DE1588105A1

DE1588105A1 - Anordnung zur Feststellung und Entfernungsmessung von Erdschluessen in einem Dreiphasennetz mit geerdetem Nullpunkt

Info

Publication number: DE1588105A1
Application number: DE19671588105
Authority: DE
Inventors: Michel Souillard
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-07-26
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1199200A; DE1588105B2; FR1501814A; US3488559A; CH498402A; BE702256A; DE1588105C3

Description

Anordnung zur !feststellung und Entfernungsmessung von Erdschlüssen in einem JJreiphasennetz mit geerdetem Nullpunkt

jjie Erfindung betrifft eine Anordnung, welche die Feststellung üowie die Messung der Entfernung der Erdschlüsse in einem x»reiph.asennetz mit geerdetem Nullpunkt ermöglicht.

.Die erfindungsgeni-isse AnorduungfLst ausschliesslich mit Hilfe yob statischen Organen gebildet, und sie ermöglicht insbesondere eine richtungaabhängige Entfernungsmessung bei allen ourdschlüssen (Erdschluss einerfeinzigen Phase oder erdschluss von zwei Phasen), die in einem !»reiphasennetz auftreten, ohne Verwendung von üchaltorganen. Sie enthalt ferner nur ein einziges Detektorelement für die drei bei ihrem Botrieb auftretenden Ifessgrossen, und sie erfordert kein i'ilter für die symmetrischen Komponenten und kein Mittelwertfilter, was zu einem einfachen und billigen

Aufbau führt. BADOfilÖINAL

Johliesslich arbeitet sie besonders sohnell,

00 9 8 60/0626

weil

weil , wie im Verlauf der KvI iubemng auch aujeief.u rt -ird, ihre Ansprechzeit im Höchstfall ein urivbel uinor Periode betrgt, also 6,66 ms im Sill eines 5<j ilz-i>i<

JJie erfindungsgemässe inOrdnung ist im weseiitlicneu dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Stromkreise entaalt, die jeweils zu den ^ingangsklemmen von drei nalog-ügital-Umsetzerveisb Irkern führen, wobei jeder dieser drei Stromkreise drei in Serie geschaltete Elemente enthält:

a) die Sekundärwicklung eines zwischen einer iPhase und iirde angeschlossenen Transformators;

b) eine Nachbildungs-Gegeninduktivität, die für alle drei Stromkreise gleich ist, und deren Wert Z die Impedanz des zu schützenden oder zu überwachenden Lcitungsabschnitto darstellt, während ibeArgument gleich der direkten Impedanz der Leitung ist, wobei diese Nachbildungs-GegeninduktivitUt mit einem Strom gespeist wird, der dem durch die betreffende Phase fliessenden Ftrom proportional ist; ■

c) eine G-egeninduktivität des Wertes KZ (wobei K der Koeffizient der Jirdimpedanzen ist), die von dem Kullstrom gespeist wird, der im Augenblick eines Erdschlusses entsteht.

Die BAD QRiQiNAL

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jji3 iusgnn-;;e der Analog-i;igital-Umsetzerverst^:irk:er sind einerseits mil, einer logischen Und-Lchaltung und andrerseits mit einer logiscuen Weder-Noch-Scualtung verbunden, und die nusgüüv-e dieser logischen Schaltungen sind mit einer logischen Gder-üchaltung verbunden.

An den -usgang dieser üfe-Schaltung ist eine Kurzzeitspeicher- -uiordnung angeschlossen, an die wiederum ein Urgan zur Aus-Iusun:,· des netzes angeschlossen ist.

X)] e Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsbeschrieben. ;«jarin zeigen:

JTig.1 das ciieo . einer Anordnung zur Feststellung und Entfernungsmessung der Brdschlisse in einem Dreiphasennetz nacii der Erfindung, in welchem die Impedanz als eleetrisciie Grr'Jsse zur Messung der entfernung verwendet wird,

k'ig.2 DiagJM :i:ie zur Darstellung der Lage der bei der Anordnung verwendet en wpannungsvetctoreij: im normalen Betrieb und in alle.i j-'ällen von Sctilüssen awisciien Phasen und Lrd'e, die Χϊι Jc;,! zu überwachenden oder: zu schützenden Leitungs abscnnii/l luJtreteti una

i'-i.;.5 ein h ia.-jrarnm zur .brläuterun-¹; der Wirkungsweise der erfindun;ja_;'!;era 'ssen Anordnung bei einem L-chluss zv^ischen einer J'li u?e und J^rde, der in 'ici i5u überwachenden oder zu dc· Ι'·-- ^ι·Λΐ<[ρ.ιΐ ΐιοί buri;^j;Dab;i('.' π i'. I; 'iiij"tritt.

009R50/052S

1' JK. 2

i!'ig.1 äeigt die drei Phaseu \, 13, G eines L-reiphasennetcoD und den geerdeten !Nulleiter ü. in die Phasenleiter Ά., 13, G .ind jeweils die Primärwicklung eines von drei otromwanalern 11, i Ά, 13 eingefügt.

JJas eine iinde der tkundärwicklung jedes dieser ί tromwandler ist mit dem einen Jiinde der Primärwicklung einer Nachbildungs-G'-.genInduktivität 14, 15 bzw. 16 verbunden. Diese G-egeninduktivitäten sind einander gleich., und ihr »vert Z stellt die lrapodana des zu schützenden und zu überwachenden Lcitungsabschnitts dar. -j-' e3e ltijpedanz Z hat das gleiche Argument wie die direkte Phaeenimpedanz z^ der Leitung, xde Liekundarwicklungen der ,'.tromwandler 11 ,12, 15 sind an ihrem anderen Ende miteinander verbunden, und das gleiche gilt für das andere Ende der xrimarwicklungen der l^iachbildungs- Gegeninduktivitäten 14, ^^ιJ, 16. Diese beiden gemeinsamen Punkte sind über Leiter 10 bzw. U¹ tiiit der Primärwicklung einer Wachbildungs-Gegeninduktivitdt 17 ces Wertes KZ verbunden, wobei K der koeffizient der lirdimpedanzen ist, der durch die folgende bekannte Gleichuug definiert ist:

- ^zo

K =

wobei ζ die Hullitnpedanz der Leitung ist.

Zwischeti

BAD ORIGINAL

009850/0 526 .

Zwischen jeweils einer d/er Phasen und dem Nulleiter ist die -Primäroicklung eines von drei üpannungswandlern 21 , 22 bzw. ',ngeschlossen. D s eine i%de der Sekundärwicklungen dieser Spannungswandler ist mit einem gemeinsamen Punkt P verbunden, au den wiederum eine der Klemmen der Sekundärwicklung der Gegellinduktivität 17 angeschlossen ist. ϋχβ .Sekundärwicklungen der ■ -r,aanungswandler 21, 22, 2'-j sind andrerseits mit den Sekundärwicklungen der G-egeninduktivitäten 14» 15 > 16 so verbunden, dass drei Stromkreise gebildet werden, die an aen ^ingangsklemmen von Verstärkern 1, 2, 3 enden, wobei ,jeder dieser .Stromkreise die Sekundärwicklung eines der „spannungswandler, die Sekundärwicklung einer der G-egeninduktivitäten 14, 15, 16 und die Sekundärwicklung der (rügeninduktivität 17 enbhält.

Jjie Verstärker 1, 2, 3 sind in an sich bekannter Weise so ausgeführt, dass sie sich wie Analog-Digital- Umsetzer rerhalten, welche ihre jeweiligen Jjiingarigsspannungen in logische Signale mit zwei Zuständen (ü und 1) umsetzen, wobei die Phasen dieser ί ignale in Bezug auf diejenigen der Eingangssignale aufrechterhalten bleiben.

l»ie Ausgänge der Versbärker I, 2, 3 sind einerseits mit einer logischen Und-üchaltung 4 und andrerseits mib einer logischen tfeder-Noch-Sohalbung 5 verbunden. Me Ausgänge dieser logischen VerknUpfungsschaltungen sind mit einer

logischen 00Ö850/0525

logischen üder~ .chaltung 6 verbunden, uchliesslich isb an den A₁₁SgHiIg dieser logischen Verknupfungsscail bung eine Kurzzeibijpeiche rschal bung 7 von irgendeiner be kann tan ^r b angeschlossen. Der Ausgang dieser K.urazeitspeichei'nclrin,l.tung Ist mit einem nicht dargestellten Ausloseorgan verbunden, das für die Erfindung ohne Bedeutung isb.

v/enn mit I , I, , i , I die durch die drei Phasenleiter A, B ,0 und den Nulleiter N im Falle eines Schlusses zwischen ainer oder zwei ^}hasen und Erde fliessenden Ctr me, mit V , V, , V die spannungen zwischen jeder der Phasen und iirde und mit V₁ ¹, VJ, Y¹ die an den . ingauga klemme η der

ei k) U

Verstärker I, Z, 3 erscheinenden i. pinuungeu bei.oichnet werden, ist au erkennen, dass diese drei i- annungen V,¹ , Yi, Y¹ den folgenden G-leichungen entsprechen:

Y' = Y - Z(X + ül ) (1)

ti -X Λ L

= ^Vb - ²

= ^Vc - ²

Zum besseren Verständnis der beschriebenen Anordnungen sei hIs Buia^iel der lall eines uchlussesi avjiiujnun dor ul-iso A. und Erde betrachtet.

üokaittilL ich BAD ORIGINAL

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cl] wir-1 in diesem i^:' Il die .' jatiuutig V durcii die .folgende Gleichung ausgedrückt;

nlenu man in der Gleichung (1) .las Glied V durcii den

el

"lurch die Gleichung (4) ausgedrückten riert ersetzt, erhalt ..in. ti na c 11 Λ e ve i η fa c) 1 u ng:

^Va =

Jn ist; also au erkennen, dass in dem Pail, dass der Wert ζ, (direkte impedanz der eilen jordscnluss aufweisenden Phase) kleiner als der viert der .Bezugs imped au ζ Z (impedanz des ^u sciiützenden Jr-itungsabschnitts) ist, wobei die Polarität ier , panuuiiij * ' gegenüber derjenigen der spannung Y ständig u .!gekehrt isi;. Dieser !'all tritt ein, wenn der Erdschluss in ii-ifcujj auf den Ort der Lchutuanordnung in einer Entfernung Liegt, die kleiner als die Lunge des zu Benutzenden Leitungsabsoi uitts irjt.

Die ."iagramt.ie der ^paunuugeu V¹, V¹, V"¹ von Fig.2 erläutern •ias soeben Angegebene.

,Das j-iiagratnm von Ji¹Ig.2a zeigt die Rektoren der drei Spannungen '/.' , ■/,' i' J\ im normalen Betrieb. Diese drei Vektoren sind

■ X U O

,;e-g(3ijei iiannor um 1?u° ναι· α et'/,I. Da nämlich in diesem .KaIl der

iitrom BAD Ö8K5INAL 009850/05 25

— ο —

Strom I den Wert 0 hat, erkennt man aus den Gleichungen (1), (2),.(3) , dass die Spannungen V', YJ, V' gleich den Werten

Or D G

von Y_n, V, bzw. V_o , verringert um den uoannungsafcfall ZI ,

SDC Ei

ZI-, bzw. ZI sind. Diese Spannungsabfälle haben das gleiche

D C

Argument und im wesentlichen den gleichen v/ert.

Die Diagramme von Pig.2b, 2c , 2d zeigen die Vektoren dieser Spannungen im lall eines Erdschlusses der Phase A, der Phase B bzw. der Phase 0 im Innern des zu schützenden Jjeitungsabschnitts.

Die Diagramme von Pig.2e, 2f, 2g zeigen die Vektoren der Spannungen V* , Υ-ί, V im i'alle eines Erdschlusses von zwei Phasen im Inneren des zu schützenden in.itungsabschnitts.

Die Diagramme von i'ig.2b bis 3?ig.2g zeigen, dass in allen lallen eines einphasigen oder zweiphasigen Erdschlusses, natürlich unter der Voraussetzung, dass die direkte Impedanz der fehlerhaften Leitung kleiner als die Bezugsimpedanz Z ist, die maximale Phasenverschiebung zwischen den paarweise genommenen Spannungen V·, V-I , V· kleiner als 180° ist.

3 D C

Es ist zu erkennen, dass in diesen Diagrammen die drei Vektoren V', YJ ,.V' in der gleichen üalbebene liegen.

el D O

Bs gifct also notwendigerweise ein Zeitintervall, in dessen Innerem die drei Γ-pannungen gleichzeitig die gleiche (positive oder negative ) Polarität haben.

BAD ORIGINAL -^

009850/0525 .

i>ie logischen .ehaltungen 4 und 5, welche dauernd die von denVerstfrkern 1, 2, 3 abgegebenen logisctien Signale empfangen, stellen die Koinzidenz der Augentlickspolaritäten der drei Spannungen V, V-J, ?' fest. Die'Und-Schaltung 4 gibt während des Zeitintervalle, in dem die drei Spannungen gleichzeitig positiv sind, das Signal 1 ab. Die Weder-Noch-Schaltung 5 gibt während des Zeitintervalle, in dem diese Spannungen gleichzeitig negativ sind, ein Signal 1 ab.Die Oder-Schaltung 6 gibt ein Signal 1 ab, wenn sich wenigstens einer ihrer ingänge im Zustand 1 befindet. Die Kurzzeitspeicherschaltung wandelt die Folge dieser Signale kurzer Dauer in ein dauerndes Signal um, das die Erregung des an den Ausgang der Kurzzeitspeicherschaltung angeschlossenen Auslöseorgans ermöglicht.

j?ig.3 zeigt die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung für den l^!all eines Erdschlusses zwischen der Phase A in dem zu überwachenden oder zu schützenden Leitungsabschnitt.

Die Kurven von Fig.3a zeigen die drei Spannungen V·, V.J. V* im normalen Betrteb.

Die Kurven von flg.3b zeigen diese drei fpannungen btim Auftreten eines Erdschlusses der Phase A im Inneren des zu überwachenden oder zu schützenden Leitungsabschnitts. Wie zuvor erläutert vmrd·, kehrt eich die (in gestrichelter Linie dargestellt·) Spannung V' dann um, und es ist zu erkennen, dass in den Zonen *-y di# drei Spannungen dann gleichzeitig positiv sind, während

__Λ SlS.

oAD ORiGJNyU

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- ίο -

sie in den Zonen x'-y¹ gleichzeitig negativ sind. Laraus fol^t, dass am Ausgang der Und-Schaltung 4 ein Signal 1 abgegeben wird (31 in I?ig.3c), das den Zonen x-y enfcsprietit, während am Ausgang der Weder-Nocti-Schaltung 5 ein Signal 1 (Bezugsseichen S¹I von #ig.3d) abgegeben wird, das den Zonen x'-y¹ entspricht. Diese oignale werden nacheinander von der Oder-Schaltung 6 empfangen, welche entsprechende ignale 1 abgibt (J?ig.3e) . Diese Signale werden der&urzzeit__speicherschaltutig zugeführt, in der sie in ein dauerndes Signal umgewandelt /erden, wie in Jj'ig.3f dargestellt ist.

Man könnte auch nur die Und-Fchaltung 4 oder die Weder-Noch-Schaltung 5 allein verwenden, wobei dann die Oder-Üchaltung entfiele, doch ist es sehr viel vorteilhafter, die drei logischen Schaltungen 4, 5 und 6 zu verwenden, weil man dann dne grössere Ansprechgeschwindigkeit der Anordnung im fall eines Erdschlusses erhält. Wie aus Fig.3 zu erkennen ist, findet dieses Ansprechen stete in einem Zeitintervall statt, das kleiner als 1/3 einer --»eriode ist, wllhrend .ös allein mit einer Und-Bchaltung oder allein mit einer Weder-Hocli-Schaltung beinahe eine Periode erreichen konnte.

Das Prinzip der Anordnung ist unter Besugcahoe auf den Fall eines wideasfcandsfreien Erdschlusses erläutert worde·. falls der Erdeohlußs einen Widerstand aufweisen würde, könnte die Messung der Entfernung dieses Erdschlusses mit einea positiven fehler behaftet sein. Zur Verbesserung der (Jute der Messung setzt man vorteilhaft zwischen die Oder-rchaltung 6 und die

Kurneit- ■

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Kurzaeitspeieiieranordnung 7 eine zeitabhängige Schaltang ein, welche nur solche Ausgangsimpulse der Oder-Schaltung 6 durchlässt, deren Dauer einen bestimmten Wert überschreitet. Die '..ahl dieses Wertes ermöglicht die Veränderung der Steilheit der Kennlinie der beschriebenen '* η Ordnung in der R-X-Koordinatenebene (Wirkwiderst-nds-Blindwiderstands-lbene) , wodurch es

öglich wird, die Lntfernung durch Messung des BlindWiderstands der fehlerhaften Lchleife zu messen.

Pat e nt ansjprüche

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Claims

Patentansprüche

1.] Anordnung zur feststellung und zur Messung der Entfernung von Erdschlüssen in einem Dreiphasennetz mit geerdetem Nullpunkt, gekennzeichnet durch drei jeweils an den Eingangsklemmen eines von drei Analog-Digital-Urasetzerverstärkern endenden Stromkreises, von denen jeder drei in Serie geschaltete Elemente enthalt:

a) die SekuntSrwicklung eines zwischen äner Phase und Erde angeschlossenen Transformators,

b) eine für alle drei Stromkreise gleiche Nachbildungsimpedanz, deren Wert Z die Impedanz des zu schützenden oder zu überwachenden Leitungsabschnitts darstellt, und deren argument gleicn. demjenigen der direkten Impedanz der Leitung ist, wobei diese ITachbildungsimpedanz von einem Strom abspeist wird, der proportional zu dem durch die betreffende Phase fliessenden Strom ist,

c) eine Impedanz de3 wertes KZ (wobei K der Koeffizient der Erdimpedanzen ist), welche von dem bei Bestehen eines Erdschlusses fliessenden Nullstrom gespeist wird.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der inalog-ivigital-Uinsetzervers bUdcer einerseits mit einer logischen Und-schaltung und andrerseits mit einer logischen 'Weder-Noch-bchaltung verbunden sind, dass die Ausgänge dies3? logischen Schaltungen mit den
eingängen einer logischen Oder-Schaltung verbunden sind, und dass der Ausgang der Oder-Schaltung mit einer Kurzzeit-.'peicheranOrdnung verbunden ist, an die ein Organ zur
uslosung des Netzes angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die logische Oder-schaltung und die Kurzzeitspeichernnordaung eine zeitabhängige schaltung eingefügt ist.

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