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Schaltungsanordnung zum Messen der Fehlerstellenentfernung bei Leitungskurzschlüssen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen der Fehleratellenentfernung
bei Beitungskurzschlüssen mit mindestens einer Speichereinrichtung für eine der
Beitungs-Spannung proportionale Meßspannung und für eine dem Leitungsstrom proportionale
weitere Meßspanung.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art enthält die Speichereinrichtung
zwei Kondensatoren, von denen der eine innerhalb der zwischen dem Kurzschlußfall
und der Abschaltung der Leitung zur Verfügung stehenden Zeit auf etwa den Scheitelwert
einer der im Kurzschlußfall an der Leitung auftretenden Spannung proportionale Meßspannung
aufgeladen und der andere Kondensator in der gleichen Zeit auf eine dem im Kurzschlußfall
auftretenden Strom proportionale Meßspannung aufgeladen wird. Die Spannungsverhältnisse
in den Ladestromkreisen der beiden Kondensatoren sind so gewählt, daß die Spannung
am zweiten Kondensator, sofern der Fehlerort innerhalb des zu überwachenden Leitungsatückes
liegt, größer ist als die Spannung am ersten Kondensator und daß nach Abschaltung
der Ladestroskrteise der auf die stromproportionale Spannung aufgeladene Kondensator
bis zur Spannungsgleichheit mit der Spannung am Kondensator, dessen Ladung der Spannung
an der Leitung proportional ist, entladen wird und die hierbei verlaufende Zeitspanne
als Maß für die Fehlerstellenentfernung dient.
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Um eine Schaltungsanordnung zum Messen der J?ehlerstellenentfernung
bei teitungskurzschlüssen zu gewilmenn bei der die Meßge-Genauigkeit gegenüber der
eben beschriebenen, bekannten Anordnung gesteigert werden kann, ist bereits vorgeschlagen
worden, einem von der Leitungsspannung beeinflußten analogen Meßwertgeber zur Gewinnung
einer der Beitungsspannung proportionalen Gleichspannung und einem vom Leitungsstrom
beeinflußten weiteren analogen Meßwertgeber zur Gewinnung einer dem Leitungsstrom
proportionalen weiteren Gleichspannung jeweils einen Spannungs-Frequenzumsetzer
nachzuordnen, an die eine Anordnung zur digitalen Quotientenbildung angeschlossen
ist; der Anordnung zur digitalen QuoUientenbildung ist eine Steuerschaltung zugeordnet,
die beim Auftreten eines Kurzschlusses auf eine Anregung hin die Messung der Behlerstelleflentfernung
veranlaßt.
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Die Steuerschaltung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung weist
unter anderem eine an den Ausgang des einen Zählers angeschlossene Neßfehler-Kontrolleinrichtung
zur Überwachung der Abweichungen der Zählerstände aufeinanderfolgender, durch einen
Spannungs-Frequenzumsetzer vorgegebener Taktperioden im Hinblick darauf, ob die
Abweichungen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen; die Steuerschaltung
gibt bei-einer innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegenden Abweichung der Zählerstände
ein Steuersignal ab. Diese Ausbildung der Steuerschaltung bringt die vorteilhafte
Möglichkeit mit sich, daß im Falle einer an die Steuerschaltw1g angeschlossenen
Schutzeinrichtung für die Beitullgdurch das Steuersignal ein Sperraignal für den
Auslösebefehl der Schutzeinrichtung gelöscht wird, wenn das Steuersignal innerhalb
eines vorbestimmten Zeitintervalls nach der Anregung der Steuerschaltung auftritt.
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Dadurch läßt sich die zur Erzielung eines möglichst genauen Maßergebnisses
zur Verfügung stehende Zeit optimal ausnutzen.
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Gemäß der vorliegenden.Erfindung wird ein anderer Weg eingeschlagen,
um eine sehr genau arbeitende Schaltungsanordnung zum Messen
der
Fehlerstellenentfernung bei Leitungakurzachlüssen zu gewinnen. Die Erlindung geht
dabei von dem Gedanken aus, daß bei jeder technischen Messung der Meßgröße unvermeidbar
eine Störgröße überlagert ist Das Problem einer technischen Messung besteht deshalb
unter anderem darin, die Meßgröße von der Störgröße zu befreien, also einen befriedigenden
Störabstand zu gewinnen. Dazu wird jedoch Zeit benötigt, und zwar umso mehr Zeit,
je größer der Störabstand und je kleiner der Meßfehler sein sollen.
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Berücksichtigt man, daß die Entwicklung der Schutzgeräte und auch
die der Leistungsschalter darauf gerichtet ist, die gestörte Leitung in immer kürzerer
Zeit aus dem gesunden Beitungsnetz herauszuschalten, und zieht man ferner in Erwägung,
daß Schaltungsanordnungen zur Ermittlung der Fehlerstellenentfernung den Fehlerort
auf der gestörten Leitung mit zimmer größerer Genauigkeit und unabhängig von Störbeeinflussungen
feststellen sollen, dann gelangt man unter Berücksichtigung der Schutzbedürfnisse
schnell an eine obere Grenze der Meßgenauigkeit, die nicht überschreitbar erscheint.
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Daß diese obere Grenze der Meßgenauigkeit einer Schaltungsanordnung
zum Messen der BehlersteGlenentfernunfflbei Leitungskurzschlüssen dermoch überschritten
werden kann, beweist die vorliegende Erfindung, gemäß der vorgeschlagen wird, an
die Speichereinrichtung über ein Datenübortragungssystemeine Rechenanlage anzuschließen,
die nach während der Kurzschlußdauer erfolgter Speicherung der Meßspannungen die
Fehlerstellenentfernung berechnet. Dadurch nämlich, daß bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung die Augenblickswerte der der Leitungaspannung und dem Leitungastrom
proportionalen Meßspannungen während der gesamten Kurzschlußdauer oder wenigstens
für eine oder zwei Perioden während des Kurzschlusses nur gespeichert werden, aber
nicht ausgewertet zu werden brauchen, kann die gesamte zur Verfügung stehende
Zeit
der Genauigkeit der Speicherung der Meßspannungen zugute kommen. Die Auswertung
der gespeicherten Meßspannungen kann nach Abschaltung des kurzschlußbehaftetenTeistungsabschnittes
erfolgen, wodurch die erreichbare Genauigkeit bei der Feststellung der Fehlerstellenentfernung
unabhängig von der Eurzschlußdauer wird.
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Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung an jedem Ende der zum Messen der Fehlerstellenentfernung definierten
Leitungsabschnitte eine Speichereinrichtung angeordnet ist, die über jeweils ein
Datenübertragungssystem mit der Rechenanlage verbunden ist. Diese Ausbildung der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt nämlich die Bestimmung der Fehlerstellenentfernung
mit großer Genauigkeit auch dann zu, wenn es sich bei dem Kurzschluß um einen Nahfehler
mit Lichtbogen handelt.
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Der Rechenanlage der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorteilhafterweise
eine Auswerteschaltung vorgeordnet, in der Amplitude, Phasenlage und Frequenz der
Grundschwingung der Meßspannungen bestimmt wird. Der Einfluß von in den Meßspannungen
enthaltenden Störgrößen wird dadurch in der Auswerteschaltung eliminiert, so daß
beispielsweise auch im Falle durch ein abklingendes Gleichstromglied verlagerter
Kurzschlußströme eine exakte Bestimmung der Fehlerstellenentfernung möglich ist.
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Die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendbaren Speichereinrichtungen
können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können sie Analogwert-Speicher
sein, also beispielsweise Magnetbandgeräte oder Magnettrommelgeräte.
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Als vorteilhaft wird es im Rahmen der Erfindung jedoch angesehen,
wenn Speichereinrichtungen verwendet werden, die Digitalwert-Speicher darstellen.
Diese Speichereinrichtungen sind vorzugsweise über jeweils einen Analog-Digital-Umsetzer
an die Meßspannungen angeschlossen. Die Verwendung von Digital-Speichern bringt
nämlich
den Vorteil mit sich, daß sich bei der Übertragung der gespeicherten Meßspannungen
von den Speichereinrichtungen über die Datenübertragungssysteme zu der Rechenanlage
Störungen nicht in dem Maße bemerkbar machen können, wie dies bei der Übertragung
analoger Meßwerte der Ball sein könnte.
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Die Speichereinrichtungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
können so ausgeführt sein, daß sie ständig an die Meßspannungen angeschlossen sind
und daher ständig diese Meßspannungen in sich speichern. Dazu wäre es jedoch erforderlich,
daß nach jeweils einer bestimmten Zeit die Speichereinrichtungen wieder gelöscht
werden, wenn kein Kurzschluß aufgetreten ist. Vorteilhafter scheint es zu sein,
wenn die Speichereinrichtungen mit einer zur Leitungsüberwachung vorgesehenen Schutzanordnung
verbunden sind, deren Anregeschaltung beim Auftreten eines Leitungskurzschlusses
eine Speicherung der Meßspannungen in der Speichereinrichtung veranlaßt. Es treten
dadurch keine nennenswerten Verzögerungen auf, da bei DigitaLert-Speicher Anlaufprobleme
nicht auftreten.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausfüiirungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Blockschaltbild im Rahmen ihrer Anordnung
an einem zu überwachenden Leitungsabschnitt dargestellt.
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Der zu überwachende Leitungsabschnltt mit den Leitungen a und b ist
durch Schaltkontakte s1 und s2 eines Schalters S1 einerseits und durch Kontakte
s3 und s4 eines weiteren Schalters S2 andererseits begrenzt. Die Schalter S1 und
52 werden von jeweils einer Schutzanordnung SAl bzw. SA2 gesteuert, denen über jeweils
einen Spannungswandler WU1 bzw. WU2 eine der Leitungsapannung proportionale Meßspannung
und über einen Stromwandler WJ1 und WJ2 ein dem Leitungsstrom proportionaler Strom
zugeführt wird.
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An die Spannungswandler WU1 bzw. WU2 ist außer den Schutzanordnungen
SAl
und SA2 auch jeweils ein Analog-Digital-Umsetzer ED1 bzw. AD2 angeschlossen. Den
Analog-Digital-Umsetzern AD1 und AD2 wird außerdem ein dem Leitungsstrom proportionaler
Strom zugeführt.
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Den Analog-Digital-Umsetzern AD1 bzw. AD2 ist jeweils eine Speichereinrichtung
SP1 bzw. SP2 nachgeordnet, die über jeweils eine Verbindungsleitung Vi bzw. V2 mit
jeweils einer in den Schutzanordnungen SAl bzw. SA2 enthaltenen Anregeschaltung
verbunden sind.
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Über die Verbindungsleitungen. Vi bzw. V2 werden beim Auftreten eines
Leitungskurzschlusses Anregesignale Al und A2 in die Speichereinrichtung'SP1 bzw.
SP2 gegeben. Über Datenübertragungssysteme DÜl und DÜ2 stehen die Speichereinrichtungen
SPt und SP2 mit einer Auswerteschaltung AW in Verbindung, der eine Rechenanlage
RA nachgeordnet ist.
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Tritt beispielsweise auf dem zu überwachenden Leitungsabschnitt an
der markierten Stelle ein Kurzschluß auf, dann wird von den Anregeschaltungen in
den Schutzanordnungen SAl und SA2 jeweils ein Anregesignal Al bzw. A2 über die Verbindungsleitungen
Vi bzw.
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V2 an die Speichereinrichtung SPi bzw. SP2 abgegeben. In den Speichereinrichtungen
SP1 und SP2 beginnt dann die Speicherung der der Kurzschlußspannung auf der Leitung
proportionalen Meßspannung und der dem Kurzschlußstrom in der Leitung proportionalen
weiteren Meßspannung über beispielsweise ein bis zwei Perioden, und zwar in digitaler
Form, da die Meßspannungen in den Analog-Digital-Umsetzern AD1 und AD2 in digitale
Größen umgeformt werden. Danach, beispielsweise erst nach Abschalten des kurzschlußbehafteten
Leitungsabschnittes, wird die Übertragung der in den Speichereinrichtungen SF1 und
SP2 gespeicherten Meßwerte über die Datenübertragungssysteme DÜl und DÜ2 zur Auswerteschaltung
AW vorgenommen, wo eine Bestimmung von Amplitude, Phasenlage und Frequenz der Grundschwingungen
der Speicherinhalte vorgenommen wird. Nur die für die Grundschwingung der Meßspannungen
charakteristischen
Werte gelangen demzufolge in die Rechenanlage RA, in der die Fehlerentfernung in
Prozenten der gesamten Länge des überwachten Leitungsabschnittes errechnet wird.
Die Rechenanlage RA muß dazu folgende Gleichung lösen
In dieser Gleichung bedeuten Jm # - Imaginärteil U1> U2 # Spannungen an den Enden
des zu überwachenden Leitungsabschntt tes Ii, I2 =A Ströme an den Enden des zu überwachenden
Leitungsabachnittes R - Resistanz der Leitung von einem zum anderen Le itungs ende
X - AdmitUnz der Leitung von einem zum anderen Leitungsende entfernung von einem
Leitungsende zur Fehlerstelle A# Länge des zu überwachenden Leitungsabschnittes
Durch die Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum Messen der Fehlerstellenentfernung
bei Beitungskurzschlüssen geschaffen, bei der die Möglichkeit besteht, die Auswertung
der gespeicherten Meßspannungen zur Ermittlung der Fehlerstellenentfernung erst
nach Abschaltung des Kurzschlusses vornehmen zu können, wodurch die erreichbare
Genauigkeit unabhängig von der Kurzschlußdauer wird. Mit der Erfindung ist ferner
die Möglichkeit
geschaffen, Meßspannungen an beiden Enden des zu
überwachenden Leitungsabachnittes zur Bestimmung der Fehlerstellenentfernung heranzuziehen,
wodurch die Genauigkeit insbesondere bei Nahfehlern mit Lichtbogen im Vergleich
zu bekannten Fehlerorten wesentlich gesteigert werden kann. Für die Datenübertragung
zu der einzigen Auswerteschaltung bzw. Rechenanlage können übliche Fernwirkübertragungseinrichtungen
verwendet werden. Als Rechenanlage sind handelsübliche Bürocomputer ausreichend.
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1 Figur 5 Patentansprüche