DE2420767C2

DE2420767C2 - Schaltungsanordnung zur Begrenzung dynamischen Übergreifens in Impedanzrelais

Info

Publication number: DE2420767C2
Application number: DE2420767A
Authority: DE
Inventors: Michel Dipl.-Ing. Västerås Chamia
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2231139A1; SE373239B; DE2420767A1; US3890544A; FR2231139B1; GB1463755A; CH578272A5

Description

a) der erste Komparator das Auslosesignal erzeugt, wenn die Vergleichsgröße bei zwei aufeinanderfolgenden Meßvorgängen innerhalb eines ersten Phasen-, bzw. Amplitudenbereiches liegt und

b) der zweite Komparator das Auslösesignal bereits erzeugt, wenn die Vergleichsgröße bei einem einzigen Meßvorgang innerhalb eines zweiten, gegenüber dem ersten engeren Phasen- b/- v. Amplitudenbereich liegt.

2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der erste Phasenbereich

Θ, =0S (Arg A-Arg Bj^n =

ist.

Die Erfindun^ betriFft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung dynamischen Überg^reifens in Impedanzrelais gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Schaltungsanrodnung ist aus der US-PS .15 19 884 bekannt.

Bei der Impedanzmessung in einem Wechselstromnetz mittels des Amplituden- oder Phasenvergleichs zwischen zwei geeigneten Eingangssignalen A^ und B können diese Signale direkt von den Strömen und Spannungen des Starkstromnetzes abgeleitet werden oder aus beispielsweise Spannungen und von Strömen verursachten Spannungsabfällen, die in sogenannten Kompensationskreisen erzeugt werden, zusammengesetzt sein.

Abhängig von der Zusammensetzung der Signale, kann z. B. der Phasenvergleich mehr oder weniger unabhängig von den transienten Ausgleichsvorgängen gemacht werden, die bei plötzlichen Zustandsänderungen im Starkstromnetz auftreten. Der Einfluß der Gleichkomponenten in den Eingangssignalen A und B auf den Phasenvergleich wirkt oft wie eine Tendenz zum Übergreifen. Auch wenn die Signale A_- und S rein theoretisch den gleichen Gleichkomponenteninhalt haben und damt beim Phasenvergleich eine korrekte Imped.in/messung ergeben sollten, treten in der Regel verschiedene praktische Schwierigkeiten dadurch auf. daß die Kompensationskreise selbst iransiente Ausgleichsgroßen erzeugen, die das Gleichgewicht stören und Anlaß fur transientes I Ibergreifen sein können

Das übliche Ergebnis bei sukzessiven Messungen der Signale A_ und ZJ bei Ausgleichsvorgängen in der Nähe der Ansprechgrenze, z. B. unmittelbar außerhalb der Ansprechgrenze, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßvorgang, also während einer Halbperiode Von /4 oder B₁ ein Übergreifen und damit Ansprechen ergibt, während der darauffolgende Meßvorgang ein Untergreifen und damit eine Sperrung ergibt.

Bei der bekannten Schaltungsunordnung nach der

US-PS 35 19 884 wird daher ein Übergreifen dadurch vermieden, daß die Bedingung gestellt wird, daß zwei aufeinanderfolgende Meßvorgänge ein positives Kriterium ergeben müssen, um ein Auslösesignal fur das Relais zu erzeugen. Auf diese Weise wartet man das Abklingen der Ausgleichsvorgänge ab Bei der bekunn ten Schaltungsanordnung muß also jeder der beiden dort verwendeten Komparatoren ansprechen, damit ein

ίο Auslösesignal für das Relais erzeugt wird.

Ein Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung, die auf den sog. UND-Bedingungen an Halbperiodenkriterien beruht, besteht darin, daß die Ansprechzeiten niemals kürzer werden können als die Zeit zwischen r· zwei aufeinanderfolgenden Meßvorgängen, also einer Halbperiode der Wechselgrößen, und daß die Ansprechzeit unzulässig lang werden kann, bedingt beispielsweise durch die Zeitkonstantc. mit der die Gleichkomponenten in den Signalen A und B abklingen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der ein Übergreifen und dainit ein Ansprechen infolge transienter Ausgleichsvorgänge vermieden wird, ohne daß dies eine u. U. unerwünscht lange Ansprechzeit zur Folge hat.

ZiT Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der

eingangs genannten Art vorgeschlagen, weiche die Merkmale des kenr.zeichnenden Teiles des Anspruchs 1 und ergänzend die Merkmale des Unteranspruches aufweist.

Während bei der bekannten Schaltungsanordnung jeder der beiden Komparatoren ansprechen muß. um ein Auslosesignal fur das Relais zu erzeugen, spricht bei der Erfindung, wenn die Bedingung a des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 erfüllt ist. ein und derselbe Komparator zweimal an. Wenn dagegen die Bedingung b gemäß der Erfindung erfüllt ist. genügt ein einmaliges Ansprechen eines Komparators. um cm Auslosesignal für das Relais zu erzeugen.

Anhand der Figuren soll die Erfiriung näher erläutert werden. Die Figuren beziehen sich aul eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Impedanzrelais rnit Phasenkomparatoren Die Erfindung gilt jedoch auch für ein Relais mit Amphtudenkomparatoren. da der Grundgedanke der Erdndung dann besteht. dalJ die Anordnung eine logische Verknüpfung der Signale der beiden Komparatoren durchfuhrt Fs zeigt

F ι g. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung.

F ι g 2 ein Beispiel der Primär und Sekundarhedin gtingen in der komplexen Impedanzebene

F ι g 3 den zeillichen Verlauf der Signale an einer

Anzahl von Punkten in Fig. I für den Fall. daß die Primarbedingung bei jedem zweiten Meßvorgang erfüllt ist. die .Sekundärbedingung jedoch nicht erfüllt ist.

F ι g. 4 die entsprechenden Diagramme wie Fig. 5 fur den Fall, daß beide Bedingungen erfüllt sind.

F ι g. 5 die entsprechenden Signale wie F ι ρ J fur den

Fall, daß die Primarbedingung bei jedem Meßvorgang erfüllt ist. die Sekundärbedingung jedoch nich' erfüllt ist

Das Prinzip beim Phasenvergleich zwischen zwei periodischen Eingangssignalen A und _fl besteht im allgemeinen darin, daß die Bedingung

Θι ύ (Arg A - Arg B) S θ₂

erfüllt sein muß, damit man ein positives Ausgangssignal erhält.

In einem sog. 180°-Komparator wird 0_t=O und

Θ; = .τ. Ein solcher Phasenkomparator gibt somit ein positives Ausgangssignal, wenn die Bedingung

0 < (ArgA - Arg B) < η

erfüllt ist, was bedeutet, daß die Folge zwischen A, und B_ ■> ist: A vor B Im Grenzfall, wenn sich (Arg A - Arg B) einer der Grenzen 0 cder .τ nähert, während ArgB_ > ArgA ist, kann beispielsweise eine Ungleichmäßigkeit in den Gleichstrümkomponenten in A und _ß bei dynamischem Verlauf dazu führen, daß z. B. bei einem bestimmten Meßvorgang eine entgegengesetzte Folge erhalten wird, d. h. Arg A_ > Arg B Ein Relais, das solche Eigenschaften hat, wird eine gewisse dynamische Übergreifungstendenz bekommen.

Mit einer Anordnung gemäß der Erfindung kann man den Grad des Übergreifens kontrollieren, ohne daß dies zu einer verlängerten Ansprechzeit innerhalb des ganzen Ansprechbereichs des Relais führt. Dies geschient dadurch, daß der obengenannte Phasenkomparator mit der Bedingung

Q- S (Arg A - Arg B) S O₂,

die im folgenden Primärbedingung genanr/. wird, mit einem zweiten Phasenkomparator mit der Bedingung

S (ArgA - Arg B) < Θ₂,

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die im folgenden Sekundärbedingung genannt wird, ergänzt wird. Hierbei gilt, daß Θί > Θτ und Θί < Ö.\ so daß sich die Sekundärbedingung immer innerhalb der Primärbedingung befindet.

In der in Fig 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung gibt es einen ersten Komparator 1 für die Primärbedingung und einen zweiten Komparator 2 für die Sekundärbedingung. Beide Komparatoren haben Eingangskreise 3 zur Impulsformung der Signale/!und B₁ die als zwei Vektorgrößen Spannung und Strom respräsentieren Sowohl die Eingangskreise wie auch die Komparatoren sind von bekannter Art und werden daher nicht näher erläutert. Der Komparator 1 hat zwei Ausgänge 4 und 5. und der Komparator 2 hat ebenfalls zwei Ausgt ige 6 und 7.

Am Ausgang 4 des Komparator* 1 tritt ein positives Ausgangssignal PX auf. wenn die Hauptbedingung während positiver Halbpenoden erfüllt ist. und am Ausgang 5 tritt ein positives Ausgangssignal /Vl auf. <r> wenn die gleiche Bedingung während negativer Halbpenoden erfüllt ist. Entsprechendes gilt für die Ausgange 6 und 7 des Komparator* 2. an denen Ausgangssignale auftreten, wenn die Sektindarbedingung erfüllt ist.

Das Signal PX wird .inem ersten Negationsglied 8 sowie einem Eingang eines NAND-Gliedes 12 zugeführt. Auf gleiche Art wird das Signal Λ/1 einem zweiten Negationsglied 9 sowie einem NAND-Glied 10 zugeführt

Das Ausgangssignal PX bzw. NX von den Gliedern 8 bzw. 9 werden einem NAND-Glied 11 zugeführt sowie über die Einschaltverzogerungsglieder 13 bzw. 14 den NAND-Gliedern 10 bzw 12 An den E tngängen dieser NAND-Glieder werden die Signale mit f" bzw D bezeichnet. Die an den Ausgängen der drei NAND-Glieder 10, U bzw. 12 auftretenden Signale werden mit E, G bzw, F bezeichnet und werden einem vierten NAND-Glied 15 zugeführt, an dessen Ausgang das Signal H auftritt, das dem Eingang eines fünften NAND-Gliedes 15 zugeführt wird. An dessen Ausgang tritt das Signal (?auf.

Die Ausgangssigna!j P2 und N2 werden einem ODER-Glied 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal L einem dritten Negationsglied 18 zugeführt wird, an dessen Ausgang das Signal M auftri't, welches dem zweiten Eingang des NAND-Gliedes 16 zugeführt w.rd. F i g. 2 zeigt die komplexe Impedanzebene RX, in der die Linie 24 die Primärbedingung

O=S (Arg A - Arg B) S π

repräsentiert und die Linie 25 die Sekundärbedingung zeigt. Für Meßwerte, die oberhalb dieser Linien liegen, soll der entsprechende Komparator ein Sperrsignal abgegen; dagegen soll er ein Auslösesignal abgeben, wenn der Meßwert unter den Linien liegt.

Punkt 26 bezieht sich auf den in F i g. 3 gezeigten Fall; der Meßwert liegt so nahe der Primärbedingung, daß diese erfüllt werden kann, wenn ein transienter Ausgleichsvorgang auftritt, wodurch der Meßpunkt scheinbar unter die Linie 24 sirkt. Punkt 27 liegt innerhalb der Sekundärbedingung, und die Anordnung soll in einem solchen Fall direkt ein Auslösesignal ergeben. Die Signalkurven für die^n Fall zeigt F i g. 4. Der Punkt 28 lipgi /wischen den neiden Bedingungen. Die Sekundärbedingung ist nicht erfüllt, während die Primärbedingung entweder bei jedem Meßvorgang erfüllt ist oder nur bei jedem zweiten Meß\ jrgang, unter stationären Verhältnissen jedoch dazu neigt, erfüllt zu sein. In beiden Fällen gibt die Anordnung ein Auslösesignal, wenn die Primärbedingung bei zwei aufeinanderfolgenden Meßvorgängen erfüllt ist. Dieser Fall ist in Fi g. 5 gezeigt.

In den F i g. 3. 4 und 5 sind die in F i g. I mit Buchstaben bezeichneten Signale als Funktion der Zeit aufgetragen. Ferner sind die Winkel θί und ö>. die Einschaltverzögerungszeit t\ der Glieder 15 und 14 sow ic ein Pfeil 19 ganz oben in den Figuren eingetragen, die den Zeitpunkt für eine Zustandsänderung der Signale A und B_ bezeichnen, auf die die Anordnung reagieren soll

Fig. 3 bezieht sich auf den Fall, daß die von der Anordnung gemessene Leitungsimpedanz unmittelbar außerhalb der Ansprechgrenze für einen 180 - Phasenkomparator liegt. Dabei ist die Primärbedingung statisch nicht erfüllt, kann jedoch leicht bei dem ersten Meßvorgang nach einer Zustandsänderung der Eingangsgroßen dynamisch erfüllt sein. Dadurch, daß die Grenzen <-)■ und Θ 2 als die maximale transiente Winkelabweichung zwischen den Signalen /\ und B bei einem bestimmten maximal zulässigen Übergreifungs grad bei ungunstigsten Signalverhältnissen, z. B. maximaler I insvmmetne zwischen A und B₁ gewählt werden, kann erreicht werden, daß die Anordnung in der ersten Halbperiode sperrt, da die .Sekundärbedingung nicht erfüllt ist.

Da das normale Muster bei dynamischem Verlauf mit unsymmetrischen Eingangssignalen das ist, daß Messungen bei sukzessiven Halbperioden abwechselnd über und untergreifen, wird in diesem Fall die Messung bei der nächsten Halbperiode, wenn die Primärbedingung nicht erfüllt ist. in einem negativen Ausgangssign?! resultieren. welc^Les eine Sperrwirkung gibt. Sollte die dritte Halbperiode weiterhin Anlaß zu transientem Übergreifen geben, so gilt, daß die transienie Winkelabweichung zwischen A_ und B_ nun kleiner isi als bei dem ersten Meßvorgang, da die Gleichstromkomponente etwas abgeklungen ist. Da die vorhergehende Halbperiode kein Anspinnen ergab, wird nun durch die Primärbedingung erneut eine Änderung der Folge von £ vor/\Jⁿ ^vor^festgestellt. Die Sekundärbedingung

wird erneut eingeführt, und die Anordnung sperrt weiterhin. Ein positives Ausgangssignal Q am Glied 16 bedeutet Auslösung, während Q= 0 Sperrung bedeutet.

Fig.4 zeigt das Aussehen der Signale für relativ naheliegende Fehler, die deutlich innerhalb der Funktionsgrenze für einen 180°-Phasenkomparator liegen. Hier ist die .Sekundärbedingung immer, und zwar auch statisch erfüllt, und man erhält bereits bei dem ersten Meßvorgang nach der Folgeänderung zwischen A und ß ein Ansprechen. Die Kurve für das Auslösesignal Q zeigt, daß man das Ansprechen ohne Verzögerung erhält.

Für den Bereich, der gleich innerhalb der Funktionsgrenze für die Primärbedirigung liegt, ist die Sekundärbedingung nicht erfüllt. Wenn die Primärbedingung nur jede zweite Halbperiode erfüllt wird, erhält man kein Ansprechen, was aus F i g. 3 hervorgeht, denn dies wird von der Anordnung als transienter Zustand der Eingangssignale gedeutet. Es entsteht jedoch schnell ein Gleichgewicht, und dann wird die Primärbedingung jede Halbperiode erfüllt, und die Anordnung wird ansprechen und ein Auslösesignal geben, wenn eine korrekte Folge zum zweiten Mal festgestellt wird. Dies geht aus F i g. 5 hervor.

Da vorausgesetzt wurde, daß die Komparatoren mit dem Impulsformungsgerät bekannter Art sind, ist die Erfindung nicht auf den speziellen in Fig. 1 gezeigten Aufbau beschränkt. Man kann dieselbe Funktion mit einem einzigen Komparator mit der Primärbedingung

0 S (AtgA_ =* Arg B) < π

erhalten, und eine Sekundärbedingung erhall man durch die Kontrolle der Koinzidenz- und Antikoinzidenzzeiten zwischen Ä_ und B. Ferner kann man auch Amplitudenkomparatorcn benutzen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung dvnamischen Übergreifens in Impedanzrelais mit einem ersten und einem zweiten Komparator zum Phasen·, bzw. Amplitudenvergleich zweier periodischer Wechselgrößen und zur Erzeugung je eines Ausgangssignals für die Auslosung des Relais, d a durch gekennzeichnet, daß