 bzw. 23' angeschlossen. Jedes der Verzögerungselemente 22 und 22' ist mit einer Verzögerung ti, wenn das Signal von 0 zu 1 übergeht sowie mit einer Verzögerung t2 ausgeführt, wenn das Signal von 1 zu 0 übergeht. Signale mit kürzerer Dauer als ti werden nicht hindurchgelassen. Die Verzögerung tj wird grösser als die Dauer der Störungen gewählt, die eventuell vorkommen können. Zweckmässigerweise wird ti grösser als T/6, jedoch kleiner als T/4_gewählt, wo T die Periodendauer der Eingangssignale (I), (IX), (Up), (Uk) der Schaltlogik ist. Die Verzögerung tz wird vorzugsweise erheblich kürzer als ti gewählt. Durch die Verzögerung t2 erhält man ein Grenzmass für eine Fehlerfunktion aufgrund einer Streuung durch Gliederverzögerungen.

Die UND-Glieder 23 und 23' sind an die Signal-Eingänge (T), (2), (3) der Schaltlogik sowie an die Ausgänge (5) bzw.

8 der Verzögerungselemente 22 und 22' angeschlossen. Von den Eingängen, die nicht an irgendein Verzögerungselement angeschlossen sind, ist nur der Eingang für das Signal (IX) am Glied 23 negiert, während die übrigen am Glied 23' negiert sind. Die Ausgänge 6 und 9 der UND-Glieder 23 und 23' sind an den einen Eingang jeweils eines mit zwei Eingängen versehenen ODER-Gliedes 24 bzw. 24' angeschlossen. Deren Ausgänge sind jeweils an den einen Eingang entsprechender, mit zwei Eingängen versehener UND-Glieder 25 und 25' angeschlossen, denen auch das Signal (Uk) an ihrem jeweiligen Eingang zugeführt wird. Die Ausgänge der Glieder 25 und 25' sind an den einen Eingang jedes der davorliegenden ODER-Glieder 24 und 24' sowie jeweils an einen Eingang eines ODER-Gliedes 26 angeschlossen. Dessen Ausgang ist an die Eingangsseite eines Verzögerungselementes 27 angeschlossen, dessen Ausgang auch den Ausgang der in Fig. 1 gezeigten Schaltlogik ausmacht. Das Verzögerungselement 27 gibt eine Einschaltverzögerung t3, was bedeutet, dass ein an die Messeinrichtung angeschlossener Schalter nur dann ein Unterbrechungssignal erhält, wenn das aktivierende Ausgangssignal der Schaltlogik eine Dauer hat, die grösser als t3 ist. Die Verzögerung t3 wird grösser als die berechnete Dauer der Störung, jedoch oftmals kleiner als T/4 gewählt. Das Verzögerungselement 27 ergibt auch eine bestehenbleibende Verzögerung t4, die so gross gewählt wurde, dass der Schalter imstande ist, den fehlerhaften Leistungsabschnitt zu isolieren.

Beim Zeichnen der in Fig. 4 gezeigten Signalkurven hat man die Signale in den Punkten (7), (2), (3) und (4) mit Hilfe des Zeigerdiagramms in Fig. 3 erhalten, wobei man statt der auf bekannte Weise hieraus ableitbaren Sinuskurven entsprechende, mittels Begrenzungsgliedern erhaltene Kurven gezeigt hat. Ganz oben ist die Zeitachse eingezeichnet, wobei die Zeitpunkte markiert sind, die gewissen Rotationswinkeln der in Fig. 3 gezeigten Zeiger entsprechen. Bei jeder Kurve bezeichnet die untere horizontale Linie ein logisches Niveau «0» und die obere ein logisches Niveau «1». Die ODER-Glieder 24 und 24' geben eine Verlängerung des Ausgangssignals bei (7) bzw. (fo). Entsprechende Kurven in Fig. 4 zeigen diese Verlängerungen als gestrichelte Abschnitte.

Aus Fig.4 geht hervor, dass die in Fig. 1 gezeigte Messeinrichtung bei dem in Fig. 3 gezeigten inneren Fehler ein Ausgangssignal (U) abgibt.

Aus Fig. 6 geht hervor, dass die in Fig. 1 gezeigte Messeinrichtung bei einem äusseren Fehler gemäss Fig. 5 kein Ausgangssignal abgibt.

Fig. 7 zeigt das Verhältnis gemäss Fig. 6, jedoch mit dem Unterschied, dass zwei Störimpulse, S1 und S2, in Uk vorkommen. In der Absicht, die Bedeutung der Einschaltverzögerungen ti und t3 zu untersuchen, hat man ferner vorausgesetzt, dass die Verzögerungsglieder 22, 22' und 27 ohne Einschaltverzögerung ausgeführt sind, dass also ti = t3 = 0 ist. Das Resultat hiervon wird, dass das Ausgangssignal 11 falsch wird und eine unerwünschte Schalterauslösung bewirken kann. Wenn man, statt die Verzögerung t3 gleich Null zu wählen, dieselbe grösser als die Dauer des im Punkt @ wirkenden Impulses, d.h. grösser als die Dauer des ersten Fehlerimpulses S1 gewählt hätte, so hätte der erste Impuls, PI, des Ausgangssignals (lì) nicht gebildet werden können. Aus den Kurven geht hervor, dass die Impulsbreite des zweiten Impulses, P2, in der Kurve (U) nicht von der Impulsbreite des entsprechenden Impulses in der Kurve 4 bestimmt wird, sondern vom Phasenwinkel zwischen den Kurven (2) und (3) und von der Phasenlage des Fehlerimpulses. Dies bedeutet, dass der Impuls P2 gut eine bedeutend grössere Impulsbreite als in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel bekommen kann. Man muss damit rechnen, dass Impulsbreiten entsprechend ungefähr 1/2 der Periodendauer des Netzstroms vorkommen können. Wenn man die Verzögerung t3 so gross machen will, dass der in der Kurve 7 auftretende Impuls, auch bei einer relativ grossen Impulsbreite, daran gehindert werden kann, Anlass zu einem entsprechenden Impuls, P2, in der Kurve (U) zu geben, so würde dieses eine allzu grosse Reduktion der Schnelligkeit der Messeinrichtung mit sich führen.

Fig. 8 zeigt das Verhältnis, das sich von dem in Fig. 7 gezeigten und dadurch unterscheidet, dass tj und t3 nicht gleich Null sind, sondern mit geeigneten Werten gewählt wurden. Aus den Kurven geht hervor, dass der zweite Störimpuls, S2, nun daran gehindert wird, Anlass zu einem entsprechenden Impuls am Ausgang (ll) zu geben, da die Dauer des Störimpulses kleiner als die Einschaltverzögerung ti ist. Die Einwirkung des Störimpulses S1 auf das Ausgangssignal (lT) wird dadurch eliminiert, dass der Wert, den man für die Einschaltverzögerung t3 gewählt hat, grösser als die Dauer des Störimpulses, Sl, ist. Das Ausgangssignal (TT) wird also nicht von den Störungen be-einflusst.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel dafür, wie die Modellimpedanz an5

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geordnet werden kann. 1 zeigt einen Stromtransformator, der ein Bild des Stroms in der Leitung 2 gibt. 3 ist der Widerstand der Modellimpedanz, und 4 ist die Drossel in der Modellimpedanz. Das Signal IX erhält man somit als Spannungsfall über der Drossel X, und das Signal IZk erhält man alsjSpannungsfall über der gesanten Modellimpedanz Zk = R + jX. Aus der Figur geht also hervor, dass das Signal IX gegenüber T nicht ideal um 90° phasenverschoben ist, wenn man es als Spannungsfall über einer Drossel erhält. Die Phasendrehung wird somit etwas kleiner als 90°, was bei der praktischen Anwendung oft von Vorteil sein kann.

Die Reaktanz der Modellimpedanz wird der Reaktanz des geschützten Leitungsabschnittes angepasst, so dass eine davor-liegende Sammelschiene mit einem gewissen (normalerweise 20%) Marginal entweder von der Ansprech-Charakteristik der Messeinrichtung umfasst wird oder nicht.

Der Widerstand wird grösser als der grösste zu erwartende Fehlerwiderstand bei Erdschluss in der Leitung gewählt, doch meistens kleiner als die niedrigste Belastungsimpedanz bei normalem Betrieb im Starkstromsystem.

Statt der in Fig. 1 gezeigten Messeinrichtung kann man eine Anordnung verwenden, die im wesentlichen der oberen oder unteren Hälfte des in Fig. 1 gezeigten Schemas entspricht, wobei das Verzögerungsglied 27 direkt an das UND-Glied 25 bzw. 25' angeschlossen wird. Eine Auslösemöglichkeit würde dabei jedoch nur jede zweite Halbperiode vorkommen. Die Erfindung schliesst auch eine solche Lösung ein.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der vorgenannten, mit einer geringeren An-5 zahl Komponenten ausgeführten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, dass man, statt die Spannung Up in die Komparatoranordnung eingehen zu lassen, um eine Richtungsbestimmung zu erzielen, ein besonderes Richtungsglied 28 verwendet, welches das Signal «1» abgibt, wenn die Leistung eine solche io Richtung in der Starkstromleitung hat, dass eine Schalterauslösung angebracht sein kann. Das Verzögerungsglied 27 und das Richtungsglied 28 sind mit ihrem jeweiligen Ausgang an den Eingang eines UND-Gliedes 29 angeschlossen, dessen Ausgang an ein Auslöseglied eines auf der Zeichnung nicht gezeigten 15 Schalters angeschlossen ist.

Wie bereits erwähnt, wandeln die in den Figuren nicht dargestellten und im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Begrenzungsglieder die Wechselstromgrössen Ix, Up, I und Uk in eine logische «1» um, sofern die Wechselstromgrössen ein posi-20 tives Vorzeichen annehmen und in eine logische «0», sobald die Wechselstromgrössen auf ein negatives Vorzeichen wechseln. Somit ergibt sich bei einem Wechsel der Vorzeichen ein Wechsel der logischen Signale «0» und «1», welche durch Symbole (1), (2), (3), (4) bezeichnet sind, Hierdurch ist es möglich, die 25 Phasenlage zwischen den jeweiligen Wechselstromgrössen zu kontrollieren.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims (6)

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1. Einrichtung zum Messen der Impedanz in einer Schutzschaltungsanordnung für elektrische Starkstromleitungen, mit mindestens einer aus logischen Elementen (21, 21', 23, 23', 24, 24', 25, 25', 26, 29) bestehenden Konparatoranordnung zum Vergleich der Phasenlage mehrerer Wechselstromgrössen (Ix, Up, I, Uk), welche durch die in ihnen gesamthaft enthaltenen Informationen einen Argumentvergleich als Kriterium dafür ermöglichen, ob die Impedanz in einer Fehlerschleife innerhalb oder ausserhalb vorbestimmter Grenzen eines mittels einer Modellimpedanz (Zi; = R + jX) definierten Impedanzbereiches liegt, wobei Begrenzungsglieder zum Umwandeln der genannten Wechselstromgrössen in nur Polaritätsinformationen enthaltende Eingangssignale ((T), @, (5), (4)) dem Eingang der Kom-paratoranordnung vorgeschaltet sind, während logische Schaltzustände «0» und «1» ihrer jeweiligen Polarität entsprechen und die Komparatoranordnung (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24', 25, 25', 26, 27, 29) nur dann zur Abgabe eines vorbestimmten Ausgangssignals (11) bestimmt ist, wenn die zugeführten Signale ((T), (2), (5), (4)) einer Kombination von logischen Schaltzuständen entsprechen, bei der die Impedanz der Fehlerschleife innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegt, während eines der genannten Eingangssignale dem Strom (I) in der Fehlerschleife entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass jede Komparatoranordnung ein erstes (21), ein zweites (23) und ein drittes (25) logisches Element aufweist, dass einer der Eingänge des zweiten logischen Elementes (23) über ein Verzögerungsglied (22) mit dem Ausgang des ersten logischen Elementes (21) verbunden ist, dass das erste logische Element (21) Eingänge für ein Signal nach der Beziehung Uk = IZk - U, wobei U die Spannung in der Fehlerschleife bedeutet, sowie für das Signal des Stromes (I) der Fehlerschleife aufweist, dass das zweite logische Element (23) Eingänge für das Signal des Stromes (I) der Fehlerschleife und für ein Signal entsprechend Ix der Wechselstromgrössen aufweist und dass das dritte logische Element (25) zwei Eingänge für das Signal Uk der genannten Beziehung sowie für ein vom Ausgang des zweiten logischen Elementes (23) abgeleitetes Signal aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite logische Element (23) einen weiteren Eingang für ein Signal entsprechend einer Spannung Up aufweist, welches Signal um annähernd -90° in bezug auf die Spannung der Fehlerschleife phasenverdreht ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (21), das zweite (23) und das dritte (25) logische Element je ein UND-Glied ist und dass die Ausgänge des zweiten und dritten logischen Elementes (23, 25) mit Eingängen eines ODER-Gliedes (24) verbunden sind, dessen Ausgang mit dem einen Eingang des dritten logischen Elementes (25) verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Eingänge des ersten logischen Elementes (21) ein negierter Eingang ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Komparatoranordnung über ein Verzögerungsglied (27) geführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge von zwei Komparatoranordnungen parallel zueinander geschaltet sind, dass das erste (21), das zweite (23) und das dritte (25) logische Element in der einen Komparatoranordnung jeweils mindestens einen nichtnegierten Eingang aufweist, der mit einem negierten Eingang des entsprechenden logischen Elementes (12', 23', 25') der anderen Komparatoranordnung parallelgeschaltet ist und dass die Ausgänge der beiden Komparatoranordnungen mit je einem Eingang eines ODER-Gliedes (26) verbunden sind.