DE4135425C2 - Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen eines Fehlers in elektrischen Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen eines Fehlers in elektrischen Leitungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Signalgeber bekannt, die in einigen Metern Entfernung von elektrischen Leitungen angeordnet werden und mit einem Auf­ blinken einen Fehler oder Fehldurchgang melden, indem sie mit einer Spule versehen sind, die von einem Fehler in der Leitung verursachte Magnetfeldänderungen erkennen kann. Es besteht kei­ ne körperliche Verbindung zwischen dem Signalgeber und der Lei­ tung.

Bekannte Signalgeber lassen jedoch nicht erkennen, ob es sich um einen ernsthaften oder vorübergehenden Fehler, um eine wirk­ liche Unterbrechung oder nur um eine übliche Erscheinung han­ delt, die z. B. auf die magnetisierenden und kapazitiven Effekte des Einspeisungsanschlusses zurückgeht. Die bekannten Signalge­ ber passen sich auch nicht den verschiedenen Leitungen und ih­ ren spezifischen Eigenschaften an.

Diese Mängel bewirken wiederum, daß das Betriebspersonal nicht ausgela­ stet ist und daß lange Wartezeiten bis zur Wiederherstellung der Energiever­ sorgung bzw. bei der Ortung und Bewertung des Fehlers auftreten.

Aus der DE 31 26 045 A1 ist ein Kurzschlußrichtungsanzeiger bekannt, mit dessen Hilfe Fehler in elektrischen Leitungen festgestellt und angezeigt wer­ den können. Der bekannte Kurzschlußrichtungsanzeiger umfaßt einen ka­ pazitiven Sensor und einen induktiven Sensor zur Erfassung eines elektri­ schen bzw. magnetischen Feldes sowie eine Anordnung von logischen Schaltkreisen und einen Zeitbegrenzer sowie einen elektrischen Blinkkreis. Mit Hilfe des bekannten Kurzschlußrichtungsanzeigers kann bei zweiseitig eingespeisten Hochspannungsleitungen in Drehstromnetzen im Kurzschluß­ fall angezeigt werden, auf welcher der beiden einspeisenden Seiten der Meßstelle der Kurzschluß aufgetreten ist.

Aus der US 4 731 586 ist ein Gerät zur Anzeige von Störungen in Starkstromleitungen bekannt, das Sensoren für das elektromagnetische Feld zum Ermitteln der von den Störungen verursachten Breitband-Hochfrequen­ zen sowie logische Schaltkreise umfaßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in elektri­ schen Leitungen auftretende Fehler oder Fehldurchgänge meldenden Signal­ geber anzugeben, der zusätzlich erkennt, ob es sich jeweils um einen ernst­ haften, bleibenden oder einen vorübergehenden Fehler, d. h. um eine wirkli­ che Unterbrechung oder nur um eine übliche kurzfristige Erscheinung han­ delt, wie sie beispielsweise beim Anschluß der Einspeisung auftreten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Feststellen und An­ zeigen eines Fehlers in elektrischen Leitungen mit den Merkmalen des An­ spruches 1 vorgeschlagen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Signalgebers,

Fig. 2 bis 7 sind kartesische Darstellungen von verschiedenen Verhal­ tensweisen des Signalgebers nach Fig. 1, abhängend von den Variablen, wie Stromstärke i, Spannung v und Zeit t der Lei­ tung. In diese Dar­ stellungen sind Zeitverschiebungen t eingearbei­ tet, um die Verständlichkeit der Arbeitsweise zu vereinfachen.

Die Schaltkreise des Signalgebers befinden sich in einem Gehäu­ se, das in einer Entfernung h von den Leitern einer elektri­ schen Leitung aufgestellt wird. Normalerweise handelt es sich um dreiphasige Leitungen mittlerer Spannung.

Die Unterstation, von der die elektrische Leitung abgeht und kontrolliert wird, kann Umspanner mit Erdanschluß aufweisen, so daß bei Fehlern gleichpolige Ströme fließen, sowie die notwen­ digen Mittel, um die Leitung an das Gesamtnetz anschließen oder sie sperren zu können. Der elektrische Stromdurchgang durch die Leitungen erzeugt eine Resultante des magnetischen Feldes M und eine Resultante des elektrischen Feldes E.

Im Prinzip kann man annehmen, daß die Leitungen zueinander aus­ geglichen bzw. gleich belastet und die Resultierenden des je­ weiligen Feldes gleich Null sind. In der Praxis gibt es unaus­ geglichene Leitungen, was man jedoch als normal betrachten kann und im Gerät nach der Erfindung berücksichtigt ist.

Gemäß Fig. 1 erfaßt die Spule 1 mittels ihres Kerns die Resul­ tierende des Magnetfeldes M, wobei mehrere Anschlüsse 2 vorge­ sehen sein können, um verschiedene Empfindlichkeiten einzustel­ len.

Das in der Spule 1 induzierte Spannungssignal wird einem Ver­ stärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor oder automatischer Steuerung des Verstärkungsfaktors und nach seiner Verstärkung einem ersten Schwellwertdetektor 4 für das Magnetfeld zuge­ führt.

Zwischen dem Verstärker 3 und dem ersten Schwellwertdetektor 4 oder Komparator kann ein Schwellwertregler 5 angeordnet sein, der das Gerät an verschiedene Bedingungen anpaßt.

Ferner ist eine Antenne 6 vorgesehen, die in das Gehäuse einge­ baut werden kann und das elektrische Feld E erfaßt. Ihr Aus­ gangssignal wird einem Verstärker 7 zugeführt, dessen Ausgangs­ signal an einem zweiten Schwellwertdetektor 8 für die Spannung anliegt.

Entsprechend Fig. 1 enthält das Gerät:

• a) einen ersten logischen UND = Y-Schaltkreis (UND-Gatter) 9, dessen Eingänge durch die Ausgänge des ersten und zweiten Schwellwertdetektors 4, 8 gebildet sind, und dessen Ausgang im verzögerten Fall zum Eingang eines Retarders = delay 10 ge­ langt, der die ihm zugetragene Information für eine bestimmte Zeit speichert;
• b) einen Inverter 11, dessen Eingangssignal dem Ausgangssignal des zweiten Schwellwertdetektors 8 entspricht;
• c) einen zweiten logischen UND = Y-Schaltkreis (UND-Gatter) 12, dessen Eingangssignale durch die Ausgangssignale des Retarders = delay 10 und des Inverters 11 gebildet sind und dessen Aus­ gang einen der Eingänge s einer Kippschaltung 13 bildet, wobei deren Ausgang den Eingang einer Blitz- oder Blink-Erzeuger­ schaltung 14 bildet;
• d) einen dritten logischen UND = Y-Schaltkreis (UND-Gatter) 15, dessen Eingänge durch die Ausgänge des zweiten Schwellwertde­ tektors 8 und der Kippschaltung 13 gebildet sind, und dessen Ausgang über einen Umschalter 16 mit zwei Positionen an einen ersten Zeitbegrenzer 17 geführt ist, der z. B. 10 sec. lang das Eingangssignal an seinem Ausgang aufrechterhält, wobei dieser Ausgang einen Eingang eines logischen ODER-Schaltkreises (ODER- Gatter) 19 bildet, dessen Ausgang der andere Eingang der Kipp­ schaltung 13 ist;
• e) einen zweiten Zeitbegrenzer (Verzögerungsglied) 18 für z. B. 5 Stunden, dem als Eingangssignal das Ausgangssignal der Kipp­ schaltung 13 anliegt und dessen Ausgangssignal den anderen Ein­ gang des ODER-Gatters 19 bildet.

In den nachfolgend beschriebenen Funktionsbeispielen des Gerä­ tes ist berücksichtigt, daß das Abschalten in der Transforma­ torstation (Umspannwerk) nach einer bestimmten Zeit t₁ erfolgt, nachdem der Fehler aufgetreten ist.

I - (Fig. 2) - Wenn die Leitung mit normaler Last in Betrieb gesetzt wird, stellt sich eine vorübergehende Erhöhung der Stromstärke i und eine Spannung v ein, wodurch das erste UND- Gatter 9 aktiviert wird. Da aber die Spannung v weiterhin an­ dauert und der Ausgang des Inverters 11 und auch der Ausgang des zweiten UND-Gatters 12 gleich Null ist, entsteht keine Blinkanzeige d.

II - (Fig. 3) - Die Kupplung oder Sperrung wird manuell vorge­ nommen, wenn eine Fehlfunktion in der Leitung besteht, wodurch der erste UND-Schaltkreis 9 aktiviert wird. Da die Spannung v verschwindet, wird, während die Information in der Verzöge­ rungsschaltung 10 gespeichert wird, der Inverter 11 betätigt, so daß auch der zweite UND-Schaltkreis 12 aktiviert und damit über die Kippschaltung 13 die Blinkschaltung 14 mit dem Blink­ signal d anspricht.

Der dritte UND-Schaltkreis 15 wird nicht aktiviert, da keine Spannung vorhanden ist; daher verändert die Kippschaltung 13 auch nicht ihre das Blinken d bzw. die Blinkschaltung 14 ab­ stellende Ausgangsposition, bis der Ausgang des zweiten Zeitbe­ grenzers 18 aktiviert wird, d. h. nach 5 Stunden.

III - (Fig. 4) - Wenn ein vorübergehender oder kurzzeitiger Fehler auftritt, der länger andauert als ein voreingestellter Schwellwert, wird entsprechend Absatz I) das Blinken d ausge­ löst. Sobald jedoch der Fehldurchgang (Fehler) beendet ist und der Anschluß wieder besteht, treten wieder Stromstärke i und Spannung v in der Leitung auf, so daß der dritte UND-Schalt­ kreis 15 und mit ihm der erste Zeitbegrenzer 17 aktiviert wird, der nach 10 sec. die Kippschaltung 13 anstößt, wodurch das Blinken d erlischt.

IV - (Fig. 5) - Wird ein vorübergehender oder kurzzeitiger Feh­ ler vom Informationssystem der Umspannstation (Unterwerk) oder der Zentralstation festgestellt, der geortet werden soll, so wird der Umschalter 16 von Position a auf Position b gestellt. Entsprechend Absatz III) bleibt der logische ODER-Schaltkreis 19 (ODER-Gatter) inaktiviert, bis der Ausgang des zweiten Zeitbe­ grenzers 18 aktiviert wird, so daß das Blinken d 5 Stunden lang eingeschaltet bleibt.

V - (Fig. 6) - Wenn ein Fehler auftritt, der seinen Eigenschaf­ ten nach als permanent angesehen werden kann, nachdem am Ur­ sprungsort mehrfach neu eingeschaltet worden ist und der Fehler wiederholt Unterbrechungen hervorruft, so ist mit dem zugehöri­ gen Zeitverbrauch des Wiedereinschaltens und des Abschaltens und mit der Zeiteinstellung von 10 sec. der Ausgang des ersten Zeitbegrenzers 17 permanent Null, so daß der ODER-Schaltkreis 19 nur durch den Ausgang des zweiten Zeitbegrenzers 18 akti­ viert wird.

VI - (Fig. 7) - Im Falle eines vorübergehenden Leitungsfehlers, der nicht solange andauert bis die Schutzabschaltung am Ur­ sprungsort (Spannungsquelle) anspricht, kommt es folglich nicht zur Abschaltung und zu keinem Spannungsabfall v, so daß der er­ ste UND-Schaltkreis 9 nicht aktiviert wird und auch kein Blin­ ken d eingeschaltet wird.

Die Schaltkreise können durch eine Lithiumbatterie mit einer Kapazität von 30 Ah gespeist werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen eines Fehlers in elektrischen Leitungen, mit gegenüber Feldstärkeänderungen von Magnetfeldern und elektrischen Feldern sensiblen, elek­ trischen Schaltungsmitteln (1-3 bzw. 6, 7), die an eine An­ ordnung miteinander verbundener logischer Schaltkreise und Zeitbegrenzer angeschlossen sind, deren Ausgangssignale eine elektrische Anzeige (14) aktivieren, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Anordnung miteinander verbundener logischer Schaltkreise und Zeitbegrenzer zusammensetzt aus:

• a) einem ersten UND-Schaltkreis (9), dessen Eingänge die Ausgänge eines ersten und zweiten Schwellwertdetektors (4, 8) sind und dessen Ausgang an einem die Information für eine vorgegebene Zeit lang speichernden Verzögerer (10) anliegt;
• b) einem Inverter (11), dem der Ausgang des zweiten Schwell­ wertdetektors (8) als Eingang anliegt;
• c) einem zweiten UND-Schaltkreis (12), dessen Eingangssigna­ le die Ausgangssignale des Verzögerers (10) und des Inver­ ters (11) bilden und dessen Ausgang einen der Eingänge einer Kippschaltung (13) bildet, wobei deren Ausgang einer die Anzeige steuernden Schaltung (14) als Eingang anliegt;
• d) einem dritten UND-Schaltkreis (15), dessen Eingänge durch die Ausgänge des zweiten Schwellwertdetektors (8) und der Kippschaltung (13) gebildet sind und dessen Ausgang mittels eines Umschalters (16) mit zwei Positionen (a, b) an den Eingang eines ersten Zeitbegrenzers (17) ange­ schlossen ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Zeit­ begrenzers (17) einen Eingang eines ODER-Schaltkreises (19) bildet, dessen Ausgang den zweiten Eingang der Kipp­ schaltung (13) bildet; und
• e) einem zweiten Zeitbegrenzer (18), dessen Eingang mit dem Ausgang der Kippschaltung (13) und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des ODER-Schaltkreises (19) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Steuerung der elektrischen Anzeige eine Blinklichterzeugerschaltung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die gegenüber Feldstärkeänderungen von Magnet­ feldern sensiblen, elektrischen Schaltungsmittel eine Reihen­ schaltung einer Spule (1) mit mehreren Anschlüssen (2), eines Verstärkers (3) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, eines Schwellwertreglers (5) und des ersten Schwellwertde­ tektors (4) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die gegenüber Feldstärkeänderungen von elektrischen Feldern sensiblen, elektrischen Schaltungs­ mittel eine Reihenschaltung mit einer Antenne (6), einem Verstärker (7) und dem zweiten Schwellwertdetektor (8) auf­ weisen.