DE1788037A1 - Distanzrelais - Google Patents

Description

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DIPL-ING. GÜNTHER KOCH 1788037 DR. TINO HAIBACH

β München 2, * 0, Sep, 1968

UNSER ZEICHEN; · -J-J 590

THE EMLISH EIECTRIQ COMPANY LIMITED, London W.C.2, England

Distanzrelais

Die Erfindung bezieht sich auf Distanzrelais, d.ho Kelais, die es ermöglichen, das Auftreten eines Dehlers festzustellen, der z.B. einen Abschnitt, einer Hetzleitung innerhalb einer bestimmten Entfernung vom Standort des Relais betrifft, und die es ermöglichen, eine Schutzmaßnahme einzuleiten, Lim den fehlerhaften Leibungsabschnitt in Abhängigkeit von der Lage der .Fehlerstelle zu isolieren» " d

Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Distanzrelais vor,--das es ermöglicht, ein ',Yechselstroniübertragungssystem gegen /ehler zu soaützen; ein erfindungsgemäßes Distanzrelais umfaßt eine erste Einrichtung mit Vorrichtungen zum'Überwachen des durch die Leitung fließenden Jtroms und zum Ermitteln des Augenblicks, in dem der Strom den fullpunkt durchläuft, ferner eine Vorricntung zum Überwachen der Spannung der Anlage, eine m/, mittels deren die erwähn be Spannung auaummwu inLb 'jns einer gegenüber dieser Spannung um einen vorbestimmten Betrag püasenverschobenen Spannung gleichgerichtet■ v/erden

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kann, eine Summierunasvorrichtung zum Addieren des größten Augenblickswertes der gleichgerichteten einseitig gerichteten Spannungen und der Ableitung der Stromstärke in dem betreffenden Augenblick sowie eine Ausgangsvorrichtung, die in Abhängigkeit davon betätigt werden kann, daß irgendein Teil der wellenform der summierten Größen die lullinie durchläuft, sobald die Ableitung der Stromstärke hinsichtlich ihrer Größe die gleichgerichteten Spannungen überschreitet und das entgegengesetzte Vorzeichen besitzt.

Die durch diese Einrichtung festgelegte Arbeits- oder Betriebscharakteristik kann einander benachbarte "Zonen" der ί/echselstromanlage umfassen, um eine genaue Unterscheidung zwischen Fehlern zu ermöglichen, die verschiedene Teile der Anlage betreffen, und ferner kann die Einrichtung so ausgebildet werden, daß sie eine Charakteristik festlegt, welche sämtliche Zonen umschließt. Eine vollständige Distanzrelaisanlage kann somit die erste im folgenden als Meßeinheit bezeichnete Einrichtung umfassen, die unmittelbar auf Fehler anspricht, welche inre oenacuuarte (erste) Zone betreffen, sowie die an zweiter Stelle genannte Einrichtung, die entsprechend der zuerst erwähnten Einrichtung zur Wirkung kommt, im folgenden als Anlasser bezeichnet wird und auf Fehler anspricht, die irgendeine der verschiedenen Schutzzonen betreffen; Diese zweite Einrichtung dient dazu, die erste Einrichtung so zu beeinflussen, daß diese ihre "ReichweiteV fortschreitend vergrößert, um zu bewirken, daß .die nachfolgenden Zonen von ihrer Charakteristik umschlossen werden. In diesem Fall würde die Ausgangsvorrichtung der Meßeinheit zur ^V ^ 20 9811/07 20

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Wirkung kommen, um eine Schutzmaßnahme durchzuführen, z.B. einen Trennschalter zu'"betätigen und so die Fehlstelle zu isolieren, während die Ausgangsvorrichtung des Anlassers zur Wirkung, kommen würde, um die "Reichweite" der der Meßeinheit in der beschriebenen vi/eise zu vergrößern«

Gemäß der Erfindung wird eine genaue Unterscheidung zwischen Fehlern bzw»■ Störungen, die innerhalb und außerhalb dieser vorbestimmten Schutzzöllen auftreten, dadurch erreicht, daß die Größen der Spannung (E) und die Ableitung des Stroms (di/dt) im Augenblick des Hulldurchgangs des Stroms verglichen werden. In diesem Augenblick ist der Spannungsabfall- im ohmschen Widerstand der Leitung gleich Null, und der Spannungsabfall, der auf diejenigen Komponenten zurückzuführen ist, die einen induktiven </iderstand haben, ist proportional zur Ableitung des Stroms, d.h. (E = L di/dt), äo daß das "Verhältnis von E zu di/dt den induktiven Widerstand der v/echselstromleitung anzeigt. Da diese letztere Größe für eine in einwandfreiern Zustand befindliche Anlage bis zur Grenze jeder Zone bekannt ist, wird zweckmäßig dafür gesorgt, daß dann, wenn das Verhältnis zwischen E und di/dt kleiner ist als 1, d.h. wenn die Größe von di/dt die Größe von ,E über-, schreitet, die Fehlstelle innerhalb der betreffenden überwachten Zone liegt, und daß die Meß- oder Anlassereinheiten entsprechend betätigt werden.

Außerdem ist die besondere Form der Relaischarakteristik ohne Rücksicht darauf, ob es sich um die Ausgangszone oder die einzelnen Schutzzonen handelt, in erster Linie dafUr

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maßgebend, daß eine genaue Unterscheidung zwischen Störungen und zulässigen Leistungsschwankungen usw. sowie zwischen verschiedenen Arten von Störungen getroffen wird, und ein wichtiges Merkmal der Erfindung "besteht darin, daß diese Charakteristiken leicht dadurch bestimmt werden, daß man die relative Größe der Ableitung des Stroms und der gleichgerichteten Spannungen und den Phasenwinkel zwischen diesen Größen einstellt. Insbesondere kann man den Phasenwinkel und die relative Größe der gleichgerichteten Spannungen sowohl bei den Meßeinheiten als auch bei den Anlassereinheiten getrennt beeinflussen, um die Yiinkel zu regeln, die von der Charakteristik oder Kennlinie eingeschlossen werden und ein zusätzlicher regelnder Einfluß kann bei der Meßeinheit mit Hilfe eines Schaltnetzwerks ausgeübt werden, das den Einfluß der Ableitung des Stroms auf die zusammengesetzte Wellenform innerhalb bestimmter" Grenzen hält, um eine "Richtwirkung" auf die Kennlinie auszuüben, d.h. es dem Relais zu ermöglichen, nur auf Störungen anzusprechen, die vom Standort des Relais aus betrachtet in einer bestimmten Richtung auftreten.

Das erfindungsgemäße Distanzrelais bietet somit den Vorteil, daß eine genaue Unterscheidung zwischen verschiedenen Schutzzonen und verschiedenen Arten von Störungen möglich ist, und daß im Vergleich zu komplizierteren Anordnungen bekannter Art, bei denen "nachgeahmte Widerstände" der Wechselstromanlage verwendet werden, um Störungen zu ermitteln, ein außergewöhnlich großer Spielraum für die Wahl der J3etriebscharakteristiken zur Verfugung steht, und daß mehrere ver-

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schiedene Stromkreise verwendet werden können, von denen jeder einen anderen Teil der zusammengesetzten Relaiskennlinie ■bestimmt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.

Jig, 1 zeigt in einem Blockdiagramm ein erfindungsgemäßes Relais und läßt die "ersten" Einrichtungen oder Meßeinheiten erkennen, die bereits erwähnt wurden und dazu dienen, eine Meßleitung zu schützen.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltung von Teilen der Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 3A bis 3C zeigen mögliche Wellenformen, die bei der Ableitung der Große di/dt angewendet werden können,

Fig. 4A bis 4G- zeigen Wellenformen, die unter verschiedenen Betriebsbedingungen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 2 erscheinen,

Fig. 5 zeigt die Betriebscharakteristik der Meßeinheiten. ■

Flg. 6 gibt die Aniaufcharakteristik der Anlassereinheit wiederc

Fig. 7 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltung des Anlassers.

Fig. 8 gibt eine zusammengesetzte Wellenform wieder, die ,der Schaltung nach Fig. 7 entnommen werden kann und der

Charakteristik nach Fig. 6 entspricht.

In Pig. 1 erkennt man einen !eil einer Netzleitung 1, der geschützt werden soll und mit einem Trennschalter 2 versehen ist.

Der Betriebszustand des Trennschalters 2 richtet sich nach den Leitungsparametern, z.B. dem Blindwiderstand, der bei einer störungsfreien Leitung an der Grenze eines Abschnitts oder einer Zone der Leitung einen vorbestimmten Wert hat; sobald der gemessene tatsächliche Wert dieses Parameters von diesem vorbestimmten Wert mit einem bestimmten Vorzeichen abweicht, so zeigt diese Tatsache eine Störung, z.B. einen Kurzschluß, innerhalb der geschützten Zone an, und der Trennschalter wird betätigt, um die Fehlstelle zu isolieren.

In diesem Fall überwacht ein Stromwandler 3 den durch die Leitung fließenden Strom, während die Spannung durch einen Spannungswandler 4 überwacht wird. Das Ausgangssignal des Stromwandlers wird einem Differentiator 6 zugeführt, der an seinem Ausgang einen Spannungsimpuls erscheinen laßt, bei dem es sich um die Ableitung des Stroms (di/dt) im Augenblick des Nullpunktdurchgangs des Stroms handeltj diese Impulse werden einer Summierungsstufe 7 zugeführt, wenn sie auf eine noch zu erläuternde Weise in einer bestimmten Beziehung zur Netzspannung auftreten. Das Ausgangssignal des Spannungswandlers 4 wird zwei Gleichfichternetzwerken 8 und 9 zugeführt; das Netzwerk 9 umfaßt auch eine Phasenschieberschaltung; das resultierende Ausgangssignal der beiden letzwerke 8 und 9 wird der Summierungsstufe 7 zugeführt· Von dem noch zu

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beschreibenden Anlasser aus wird ferner über eine Leitung 10 dem Hetzwerk 8 ein Eingangssignal zugeführt, das dazu dient, einen Zeitschalter zu betätigen. ·

Das resultierende Ausgangssignal der Summierungsstufe 7, dessen 'Wellenform durch die Summe der gleichgerichteten Spannungen und die Ableitung des Stroms bestimmt ist, und bei dem es sich um einen pulsierenden Gleichstrom handelt, wird dann einer polaritätsempfindlichen Ausgangsstufe 11 zugeführt, mittels deren der Trennschalter 2 geöffnet wird, wenn dieses " ™ wellenförmige Ausgangssignal die Fullinie passierte

In Fig. 2 sind die Stufen 6 bis 9 der soeben beschriebenen Meßeinheit mit weiteren Einzelheiten für eine Phase einer Anlage mit drei Phasen R, S und T dargestellt. Der in Pig. T schematisch angedeutete' Stromwandler 3 ist mit einem Transformator 13gekoppelt, der zwei Primärwicklungen umfaßt, die auf einen gewählten Phasenstrom, z.B. L,, bzw. einen restlichen Erdungsstrom I ansprechen, sowie eine gemein-

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same Sekundärwicklung. Eine zu dem resultierenden Sekundär- strom proportionale Spannung erscheint an einem die Sekundärwicklung überbrückenden Widerstand 14, und diese Spannung wird dann differenzierte Genauer gesagt umfaßt die Differenzierungsstufe 6 zwei gleichartige Netzwerke, durch die die beiden Halbperioden der Y/ellenform verarbeitet werden; die Hetzwerke umfassen zwei Rücken an Rücken miteinander verbundene Dioden 15 und 16, und die Verbindungsleitung zwischen den . beiden Dioden ist mit einer ähnlichen Verbindung zwischen zwei Induktivitäten 17 und 18 verbunden, von denen jede mit ·

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einer Diode 19 bzw. 20 mit hohem Widerstand in Reihe geschaltet ist; ferner sind RC-Kreise 21 und 22 zwischen den erwähnten Dioden der "beiden Netzwerke angeschlossen. Weitere RC-Kreise 23 ,und 24 liegen zusammen mit damit in Reihe geschalteten .Dioden 25 und' 26 in den "Ausgangsleitungen" der · beiden Netzwerke_β Die,_r Netzwerke 25 und 26 sind jeweils durch eine Diode 27 bzw. 28 überbrückt; diese letztere Schaltung dient dazu, die Wellen dadurch zu formen, daß sie die Hinterflanken der differenzierten Impulse schärfer ausprägen, wobei das "Klingen" verringert wird. Die Wirkungsweise des Differentiators geht aus Pig. 3A und 3B hervor; Mg. 3A zeigt den alternierenden Sekundärstrom, während Mg. 3B die differenzierten Impulse beim Nulldurchgang der Stromwellenform wiedergibt. G-emäß Mg. 2 werden die Kondensatoren der Netzwerke 21 und 22 jeweils während jeder zweiten Halbperiode entsprechend der Polung der Dioden 15, 16 und 19, 20 schnell aufgeladen und dann über die damit parallelgeschalteten Widerstände entladen. Stromimpulse mit einer scharf ausgeprägten Vorderflanke erscheinen an der betreffenden Induktivität 17 bzw. 18, doch besteht die Wirkung dieses Teils der Schaltung allein darin, die Hinterflanke etwas zu verlängern und in einem gewissen Ausmaß ein "Klingen¹¹ oder Hinausschießen über die Nullinie zu bewirken, wie es in Mg. 3B mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Wie schon erwähnt, dient die Ausgangsschaltung dazu, diesen Effekt zu verringern, und dies wird in erster Linie durch die Kondensatoren 23 und 24 bewirkt, die sich relativ langsam entladen, so daß nur die schnell ansteigende Vorderflanke der Stromwellenform durch diese

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Kondensatoren übertragen wird, während der durch die Dioden 19 und 20 verringerte "entgegengesetzte" Strom von den zugehörigen Dioden 25 und 26 nicht durchgelassen wird. Infolge-.dessen erscheint an den Klemmen 29 und 30 eine resultierende Stromwellenform, wie sie in Fig. 3B mit Vollinien wiedergegeben ist.

Die Klemmen 29 und 30 liegen in einem ruhenden (static) Schaltkreis, der. zwei(Reichrichterschaltungen 31 und 32 umfaßt, welche durch die einem Spannungswandler 33 zugeführte ™ Hetzspannung E_R "gesteuert" werden. Eine Sekundärwicklung 34 des Spannungswandlers 22 ist mit einem parallelen RC-Kreis 36 in Reihe geschaltet, um die Phasenbeziehung der-Steuerspannung zu einem parallelen RC-Kreis 38 zu berichtigen; mit der ü-leichrichterschaltung 31 ist ein Widerstand 39 in Reihe geschaltet, während ein paralleler RC-Kreis 40 und ein Wiederstand 41 mit der Gleichrichterschaltung 32 in Reihe geschaltet sind. Die beiden Gleichriehterschaltungen 31 und 32 überbrücken zusammen mit den zugehörigen Widerständen und m Kondensatoren die Sekundärwicklung 34 und einen "Widerstand 43» der im Entladungsweg des Kondensators des RC-Kreises 36 liegt. Die Klemme 29 ist gemäß Fig. 2 zwischen den Gleichrichterschaltungen 31 und 32 angeschlossen, und zwei hintereinandergeschaltete Ausgangswiderstände 44 und 45 verbinden die Klemme 30 jeweils mit der anderen Seite der betreffenden Gleich- richterschaltung. Dieser Schaltkreis arbeitet ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Differenzierungskreise, und zwar insoweit als die beiden Halbwellen jeder Periode durch die Kondensatoren 38 und 40 differenziert werden und die 2Ugehö~

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rigen Diodengleichrichter nacheinander leitfähig gemacht werden; da jedoch die Widerstände 39 und 41 anstelle der entsprechenden Induktivitäten verwendet werden, und da die Benutzung von Wellenformungs-Ausgangskreisen vermieden wird, hat die resultierende "Steuer"-Wellenform im wesentlichen die in Fig. 3B mit gestrichelten Linien angedeutete Gestalt.

Da somit der wert der Stärke des durch die Gleichrichterschaltungen 31 und 32 fließenden Steuerstroms höher ist als bei den an den Klemmen 29 una 30 erscheinenden differenzierten Impulsen, werden dann, wenn diese Impulse innerhalb des elektrischen Winkels auftreten, der von der Spannungsregelwellenform eingenommen wird, mehrere einseitig gerichtete Impulse (Fig. 3G) an den Ausgangswiderständen 44 und 45 erzeugt, wobei jeder zweite Impuls an dem Widerstand 44 erscheint, während die dazwischen auftretenden Impulse an dem Widerstand 45 erscheinen. Die Richtung dieser Ausgangsimpulse wird durch die Beziehung zwischen dem Sekundärstrom des Transformators 13 und der an der Sekundärwicklung 34 liegenden Spannung bestimmt. Bei dem hier beschriebenen Beispiel kann angenommen werden, daß der Strom und die Spannung phasengleich sind; wenn jedoch ein Phasenunterschied von 180° vorhanden wäre, würden die Ausgangsimpulse nach Fig. 30 sämtlich positiv sein, und gemäß der weiter untec gegebenen Erläuterung erzeugen diese Impulse kein Auslösesignal für den Trennschalter. Ferner ist ersichtlich, daß die Spannungsimpulse in ihrer differenzierten Form die Gleichrichter nicht ährend einer vollständigen Halbperiode leitfähig machen, so daß der gesamte Phasenwinkel zwischen dem Strom und der

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Spannung, der es den Stromimpulsen ermöglicht, ein Auslösesignal· zu erzeugen, weniger als 180° "beträgt und zweckmäßig zwischen -20° und +120° liegen kann. Durch diese Y/irkungswei- · se wird dafür gesorgt, daß die Relaischarakteristik richtungsabhängig gemacht wird; hierauf wird im folgenden näher eingegangen.

Ob ein Auslösesignal erzeugt wird oder nicht, richtet sich, wie schon erwähnt, nach der resultierenden Summe dieser Stromimpulse und der gleichgerichteten Netzspannung, welch letztere an einem Widerstand 46 erscheint, der mit den beiden Ausgangswiderständen 44 und 45 in Reihe geschaltet ist.

Nachstehend werden vreitere Einzelheiten der Baugruppen 8 und 9 beschrieben; das Gleichrichternetzwerk 8 umfaßt eine Gleichrichterbrucke 48, die die Sekundärwicklung 49 des Transformators 33 überbrückt und mit einer Widerstandsschal— tung in Reihe geschaltet ist, die zwei variable Widerstände 50 und 51 sowie einen festen Widerstand 52 umfaßt. Ein in ]?ig.2 geschlossen dargestellter Zeitschalter 54 überbrückt den Widerstand 51. Die variablen.Widerstände regeln die Amplitude der der Gleichrichterbrücke 48 zugeführten Spannung, und in der Praxis bestimmt der Widerstand 50 dann, wenn der Schalter 54 geschlossen ist, die Reichweite des Distanzrelais, d.h. die Strecke, längs deren das üelais innerhalb einer ersten Zone einen Schutz bietet; ist der Schalter 54 dagegen offen, bestimmt der Widerstand 51 eine größere Reichweite des -"-elais, die sich über eine größere Zone bzw. die zweite Zone erstreckt. ■

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Das G-leichrichternetzwerk 9 umfaßt eine G-leichriehterbrücke 55, die über einen Widerstand 56 und eine Phasenschieberschaltung an die Klemmen einer Sekundärwicklung 57 des Transformators 33 angeschlossen ist«, Die Phasenschieberschaltung umfaßt ein Potentiometer 58, das die Sekundärwicklung 57 überbrückt und seinerseits durch einen Kondensator 59 und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand 60 überbrückt ist. Das Potentiometer bestimmt die Phasenverschiebung, und die Amplitude des Ausgangssignals, das an dem Knotenpunkt zwischen dem Kondensator und dem Widerstand einerseits und dem Schleifkontakt des Potentiometers 58 erscheint, wird durch' einen mit dem Schleifkontakt verbundenen variablen Widerstand 61 bestimmt.

Während des Betriebs werden die den G-leichrichterbrücken 48 und 55 zugeführten Spannungen einer Vollweggleichrichtung unterzogen, und da die beiden Brückenschaltungen hintereinandergeschaltet sind, bestimmt stets die höchste der von den beiden Schaltungen abgegebenen Spannungen das an dem. Widerstand 46 erscheinende Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird zu dem an den Widerständen 44 und 45 erscheinenden Signal addiert, und die resultierende Wellenform wird dem Eingang einer polaritätsempfindlichen Ausgangsstufe 11 zugeführt, die ein Auslösesignal für den Trennschalter 2 nach Mg. 1 erzeugt, wenn die Amplitude der Impulse, die die erste Ableitung des Stroms (di/dt) repräsentieren, die Größe des an dem Widerstand 46 erscheinenden gleichgerichteten Ausgangssignals (E) überschreitet und das entgegengesetzte

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Vorzeichen aufweist. Da E ■= L di/dt, wobei L die Induktivität der zu schützenden Netzleitung bis zur Grenze der jeweils gewählten Zone ist, und wenn dann das Verhältnis zwi-. sehen E und (di/dt) kleiner als 1 ist, so zeigt diese Tatsache eine Änderung der Leitungsinduktivität an, die durch eine Störung innerhalb der erwähnten Zone verursacht ist, und wenn das erwähnte Verhältnis größer ist als 1, wird angenommen, daß die Fehlstelle außerhalb der erwähnten Zone liegt.

Dies wird nachstehend an ^üand von Fig.'4A bis 4G- näher erläutert. Fig. 4A zeigt die Wellenform des Stroms in der Sekundärwicklung des Transformators 13» und Fig. 4B zeigt die Heihe von Ausgangsimpulsen, die abwechselnd an den Widerständen 44 und 45 erscheinen; in diesem Zusammenhang kann man Fig. 4A und 4B mit Fig. 3A bzw. Fig. 3B vergleichen. Die an derSekundärwicklung 49 des Transformators 33 erscheinende Spannung ist gegenüber dem Strom um 90° phasenverschoben, und das einer Vollweggleichrichtung unterzogene Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke 48, das dieser Wicklung zugeführt wird, ist in Fig. 40 dargestellt. Entsprechend zeigt Fig. 4D das Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke 55» die mit der Sekundärwicklung 57 verbunden ist; hierbei bewirkt die Phasenschieberschaltung, daß die diesem Gleichrichter zugeführte Spannung gegenüber der dem Gleichrichter 48 zugeführten spannung: 'phasenverschoben wird. Bedenkt man, daß nur das größte Ausgangssignal der Gleichrichterbrücken 48 und 55 an dem Widerstand. 46 erscheint, führt die Summierung der Wellenformen nach Fig».4B bis i'I_fc9 4D_? ¹^Ie. der- Ausgangsstufe

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zugeführt werden, zu der in Fig. 4E dargestellten Wellenform, aus der ersichtlich,ist, daß sich das Relais nahezu in einem Zustand befindet, in dem es anspricht; jedoch hat der Wellenzug eine solche Form, daß er die Nullinie gerade noch nicht durchläuft. In diesem Fall liegt die Fehlstelle gerade an der Grenze der geschützten Zone, die mit Hilfe der Schaltung 8 gewählt worden ist.

Ähnliche Bedingungen gelten für die Spannung, die dem Gleichrichter 55 zugeführt wird und gemäß Fig. 4F gegenüber der dem"Gleichrichter 48 zugeführten Spannung um 110° phasenverschoben ist; die sich in diesem Fall ergebende Wellenform ist in Fig. 4G dargestellt. Die Wirkung des Variierens der Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Spannungen besteht darin, daß die Form der Relaiskennlinie bestimmt wird, die auf einer komplexen R-X-Ebene verläuft, wobei die Stellung des Potentiometers 58 die Winkelbeziehung an der Grenze der vorderen "Reichweite" des Relais bestimmt, wie es in Fig. 5 mit Yollinien dargestellt ist.

Die gesamte Charakteristik nach Fig. 5 wird in Abhängigkeit von der Größe und Phasenbeziehung zwischen den beiden'feilenformen, nach Fig. 40 und Fig. 4D und von der Größe und Phasenlage der Impulse nach Fig. 4B aufgebaut, und obwohl Fig.. 4D und 4F zeigen, daß die gleichgerichtete Ausgangsspannung die gleiche Amplitude hat wie die in Fig. 4C dargestellte Spannung, bewirkt das Öffnen des Zeitschalters 54» durch das ein größerer Widerstand mit der Gleichrichterbrücke 48 in Reihe geschaltet wird, daß sich die Amplituden der

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"beiden Spannungen unterscheiden, so daß die "Reichweite" des Relais in Richtung der X-Achse vergrößert wird, wie es in Fig* 5 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Entsprechend bewirkt ein Verstellen des Widerstandes 61, daß die Reichweite des Relais in Richtung der R-Ac'hse vergrößert wird. In der Praxis wird diese letztere Reichweite vorher eingestellt, wobei die Vergrößerung der Reichweite in Richtung der X-Achse bis zu einer zweiten Zone automatisch durch den Zeitschalter 54 bewirkt wird.

Wie schon erwähnt, wird die Betätigung des Zeitschalters und damit die Erweiterung des Schutzes von der ersten Zone zu der zweiten Zone durch die Anlassereinheit bestimmt, und diese Einheit arbeitet als Hauptfehlerdetektor,. der auf Störungen anspricht, die sich in einem Bereich abspielen, welcher größer ist als der von der ersten und der zweiten Zone abgegrenzte Bereich. Wenn eine Störung in der ersten Zone auftritt, sprechen somit sowohl der Anlasser, d.h_c der !fehlerdetektor, und die beschriebene lietzeinheit an, und die Meßeinheit tritt in Tätigkeit, um den Trennschalter im wesentlichen augenblicklich am Beginn der Störung auszulösen bzw. zu öffnen, so daß die spätere Betätigung des Zeitschalters 54 in diesem Pail ohne Wirkung bleiht. Tritt jedoch eine Störung in der zweiten Zone auf, sprechen wiederum sowohl der Anlasser als auch die Meßeinheit an, doch betätigt die Meßeinheit den Trennschalter erst dann, wenn sich die Störung beim nachfolgenden Schließen des Zeitschalters für die Meßeinheit bemerkbar macht. Hieraus folgt, daß die Zone, innerhalb deren die Anlassereinheit anspricht, die

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erste und die zweite Zone vollständig umfassen mußjf in der Praxis kann die Kennlinie dieses Anlassers zweckmäßig die in Pig. 6 dargestellte Form erhalten. Die normalen Zonen, d.h.. die erste und die zweite Zone, sind in Fig. 6 der Kennlinie mit gestrichelten Linien überlagert, und man erkennt, daß sich diese Zonen einseitig gerichtet sind, d.h. daß sie sich ' "bezogen auf den Ursprung der Kennlinie vom Standort des Relais

aus nach vorn erstrecken, während sich die Start- oder W Anlaßzone in einem gewissen Ausmaß in der entgegengesetzten Richtung erstreckt, damit ein zwangsläufiges Ansprechen auf alle Störungen gewährleistet ist.

- ■ " Die Schaltung dieses Anlassers oder ü'ehlerdetektors ist grundsätzlich die gleiche wie die in Fig. 2 gezeigte, doch sind bei dieser Schaltung gewisse Änderungen vorgenommen worden, um die Charakteristik in zwei Richtungen richtungsabhängig zu machen.

^ Weitere Einzelheiten dieser Schaltung sind in Fig. 7

dargestellt, wobei Teile, die in Fig. 2 gezeigten Teilen ähneln, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden. Insbesondere umfaßt der Differentiator in diesem Fall einen einzigen Kondensator 62, der durch einen Widerstand 65 überbrückt und mit einer Diode 64 und einer Nebenschlußdinduktivität 65 in Reihe geschaltet ist; hieran schließt sich ein Wellenformer an, der durch eine ähnliehe Schaltung gebildet wird, die einen Kondensator 66, einen Widerstand 67 und eine Diode 68 umfaßt, Die an dem Ausgangswiderstand 69 erscheinenden resultierenden Impulse

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haben eine ähnliche iorm. wie die in Mg. 3B dargestellten, doch sind sie wegen des Vorhandenseins der Dioden 64 und 68 einseitig gerichtet, und während jeder Periode wird nur ein Impuls erzeugt.

Me Schaltung zum Gleichrichten der letζspannung, die in ihrer wahren Beziehung zur Wellenform des Stroms abgeleitet wird, ähnelt wiederum der entsprechenden Schaltung 8 nach Fig. i, doch sind natürlich keine Maßnahmen zum Umschalten auf verschiedene Zonen getroffen. Statt dessen werden die den beiden Hälften der Gleiehrichterbrücke 48 zugeführten Eingangsspannungen getrennt mit Hilfe variabler Widerstände 70 und 71 so eingestellt, daß sich die Größe jeder zweiten (positiven) Halbperiode des gleichgerichteten Ausgangssignals von der Größe der dazwischen liegenden (negativen) Halb— Perioden unterscheiden kann. Die Gleichrichter- und Phasenscjiieberschaltung ist genau die gleiche wie die entsprechende Schaltung 9 nach Pig. 2, und das größte Ausgangssignal der beiden in Reihe geschalteten Gleichrichterbrücken 48 und 55 erscheint an einem Widerstand 72. Die an den beiden in Reihe geschalteten Widerständen 69 und 72 erscheinende resultierende Spannung wird einer Ausgangsstufe 74 zugeführt, die ebenso wie die Ausgangsstufe 11 nach !ig. 2 polaritätsempfindlich ist; wenn irgendein Teil dieser normalerweise einseitig gerichteten Wellenform die Fullinie durchläuft, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das eine folge von Zeitsteuervorgängen einleitet, damit der Zeitschalter 54 (Fig. 2) betätigt wird.

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Eine typische Wellenform, die dieser Ausgangsstufe 74 zugeführt wird, und die die in Fog. 6 dargestellte Kennlinie liefert, ist in Fig. 8 dargestellt; hierbei entspricht die Lage der di/dt~Impulse einem Fehler, der nahe der Grenze der Startzone auftritt und gemäß Fig. 6 im negativen Bereich auf der R-Achse liegt. Die Abschnitte a und a der Wellenform sind auf das der G-leichrichterbrpcke 55 entnommene Ausgangssignal zurückzuführen, während die Abschnitte b und.c auf die dem Gleichrichter 48 entnommenen gesonderten Halbwellen-Ausgangssignale zurückzuführen sind; es läßt sich zeigen, daß die vier das Kennfeld begrenzenden Ecken dann, wenn man von der linken" untere-öa Ecke aus im Uhrzeigersinne fortschreitet, dadurch bestimmt sind, daß der di/dt-Impuls an den Schnittpunkten der Abschnitte c und a bzw. a und b bzw. b und a bzw. a und c liegt.

Zwar wurde die Erfindung vorstehend bezüglich bestimmter Formen der Relaischarakteristik sowohl hinsichtlich der Zonen als auch des Start- oder Anlaßvorgangs beschrieben, doch sei bemerkt, daß man leicht verschiedene andere zusammengesetzte Charakteristiken ableiten kann, indem man lediglich die relative Phasenlage der Wellenformen entsprechend wählt, oder indem man das an Hand von Fig. 7 erläuterte Verfahren zum getrennten Steuern der beiden Hälften der verwendeten Gleichrichterbrücken erweitert. Wenn man z„B. das Ausgangssignal der Wicklung 57 nach Fig. 7 nicht verwendet, wird die resultierende Startcharakteristik durch die beiden Linien bestimmt, die in Fig. 6 parallel zur ß-Achse verlaufen und

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sieh in beiden Richtungen ins Unendliche erstrecken. Ferner kann man in manchen Fällen, insbesondere "bei der Verwendung von Sättigungsfähigen Transformatoren, genauere Messungen durchführen, wenn die Ableitung des Stroms in dem Augenblick gewonnen wird, der unmittelbar auf den Fulldurchgang der Stromwellenfarm folgt, denn anderenfalls kann ein gewisses Ausmaß magnetischer Remanenz diese Größe beeinflussen, und es sei außerdem bemerkt, daß in den Fällen* in denen vom ETuIldurehgang des Stroms gesprochen wurde, natürlich auch kleinere Abweichungen von diesem Zeitpunkt in Frage kommen.

Patentansprüche:

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Claims (8)

ßß *■. 178803? PAilHiifSPRUCHE

1. Distanzrelais zum Schützen einer WechselstrOmübertra«. gungsanlage gegen Störungen, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung mit einer Vorrichtung (3, 6) zum Überwachen des durch die Anlage fließenden Stroms und zum' Feststellen des Augenblicks, in dem der Stromndie Nullinie · durchläuft, eine Vorrichtung (4) zum überwachen der Spannung der Anlage, Schaltungen (8, 9) zum Gleichrichten der erwähnten Spannung zusammen mit mindestens einer Spannung, die gegejaenüber der erwähnten Spannung um einen vorbestimmten Betrag phasenverschoben ist, eine Summierungsvorrlchtung (7) zum Addieren des größten Augenblickswertes der gleichgerichteten, einseitig gerichteten Spannungen und der Ableitung des Stroms in dem erwähnten Zeitpunkt, sowie durch eine Ausgangsvorrichtung (11), die in Abhängigkeit davon betätigt werden kann_y daß irgendein Teil der Wellenform der summierten Größen die lullinie durchläuft, wenn die Ableitung des Stroms bezüglich ihrer Große die gleichgerichteten Spannungen überschreitet und ein dem Vorzeichen der gleichgerichteten Spannungen entgegengesetztes Vorzeichen hat«

2* Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i ohne t , daß eine der ersten Einrichtung entsprechende zweite Einrichtung vorgesehen ist, daß die durch die erste Einrichtung bestimmte Arbeitscharakteristik mehrere einander benachbarte Zonen der Wechselstromübertragungsanlage

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umfaßt, die in zunehmenden Abständen vom Standort des Relais angeordnet sind, während die Arbeitschärakteristik der zweiten Einrichtung sämtliche erwähnten Zonen vollständig umschließt, daß die Ausgangsvorrichtung der zweiten Einrichtung bewirkt, daß ein Steuersignal in Abhängigkeit von einer Störung innerhalb irgendeiner der erwähnten Zonen erzeugt, so daß die erste Einrichtung veranlaßt wird, sämtliche zugehörigen Zonen nacheinander bezüglich dieser Störung abzutasten, und daß die Betätigung der Ausgangsvorrichtung der ™ ersten Einrichtung bewirkt, daß ein Trennschalter betätigt wird, um die Störung zu isolieren.

5. Distanzrelais nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze i c h-η e t , daß die Ableitung des überwachten Stroms bei der ersten Einrichtung mit Hilfe einer Differenzierungsschaltung (6) gewonnen wird, die auf eine zu dem überwachten Strom proportionale alternierende Spannung anspricht, und daß die Differenzierungsschaltung zwei gleichartige Netzwerke umfaßt, durch welche die beiden Halbperioden der Wellenform getrennt verarbeitet werden.

4. Distanzrelais nach Anspruch 3* dadurch g e k e η η ζ e'i ohne t , daß die Netzwerke zwei Rücken an Rücken miteinander verbundene Dioden (15, 16) umfassen, an die die alternierende Spannung angelegt wird, daß die den beiden Dioden gemeinsame Verbindungsstelle mit einer ähnlichen Verbindungsstelle zwischen zwei Induktivitäten (17, 18) verbunden ist, die jeweils gesondert mit einer weiteren Diode (19, 20) in Reihe geschaltet sind, daß ein paralleler RC-Kreis

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(21 bis 24) bei jedem Netzwerk sowohl zwischen den Dioden des Netzwerks als auch am Ausgang des Hetzwerks vorgesehen ist, und daß an den RC-Ausgangskreis weitere damit in Reihe geschaltete Dioden (25, 26) angeschlossen sind.

5. Distanzrelais nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

g β- k e η η ζ e i c h η et , daß ein Umschaltkreis zum Regeln der der Summierungsvorrichtung von der Differenzierungs· et stufe aus zugeführten Eingangssignale vorgesehen ist, daß dieser ümschaltkreis zwei "Gatter (31, 32) umfaßt, für die Steuersignale aus der überwachten Spannung entwickelt werden, und daß die Polarität dieser Steuersignale synchron mit den differenzierten Stromimpulsen wechselt, so daß die beiden Gatter nacheinander geöffnet werden und diese Impulse einseitig gerichtet der Summierungsstufe zugeführt werden.

6. Distanzrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und die Polarität der

fe Steuersignale so vorherbestimmt ist, daß der Summierungsstufe nur diejenigen differenzierten Impulse zugeführt werden, die in einer bestimmten Phasenbeziehung zu der überwachten Spannung auftreten.

7. Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung bei der ersten Einrichtung zwei in Reihe geschaltete Gleichrichterbrücken (48, 55) umfaßt, daß an die eine Gleichrichterbrüeke (48) ein erstes Netzwerk angeschlossen ist, mittels dessen die überwachte Spannung der Gleichrichterbrüeke zugeführt wird, daß ein zweites Netzwerk an die andere Gleich-

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rieiiterbrucke (55) angescnlossen ist und dazu dient, eine Phasenverschiebung der überwachten Spannung zu bewirken, und daß das erste letfzwerk durch das Steuersignal der zweiten Einrichtung gesteuert wird, so daß die Amplitude der überwachten Spannung variiert .und die durch die erste Einrichtung bestimmte Arbeitscharakteristik beeinflußt wird«

8. Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Ableitung des überwachten Stroms bei der zweiten Einrichtung mit Hilfe einer Differenzierungsschaltu&g gewonnen wird, die auf eine zu dem überwachten Strom proportionale alternierende Spannung anspricht, daß diese Spannung an einen parallelen EG-Kreis (62, 63) angelegt wird, der mit einer Diode (64) und einer Indukti*- vität (65) in Reihe geschaltet ist, daß ein weiterer paralleler RG-Kreis (66, 67) am Ausgang der Differenzierungsstufe mit der "Verbindungsstelle zwischen der Diode und der Induktivität verbunden ist, und daß das Eingangssignal der Summierungsstufe direkt von der Differenzierungsstufe aus zugeführt wird*

9« Distanzrelais nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t ,daß die Schaltung der zweiten Einrichtung zwei in Reihe geschaltete G-leichrichterbrücken (48, 55) umfaßt, daß ein erstes letzwerk mit der einen Gleichrichterbrücke (48) verbunden ist, mittels dessen die überwachte Spannung der G-leichrichterbrücke zugeführt wird, daß ein zweites Netzwerk mit der anderen (xleichrich- , terbrücke (55) verbunden ist und dazu dient, eine Phasenver-

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Schiebung der überwachten Spannung herbeizuführen, und daß die Amplituden der an jede Hälfte der ersten Gleichriehterbrucke angelegten Wechselspannungen getrennt variiert werden können., so daß die durch die zweite Einrichtung hestimmte Arbeitscharakteristik beeinflußt wird.

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