DE2530717A1

DE2530717A1 - Verfahren und vorrichtung zum abschalten einer elektrischen uebertragungsleitung bei ueberlastung

Info

Publication number: DE2530717A1
Application number: DE19752530717
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Knauer
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US3982158A; GB1517551A; JPS5132937A; USB488634I5; DE2530717C2

Description

Anmelder in: Stuttgart, den 8. Juli 1975

Hughes Aircraft Company P 304-2 S/kg

Centinela Avenue and Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Abschalten einer elektrischen Übertragungsleitung bei Überlastung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschalten einei· elektrischen Übertragungsleitung bei Überlastung, bei dem die Höhe der die Übertragungsleitung durchfließenden Leistung überwacht und bei Auftreten einer überhöhten Leistung ein in der Übertragungsleitung angeordneter Leistungsschalter geöffnet wird.

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In manchen Systemen zur "Übertragung elektrischer Leistung ist die Größe möglicher Kurzschlußströme stetig bis zu einem Punkt angewachsen, in dem die "bestehenden Einrichtungen der Anlagen, insbesondere die Leistungsschalter, bei Kurzschlußstrümen bis zum Äußersten beansprucht sind oder ihre Belastbarkeit schon überschritten ist. Der Grund für diese Tendenz besteht vornehmlich in dem ständigen Anwachsen an Leistungsbedarf pro Flächeneinheit. Das Problem wird kompliziert durch die Forderungen nach betriebssicheren Systemen, die feste Verbindungen zu benachbarten Systemen und zu Mehrfach-Parallelleitungen innerhalb jedes Systems geführt haben. Es gibt eine Anzahl überrvugender Argumente dafür, daß ein geometrisches An?fachsen der Stärke möglicher Kurzschlußströme .zu verzeichnen ist» Dieser Faktor in Verbindung mit zunehmenden Installationskosten und wachsenden Lieferfristen für neue Einrichtungen sind ein. starkes Argument für strombegrenzende Einrichtungen als Alternative zu der bisherigen Methode, Leistungsschalter durch stärkere zu ersetzen oder zu verbessern, wenn ihre Betriebsdaten überschritten werden«

Es sind verschiedene Anordnungen dazu benutzt worden, Fehlerströme zu begrenzen« Hierzu gehören Verbindungsstücke in Form von LC-Resonanzkreisen, sättigbare Blindwiderstände und, bei niedrigen Spannungen, statische Unterbrecher, die von zwangsgesteuerten Thyristoren Gebrauch machen» Die vorstehend genannten Vorrichtungen haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Allen gemeinsam ist jedoch der Nachteil eines bedeutenden

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Energieverbrauches A^ährend der Arbeit unter normaler Last. Weiterhin sind diese Vorrichtungen, die "von Reaktanzen Gebrauch machen, in der Regel sehr umfangreich und sperrig und bilden im Sy at era die Urnache für weitere Schwierigkeiten, die von transient en Überspannungen oder harmonischen Strömen herrühren,.

Das Einschalten eines ohmschen Widerstandes in Serie zu einer Leitung während eines Fehlerzustandes hat gewisse Vorteile, welche die Maßnahme attraktiv erscheinen lassen, erfordert jedoch ein schnelles Ansprechen und ausgeklügelte Maßnahmen zur Fehlerfeststellung und Steuerung. Um wirksam zu sein, sollte die Vorrichtung in der Lage sein, den s trombe grenzenden Widerstand in die Übertragungsleitung innerhalb einer Zeitspanne von etwa 1 ms nach dem Auftreten des Fehlers einzuschalten. Wegen der Vielzahl von Zwischenverbindungen, die bei manchen Systemen bestehen, ist ein Betrieb bei Übertragungsspannungen von 138 kV und mehr erwünscht. Demgemäß ist ein schnelles Ansprechen auf Fehlerbedingungen für schnellwirkende Leistungsschalter oder das Einschalten von Impedanzen bewirkende Vorrichtungen erforderlich.

Bis vor kurzem standen keine Einrichtungen zur Verfügung, die in der Lage waren, sowohl schnell anzusprechen als auch bei genügend hohen Spannungen betrieben werden zu können, um in der Praxis eine ^trombegrenzung durch Einschalten eines Widerstandes in die Übertragungsleitung möglich zu machen,. Während des vergangenen Jahres haben

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Versuche bewiesen, daß die Unterbrechung von Hochspannungs-Gleichstromleitungen bei 100 kV und 1 kA in sehr kurzen Zeiten, nämlich 2 ms, möglich ist. Versuche mit verbesserten Ausführungen dieser Einrichtungen wurden bis zu Stromstärken von 5 kA unter Beibehalten der Größe des 100 kV-Moduls vorangetrieben· V/eiterhin wurden Öffnungszeiten von nur 1 ms bei Prototypen mechanischer Schalter erzielt, die für die genannten Strom- und Spannungspegel geeignet sind. Elektrische Übertragungssysterne, bei denen eine Strombegrenzung durch Einschalten eines Widerstandes stattfindet, sind aus den US-PSen 3 611 031, 3 641 358, 3 660 723, 3 657 607, 3 777 179, 3 781 606 und Re₀ 27 557 bekannt. Bevorzugte Unterbrecherschalter in Form von Schaltröhren mit gekreuzten Feldern, die ohne Reduzieren des fließenden Stromes, auf Hull ausgeschaltet werden können und dadurch eine Übertragung des Stromes in einen Parallelwiderstand ermöglichen, werden weiter unten angegebene

Bekannte Methoden der Feststellung von Fehlerzuständen, insbesondere das MesBen des Effektivwertes des Fehlerstromes, erfordern einen großen BeobachtungsZeitraum, der sich über mehrere Perioden eines Wechselstromes erstreckt, die in der Größenordnung von einigen 10 ms liegt. Diese bekannten Methoden sind für übliche Leistungsschalter geeignet, die wenigstens zwei Perioden zum öffnen der Kontakte und Löschen des Lichtbogens benötigen. Sie sind Jedoch nicht geeignet für schnell arbeitende Leistungsschalter und Impedanzen einschaltende Vorrichtungen.

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Bei dem bekannten Verfahren der Fehlerfeststellung wird der Leistungsschalter ausgelöst, wenn der gemessene Effektivwert einen vorbestimmten, kritischen Wert überschreitetβ Es ist offensichtlich, daß eine Fehlerfeststellung in kürzeren Zeitabschnitten als der Dauer einer Wechselstromperiode nicht unmittelbar möglich ist und daß auf den Effektivwert aus der Projektion der Anfangswerte eines sich aufbauenden Fehlerstromes geschlossen werden muß₀ Eine Komplikation bei dieser Projektion besteht darin, daß ein Fehler zu jeder Zeit innerhalb einer V/echselstromperiode beginnen kann.

Kürzliche Entwicklungen in elektrischen Leistungsschaltern umfassen Einperioden- und Synchron-Leistungsschalter sowie auch mit Strombegrenzung arbeitende Leistungsschalter. Diese kürzlich entwickelten Leistungsschalter sind von einer sehr schnellen Fehlerfeststellung abhängig, damit ihre verbesserten Eigenschaften zur Geltung kommen, nämlich der Fehlerfeststellung in einer Zeitspanne von weniger als 1 ms bis zu einigen ms.

Ein Verfahren zum Projizieren des Effektivwertes des Fehlerstromes zur Verminderung der Ansprechzeit besteht darin, den Strom abzutasten und die abgetasteten Werte einem Digital-Analysator zuzuführen, um den zu erwarten-· den Fehlerstrom vorauszuberechnen«. Wenn die vorausberechnete Amplitude einen vorbestimmten, kritischen Wert überschreitet, wird der Leistungsschalter ausgelöst. Obwohl diese Methode durchführbar ist, führt der Digital-Analysator zu einer übermäßigen Komplizierung der Überwachungseinrichtung.

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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, die Zeit zum Feststellen eines Fehlers zu vermindern, ohne daß hierzu komplizierte Einrichtungen zur Vorausberechnung des Effektivwertes des Fehlerstromes erforderlich wären, so daß ein schnelles Auslösen von Leistungsschaltern und insbesondere ein wirksames Einschalten von Impedanzen in die gestörte Leitung möglich ist, bevor der Leitungsstrom nicht mehr beherrschbare oder zerstörerische Werte annimmt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein nur wenig über dem maximal zulässigen Wert der Leistung liegender Schwellenwert festgelegt und bei Überschreiten des Schwellenwertes die tatsächliche Leistung mit einem Bezugswert während einer Zeitspanne verglichen wird, die kleiner ist ala die bei Vorliegen eines Fehlers zum Übertragen einer erheblichen Energie benötigten Zeit, und daß bei Überschreiten des Bezugswertes ein Fehlersignal erzeugt und der Leistungsschalter nur bei Vorliegen des Fehlersignals geöffnet wird.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Durchführen dea erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand, die einen in die Übertragungsleitung eingeschalteten Leistungaschalter und einen an die Übertragungsleitung angekoppelten Leistungawächter umfaßt, der bei Überschreiten einer zulässigen Höhe der übertragenen Leistung "ein Steuersignal zum öffnen des Trennschalters erzeugt.

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Nach der Erfindung umfaßt der Leistungswächter eine Schaltungsanordnung, die ein der Höhe der tatsächlich übertragenen Leistung entsprechendes Leitungssignal erzeugt. Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung vorhanden, die auf das Steuersignal des L_eistungsWächters anspricht und ein Bezugssignal erzeugt, das einem Fehlerzustand bei der Leistungsübertragung entspricht. Eine Vergleichsanordnung spricht auf das Leitungssignal und das Bezugssignal an und erzeugt das Fehlersignal, wenn das Leitungssignal das Bezugs signal während einer kurzen Zeitspanne überschreitet_o Der.Leistungsschalter spricht dann auf das Fehlersignal an.

Die Erfindung macht also die Anwendung einer einfacheren Steuereinrichtung möglich als die Projektion des Effektivwertes mittels eines Digital-Analysators, weil nach der Erfindung die Feststellung des Fehlers und der zur Entscheidung führende Prozeß vollständig analog ablaufen. Wenn ein Leistungsfehler festgestellt wird, vorzugsweise innerhalb von 100 ,us nach dem Eintreffen der Welle 4^es Überstromes, wird ein Netzwerk-Simulator aktiviert, der einen simulierten Fehlerzustand erzeugt, der mit dem Fehler auf der Übertragungsleitung in Phase ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt, der Netzwerk-Simulator einen 60 Hz-Niederspannungs-Generator, der in Serie zu einer Spule und einem Lastwiderstand geschaltet ist, welche dem induktiven bzw. ohmschen Widerstand der Last entsprechen. Das Simulieren eines Fehlers erfolgt durch Kurzschließen

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des ohmschen Widerstandes, so daß der die Spule durchfließende Strom einen Bezugs-Fehlerzu^tand der gewünschten Intensität in dem elektrischen Übertragungssystem simuliert, "bei dem die Leitungsinduktivität das Ausmaß des Fehlerstromes bestimmt. Der simulierte Fehlerstrom bildet eine Bezugsgröße und es werden sowohl der Bezugs-Fehlerstrom als auch ein transformatorisch von der Übertragungsleitung abgetasteter Fehlerstrom beispielsweise einem Differenzverstärker zum Vergleich zugeführt. Das Ausgangssignal dos Differenzverstärkers wird vorzugsweise integrierte Wenn der tatsächliche Fehlerstrom den Bezugsstrom während der Abtastperiode überschreitet, so wird davon ausgegangen, daß der tatsächliche Fehlerstrom das Auslösen eines Vorganges zur Strombegrenzung erfordert.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Die der · Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in.beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines typischen Laststromes, eines Fehlerstromes und eines nach der Erfindung durch Einschalten eines ohmschen Widerstandes begrenzten Stromes,

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Fig. 2 das Blockschaltbild eines typischen Übertragungssystems mit einer bevorzugten Ausführungsform einer strombegrenzenden Anordnung,

Fig. 2a ein Zeitdiagramm, das die Wirkungsweise der strombegrenzenden Anordnung nach Fig. 2 veranschaulicht,

Fig. 3 das Blockschaltbild der Steuervorrichtung zur Begrenzung des Stromes auf einer Übertragungsleitung,

Fig. Ja ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 4- das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der Strombegrenzung für ein dreiphasiges Übertragungssystem.

Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt einen typischen Laststrom für ein elektrisches Verteilungssystem, bei dem es sich beispielsweise um ein Verteilungssystem mit zwei Verbundleitungen handeln kann, die von zwei getrennten Generatoren gespeist werden, die sechs Übertragungsleitungen über übliche Leistungsschalter speisen. Im Diagramm ist weiterhin ein typischer KurzsGhlußstrom dargestellt, der bei einem solchen System bei einem symmetrischen Fehler einen Wert von 40 kA im Vergleich zum normalen Laststrom von 2 kA annehmen kann. Die Unterbrechung von Kurzschlußströmen vor dem Erreichen von 10 IcA erfolgt durch eine schnelle Feststellung zum Auslösen des Schaltvorganges

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in etwa 1 ms. Der Schaltvorgang erfordert das Öffnen eines in der Leitung angeordneten Unterbrecherschalters, wie beispielsweise des Unterbrecherschalters 10 in der in Fig. 2 dargestellten Strombegrenzerschaltung, und die Übertragung des Kurzschlußntromes auf eine Schaltröhre mit gekreuzten Feldern oder einen Unterbrecher, der anschließend abgeschaltet wird, um den Strom auf ein paralleles, strombegrenzendes Y/iderntandselement in der Strombegrenzerschaltung zu übertragen» Nachdem der strombegrenzende Widerstand eingeschaltet worden ist, ist der danach fließende Strom niedrig, so daß der Fehler bei einem Strom beseitigt werden kann, der innerhalb der Schaltkapazität eines üblichen Leistungsschalters liegt.

Ein typisches Verteilungssystem für eine Phase der s^roiabegrenzenden Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt,, Die strombegrenzende Anordnung 12 ermöglicht das Einschalten eines Widerstandes 22 in die eine Phase eines Wechselstrom-Verteilungssystems führende Leitung 32 zur Begrenzung des Fehlerstromes. Der Wert des Widerstandes reduziert den Strom auf einen Pegel, der eine Beseitigung des Fehlers durch Öffnen des üblichen Stations-Leistungsschalters 26 ermöglicht. Bis kürzlich standen keine Einrichtungen zur Verfügung, die in der Lage waren, sowohl schnell anzusprechen als bei ausreichend hohen Spannungen und Strömen zu arbeiten, um eine Strombegrenzung durch das Einschalten von Widerständen für Übertragungsleitungen praktisch anwendbar zu machen.

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Die strombegrenzende Vorrichtung 12 umfaßt drei Hauptelemente, die zwischen Leitungen 14 und 16 parallel geschaltet sind_o Bei dem mit gekreuzten Feldern arbeitenden Schalter 18 handelt es sich um eine Kaltkathoden-Gasentladungs-Röhre, die zur Annahme eines leitenden Zustandes ein von außen angelegtes Magnetfeld benötigt· Wenn dieses Magnetfeld abgeschaltet wird, fällt der Strom zwischen den Hauptelektroden in einigen Mikrosekunden auf Hull ab«, Die Strecke zwischen den Elektroden hat die Spannungsfestigkeit einer Vaküumstrecke und hält daher leicht hohen Spannungen stand. Spezielle Beispiele für Schaltröhren mit gekreuzten Feldern sind in den US-PSen 3 638 061, 3 641 384, 3 604 977, 3 769 537, 3 558 960 und 3 678 289 behandelt.

Der Kondensator 20 kann dazu dienen, die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges während des Einschaltens des Widerstandes zu begrenzen_e Der Widerstand 22 besteht vorzugsweise aus Thyrit-Blöcken. Diese Blöcke haben einen bei abnehmendem Strom zunehmenden Widerstand. Diese nichtlineare Charakteristik solcher Widerstände, ermöglicht ein Reduzieren des Stromes auf normale Werte, während gleichzeitig anfängliche Spannungsstoße klein gehalten werden, welche auf das Einschalten des Widerstandes zurückzuführen sind» Es ist wichtig, einen Fehler so früh wie möglich festzustellen, um ein frühes Einschalten des Widerstandes zu ermöglichen.

Beim Betrieb der 'strombegrenzenden Vorrichtung 12 ist der Schalter 10 normalerweise geschlossen. Der Laststrom

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wird vom Generator 24- über den üblichen Stations-Leistungsschalter 26 und die in <ie Leitung in Serie eingeschaltete strombefprenzende Vorrichtung 12 der Last 28 zugeführt. Der normale Strom ist in Pig. 2a durch die Kurve 30 dargestellt. V/enn ein Fehler festgestellt wird, wird der Schalter 10 zur Zeit t^ geöffnet und es entsteht zwischen seinen Kontaktstücken ein Lichtbogen. Zur Zeit to wird die Schaltröhre 18 eingeschaltet, um den Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken des Schalters 10 in der 1 ms dauernden Zeitspanne ty. bis ty, zu lÖscheno Danach wird die Schaltröhre 18 zur Zeit t^ abgeschaltet, wodurch der T/iderstand 22 eingeschaltet ist, um den in der Leitung 32 fließenden Fehlerstrom zu begrenzen, so daß er den in Fig. 2a .durch die Kurve 32a dargestellten Verlauf anstelle des durch die gestrichelte Kurve 34- dargestellten, ungehinderten Verlaufes nimmt. Der-durch die Kurve 32a dargestellte begrenzte Fehlerstrom liegt im Bereich der Strömkapazität des normalen Leistungsschalters 26_O · ·

Aus der vorstehenden Beschreibung eines Fehlerschutzes in einem 60 Hz Energieverteilungssystem wird deutlich, daß ein schnelles Ansprechen der Steuerschaltungen auf Fehlerströme für die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung kritisch ist. Demgemäß weist die in Fig. 3 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abschalten des Stromes in der eine Phase führenden Leitung 32 einen mit dieser Leitung stromgekoppelten Transformator 36 auf, um den die Leitung 32 durchfließenden Strom I ständig zu überwachen. Das Ausgangssignal des Transformators 36 ist der Änderung des Stromflusses di/dt proportional.

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Daher wird das Ausgangssignal integriert, um ein Leitungssignal 37 zu bilden, das dem Laststrom I proportional ist. Das Leitungssignal 37 wird einem Schwellenwertdetektor 38 zugeführt. Wenn das Leitungssignal 37 einen vorbestimmten Schwellenwert während einer Zeit von 50 bis 100 y*s überschreitet, wird von dem Schwellenwertdetektor ein Triggerimpuls 39 erzeugt. Der Schwellenwert It wird höher festgelegt als der normale Laststrom II, wie es Fig. 3a zeigt. Eine Abtastperiode oder Beobachtungszeit von 50 bis 100 μ s wird bevorzugt, um ein Ansprechen auf durch Blitze oder andere Ursachen hervorgerufene Stromspitze zu vermeiden, deren Dauer geringer ist als 50 /'s und die daher keine Schutzmaßnahmen erfordern.

Das von dem Triggerimpuls 39 gebildete Steuersignal löst einen Fehlerfeststellungs- und Steuerzyklus aus, der die Betätigung des Serienschalters 10 zur Zeit t^ zur späteren Übertragung des Fehler- oder Laststromes auf die Schaltröhre 18, die zur Zeit t2 betätigt wird, und zweitens einen Vergleich mit einem projezierten oder simulierten Fehlerstrom auslöst, indem der Schalter S zur Zeit t^, geschlossen wird.

Der obere Kontakt des Schalters S schließt in Abhängigkeit vom Steuersignal 39» um das Leitungssignal 37 einem Differenzverstärker D zuzuführen, damit es durch Differenzbildung mit dem simulierten Fehlerstrora I verglichen wird, das dem Differenzverstärker D in Abhängigkeit von dem

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durch die Betätigung des Schalters S geschlossenen unteren Kontakt zugeführt wird. Ia Differenzverstärker D wird der simulierte Fehlerstrom I um die Höhe des Schwellenwert-Stromes I, durch Einstellen des V/ider-Standes E, verschoben. Die Signale Is und If, die für den simulierten und den tatsächlichen Fehlerstrom charakteristisch sind, sind induktiv und gegenüber dem ohaschen Laststrom I- phasenverschoben, wie es Fig* Ja zeigt.

Das Ausgangs signal des Differenzverstärkers D wird dem Eingang eines Fehlerdetektors 35 zugeführt, der eine Integrationsschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des Verstärkers D aufweist. Das integrierte Ausgangssignal wird dann Detektorkreinen zugeführt, welche auf die integrierte Ladung ansprechen und einem iPriggerkreis, beispielsweise einem Schmitttrigger ein Eingangssignal zuführen. Die Polarität der integrierten Ladung wird festgestellt und ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß ein tatsächlicher Fehlerstrom I~ den simulierten Fehlerstrom I überachreitet!, wird dem (Uriggerkreia zugeführt, um ein Auagangsaignal 55a zxn^ Desaktivierung der Schaltröhre durch Abschalten des äußeren Magnetfeldes zu erzeugen. Als Ergebnis wird der Strom I- über den strombegrenzenden Widerstand 22 geleitet, um den Fehlerstrom I_f auf einen innerhalb der Kapazität des Leistungsschalter 26 liegenden Wert zu reduzieren.

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Demnach spricht die Vorrichtung nach Fig. 3 auf Fehlerströme an, welche den vorbestimmten Schwellenwert I, überschreiten, und stellt Ströme I^ fest, die weiterhin einen simulierten Referenzstrom während einer Zeitspanne von etwa 1 ms überschreiten, um den Strombegrenzungszyklus zu vollenden. Wenn ein Fehler festgestellt wird und 50 bis 100 i/l,s nach Eintreffen des ersten tfberstromes beispielsweise an dem Serienschalter 10 bestehen bleiben, wird der Fehlersimulationskreis aktiviert, damit er einen simulierten Fehlerstrom I„ erzeugt,· der mit dem tatsächlichen Fehlerstrom in Phasen, d.h. zu dem Last— strom I, um etwa 90° phasenverschoben ist.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt die Simulatorschaltung einen Spannungstransformator oder einen 60 Hz-Generator, der durch ein 60 Hz-Synchronisationssignal zu der auf der Leitung 32 übertragenen elektrischen "Energie synchronisiert ist. Bei Feststellen eines Fehlers wird die Synchronisation in Abhängigkeit von dem Steuersignal 39 unterbrochen« Eine Spule L und ein Lastwiderstand R dienen dazu, die Lastimpedanz dea Übertragungssysterns zu simulieren. Demgemäß umfaßt der Lastimpedanzkreis die Spule L, die mit dem Generator Gs steta in Serie geschaltet ist, und den normalerweise in Serie zur Spule L und zum Generator Gs geschalteten Lastwiderstand R. Die Simulierung eines Fehlers wird durch Kurzschließen des Lastwiderstandes R durch einen Widerstand r_ eingeleitet, dessen Wert im Verhältnis zum Wert des Lastwiderstandes R sehr klein ist. Durch Schließen des Schalters S, und zwar seines unteren Kontaktes, wird der simulierte Fehlerkreis

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vom Generator Gs über den Widerstand E geschlossene Da die Spule L der Leitungsinduktivität entspricht, simuliert der die Spule L und den Widerstand E durchfließende Strom I den tatsächlichen Fehlerzustand in der Übertragungsleitung ^2. Bei einer bedeutenden Störung bestimmt oder begrenzt die Leitungsinduktivität den Fluß des Fehlerstromes Ix.. Durch richtige Einstellung der Amplitude des simulierten Fehlerstromes I wird ein liezugssignal gewonnen, das dem Differenzverstärker D zugeführt wird. Im Differenzverstärker D wird ein "Vergleich zwischen dem Bezugssignal und dem für den tatsächlichen Fehlerstrom charakteristischen Leitungssignal 37 angestellt, und es wird das Ausgangssignal des Verstärkers integriert, um ein über die Zeitspanne des Fehlerfestatellungszyklus ermitteltes Ausgangssignal zu erhaltene Ein Leitungssignal 37» das für einen tatsächlichen Fehlerstrom charakteristisch ist und das Bezugssignal während einer Zeitspanne von 1 ms überschreitet, zeigt an, daß die Störung ernsthaft ist und die Unterbrechung der Übertragungsleitung 32 durch den Leistungsschalter 26 erfordert.

Wie oben angegeben, liefert der Schwellenwertdetektor ein Steuersignal 39 oder einen CDriggerimpuls zur Betätigung des Schalters S, damit dessen Kontakte die Eingänge des Differenzverstärkers anschließen, TJährend der Schalters S geschlossen ist, ist dem Lastwiderstand E der

Widerstand E parallel geschaltet. Da der Widerstand E s s

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■bedeutend kleiner ist als der Widerstand R (H < <E) ■und der Widerstand H_p auch "bedeutend kleiner ist als die Leitungsreaktanz -v L (S <<^L), ist die ver-"bleibende Last für den Generator G^ die simulierte Leitungsinduktivität L, so daß der Strom des simulierten Netzwerkes analog zu dem Strom auf der ^;'bertragungsleitung 32 ansteigt_o

Der tatsächliche Fehlerstrom I„ und der simulierte Fehlerstrom werden in dem Differentialverstärker D verp;lichen, der mit einer StromverSchiebung um üinen Betrag versehen ist, der gleich dem Schwellenwert des Schwellenwertdetektors 38 ist. Die "Verschiebung, die einstellbar und parallel zu dem Schwellenwert I, ist, wird durch einen veränderbaren Widerstand E-. bewirkt. Wie bereits erwähnt, wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers D dem Fehlerdetektor 35 zugeführt, der einen Integrator enthält, und es wird am Ende der Vergleichsperiode von beispielsweise 1 ms Dauer die Polarität des integrierten Ausgangssignals festgestellt und gemssen, um die Ernsthaftigkeit der Störung und damit die Notwendigkeit für das Einschalten des etrorabegrenzenden ViderStandes 22 und das nachfolgende Auslösen des Leistungsschalters 26 festzustellen.

Bei dem bevorzugten Aus führung 5-bei spiel findet die Steuervorrichtung in Verbindu,\Lg mit einem elektrischen Verteilungssystem Verwendung., das eine in die Übertragungsleitung eingeschaltete Einrichtung 12 zur

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Strombegrenzung mit einer Schaltröhre 18 aufweist, die ihrerseits in den leitende!;, und nichtleitenden Zustand versetzt wird, um den Fehlerstrom auf den strombegrenzenden Vider.stand 22 zu übertragen, bevor der'Fehlerstroia auf einen unbegrenzten, zerstörerischen Spitzenwert ansteigen kann. Wie dargestellt, besteht die strombegrenzende Einrichtung aus der Parallelschaltung eines mechanischen Schalters oder Sorienschalters 10, einem elektronischen Unterbrecher 18, der von einer Schaltröhre mit gekreuzten Feldern gebildet'wird, und dem strombegrenzenden '.Viderstand 22. Der Serienschalter überträgt den normalen Leitungs.strom I. Wenn ein Fehlerntrom I_f festgestellt wird, werden die Kontakte des Serienschalters 10 schnell geöffnet* Später wird der Strom auf den Unterbrecher 18 übertragen, der während der Zeit leitet, die zum Entionisieren dos Serienschalters 10 benötigt wird, d.h. etwa 100,.Us₀ Danach wird der Unterbrecher 18 abgeschaltet, indem die gekreuzten Felder aufgehoben werden, so daß der Fehlerstrom durch den strombegrenzenden Viderstand 22 geleitet wird.

Für die bevorzugte Betriebsart ist es wichtig, daß die Zeitspanne von der Feststellung des Fehlers bis zum Einschalten des Uid er Standes die Größenordnung von 1 ms nicht überschreitet; Daher ist es wichtig, daß der Steuervorgang innerhalb dieser kurzen Zeit abgeschlossen ist., Bei dem hier zur Anwendung kommenden., bevorzugten. Verfahren wird der Loitungsstrom I kontinuierlich mit Hilfe des Schwellenwertdetektors 38 überwacht. Sobald der

Leitungsstrom den Schwellenwert während einer Zeit von 50 his 100 .'t;3 überschreitet, erzeugt der Schwellenwertdetektor Zt" das Steuersignal 39° Das Zeitintervall von 50 "bis 100,US wird "bevorzugt, um ein Auslösen des Steuervorganges durch blitzbedingte Überspannungen zu vermeiden, deren Dauer gewöhnlich etwa 10/J-s beträgt. Wie schon früher angegeben, löst das Steuersignal 39 den Vergleichsvorgang aus, iiidom der Serienschalter geöffnet und zugleich das Simulieren dea Fehlorstromes und die Differenzmessung im Differenzverstärker D während der Zeitspanne von 1 ms ausgelöst wird.

Nach der Zeitspanne von 1 ms wird das integrierte Ausgangssignal des Differenzverstärkers D auf seine Polarität geprüft, um festzustellen, ob ein bedeutender Fehlerstrom vorliegt. Sobald ein ernstlicher Fehler festgestellt wird, wird die strombegrenzende Hinrichtung 12 betätigt, um das Einschalten des Widerstandes zu vollenden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Schaltröhre 18 eingeschaltet, damit die Unterbrechung des Stromflusses über den Serienschalter 10 vollendet wird, und nach 100 ^ls durch einen in der Schaltröhre vorgesehenen Zeitgeber wieder abgeschaltet. Wenn festgestellt wird, daß der Fehler nicht ausreichend, schwer ist-oder der Strom auf seinen Normalwert zurückgekehrt ist, wird der Serienschalter 10 einfach geschlossen, ohne daß der Strombegrenzungszyklus vollendet wird»

Nachdem der Zyklus in beispielsweise etwa 1,2 ms vollendet ist, wird der Schalter S zurückgestellt, so daß

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seine Kontakte wieder geöffnet werden. Die 'Vorderflanke des Steuersignals 39 kann beispielsweise ein Monoflop anstoßen, das nach der gewünschten Zeit in seinen Ruhezustand zurückkehrtο Ein anderes Monoflop spricht auf das Steuersignal 39 an, um ein Rückstellen, d.h. Schließen der Eontakte des Serienschalters 10 nach 1 ms in der gewünschten Weise zu bewirken, wenn kein Fehler festgestellt wurde« Demnach wird bei Ausbleiben des Fehlersignales 35a an Ausgang des Fehlerdetektors 35 das Ausgangssignal des 1 ms-Monoflop dazu benutzt, das Schließen der Kontakte des Serienschalters 10 auszulösen.

Die Kontakte des Serienschalters 10 werden durch Strom geöffnet, der von einer üblichen Kondensatorbank als Energiespeicher geliefert und beispielsweise durch steuerbare Siliziumgleichrichter (SGR) oder dgl. ausgelöst wird. Demnach spricht die Kondensatorbank für Serienschalter nach dem Stand der Technik auf den Steuerimpuls 39 an, um die Kontakte zu öffnen, und auf das freigegebene Ausgangssignal des 1 ms-Monoflop, um die Kontakte zu schließen. Der Leistungsschalter 26 ist mit der strombegrenzenden Einrichtung 12 derart gekoppelt, daß das Einschalten des Widerstandes 22 ein Öffnen des Leistungsschalters 26 zur Folge hat.

Fig. 4- zeigt ein Steuersystem, das auf alle möglichen Störungen der Übertragungsleitung 32 für die Phase R eines Dreiphasen-Übertragungssystems anspricht. Das

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Steuersystem umfaßt einzelne Steuerkreise für jede
der drei Phasen R, S und T, die auf Kurzschlüsse der Leitungen gegen Erde sowie auf Störungen zwischen den Leitungen für die Phase R ansprechen. Da die Phasenbeziehungen zwischen der Leitungsspannung gegen Erde und dem Fehlerntrom hei einer Störung der Leitung gegen Erde verschieden ist von den Verhältnissen bei einer Störung zwischen den Leitungen, sind zusätzliche Simulationskreise für die Phasen S und 2 vorgesehen, wie es Fig. 4- zeigt.

Die Fehler-Simulationsschaltung für die Phase Il spricht auf Störungen der Phase Pl gegen Erde an, während die Schaltungsanordnung für Phase S auf Störungen zwischen den Leitungen der Phasen R und S anspricht. Die Schaltungsanordnung für die Phase Ϊ spricht auf Störungen zwischen den Leitungen für die Phasen R und T an. Der Schalter S₀ m wird von dem Steuersignal 39 des Schwellenwertdetektors für die Phase Il betätigt, der auch den Schalter Sp auslöst. TJm die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren, wurde von der Darstellung gleicher üteuerschaltungen einschließlich ihrer Sinulatorkreiae für Störungen zwischen den Übertragungsleitungen für die Phasen S und T einerseits und Erde andererseits
sowie zwischen den Übertragungsleitungen für die
Phasen S und T abgesehen.

Im Licht der vorstehenden Lehren und der dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiele sind für den FacL
zahlreiche Modifikationen und Variationen erkennbar,

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die im Rahmen der Erfindung liegen« ^Beispielsweise kann die Ableitung eines Eingangssignales für die Steuervorrichtung von einem mit der Leitung 32 verbundenen Querwiderstand abgeleitet werfen anstatt von einer transformatorischen Kopplung in Verbindung mit einem Integrationskreis, wie es Fig. 3 zeigt« Weiterhin ist es möglich, anstelle von Strömen Spannungen zu beobachten, um Fehler festzustellen und das Abschalten der Leitungen einzuleiten» Dabei ist es auch möglich, eine Spannungsüberwachung zusätzlich zur Stromüberwachung einzusetzen, um die Betriebssicherheit durch Redundanz zu erhöhen.

Bei einer auf Änderungen der Leitungsspannung ansprechenden Anordnung würde eine Abnahme der Leitungsspannung bei einem Fehlerzustand auftreten und das Ausmaß der Abnahme die Größe des Fehlers bestimmen. V/ie bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel muß das Steuers3rstem auf einen Fehl er zustand schnell ansprechen, so daß die AbtastIntervalle ira Verhältnis zur Periode des übertragenen Wechselstromes kurz sein müssen* Demgemäß muß die endgültige Reduzierung der Effektivspannung von der anfänglichen Spannungsabnahme abgeleitet werden, welche dem Btromanstiog bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht. Veiter werden bei dem entsprechenden, die Spannung überwachenden Steuersystem die tatsächlichen Spannungsänderungen mit den Spannungsänderungen einer simulierten Störung verglichen und es wird der Leistungsschalter ausgelöst, wenn die Kurve der tatsächlichen Spannungsänderung unter die Kurve der Bezugsspannung absinkt, die von einer simulierten Spannungsstörung abgeleitet wurde.

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Claims

Pat entans prüc he

( Λ. JVerf ahren zum AId schalt en einer elektrischen Übertragungsleitung "bei Über":-^tung, bei dem die Höhe der die Übertragungsleitung durchfließenden Leistung überwacht und bei Auftreten einer überhöhten Leistung ein in der Übertragungsleitung angeordneter Leistungsschalter geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß e*in nur wenig über dem maximal zulässigen Wert der Leistung liegender Schwellenwert festgelegt und bei Überschreiten des Schwellenwertes die tatsächliche Leistung mit einem Bezugswert während einer Seitspanne verglichen wird, die kleiner ist als die bei Vorliegen eines Fehlers zum übertragen einer erheblichen Energie benötigten Zeit, und daß bei Überschreiten des Bezugm/ertes ein Dehlersignal erzeugt und der Leistungsschalter nur bei Vorliegen des Fehlersignals geöffnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des die Übertragungsleitung durchfließenden Stromes überwacht und bei Vorliegen eines den Schwellenwert überschreitenden Fehlerstromes ein Steuersignal erzeugt wird, das die Erzeugung eines simulierten Fehlerstromes als Bezugssignal auslöst, und das öffnen des Leistungsschalters nur bei Vorliegen des Fehlersignals am Ende der Vergleichs-Zeitspanne erfolgte

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Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal nur erzeugt wird, wenn der Fehlerstrom den Schwellenwert während einer vorgegebenen Mindestzeit überschreitet„

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten des Schwellenwertes zur.Begrenzung des Fehler-, stromes der Widerstand der Übertragungsleitung erhöht wird.

5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen des Widerstandes die Übertragungsleitung an einer Stelle unterbrochen und der Strom durch eine widerständsbehaftote Umgehungsleitung geleitet wird.

6e Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem' der Ansprüche 1 bis 5 mit einem in die Übertragungsleitung eingeschalteten Leistungsschalter und einem an die. Übertragungsleitung angekoppelten Leistungswächter, der bei Überschreiten einer zulässigen Höhe der übertragenen Leistung ein Steuersignal zum öffnen des Leistungsschalters erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß defc Leistungswächter (36, 38) eine Schaltungsanordnung (36) umfaßt, die ein der Höhe der tatsächlich übertragenen Leistung entsprechendes Leitungssignal (37) erzeugt, daß eine Schaltungsanordnung (G- , L, R, S, R ) vorhanden ist, die auf das Steuersignal (39) des

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Leistungswächters (36, 38) anspricht und ein Bezugssignal erzeugt, das einem Fehlerzustand bei der Leistungsübertragung entspricht, daß eine Vergleichsanordnung (D, 35) auf das Loitungssignal (37) und das Bezugssignal anspricht und das Fehlersignal (35^a) erzeugt, wenn das Leitungssignal (37) das Besugosignal während einer kurzen Zeitspanne überschreitet, und daß der Leistungsschalter (26) auf das Fehlersignal (35a) anspricht.

7; Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungswächtei* (3S, 38) einen Schwellenwertdetektor (38) umfaßt, der einen Schwellenwert zur Feststellung von den Schwellenwert überschreitenden Abweichungen der übertragenen Leistung als Anzeichen für einen Fehlerzustand liefert.

8ο Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (32) zur Übertragung von f/echselstrom eingerichtet ist und die Schaltungsanordnung (G₀, L, E, S, R) zur Erzeugung des Bezugssignals Schaltungsteile (L, 8, H) umfaßt, die dazu dienen, das Bezugssignal mit einer Phasenverschiebung von etwa 90 zu einer Leistungsübertragung an eine im wesentlichen ohmsche Last zu erzeugen.

9ο Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsanordnung (D, 35) einen Differenzverstärker (D) und eine Integrationseinrichtung zum Vergleich der Leitung- und Besugssignale während der kurzen Seitspanne umfaßte

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1Oo Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungswächter (36, 38) das Steuersignal (39) etwa 50 "bis 100 as, nachdem die? übertragene Leistung die zulässige Höhe überschritten hat, erzeugt.

1i„ Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Zeitspanne des Vergleichs von Leitungsund Bezugssignal in der Größenordnung von 1 ms liegt.

12« Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß'der Leistungsivächter (36,-38) auf η inen Schwellenwert überschreitende Aüweichungen der L>troristärke bei der Leistungsübertragung anspricht.

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