CH633917A5 - Schutzschaltungsanordnung fuer elektrische anlageteile, insbesondere fuer leitungsstrecken, sammelschienen und/oder transformatoren. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltungsanordnung für elektrische Anlageteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schutzschaltungsanordnung ist für Hoch- und Niederspannungsanlagen geeignet, wird jedoch aus ökonomischen Gründen insbesondere in Hochspannungsanlagen verwendet. Es handelt sich vorzugsweise um eine schnellarbeitende Schutzschaltanordnung.

Beim Auftreten eines Fehlers in einem elektrischen Starkstromnetz entsteht eine elektrische Wanderwelle, die sich im Netz fortbewegt. Aufgrund wiederholter Reflektionen an verschiedenen Unstetigkeitsstellen im Netz, wie z.B. Transformatoren, Netzstationen und fehlerhaften Stellen, werden tran-siente Ströme und Spannungen erzeugt, welche die korrekte Arbeitsweise der Relais in einer Schutzschaltungsanordnung erschweren. Die in diesen Transienten (Ausgleichsschwingungen) überwiegenden Frequenzen sind von der Entfernung bis zur Fehlerstelle und von der Netzkonfiguration abhängig. Untersuchungen haben gezeigt, dass es auch bei Verwendung von Sperrfiltern für die Transienten schwierig ist, beispielsweise konventionelle Impedanzrelais für die Schutzschaltungsanordnung zu verwenden, deren Ansprechzeit kleiner sein soll als die Dauer einer Periode. Bei höheren Netzspannungen werden höhere Ansprüche an die Schnelligkeit der Schutzschaltungsanordnung gestellt, während die Dämpfung der Wanderwellen gleichzeitig abnimmt. Die Anwendung traditioneller Messprinzipien für die Schutzschaltungsanordnung wird daher schwieriger.

Aus der CH-PS 579 331 ist es beispielsweise bekannt, die Bewegungsrichtung der Wanderwellen in einem Messpunkt zu erfassen, um die Richtung zur Fehlerquelle bestimmen zu können. Vergleicht man beispielsweise die Vorzeichen der Strom-und Spannungswellen, so kann man beurteilen, ob der Fehler vor oder hinter dem Messpunkt in Überwachungsrichtung gesehen liegt.

5 Bei einphasigen Fehlern in Netzen mit hohen Nennspannungen, insbesondere in radialen oder schwachmaschigen Netzen, ist es häufig erwünscht, dass die Schutzschaltungsanordnung nur die fehlerhafte Phase ausschaltet, dass es sich also um eine sogenannte einpolige Ausschaltung handelt. Da in einem 10 solchen Fall die beiden übrigen Phasen fehlerfrei sind, ist es leichter, die Stabilität im Netz zumindest solange aufrechtzuerhalten, bis ein schnelles Wiedereinschalten der ursprünglich fehlerhaften Phase erfolgen kann.

Bei Folgefehlern, die sich beispielsweise von einem hinter 's dem Messpunkt liegenden Fehler ausbreiten und einen Fehler vor dem Messpunkt verursachen, ist es erwünscht, die geschützte Leitung oder einen anderen Anlageteil einpolig auszuschalten. Häufig treten Folgefehler nicht in derjenigen Phase auf, in welcher der ursprüngliche Fehler aufgetreten ist, son-20 dern in einer anderen Phase. Die Ursache dafür hängt mit einer Spannungserhöhung in den vorerst fehlerfreien Phasen und der dadurch auftretenden Gefahr von Isolationsdurchbrüchen und Lichtbogenüberschlägen zusammen. In konventionellen Distanzschutzanlagen ist eine grosse Anzahl von Messrelais 25 erforderlich, damit derartige Folgefehler schnell angezeigt werden können. Trotzdem ist es schwierig, Ansprechzeiten von weniger als 0,5 bis 1 Periode zu erreichen. In Schutzschaltungsanordnungen, die die Richtung der Wanderwellen feststellen, wird die Schutzschaltungsanordnung normalerweise bei aus-30 serhalb ihres Schutzbereichs auftretenden Fehlern (äussere Fehler) vollständig blockiert, womit der Nachteil verbunden ist, dass die Schutzschaltungsanordnung während der Dauer der Blockade auf in ihrem Schutzbereich auftretende Fehler (innere Fehler) nicht anspricht.

35 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im 40 kennzeichnenden Teil des Anpruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen dreiphasigen Wellendetektor der Schutzschal-45 tungsanordnung,

Fig. 2 einen Niveaudetektor,

Fig. 3 einen Sequenzdetektor,

Fig. 4 einen Phasenwähler und Fig. 5 eine Relaiseinheit.

so Der in der Figur 1 dargestellte dreiphasige, gerichtete Wellendetektor weist drei gleiche einphasige Teildetektoren VDR, VDS und VDT auf, welche für die drei Phasen R, S und T der zu schützenden Anlageteile bestimmt sind. Dieser dreiphasige Wellendetektor bildet das Grundglied der Schutzschaltungsan-55 ordnung. Von den untereinander gleichen Teildetektoren ist nur der der Phase R zugeordnete Teildetektor VDR mit Details dargestellt.

J eder Teildetektor hat einen Eingang iR, is bzw. iT für Strom-messwertsignale in den drei Phasen und einen Eingang uR, us 60 bzw. uT für Spannungsmesswertsignale. Die Signale entsprechen den drei Phasenströmen im Messpunkt und drei zweckmässig gewählten Phasenspannungen und sind im allgemeinen mittels Messwandlern abgeleitet. Jeder Teildetektor hat für jedes der beiden Eingangssignale ein Bandfilter 11, das die netz-65 frequente Komponente im Eingangssignal sperrt und vor einem integrierenden Kreis 12 liegt. Ein an den Ausgang des integrierenden Kreises angeschlossener Vorzeichengeber 13 hat einen + Ausgang und eine - Ausgang und führt das vom

3

633917

Integrator erhaltene Signal zum -(-Ausgang, wenn dieses positiv ist und zum - Ausgang als positives Signal, wenn das erhaltene Signal negativ ist. Jeder Teildetektor enthält einen Richtungsdetektor 14, der im Teildetektor VDR mit gestrichelten Linien markiert ist. Der Richtungsdetektor 14 ist aus einer Anzahl Dioden D1 bis D16 aufgebaut, die, wie es aus der Figur ersichtlich ist, an den Pluspol einer Spannungsquelle 15 über Widerstände 16 angeschlossen sind.

Der Richtungsdetektor gibt ein Ausgangssignal an seinem Ausgang RA und an dem für den ganzen Wellendetektor gemeinsamen Ausgang UA, wenn die Signale an die beiden Vorzeichengeber 13 verschiedene Vorzeichen haben, während ein Ausgangssignal an den Ausgängen RB bzw. UB auftritt, wenn die genannten Signale die gleichen Vorzeichen haben. Das Ausgangssignal ist in der Figur 1 gezeigten Ausführung positiv, und die Amplitude desselben entspricht der Amplitude des kleinsten der Eingangssignale an die Vorzeichengeber 13. An den Ausgängen UA und UB, die für alle drei Teildetektoren gemeinsam sind, erhält man das grösste der Signale, die an RA, SA, TA bzw. RB, SB, TB auftreten. Dies hängt damit zusammen, dass die Richtungsdetektoren 14 auf der Ausgangsseite mit Dioden D9 bis Dl6 versehen sind.

Bei jedem Anschluss an einen Anlageteil wird die Stromrichtung als positiv definiert, die in den Anlageteil hineinweist. Bewegt sich eine Wanderwelle in negativer Richtung, so gibt der Wellendetektor Auslösesignale an den Ausgängen RA, SA, TA sowie UA, die Auslöseausgänge genannt werden. Bewegt sich die Wanderwelle jedoch in positiver Richtung, so erhält man Blockierungssignale an RB, SB oder TB sowie an UB, und diese Ausgänge werden Blockierungsausgänge genannt. Wird ein bestimmter Wellendetektor zum Schutz eines anderen, danebenliegenden Anlageteils verwendet, so erhalten die Blok-kierungssignale eine auslösende Wirkung und die Auslösesignale eine blockierende Wirkung für den anderen Anlageteil.

Die Ausgangssignale des Wellendetektors werden einem Niveaudetektor ND zugeführt, der in Figur 2 gezeigt ist. Der Niveaudetektor hat drei niveauabtastende Teildetektoren NRU, NSU, NTU für Auslösesignale, einen für jede Phase. Die Eingänge NRU1, NSU1, NTU1 der Teildetektoren sind jeweils an einen phasenweisen Auslöseausgang des Wellendetektors angeschlossen. Die Teildetektoren haben jeder einen Ausgang NRU2, NSU2, NTU2. Zu dem Niveaudetektor gehören auch drei niveauabtastende Teildetektoren NRB, NSB, NTB für Blockierungssignale, die jeder einen Eingang, der an den entsprechenden Blockierungsausgang des Wellendetektors angeschlossen ist, sowie jeweils einen Ausgang haben, wie es in der Figur gezeigt ist.

Bei doppelten Erdschlüssen kann die Schutzschaltungsanordnung gemäss der Erfindung gegen Auslösungen nur in der fehlerhaften Phase gesperrt werden, wenn ein erster dahinter-liegender Fehler auftritt, auf den die Schutzanordnung somit nicht ansprechen soll. Dabei kann eine einpolige Abschaltung bei einem anderen davorliegenden Fehler durchgeführt werden, wenn dieser in einer anderen Phase als in derjenigen auftritt, in welcher der erste Fehler eingetreten ist, was am wahrscheinlichsten ist. Eine Vorrichtung, mit der man dieses durchführen kann, ist in Figur 3 gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen Sequenzdetektor, der anzeigt, ob die erste Wanderwelle in auslösender Richtung, von einem davorliegenden Fehler verursacht, oder in blockierender Richtung liegt und von einem dahinterliegenden Fehler verursacht ist. Wenn also ein Signal ein Amplitudenkriterium im Niveaudetektor nach Figur 2 erfüllt hat, so werden Signale mit entgegengesetzter Bedeutung daran gehindert, in derselben Phase hindurchzukommen. Bei dahinterliegenden Einphasenfehlern wird das Auslösesignal somit nur in der fehlerhaften Phase gesperrt. Dahingegen wird das Auslösesignal bei einem folgenden davorliegenden Fehler in einer anderen Phase in der Phase also nicht gesperrt,

sondern hindurchgelassen.

Der Sequenzdetektor umfasst drei gleiche Teildetektoren, einen für jede Phase. Da die drei Teildetektoren gleich sind, wird nur der Teildetektor SR der R-Phase genauer beschrieben. Zu dem Teildetektor gehört ein erstes UND-Glied 30, dessen einer Eingang an den Eingang SRI angeschlossen ist, der in der Schaltlogik an den Ausgang NRU2 des Niveaudetektors angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gliedes ist über ein Zeitverzögerungsglied 31 an den Ausgang SR2 des Sequenzdetektors angeschlossen. Der eine Eingang eines zweiten UND-Glie-des 32 ist an den Ausgang eines ODER-Gliedes 33 angeschlossen, dessen einer Eingang an den Eingang SRB1 des Teildetektors SR angeschlossen ist, der ein Blockierungseingang ist, und der in der Schaltlogik an den Blockierungsausgang NRB2 des Niveaudetektors angeschlossen ist. Der andere Eingang des ODER-Gliedes ist an einen für den ganzen Sequenzdetektor gemeinsamen Blockierungseingang GB angeschlossen, dem ein Blockierungssignal, beispielsweise von einer Schutzschaltungsanordnung in einem angrenzenden Anlageteil, zugeführt wird, wenn diese letztgenannte Schutzanordnung ausgelöst hat. Der andere Eingang des UND-Gliedes 32, der invertiert ist, ist mit dem Ausgang SR2 verbunden, und der Ausgang desselben ist über ein zweites Zeitverzögerungsglied 34 teils mit dem Blockierungsausgang SRB2 und teils mit dem anderen, invertierten Eingang des ersten UND-Gliedes 30 verbunden.

Ist kein Signal vorhanden, so liegt eine «Eins» an dem unteren, invertierten Eingang der beiden Glieder 30 und 32. Wenn ein Auslösesignal an dem oberen Eingang des Gliedes 30 auftritt, tritt eine «Eins» an dessen Ausgang auf, und ein Auslösesignal tritt wenigstens während der Zeit ti am Ausgang SR2 auf. Der untere Eingang des Gliedes 32 erhält dann eine «Null», wodurch ein eventuelles Blockierungssignal am Eingang SRB1 nicht das Glied 32 passieren und als Blockierungssignal am Ausgang SRB2 auftreten kann.

Zur einpoligen Auslösung des Schalters bei einphasigen Erdschlüssen enthält die Schaltlogik einen Phasenwähler FV, der in Figur 4 gezeigt ist. Auch dieser ist aus logischen Elementen aufgebaut, und die Figur ist nur ein Beispiel für den Aufbau desselben. Der Phasenwähler gibt eine «Eins» an sämtlichen Ausgängen FR2, FS2 und FT2, wenn wenigstens zwei der Eingänge FRI, FS1 und FT1 eine «Eins» haben. Wenn dahingegen, wie es bei einem einphasigen Fehler der Fall ist, nur einer der Eingänge eine «Eins» bekommt, so wird nur der entsprechende Ausgang eine «Eins» abgeben.

Die Ausgänge FR2, FS2, FT2 des Phasenwählers sind jeweils an den Eingang RR1, RS1, RT1 einer Relaiseeinheit R angeschlossen, die in Figur 5 gezeigt ist, und die pro Phase ein Zeitverzögerungsglied 61 und einen Verstärker 62 enthält. Das Zeitverzögerungsglied verlängert einen eintreffenden Auslöseimpuls, so dass derselbe die Dauer t2 bekommt unter der Voraussetzung, dass der Auslöseimpuls mindestens die Zeit ti dauerte. Der Verstärker führt Strom zur Wicklung in einem Relais 63 mit einem Schliesskontakt 64. Beim Ansprechen des Relais wird ein Auslösestrom zu den Ausgängen RR2, RS2, RT2 geleitet. Die Relaiseinheit hat auch drei Eingänge RRB1, RSB1, RTB1 für Blockierungssignale, und diese Eingänge sind an entsprechende Blockierungsausgänge SRB2, SSB2, STB2 des Sequenzdetektors angeschlossen. Auch hier ist in jeder Phase ein Verstärker 62 angeordnet. Die Blockierungssignale treten an den Ausgängen RRB2, RSB2, RTB2 auf.

Das Zeitverzögerungsglied 61 ist zumindest in den Fällen erforderlich, wo der geschützte Anlageteil eine Leitungsstrecke ist, da man dann ein eventuelles Blockierungssignal vom anderen Ende der Strecke abwarten muss. Die Verzögerung ti muss so lang sein, dass ein Blockierungssignal vom anderen Ende wirklich durchkommt, bevor ein Auslösesignal gegeben wird. Es muss möglich sein, die Einschaltzeit zwecks Anpassung an die Verzögerung an dem Fernmeldekanal zu

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

633917

4

variieren, der die Signale zwischen den beiden Enden der Leitungsstrecke überträgt. Die Zeit t2, die den Auslöseimpuls verlängert, ist nur dann erforderlich, wenn die Dauer des Auslöseimpulses kürzer als die Ansprechzeit des Auslöserelais 63 ist.

Durch Zuschaltung eines bekannten Unterspannungsdetektors mit drei phasenweisen Eingängen, die jeweils an die betreffenden Ausgänge des Phasenwählers angeschlossen sind, sowie mit drei weiteren Eingängen, die an die Spannungseingänge des Wellendetektors angeschlossen sind, und drei Ausgängen, die an die Auslöseeingänge RR1, RS1, RT1 der Relaiseinheit angeschlossen sind, kann man eine dreipolige Ausschaltung bewirken, wenn in einer der Phasen ein Unterspannungsintervall aufgrund einer einpoligen Ausschaltung entsteht und ein neuer einphasiger Fehler in einer der verbliebenen Phasen auftritt, nachdem die erstgenannte Phase abgeschaltet wurde, 5 jedoch bevor sie schnell wieder eingeschaltet wurde. Das genannte Kriterium deutet darauf hin, dass der erste Fehler Folgefehler in einer anderen Phase verursacht hat oder dass zwei konsekutive Einphasenfehler aufgetreten sind. In einem solchen Fall muss eine zweipolige Ausschaltung verhindert 10 werden.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

633917 PATENTANSPRÜCHE

1. Schutzschaltungsanordnung für elektrische Anlageteile, insbesondere für Leitungsstrecken, Sammelschienen und/oder Transformatoren, mit Mitteln zum Messen der Ausbreitung von Wanderwellen in den Anlageteilen bei auftretenden Fehlern und mit Vorrichtungen (VDR, VDS, VDT) zur Erzeugung von Auslöse- und/oder Blockiersignalen in Abhängigkeit davon, ob der Fehler vor oder hinter dem Messpunkt in Überwachungsrichtung gesehen auftritt, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur phasenweisen Aufteilung der Blockiersignale und zur phasenweisen Sperrung der Auslösung bei hinter dem Messpunkt auftretenden Fehlern.

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sequenzdetektor (SD), der drei einphasige Teildetektoren (SR, SS, ST) enthält, von denen jeder einen Auslöseeingang (SRI, SSI, STI), einen Blockiereingang (SRB1, SSB1, STB1 ), einen Auslöseausgang (SR2, SS2, ST2) und einen Blockierausgang (SRB2, SSB2, STB2) aufweist, die derart angeordnet sind, dass eintreffende Blockiersignale gesperrt werden, wenn ein Auslösesignal am Auslöseeingang eintrifft und dass eintreffende Auslösesignale gesperrt werden, wenn ein Blockiersignal am Blockiereingang eintrifft.

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockiereingang (SRB1, SSB1, STB1) eines jeden Teildetektors (SR, SS, ST) mit jeweils einem Eingang eines ODER-Gliedes (33) verbunden ist, dass der jeweils andere Eingang des ODER-Gliedes (33) mit einem für sämtliche Teildetektoren gemeinsamen Blockiereingang (GB) verbunden ist und dass der Ausgang des ODER-Gliedes (33)

jeweils mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes (32) verbunden ist, dessen Ausgang jeweils über ein Zeitverzögerungsglied (34) mit dem Blockierungsausgang (SRB2, SSB2, STB2) des Teildetektors verbunden ist.