DE1146573B

DE1146573B - Distance protection device with a large reserve for arcing resistors

Info

Publication number: DE1146573B
Application number: DEL37985A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Halama
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-01-19
Filing date: 1961-01-19
Publication date: 1963-04-04
Also published as: CH398761A

Description

Distanzschutzeinrichtung mit großer Reserve für Lichtbogenwiderstände Die Grundform des Distanzrelais stellt das reine Impedanzrelais dar, dessen Kippimpedanz unabhängig von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist und dessen Ortskurve also ein in Fig. 1 der Zeichnung dargestellter Kreis mit dem Koordinatenursprung als Mittelpunkt ist. Der Vektor Z stellt dabei die Impedanz für einen metallischen Kurzschluß innerhalb der zu schützenden Leitungsstrecke dar. Überschreitet der Vektor Z die Kippimpedanz ZK, kommt keine direkte Auslösung mehr zustande. Lichtbogenwiderstände, die bekanntlich fast rein ohmscher Natur sind, fälschen die Impedanzmessung, wenn sie größer sind als die Lichtbogenreserve RL, die durch den Abstand von der Peripherie des Kreises in ohmscher Richtung gegeben ist. Für die Kippimpedanz ZK ist die Lichtbogenreserve RL gleich Null.Distance protection device with a large reserve for arc resistance The basic form of the distance relay is the pure impedance relay, its breakover impedance is independent of the phase shift between current and voltage and its Locus thus a circle shown in Fig. 1 of the drawing with the origin of coordinates as the center. The vector Z represents the impedance for a metallic one Short circuit within the line to be protected. If the vector exceeds Z is the breakover impedance ZK, there is no longer any direct tripping. Arc resistors, which are known to be almost purely ohmic in nature, falsify the impedance measurement if they are greater than the arc reserve RL, which is determined by the distance from the periphery of the circle is given in the ohmic direction. The arc reserve is for the breakover impedance ZK RL equal to zero.

Um größere Lichtbogenreserve insbesondere für den Kippunkt zu erzielen, ist es üblich geworden, den Kreis, wie in Fig.2 der Zeichnung dargestellt, in Richtung der R-Achse so weit zu verschieben, daß sich für den Kippunkt noch eine Lichtbogenreserve von etwa 63 °/o des Ortskurvenradius ergibt. Die Kuppe eines solchen in Fig.2 dargestellten Mischimpedanzkreises beträgt dabei 5 °/o des Ortskurvenradius.In order to achieve a greater arc reserve, especially for the tipping point, it has become customary to move the circle, as shown in Fig. 2 of the drawing, in the direction to move the R-axis so far that there is still an arc reserve for the tipping point of about 63% of the radius of the locus. The top of such a one shown in Fig.2 The mixed impedance circle is 5% of the radius of the locus.

Es ist weiter bekannt, die Lichtbogenreserve insbesondere für kurze Leitungen dadurch zu erhöhen, daß man zwei Meßrelaisschaltungen verwendet, von denen die eine ein reines Reaktanzrelais, die andere ein Impedanz-, Mischimpedanz- oder Konduktanzrelais enthält. Fig. 3 zeigt als Beispiel die Kennlinien eines Reaktanzrelais und eines Konduktanzrelais; die Charakteristik des Reaktanzrelais XK = const begrenzt den direkten Aulösebereich in X-Richtung, der Konduktanzkreis begrenzt in R-Richtung. Dieses Prinzip führt zu relativ großen Lichtbogenreserven, allerdings mit dem hohen Aufwand zweier vollständiger Meßschaltungen.It is also known to increase the arc reserve, especially for short lines, by using two measuring relay circuits, one of which contains a pure reactance relay, the other an impedance, mixed impedance or conductance relay. 3 shows, as an example, the characteristics of a reactance relay and a conductance relay; the characteristic of the reactance relay XK = const limits the direct release range in the X-direction, the conductance circuit limits in the R-direction. This principle leads to relatively large arc reserves, but with the high expenditure of two complete measuring circuits.

Bekannt ist es ferner, die Distanzmessung auf einen Phasenvergleich zurückzuführen, indem man von den beiden Grundgrößen Strom und Spannung in geeigneter Weise zwei Spannungen U1 und U2 ableitet, die ganz allgemein den Vektorgleichungen U1 = k1 . U +. ZR, . J U2=k2- U+ZR2-J gehorchen. Die Vergleichsschaltung spricht an, wenn der Phasenverschiebungswinkel i.12 zwischen den beiden Spannungen U1 und U2 kleiner als 90° ist. Dabei wählt man k2 = -k1 und erhält als Ortskurve einen Kreis, der je nach Wahl der Parameter Zn, und ZR2 eine verschiedene Lage hat. ZR, und ZR, stellen Referenz-Impedanzen dar, die gleichen Innenwinkel 3 haben. Für ZR, = ZR2 ergibt sich ein in Fig. 4 dargestellter reiner Impedanzkreis mit dem Koordinatenursprung als Mittelpunkt. In Fig. 5 ist ein allgemein verschobener Kreis mit ZR2> ZR, dargestellt und in Fig. 6 für den Fall ZR, = 0 eine in der angloamerikanischen Relais-Literatur als »Mho-Kreis« bekannte Ortskurve. Die Verschiebung der Kreise erfolgt dabei längs einer um den Innenwinkel ö gegenüber der R-Achse geneigten Geraden. Ändert man nun, wie auch bereits vorgeschlagen wurde, den Phasenverschiebungswinkel (p12 = 90° zwischen den beiden Spannungen U1 und U2, bei dem die Vergleichsschaltung anspricht, so wird - bezogen auf den Fall ZR, = 0 (Fig. 6) - ZR, zur Sekante von Kreisflächen, die den Ansprechbereich des Relais abgrenzen. Für cpl2< 90° sind dabei die entsprechenden Kreisflächen größer als eine Halbkreisfläche, für g912> 90° kleiner als eine Halbkreisfläche. Als Dimensionierungsregel für den Ansprechbereich eines derartigen Relais wurde angegeben, den Phasenwinkel ö der Vergleichsimpedanz ZR, gleich dem Phasenwinkel der zu schützenden Leitungsschleife einschließlich des maximalen zu berücksichtigenden Lichtbogenwiderstandes (Winkel zwischen Z' = Z @- RL und R) zu wählen.It is also known to trace the distance measurement back to a phase comparison by deriving two voltages U1 and U2 in a suitable manner from the two basic quantities current and voltage, which generally correspond to the vector equations U1 = k1 . U +. ZR. J U2 = k2- U + ZR2-J obey. The comparison circuit responds when the phase shift angle i.12 between the two voltages U1 and U2 is less than 90 °. Here you choose k2 = -k1 and get a circle as the locus which has a different position depending on the choice of parameters Zn and ZR2. ZR, and ZR, represent reference impedances that have the same interior angle 3. For ZR, = ZR2, there is a pure impedance circle shown in FIG. 4 with the coordinate origin as the center. In Fig. 5 a generally shifted circle with ZR2> ZR, is shown and in Fig. 6 for the case ZR, = 0 a locus known in the Anglo-American relay literature as "Mho circle". The circles are shifted along a straight line inclined by the internal angle δ with respect to the R axis. If one changes, as has already been suggested, the phase shift angle (p12 = 90 ° between the two voltages U1 and U2 at which the comparison circuit responds, then - based on the case ZR, = 0 (Fig. 6) - ZR, to the secant of circular areas that delimit the response range of the relay. For cpl2 <90 ° the corresponding circular areas are larger than a semicircle area, for g912> 90 ° smaller than a semicircle area. The phase angle was specified as the dimensioning rule for the response range of such a relay ö the comparison impedance ZR, equal to the phase angle of the line loop to be protected, including the maximum arc resistance to be taken into account (angle between Z '= Z @ - RL and R).

Am Beispiel der Fig. 6, in die auch der Leitungswinkel ggK, unter dem sich der Impedanzvektor Z für einen metallischen Kurzschluß aufbaut, eingezeichnet ist, sowie an Hand der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß auch mit den bekannten Phasenvergleichsverfahren bisher keine größeren Lichtbogenreserven RL als bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Verfahren erzielt wird. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem, eine Distanzschutzeinrichtung anzugeben, welche bei geringem Aufwand auch extrem große Lichtbogenreserven garantiert, die etwa in der gleichen Größenordnung liegen wie diejenigen Lichtbogenreserven, die man beispielsweise durch die Kombination Reaktanzrelais-Konduktanzrelais (vgl. Fig. 3) erhalten kann.Using the example of FIG. 6, in which the conduction angle ggK, under which the impedance vector Z builds up for a metallic short circuit is shown is, as well as on the basis of the preceding statements it is clear that with the known phase comparison method so far no larger arc reserves RL than is achieved in the method illustrated in FIGS. the The present invention is concerned with the problem of a distance protection device specify which guarantees extremely large arc reserves with little effort, which are roughly in the same order of magnitude as those arc reserves which can be achieved, for example, by combining reactance and conductance relays (cf. Fig. 3) can be obtained.

Gegenstand der Erfindung ist eine Distanzschutzeinrichtung, die auf einem Phasenvergleich zweier an einem Ende eines zu schützenden Leitungsabschnittes aus der Spannung direkt und vom Strom mit Hilfe von Referenzimpedanzen abgeleiteten Bezugsspannungen beruht und deren Auslösung erfolgt, wenn der Phasenwinkel zwischen diesen Bezugsspannungen einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Erfindungsgemäß ist der Grenzwert des Phasenwinkels auf weniger als 90° festgelegt, und als Referenzimpedanzen sind Wirkwiderstände vorgesehen.The invention relates to a distance protection device based on a phase comparison of two line sections to be protected at one end derived from the voltage directly and from the current with the help of reference impedances Reference voltages based and their tripping occurs when the phase angle between these reference voltages falls below a specified limit value. According to the invention the limit value of the phase angle is set to less than 90 °, and as reference impedances resistances are provided.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 wird die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert.With reference to FIGS. 7 and 8, the arrangement according to the invention explained in more detail.

Fig. 7 zeigt als Beispiel die Ortskurve für den Fall, daß man den Winkel 9912, innerhalb dessen die Schaltung anspricht, auf 20° begrenzt. Die beiden Referenzimpedanzen ZR, und ZR, sind hier ohmsche Widerstände, d. h., ihr Innenwinkel ist b = 0. Die Hauptachse der Ortskurve, die einen linsenförmigen Ansprechbereich umschreibt, fällt deshalb mit der R-Achse zusammen. Das Maß der Verschiebung der Ortskurve in R-Richtung ergibt sich aus dem Größenverhältnis der beiden Referenzimpedanzen ZR, und ZR2 und ist gemäß dem Leitungswinkel cpK so gewählt, daß die Kuppe etwa 5 °/o der Kippreaktanz XK beträgt und damit der Bereich einer möglichen Fehlauslösung; bezogen auf die geschützte Leitungslänge, mit guter Annäherung dem gleichen Bereich im Falle der Ortskurve nach Fig.2 entspricht. Für die Koeffizienten, mit denen die Spannung U in die abgeleiteten Spannungen U1, UZ eingeht, gilt k2 = -k1.As an example, FIG. 7 shows the locus curve for the case that the angle 9912 within which the circuit responds is limited to 20 °. The two reference impedances ZR and ZR are ohmic resistances here, ie their internal angle is b = 0. The main axis of the locus, which describes a lens-shaped response range, therefore coincides with the R axis. The amount of displacement of the locus in the R direction results from the size ratio of the two reference impedances ZR, and ZR2 and is selected according to the conduction angle cpK so that the tip is about 5% of the breakover reactance XK and thus the range of possible false triggering ; based on the protected line length, corresponds with a good approximation to the same area in the case of the locus curve according to FIG. For the coefficients with which the voltage U is included in the derived voltages U1, UZ, k2 = -k1 applies.

Für metallischen Kurzschluß spricht die Schaltung an, wenn die der Fehlerentfernung proportionale Reaktanz kleiner als die Reaktanz des Kippunktes XK ist. Die Lichtbogenreserve im Kippunkt beträgt nach dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel etwa 2500/, der Reaktanz XE und ist damit etwa viermal so groß wie die der Ortskurve nach Fig.2. Für näher liegende Fehler ist die Lichtbogenreserve noch wesentlich größer; für einen Fehler direkt am Einbauort des Relais würde sie nach dem Beispiel etwa 7500/, der Reaktanz XK ausmachen. Das Meßprinzip ist also besonders für kurze Leitungen sehr gut geeignet. Es ist verständlich, daß man noch größere Lichtbogenreserven, insbesondere für den Kippunkt erzielen könnte, wenn man statt der 50/,-Kuppe eine 100/0-Kuppe zulassen würde. Fig. 8 zeigt zur Veranschaulichung des Meßprinzips das Vektordiagramm für einen Fehler am Kippunkt XK nach Fig.7. Der zwischen den beiden abgeleiteten Spannungen U, und UZ liegende Winkel 99" beträgt für diesen Fall 20°. Nimmt man bei gleich großem Strom einen näher gelegenen Fehler an, ist die Spannung U kleiner, der Winkel zwischen U, und UZ ebenfalls. Die Schaltung würde also ansprechen: Läge andererseits ein Fehler außerhalb der direkt zu schützenden Leitungsstrecke vor, so wäre bei gleichem Strom die Spannung U größer, der Winkel c% zwischen U, und U2 ebenfalls, d. h., die Schaltung würde also, so wie es sein muß, nicht ansprechen. Die Folge der Endpunkte P des Vektors k, U ergibt - nach Division durch k1I - die in Fig. 7 dargestellte Ortskurve.The circuit responds to a metallic short circuit when the reactance proportional to the fault distance is less than the reactance of the breakover point XK. According to the example shown in FIG. 7, the arc reserve at the tipping point is around 2500 /, the reactance XE and is thus around four times as large as that of the locus curve according to FIG. The arc reserve is much greater for more closely located faults; for an error directly at the place of installation of the relay it would amount to about 7500 /, the reactance XK according to the example. The measuring principle is particularly suitable for short lines. It is understandable that even greater arc reserves, especially for the tipping point, could be achieved if a 100/0 dome were allowed instead of the 50 /, - dome. To illustrate the measuring principle, FIG. 8 shows the vector diagram for an error at the tipping point XK according to FIG. The angle 99 ″ between the two derived voltages U, and UZ is 20 ° in this case. If one assumes a closer error with the same current, the voltage U is smaller, the angle between U, and UZ likewise. The circuit would respond: If, on the other hand, there were a fault outside the line section to be directly protected, the voltage U would be greater for the same current, the angle c% between U and U2 would also be, i.e. the circuit would, as it has to be, The sequence of the end points P of the vector k, U gives - after division by k1I - the locus shown in FIG.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere eine an sich bekannte, vorwiegend mit elektronischen Mitteln arbeitende Schaltungsanordnung für »integrierenden Phasenvergleich<c. Bei dieser Schaltungsanordnung werden die beiden abgeleiteten Spannungen U, und UZ, vielfach nach Umformung in Rechteckform, einer Koinzidenz-Schaltung zugeführt, die nur so lange an ihrem Ausgang einen Meßwert abgibt, wie beide Eingangsgrößen gleiche Polarität haben. Die Ausgangsgröße wird integriert und einem Meßglied (Pegeldetektor) zugeführt, das beispielsweise aus Transistorkippschaltungen besteht. Dieses spricht an, sobald der Integralwert einen bestimmten Ansprechwert überschreitet. Je flacher man die erfindungsgemäße Ortskurve machen will, um so höher muß der Ansprechwert des Meßgliedes liegen. Integriereinheit und Meßglied können auch zusammengefaßt sein, beispielsweise zu einem einzigen Relais, das auf einen bestimmten arithmetischen oder geometrischen Mittelwert der Ausgangsgröße anspricht.In particular, it is suitable for carrying out the method according to the invention a circuit arrangement known per se, which operates predominantly with electronic means for »integrating phase comparison <c. In this circuit arrangement the two derived voltages U, and UZ, often after reshaping into a rectangular shape, fed to a coincidence circuit, which only as long as a measured value at its output indicates how both input variables have the same polarity. The output will be integrated and fed to a measuring element (level detector), for example from There is transistor trigger circuits. This responds as soon as the integral value has a exceeds a certain response value. The flatter the locus according to the invention wants to do, the higher the response value of the measuring element must be. Integrating unit and measuring element can also be combined, for example into a single relay, that on a certain arithmetic or geometric mean value of the output variable appeals to.

Claims

PATENT CLAIM: Distance protection device based on a phase comparison two at one end of a line section to be protected from the voltage directly and reference voltages derived from the current with the aid of reference impedances and their tripping occurs when the phase angle between these reference voltages one of these reference voltages falls below a specified limit value, characterized in that the limit value of the phase angle is less than 90 ° is specified and that effective resistances are provided as reference impedances. In Older patents considered: German Patent No. 1 116 785.