DE2529898B2 - Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung - Google Patents
Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer LeitungInfo
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Description
a) an einem Meßort (V=O) auf der Leitung ist eine
Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) vorgesehen, deren Ausgänge eine der Phasenzahl
oder Leiterzahl der Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten
und Leitungskapazitäten voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignalpaaren
(umim) führen;
b) mit der Meßschaltung (2) ist über mindestens einen Spannungs- und einen Stromsignalkanal
eine Summierschaltung (4, 5) mit mindestens zwei Ausgängen (a, b) verbunden, in der
mindestens ein Paar der voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignale (um im),
gegebenenfalls nach Multiplikation mindestens eines dieser Signale mit einem Konstantfaktor,
jeweils additiv und subtraktiv zu zwei gegenläufigen Wanderwellen zugeordneten Wanderwellensignalen
(a(Q,t), b(O,t)) überlagert werden, die
an jeweils zugehörigen Ausgängen der Summierschaltung (4,5) anstehen;
c) es ist eine Integrationsschaltung (7) für die Bildung von Zeitintegralen (A, B) der Wanderwellensignale
und eine Auswerteschaltung zur subtraktiven Verknüpfung mindestens zweier Wanderwellen-Zeitintegrale (A, B) oder davon
abgeleiteter Größen zu einer durch ihr Vorzeichen die Fehlerrichtung bzw. durch ihren
Betrag die Fehlerdistanz bezüglich des Meßortes oder eines vorgegebenen Referenzortes auf
der Leitung kennzeichnenden Auswertefunktion (F, F') vorgesehen;
d) der Spannungssignalkanal (um) umfaßt zwei
ausgangsseitig überlagerte Parallelzweige (13, 14), deren einer (13) eine Schwingschaltung
(13b,) mit einer in der fehlerfreien Leitungsspannung enthaltenen Eigenfrequenz umfaßt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingschaltung (i3b) ein
wenigstens annähernd auf die Netzfrequenz der Leitung abgestimmtes Bandpaßfilter vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der beiden
Parallelzweige (13, 14) des Spannungssignalkanals (um) ein Konstantfaktomultiplikator (13a bzw. 14a,)
vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Parallelzweige (13,
14) ein Konstantfaktormultiplikator (13a, Ha) vorgesehen ist und daß sich die Faktoren dieser
beiden Multiplikatoren additiv wenigstens annähernd zu Eins ergänzen.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Nahfehlerlerortdistanz
abhängigen Gültigkeitskriterium aktivierende Schalteinrichtung (16,17) vorgesehen ist
kompensation gemäß einem von der Mcßort-Fch-Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung, in der aus Spannung
und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren
ίο zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal
(Wanderwellensignal) gebildet wird, insbesondere nach Patent 25 23 006.
In dem letztgenannten Hauptpatent ist eine Einrichtung zur Fehlerortung, d.h. zur Richtungs- und/oder
Distanzbestimmung eines Fehlerortes in bezug auf einen Meßort an einer Leitung, mit Hilfe von
sogenannten Wanderwellensignalen angegeben. Hierunter ist in diesem Zusammenhang der am Meßort
herrschende Zeitveriauf einer sich über die Leitung in
der einen oder anderen Richtung ausbreitenden Wanderwelle zu verstehen. Die Einrichtung arbeitet
jeweils mit Paaren von gegenläufigen Wanderwellensignalen, d. h. von Wanderwellensignalen, die zueinander
gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnet sind.
Diese Wanderwellensignale werden aus Meßsignalen gebildet, die dem Zeitverlauf von Spannung und Strom
am Meßort entsprechen. Diese Signale werden im folgenden kurz als Meßspannung bzw. Meßstrom
bezeichnet. Die Bildung der Wanderwellensignale erfolgt durch additive und subtraktive Überlagerung
von Meßspannung und Meßstrom, wobei im allgemeinen der Meßstrom oder auch die Meßspannung mit
einem Faktor multipliziert wird.
Speziell sei hier im folgenden angenommen, daß unmittelbar der Meßstrom mit einem Faktor von der
Bedeutung eines Widerstandes multipliziert wird, jedoch kommt bei geeigneter Normierung der Beträge
der Wanderwellensignale auch eine Multiplikation der Meßspannung mit einem Faktor in Betracht, der dann
die Bedeutung des reziproken Widerstandes hat.
Ferner ist jeweils ein Paar von Meßspannungen und Meßströmen erforderlich, welches im Hinblick auf die
Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten von anderen Spannungen bzw. Strömen unabhängig sind.
Diese Bedingung ist bei einem Einleitersystem über Erde ohne Beeinflussung durch andere Leiter ohnehin
erfüllt. Bei Mehrleitersystemen ist für jeden Leiter ein Spannungs-Stromsignalpaar an der Meßstation zu
erfassen, woraus über die bekannte Modalkomponentenzerlegung entsprechende fiktive und voneinander
entkoppelte, d. h. unabhängige Spannungs-Stromsignalpaare erzeugt werden. Aus letzteren wird dann durch
geeignete Linearkombination mit den Elementen von Modalmatrizen, die aus den gegebenen Teilinduktivitäten
und Teilkapazitäten des Leitersystems ein für allemal berechenbar sind, gegenläufige Wanderwellensignalpaare
für die Fehlerortsbestimmung erzeugt.
Im folgenden wird die Erläuterung der Einfachheit halber auf ein Einleitersystem beschränkt.
Im folgenden wird die Erläuterung der Einfachheit halber auf ein Einleitersystem beschränkt.
Die im Hauptpatent angegebene Einrichtung zur Fehlerortsbestimmung arbeitet einwandfrei, solange die
Meßspannung beim Kurzschluß auf nicht allzu geringe Werte zusammenbricht, d. h. für dem Meßort nicht allzu
nahe Fehlerortslagen. Für Nahfehler mit entsprechend starkem Spannungszusammenbruch entstehen jedoch
Schwierigkeiten wegen der Annäherung der Meßspannur.gsarnpütude
nach Kurzschluß an den Störsignalpe-
geL Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher eine Weiterbildung der vorgenannten Einrichtung dahin, daß
auch Nahfehler mit ausreichender Sicherheit mindestens hinsichtlich ihrer Richtung bezüglich des Meßortes
erfaßbar sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die Erfindung wird weiter anhand des in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert, zu
dem F i g. 2. den Verlauf distanz- und richtungsabhängiger Auswertefunktionen über der Entfernung des
Fehlerortes vom Meßort wiedergibt
In F i g. 1 ist eine aus einem Leiter 1 über Erde bestehende Leitung mit der Längskoordinate χ und dem
Meßort x=0 sowie einem vorgegebenen Referenzort Jf=ZA und mit einem dazwischen angenommenen
Fehlerort x—z angedeutet Am Meßort befindet sich eine Meßstation 2 mit einem Meßspannungswandler la
und einem Meßstromwandler 2b. Hier schließen sich ein Meßspannungskanal mit der Meßspannung um und ein
Meßstromkanal mit dem Meßstrom im an. Der Meßspannungskanal führt über eine Nahfehler-Kompensationseinrichtung
N und der Meßstromkanal über einen Konstantfaktormultiplikator 3 mit einem zweiten
Eingang für einen Widerstandsfaktor Rw an eine
Summierschaltung, die aus einem Additionsverstärker 4 und einem Subtraktionsverstärker 5 besteht. Am
Ausgang des ersteren entsteht somit ein erstes Wanderwellensignal
= um + Rw-im,
am Ausgang des letzteren ein zweites Wanderwellensignal
b (0, t) = -um + Rw- im .
Diese Wanderwellensignale werden, wie im Hauptpatent im einzelnen beschrieben, in einer Multiplikationsschaltung 6 beispielsweise mit einer, gegebenenfalls
auch mit mehreren verschiedenen, etwa gegeneinander zeitlich verschobenen Gewichtsfunktionen g(t) multipliziert.
Es folgt eine Integrationsschaltung 7 mit beispielsweise definierten Integrationsintervallen, die
über einen entsprechenden Steuereingang Γ bestimmt werden können. Am Ausgang der Integrationsschaltung
entstehen mindestens zwei Zeitintegrale A und B, die — unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen Schaltung für die
Bestimmung der Phasenlage der Integrationsintervalle bezüglich einer Grundschwingung, etwa der Netzfrequenzkomponente
der Wanderwellensignale — bereits eine Fehlerrichtungs- und eine Fehlerdistanzbestimmung
bezüglich des Meßortes ermöglichen, und zwar durch die im Hauptpatent angegebene Verknüpfung der
Zeitintegrale zu einer Auswertefunktion F in einer Verknüpfungsschaltung 8. Für die genannte Phasenbestimmung
ist ein Hilfszweig vom Ausgang der Summierschaltung mit einem Frequenzfilter 9 für die
Hervorhebung der Wanderwellen-Grundfrequenzkomponente und ein Phasendetektor 10 vorgesehen. In
letzterem wird die Phasenlage der Integrationsintervalle bezüglich der Grundschwingungskomponente der
Wanderwellensignale festgestellt und dementsprechend das Vorzeichen der Auswertefunktion mittels einer dem
Ausgang der Verknüpfungsschaltung 8 nachgeschalteten Vorzeichenumkehrschaltung It gegebenenfalls
korrigiert. Am Ep.dausgang 12 der Schaltung steht somit
das richtige Vorzeichen entsprechend der Fehlerrichtung bezüglich des Meßortes zur Verfügung.
Im übrigen kann durch zeitliche Verschiebung der gegenläufigen Wanderwellensigiiale gegeneinander,
durch Gewichtung mit zeitlich gegeneinander verschobenen Gewichtsfunktionen oder durch Integration der
— gegebenenfalls gewichteten — gegenläufigen Wanderwellensignale über gegeneinander verschobene
Integrationsintervalle ein Referenzort auf der Leitung
ίο vorgegeben werden, bezüglich dessen dann eine
Fehlerrichtungs- und/oder Fehlerdistanzbestimmung vorgenommen werden kann.
Die Nahfehler-Kompensationsschaltung N im Meßspannungskanal
umfaßt eine Verzweigung auf zwei ParaUelkanäle 13 und 14, von denen ersterer eine
Schwingschaltung Mb — hier beispielsweise ein auf die Netzfrequenz abgestimmtes Bandpaßfilter mit mehreren
induktiven und kapazitiven Energiespeichern — umfaßt Ober je einen Konstantfaktormultiplikator 13a
bzw. 14a werden die beiden Parallelkanäle mittels eines Additionsverstärkers 15 überlagert, an dessen Ausgang
die korrigierte Meßspannung u'm für die vorangehend
erwähnte Weiterverarbeitung zur Verfügung steht
Die beiden Multiplikatoren 13a und 14a sind auf bezüglich des Wertes Eins komplementäre Faktoren K
bzw. 1 — K eingestellt so daß im eingeschwungenen Zustand nach Fehlereintritt, wobei die überlagerten,
durch den Kurzschluß hervorgerufenen tangenten Oberwellen der Spannung abgeklungen sind, im
wesentlichen um=u'm gilt. Bei geeigneter Betragsnormierung
der Meßspannung, die durch entsprechende Faktoren im Meßstromkanal und gegebenenfalls durch
Anpassung in der Auswerteschaltung erreicht werden kann, genügt jede unterschiedliche Konstantfaktormultiplikation
in den beiden Parallelkanälen, so daß gegebenenfalls auf mindestens einem der beiden
Multiplikatoren 13a bzw. 14a verzichtet werden kann. Im konkreten Schaltungsbeispiel ist dann selbstverständlich
durch einen geeigneten Summierwiderstand im Zweigkanal 14 für die anschließende additive
Überlagerung der beiden Zweigsignale zu sorgen.
Weiterhin ist gemäß F i g. 1 eine Vergleichsschaltung 16 vorgesehen, deren Eingänge mit der Meßspannung
Um bzw. mit dem Ausgangssignal der Schwingschaltung
i3b angesteuert werden und die bei Absinken der ursprünglichen Meßspannung unter die durch die
Schwingschaltung quasistationär weitergeführte Meßspannung, und zwar bei Absinken über ein einstellbares
Differenzmaß s hinaus, einen die gesamte Verzweigung
so mit den Parallelkanälen 13 und 14 überbrückenden Ruheschalter 17 öffnet und damit den Übergang von der
Wanderwellensignalbildung mit der ursprünglichen Meßspannung um zu der vorangehend beschriebenen
Wanderwellensignalbildung mit der korrigierten Meßspannung u'm vollzieht. Weil das Maß des Absinkens der
Meßspannung von der Meßort-Fehlerortentfernung ζ abhängt, entspricht diese Umschaltung einer gewissen
Fehlerortslage, die Nahfehler und Fernfehler trennt. Ein Gültigkeitskriterium für das Nah- oder Fernfehlersignal
kann im übrigen auch in anderer Weise von der ungefähren Fehlerortslage abgeleitet werden, z. B. auch
durch Vergleich der Meßspannung mit einer konstanten Bezugsgröße. Der angedeutete Vergleich mit der
quasistationär weitergeführten Meßspannung hat aber
b5 den Vorteil, daß Schwankungen der Leitungsspannung
im Normalbetrieb selbsttätig berücksichtigt werden.
Für die Wirkungsweise gilt unter Bezugnahme auf
Für die Wirkungsweise gilt unter Bezugnahme auf
Die Kurve F zeigt den Verlauf der mit der ursprünglichen Meßspannung um die Kurve F'denjenigen
der mit der korrigierten Meßspannung u'm gewonnenen Auswertefunktion über der Meßort-Feh-Ierortdistanz
z. Es handelt sich also um Eichkurven der Fehlerortung. Wegen des Nulldurchganges mit endlicher
Steigung ist F in diesem Bereich im Hinblick auf den Störsignalpegel mit einer Unsicherheit nicht nur für
die Distanz-, sondern vor allem auch für die Richtungsbestimmung behaftet, welche die Brauchbarkeit
der Einrichtung in Frage stellen würde. F' zeigt dagegen im Nulldurchgang einen sprungartigen Verlauf
mit einer den Störsignalpegel sicher überragenden Stufenhöhe und ermöglicht daher einen sicheren
Richtungsentscheid. Außerdem ist die Betragsverzerrung der Auswertefunktion durch die Nahfehlerkompensation
von der Meßort-Fehlerortdistanz eindeutig abhängig, so daß auch eine Fehlerdistanzbestimmung im
Nahfehlerbereich mit entsprechender Eichung möglich ist.
Maßgebend für diesen Effekt ist die quasistationäre Weiterführung der Meßspannung durch die bei einem
Kurzschluß mit Spannungszusammenbruch am Meßort einsetzende Ausgleichsschwingung mit einer auf die
Grundfrequenz, hier also die Netzfrequenz, abgestimmten Eigenfrequenz der Schwingschaltung. Für Fernfehler
ist dagegen die Verwendung der ursprünglicher Auswertefunktion vorteilhafter, u. a. wegen der einfa
chen Einführbarkeit von Referenzorten wie ober erwähnt. Bei einem gewissen Fehlerort zo in eine:
Mindestentfernung vom Meßort erfolgt daher selbsttä tig die bereits erwähnte Umschaltung zwischen dei
korrigierten und der ursprünglichen Meßspannung.
Die gesamte Eichkurve setzt sich somit aus zwe Abschnitten mit unterschiedlicher Skalierung zusam
ίο men. Die Zuordnung des ermittelten Betrages de:
Auswertefunktion zu dem einen oder anderen Bereich läßt sich ohne weiteres z. B. vom Ausgangssignal dei
Vergleichsschaltung 16gemäß Fig. 1 ableiten.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß dei Einfiuß der Meßspannungsverzerrung durch dit
Schwingschaltung wegen der komplementären Faktor einstellung im eingeschwungenen Zustand entfällt unc
mit der Meßort-Fehlerortdistanz verhältnismäßig ab nimmt.
Es ist noch zu erwähnen, daß die Weiterführung dei Meßspannung außer mit den angedeuteten Schaltungs
mitteln auch mit anderen schwingfähigen Einrichtunger erfolgen kann, z. B. mit aktiven Filterschaltungen
Oszillatoren mit Phasenregelkreis für die Synchronisierung mit der Netzfrequenz, elektro-akustischen Laufzeitelementen
und dergleichen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf
einer Leitung, in der aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle
auf der Leitung zugeordnetes und deren zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal)
gebildet wird, insbesondere nach Patent 2523006, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
Applications Claiming Priority (1)
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |