Schutzrelaisschaltanordnung für ein elektrisches Netz
Die Erfindung betrifft eine Schutzrelaisschaltanordnung für ein elektrisches Netz, bei Ider mittels Rechteckumformer die in einem Und-Glied nach ihren Phasen zu vergleichenden Grössen gebildet werden.
Schutzrelais, die mittels integrierenden Phasenvergleichs arbeiten, werden vor allem zum Schutz von elektrischen Netzen verwendet. Sie können beispielsweise als Distanzrelais ausgeführt sein, die mittels Richtungsvergleich unter Verwendung einer Trägerfrequenzübertragung für die Auslösekriterien arbeiten. Der Phasenvergleich erfolgt dabei in Und-Gliedern, denen Integrationsglieder und daran anschliessende Pegeldetektoren nachgeschaltet sind. Den Und-Gliedern werden ;dann die Ausgangssignale von Rechteckumformern zugeführt, die sehr empfindlich sind, um die Nulldurchgänge der jeweiligen Wechselgrössen genau zu erfassen. Bei den Wechselgrössen kann es sich um verschiedene Ströme oder Spannungen eines Drehstromnetzes sowie von aus diesen abgeleiteten Grössen handeln.
Die grosse Empfindlichkeit der Rechteckumformer hat jedoch zur Folge, dass nach Abschalten der zu schützenden Leitung bereits die auf den nicht abgeschirmten Leitungen von Strom- und Spannungswandlern in einer Anlage eingesteuerten Spannungen genügen, die Rechteckumformer voll auszusteuern. Dies kann zu Fehlleistungen führen, da die Phasenlage der eingestreuten Grössen zueinander unbestimmt ist.
Es ist bereits eine Einrichtung für die Ausführung eines Distanzmessverfahrens zur selektiven Erfassung von Störungen in elektrischen Netzen bekannt, bei der von den Strom- und Spannungswerten des Netzes mittels Wandlerschaltungen Eingangsgrössen abgeleitet werden, die von Rechteckumformern in Rechtecksignale umgeformt werden. In einem Und-Glied erfolgt dann der Phasenvergleich. Dem Und-Glied ist ein Integrationsglied und diesem wiederum ein Pegeldetektor nachgeschaltet, so dass bei Vorliegen eines vorgegebenen Bereiches der Phasenverschiebung zwischen den Rechteckimpulsen ein Auslösekommando an einen nachgeschalteten Leistungsschalter gegeben wird.
Weiter ist eine Erdschlussschutzeinrichtung für Mehrphasenleitungen bekannt, die mittels Trägerfrequenz arbeitet und bei der mittels Phasenvergleich arbeitende Richtungsglieder vorgesehen sind. Die Richtungsglieder werden im Fehlerfalle von einem Anregeglied freigegeben. Das Anregeglied ist relativ empfindlich eingestellt, um zuverlässig vor einer Freigabe der Schutzeinrichtung die Abgabe des Trägerfrequenzsignales von jeder Station sicherzustellen. Sein Ansprechwert ist somit kleiner als Ider Freigabewert der Schutzeinrichtung. Das Anregeglied ist dabei an eine Einrichtung angeschlossen, die in Abhängigkeit von einer vom Strom abgeleiteten Eingangsspannung eine gleichgerichtete Ausgangsgrösse mit geringer Welligkeit liefert.
Die zur Erzielung der geringen Welligkeit erforderliche Glättung ist jedoch nachteilig, da diese bei Wegfall Ider Anregebedingung eine Zeitverzögerung zur Folge hat. Ausserdem ist bei der bekannten Schaltung noch ein Freigabeglied vorgesehen, das von einer ungeglätteten Gleichspannung gespeist wird. Das Freigabeglied liefert somit rechteckförmige Ausgangssignale. Derartige impulsförmige Ausgangssignale sind aber nicht für eine logische Weiterverarbeitung geeignet, wie sie z. B. bei Distanzrelais auftritt, wo für die Abgabe eines auslösenden Ausgangssignales z. B.
die Anregebedingung, der Richtungsentscheid und die Distanzmessung vorliegen müssen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Schutzrelais, die mittels Integrationsphasenvergleich arbeiten, zu schaffen, von der bei Überschreiten eines vorgegebenen Freigabewertes ein ständiges Signal und unterhalb des Freigabewertes kein Signal abgegeben wird und bei der ausserdem im Falle eines Wegfalles der Freigabebedingung das Signal sehr schnell verschwindet. Ein sehr schnelles Verschwinden des Signales ist wünschenswert, da gerade bei Abschaltvorgängen Störimpulse auftreten, die u. U. noch zu einem nachträglichen Ansprechen eines Schutzrelais führen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Freigabeschaltanordnung vorgesehen ist, die von einer gleichgerichteten, ungeglätteten Wechselgrösse gespeist wird, dass die Freigabeschaltanordnung eine erste Schwellenwertstufe besitzt, deren Ansprechwert auf den Freigabewert der Schutzrelaisschaltanordnung eingestellt ist und deren Impulse mittels einer Impulsverlängerungsstufe praktisch um eine halbe Periode verlängert werden, dass die Freigabeschaltanordnung eine zweite Schwellenwertstufe Ibesitzt, deren Ansprechwert kleiner ist als -der Freigabewert und deren Impulse mittels einer weiteren Impulsverlängerungsstufe kleiner als eine halbe Periode gemacht werden und dass die Ausgänge der Schwellenwertstufen über die Impulsverlängerungsstufen mit Eingängen des Und-Gliedes verbunden sind.
Mit dieser Lösung ergibt sich einerseits ein konstantes Signal bei vorliegender Freigabebedingung und anderseits eine kurze Rückfallzeit bei Wegfall derselben.
Im folgenden soll .die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, aus Idem sich nähere Einzelheiten sowie auch weitere Vorteile ergeben.
In ender Figur ist ein Teil eines Schutzrelais zur Durchführung von Distanzmessungen schematisch dargestellt.
Es handelt sich dabei um ein Distanzmessteil. Dieses Distanzmessteil ist wie bei dem vorstehend erwähnten, bekannten Distanzrelais ausgeführt. Die Messung der Distanz erfolgt mittels Phasenvergleich für Impulse einer z. B. positiven Polarität.
Von einem nicht dargestellten Netz werden dem Distanzmessteil über Klemmen 1, 2 die Spannung U und über Klemmen 3, 4 der Strom I zugeführt. Die Klemmen 1 bis 4 sind mit einer Wandlerschaltung 7 verbunden, in der aus U und I ,die für eine Distanzmessung mittels Phasenvergleich benötigten Eingangsgrössen gebildet werden. Diese Eingangsgrössen werden den Rechteck umformer 9, 10 zugeführt, die die sinusförmigen Eingangsgrössen in Rechtecksignale umformen. Den Rechteckumformern 9, 10 ist ein Und-Glied nachgeschaltet, an das sich ein Integrationsglied 14 anschliesst, dessen Ausgang mit einem Pegeldetektor 17 verbunden ist.
Dem Pegeldetektor 17 folgt eine Impulsverlängerungsstufe 20 nach, deren Verlängerungsteil entsprechend der Periode des Stromes I bzw. der Spannung U Ides überwachten Netzes gewählt ist, so dass bei Überschreiten des Ansprechwertes des Pegeldetektors 17 dessen Ausgangssignale auf jeweils mindestens eine halbe Periode verlängert werden. Die am Ausgang 21 der Impulsverlänge- rungsstufe 20 anliegenden Signale werden mit weiteren Signalen des Distanzrelais logisch verknüpft. Bei den weiteren Signalen kann es sich z. B. um Signale von einem Distanzmessteil für den Phasenvergleich von Impulsen entgegengesetzter, z. B. negativer Polarität, sowie um Signale von Anregegliedern, Richtungsgliedern und weiteren Impedanzmessstufen handeln.
Es erübrigt sich, jedoch auf die bekannten Zusammenhänge bei der Erläuterung der vorliegenden Erfindung einzugehen.
Die Rechteckumformer 9, 10 sind sehr empfindlich, um die Nulldurchgänge ,der Eingangsgrössen genau zu erfassen. Dies bedingt jedenfalls eine grosse Empfindlichkeit gegenüber Störimpulsen. Sofern der überwachte Netzteil bzw. die überwachte Leitung eingeschaltet ist und damit Strom führt, wirkt sich dies allerdings nicht störend aus, da die betriebsmässig auftretenden Ströme und Spannungen gross gegenüber den Störeinflüssen sind. Bei abgeschalteter Leitung können sich jedoch die Störimpulse auswirken und die Rechteckumformer 9, 10 ansteuern. Die Störimpulse treten vor allem bei Schaltvorgängen im Netz auf. Ihre Phasenlage ist unbestimmt.
Zur Vermeidung von Störeinflüssen ist eine Freigabeschaltung vorgesehen, die von einer gleichgerichteten, dem Strom I proportionalen Wechselgrösse gespeist wird. Die Freigabeschaltung besitzt eine erste Schwellwertstufe 15, ,deren Ansprechwert auf den Freigabewert des Schutzrelais z. B. 0,5 IN eingestellt ist. Die von der Schwellwertstufe 15 abgegebenen Impulse werden um etwa eine halbe Periode mittels einer 15 nachgeschalteten Impulsveriängerungsstufe 18 verlängert. Für eine Netzfrequenz von 50 Hz beträgt diese Verlängerung somit etwa 10 Millisekunden. Bei Überschreiten des Freigabewertes von 0,5 IN ergibt sich daher am Ausgang von 18 ein Dauersignal, das nach Unterschreiten des Freigabewertes nach 10 Millisekunden verschwindet.
Da bei einer Distanzmessung mittels Phasenvergleich eine Integrationszeit für die Ermittlung ides Messergebnisses von weniger als 10 Millisekunden vorliegt, ist die erwähnte Verzögerungszeit zu gross, um in jedem Fall ein Fehlansprechen des Schutzrelais auszuschliessen. Die Freigabeschaltung besitzt daher eine zweite Schwelle wertstufe 16, ,deren Ansprechwert z. B. 0,1 IN kleiner ist als der Freigabewert und Ideren Impulsverlängerung kürzer als eine halbe Periode gewählt wind. Die mittels einer Impulsverlängerungsstufe 19 einstellbare Impulsverlängerung ist zweckmässigerweise derart,gewählt, dass am Ausgang von 19 bei Erreichen des Ansprechwertes Ider Schwellwertstufe 15 - also bei Erreichen Ides Freigabewertes - ebenfalls ein Dauersignal ansteht.
Da jedoch der Ansprechwert der Schwellwertstufe 16 erheblich niedriger liegt, braucht die Impulsverlängerung nur etwa 1 Millisekunde zu betragen. Es ergibt sich somit am Ausgang von 19 bei Überschreiten des Ansprechwertes von 15 ein Dauersignal, während bei zwischen den Ansprechwerten von 15 und 16 liegenden Eingangswechselgrössen am Ausgang von 19 Rechtecksignale anstehen. Wird der Ansprechwert von 16 nicht erreicht, tritt am Ausgang von 19 kein Signal auf. Ausserdem verschwindet wegen der geringeren Impulsverlängerung durch die Stufe 19 das Ausgangssignal bei Unterschreiten des Schwellwertes schneller als Idasjenige der Stufe 18.
Die Ausgänge der Schwellwertstufen 15, 16 sind mit Eingängen des Und-Gliedes 13 verbunden. Die Eingänge von 15, 16 sind an einen Widerstand 12 angeschlossen, der in der Diagonalen einer Gleichrichterbrücke 11 liegt Die andere Diagonale der Brücke 11 ist mit einer Wandlerschaltung 8 verbunden, Idie über Klemmen 5, 6 vom Strom I gespeist wird.
Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Wird ,der Freigabewert von 0,5 IN überschritten, so liegen an den Ausgängen der Impulsverlängernngs- stufen 18, 19 Dauersignale an, und es kann mittels des Und-Gliedes 13 sowie ,des Integrationsgliedes 14 und des Pegeldetektors 17 eine Phasenvergleichsmessung für eine Polarität der von Iden Rechteckumformern 9, 10 gelieferten Impulse in an sich bekannter Weise ausgeführt wer ,den. Eingestreute Impulse stören in diesem Fall praktisch nicht, da sie klein gegenüber den Grössen U, I des Netzes sind. Ist der Strom I kleiner als der Freigabewert von 0,5 IN, so liegt zumindest am Ausgang von 18 kein Signal vor. Das Und-Glied 13 ist damit gesperrt.
Störimpulse können sich also nicht auswirken. Weiter ist durch das Sperren des Und-Gliedes 13 eine Rückstellung des Integrationsgliedes 14 auf den Ausgangs zustand sichergestellt. Bei einem Übergang des Stromes I von einem Wert grösser als 0,5 IN auf einen Wert kleiner als 0,5 IN liefert zwar die Impulsverlängerungsstufe 18 noch für etwa 10 Millisekunden ein Signal, jedoch verschwintdet,dann das Ausgangssignal von 19 wegen der geringeren Verzögerungszeit sehr viel schneller. Damit ist ein schneller Wegfall der durch 13 gegebenen Und-Bedingung und eine schnelle Rückstellung des Integrationsgliedes 14 sichergestellt. Störimpulse können sich also auch bei Schaltvorgängen praktisch nicht mehr auf die jeweilige Distanzmessung und weiter auf die ordnungsgemässe Funktion des jeweiligen Schutzrelais auswirken.
Die Ausgangssignale der beschriebenen Freigabeschaltung können in entsprechender Weise auch weiteren Teilen eines Schutzrelais, z.B. weiteren Distanzmessgliedern, sowie Richtungsmessgliedern zugeführt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere d,arin, dass eine Schaltungsanordnung für Schutzrelais geschaffen wurde, die beim Überschreiten eines vorgegebenen Freigabewertes ein ständiges Signal und unterhalb des Freigabewertes kein Signal abgibt und bei der ausserdem im Falle eines Wegfalles der Freigabebedingung das Signal sehr schnell verschwindet.
Protection relay switching arrangement for an electrical network
The invention relates to a protective relay switching arrangement for an electrical network, in the case of which by means of square-wave converters which are formed in an AND element according to their phases to be compared.
Protection relays that work by means of integrated phase comparison are mainly used to protect electrical networks. For example, they can be designed as distance relays that work by means of direction comparison using a carrier frequency transmission for the triggering criteria. The phase comparison takes place in AND elements, which are followed by integration elements and subsequent level detectors. The AND elements are then fed with the output signals from square-wave converters, which are very sensitive in order to accurately detect the zero crossings of the respective alternating quantities. The alternating variables can be different currents or voltages of a three-phase network as well as variables derived from these.
However, the high sensitivity of the square converters means that after the line to be protected has been switched off, the voltages applied to the unshielded lines of current and voltage transformers in a system are sufficient to fully control the square converters. This can lead to errors, since the phase relationship of the interspersed variables is indeterminate.
A device is already known for carrying out a distance measuring method for the selective detection of disturbances in electrical networks, in which input quantities are derived from the current and voltage values of the network by means of converter circuits, which are converted into square-wave signals by square-wave converters. The phase comparison then takes place in an AND element. An integration element is connected downstream of the AND element, and a level detector is connected downstream of it, so that if a predetermined range of phase shift is present between the rectangular pulses, a trip command is given to a downstream circuit breaker.
Furthermore, a ground fault protection device for multi-phase lines is known which operates by means of a carrier frequency and in which directional elements operating by means of phase comparison are provided. In the event of a fault, the directional elements are released by an exciter. The excitation element is set to be relatively sensitive in order to reliably ensure that the carrier frequency signal is emitted from each station before the protective device is released. Its response value is therefore smaller than the release value of the protective device. The excitation element is connected to a device which, as a function of an input voltage derived from the current, supplies a rectified output variable with low ripple.
The smoothing required to achieve the low ripple is disadvantageous, however, since this results in a time delay if the excitation condition is no longer applicable. In addition, an enabling element is also provided in the known circuit, which is fed by an unsmoothed DC voltage. The release element thus supplies square-wave output signals. However, such pulse-shaped output signals are not suitable for further logical processing as they are, for. B. occurs with distance relay, where for the delivery of a triggering output signal z. B.
the excitation condition, the direction decision and the distance measurement must be present.
The invention is therefore based on the object of creating a circuit arrangement for protective relays that work by means of integration phase comparison, of which a constant signal is emitted when a predetermined release value is exceeded and no signal is emitted below the release value and in which, in addition, if the release condition no longer applies Signal disappears very quickly. A very rapid disappearance of the signal is desirable, as glitches occur precisely during shutdown processes, which u. U. can still lead to a subsequent response of a protective relay.
According to the invention, this object is achieved in that a release switching arrangement is provided which is fed by a rectified, unsmoothed alternating variable, that the release switching arrangement has a first threshold value stage, the response value of which is set to the release value of the protective relay switching arrangement and the pulses of which are practically half a value by means of a pulse lengthening stage Period are extended so that the release switching arrangement has a second threshold value stage I, the response value of which is smaller than the release value and whose pulses are made smaller than half a period by means of a further pulse extension stage and that the outputs of the threshold value stages are connected to the inputs of the AND element via the pulse extension stages are.
With this solution, on the one hand, a constant signal results when the release condition is present and, on the other hand, a short fallback time when the same is no longer applicable.
In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure, from which further details and also further advantages result.
In the end figure, a part of a protective relay for performing distance measurements is shown schematically.
It is a distance measuring part. This distance measuring part is designed as in the known distance relay mentioned above. The distance is measured by phase comparison for pulses from a z. B. positive polarity.
The voltage U is supplied to the distance measuring part via terminals 1, 2 and the current I via terminals 3, 4 from a network (not shown). Terminals 1 to 4 are connected to a converter circuit 7 in which U and I are used to form the input variables required for a distance measurement by means of phase comparison. These input quantities are fed to the square-wave converters 9, 10, which convert the sinusoidal input quantities into square-wave signals. The rectangular converters 9, 10 are followed by an AND element, to which an integration element 14 is connected, the output of which is connected to a level detector 17.
The level detector 17 is followed by a pulse lengthening stage 20, the lengthening part of which is selected according to the period of the current I or the voltage U Ides of the monitored network, so that when the response value of the level detector 17 is exceeded, its output signals are lengthened to at least half a period. The signals present at the output 21 of the pulse lengthening stage 20 are logically linked with other signals from the distance relay. The other signals can be, for. B. to signals from a distance measuring part for the phase comparison of pulses opposite, z. B. negative polarity, as well as signals from excitation members, directional members and other impedance measuring stages.
However, it is unnecessary to go into the known relationships when explaining the present invention.
The square-wave converters 9, 10 are very sensitive in order to precisely detect the zero crossings of the input variables. In any case, this requires great sensitivity to interference pulses. If the monitored power supply unit or the monitored line is switched on and thus carries current, this does not have a disruptive effect, however, since the currents and voltages that occur during operation are large compared to the interference. When the line is switched off, however, the interference pulses can have an effect and trigger the square-wave converters 9, 10. The interference pulses occur mainly during switching processes in the network. Their phase position is indeterminate.
In order to avoid interference, an enable circuit is provided which is fed by a rectified alternating variable proportional to the current I. The release circuit has a first threshold level 15, whose response value is set to the release value of the protective relay z. B. 0.5 IN is set. The pulses emitted by the threshold value stage 15 are lengthened by approximately half a period by means of a pulse lengthening stage 18 connected downstream. For a mains frequency of 50 Hz, this extension is therefore around 10 milliseconds. When the release value of 0.5 IN is exceeded, there is therefore a continuous signal at the output of 18, which disappears after 10 milliseconds after the release value is fallen below.
Since an integration time for determining the measurement result of less than 10 milliseconds is available for a distance measurement by means of phase comparison, the delay time mentioned is too long to rule out a false response of the protective relay in any case. The release circuit therefore has a second threshold value stage 16, whose response value z. B. 0.1 IN is smaller than the release value and selected pulse lengthening shorter than half a period. The pulse lengthening, which can be set by means of a pulse lengthening stage 19, is expediently selected in such a way that a continuous signal is also present at the output of 19 when the response value Ider threshold level 15 is reached, i.e. when I the release value is reached.
However, since the response value of the threshold level 16 is considerably lower, the pulse lengthening only needs to be about 1 millisecond. There is thus a continuous signal at the output of 19 when the response value of 15 is exceeded, while square-wave signals are present at the output of 19 when the input change values lie between the response values of 15 and 16. If the response value of 16 is not reached, there is no signal at the output of 19. In addition, because of the lower pulse lengthening by stage 19, the output signal disappears faster than that of stage 18 when the threshold value is undershot.
The outputs of the threshold stages 15, 16 are connected to inputs of the AND element 13. The inputs of 15, 16 are connected to a resistor 12 which is in the diagonal of a rectifier bridge 11. The other diagonal of the bridge 11 is connected to a converter circuit 8, which is fed with the current I via terminals 5, 6.
The circuit arrangement described works as follows: If the release value of 0.5 IN is exceeded, there are continuous signals at the outputs of the pulse lengthening stages 18, 19, and it can be done by means of the AND element 13 and the integration element 14 and the level detector 17 a phase comparison measurement for a polarity of the pulses supplied by Iden rectangular converters 9, 10 is carried out in a manner known per se who. In this case, interspersed pulses practically do not interfere, since they are small compared to the variables U, I of the network. If the current I is less than the release value of 0.5 IN, then there is no signal at least at the output of 18. The AND element 13 is blocked.
Interfering impulses cannot have any effect. Next, by locking the AND element 13, a return of the integration element 14 to the initial state is ensured. When the current I changes from a value greater than 0.5 IN to a value less than 0.5 IN, the pulse lengthening stage 18 delivers a signal for about 10 milliseconds, but then the output signal of 19 disappears because of the shorter delay time much faster. This ensures a quick elimination of the AND condition given by 13 and a quick resetting of the integration element 14. Interference pulses can therefore practically no longer have any effect on the respective distance measurement or on the proper functioning of the respective protective relay, even during switching processes.
The output signals of the release circuit described can also be used in a corresponding manner in other parts of a protective relay, e.g. further distance measuring elements, as well as direction measuring elements are fed.
The advantages achieved with the invention consist in particular that a circuit arrangement for protective relays has been created which emits a constant signal when a predetermined release value is exceeded and no signal below the release value and which also emits the signal very quickly if the release condition is no longer applicable disappears.