DE19944680C2 - Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung, insbesondere zur Erdschlußerfassung.

In elektrischen Energie-Anlagen, insbesondere auch in Leitungen oder Leitungsabschnitten zur Übertragung von elektrischer Energie sind Erdschlüsse in Form von Lichtbögen nicht auszuschließen, die zu erheblichen Schäden führen, falls diese innerhalb einer Schaltanlage nicht schnell abgeschaltet werden. Wichtig ist daher ein schnelles Erkennen von derartige Phasenfehlern und ein schnelles Abschalten der betreffenden Einrichtung bzw. des betreffenden Leitungsabschnittes.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Phasenfehlererkennung (Phasenverlust- Detektorschaltung) durch Überwachung der drei Phasen eines Drei-Phasen- Elektromotors zum Schutz dieses Motors (EP 0 336 943 B1). Die bekannte Vorrichtung ermöglicht es, zwischen einem Phasenverlust und anderen, vorübergehenden, vom Idealfall abweichenden Zuständen der Phasen zu unterscheiden und einen Phasenverlust anzuzeigen und in diesem Fall den Motor abzuschalten. Die bekannte Vorrichtung weist hierfür u. a. eine Einrichtung auf, mit der die Spannung des elektrischen Dreiphasensystems erfaßt und hieraus eine Meßspannung erzeugt wird, die der jeweils augenblicklichen Spannung des elektrischen Dreiphasensystems entspricht. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Einrichtung zur Erkennung der Spitzenspannung des elektrischen Dreiphasensystems und zur Erzeugung eines entsprechenden Spitzenspannungssignals. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, in der das Spitzenspannungssignal mit der augenblicklichen Spannung verglichen wird und die ein Vergleichssignal erzeugt. Das Vergleichssignal besitzt normalerweise eine erste Polarität, bei einem Phasenverlust oder bei einer vorübergehenden Abweichung allerdings eine zweite, der ersten entgegengesetzten Polarität, so daß mit dem Vergleichssignal der zweiten, entgegengesetzten Polarität ein möglicher Phasenverlust oder aber eine vorübergehende Abweichung angezeigt wird. Zur Unterscheidung beider Zustände ist weiterhin im bekannten Fall eine weitere Einrichtung vorgesehen, die dann einen Phasenverlust feststellt, wenn das Vergleichssignal der zweiten Polarität einen impulsförmigen Verlauf aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die nicht nur ein frühzeitiges und sehr zuverlässiges Erkennen von Phasenfehlern ermöglicht, sondern auch bereits unmittelbar nach dem Auftreten eines ernsthaften Phasenfehlers (Erdschlusses) ein Signal (Fehlersignal) liefert, welches zum Abschalten oder Abtrennen der betreffenden Einrichtung bzw. des betreffenden Leitungsabschnittes vom Netz verwendet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Block- bzw. Funktionsdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Phasenfehler- Erkennung bei einer Dreiphasen-Leitung zur Übertragung elektrischer Energie;

Fig. 2 das Ausgangssignal einer Eingangs- oder Meßstufe bei normalem Betrieb;

Fig. 3 und 4 das Eingangs- und Ausgangssignal einer Integrierstufe der Vorrichtung der Fig. 1 bei störungsfreiem Betrieb;

Fig. 5 und 6 den Spannungsverlauf am Eingang der Eingangs- oder Meßstufe, und zwar bei einem während einer positiven Periode auftretenden Erdschluß (Fig. 5) bzw. bei einem während einer negativen Periode auftretenden Erdschluß, jeweils zusammen mit einem Ausgangs- oder Fehlersignal u. a. zum Betätigen von Trennschaltern zum Abschalten sämtlicher Phasen;

Fig. 7 und 8 Darstellung wie Fig. 3 und 4 beim Auftreten eines Phasenfehlers (Erdschluß);

Fig. 9 die Schaltung einer möglichen Ausführungsform der Eingangs- oder Meßstufe;

Fig. 10 die Schaltung der auf die Eingangsstufen folgenden Stufen der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 11 in vereinfachter Darstellung eine Mittel-Spannungschaltanlage, zusammen mit einem Anlagen-Schutzsystem, welches die Vorrichtung der Fig. 1-10 sowie eine Lichtbogenerfassungsvorrichtung aufweist;

Fig. 12 in mehreren zeitgleichen Diagrammen den Erdschlußstrom beim Auftreten eines Erdschlusses, die Ausgangsspannung der Vorrichtung zur Erkennung eines Phasenfehlers, die Ausgangsspannung eines Lichtbogenindikators der Lichtbogenerfassungsvorrichtung sowie ein Abschaltsignal zum Betätigen der Leistungsschalter der betreffenden Zelle.

In den Figuren sind 1-3 die drei Leiter oder Phasen einer Leitung zur Übertragung von elektrischer Energie, beispielsweise einer Mittelspannungsschaltanlage. Mit 4 ist allgemein die Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung bzw. zur Erdschluß-Erfassung bezeichnet, wobei diese Vorrichtung 4 tatsächlich nicht nur zur reinen Erkennung bzw. Erfassung eines möglichen Phasenfehlers oder Erdschlusses dient, sondern zugleich auch ein Signal (Fehlersignal 19) liefert, mit welchem durch Ansteuerung entsprechender Leistungsschalter der mit dem Fehler bzw. mit dem Erdschluß behaftete Leitungsstrang (Leiter 1-3) von dem übrigen Netz abgetrennt wird.

Generell umfaßt die Vorrichtung 4 für die Überwachung jeder Phase 1-3 jeweils ein eigenes Modul 5, welches beispielsweise auf einer Karte oder einem Einschub zusammen mit den Modulen für die weiteren Phasen oder Leiter 1-3 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist. Dieses Gehäuse kann dann auch weitere Module 5 für weitere Leitungen oder Leitungsabschnitte aufnehmen.

In der Fig. 1 ist der einfacheren Darstellung wegen lediglich ein Modul 5 für die Überwachung des Leiters 3 wiedergegeben.

Jedem Modul 5 ist eine eigene Eingang- bzw. Meßstufe 6 zugeordnet, die mit ihrem Eingang die Spannung an dem jeweiligen Leiter erfaßt und an ihrem Ausgang als Meßsignal 7 eine gegenüber der Spannung der Phase 3 reduziertes Wechselspannungssignal liefert, dessen zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf der Spannung an der Phase 3 proportional ist. Bei der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsform ist die Eingangsstufe 6 so ausgeführt, daß sie an ihrem Ausgang ein durch Doppelweg-Gleichrichtung erzeugte Meßsignal 7 liefert.

Der Ausgang der jeweiligen Meßstufe 6 ist mit den zugehörigen Eingang des Moduls 5 verbunden, wobei dieser Eingang bei der dargestellten Ausführungsform von einer Trennstufe 8 gebildet ist, die eine vollständige galvanische Trennung bewirkt und im wesentlichen aus einem Opto-Koppler besteht.

Das Ausgangssignal der Trennstufe 8 wird dem Eingang einer invertierenden Trigger- Stufe 9 zugeführt, deren Ausgangsspannung durch die vordere Flanke jedes von einer Sinus-Halbwelle gebildeten Impulses des Meßsignales 7 von einem positiven Spannungswert auf Null geschaltet wird und dann nach einer vorgegebenen Zeitdauer und noch vor dem Eintreffen der Flanke des nächsten Impulses des Meßsignales 7 durch ein Zeitglied gesteuert wiederum den positiven Spannungswert annimmt, so daß die in der Fig. 3 dargestellte Impuls-Spannung 10 am Ausgang der Triggerstufe 9 erhalten wird.

Der Ausgang der Triggerstufe 9 ist mit dem Eingang einer Integrierstufe 11 verbunden, in der jeder Impuls des Impulssignales 10 integriert und dadurch ein Impulssignal 12 erzeugt wird, bei dem die Amplitude der Impulse eine Funktion der Breite bzw. der Impulsdauer der Impulse des Signals 10 ist. Bei störungsfreiem Betrieb entspricht jedem Impuls des Signals 10 ein durch seine Integration gewonnener Impuls des Impulssignals 12.

Das Ausgangssignal der Stufe 11 wird einer Schaltstufe 13 zugeführt, in der dieses Ausgangssignal mit einer Schaltschwelle 14 verglichen wird. Letztere ist einstellbar, und zwar derart, daß die Amplituden der Impulse des Signals 12 im normalen, störungsfreien Betrieb deutlich unter der Schaltschwelle 14 liegen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung am Eingang der Eingangs- bzw. Meßstufe 6, und zwar in der Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf 15 beim Auftreten eines Erdschlusses in der positiven Phase der Wechselspannung am Leiter 3. Dieser Erdschluß ist durch den plötzlichen Spannungsabfall entsprechend der Linie 16 charakterisiert.

Die Fig. 6 zeigt den Spannungsverlauf 17 bei einem während der negativen Phase am Leiter 3 auftretenden Erdschluß, der durch den plötzlichen Spannungsabfall entsprechend der Linie 18 charakterisiert ist. Beide Fehler führen dazu, daß in dem Ausgangs- oder Meßsignal 7 auf eine bestimmte, die Triggerstufe 9 noch triggernde Flanke, beispielsweise Vorderflanke der Impulse des Meßsignals 7 nach dem Eintreten des Erdschlusses die nächste, die Triggerstufe 9 triggernde Flanke ausbleibt und dementsprechend die Ausgangsspannung 10 an dieser Triggerstufe durch die fehlende Flanke nicht mehr auf Null gesetzt werden kann, wie dies in der Fig. 7 bei 10' dargestellt ist. Dies hat zur Folge, daß nach dem Eintreten des Erdschlusses die Impulse des Ausgangssignals 12 ausbleiben und die Amplitude dieses Ausgangssignals 12 über die Schaltschwelle 14 ansteigt, wie dies in der Fig. 8 mit dem Verlauf 12' angedeutet ist. Dies hat auch zur Folge, daß die Schaltstufe 13 dann ein Fehlersignal 19 liefert, welches in den Fig. 1, 5 und 6 durch die von Null auf einen positiven Spannungswert ansteigende Spannung dargestellt ist. Dieses Fehlersignal 19 dient dann u. a. zur Ansteuerung einer optischen Anzeige 20, die den Phasenfehler an dem Leiter 3 anzeigt. Weiterhin dient das am Ausgang 21 des Moduls 5 anstehende Fehlersignal 19 über eine Treiber- oder Verstärkerstufe 22 auch zum Ansteuern von Relais 23. Über diese werden dann bei Vorliegen des Signals 19 Motoren von Trennschaltern betätigt, die alle drei Leiter 1-3 des Leitungsabschnittes, an dem der Erdfluß aufgetreten ist, vom Netz trennen, und zwar bevor dieser Erdschluß zu einem größeren Schaden führen kann, beispielsweise durch Erdschlüsse auch der übrigen Phasen bzw. Leiter usw.

Zwischen dem Ausgang 21 und der Treiberstufe 22 ist eine Logik 24 vorgesehen. Letztere ist ebenso wie die Treiberstufe 22 und die Relais 23 gemeinsam für die Module 5 sämtlicher Leiter 1-3 der Leitung vorgesehen. Die Logik 24 besitzt hierfür drei Eingänge, an die jeweils ein Ausgang 21 eines Moduls 5 angeschlossen ist. Die Logik 24 ist so ausgeführt, daß sie dann ein die Relais 23 steuerndes Ausgangssignal liefert, wenn wenigstens an einem Leiter 1-3 ein Erdfluß auftritt, d. h. an wenigstens einem Ausgang 21 eines Moduls das Fehlersignal 19 auftritt, allerdings kein die Relais 23 steuerndes Signal dann liefert, wenn sämtliche Leiter 1-3 spannungslos sind, weil der entsprechende Leitungsabschnitt beispielsweise vom Netz genommen ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Triggerstufe 9 in Verbindung mit der Integrationsstufe 11 als Schaltkreis wirken, der die Dauer zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Flanken im Ausgangssignal 7 der Meßstufe 6 überwacht und das Fehlersignal 19 dann liefert, wenn diese Zeitdauer einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wobei dieser Schwellwert einstellbar bzw. vorwählbar ist, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform über die Schwellwertspannung 14. Die vorbeschriebene Schaltung zeichnet sich zwar durch einen besonders einfachen Aufbau mit hoher Betriebssicherheit aus, insbesondere auch in einer Umgebung, die mit hohen magnetischen und elektrischen Feldern belastet ist, es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zeitdauer, in der überwachte Flanken oder Spannungspegel im Meßsignal 7 aufeinander folgen, auf andere Weise zu überwachen, und zwar beispielsweise durch Zähleinrichtungen, wobei ein Fehlersignal 19 dann erzeugt wird, wenn der von einer Zähleinrichtung ermittelte zeitliche Abstand zwischen zwei überwachten Flanken des Meßsignals 7 einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.

Die Fig. 9 zeigt eine mögliche Ausführung für die Eingangs- bzw. Meßstufe 6. Über die Primärseite eines Übertragers 25 ist diese Stufe an den jeweiligen Leiter, beispielsweise an den Leiter 3 und an ein Bezugspotential, beispielsweise an einen Null-Leiter angeschlossen. Im Sekundärkreis des Übertragers 25 befindet sich ein Brückengleichrichter 25', dessen Ausgangsspannung über einen Spannungsteiler 25", mit die Spannung begrenzenden Dioden als Ausgangsspannung 7 zur Verfügung steht.

Die Fig. 10 zeigt als Beispiel die Schaltung für die Trennstufe 8, die Triggerstufe 9, die Integrationsstufe 11 und die Vergleichsstufe 13 eines Moduls 5. Dargestellt sind weiterhin die für sämtliche Module 5 gemeinsame Logik 24 und gemeinsame Treiberstufe 22 zur Ansteuerung der in der Fig. 10 allerdings nicht dargestellten Relais 23.

Wie in der Fig. 10 dargestellt ist, besteht die Integrier-Stufe 11 im wesentlichen aus einem RC-Glied, welches von dem Widerstand 26 und dem Kondensator 27 gebildet ist. Zur schnelleren Entladung des Kondensators 27 in der Null-Phase des Ausgangssignals 10 dient die Diode 28 parallel zum Widerstand 26.

Die Schaltstufe 13 ist von einem Trigger 29 gebildet. Die am Eingang anliegende Spannung ist über ein Potentiometer 30 einstellbar. Mit dem Potentiometer wird damit die Schaltschwelle 14 eingestellt, bei der das Ausgangssignal 12 das Fehlersignal 19 bewirkt.

Die Logikstufe 24 besteht beispielsweise aus der in der Fig. 10 wiedergegebenen Schaltung aus der logischen UND-Schaltung 31 mit negiertem Ausgang, der UND- Schaltung 32 und den beiden ODER-Schaltungen 33 und 34, wobei der Ausgang der UND-Schaltung 32 den Ausgang der Logikstufe 24 bildet. An die drei Eingänge der UND-Schaltung 31 ist jeweils ein Ausgang 21 eines Moduls 5 angeschlossen und die drei Ausgänge 21 sind über die ODER-Schaltungen 33 und 34 so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der ODER-Schaltung 34 der logische Wert "1" ansteht, wenigstens an einem Ausgang 21 das Fehlersignal 19 ansteht, während die UND- Schaltung 31 am Ausgang den logischen Wert "0" aufweist, wenn an allen drei Ausgängen 21 zeitgleich das Fehlersignal 19 ansteht. Am Ausgang der UND-Schaltung 32 steht somit ein die Relais 23 über die Treiberstufe 22 ansteuerndes Signal nur dann an, wenn zwar an einer oder an mehreren Leitern 1-3 ein Erdschluß auftritt, nicht aber bereits schon vorher die Spannung an Leitern 1-3 fehlte, da der entsprechende Leitungsabschnitt vom Netz abgetrennt war.

Um auch bei einem Netzausfall eine einwandfreie Arbeitsweise des Gerätes 4 sicherzustellen, wird dieses batteriegepuffert betrieben. Durch entsprechende Einstellung der Schaltschwelle 14 wird erreicht, daß nur ernsthafte Phasen-Fehler und nicht schon durch Schwankungen der Last bedingte Spannungsschwankungen oder - Einbrüche zur Auslösung des Fehlersignals 19 führen.

Wie die Fig. 10 weiterhin zeigt, ist die Treiberstufe 22 mit einem Dämpfungs- oder Verzögerungsglied ausgestattet und zwar bestehend aus einem Kondensator zur Vermeidung eines "Flatterns" der Relais 23 bei kurzzeitigem Einbruch der Spannungen an den Leitern 1-3.

Die Fig. 11 zeigt eine gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage 40 bzw. eine Zelle einer solchen Schaltanlage, und zwar der einfacheren Darstellung wegen als einpolige Zelle. Die Schaltanlage 40 besteht in bekannter Weise aus drei Kammern oder Abschnitten, nämlich zunächst aus dem Abschnitt 41, der den Kabelabgang bildett und an welchem die beispielsweise zu einer Freileitung führenden Erd-Kabel angeschlossen sind. In einem zweiten Abschnitt 42 befindet sich der Leistungsschalter 43 für die dargestellte Phase. In einem dritten Abschnitt 44 ist ein Umschalter 45 vorgesehen, mit der wahlweise in Anschalten an eine der beiden Sammelschienen 46 oder 47 dieser Phase möglich ist.

In der Fig. 11 ist nochmals das Gerät 4 zur Phasenfehlererkennung wiedergegeben, welches über die Eingangs- und Meßstufe 6 an die Sammelschiene 47 angeschlossen ist, die dem Leiter 3 der Fig. 1 entspricht. Der von einem Relais 23 gebildete Ausgang des Gerätes 4 ist mit dem ebenfalls von einem Relais 48 gebildeten Ausgang eines Lichtbogenerfassungsgerätes 49 in Form einer logischen UND-Funktion derart verquickt, daß dann, wenn am Ausgang des Gerätes 4 ein einen Phasenfehler anzeigendes Ausgangssignal 19 anliegt, d. h. das Relais 23 aktiviert ist und zugleich am Ausgang des Lichtbogenerfassungsgerätes 49 ein einen Lichtbogen registrierendes Signal anliegt, d. h. das Relais 48 aktiviert ist, der Leistungsschalter 43 geöffnet wird.

Das Gerät 49 weist u. a. drei Lichtdetektoren 50 auf, von denen jeweils einer in jedem Abschnitt 41, 42 und 44 vorgesehen ist. Von den Lichtdetektoren 50 führen Lichtleiter 51 an einen optischen Eingang des Geräte 49. Die über die Lichtleiter 41 übertragende Lichtimpulse werden im Geräte 49 in elektrische Signale umgesetzt und ausgewertet, so daß ein Ausgangssignal des Gerätes 49 immer dann ansteht, wenn zumindest in einem Abschnitt 41, 42, 44 ein Lichtbogen auftritt.

Mit dem von den beiden Geräten 4 und 49 gebildeten System ist ein zuverlässiger Schutz der Mittelspannungsschaltanlage 40 gegenüber in dieser Anlage auftretenden internern Erdschlüssen und daraus resultierenden Kurzschlüssen zwischen den Phasen möglich.

Die Fig. 12 zeigt in dem Diagramm a) den Strom eines einphasigen Erdschlusses, der zum Zeitpunkt T0 aufgetreten ist. In den Diagrammen b) und c) ist gezeigt, daß bereits nach kurzer Zeitdauer nach dem Auftreten des Phasenfehlers (einphasiger) Erdschluß das Fehlersignal 19 und auch ein Ausgangssignal des Gerätes 49 anliegen, so daß entsprechend dem Diagramm d) innerhalb einer Zeitdauer wesentlich kleiner als 100 Millisekunden nach dem Auftreten des Erdschlusses der Leistungsschalter 43 zumindest in dieser Phase geöffnet und der Erdschluß damit gelöscht wird.

Die Diagramme e), f) und g) zeigen den Strom der drei Phasen für den angenommenen Fall, daß das von den Geräten 4 und 49 gebildete Schutzsystem nicht vorhanden ist und ein frühzeitiges Abschalten der fehlerbehafteten Phase daher nicht erfolgt. Nach etwa 250 Millisekunden bildet sich durch den um den gestörten Leiter rotierenden Erdschluß ein Kurzschluß zwischen zwei Phasen, der in den Diagrammen f) und g) durch den Wechselstrom gekennzeichnet ist. Kurze Zeit später schließt dieser Kurzschluß die dritte Phase mit ein. Es kommt hierbei dann zu hohen Strömen, die eine erhebliche Energie freisetzen und zu einer kompletten Zerstörung der Schaltanlage führen können.

Mit dem beschriebenen System werden also interne, d. h. in der Schaltanlage auftretende Erdschlüsse erfaßt und ein automatisches Abschalten zumindest der gestörten Phase erreicht, bevor es zu einem zwei- oder dreipoligen Kurzschluß kommt.

Das System wurde vorstehend für Mittelspannungsschaltanlagen beschrieben. Das System kann aber auch für Hochspannungsschaltanlagen verwendet werden. Weiterhin ist das System auch in einphasigen, gekapselten gasisolierten Schaltanlagen in vorteilhafterweise verwendbar.

Die Vorteile des vorbeschriebenen Systems lassen sich u. a. wie folgt zusammenfassen:

• - Bei dreipoligen gasisolierten Schaltanlagen in gelöschten Netzen
  Das System hat hier, wie vorstehend ausgeführt wurde, einen großen Vorteil, das in einer Zeit kleiner als 100 Millisekunden abgeschaltet werden kann, d. h. der einphasige Fehler (ob Erdschluß oder Kurzschluß) kann abgeschaltet werden bevor er zu einem zwei- oder dreiphasigen Fehler wird.
• - Bei einpoliger gasisolierter Schaltanlage in gelöschten Netzen
  Der Störlichtbogen ist auf einen Erdschlußlichtbogen begrenzt. Dieser Erdschlußlichtbogen wird mit dem System örtlich genau erfaßt. In Verbindung mit dem Gerät 4 kann der Erdschlußlichtbogen dann gezielt frei- oder abgeschaltet werden.
• - Bei dreipoligen luftisolierten Schaltanlagen
  Grade bei solchen Anlagen ist es notwendig, Fehler sehr rasch abzuschalten, da der einpolige Erdschluß innerhalb von 150-200 ms zu einem zwei- oder dreipoligen Kurzschluß führt. Durch das schnelle Abschalten wird die Gefahr für das Bedienungspersonal, sowie die Zerstörung der Schaltanlage erheblich reduziert.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche weitere Änderungen und Abwandlungen möglich sind.

Bezugszeichenliste

1

,

2

,

3

Leiter

4

Gerät

5

Modul

6

Meßstufe

7

Ausgangssignal der Meßstufe

8

Trennstufe

9

Triggerstufe

10

Ausgangssignal der Triggerstufe

11

Integrationsstufe

12

integriertes Ausgangssignal

13

Vergleichsstufe

14

Schaltschwelle

15

Eingangssignal an der Meßstufe

16

Spannungsabfall durch Erdschluß

17

Eingangssignal an der Eingangsstufe

18

Spannungsabfall durch Erdschluß

19

Fehlersignal

20

Anzeige

21

Ausgang

22

Treiberstufe

23

Relais

24

Logikstufe

25

Übertrager

25

' Gleichrichter

25

" Spannungsteiler

26

Widerstand

27

Kondensator

28

Diode

29

Trigger

30

Potentiometer

31

,

32

logische UND-Schaltung

33

,

34

logische ODER-Schaltung

35

Zeitverzögerungsglied

40

Schalteranordnung

41

Abschnitt bzw. Kammer

42

Abschnitt bzw. Kammer

43

Leistungsschalter

44

Kammer

45

Umschalter

46

,

47

Sammelschiene

48

Relais

49

Lichtbogenerfassungsgerät

50

Lichtdetektor

51

Lichtleiter

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung an wenigstens einem Leiter oder wenigstens einer Phase einer Einrichtung oder Leitung für die Übertragung elektrischer Energie, durch Überwachung der Wechselspannung an dieser Phase oder an diesem Leiter, gekennzeichnet durch Erkennungs- und Auswert-Mittel (9, 11, 13), mit denen wenigstens ein Abschnitt, der bei störungsfreiem Betrieb im zeitlichen Verlauf der Wechselspannung oder eines dieser Wechselspannung entsprechenden Meßsignals periodisch wiederkehrt, erfaßt und ein einen Phasenfehler anzeigendes Fehlersignal (19) dann erzeugt wird, wenn im Meßsignal nach dem letzten Eintreffen eines überwachten Abschnitts innerhalb eines vorgegebenen Überwachungs-Zeitintervalls kein weiterer Abschnitt auftritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Erkennungs- und Auswert-Mitteln jeweils eine vorgegebene Flanke der positiven und/oder negativen Halbwelle der Wechselspannung, beispielsweise die zeitlich vorauseilende Flanke, erfaßt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Erkennungs- und Auswert-Mitteln (9, 11, 13) jeweils eine vorgegebene Flanke sowohl der positiven als auch der negativen Halbwelle der Wechselspannung an dem wenigstens einen Leiter (1-3) erfaßt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebenen Überwachungs-Zeitintervall in etwa gleich der halben Periodendauer der Wechselspannung an dem wenigstens einem Leiter (1-3) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Erkennungs- und Auswert-Mittel (9, 11, 13) Teil eines der jeweiligen Phase zugeordneten Überwachungsmoduls (5) sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erkennungs- und Auswert-Mittel zur Erzeugung eines der Zeitdauer der überwachten Periode entsprechenden ersten Ausgangssignals (12) sowie zur Erzeugung des Fehlersignal (19), wenn für das erste Ausgangssignal (12) eine vorzugsweise einstellbare Schaltschwelle (14) überschritten wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungs- und Auswert-Mittel (9, 11) als erstes Ausgangsignal (12) ein Impulssignal liefern, bei dem die Amplitude der Impulse proportional zu der Zeitdauer ist, in der zwei überwachte Abschnitte im Meßsignal aufeinander folgen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal in einer weiteren Stufe (13) mit der vorzugsweise einstellbaren Schaltwelle (14) verglichen wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungs- und Auswert-Mittel eine Stufe, vorzugsweise eine Triggerstufe (9) aufweisen, die ein zweites Ausgangssignal (10) liefert, welche beim Eintreffen eines überwachten Abschnittes jeweils von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand gesetzt wird und selbsttätig noch vor dem Eintreffen eines folgenden Abschnittes wieder den ersten Zustand annimmt, wobei bei einem Ausbleiben des überwachten Abschnittes ein Setzen des zweiten Ausgangssignals (10) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand nicht erfolgt, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Dauer des ersten Zustandes erfassen und das Fehlersignal (19) dann erzeugen, wenn diese Dauer eine vorgegebene oder einstellbare Schwelle übersteigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Zustand unterschiedliche Spannungswerte sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer das erste Ausgangssignal (12) bildenden ersten Ausgangsspannung eine das zweite Ausgangssignal (10) bildende zweite Ausgangsspannung einer Integrierstufe (11) zugeführt wird, die an ihrem Ausgang das erste Ausgangssignal (12) als impulsförmige erste Ausgangsspannung liefet, bei der die Amplituden der Impulse der Dauer des ersten Zustandes des zweiten Ausgangssignals (10) proportional sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Stufe (13), die das Fehlersignal (19) dann liefert, wenn die Amplituden der Impulse des ersten Ausgangssignals (12) die Schaltschwelle (14) übersteigen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangs- oder Meßstufe (6), an deren Eingang die Wechsel-Spannung des wenigstens einen Leiters (1, 3) oder eine hierzu proportionale Spannung anliegt, einen Doppelweg-Gleichrichter zur Erzeugung des Meßsignal in Form einer impulsförmigen Meßspannung aufweist, deren Impulsfolgefrequenz gleich der doppelten Frequenz der Wechselspannung an dem wenigstens einen Leiter (1-3) ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstufe (6) Mittel zur Spannungsreduzierung (25') und zur Spannungsbegrenzung (25") aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von dem Fehlersignal (19) angesteuerte optische und/oder akustisch Anzeige.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Fehlersignal (19) zumindest ein Steilglied wenigstens eines Trennschalters zur Abschaltung des wenigstens einen überwachten Leiters (1-3) betätigbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die gleichzeitige Überwachung mehrerer Leiter bzw. Phasen für jede Phase bzw. für jeden Leiter ein Überwachungsmodul (5) vorgesehen ist, und daß die das Fehlersignal (19) liefernden Ausgänge (21) dieser Module über eine Logik (24) Betätigungselemente für Trennschalter sämtlicher Leiter ansteuern, und zwar in der Form, daß beim Auftreten eines Phasenfehlers bereits an einem Leiter (1-3) die Trennschalter sämtlicher Leiter für ein Abschalten dieser Leiter vom Netz betätigt werden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (21) des wenigstens einen Überwachungsmoduls (5) wenigstens ein Schaltelement, beispielsweise Relais zum Betätigen eines Trennschalters ansteuert.

19. Schaltanlagenschutzsystem gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie durch ein Lichtbogenerfassungsgerät (49), welches wenigstens einen eine Schaltanlage (40) überwachenden Lichtsensor (50) aufweist und beim Auftreten eines Lichtbogens in der Schaltanlage (40) ein diesen Lichtbogen registrierendes Ausgangssignal liefert, sowie durch Mittel, die ein das Wegschalten der Schaltanlage (40) oder das Öffnen wenigstens eines Leistungsschalters (43) bewirkendes Signal dann erzeugen, wenn sowohl das den Phasenfehler anzeigende Fehlersignal (19) als auch das einen Lichtbogen registrierende Ausgangssignal in dem von den Geräten überwachten Teil der Schaltanlage vorliegen.