DE3887958T2

DE3887958T2 - Schutzrelais.

Info

Publication number: DE3887958T2
Application number: DE3887958T
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: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: EP0316204B1; EP0316204A3; JPH01202116A; EP0316204A2; BR8805941A; US4821137A; DE3887958D1; ES2049257T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzrelaisschaltungen zur Verwendung in Wechselspannungs-Energieverteilungssystemen und insbesondere auf Distanzrelais zum Schutz von Übertragungsleitungen.
Distanzrelais sind in der Schutzrelaistechnik allgemein bekannt. Beispielweise kann auf "The Art and Science of Protective Relaying", Mason, veröffentlicht von John Wiley & Son, Inc. (1956), insbesondere Kapitel 14, verwiesen werden. Bekannte Schutzrelais umfassen diejenigen, die ein Phasenkomparator-Meßverfahren verwenden. Beispiele von Schaltungsanordnungen für Phasenkomparator-Distanzrelais sind in dem US-Patent 4 034 269, erteilt für S.B. Wilkinson, dem Erfinder der vorliegenden Erfindung, am 5. Juli 1977, und US-Patent 4 420 788, erteilt für S. B. Wilkinson und G. E. Alexander am 13. Dezember 1983, beschrieben.
Mitkomponenten-Distanzrelais werden in Schutzsystemen für Wechselspannungs-Energieübertragungsleitungen verwendet, um dreiphasige Fehler innerhalb einer zu schützenden Zone oder einem Abschnitt der Übertragungsleitung zu detektieren. Wenn ein derartiger Fehler in einer Zone oder Reichweite des Relais festgestellt wird, bewirkt das Mitkomponenten- Distanzrelais, daß die Betätigung eines dreipoligen Schalters alle drei Phasen der Übertragungsleitung ausschaltet. Dies steht im Gegensatz zu einem Erdrelais, das Fehler zwischen einer Phase und Erde feststellt, wiederum innerhalb einer zugeordneten Zone oder Reichweite, und das bei Ermittlung eines derartigen Fehlers ein Signal erzeugt, das einen Schalter betätigen kann, um nur die fehlerbehaftete Phase auszuschalten.
Wie oben angegeben wurde, sollte jedes bestimmte Mitkomponenten-Distanzrelais nur Fehler innerhalb einer geschützten Zone oder Reichweite feststellen. Die Parameter von einem Distanzrelais sind üblicherweise so gewählt, daß sie den Parametern der Übertragungsleitung entsprechen. Beispielsweise sind die Parameter so gewählt, daß sie eine Vorwärtsreichweite ausbilden, die der Vorwärtsdistanz der Zone der Übertragungsleitung entsprechen, die durch das jeweilige Relais geschützt ist. Es ist erwünscht, daß das Distanzrelais innerhalb seiner gewählten Vorwärtsreichweite arbeitet, um dadurch den Schutz von einem bestimmten Distanzrelais auf eine gewählte Zone innerhalb eines geschützten Systems zu begrenzen.
Der gewünschte Betrieb des Distanzrelais kann durch die Unfähigkeit gestört sein, zwischen internen und externen Fehlern zu unterscheiden. Interne Fehler sind diejenigen, die innerhalb der geschützten Zone oder Reichweite des Relais auftreten, wogegen externe Fehler diejenigen sind, die außerhalb der Zone oder Relaisreichweite auftreten. Beispielsweise bewirken transiente Vorgänge, die durch kapazitive Spannungstransformatoren oder Reihenkondensatoren in Reihe mit kompensierten Leitungen erzeugt werden, häufig externe Fehler, die als interne Fehler für ein Distanzrelais erscheinen.
In der Vergangenheit haben viele Distanzrelais Phasenwinkel-Komparatorschaltungen verwendet; ein Beispiel eines derartigen Distanzrelais ist in US-A-4 433 353 beschrieben.
In einigen Fällen haben diese Relais Amplitudenkomparatoren und auch Phasenwinkelkomparatoren verwendet. In Phasenwinkelkomparatoren wird die Charakteristik typisch dadurch entwickelt, daß der Winkel zwischen einem Betriebssignal, beispielsweise VOP - IZ-V, und einem Polarisierungssignal VPOL gemessen wird. Diese Messung kann durch Verwendung einer Koinzidenz-Logikschaltung und einem Charakteristik- Zeitgeber (Timer) erfolgen; siehe beispielsweise die eingangs genannte US-PS 4 034 269. Für den einfachsten Phasenwinkelkomparator ist die Betriebs zeit eine Funktion des Phasenwinkels zwischen VOP und VPOL und dem Fehlerinzidenzwinkel, anstatt der Schwere des Fehlers (d. h. der Größe des Betriebssignals). Infolgedessen würden ein Fehler unmittelbar vor dem Relais und ein Fehler an einer entfernten Stelle (beispielsweise 90% der Relaisreichweite) die gleichen stationären Timereingangsblockierungen von etwa einer halben Periode erzeugen, obwohl das Betriebssignal für den nahegelegenen Fehler viel größer als der für den entfernten Fehler ist.
Im Falle eines Fehlers unmittelbar jenseits der Reichweite des Relais sind die Betriebs- und Polarisierungssignale 180% phasenverschoben und erzeugen deshalb keine Eingangsgröße für den Charakteristik-Zeitgeber. Zusätzlich ist die Größe des Betriebssignals sehr klein; deshalb können irgendwelche Fehler in dem Betriebssignal, wie beispielsweise solche, die durch kapazitiv gekoppelte Spannungstransformatorfehler hervorgerufen werden, eine Umkehr des Betriebssignals bewirken und somit einen unerwünschten Betrieb der Meßeinheit erzeugen. Um einen derartigen Überreichweitenzustand in einem Zone-1-Relais zu verhindern, muß das Betriebssignal ausreichend gefiltert werden, damit fehlerhafte Signale beseitigt werden, oder die Reichweite muß verkürzt werden.
Amplitudenkomparatoren sind typisch in Gegenkomponenten-Distanzeinheiten und gehemmten Überstromeinheiten verwendet worden. Bei diesem Aufbau wird die minimale Betriebszeit auch durch die Einstellung des Charakteristik-Zeitgebers ermittelt, wie es bei dem Phasenwinkel-Komparatoraufbau der Fall ist. Obwohl jedoch diese Funktion auf einen Vergleich der Signalamplitude einwirkt, steht die Geschwindigkeit der Betätigung nicht in direkter Beziehung zu der Schwere des Fehlers. Diesbezüglich ist die Amplitudenkomparatorschaltung ähnlich dem Aufbau eines Phasenwinkelkomparators.
Als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung soll ein Distanzrelais geschaffen werden zum Erfassen dreiphasiger Fehler in einer geschützten Zone von einer Wechselspannung-Energieübertragungsleitung, wobei das Relais eine Betriebszeit hat, die auf der Schwere des Fehlers basiert.
Weiterhin soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Distanzrelais geschaffen werden, das für einen nahegelegenen Fehler schneller arbeitet im Vergleich zu einem Fehler an einem entfernten Ende in einer geschützten Zone von einer Wechselspannungs-Energieübertragungsleitung.
Weiterhin soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Distanzrelais mit einer verbesserten Unterscheidung zwischen internen und externen Fehlern geschaffen werden, um dadurch die Zuverlässigkeit des Relaisbetriebs und die Sicherheit des Schutzsystems zu erhöhen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung soll ein Distanzrelais mit einer verbesserten Unterscheidung zwischen internen und externen Fehlern bei durch Reihenkondensatoren-kompensierten Wechselspannungs-Energieübertragungsleitungen geschaffen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll weiterhin ein Distanzrelais mit einer verbesserten Unterscheidung zwischen internen dreiphasigen Fehlern und nahegelegenen internen Einleiter-Erdfehlern für eine verbesserte Phasenselektion in einpolig auslösenden Einrichtungen geschaffen werden.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Mitkomponenten-Distanzrelais, dessen Hauptzweck darin besteht, dreiphasige Fehler innerhalb einer vorbestimmten geschützten Zone von einer dreiphasigen Wechselspannungs-Energieübertragungsleitung zu erfassen. Das Mitkomponenten-Distanzrelais enthält einen Energiekomparator, der eine Integratorschaltung und eine Pegeldetektorschaltung aufweist. Die Ausgangsgröße der Integratorschaltung ändert sich als eine Funktion der Größe der Differenz zwischen Betriebs- und Haltesignalen, was für eine Betätigungszeit sorgt, die auf der Schwere des Fehlers basiert. Der Ausgang der Integratorschaltung steht mit dem Eingang der Pegeldetektorschaltung in Verbindung, die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Größe des Eingangssignals einen vorbestimmten Auslösewert überschreitet. Ein nahegelegener Fehler, im Vergleich zu einem Fehler am entfernten Ende, erzeugt ein größeres Signal, um die Ausgangsgröße der Integratorschaltung schneller auf den Auslösewert zu bringen.
Das Mitkomponenten-Distanzrelais gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise ein Betriebssignal, das durch die positive Koinzidenz von einem Polarisierungssignal (VPOL) und der Mitkomponente des Phasenstroms (I&sub1;) multipliziert mit der Nachbildungsimpedanz der Schutzzone der Übertragungsleitung (ZR) bestimmt ist. Die negative Koinzidenz von VPOL und I&sub1;ZR wird verwendet, um die eine Hemmung zu bestimmen, und die Mitkomponente der Spannung (V&sub1;) wird als eine zweite Hemmung verwendet.
Die Erfindung wird sowohl bezüglich ihres Aufbaus als auch ihrer Funktionsweise besser verständlich anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein Einlinien-Blockdiagramm von einem Strom- und Spannungsverarbeitungsabschnitt von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm von einem Reichweiteneinstellungs- und Polarisierungsabschnitt von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm von Mitkomponenteneinheiten gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 4 ein R-X Diagramm ist, das eine mho/lens Charakteristik von einem Mitkomponenten-Distanzrelais gemäß der Erfindung zeigt.
In Fig. 1 ist eine dreiphasige Wechselspannungs- Energieübertragungsleitung gezeigt, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist und eine A Phase (A) eine B Phase (B) und eine C Phase (C) und Erde (G) aufweist. Jeder der drei Phasen ist eine Einrichtung 12 zum Abtasten des Stroms in der entsprechenden Phase und auch eine Einrichtung 20 zum Abtasten der Spannung an dieser Phase zugeordnet. Wie es in der Schutzrelais- und Energieübertragungstechnik allgemein bekannt ist, kann die Stromabtasteinrichtung 12 ein Stromtransformator und die Spannungsabtasteinrichtung 20 kann ein Abwärts-Spannungstransformator sein. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Stromabtasteinrichtung jeder Phase zugeordnet; die Einrichtung 12a ist der Phase A zugeordnet, die Einrichtung 12b ist der Phase B zugeordnet und die Einrichtung 12c ist der Phase C zugeordnet. In entsprechender Weise ist eine getrennte Spannungsabtasteinrichtung 20a der Phase A zugeordnet, eine Einrichtung 20b ist der Phase B zugeordnet und eine Einrichtung 20c ist der Phase C zugeordnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in Fig. 1 zwar eine bestimmte Type von einer Strom- und Spannungsabtasteinrichtung gezeigt ist, daß aber die gezeigten Einrichtungen durch andere bekannte Einrichtungen ersetzt werden können; der Zweck besteht darin, Signale zu erhalten, die zu jeder Phasenspannung und jedem Phasenstrom in Beziehung stehen.
Der Ausgang von der Stromabtasteinrichtung 12a steht mit einem ersten Transaktor 13a in Verbindung; der Ausgang von der Stromabtasteinrichtung 12b ist mit einem zweiten Transaktor 13b verbunden; und der Ausgang von der Stromabtasteinrichtung 12 steht mit einem dritten Transaktor 13c in Verbindung. Bekanntlich steht die sekundäre Ausgangsspannung aus einem Transaktor zu dem Eingangsstrom durch eine komplexe Proportionalitätskonstante oder einen Vektoroparator in Beziehung, der als die Übertragungsimpedanz des Transaktors bekannt ist. Für die in Fig. 1 gezeigten Transaktoren 13a, 13b und 13c ist die Übertragungsimpedanz jeweils so gewählt, daß sie ein festes Übertragungsverhältnis und einen festen Winkel, beispielsweise 85º, ist. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des Transaktors 13a ein Signal IAT, das beispielsweise eine feste 85º Phasenverschiebung in bezug auf die Eingangsgröße IA hat. Die Ausgangssignale IBT und ICT aus den Transaktoren 13b bzw. 13c stehen in ähnlicher Weise zu ihren entsprechenden Eingangsgrößen IB und IC in Beziehung. Weitere detaillierte Beschreibungen von Transaktoren können der US-PS 3 374 399 entnommen werden, das für Dewey erteilt wurde.
Die Ausgänge der Transaktoren 13a, 13b und 13c sind mit den Eingängen von einer ersten Mitkomponentenschaltung 14 und einem ersten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 16 verbunden. Der Summierverstärker 16 hat eine Ausgangsgröße, die gleich der Summe der Eingänge multipliziert mit einer vorbestimmten Verstärkung ist, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel -1/3 ist. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des Summierverstärkers 16 gleich MI&sub0;, wobei I&sub0; die Nullkomponente des Phasenstroms in der Übertragungsleitung ist, und M gibt in der in dieser detaillierten Beschreibung verwendeten Konvention an, daß das Signal invertiert ist. Der Ausgang des ersten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 16 ist mit dem Eingang von einer Phasenschieberschaltung 18 verbunden. Die Ausgangsgröße der Phasenschieberschaltung 18 ist das Eingangssignal, das in der Phase um einen vorbestimmten Betrag verschoben worden ist, der, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, 25º Nacheilung beträgt. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße der Phasenschieberschaltung 18 das Signal MI&sub0;F, wobei F in der in dieser detaillierten Beschreibung verwendeten Konvention angibt, daß das Signal phasenverschoben ist.
Der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 20a ist mit der Primärwicklung von einem ersten Transformator 21a verbunden; der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 20b steht mit der Primärwicklung von einem zweiten Transformator 21b in Verbindung; und der Ausgang der Spannungsabtasteinrichtung 20c ist mit der Primärwicklung von einem dritten Transformator 21c verbunden. Die Signale aus den Sekundärwicklungen der Transformatoren 21a, 21b und 21c stehen mit den Eingängen der zweiten Mitkomponentenschaltung 22 in Verbindung. Für den Fachmann auf dem Gebiet der elektrischen Energieübertragungs-Relaistechnik ist bekannt, daß die Phasenströme in einer dreiphasigen Wechselstromschaltung in drei Sätze von symmetrischen, im Gleichgewicht befindliche Spannungs- und Stromvektoren aufgelöst werden können, die als die Mit-, Gegen- und Nullkomponenten bekannt sind. Es ist auch bekannt, daß gewisse Schaltungsanordnungen, die "Schaltungen symmetrischer Komponenten" genannt werden, mit einem elektrischen dreiphasigen Leistungssystem verbunden werden können, um ein Ausgangssignal zu liefern, das zu der Größe von einer gewählten Komponente der drei Komponenten von Spannung oder Strom proportional ist. Die Mitkomponenten-Schaltungen 14 und 22 sind derartige Schaltungen.
Die Mitkomponenten-Strom- und Spannungsschaltungen enthalten auch eine nacheilende Phasenschieberschaltung, wie es vorstehend für die Phasenschieberschaltung 18 mit der bevorzugten Phasenverschiebung von 25º beschrieben ist. Die Ausgangsgröße der ersten Mitkomponentenschaltung 14 ist die Mitkomponente IA1 des Stroms, der in der Phase A der Übertragungsleitung fließt. Die Ausgangsgröße der zweiten Mitkomponentenschaltung 22 ist die Mitkomponente VA1 der Spannung in der Phase A der Übertragungsleitung. Schaltungen symmetrischer Komponenten dieser Art sind in der US-PS 4 342 062 beschrieben. Weitere detaillierte Beschreibungen von Schaltungen symmetrischer Komponenten können aus der US-PS 3 992 651, erteilt für Hodges, und 4 034 269, erteilt für Wilkinson, entnommen werden, wobei diese beiden Patente und auch die US-PS 4 342 062 auf die Inhaberin des vorliegenden Patents übertragen sind, und die Lehren von allen werden durch diese Bezugnahme in diese detaillierte Beschreibung aufgenommen, als wenn sie vollständig beschrieben wären.
Das Ausgangssignal IA1 steht mit dem Eingang von einer Mitkomponenten-Winkeleinstellschaltung 24 in Verbindung. Das Ausgangssignal aus der Mitkomponenten-Winkeleinstellschaltung 24 (IA1S) ist gleich dem Eingangssignal (IA1) mit einen vorgewählten Winkel, der, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem Bereich von etwa 70 bis 85º liegt. Infolgedessen gibt das S in dem Ausdruck IA1S an, daß in der hier verwendeten Konvention die Mitkomponente des Stroms der Phase A auf einen vorbestimmten Winkel eingestellt worden ist. Die Winkeleinstellschaltung 24 gestattet, daß die Nachbildungsimpedanz (ZR) des Relais auf den gleichen Impedanzwinkel wie die geschützte Leitung eingestellt wird.
In Fig. 2 ist der Reichweiteneinstell- und Polarisierungsabschnitt des Mitkomponenten-Distanzrelais der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Mitkomponente der Spannung (VA1) der Phase A, die gemäß der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 1 erhalten worden ist, ist an einen nicht-invertierenden Eingang von einem ersten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 30 und an den Eingang von einer ersten Absolutwertschaltung 32 angelegt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste zwei Eingänge aufweisende Summierverstärker 30 ein Operationsverstärker, dessen Ausgangsgröße gleich der Summe der invertierenden und nichtinvertierenden Eingänge ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede der Absolutwertschaltungen 32, 44, 46, 68 und 86 einen Vollwellen-Präzisionsgleichrichter des Typs auf, der auf den Seiten 206 und 207 der Veröffentlichung mit dem Titel "IC Op-Amp Cookbook", zweite Auflage, W. G. Jung, Howard Sams & Co., Inc., gezeigt und beschrieben ist, die durch diese Bezugnahme in die detaillierte Beschreibung aufgenommen wird, als wenn sie vollständig beschrieben wäre.
Die Ausgangsgröße der ersten Absolutwertschaltung 32, die im wesentlichen gleich dem absoluten Wert des Eingangssignals ist, steht mit dem Eingang von einer ersten Verstärkungswählschaltung 34 in Verbindung. Die Ausgangsgröße der ersten Verstärkungswählschaltung 34 hat eine Größe, die gemäß einer vorbestimmten Verstärkung wählbar ist, die durch ein "H"- oder "L"-Signal wählbar ist, das an den Eingang der Verstärkungswählschaltung angelegt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung entweder 1, wählbar durch Anlegen eines "H"-Signals an den Gewinnwähleingang, oder, wählbar durch Anlegen eines "L"- Signals, 0,4; infolgedessen ist die Größe des Ausgangssignals entweder gleich der Größe des Eingangssignals oder ist gleich 0,4 multipliziert mit der Größe des Eingangssignals, in Abhängigkeit von dem Verstärkungswähl-Steuereingang.
Das Signal IA1S, das gemäß der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 1 erzeugt worden ist, steht mit dem Eingang einer ersten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 36 und einer zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 38 in Verbindung. Die ersten und zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltungen 36 und 38 sind Operationsverstärkerschaltungen mit einer einstellbaren Verstärkung. Die Ausgangsgröße der ersten Mitkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 36, die eine einstellbare Verstärkung aufweist, die so gewählt ist, um die Nachbildungsimpedanzgröße für die Überreichweiten-Schutzzone (ZT) zu liefern, steht mit dem Eingang von einer ersten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 40 in Verbindung. Die Ausgangsgröße der zweiten Mitkomponenten-Reichweiteneinstell - schaltung 38, die eine einstellbare Verstärkung aufweist, die so gewählt ist, daß die Nachbildungsimpedanz für einen Schutz der Zone 1 (Z&sub1;) zu liefern, steht mit dem Eingang von einer zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 42 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die ersten und zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltungen 40 und 42 nicht-invertierende Operationsverstärkerschaltungen auf, die eine Verstärkung von eins für 60 Hz Signale haben, aber eine Verstärkung von Null für jede Gleichstromkomponente in dem Eingangssignal besitzen.
Das Ausgangssignal aus den ersten und zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltungen 40 und 42, die jeweils gleich dem Eingangssignal ist, bei dem aber jede Gleichstromkomponente beseitigt ist, steht mit den Eingängen von einer zweiten bzw. dritten Absolutwertschaltung 44 und 46 in Verbindung. Die Ausgänge der zweiten und dritten Absolutwertschaltungen 44 und 46 sind auf entsprechende Weise mit den Eingängen von zweiten und dritten Verstärkungswählschaltungen 48 und 50 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweiten und dritten Verstärkungswählschaltungen 48 und 50 von dem gleichen Typ wie die erste Verstärkungswählschaltung 34 und haben eine wählbare Verstärkung, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die gleiche ist wie diejenige der ersten Verstärkungswählschaltung 34.
Der Ausgang der zweiten Verstärkungswählschaltung 48 ist mit dem Eingang von einem ersten elektronischen Schalter 52 und einem zweiten elektronischen Schalter 54 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die elektronischen Schalter 52 und 54 jeweils durch ein Signal gesteuert, das an einen Steuereingang angelegt wird. Das Anlegen von einem Steuersignal an den Steuereingang betätigt den Schalter, um dadurch das an den Eingang des Schalters angelegte Signal direkt mit dem Ausgang zu verbinden. In bezug auf den ersten elektronischen Schalter 52 verbindet ein an den Steuereingang angelegtes "H"-Signal den Eingang des Schalters mit dem Ausgang. In bezug auf den zweiten elektronischen Schalter 54 bewirkt ein an den Steuereingang angelegtes "L"-Signal, daß der Eingang des elektronischen Schalters mit dem Ausgang verbunden wird.
Der Ausgang des ersten elektronischen Schalters 52 ist mit dem Eingang von dem ersten Invertierer 56 verbunden. Der erste Invertierer 56 ist vorzugsweise ein Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang und einer Ausgangsgröße, die im wesentlichen gleich dem invertierten Eingangssignal ist. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des ersten Invertierers 56 ein Signal MI&sub1;ZT, das der Kehrwert der Ausgangsgröße I&sub1;ZT des zweiten elektronischen Schalters 54 ist.
Der Ausgang der zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 42 ist auch mit dem Eingang von einem zweiten Invertierer 58 verbunden. Der zweite Invertierer 58 ist vorzugsweise ein Operationsverstärker, dessen Ausgangsgröße der Kehrwert der Eingangsgröße ist. Der Ausgang des zweiten Invertierers 58 ist mit dem Eingang von einer Vorwärts-Versetzungs(Offset)schaltung 60 und dem einen Eingang von einer zwei Eingänge aufweisenden Koinzidenz-Logik- bzw. Verknüpfungsschaltung 62 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorwärts-Versetzungs (Offset)schaltung eine Operationsverstärkerschaltung mit einer einstellbaren Verstärkung, die zwischen 0 und 0,4 wählbar ist. Die Ausgangsgröße der Vorwärts-Offset-Schaltung 60, die ein wählbarer Teil der Zone-1-Reichweitengröße (Z) multipliziert mit dem phasenverschobenen Mitkomponentenstrom (IA1S) ist, steht mit dem Eingang von einer Abschneideschaltung 64 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Abschneideschaltung 64 eine Nullunterdrückungsschaltung, die denjenigen Teil des Eingangssignal durchläßt, der größer als ein im voraus eingestellter Wert ist, und einen Differenzverstärker auf, der die Ausgangsgröße der Nullunterdrückungsschaltung von dem Eingangssignal subtrahiert. Infolgedessen weist das Ausgangssignal der Abschneideschaltung 64 nur denjenigen Teil des Eingangssignals auf, der kleiner als der im voraus eingestellte Wert ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abschneideschaltung 64 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, als wenn sie vollständig beschrieben wäre. Die Ausgangsgröße der Abschneideschaltung 64 steht mit einem invertierenden Eingang von dem ersten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 30 in Verbindung.
Die Ausgangsgröße des ersten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 30, die, wie zuvor ausgeführt wurde, die algebraische Summe der invertierenden und nichtinvertierenden Eingänge ist, steht mit dem Eingang von einem Bandpaßfilter 66 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Bandpaßfilter 66 eine Mittenfrequenz, die gleich der nominalen Frequenz des Energiesystems, typisch 50 Hz oder 60 Hz, ist, und eine Güte Q von etwa 3,8. Der Ausgang des Bandpaßfilters 66 ist mit dem Eingang von einer vierten Absolutwertschaltung 68 und dem zweiten Eingang der zwei Eingänge aufweisenden Koinzidenz- Verknüpfungsschaltung 62 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vierte Absolutwertschaltung 68 von dem Typ, der zuvor in Verbindung mit den ersten, zweiten und dritten Absolutwertschaltungen 32, 44 und 46 beschrieben ist.
Die Ausgangsgröße der vierten Absolutwertschaltung 68, die der absolute Wert der Eingangsgröße ist, steht mit dem Eingang von einem Pegeldetektor 70 in Verbindung. Die Ausgangsgröße des Pegeldetektors 70, die ein Signal ist, das erzeugt wird, wenn die Eingangsgröße einen vorbestimmten Wert überschreitet, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,35 pro Einheit beträgt, steht mit den Verstärkungssteuereingängen der ersten, zweiten und dritten Verstärkungswählschaltungen 34, 48 und 50 in Verbindung. Ein Ausgangssignal aus dem Pegeldetektor 70 bewirkt, daß die ersten, zweiten und dritten Gewinnwählschaltungen die hohe Verstärkung auf die Eingangssignale der Schaltungsanordnungen ausüben. Wenn keine Ausgangsgröße aus dem Pegeldetektor 70 vorliegt, üben die ersten, zweiten und dritten Verstärkungswählschaltungen die kleine Verstärkung auf die Eingangsignale aus.
Der Ausgang der dritten Verstärkungswählschaltung 50 ist mit den Eingängen von einem dritten elektronischen Schalter 72 und einem vierten elektronischen Schalter 74 verbunden. Die dritten und vierten elektronischen Schalter 72 und 74 sind von dem Typ, der zuvor in Verbindung mit den ersten und zweiten elektronischen Schaltern 52 und 54 beschrieben wurden. Der dritte elektronische Schalter 72 bewirkt, daß das an seinen Eingang angelegte Signal mit seinem Ausgang verbunden wird, wenn ein H-Signal an den Steuereingang angelegt wird; wogegen der vierte elektronische Schalter 74 das an seinen Eingang angelegte Signal mit seinem Ausgang verbindet, wenn ein L-Signal an den Steuereingang angelegt ist. Der Ausgang des dritten elektronischen Schalters 72 ist mit dem Eingang von einem dritten Invertierer 76 verbunden. Der dritte Invertierer 76 ist vorzugsweise ein Operationsverstärker, dessen Ausgangsgröße der Kehrwert der Eingangsgröße ist. Die Ausgangsgröße der Koinzidenz-Verknüpfungsschaltung 62, die während einer Koinzidenz der zwei Eingangssignale ein H-Signal ist, steht mit den Steuereingängen der ersten, zweiten, dritten und vierten elektronischen Schalter 52, 54, 72 und 74 in Verbindung. Infolgedessen ist die Ausgangsgröße des dritten Invertierers 76 ein Signal MI&sub1;Z&sub1;, das der Kehrwert der Ausgangsgröße I&sub1;Z&sub1; des vierten elektronischen Schalters 74 ist.
Das Signal MI&sub0;F, das in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise erzeugt wurde, steht mit dem Eingang von einer Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 78 und dem Eingang von einer Fest-Reichweitenschaltung 80 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 78 den gleichen Aufbau wie die zuvor beschriebenen Mitkomponenten- Reichweiteneinstellschaltungen 36 und 38. Die Ausgangsgröße der nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 78, die eine einstellbare Verstärkung hat, die so gewählt ist, daß die Nachbildungsimpedanzgröße für die erste Zone der Schutzzone ausgebildet wird, steht mit einer dritten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 82 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die dritte Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 82 von dem Typ, der in bezug auf die ersten und zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltungen 40 und 42 beschrieben wurde. Der Ausgang der Nullkomponenten-Reichweiteneinstellschaltung 78 ist auch mit dem einen Eingang von einem zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 84 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite zwei Eingänge aufweisende Summierverstärker 84 vorzugsweise ein Operationsverstärker, dessen Ausgangssignal eine Größe hat, die gleich der Summe der Größe der an die ersten und zweiten Eingänge angelegten Signale ist.
Der Ausgang der zweiten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 82 ist mit dem Eingang von einer fünften Absolutwertschaltung 86 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die fünfte Absolutwertschaltung 86 von dem gleichen Typ, der in Verbindung mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Absolutwertschaltungen 32, 44, 46 und 68 beschrieben ist. Die Ausgangsgröße der fünften Absolutwertschaltung 86, die eine Größe hat, die der absolute Wert der Größe des Eingangssignals ist, steht mit dem Eingang von einer Nullunterdrückungsschaltung 88 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Nullunterdrückungsschaltung 88 eine Schaltungsanordnung auf, die denjenigen Teil des Eingangssignals beseitigt, der kleiner als ein im voraus eingestellter Wert ist. Infolgedessen weist das Ausgangssignal der Nullunterdrückungsschaltung 88 nur denjenigen Teil des Eingangssignals auf, der größer als der im voraus eingestellte Wert ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nullunterdrückungsschaltung 88 von dem Typ, der unter der Überschrift "DEAD ZONE" auf den Seiten 25-26 des vorstehend genannten "Nonlinear Circuit Handbook" gezeigt und beschrieben ist, das durch die Bezugnahme bereits in die detaillierte Beschreibung aufgenommen wurde. Der Ausgang der Nullunterdrückungsschaltung 88 ist mit dem Eingang von einer für einen schnellen Anstieg und einen langsamen Abfall sorgenden Schaltungsanordnung 90 verbunden. Die für einen schnellen Anstieg und einen langsamen Abfall sorgende Schaltungsanordnung 90 ist vorzugsweise eine Operationsverstärkerschaltung mit einer doppelten Zeitkonstante: einer kurzen Zeitkonstante bei dem Anlegen von einem Eingangssignal und einer langen Zeitkonstante bei der Beseitigung des Eingangssignals. Die Ausgangsgröße I&sub0;Z&sub1; der für einen schnellen Anstieg und einen langsamen Abfall sorgenden Schaltungsanordnung 90 ist ein Signal, das nach der Beseitigung des Eingangssignals in die Schaltungsanordnung 90 mit einer langen Zeitkonstanten abfällt.
Die Ausgangsgröße des zweiten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 84, die eine Größe hat, die im wesentlichen gleich der Summe der Ausgangsgrößen aus der zuvor beschriebenen Nullkomponenten-Reichweiteneinstell - schaltung 78 und der Fest-Reichweitenschaltung 80 ist, steht mit dem Eingang von einer vierten Wechselspannungskopplungsschaltung 92 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vierte Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 92 von dem Typ, der zuvor in Verbindung mit dem ersten, zweiten und dritten Wechselspannungs-Kopplungsschaltungen 40, 42 und 82 beschrieben wurde. Der Ausgang der vierten Wechselspannungs-Kopplungsschaltung 92 ist mit dem Eingang von einer sechsten Absolutwertschaltung 94 verbunden. Die sechste Absolutwertschaltung 94 ist von dem Typ, der zuvor in Verbindung mit den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Absolutwertschaltungen 32, 44, 46, 68 und 86 beschrieben wurde. Die Ausgangsgröße I&sub0;ZT der sechsten Absolutwertschaltung ist ein Signal mit einer Größe, die der absolute Wert der Größe des Eingangssignals ist, wie es zuvor beschrieben wurde.
In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm von einer auslösenden Mitkomponenteneinheit, die allgemein mit 102 bezeichnet ist, einer blockierenden Mitkomponenteneinheit, die allgemein mit 104 bezeichnet ist, und einer Mitkomponenteneinheit der ersten Zone, die allgemein mit 106 bezeichnet ist. Das Signal MI&sub1;ZT, das erzeugt wurde, wie es in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist, steht mit einem nicht-invertierenden Eingang von einem zweiten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 108 des Mitkomponenten-Auslöserelais 102 und einem invertierenden Eingang von einem dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 110 des Mitkomponenten-Blockierrelais 104 in Verbindung. Das Signal I&sub1;ZT, das wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben erzeugt ist, steht mit einem invertierenden Eingang des zweiten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 108 und einem nicht-invertierenden Eingang von dem dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 110 in Verbindung. Das Signal I&sub0;ZT, das wie in Verbindung mit Figur 2 beschrieben erzeugt wurde, steht mit einem invertierenden Eingang des zweiten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 108 in Verbindung.
Die Ausgangsgröße des zweiten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 108, die ein Signal mit einer Größe ist, die gleich der algebraischen Summe der invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge ist, steht mit einem nicht-invertierenden Eingang von einem dritten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 112 in Verbindung. Das Signal V&sub1;, das erzeugt ist, wie es in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, steht mit einem invertierenden Eingang des dritten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 112, einem invertierenden Eingang von einem ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärker 114 des Mitkomponenten-Blockierrelais 104 und einem invertierenden Eingang von einem zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 des Mitkomponenten-Relais 106 für Zone 1 in Verbindung. Ein Vorspannungssignal ist an einen invertierenden Eingang des dritten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 112 und an einen invertierenden Eingang des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 über einen fünften elektronischen Schalter 118 angelegt. Der fünfte elektronische Schalter 118 ist von dem Typ, der in Verbindung mit dem zweiten elektronischen Schalter 54 und dem vierten elektronischen Schalter 74 beschrieben wurde, indem ein L-Signal, das an den Steuereingang angelegt ist, bewirkt, daß das Signal am Eingang des Schalters mit seinem Ausgang verbunden wird.
Ein Hemm- bzw. Halte-Steuersignal (RTCON), das erzeugt wird, um die Hemmung in den Mitkomponenten-Einheiten 102, 104 und 106 auszuschalten aus Gründen, die nachfolgend beschrieben werden, steht mit dem Steuereingang des fünften elektronischen Schalters 118 und dem Steuereingang von einem sechsten elektronischen Schalter 120 in Verbindung. Der sechste elektronische Schalter 120 ist vorzugsweise von dem Typ, der in Verbindung mit dem zweiten elektronischen Schalter 54, dem vierten elektronischen Schalter 74 und dem fünften elektronischen Schalter 118 beschrieben wurde, indem ein an den Steuereingang angelegtes L-Signal bewirkt, daß das am Eingang des Schalters erscheinende Signal auf seinen Ausgang geschaltet wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Vorspannsignal an einen invertierenden Eingang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 über den sechsten elektronischen Schalter 120 angelegt.
Die Ausgangsgröße des dritten drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 112, das, wie bereits beschrieben wurde, ein Signal mit einer Größe ist, das gleich der algebraischen Summe der Größen der Signale ist, die an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge angelegt sind, steht mit einem nicht-invertierenden Eingang von einem vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 122 und dem Eingang von einem ersten Filter 124 in Verbindung. Ein Vorspannsignal mit einer einstellbaren Größe ist an einen invertierenden Eingang des vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 122 angelegt. Die Ausgangsgröße des vierten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 122, die ein Signal mit einer Größe ist, die gleich der algebraischen Summe der invertierenden und nicht-invertierenden Eingangssignale ist, steht mit dem Eingang von einer ersten "Integrator"-Schaltung 126 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erste "Integrator"-Schaltung 126 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 der "Integrator"- Schaltung 126 ist mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden, und der Ausgang der "Integrator"-Schaltung 126 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden.
Der Ausgang der ersten "Integrator"-Schaltung 126 ist mit dem Eingang von einem zweiten Pegeldetektor 128 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite Pegeldetektor 128 von dem Typ, der in Verbindung mit dem ersten Pegeldetektor 70 beschrieben wurde, bei dem die Ausgangsgröße ein Signal (PDT) ist, das erzeugt wird, wenn die Eingangsgröße des zweiten Pegeldetektor 128 einen vorbestimmten Wert überschreitet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieser vorbestimmte Pegel gleich 60 mV, um einen Schwellenwert auszubilden zur Überwindung von Störsignalen. Das Signal PDT wird in dem System als ein Schalterauslösesignal verwendet.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Filter 128 ein einfaches R-C Filter, dem ein Operationsverstärkerpuffer folgt. Die Ausgangsgröße des Filters 124, die im wesentlichen gleich der Eingangsgröße des Filters ist, außer daß die Größe von irgendwelchen hochfrequenten Komponenten verkleinert worden ist, wird an den Eingang von einem Halbwellen-Gleichrichter 130 angelegt. Die Ausgangsgröße des Halbwellen-Gleichrichters, die ein Signal ist, das nur die positiven Halbwellenabschnitte des Eingangssignals enthält, steht mit dem invertierenden Eingang des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 in Verbindung.
Die Ausgangsgröße des dritten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 110, die, wie zuvor beschrieben wurde, ein Signal mit einer Größe ist, die die algebraische Summe der Größe der an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge angelegten Signale ist, steht mit einer Reichweiteneinstellschaltung 132 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Reichweiteneinstellschaltung 132 ein Operationsverstärker mit einer einstellbaren Verstärkung, die in einem Verstärkungsbereich von 0,5 bis 2,25 liegt. Die Ausgangsgröße der Reichweiteneinstellschaltung 132, die in ihrer Größe eingestellt worden ist, um die richtige Nachbildungsimpedanzreichweite für die blockierende Schutzzone zu liefern, steht mit dem nicht-invertierenden Eingang des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 in Verbindung.
Das Signal VA1, das in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise erzeugt ist, steht mit dem Eingang von einem zweiten Bandpaßfilter 134 und einem nicht-invertierenden Eingang von einem fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 136 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite Bandpaßfilter 134 ein zahlreiche Rückführungen aufweisendes Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz, die gleich der Nennfrequenz des Leistungssystems gewählt ist, wobei diese Frequenz typisch 50 Hz oder 60 Hz beträgt, und das mit einem invertierenden Eingang von einem fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 136 verbunden ist. Das zweite Bandpaßfilter 134 hat vorzugsweise ein Q etwa gleich zwei und eine Verstärkung von eins. Mit einem Q von zwei eilt eine Änderung in dem Ausgangssignal von dem Bandpaßfilter 134 einer entsprechenden Änderung in der Eingangsgröße nach, um dadurch einen Kurzzeitspeicher des Vor-Änderungssignals auszubilden. Obwohl ein größeres Q für eine längere Zeitkonstante und einen längeren Speicher sorgen würde, würde es eine größere Phasenänderung hervorrufen beim Auftreten einer Frequenzänderung, die die Erzeugung eines Signals aus dem fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 136 bewirken würde, mit dem der Ausgang des zweiten Bandpaßfilter 134 verbunden ist. Ein derartiges Signal könnte einen fehlerhaften Betrieb des Relais hervorrufen, da es als eine Folge von einer erwarteten Frequenzänderung erzeugt sein könnte und nicht als eine Folge von einem Fehler.
Die Ausgangsgröße des fünften zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 136 ist ein Signal ΔV&sub1; mit einer Größe, die die algebraische Summe von den invertierenden und nicht-invertierenden Eingängen des Verstärkers 136 ist. Aufgrund des Kurzzeitspeichers des Bandpaßfilters 134, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist unmittelbar nach dem Auftreten eines Fehlers das Ausgangssignal ΔV&sub1; aus dem Verstärker 136 zunächst gleich der Nachfehler-Mitkomponente der Spannung minus der Vorfehler-Mitkomponente der Spannung oder der Änderung in der Mitkomponente der Spannung, die dem Fehler zuzurechnen ist. Das Signal ΔV&sub1; steht mit dem Eingang von einer siebenten Absolutwertschaltung 138 in Verbindung, die von dem Typ ist, der vorstehend in Verbindung mit den ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Absolutwertschaltungen 32, 44, 46, 68, 86 und 94 beschrieben wurde. Die Ausgangsgröße der siebenten Absolutwertschaltung 138 ist ein Signal, dessen Größe der absolute Wert der Größe des Eingangssignals ist und mit einem nichtinvertierenden Eingang des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 ist.
Die Ausgangsgröße des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 steht mit dem Eingang von einer zweiten "Integrator"-Schaltung 140 in Verbindung. Die zweite "Integrator"-Schaltung 140 ist von dem Typ, der in Verbindung mit der ersten "Integrator"-Schaltung 126 beschrieben ist. Der Ausgang der zweiten "Integrator"-Schaltung 140 ist mit einem dritten Pegeldetektor 142 in Verbindung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der dritte Pegeldetektor 142 von dem gleichen Typ wie der zuvor beschriebene zweite Pegeldetektor 128. Die Ausgangsgröße des dritten Pegeldetektors 142 ist ein Sperr- bzw. Blockiersignal (PDB), das erzeugt wird, wenn die Eingangsgröße des dritten Pegeldetektors 142 einen vorbestimmten Wert überschreitet, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 60 mV beträgt, um einen Schwellenwert zur Überwindung von Störsignalen auszubilden. Das Signal PDB wird verwendet, um die Erzeugung von einem Auslösesignal zu sperren bzw. zu blockieren, wie es nachfolgend beschrieben wird. Der Ausgang des zweiten Pegeldetektors 142 ist auch mit dem Steuereingang von einem siebenten elektronischen Schalter 144 verbunden. Der siebente elektronische Schalter 144 ist von dem Typ, der in Verbindung mit den ersten und dritten elektronischen Schaltern 52 und 72 beschrieben wurde, indem ein an den Steuereingang angelegtes H-Signal bewirkt, daß das Signal am Eingang des Schalters mit seinem Ausgang verbunden wird. Ein Vorspannsignal wird an einen nicht-invertierenden Eingang des ersten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 114 über den sechsten elektronischen Schalter 144 angelegt.
Das Signal MI&sub1;Z&sub1;, das in der in Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Weise erzeugt wurde, steht mit dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 in Verbindung. Das Signal I&sub1;Z&sub1;, das in der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Weise erzeugt ist, steht mit einem invertierenden Eingang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 in Verbindung. Das Signal I&sub0;Z&sub1;, das in der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Weise erzeugt ist, steht mit einem invertierenden Eingang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 in Verbindung. Ein Außer-Tritt-Blockiersignal (POSBR) wird durch ein Außer-Tritt-Blockierrelais des Typs erzeugt, das in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung (Anmelderzeichen: 11RC04716) gezeigt und beschrieben ist, die der US-Patentanmeldung Nr. 120,149 mit dem Titel "OUT- OF-STEP BLOCKING UNIT" entspricht und die durch diese Bezugnahme in diese detaillierte Beschreibung aufgenommen wird, als wenn sie hier vollständig beschrieben wäre. Das Außer-Tritt-Blockiersignal POSBR wird an einen invertierenden Eingang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 angelegt.
Der Ausgang des zweiten sechs Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 116 ist mit einem nicht-invertierenden Eingang von einem sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärker 146 verbunden. Ein Vorspannsignal mit einer einstellbaren Größe steht mit einem invertierenden Eingang des sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 146 in Verbindung. Die Ausgangsgröße des sechsten zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 146, die ein Signal mit einer Größe ist, die im wesentlichen gleich der algebraischen Summe der Größe des an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge angelegten Signals ist, steht mit dem Eingang von einer dritten "Integrator"-Schaltung 148 in Verbindung. Die dritte "Integrator"-Schaltung 148 ist von dem gleichen Typ wie die zuvor beschriebene erste "Integrator"-Schaltung 126.
Der Ausgang der dritten "Integrator"-Schaltung 148 ist mit dem Eingang von einem vierten Pegeldetektor 150 in Verbindung. Der vierte Pegeldetektor 150 ist der gleiche Typ wie der zuvor beschriebene zweite Pegeldetektor 128. Der vierte Pegeldetektor 150 liefert ein Ausgangssignal (PD1), wenn die Größe des Eingangssignals einen vorbestimmten Wert überschreitet, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 60 mV beträgt, um einen Schwellenwert zur Überwindung von Störsignalen zu liefern. Das Signal PD1 wird in dem System als ein Schalterauslösesignal verwendet.
Das Mitkomponenten-Distanzrelais gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt. Es sei die normale Situation angenommen, wo keine Fehler auf einer elektrischen Wechselspannungs-Energieübertragungsleitung vorhanden sind, dann sind die Signale MI&sub0;F, I&sub0;Z&sub1; und I&sub0;ZT im wesentlichen gleich Null, weil unter normalen Lastzuständen die Phasenströme symmetrisch sind und die Stromnullkomponente (I&sub0;) ist im wesentlichen gleich Null. Das Signal ΔV&sub1; ist ebenfalls im wesentlichen gleich Null, da während normaler Lastzustände keine Änderung in der Mitkomponente der Spannung vorhanden ist. Das Signal RTCON ist eine logische Null, und deshalb wird eine Hemm- bzw. Haltevorspannung an die Summierverstärker 112, 114 und 116 über Schalter 118 und 120 angelegt. Die Größe des Signals IA1S ist proportional zu der Größe des Mitkomponenten-Laststroms in dem geschützten System. Das Signal IA1S eilt dem Signal VA1 um etwa den Nachbildungsimpedanzwinkel vor, da die Mitkomponentenspannung und der Strom in dem geschützten System für einen normalen Lastzustand im wesentlichen gleichphasig sind. Weil die Signale VA1 und IA1S im wesentlichen um 90º phasenverschoben sind, schaltet die Koinzidenz-Verknüpfungsschaltung 62 MI&sub1;ZT und MI&sub1;Z&sub1; für 90º und I&sub1;ZT und I&sub1;Z&sub1; für die zweiten 90º. Die resultierenden Eingangsgrößen in die Integratoren 126, 140 und 148 sind in der Hemm- bzw. Halterichtung und es gibt kein Ausgangssignal aus den Pegeldetektoren 128, 142 und 150.
Es sei nun ein einphasiger Fehler innerhalb der Zone 1 des geschützten Bereiches angenommen. Während des Fehlerzustandes sind die Mitkomponentenspannung und der Strom in dem System im wesentlichen phasenverschoben um den Impedanzwinkel der Übertragungsleitung, wobei die Spannung dem Strom voreilt. Somit sind die Signal V&sub1; und IA1S im wesentlichen gleichphasig und der Koinzidenz-Verknüpfungsausgang bewirkt, daß die Signale MI&sub1;ZT und MI&sub1;Z&sub1; in ihre entsprechenden Stromkreise geschaltet werden, während die Signale I&sub1;ZT und I&sub1;Z&sub1; im wesentlichen gleich Null sind. Somit wird ein Betriebssignal an die Summierstufen 108 und 116 angelegt. Der zugeordnete Fehlerdetektor tritt in Funktion und bewirkt, daß das Signal RTCON zu einer logischen eins wird und dadurch die Vorspannsignale von den Summierverstärkern 112, 114 und 116 beseitigt. Während eines Fehlers von einer Leitung nach Erde besteht eine Unsymmetrie in den Strömen in dem geschützten Übertragungssystem, die bewirkt, daß ein Nullkomponentenstrom durch den Summierverstärker 16 erzeugt wird. Dieses Nullkomponenten-Stromsignal erzeugt seinerseits die Signale I&sub0;ZT und I&sub0;Z&sub1;, die für Halte- bzw. Hemmsignale zu den Summierverstärkern 108 und 116 sorgen. Diese zusätzlichen Haltesignale verhindern, daß die PDT und PD1 Einheiten bei Fehlern von einer einzelnen Leitung nach Erde arbeiten.
Es sei nun ein dreiphasiger Fehler innerhalb der Zone 1 des geschützten Bereiches angenommen. Während des Fehlerzustandes sind die Mitkomponentenspannung und der Strom in dem System im wesentlichen um den Impedanzwinkel der Übertragungsleitung phasenverschoben, wobei die Spannung dem Strom voreilt. Somit sind die Signal V&sub1; und IA1S im wesentlichen gleichphasig, und der Koinzidenz-Verknüpfungsausgang bewirkt, daß die Signale MI&sub1;ZT und MI&sub1;Z&sub1; in ihre entsprechenden Stromkreise geschaltet werden, während die Signale I&sub1;ZT und I&sub1;Z&sub1; im wesentlichen Null sind. Somit wird ein Betriebssignal an die Summierstufen 108 und 116 angelegt. Der zugeordnete Fehlerdetektor tritt in Funktion und bewirkt, daß das Signal RTCON auf eine logische eins geht und dadurch die Vorspannsignale von den Summierverstärkern 112, 114 und 116 beseitigt. Während eines dreiphasigen Fehlers besteht keine wesentliche Unsymmetrie in den Strömen in der geschützten Übertragungsleitung. Deshalb gibt es im wesentlichen keinen Nullkomponentenstrom, und die Signale I&sub0;ZT und I&sub0;Z&sub1; sind im wesentlichen Null. Für einen Fehler innerhalb der Zone-1-Relaisreichweite ist die Größe des Signals MIZ&sub1; größer als die Größe des Haltesignals V&sub1;, und die resultierende Eingangsgröße in den PD1 Integrator 148 ist in der Betätigungsrichtung. Wenn der Wert der Integrator-Ausganggröße größer als die Pegeldetektoreinstellung ist, wird ein Ausgangssignal PD1 erzeugt. Da die Reichweite der Zone-1-Einheit immer kleiner als die Reichweite der Überreichweiteneinheit ist, erzeugt das PDT auch eine Ausgangsgröße für diesen Fehler.
Es sei nun ein dreiphasiger Fehler in der umgekehrten Richtung (hinter) dem Relais angenommen. Während des Fehlerzustandes sind die Mitkomponentenspannung und der Strom in dem System im wesentlichen um den Impedanzwinkel der Übertragungsleitung phasenverschoben, wobei die Spannung dem Strom nacheilt. Somit sind die Signale V&sub1; und IA1S im wesentlichen 180º phasenverschoben, und der Koinzidenz- Verknüpfungsausgang bewirkt, daß die Signale I&sub1;ZT und I&sub1;Z&sub1; in ihre entsprechenden Stromkreise geschaltet werden, während die Signal MI&sub1;ZT und M&sub1;Z&sub1; im wesentlichen gleich Null sind. Somit wird ein Betriebssignal an die Summierstufe 110 angelegt. Der zugeordnete Fehlerdetektor wird in Betrieb gesetzt und bewirkt, daß das RTCON Signal auf eine logische eins geht und dadurch die Vorspannsignale von den Summierverstärkern 112, 114 und 116 beseitigt. Während eines dreiphasigen Fehlers besteht keine wesentliche Unsymmetrie in den Strömen in der geschützten Übertragungsleitung, und deshalb gibt es im wesentlichen keinen Nullkomponentenstrom, und die Signale I&sub0;ZT und I&sub0;Z&sub1; sind im wesentlichen Null. Für einen Fehler in der Reichweite der Sperr- bzw. Blockiereinheit ist die Größe des Signals I&sub1;ZT größer als die Größe des Hemm- bzw. Haltesignals V&sub1;, und die resultierende Eingangsgröße in den PDB Integrator 140 ist in der Betriebsrichtung. Wenn der Wert der Integrator-Ausgangsgröße größer als die Pegeldetektoreinstellung ist, wird eine PDB Ausgangsgröße erzeugt. Ein zusätzliches Betriebssignal wird an den Summierverstärker 114 durch das ΔV&sub1; Signal beim Auftreten eines Fehlers angelegt. Dieses Signal stellt eine schnelle Betätigung selbst bei einigen externen Fehlern sicher, wo die Größe des Betriebssignals IZT klein sein kann. Nachdem die PDB Einheit arbeitet, wird ein zusätzliches Betriebs-Vorspannsignal über den Schalter 144 hinzugefügt, um ein kontinuierliches Sperr- bzw. Blockiersignal für externe Fehler sicherzustellen.
Schließlich sei angenommen, daß ein dreiphasiger Fehler in der Vorwärtsrichtung über die erste Zone hinaus, aber innerhalb der Reichweite des Überreichweitenrelais PDT besteht. Während des Fehlerzustandes sind die Mitkomponentenspannung und der Strom in dem System im wesentlichen um den Impedanzwinkel der Übertragungsleitung phasenverschoben, wobei die Spannung dem Strom voreilt. Somit sind die Signale V&sub1; und IA1S im wesentlichen in Phase, und die Ausgangsgröße der Koinzidenz-Verknüpfungsschaltung bewirkt, daß die Signale MI&sub1;ZT und MI&sub1;Z&sub1; in ihre entsprechenden Stromkreise geschaltet werden, währen die Signal I&sub1;ZT und I&sub1;Z&sub1; im wesentlichen gleich Null sind. Somit wird ein Betriebssignal an die Summierstufen 108 und 116 angelegt. Der zugeordnete Fehlerdetektor arbeitet und bewirkt, daß das RTCON Signal auf eine logische eins geht und dadurch die Vorspannsignale von den Summierverstärkern 112, 114 und 116 beseitigt. Während eines dreiphasigen Fehlers besteht keine wesentliche Unsymmetrie in den Strömen in der geschützten Übertragungsleitung; deshalb gibt es im wesentlichen keinen Nullkomponentenstrom, und die Signale I&sub0;ZT und I&sub0;Z&sub1; sind im wesentlichen Null. Für einen Fehler innerhalb der Reichweite des Überreichweitenrelais ist die Größe des Signals MIZT größer als die Größe des Haltesignals V&sub1; und die resultierende Eingangsgröße in den PDT Integrator 126 ist in der Betriebsrichtung. Wenn der Wert der Integrator-Ausgangsgröße größer als die Pegeldetektoreinstellung ist, wird eine PDT Ausgangsgröße erzeugt. Weil der angenommene Fehler jenseits der Zone-1-Reichweite war, wird das Signal MI&sub1;Z&sub1; kleiner als das Haltesignal V&sub1; sein, und das resultierende Signal in den PD1 Integrator 148 wird in der Nicht-Betriebsrichtung sein, wodurch eine PD1 Ausgangsgröße verhindert wird.
Die Verwendung einer Integrator- und Pegeldetektorkombination für die Mitkomponenten-Distanzeinheiten hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber den bekannten Einheiten des Phasenwinkel-Komparatortyps. Zu diesen Vorteilen gehören eine gesteigerte Betriebsgeschwindigkeit für nahegelegene schwere Fehler. Die Geschwindigkeit des Relaissystems wird vorwiegend bestimmt durch das Erfordernis, eine falsche Auslösung aufgrund der transienten Überreichweite zu verhindern, die CCVT transienten Fehlern zuzurechnen ist. Eine Lösung mit Phasenwinkelkomparatoren besteht darin, eine feste Zeitverzögerung vorzusehen, die die maximale Periode überdauert, in der der CCVT transiente Vorgang als ein resultierendes Betriebssignal erscheinen kann. Andere Relais des Phasenwinkel-Komparatortyps verwenden eine Filterverzögerung plus eine feste Betriebszeit, die durch den Charakteristik-Zeitgeber (Timer) auferlegt wird. Das Relais gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eliminiert im wesentlichen die feste Betriebszeit, die einem Charakteristik-Timer zugeordnet ist, um dadurch Betriebszeiten in der Größenordnung von zwei bis drei Millisekunden für nahegelegene schwere Fehler zu gestatten, die für die Systemstabilität am kritischsten sind.
Die Betriebs zeit der Integrator/Pegeldetektorlösung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann geschätzt werden durch:
t=TRCln[( VR + VOP )/ VOP ]
wobei:
VR gleich der Vorfehler-Haltespannung ist.
VOP gleich der Größe (IFehlerZRelais-V) ist.
TRC gleich der Zeitkonstante des Integrators ist.
ln den natürlichen Logarithmus angibt.
Beispielsweise ist in einer Distanzeinheit, wo die Hemmung auf 0,5 pro Einheit begrenzt ist, TRC 10 Millisekunden beträgt und der Wert von IZ-V 1,5 pro Einheit beträgt, die Betriebszeit etwa 2,9 Millisekunden. Die Berechnung nimmt einen Durchschnittswert von IZ-V an. Es gibt eine kleinere Änderung in der Betriebs zeit auf der Basis des Fehlerinzidenzwinkels, und es gibt eine kleine Filterverzögerung in einem Tiefpaßfilter, das in den Mitkomponenten-Schaltungen enthalten ist.
Ein anderer Vorteil der Integrator/Pegeldetektorlösung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Leichtigkeit, mit der die Relaiseinheit modifiziert werden kann, um die Gesamtperformance der Relaiseinrichtung zu verbessern. Ein Beispiel ist die einfache Hinzufügung von einem I&sub0;ZR1 Haltesignal in eine einpolige Auslöse- und Schließeinrichtung. Die I&sub0;ZR1 Hemmung blockiert eine Betätigung der Mitkomponenten-Distanzeinheit bei Fehlern von einer einzelnen Leitung nach Erde und gestattet somit, daß die Einheit eine dreipolige Auslösung bei Zwischenphasenfehlern direkt einleitet. Die Verwendung der Integrator/Pegeldetektorlösung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt auch zu der Sicherheit des Systems im Vergleich zu bekannten Systemen bei. Die Integrator/Pegeldetektorkombination hat vergleichsweise längere Betriebszeiten bei entfernten externen Fehlern zur Folge. Diese Erhöhung in der Sicherheit ist die Wahrscheinlichkeit, daß der externe Fehler behoben wird, bevor das Relais arbeiten kann, wodurch die Möglichkeit von einem Fehlbetrieb verkleinert wird, wo ein falscher Kanalbetrieb während des Fehlers auftreten könnte.
Bekanntlich muß die stationäre Überdeckung auf dem R-X Diagramm für Mitkomponenten-Distanzeinheiten eingeschränkt sein, um eine Betätigung der Einheit von einem maximalen Lastfluß zu verhindern. In den bekannten Einrichtungen wird die Einstellung des Charakteristik-Zeitgebers, die dem Phasenwinkelkomparator zugeordnet ist, vergrößert, um eine Linsen-Charakteristik zu erzeugen, die die Charakteristik von dem Punkt maximaler Lastimpedanz weg bewegt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der dabei auftretende Nachteil ist eine Verlängerung in der Betätigungszeit der Einheit. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das eine Integrator/Pegeldetektoreinrichtung verwendet und die positive Koinzidenz von VPOL und I&sub1;ZR als ein Betriebssignal, die negative Koinzidenz von VPOL und I&sub1;ZR als eine Hemmung mit erhöhter Gewichtung im Vergleich zur positiven Koinzidenz und V&sub1; als eine zweite Hemmung benutzt, um eine linsenartige Charakteristik zu erhalten, entsteht eine kurze oder gar keine Verlängerung in der Betriebszeit. Für einen sehr starken Lastfluß kann es jedoch notwendig sein, die Zeitkonstante des zugehörigen Integrators zu vergrößern, die eine Verlängerung in der Betriebszeit erzeugt.
Ein Teil des Integrationssignals in dem POSB Außer- Tritt-Blockierrelais wird als eine Halteeingabe in das PD1 Relais verwendet. Diese zusätzliche Hemmung, nach den natürlichen Verzögerungen in der Betätigung von POSB, vergrößert die Sicherheit des PD1 Relais bei transienten Vorgängen, die mit der Beseitigung eines externen Fehlers unmittelbar jenseits der Zone des PD1 Relais verbunden sind.
Wie aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich ist, schafft das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Mitkomponenten-Distanzrelais, das eine verbesserte Betriebszeit auf der Basis von Fehler schwere hat und das für nahegelegene Fehler schneller arbeitet im Vergleich zu einem Fehler am entfernten Ende in der geschützten Zone. Das Distanzrelais gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert auch die Unterscheidung zwischen internen und externen Fehlern und vergrößert dadurch die Zuverlässigkeit des Relaisbetriebs und die Sicherheit des Schutzsystems. Es verbessert auch die Unterscheidung zwischen internen und externen Fehlern bei durch Reihenkondensatoren kompensierte Wechselspannungs-Energieübertragungsleitungen.

Claims

1. Schutzrelais zum Erfassen zum Fehlern in einer vorbestimmten Überreichweitenzone von einer dreiphasigen Energieübertragungsleitung von einem elektrischen Energieverteilungssystem, enthaltend eine Einrichtung zum Erzeugen von wenigstens einem Relaisausgangssignal, wobei die Einrichtung enthält:

(a) eine Einrichtung (12, 20) zum Empfangen von Signalen von der dreiphasigen Energieübertragungsleitung, wobei die Signale zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehen, und gekennzeichnet durch

(b) eine Einrichtung zum Verwenden der zu den dreiphasigen Spannungen und Strömen in Beziehung stehenden Signale zum Erzeugen von wenigstens einem Betriebssignal (MI&sub1;ZT) mit einer ersten Polarität und wenigstens einem Haltesignal (I&sub1;ZT) mit einer zweiten Polarität entgegengesetzt zur ersten Polarität, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals enthält:

(i) eine Einrichtung (21, 22) zum Erzeugen eines Signals V&sub1;, das zu einer Mitkomponente der Phasenspannung in Beziehung steht,

(ii) eine Einrichtung (38, 42, 38, 60, 64, 30) zum Erzeugen eines Polarisierungssignals Vpol, das zu dem Signal V&sub1; in Beziehung steht,

(iii) eine Einrichtung (24, 14, 38, 42, 46, 50, 74) zum Erzeugen eines Signals I&sub1;Z&sub1;, das ein Signal I&sub1;, das zu einer Mitkomponente eines Phasenstroms in Beziehung steht, multipliziert mit einer Größe Z&sub1; aufweist, die einer Nachbildungsimpedanz von einer ersten Schutzzone der Energieübertragungsleitung entspricht, und

(iv) eine Einrichtung (62, 56, 52, 54, 36, 40, 44, 48) zum Vergleichen einer Koinzidenz der Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; und zum Erzeugen, während einer Koinzidenz der Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1;, wenigstens eines ersten Betriebssignals MI&sub1;ZT, das zu einer ersten Polarität des Signals I&sub1; multipliziert mit einer Größe in Beziehung steht, die zu einer Nachbildungsimpedanz ZT von einer Überreichweiten-Schutzzone der Energieübertragungsleitung in Beziehung steht, und zum Erzeugen wenigstens eines ersten Haltesignals I&sub1;ZT, das zu dem Signal I&sub1; multipliziert mit der Überreichweiten- Nachbildungsimpedanz ZT in Beziehung steht, wobei das erste Haltesignal eine zweite Polarität entgegengesetzt zur ersten Polarität hat, wenn die Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; nicht koinzident sind,

(c) wenigstens eine erste Summierschaltung (108, 112) zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer Polarität und Größe, die zu der algebraischen Summe der Größe des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals in Beziehung steht, die an den Eingängen der Summierschaltung anliegen, wobei das wenigstens eine Betriebssignal das Signal MI&sub1;ZT enthält und das wenigstens eine Haltesignal das Signal I&sub1;ZT und das Signal V&sub1; enthält,

(d) wenigstens eine erste Integratorschaltung (126) mit einem Eingang, dem das Ausgangssignal aus der Summierschaltung zuführbar ist, und einem Ausgang, und

(e) wenigstens einen ersten Pegeldetektor (128) zum Erzeugen eines Relaisausgangssignals, wenn ein Ausgangssignal aus dem Ausgang der Integratorschaltung die erste Polarität und eine Größe hat, die einen vorbestimmten Pegel überschreitet, wobei das Relaisausgangssignal aus dem ersten Pegeldetektor ein Überreichweiten-Auslösesignal PDT aufweist, das anzeigt, daß in der vorbestimmten Überreichweitenzone ein Fehler aufgetreten ist.

2. Schutzrelais nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des wenigstens einen Betriebssignals und des wenigstens einen Haltesignals enthält:

(a) eine Einrichtung (38) zum Erzeugen eines Signals I&sub1;Z, das ein Signal I&sub1; multipliziert mit einer Größe Z aufweist, die zu einem vorbestimmten Abschnitt der Nachbildungsimpedanz Z&sub1; in Beziehung steht, und

(b) eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Polarisierungssignals Vpol, das zu der Differenz zwischen den Signalen V&sub1; und I&sub1;Z in Beziehung steht.

3. Schutzrelais nach Anspruch 2, das zusätzlich zum Erfassen von Fehlern in einem vorbestimmten ersten Zonenabschnitt der Überreichweitenzone der dreiphasigen Energieübertragungsleitung geeignet ist, wobei das Relais zusätzlich eine zweite Summierschaltung (116, 146), eine zweite Integratorschaltung (148) und einen zweiten Pegeldetektor (150) aufweist, wobei:

(a) die Einrichtung (50) zum Vergleichen einer Koinzidenz der Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; während einer Koinzidenz der Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; ein zweites Betriebssignal MI&sub1;Z&sub1; erzeugt (76), das zu der ersten Polarität des Signals I&sub1; multipliziert mit einer Größe in Beziehung steht, die auf eine Nachbildungsimpedanz Z&sub1; der ersten Zone bezogen ist, und ein zweites Haltesignals I&sub1;Z&sub1; erzeugt, das zu dem Signal I&sub1; multipliziert mit der Nachbildungsimpedanz Z&sub1; der ersten Zone in Beziehung steht, wobei das zweite Haltesignal die zweite Polarität aufweist, wenn die Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; nicht koinzident sind, und

(b) das Relaisausgangssignal aus dem zweiten Pegeldetektor (150) ein Auslösesignal PDI der ersten Zone aufweist, das anzeigt, daß in der vorbestimmten ersten Zone ein Fehler aufgetreten ist.

4. Schutzrelais nach Anspruch 3, das zusätzlich zum Erzeugen eines Sperrsignals PDB geeignet ist, wobei das Relais zusätzlich eine dritte Summierschaltung (110, 114), eine dritte Integratorschaltung (140) und einen dritten Pegeldetektor (142) aufweist, wobei:

(a) die Signale MI&sub1;ZT und I&sub1;ZT, die durch die Einrichtung (62) zum Vergleichen einer Koinzidenz der Signale Vpol und I&sub1;Z&sub1; erzeugt sind, der dritten Summierschaltung (110, 114) als ein drittes Haltesignal bzw. ein drittes Betriebssignal zugeführt sind, und

(b) das Relaisausgangssignal aus dem dritten Pegeldetektor (142) ein Sperrsignal PDB aufweist, das anzeigt, daß ein Fehler außerhalb der vorbestimmten Überreichweitenzone aufgetreten ist.

5. Schutzrelais nach Anspruch 4, wobei das Ausgangssignal aus der ersten Summierschaltung (108, 112) einem Eingang der dritten Summierschaltung (110, 114) als ein viertes Haltesignal zugeführt ist.

6. Schutzrelais nach Anspruch 5, wobei zusätzlich eine Einrichtung (70, 48, 50, 34) vorgesehen ist zum Erhöhen der Größe der Signale I&sub1;ZT, MI&sub1;ZT, I&sub1;Z&sub1; und V&sub1; von den ersten Pegeln auf zweite, höhere Pegel, wenn die Größe des Signals Vpol einen vorbestimmten Pegel überschreitet.

7. Schutzrelais nach Anspruch 6, wobei das Signal V&sub1; einem Eingang von jeder der ersten, zweiten und dritten Summierschaltung (112, 114, 116) als ein fünftes Haltesignal zugeführt ist.

8. Schutzrelais nach Anspruch 7, zusätzlich enthaltend:

(a) eine Einrichtung zum Erzeugen eines sechsten Haltesignals; und

(b) eine Einrichtung zum Zuführen des sechsten Haltesignals zu einem Eingang von jeder der ersten, zweiten und dritten Summierschaltung (110, 114, 108, 112, 116, 146) während fehlerfreier Zustände und zum Beseitigen des sechsten Haltesignals von den Eingängen, wenn in der dreiphasigen Energieübertragungsleitung ein Fehler auftritt.

9. Schutzrelais nach Anspruch 8, zusätzlich enthaltend:

(a) eine Einrichtung (134) zum Verzögern des Signals V&sub1; um eine vorbestimmte Größe,

(b) eine Einrichtung (136) zum Erzeugen eines Signals ΔV&sub1;, das im wesentlichen gleich dem Signal V&sub1; minus dem verzögerten Signals V&sub1; ist, und

(c) eine Einrichtung (138) zum Zuführen des Signals V&sub1; zu einem Eingang der dritten Summierschaltung (110, 114) als ein viertes Betriebssignal.

10. Schutzrelais nach Anspruch 9, zusätzlich enthaltend:

(a) eine Einrichtung (80, 84) zum Erzeugen eines Signals I&sub0;ZT, enthaltend ein Signal I&sub0;, das zu der Nullkomponente des Phasenstroms in Beziehung steht, multipliziert mit der Nachbildungsimpedanzgröße ZT, und

(b) eine Einrichtung (92, 94) zum Zuführen des Signals I&sub0;ZT zu einem Eingang der ersten Summierschaltung (108, 112) als ein siebentes Haltesignal.

11. Schutzrelais nach Anspruch 10, zusätzlich enthaltend:

(a) eine Einrichtung (78) zum Erzeugen eines Signals I&sub0;Z&sub1;, das das Signal I&sub0; multipliziert mit der Nachbildungsimpedanzgröße Z&sub1; aufweist, und

(b) eine Einrichtung (82, 86, 88, 90) zum Zuführen des Signals I&sub0;Z&sub1; zu einem Eingang der zweiten Summierschaltung (116, 146) als ein achtes Haltesignal.

12. Schutzrelais nach Anspruch 11, zusätzlich eine Einrichtung enthaltend zum Erzeugen eines fünften Betriebssignals, das beim Erzeugen des Signals PDB an einen Eingang der dritten Summierschaltung (110, 114) angelegt ist.

13. Schutzrelais nach Anspruch 12, zusätzlich enthaltend:

(a) eine Einrichtung zum Empfangen eines Außer-Tritt- Sperrsignals POSBR von einem Außer-Tritt-Sperrelais, und

(b) eine Einrichtung zum Zuführen des Signals POSBR zu einem Ausgang der zweiten Summierschaltung (116, 146) als ein neuntes Haltesignal.

14. Schutzrelais nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die oder jede Integratorschaltung (126, 148 oder 140) einen Operationsverstärker, der den Eingang und den Ausgang der Schaltungsanordnung bildet, und eine Rückführungsschaltung aufweist, die zwischen den Eingang und den Ausgang geschaltet ist, wobei die Rückführungsschaltung Widerstandsmittel und kapazitive Mittel aufweist, die elektrisch parallel geschaltet sind.