DE3887739T2

DE3887739T2 - Schaltung zur Verhinderung der unkontrollierten Auslösung eines Schutzrelais.

Info

Publication number: DE3887739T2
Application number: DE3887739T
Authority: DE
Inventors: Stanley Bruce Wilkinson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: US4825323A; BR8805912A; JPH01194820A; EP0319151B1; DE3887739D1; EP0319151A3; EP0319151A2; ES2048766T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Relaissysteme zur Verwendung beim Schutz von Wechselspannungs-Energieverteilungssystemen und insbesondere auf Außer-Tritt-Blockiereinheiten, um einen Schalterbetrieb als eine Folge von Lastschwingungen zu verhindern.
Gelegentlich ändern sich, als eine Folge eines anomalen Betriebs des Leistungssystems, beispielsweise wenn das System nicht synchron arbeitet, die Impedanz-Charakteristiken und in einigen Fällen ändern sie sich in einem derartigen Ausmaß, daß das Schutzrelais eine derartige Änderung als einen Fehlerzustand behandelt, wodurch ein Auslösesignal für den Schalter erzeugt wird, der die Leitung schützt. Da es unerwünscht sein kann, die Schalter unter diesen Umständen auszulösen, sind Außer-Tritt-Blockiereinheiten in die Schutzrelaissysteme eingebaut worden, um für ein Blockiersignal zu sorgen, das eine Schalterauslösung als eine Folge von Lastschwingungen verhindert.
Lastschwingzustände können betrachtet werden, indem auf das in Fig. 1 gezeigt R-X Diagramm bezug genommen wird. Der Weg des Impedanzpunktes Z, der durch eine Lastschwingung verursacht wird, ist durch die Linie 10 dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, tritt der Weg des Impedanzpunktes in die Charakteristik von einem Überreichweitenrelais, das durch einen Kreis 12 dargestellt ist, und auch die Charakteristik von einem ersten Zonenrelais ein, das durch den Kreis 14 dargestellt ist. Wie in der Schutzrelaistechnik bekannt ist, erzeugt das Relais, wenn die Lastimpedanz einmal in die Charakteristik von einem Schutzrelais kommt, ein Auslösesignal. Für den in Fig. 1 gezeigten Zustand erzeugt das Überreichweitenrelais ein Auslösesignal, sobald der Lastpunkt in seine Charakteristik 12 eintritt; und das erste Zonenrelais erzeugt ein Auslösesignal, sobald der Lastpunkt in seine Charakteristik 14 eintritt.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist es unerwünscht, daß die Schalter bei einer Impedanzänderung auslösen, die durch ein Last schwingen hervorgerufen wird. Infolgedessen ist es wünschenswert, daß man zwischen einem Lastschwingen und einem Fehlerzustand unterscheiden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zu dem System eine Außer-Tritt-Blockiereinheit hinzugefügt wird, die im wesentlichen ein Überreichweitenrelais ist. In Fig. 2 ist ein R-X Diagramm gezeigt, in dem die Charakteristik der Außer-Tritt-Blockiereinheit, die durch einen Kreis 16 dargestellt ist, und auch die Charakteristiken des Überreichweitenrelais, das durch den Kreis 12 dargestellt ist, und des Erstzonenrelais dargestellt, die durch den Kreis 14 dargestellt ist.
Es wurde gefunden, daß eine Impedanzänderung aufgrund einer Schwingung bewirkt, daß sich die Impedanz mit einer Geschwindigkeit ändert, die viel langsamer ist als diejenige, die als die Folge von einem Fehler auftritt. Deshalb werden Lastschwingungen, für die eine Auslösung nicht gewünscht werden, dadurch detektiert, daß die Zeit, von der die Impedanz in die Charakteristik des Außer-Tritt-Blockierrelais, Kreis 16 in Fig. 2, eintritt, und die Zeit gemessen wird, zu der die Impedanz in die Charakteristik des Überreichweitenrelais, Kreis 12 in Fig. 2, oder des ersten Zonenrelais, Kreis 14 in Fig. 2, kommt. Wenn diese Zeitdifferenz einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, behandelt das System die Impedanzänderung als eine Lastschwingung und bewirkt deshalb, daß die Außer-Tritt-Blockiereinheit ein Blockiersignal erzeugt, wodurch das Auslösen der Schalter verhindert wird.
Ein Problem bei bekannten Außer-Tritt-Blockiereinheiten besteht darin, daß sie Blockiersignale unter gewissen Fehlerzuständen erzeugen können, bei denen eine Auslösung auf treten können sollte. Beispielsweise kann ein Erdfehler mit einem hohen Widerstand bewirken, daß die Impedanz, die von einem Relais auf der einen Seite der zu schützenden Leitung gesehen wird, zwischen die Auslöse-Charakteristik und die Außer-Tritt-Blockier-Charakteristik fällt, wodurch die Außer-Tritt-Schaltung die Auslösung blockiert. Dies beeinflußt in nachteiliger Weise die Betriebssicherheit des Systems, indem der Betrieb der Schalter verhindert wird, wenn sie ausgelöst werden sollten, um einen Fehler abzutrennen.
Ein anderes Problem, das in der Vergangenheit auftrat, war ein Fehlen an Koordination zwischen der Außer-Tritt-Blockiereinheit und den Auslöseeinheiten bei internen Fehlern. In einigen Fällen arbeitet die Blockiereinheit vorzeitig in bezug auf die Auslöseeinheiten, wodurch wiederum bewirkt wird, daß der Schalterbetrieb fehlerhaft blockiert wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Außer-Tritt-Blockiereinheit von einem Schutzrelais zum Erfassen von Leistungsschwingungen in einem dreiphasigen elektrischen Wechselstrom-Energieverteilungssystem geschaffen, wobei die Einheit enthält:
(a) eine Einrichtung zum Empfangen von Signalen von einem dreiphasigen Energieübertragungsleitung, wobei diese Signale mit den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen;
(b) eine Einrichtung zum Verwenden der Signale, die zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen, um wenigstens ein Betriebssignal mit einer ersten Polarität zu erzeugen;
(c) eine Einrichtung zum Verwenden der Signale, die zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen, um wenigstens ein Haltesignal mit einer zweiten Polarität entgegengesetzt zur ersten Polarität zu erzeugen, wobei das wenigstens eine Haltesignal ein erstes Haltesignal Δ (IZ-V) aufweist, das zu der Differenz zwischen Fehler- und Vorfehlerwerten der Größe (IZ-V) in Beziehung steht, wobei das Signal IZ zu dem in dem Energieverteilungssystem fließenden Strom I multipliziert mit einer Nachbildungsimpedanz Z der geschützten Zone und dem Signal V in Beziehung steht, das zu einer Phasenspannung des elektrischen Energieverteilungssystems in Beziehung steht; und
(d) wenigstens eine Summierschaltung, die zum Empfangen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals geschaltet ist, um ein Nettobetriebssignal mit einer Polarität und einer Größe zu erzeugen, das zu der Vektorsumme der Größen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals in Beziehung steht.
Ein besseres Verständnis der Erfindung sowohl bezüglich ihres Aufbaus als auch ihrer Arbeitsweise kann durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen erhalten werden, in denen:
Fig. 1 ein R-X Diagramm ist, das die Charakteristiken von Überreichweiten- und eines Erstzonenrelais in einem Schutzrelaissystem für Wechselstrom-Energieübertragungsleitungen zeigt;
Fig. 2 ein R-X Diagramm ist, das die Charakteristiken von Außer-Tritt-Blockier-, Überreichweiten- und eines Erstzonenrelais in einem Schutzrelaissystem für eine Wechselstrom-Energieübertragungsleitung zeigt;
Fig. 3 ein Einlinien-Blockdiagramm von einem Strom- und Spannungsverarbeitungsabschnitt von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Außer-Tritt-Blockiereinheit der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm von einem Reichweiteneinstellungs- und Polarisierungsabschnitt von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Außer-Tritt-Blockiereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm von einer Außer-Tritt-Blockierschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
In Fig. 3 ist ein Einlinien-Blockierdigramm von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Strom- und Spannungsverarbeitungsabschnitt s der Außer-Tritt -Blockiereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine dreiphasige Wechselstrom- Energieübertragungsleitung, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, hat eine A Phase (A), eine B Phase (B), eine C Phase (C) und Erde (G). Jeder dieser drei Phasen ist eine Einrichtung 20 zum Abtasten des Stroms in der jeweiligen Phase und auch eine Einrichtung 32 zum Abtasten der Spannung an dieser Phase zugeordnet. Wie in der Schutzrelais- und Energieübertragungstechnik allgemein bekannt ist, kann die Stromabtasteinrichtung 20 ein Stromwandler sein, und die Spannungsabtasteinrichtung 32 kann ein abwärts transformierender Spannungstransformator sein. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist jeder Phase eine Stromabtasteinrichtung zugeordnet; eine Einrichtung 20a ist der Phase A zugeordnet, eine Einrichtung 20b ist der Phase B zugeordnet und eine Einrichtung 20c ist der Phase C zugeordnet. In ähnlicher Weise ist eine getrennte Spannungsabtasteinrichtung 32a der Phase A zugeordnet, eine Einrichtung 32b ist der Phase B zugeordnet und eine Einrichtung 32c ist der Phase C zugeordnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß zwar ein spezieller Typ von Strom- und Spannungsabtasteinrichtung in Fig. 3 gezeigt ist, daß aber andere bekannte Einrichtungen die gezeigten ersetzen können; der Zweck besteht allein darin, Signale zu erhalten, die zu jeder Phasenspannung und jedem Phasenstrom in Beziehung stehen.
Der Ausgang der Stromabtasteinrichtung 20a steht mit einem ersten Transaktor 21a in Verbindung; der Ausgang der Stromabtasteinrichtung 20b steht mit einem zweiten Transaktor 21b in Verbindung; und der Ausgang der Stromabtasteinrichtung 20c steht mit einem dritten Transaktor 21c in Verbindung. Bekanntlich steht die sekundäre Ausgangsspannung von einem Transaktor zu dem Eingangsstrom durch eine komplexe Proportionalitätskonstante oder einen Vektoroperator in Beziehung, der als die Übertragungsimpedanz des Transaktors bekannt ist. Für die in Fig. 3 gezeigten Transaktoren 21a, 21b und 21c ist die Übertragungsimpedanz jeweils so gewählt, daß sie gleich einem festen Übertragungsverhältnis und einem festen Winkel, beispielsweise 85º, ist. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des Transaktors 21a ein Signal IAT, das beispielsweise eine feste Phasenverschiebung von 85 in bezug auf die Eingangsgröße IA hat. Die Ausgangssignale IBT und ICT von den Transaktoren 21b beziehungsweise 21c stehen in ähnlicher Weise zu ihren entsprechenden Eingangsgrößen IB und IC in Beziehung. Weitere detaillierte Beschreibungen von Transaktoren können aus der US-PS 3 374 399 (Erfinder Delwey) erhalten werden.
Die Ausgänge der Transaktoren 21a, 21b und 21c sind mit den Eingängen von einer ersten Mitkomponenten-Schaltung 22, einer zweiten Mitkomponenten-Schaltung 24, einer Gegenkomponenten-Schaltung 26 und einem ersten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 28 verbunden. Der Summierverstärker 28 erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Größe, die gleich der Summe der Größe der zugeführten Eingangssignale, multipliziert mit einer vorbestimmten Verstärkung, ist, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel -1/3 beträgt. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des Summierverstärkers 28 gleich MI&sub0;, wobei I&sub0; die Nullkomponente des Phasenstroms in der Übertragungsleitung ist; und M gibt in der hier verwendeten Schreibweise an, daß das Signal invertiert ist. Der Ausgang des ersten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 28 ist mit dem Eingang von einer Phasenschieberschaltung 30 verbunden. Die Ausgangsgröße der Phasenschieberschaltung 30 ist das Eingangssignal, das in der Phase um einen vorbestimmten Betrag verschoben ist, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 25 Nacheilung beträgt. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße der Phasenschieberschaltung 30 das Signal MI&sub0;F, wobei F in der hier verwendeten Schreibweise angibt, daß das Signal phasenverschoben ist.
Der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 32a ist mit der Primärwicklung von einem ersten Transformator 33a gekoppelt; der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 32b ist mit der Primärwicklung von einem zweiten Transformator 33b gekoppelt; und der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 32c ist mit der Primärwicklung von einem dritten Transformator 33c gekoppelt. Die Signale aus den Sekundärwicklungen der Transformatoren 33a, 33b und 33c stehen mit den Eingängen von einer dritten Mitkomponenten-Schaltung 34 in Verbindung. Auf dem Gebiet der Energieübertragungs-Schutzrelaistechnik ist bekannt, daß Phasenströme in einer dreiphasigen Wechselstromschaltung in drei Sätze symmetrischer, im Gleichgewicht befindlicher Spannungs- und Stromvektoren aufgelöst werden können, die als Mitkomponenten, Gegenkomponenten und Nullkomponenten bekannt sind. Es ist weiterhin bekannt, daß gewisse Schaltungsanordnungen, die "Netzwerke symmetrischer Komponenten" genannt werden, mit einem elektrischen Dreiphasensystem verbunden werden können, um ein Ausgangssignal zu liefern, das zu der Größe von einer gewählten der drei Komponenten von Spannung oder Strom proportional ist. Die Gegenkomponenten-Schaltung 26 und die Mitkomponenten-Schaltungen 22, 24 und 34 sind derartige Schaltungen. Symmetrische Komponenten dieser Art sind in der US-PS 4 342 062 beschrieben. Weitere detaillierte Beschreibungen von symmetrischen Komponenten können aus den US-Patentschriften 3 992 651 von Hodges und 4 034 269 von Wilkinson erhalten werden.
Die Ausgangsgröße der ersten Mitkomponenten-Schaltung 22 ist ein Signal ³IA1, das die dreifache Mitkomponente IA1 des Stroms darstellt, der in Phase A der Übertragungsleitung fließt. Die Ausgangsgröße der zweiten Mitkomponenten- Schaltung 24 ist ein Signal IA1, das die Mitkomponente des in der Phase A der Übertragungsleitung fließenden Stroms darstellt. Die Ausgangsgröße der Gegenkomponenten-Schaltung 26 ist ein Signal IA2, das die Gegenkomponente des in der Phase A fließenden Stroms ist, und die Ausgangsgröße der Mitkomponenten-Schaltung 34 ist ein Signal VA1, das die Mitkomponente der Spannung in der Phase A der Übertragungsleitung darstellt.
Das Ausgangssignal 3IA1 aus der ersten Mitkomponenten- Schaltung 22 wird an eine erste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36 angelegt, das eine Verstärkung von etwa 1 für Nicht-Gleichstromsignale und 0 für die Gleichstromkomponente hat. Die Ausgangsgröße der Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36, die die gleiche ist wie das Eingangssignal, außer daß die Gleichstromkomponente beseitigt worden ist, wird an den Eingang eines ersten Pegeldetektors 38 angelegt. Die Ausgangsgröße des ersten Pegeldetektors 38 ist ein Signal I&sub1;SA, das erzeugt wird, wenn die Größe des Eingangssignals einen vorbestimmten Wert überschreitet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der vorbestimmte Wert 0,05 pro Einheit des Nennstroms.
Das Ausgangssignal 3IA1 aus der zweiten Mitkomponenten- Schaltung 24 wird an den Eingang von einer ersten Mitkomponenten-Winkeleinstellschaltung 40 angelegt. Die Ausgangsgröße der Mitkomponenten-Winkeleinstellschaltung 40 ist ein Signal IA1S, das gleich dem Eingangssignal IA1 mit einem vorgewählten Winkel ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der vorgewählte Winkel in dem Bereich von etwa 70 bis 85º. Das S in dem Ausdruck IA1S gibt in der hier verwendeten Schreibweise an, daß die Mitkomponente des Stroms der Phase A auf einen vorbestimmten Winkel eingestellt worden ist. Diese Phasenverschiebung wird verwendet, um den Winkel der Mitkomponenten-Nachbildungsimpedanz einzustellen, um den Winkel der zu schützenden Leitung anzupassen.
Das Ausgangssignal IA2 aus der Gegenkomponenten-Schaltung 26 wird an den Eingang von einer Gegenkomponenten-Winkeleinstellschaltung 42 angelegt. Die Ausgangsgröße der Gegenkomponenten-Winkeleinstellschaltung 42 ist ein Signal IA2S, das gleich dem Eingangssignal IA2 mit einem vorgewählten Winkel ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der vorgewählte Winkel in dem Bereich von etwa 70 bis 85º. Diese Phasenverschiebung wird verwendet, um den Winkel der Gegenkomponenten-Nachbildungsimpedanz für eine Anpassung an den Winkel der zu schützenden Leitung einzustellen.
Es wird nun auf Fig. 4 eingegangen, wo ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Reichweiteneinstell- und Polarisierungsabschnitts der Außer-Tritt-Blockiereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Mitkomponente der Spannung (VA1) der Phase A, das gemäß der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 3 erhalten worden ist, wird an einen nicht-invertierenden Eingang von einem ersten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 50, an den einen Eingang von einem zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 52 und an den Eingang von einer ersten Absolutwertschaltung 54 angelegt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die ersten und zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 50 und 52 jeweils einen Operationsverstärker auf, der ein Ausgangssignal mit einer Größe erzeugt, die gleich der algebraischen Summe der Größen der Signale ist, die an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge angelegt sind. Die Absolutwertschaltung 54 ist vorzugsweise ein Vollwellen-Präzisionsverstärker des Typs, der auf den Seiten 206 und 207 der Veröffentlichung mit dem Titel "IC Op-Amp Cookbook", zweite Auflage, von W.G. Jung, Howard Sams & Co., Inc., gezeigt und beschrieben ist, die durch diese Bezugnahme in die vorliegende detaillierte Beschreibung aufgenommen wird.
Die Ausgangsgröße der ersten Absolutwertschaltung 54, die ein Signal mit einer Größe ist, die im wesentlichen gleich dem Absolutwert der Größe des Eingangssignals ist, ist an den Eingang von einer ersten Verstärkungswählschaltung 56 angelegt. Die Ausgangsgröße der ersten Verstärkungswählschaltung 56 ist ein Signal, dessen Größe eine Funktion von Gewinnen beziehungsweise Verstärkungen ist, die durch "H" oder "L"-Signale wählbar sind, die an einen Verstärkungswähleingang angelegt sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung entweder eins, wählbar durch Anlegen eines "H"-Signals an den Verstärkungswähleingang, oder eine Verstärkung von 0,4, wählbar durch Anlegen eines "L"-Signals. Infolgedessen ist die Größe des Ausgangssignal entweder gleich der Größe des Eingangsignals oder gleich dem 0,4fachen der Größe des Eingangsignals, abhängig von dem Zustand des Signals, das an den Verstärkungswählsteuereingang angelegt ist.
Das Signal IA1S, das gemäß der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 3 erzeugt worden ist, steht mit dem Eingang von einer ersten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 58 und einer zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 60 in Verbindung. Die ersten und zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltungen 58 und 60 sind Operationsverstärkerschaltungen mit einstellbarer Verstärkung. Die Ausgangsgröße der ersten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 58, die eine so eingestellte Größe hat, daß sie die Reichweite der Schutzrelaissysteme darstellt, steht mit dem Eingang von einer zweiten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 62 in Verbindung. Der Ausgang der zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 60 ist mit dem Eingang von einer dritten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 64 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweiten und dritten Wechselstrom-Kopplungsschaltungen 62 und 64 von dem gleichen Typ, wie er zuvor für die erste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36 beschrieben wurde.
Die Ausgangsgröße der zweiten Wechselstrom-Kopplungsschaltung, die die gleiche wie das Eingangssignal ist, außer daß jede Gleichstromkomponente beseitigt worden ist, steht mit dem Eingang von einer zweiten Absolutwertschaltung 66 und dem anderen Eingang des zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 52 in Verbindung. Die Ausgangsgröße der zweiten Absolutwertschaltung 66, die ein Signal mit einer Größe ist, die gleich dem Absolutwert der Größe des Eingangssignals ist, steht mit einer zweiten Verstärkungswählschaltung 68 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die zweite Wählschaltung 68 von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste Verstärkungswählschaltung 56. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die zweite Verstärkungswählschaltung 68 ebenfalls eine wählbare Verstärkung von eins, wenn ein "H"-Signal an den Verstärkungswähleingang angelegt ist, und eine Verstärkung von 0,4, wenn ein "L"-Signal an den Verstärkungswähleingang angelegt ist.
Die Ausgangsgröße der zweiten Verstärkungswählschaltung 68 ist ein Signal, das mit dem Eingang von einem ersten elektronischen Schalter 70 und einem zweiten elektronischen Schalter 72 in Verbindung steht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die elektronischen Schalter 70 und 72 jeweils durch ein Signal gesteuert, das an einen Steuereingang angelegt wird. Das Anlegen eines Steuersignals an den Steuereingang betätigt den Schalter, wodurch das an den Eingang des Schalters angelegte Signal direkt mit seinem Ausgang verbunden wird. In bezug auf den ersten elektronischen Schalter 70 verbindet ein "H"-Signal, das an den Steuereingang angelegt wird, das Signal am Eingang des Schalter mit seinem Ausgang. In bezug auf den zweiten elektronischen Schalter 72 bewirkt ein an den Steuereingang angelegtes "L"-Signal, daß das an dem Schaltereingang erscheinende Signal mit dem Schalterausgang verbunden wird.
Der Ausgang des ersten elektronischen Schalters 70 ist mit dem Eingang von einem ersten Invertierer 74 verbunden. Der erste Invertierer 74 ist vorzugsweise ein Operationsverstärker, der einen invertierenden Eingang aufweist und der ein Ausgangssignal erzeugt, das im wesentlichen gleich dem invertierten Eingangssignal ist. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des ersten Invertierers 74 ein Signal MIZT, das der inverse Wert der Ausgangsgröße der zweiten Verstärkungswählschaltung 68 ist, der selektiv mit dem Eingang des ersten Invertierers 74 über den zweiten elektronischen Schalter 70 verbunden ist. Die Ausgangsgröße des zweiten elektronischen Schalters 72 ist das Signal IZT.
Der Ausgang der zweiten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 64 ist mit dem Eingang von einem zweiten Invertierer 76 verbunden. Der zweite Invertierer 76 ist vorzugsweise der gleiche Typ, wie der zuvor beschriebene erste Invertierer 74, und weist einen invertierenden Eingang auf und erzeugt ein Ausgangssignal, das im wesentlichen gleich dem invertierten Eingangsignal ist. Das Ausgangssignal des zweiten Invertierers 76 steht mit dem Eingang von einer Vorwärts- Offset-Schaltung 78 und dem einen Eingang von einer zwei Eingänge aufweisenden Koinzidenz-Logikschaltung 80 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorwärts-Offset-Schaltung 70 eine eine variable Verstärkung aufweisende Operationsverstärkerschaltung mit einer Verstärkung, die zwischen 0,0 und dem 0,4fachen der Vorwärtsreichweite einstellbar ist. Die Ausgangsgröße der Vorwärts- Offset-Schaltung 78, die proportional zu dem gewünschten Vorwärts-Offset ist, steht mit dem Eingang von einer Klemmschaltung 82 in Verbindung.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Abschneideschaltung 82 eine Nullunterdrückungsschaltung, die denjenigen Teil des Eingangssignals durchläßt, der größer als ein im voraus eingestellter Pegel ist, und einen Differenzverstärker auf, der die Ausgangsgröße der Nullunterdrückungsschaltung von dem Eingangssignal subtrahiert. Infolgedessen läßt die Abschneide-Schaltung 82 nur denjenigen Teil des Eingangssignals durch, der kleiner als der im voraus eingestellte Pegel ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abschneide-Schaltung 82 von dem Typ, der unter der Überschrift "BOUNDS" in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Nonlinear Circuits Handbook", herausgegeben von Daniel H. Sheingold, veröffentlicht 1974 von Analog Devices Inc., Norword, Mass., gezeigt und beschrieben ist, wobei diese Veröffentlichung durch diese Bezugnahme in die vorliegende detaillierte Beschreibung aufgenommen wird. Die Ausgangsgröße der Abschneide-Schaltung 82, die derjenige Teil des Eingangssignal ist, dessen Größe kleiner als der im voraus eingestellte Pegel ist, steht mit einem invertierenden Eingang des ersten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 50 in Verbindung.
Die Ausgangsgröße des ersten zwei Ausgänge aufweisenden Summierverstärkers 50, die zuvor als ein Signal angegeben wurde, dessen Größe die algebraische Summe der Größen der Signale an den invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge ist, steht mit dem Eingang von einem ersten Bandpaßfilter 84 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Bandpaßfilter 84 ein mehrere Rückführungen aufweisendes Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz, die gleich der Nennfrequenz des Leistungssystems gewählt ist, die typisch 50 Hz oder 60 Hz beträgt. Das erste Bandpaßfilter 84 hat vorzugsweise eine Güte Q von etwa 3,8 und eine Verstärkung von -1. Der Ausgang des ersten Bandpaßfilters 84 ist mit dem Eingang von einer dritten Absolutwertschaltung 86 und dem zweiten Eingang der zwei Eingänge aufweisenden Koinzidenz-Logikschaltung 80 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die dritte Absolutwertschaltung 86 von dem gleichen Typ, der zuvor für die erste Absolutwertschaltung 54 beschrieben worden ist.
Die Ausgangsgröße der dritten Absolutwertschaltung 86, die ein Signal ist, dessen Größe der Absolutwert der Größe des Eingangsignals ist, steht mit dem Eingang von einem zweiten Pegeldetektor 88 in Verbindung. Der zweite Pegeldetektor 88 ist von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene erste Pegeldetektor 38. Die Ausgangsgröße des zweiten Pegeldetektor 88, die ein Signal ist, das erzeugt wird, wenn die Eingangsgröße einen vorbestimmten Pegel überschreitet (0,35 pro Einheit in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel), steht mit den Verstärkungssteuereingängen der ersten und zweiten Verstärkungswählschaltungen 56 und 68 in Verbindung. Wenn keine Ausgangsgröße aus dem zweiten Pegeldetektor 88 vorhanden ist, sind die Größen der Ausgangssignale aus den ersten und zweiten Verstärkungswählschaltungen gleich den Größen ihrer entsprechenden Eingangssignale, multipliziert mit der geringen Verstärkung.
Die Ausgangsgröße (IZ-V) des zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 52 wird an den Eingang von einem zweiten Bandpaßfilter 90 und an den nicht-invertierenden Eingang von einem dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 92 angelegt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite Bandpaßfilter 90 ein mehrere Rückführungen aufweisendes Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz, die gleich der Nennfrequenz des Leistungssystems gewählt ist, die typisch 50 Hz oder 60 Hz beträgt. Das zweite Bandpaßfilter 90 hat vorzugsweise eine Güte Q etwa gleich 3,8 und eine Verstärkung von eins. Mit einer Güte Q von 3,8 eilt eine Änderung in dem Eingangssignal von dem Bandpaßfilter 90 der entsprechenden Änderung des Eingangsignals nach, wodurch ein Kurzzeitspeicher des Vor-Änderungssignals gebildet wird. Obwohl eine höhere Güte Q für eine längere Zeitkonstante und einen Speicher für eine längere Zeit sorgen würde, würde sie eine größere Phasenänderung beim Auftreten einer Änderung in der. Frequenz hervorrufen, was die Erzeugung von einem Signal aus dem dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 92 bewirken könnte, mit dem der Ausgang des zweiten Bandpaßfilters 90 verbunden ist. Ein derartiges Signal könnte einen fehlerhaften Betrieb der Außer-Tritt-Blockiereinheit hervorrufen, da es als eine Folge von einer erwarteten Frequenzänderung und nicht als eine Folge von einem Fehler erzeugt sein könnte.
Die Ausgangsgröße des dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 92 ist ein Signal Δ(IZ-V) mit einer Größe, die die algebraische Summe der Größe der Signale ist, die an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge des Verstärkers 92 angelegt sind. Aufgrund des Kurzzeitspeichers des Bandpaßfilters 90, wie er zuvor beschrieben wurde, wird unmittelbar nach dem Auftreten eines Fehlers das Ausgangssignal Δ(IZ-V) aus dem Verstärker 92 zunächst gleich der Nach-Fehlergröße der Größe (IZ-V) minus der Vor-Fehlergröße dieser Größe.
Das Signal Δ(IZ-V) steht mit dem Eingang von einer vierten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 94 in Verbindung. Die vierte wechselstrom-Kopplungsschaltung 94 ist von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste Wechselstrom- Kopplungsschaltung 36. Die Ausgangsgröße der vierten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 94, die die gleiche wie das Eingangssignal ist, außer daß jede Gleichstromkomponente beidseitigt worden ist, steht mit dem Eingang von einer vierten Absolutwertschaltung 96 in Verbindung, die von dem gleichen Typ ist, wie die zuvor beschriebene erste Absolutwertschaltung 54. Die Ausgangsgröße der vierten Absolutwertschaltung 96, die ein Signal ist, dessen Größe der Absolutwert der Größe des Eingangsignals ist, steht mit dem Eingang von einer Nullunterdrückungsschaltung 98 in Verbindung.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Nullunterdrückungsschaltung 98 eine Schaltungsanordnung auf, die denjenigen Teil des Eingangssignals beseitigt, der kleiner als ein im voraus eingestellter Wert ist. Infolgedessen läßt die Nullunterdrückungsschaltung 98 nur denjenigen Teil des Eingangsignals durch, der größer als der im voraus eingestellte Wert ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nullunterdrückungsschaltung 98 von dem Typ, der unter der Überschrift "DEAD ZONE" auf den Seiten 25-26 des zuvor genannten "Nonlinear Circuits Handbook" gezeigt und beschrieben ist, das bereits zuvor in die vorliegende detaillierte Beschreibung aufgenommen wurde, wobei die Ausgangsgröße der Nullunterdrückungsschaltung 98 ein Signal Δ(IZ-V) mit einer Größe ist, die im wesentlichen gleich demjenigen Teil der Größe des Eingangsignals ist, der einen vorbestimmten Wert überschreitet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt dieser vorbestimmte Wert 0,25 pro Einheit der Nennspannung.
Das Signal IA2S, das in der Weise erzeugt wurde, wie es in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben ist, steht mit dem Eingang von einer Gegenkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 102 und dem Eingang von einer ersten Fest-Reichweiten- Schaltung 104 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Gegenkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 102 eine Operationsverstärkerschaltung mit einstellbarer Verstärkung. Die erste Fest-Reichweitenschaltung 104 hat vorzugsweise eine feste Verstärkung äquivalent zu einer Reichweite von 6 Ohm auf einem 5A Nennstrom-Relais. Die Ausgangsgröße der Gegenkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 102, die eine Größe hat, die durch die gewünschte Reichweite des Schutzrelais bestimmt ist, steht mit dem Eingang von einer fünften Wechselstrom-Kopplungsschaltung 106 in Verbindung. Die fünfte Wechselstrom-Kopplungsschaltung 106 ist von dem gleichen Typ, wie er zuvor für die erste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36 beschrieben wurde.
Die Ausgangsgröße der fünften Wechselstrom-Kopplungsschaltung 106, die die gleiche wie die Eingangsgröße ist, außer daß jede Gleichstromkomponente entfernt worden ist, steht mit einem Eingang von einem vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 108 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der vierte zwei Eingänge aufweisende Summierverstärker 108 ein Operationsverstärker, der ein Ausgangssignal mit einer Größe erzeugt, die gleich der algebraischen Summe der Größen der Eingangssignale ist. Die Ausgangsgröße der ersten Festreichweitenschaltung 104, die proportional zu einer festen Reichweite von 6 Ohm auf einem 5A Nennstrom-Relais ist, steht mit dem zweiten Eingang des vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 108 in Verbindung. Der Ausgang des vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 108 ist mit dem Eingang von einer sechsten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 110 verbunden. Die sechste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 110 ist von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36.
Die Ausgangsgröße der sechsten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 110, die das Signal I&sub2;Z ist, das die Überreichweitenzone darstellt, wobei irgendeine Gleichstromkomponente beseitigt ist, steht mit dem Eingang von einem vierten elektronischen Schalter 112 und einem nicht-invertierenden Eingang von einem fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 114 in Verbindung. Der dritte elektronische Schalter 112 ist von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene zweite elektronische Schalter 72 in dem Sinne, daß ein an den Steuereingang angelegtes "L"-Signal bewirkt, daß das an dem Schaltereingang auftretende Signal mit dem Schalterausgang verbunden wird. Der Ausgang des dritten elektronischen Schalters 112 ist mit dem Eingang von einem dritten Bandpaßfilter 116 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das dritte Bandpaßfilter 116 von dem gleichen Typ, wie das zuvor beschriebene zweite Bandpaßfilter 90, und es hat eine Güte Q im wesentlichen gleich 3,8, eine Verstärkung von eins und eine Mittenfrequenz, die gleich der Netzfrequenz des Leistungssystems ist, d. h. 50 Hz oder 60 Hz.
Der Ausgang des dritten Bandpaßfilters 116 ist mit dem invertierenden Eingang des fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal ΔI&sub2; von dem fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 114 ein Signal, dessen Größe gleich der algebraischen Summe der Größen der Signale ist, die den invertierenden und nicht-invertierenden Eingängen zugeführt sind. Aufgrund des Kurzzeitspeichers des dritten Bandpaßfilters 116 ist das Ausgangssignal Δ I&sub2; aus dem Verstärker 114, unmittelbar nach dem Auftreten eines Fehlers, zunächst gleich der Nachfehler-Gegenkomponente des Stroms minus der Vorfehler-Gegenkomponente des Stroms; oder derjenige Teil der Gegenkomponente des Stroms, der dem Fehler zuzuordnen ist, wenn der Schalter 112 angesteuert ist. Wenn der Schalter 112 nicht angesteuert ist, ist er gleich der Gegenkomponente des Stroms. Das Signal ΔI&sub2; steht mit dem Eingang von einer fünften Absolutwertschaltung 118 in Verbindung, die von dem gleichen Typ ist wie die zuvor beschriebene erste Absolutwertschaltung 54. Die Ausgangsgröße der fünften Absolutwertschaltung 118 ist ein Signal ΔI&sub2;, dessen Größe der Absolutwert der Größe des Eingangsignals ist.
Das Signal MI&sub0;F, das wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben erzeugt wird, steht mit dem Eingang von einer Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 120 und dem Eingang von einer zweiten Fest-Reichweitenschaltung 122 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 120 ein Operationsverstärker mit einstellbarer Verstärkung. Die Ausgangsgröße der Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 120, die eine Größe hat, die durch die gewünschte Reichweite des Schutzrelais bestimmt ist, steht mit dem einen Eingang von einem sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 124 in Verbindung. Die zweite Fest-Reichweitenschaltung 122 ist von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste Fest-Reichweitenschaltung 104. Die Ausgangsgröße der zweiten Fest-Reichweitenschaltung 122, die ebenfalls proportional zu einer Reichweite von 6 Ohm auf einem 5A Nennstrom- Relais ist, steht mit dem zweiten Eingang des sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 124 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der sechste zwei Eingänge aufweisende Summierverstärker 124 ein Operationsverstärker, der ein Ausgangssignal mit einer Größe erzeugt, die gleich der algebraischen Summe der Größen der den Eingängen zugeführten Signale ist.
Der Ausgang des sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 124 ist mit dem Eingang von einer sechsten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 126 verbunden. Die sechste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 126 ist von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste Wechselstrom-Kopplungsschaltung 36. Die Ausgangsgröße der sechsten Wechselstrom-Kopplungsschaltung 126, die das Signal I&sub0;Z ist, das die Überreichweitenzone ohne jede Gleichstromkomponente darstellt, ist mit dem Eingang von einem vierten elektronischen Schalter 128 und dem nicht-invertierenden Eingang von einem siebenten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 130 verbunden. Der vierte elektronische Schalter 128 ist von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene zweite elektronische Schalter 72 dahingehend, daß ein an den Steuersignaleingang angelegtes "L"-Signal bewirkt, daß das an dem Schaltereingang auftretende Signal mit dem Schalterausgang verbunden wird.
Der Ausgang des vierten elektronischen Schalters 128 ist mit dem Eingang von einem vierten Bandpaßfilter 132 verbunden. Das vierte Bandpaßfilter 132 ist von dem gleichen Typ wie das zuvor beschriebene dritte Bandpaßfilter 116 und weist eine Güte Q vorzugsweise gleich 3,8, eine Verstärkung von eins und eine Mittenfrequenz auf, die gleich der Nennfrequenz des Leistungssystems, d. h. 50 Hz oder 60 Hz, ist. Die Ausgangsgröße des siebenten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 132 ist ein Signal mit einer Größe, die die algebraische Summe der Größen der Signale ist, die an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge des Verstärkers 130 angelegt sind. Aufgrund des Kurzzeitspeichers des Bandpaßfilters 132 ist das Ausgangssignal aus dem Verstärker 130, unmittelbar nach dem Auftreten eines Fehlers, zunächst gleich der Nachfehler-Nullkomponente des Stroms minus der Vorfehler-Nullkomponente des Stroms; oder die Nullkomponente des Stroms, die dem Fehler zuzurechnen ist, wenn der Schalter 128 angesteuert ist. Wenn der Schalter 128 nicht angesteuert ist, ist sie gleich der Nullkomponente des Stroms. Das Signal ΔI&sub0; steht mit dem Eingang von einer sechsten Absolutwertschaltung 134 in Verbindung, die von dem gleichen Typ ist wie die zuvor beschriebene erste Absolutwertschaltung 54.
Die Ausgangsgröße ΔI&sub0; der sechsten Absolutwertschaltung 134, die von dem gleichen Typ ist wie die zuvor beschriebene Absolutwertschaltung 54, ist der Absolutwert des Eingangsignals. Ein NOR Signal, das während der Periode, in der ein Pol auf der Übertragungsleitung geöffnet ist, in einem L-Zustand ist, steht mit den Steuereingängen von den dritten und vierten elektronischen Schaltern 112 beziehungsweise 128 in Verbindung.
In Fig. 5 ist ein Blockdiagramm von einer Außer-Tritt-Blockierschaltung gezeigt, die insgesamt mit 200 bezeichnet ist. Das Signal MIZT, das in der in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Weise erzeugt ist, ist einem nicht-invertierenden Eingang von einem fünf Eingänge aufweisenden Summierverstärker 202 zugeführt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der fünf Eingänge aufweisende Summierverstärker 202 ein Operationsverstärker, der ein Ausgangssignal mit einer Größe erzeugt, das gleich der algebraischen Summe der Größen der seinen fünf Eingängen zugeführten Signale ist. Die Signale IZT, ΔI&sub0;, Δ(IZ-V) und ΔI&sub2;, die in der in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Weise erzeugt sind, stehen jeweils mit einem invertierenden Eingang des fünf Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 202 in Verbindung.
Der Ausgang des fünf Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 202 ist mit dem Eingang von einer Reichweiteneinstellschaltung 204 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Reichweiteneinstellschaltung 204 ein Operatioonsverstärker mit einstellbarer Verstärkung. Die Ausgangsgröße der Reichweiteneinstellschaltung 204, die eine so gewählte Verstärkung hat, daß die gewünschte Reichweite für den Außer-Tritt-Schutz geliefert wird, steht mit einem nicht-invertierenden Eingang von einem vier Eingänge aufweisenden Summierverstärker 206 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der vier Eingänge aufweisende Summierverstärker 206 ein Operationsverstärker, der ein Ausgangssignal mit einer Größe erzeugt, die gleich der algebraischen Summe der Größen der Signale ist, die den invertierenden und nicht-invertierenden Eingängen zugeführt sind.
Ein erstes Vorspannsignal wird an einen nicht-invertierenden Eingang des vier Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 206 angelegt. Das Signal V&sub1;, das in der in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Weise erzeugt wird, steht mit einem invertierenden Eingang des vier Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 206 in Verbindung. Eine zweite Vorspannung wird an einen invertierenden Eingang des vier Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 206 über einen fünften elektronischen Schalter 208 angelegt. Der fünfte elektronische Schalter 208 ist von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene zweite elektronische Schalter 72 dahingehend, daß ein an den Steuersignaleingang angelegtes "L"-Signal bewirkt, daß das an dem Schaltereingang auftretende Signal mit dem Schalterausgang verbunden wird.
Das Signal I&sub1;SA, das in der in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Weise erzeugt ist, steht mit dem Steuereingang des fünften elektronischen Schalters 208 in Verbindung. Der Ausgang des vier Eingänge aufweisenden Operationsverstärkers 206 ist mit dem Eingang von einer "Integrator"-Schaltung 210 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die "Integrator"-Schaltung 210 einen Operationsverstärker mit einer Rückführungsschaltung auf, die zwischen seinen Ausgang und seinen Eingang geschaltet ist. Die Rückführungsschaltung weist einen Widerstand und einen parallel geschalteten Kondensator auf. Der Eingang zu der "Integrator"-Schaltung 210 ist der Eingang zu dem Operationsverstärker; und der Ausgang der "Integrator"-Schaltung 210 ist der Ausgang des Operationsverstärkers. Der Ausgang der Integratorschaltung 210 ist mit dem Eingang von einem zweiten Pegeldetektor 212 und dem Eingang von einem Halbwellen-Gleichrichter 214 verbunden. Der zweite Pegeldetektor 212 ist von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene erste Pegeldetektor 88 und erzeugt ein Ausgangssignal POSB, wenn die Größe des Eingangsignals einen vorbestimmten Wert überschreitet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt dieser vorbestimmte Wert etwa 30mV, um einen Schwellenwert zur Überwindung von Störsignalen zu liefern. Die Ausgangsgröße POSBR des Halbwellen-Gleichrichters ist das Halbwellen-gleichgerichtete Eingangssignal, das eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Integrators 210 in der Auslöserichtung ist.
Die Außer-Tritt-Blockiereinheit arbeitet wie folgt. Es sei eine normale Situation angenommen, bei der keine Fehler oder Impedanzschwingungen vorhanden sind, dann sind die Signale IA2S, MI&sub0;F, ΔI&sub2; und ΔI&sub0; im wesentlichen gleich Null, weil unter normalen Lastbedingungen das Übertragungssystem nur Mitkomponentengrößen erzeugt. Das Signal Δ(IZ-V) ist im wesentlichen gleich Null, weil keine Änderung in dem Mitkomponentenstrom oder der Spannung während stationärer Lastzustände vorhanden ist. Das Signal I&sub1;SA ist eine logische Eins, wenn der Laststrom größer als die Empfindlichkeit des Pegeldetektors ist. Das Signal NOR ist eine logische Eins. Die Signale V&sub1; und IA1S sind etwa 90 phasenverschoben, wodurch der Schalter 70 aus und der Schalter 72 ein für 90º ist. Somit ist das Signal MIZT im wesentlichen gleich dem Signal IZB, und beide sind proportional zu dem Produkt des Laststroms und der Relais-Reichweite. Während normaler Lastzustände ist die Ausgangsgröße des Integrators 210 in der Haltepolarität und es gibt keine Ausgangsgröße bei POSB oder POSBR.
Wenn nun ein Fehler innerhalb der zu schützenden Zone angenommen wird, nehmen die Signale IA2S, MI&sub0;F, ΔI&sub2;, ΔI&sub0; und Δ(IZ-V) Werte an, die im wesentlichen durch den Fehlertyp und die Fehlerlage bestimmt sind. Die Signale I&sub1;SA und NOR sind beide eine logische Eins. Die Signale V&sub1; und IA1S sind etwa in Phase und somit ist der Schalter 70 eingeschaltet und der Schalter 72 ausgeschaltet. Deshalb ist das Haltesignal IZT nahe Null, während das Betriebssignal MIZT proportional zu dem Produkt des Fehlerstroms und der Reichweite ist. Die Wirkungen der Haltesignal ΔI&sub2;, ΔI&sub0; und Δ(IZ-V) bestehen darin, den Betrieb der POSB Einheit zu verlangsamen oder zu blockieren und somit eine Koordination zwischen dem Betrieb der POSB und der Auslöseelemente der Schutzeinrichtung sicherzustellen.
Es sei nun angenommen, daß eine Impedanzschwingung vorhanden ist, die nicht als ein Fehler betrachtet wird, dann ändern sich die Systemströme und -spannungen langsamer als während eines Fehlerzustandes und sind Mitkomponentengrößen, so daß die Signal IA2S, MI&sub0;F, ΔI&sub2;, ΔI&sub0; und Δ(IZ-V) im wesentlichen gleich Null. In diesem Zustand wird die Nettoeingangsgröße in den Summierverstärker 206 aufgrund von MIZT und V&sub1; in der Betriebsrichtung sein, wenn die schwingende Impedanz in die Außer-Tritt-Blockiercharakteristik eintritt. Das nicht-geschaltete Vorspannsignal addiert sich zu dem Netto-Betriebssignal und stellt sicher, daß die Außer-Betrieb-Einheit ein größeres Betriebssignal hat als die zugeordneten Auslöseeinheiten. Wenn die Ausgangsgröße des Integrators 210 die Auslösepolarität hat, wird an POSBR ein Signal erzeugt, das in einigen der zugeordneten Auslöseeinheiten als ein Haltesignal verwendet wird. Somit erzeugt die Außer-Tritt-Blockiereinheit immer ein Ausgangssignal, bevor die Auslöseeinheiten auf einen Schwingungszustand.
Die Außer-Tritt-Blockiereinheit hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber den bekannten Außer-Tritt-Blockiereinheiten. Zu diesen Vorteilen gehört die Koordination der Außer- Tritt-Blockiereinheit und der Auslöseeinheiten bei internen Fehlern, die durch die Zuführung von Haltesignalen zu der Außer-Tritt-Blockiereinheit herbeigeführt werden. Wie bereits beschrieben wurde, sind diese zugeführten Signale ΔI&sub2;, ΔI&sub0; und Δ(IZ-V), die den Betrieb der Außer-Tritt-Blockiereinheit bei internen Fehlern verhindern oder wesentlich verzögern. Dies gestattet eine wesentlich vereinfachte Anwendung der Außer-Tritt-Blockiereinheit im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist das Signal Δ(IZ-V) gleich der Differenz in der Größe (IZ-V) zwischen den Fehler- und Vorfehlerwerten. Die Verwendung dieser zusätzlichen Haltesignale, um den Betrieb der Außer-Tritt-Blockiereinheit bei internen Fehlern zu verhindern oder wesentlich zu verzögern, vereinfacht die Anwendung, denn der Timer in der Außer-Tritt-Blockierlogik, der traditionell die einzige Einstellung ist, die zwischen einem Schwingen und einem Fehler unterscheidet, kann nun ohne eine rigorose Ermittlung der Impedanz-Zeit-Charakteristik des Schwingungsortes gesetzt werden, während sichergestellt ist, daß die schnellste Schwingung detektiert wird. Infolgedessen erhöht die Außer- Tritt-Blockiereinheit nicht nur die Betriebssicherheit des Schutzrelaissystems, sondern vereinfacht auch seine Anwendung in der Benutzungsumgebung.

Claims

1. Außer-Tritt-Blockiereinheit (200) von einem Schutzrelais zum Erfassen von Leistungsschwingungen in einem dreiphasigen elektrischen Wechselstrom-Energieverteilungssystem (10), wobei die Einheit enthält:

(a) eine Einrichtung (30-42) zum Empfangen von Signalen von einer dreiphasigen Energieübertragungsleitung, wobei diese Signale mit den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen;

(b) eine Einrichtung (50, 58, 62, 66-68) zum Verwenden der Signale, die zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen, um wenigstens ein Betriebssignal mit einer ersten Polarität zu erzeugen;

(c) eine Einrichtung (52, 90-98) zum Verwenden der Signale, die zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen, um wenigstens ein Haltesignal mit einer zweiten Polarität entgegengesetzt zur ersten Polarität zu erzeugen, wobei das wenigstens eine Haltesignal ein erstes Haltesignal Δ(IZ-V) aufweist, das zu der Differenz zwischen Fehler- und Vorfehlerwerten der (IZ-V)-Größe in Beziehung steht, wobei das Signal IZ zu dem in dem Energieverteilungssystem fließenden Strom I multipliziert mit einer Nachbildungsimpedanz Z der geschützten Zone und dem Signal V in Beziehung steht, das zu einer Phasenspannung des elektrischen Energieverteilungssystems in Beziehung steht; und

(d) wenigstens eine Summierschaltung (202), die zum Empfangen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals geschaltet ist, um ein Nettobetriebssignal mit einer Polarität und einer Größe zu erzeugen, das zu der Vektorsumme der Größen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals in Beziehung steht.

2. Außer-Tritt-Blockiereinheit gemäß Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Haltesignal zusätzlich ein zweites Haltesignal 12 aufweist, das zu der Gegenkomponente des in dem Energieverteilungssystem fließenden Stroms in Beziehung steht.

3. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 2, wobei das zweite Haltesignal ein Signal ΔI&sub2; ist, das zu der Differenz zwischen den Fehler- und Vorfehlerwerten der I&sub2;-Größe in Beziehung steht.

4. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Haltesignal zusätzlich ein drittes Haltesignal I&sub0; aufweist, das zu der Nullkomponente des in dem Energieverteilungssystem fließenden Stroms in Beziehung steht.

5. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 4, wobei das dritte Haltesignal ein Signal ΔI&sub0; ist, das zu der Differenz zwischen den Fehler- und Vorfehlerwerten der I&sub0;-Größe in Beziehung steht.

6. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Betriebssignals und die Einrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Haltesignals aufweist:

(a) eine Einrichtung (54, 56) zum Erzeugen eines Signals V&sub1;, das zu einer Mitkomponente einer Phasenspannung in Beziehung steht;

(b) eine Einrichtung (58, 62) zum Erzeugen eines Signals I&sub1;Z, das ein Signal I&sub1; bezogen auf eine Mitkomponente von einem Phasenstrom multipliziert mit einer Größe Z bezogen auf einen vorbestimmten Teil einer Nachbildungsimpedanz Z&sub1; von einer ersten geschützten Zone der Energieübertragungsleitung aufweist;

(c) eine Einrichtung (50) zum Erzeugen eines Polarisierungssignals Vpol, das mit der Differenz zwischen dem Signal V&sub1; und dem Signal I&sub1;Z in Beziehung steht;

(d) eine Einrichtung (60, 64) zum Erzeugen eines Signals I&sub1;Z&sub1;, das ein Signal I&sub1; multipliziert mit der Nachbildungsimpedanz Z&sub1; aufweist, und

(e) eine Einrichtung (80) zum Vergleichen einer Koinzidenz von Vpol und I&sub1;Z&sub1; und zum Erzeugen eines ersten Betriebssignals MIZT der ersten Polarität, wobei das erste Betriebssignal während einer Koinzidenz von Vpol und I&sub1;Z&sub1; zu dem Signal I multipliziert mit einer Größe in Beziehung steht, die auf eine Nachbildungsimpedanz ZT von einer Überreichweite-geschützten Zone der Energieübertragungsleitung bezogen ist, und zum Erzeugen eines vierten Haltesignals IZT der zweiten Polarität, das zu dem Signal I multipliziert mit der Überreichweiten-Nachbildungsimpedanz ZT in Beziehung steht, wenn Vpol und I&sub1;Z&sub1; nicht koinzident sind.

7. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 6, wobei zusätzlich ein fünftes Haltesignal V&sub1; vorgesehen ist, das zu der Mitkomponente der Phasenspannung in Beziehung steht.

8. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 7, wobei zusätzlich eine Einrichtung (22, 36, 38) zum Erzeugen eines sechsten Haltesignals vorgesehen ist, wenn die Größe eines Signals I&sub1;SA, das zu einer Mitkomponente des in dem Energieverteilungssystem fließenden Stroms in Beziehung steht, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

9. Außer-Tritt-Blockiereinheit nach Anspruch 1, wobei zusätzlich eine Energievergleichseinrichtung vorgesehen ist, die das Nettobetriebssignal empfängt und enthält:

(a) eine Integratorschaltung (210), die einen Operationsverstärker mit einem Eingang, an den das Nettobetriebssignal anlegbar ist, einen Ausgang und eine Rückführungsschaltung aufweist, die zwischen den Eingang und den Ausgang geschaltet ist, wobei die Rückführungsschaltung eine Widerstandseinrichtung und eine Kapazitätseinrichtung aufweist, die elektrisch parallel geschaltet sind, und

(b) eine Pegeldetektoreinrichtung (212) zum Erzeugen eines Außer-Tritt-Blockiersignals, wenn die Größe eines Ausgangssignals von dem Ausgang des Operationsverstärkers einen vorbestimmten Pegel überschreitet.