DE19944680C2

DE19944680C2 - Device for phase error detection

Info

Publication number: DE19944680C2
Application number: DE19944680A
Authority: DE
Inventors: Franz Vogl
Original assignee: FRANZ VOGL ELECTRONIC GmbH
Current assignee: FRANZ VOGL ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: DE59915245D1; ATE498230T1; DE19944680A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung, insbesondere zur Erdschlußerfassung.The invention relates to a device for phase error detection, especially for earth fault detection.

In elektrischen Energie-Anlagen, insbesondere auch in Leitungen oder Leitungsabschnitten zur Übertragung von elektrischer Energie sind Erdschlüsse in Form von Lichtbögen nicht auszuschließen, die zu erheblichen Schäden führen, falls diese innerhalb einer Schaltanlage nicht schnell abgeschaltet werden. Wichtig ist daher ein schnelles Erkennen von derartige Phasenfehlern und ein schnelles Abschalten der betreffenden Einrichtung bzw. des betreffenden Leitungsabschnittes.In electrical energy systems, especially in lines or Line sections for the transmission of electrical energy are ground faults in the form not to be excluded from arcs, which lead to considerable damage, if this cannot be switched off quickly within a switchgear. It is therefore important that quick detection of such phase errors and a quick shutdown of the concerned facility or the relevant line section.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Phasenfehlererkennung (Phasenverlust- Detektorschaltung) durch Überwachung der drei Phasen eines Drei-Phasen- Elektromotors zum Schutz dieses Motors (EP 0 336 943 B1). Die bekannte Vorrichtung ermöglicht es, zwischen einem Phasenverlust und anderen, vorübergehenden, vom Idealfall abweichenden Zuständen der Phasen zu unterscheiden und einen Phasenverlust anzuzeigen und in diesem Fall den Motor abzuschalten. Die bekannte Vorrichtung weist hierfür u. a. eine Einrichtung auf, mit der die Spannung des elektrischen Dreiphasensystems erfaßt und hieraus eine Meßspannung erzeugt wird, die der jeweils augenblicklichen Spannung des elektrischen Dreiphasensystems entspricht. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Einrichtung zur Erkennung der Spitzenspannung des elektrischen Dreiphasensystems und zur Erzeugung eines entsprechenden Spitzenspannungssignals. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, in der das Spitzenspannungssignal mit der augenblicklichen Spannung verglichen wird und die ein Vergleichssignal erzeugt. Das Vergleichssignal besitzt normalerweise eine erste Polarität, bei einem Phasenverlust oder bei einer vorübergehenden Abweichung allerdings eine zweite, der ersten entgegengesetzten Polarität, so daß mit dem Vergleichssignal der zweiten, entgegengesetzten Polarität ein möglicher Phasenverlust oder aber eine vorübergehende Abweichung angezeigt wird. Zur Unterscheidung beider Zustände ist weiterhin im bekannten Fall eine weitere Einrichtung vorgesehen, die dann einen Phasenverlust feststellt, wenn das Vergleichssignal der zweiten Polarität einen impulsförmigen Verlauf aufweist.A device for phase error detection (phase loss detection) is known. Detector circuit) by monitoring the three phases of a three-phase Electric motor to protect this motor (EP 0 336 943 B1). The known device allows between a phase loss and another, temporary, from Ideally, to distinguish between different states of the phases and one Phase loss and in this case switch off the motor. The well-known Device has u. a. a device with which the tension of the electrical three-phase system and a measuring voltage is generated from it, that of the instantaneous voltage of the electrical three-phase system equivalent. The device further comprises a device for detecting the Peak voltage of the three-phase electrical system and to generate a corresponding peak voltage signal. Furthermore, a device is provided in which the peak voltage signal is compared to the instantaneous voltage and which generates a comparison signal. The comparison signal normally has one first polarity, in the event of a phase loss or a temporary deviation however, a second, opposite polarity, so that with the Comparison signal of the second, opposite polarity a possible phase loss or a temporary deviation is displayed. For differentiation in both cases, a further device is provided in both cases, which then detects a phase loss when the comparison signal of the second polarity has an impulsive course.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die nicht nur ein frühzeitiges und sehr zuverlässiges Erkennen von Phasenfehlern ermöglicht, sondern auch bereits unmittelbar nach dem Auftreten eines ernsthaften Phasenfehlers (Erdschlusses) ein Signal (Fehlersignal) liefert, welches zum Abschalten oder Abtrennen der betreffenden Einrichtung bzw. des betreffenden Leitungsabschnittes vom Netz verwendet werden kann.The object of the invention is to demonstrate a device that is not only one enables early and very reliable detection of phase errors, but even immediately after the occurrence of a serious phase error (Earth fault) provides a signal (error signal) which can be switched off or disconnected the relevant facility or line section from the network can be used.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.A device for phase error detection is used to solve this problem trained according to claim 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.Developments of the invention are the subject of the dependent claims. The invention is explained in more detail below with reference to the figures using an exemplary embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Block- bzw. Funktionsdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Phasenfehler- Erkennung bei einer Dreiphasen-Leitung zur Übertragung elektrischer Energie; FIG. 1 is a simplified representation of a block or functional diagram of an embodiment of the inventive device for phase error detection in a three-phase line for transmitting electric power;

Fig. 2 das Ausgangssignal einer Eingangs- oder Meßstufe bei normalem Betrieb; Fig. 2 the output of an input or measuring stage during normal operation;

Fig. 3 und 4 das Eingangs- und Ausgangssignal einer Integrierstufe der Vorrichtung der Fig. 1 bei störungsfreiem Betrieb; FIGS. 3 and 4, the input and output of an integrator of the apparatus of Figure 1 during normal operation.

Fig. 5 und 6 den Spannungsverlauf am Eingang der Eingangs- oder Meßstufe, und zwar bei einem während einer positiven Periode auftretenden Erdschluß (Fig. 5) bzw. bei einem während einer negativen Periode auftretenden Erdschluß, jeweils zusammen mit einem Ausgangs- oder Fehlersignal u. a. zum Betätigen von Trennschaltern zum Abschalten sämtlicher Phasen; Fig. 5 and 6, the voltage waveform at the input of the input or measuring stage, namely at a ground fault occurs during a positive period (Fig. 5) or a ground fault occur during a negative period, in each case together with an output or error signal, inter alia, to operate disconnectors to switch off all phases;

Fig. 7 und 8 Darstellung wie Fig. 3 und 4 beim Auftreten eines Phasenfehlers (Erdschluß); FIGS. 7 and 8 representation like FIGS. 3 and 4 when a phase error occurs (earth fault);

Fig. 9 die Schaltung einer möglichen Ausführungsform der Eingangs- oder Meßstufe; Fig. 9 is the circuit of a possible embodiment of the input or measuring stage;

Fig. 10 die Schaltung der auf die Eingangsstufen folgenden Stufen der Vorrichtung der Fig. 1, Fig. 10, the circuit of the input stage following stages of the apparatus of Fig. 1,

Fig. 11 in vereinfachter Darstellung eine Mittel-Spannungschaltanlage, zusammen mit einem Anlagen-Schutzsystem, welches die Vorrichtung der Fig. 1-10 sowie eine Lichtbogenerfassungsvorrichtung aufweist; Figure 11 is a simplified representation of a medium-voltage switchgear, together with a plant protection system which includes the apparatus of Figure 1-10 as well as an arc detecting device..;

Fig. 12 in mehreren zeitgleichen Diagrammen den Erdschlußstrom beim Auftreten eines Erdschlusses, die Ausgangsspannung der Vorrichtung zur Erkennung eines Phasenfehlers, die Ausgangsspannung eines Lichtbogenindikators der Lichtbogenerfassungsvorrichtung sowie ein Abschaltsignal zum Betätigen der Leistungsschalter der betreffenden Zelle. Fig. 12 in several simultaneous diagrams the earth fault current when an earth fault occurs, the output voltage of the device for detecting a phase error, the output voltage of an arc indicator of the arc detection device and a shutdown signal for actuating the circuit breaker of the cell in question.

In den Figuren sind 1-3 die drei Leiter oder Phasen einer Leitung zur Übertragung von elektrischer Energie, beispielsweise einer Mittelspannungsschaltanlage. Mit 4 ist allgemein die Vorrichtung zur Phasenfehler-Erkennung bzw. zur Erdschluß-Erfassung bezeichnet, wobei diese Vorrichtung 4 tatsächlich nicht nur zur reinen Erkennung bzw. Erfassung eines möglichen Phasenfehlers oder Erdschlusses dient, sondern zugleich auch ein Signal (Fehlersignal 19) liefert, mit welchem durch Ansteuerung entsprechender Leistungsschalter der mit dem Fehler bzw. mit dem Erdschluß behaftete Leitungsstrang (Leiter 1-3) von dem übrigen Netz abgetrennt wird. In the figures 1-3 are the three conductors or phases of a line for the transmission of electrical energy, for example a medium-voltage switchgear. 4 generally designates the device for phase error detection or for earth fault detection, this device 4 actually serving not only for the pure detection or detection of a possible phase error or earth fault, but also simultaneously providing a signal (error signal 19 ) which, by controlling the corresponding circuit breaker, disconnects the line strand (conductor 1-3 ), which has the fault or earth fault, from the rest of the network.

Generell umfaßt die Vorrichtung 4 für die Überwachung jeder Phase 1-3 jeweils ein eigenes Modul 5, welches beispielsweise auf einer Karte oder einem Einschub zusammen mit den Modulen für die weiteren Phasen oder Leiter 1-3 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist. Dieses Gehäuse kann dann auch weitere Module 5 für weitere Leitungen oder Leitungsabschnitte aufnehmen.In general, the device 4 for monitoring each phase 1-3 each has its own module 5 , which is accommodated, for example, on a card or an insert together with the modules for the other phases or conductors 1-3 in a common housing. This housing can then also accommodate further modules 5 for further lines or line sections.

In der Fig. 1 ist der einfacheren Darstellung wegen lediglich ein Modul 5 für die Überwachung des Leiters 3 wiedergegeben.In FIG. 1, for the sake of simplicity, only one module 5 for monitoring the conductor 3 is shown .

Jedem Modul 5 ist eine eigene Eingang- bzw. Meßstufe 6 zugeordnet, die mit ihrem Eingang die Spannung an dem jeweiligen Leiter erfaßt und an ihrem Ausgang als Meßsignal 7 eine gegenüber der Spannung der Phase 3 reduziertes Wechselspannungssignal liefert, dessen zeitlicher Verlauf dem zeitlichen Verlauf der Spannung an der Phase 3 proportional ist. Bei der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsform ist die Eingangsstufe 6 so ausgeführt, daß sie an ihrem Ausgang ein durch Doppelweg-Gleichrichtung erzeugte Meßsignal 7 liefert.Each module 5 is associated with its own with single and measurement stage 6, which detects with its input the voltage at the respective conductor and provides a relative to the voltage of phase 3 reduced AC voltage signal at its output as a measurement signal 7, whose temporal profile of the time course of Voltage at phase 3 is proportional. In the embodiment shown in the figures, the input stage 6 is designed such that it delivers a measurement signal 7 generated by double-path rectification at its output.

Der Ausgang der jeweiligen Meßstufe 6 ist mit den zugehörigen Eingang des Moduls 5 verbunden, wobei dieser Eingang bei der dargestellten Ausführungsform von einer Trennstufe 8 gebildet ist, die eine vollständige galvanische Trennung bewirkt und im wesentlichen aus einem Opto-Koppler besteht.The output of the respective measuring stage 6 is connected to the associated input of the module 5 , this input being formed in the embodiment shown by an isolating stage 8 which brings about a complete galvanic isolation and essentially consists of an opto-coupler.

Das Ausgangssignal der Trennstufe 8 wird dem Eingang einer invertierenden Trigger- Stufe 9 zugeführt, deren Ausgangsspannung durch die vordere Flanke jedes von einer Sinus-Halbwelle gebildeten Impulses des Meßsignales 7 von einem positiven Spannungswert auf Null geschaltet wird und dann nach einer vorgegebenen Zeitdauer und noch vor dem Eintreffen der Flanke des nächsten Impulses des Meßsignales 7 durch ein Zeitglied gesteuert wiederum den positiven Spannungswert annimmt, so daß die in der Fig. 3 dargestellte Impuls-Spannung 10 am Ausgang der Triggerstufe 9 erhalten wird. The output signal of the isolating stage 8 is fed to the input of an inverting trigger stage 9 , the output voltage of which is switched from a positive voltage value to zero by the leading edge of each pulse of the measuring signal 7 formed by a half-sine wave and then after a predetermined period of time and before the arrival of the edge of the next pulse of the measurement signal 7 controlled by a timing element in turn assumes the positive voltage value, so that the pulse voltage 10 shown in FIG. 3 is obtained at the output of the trigger stage 9 .

Der Ausgang der Triggerstufe 9 ist mit dem Eingang einer Integrierstufe 11 verbunden, in der jeder Impuls des Impulssignales 10 integriert und dadurch ein Impulssignal 12 erzeugt wird, bei dem die Amplitude der Impulse eine Funktion der Breite bzw. der Impulsdauer der Impulse des Signals 10 ist. Bei störungsfreiem Betrieb entspricht jedem Impuls des Signals 10 ein durch seine Integration gewonnener Impuls des Impulssignals 12.The output of the trigger stage 9 is connected to the input of an integrating stage 11 , in which each pulse of the pulse signal 10 is integrated, thereby generating a pulse signal 12 in which the amplitude of the pulses is a function of the width or the pulse duration of the pulses of the signal 10 , In the case of trouble-free operation, each pulse of the signal 10 corresponds to a pulse of the pulse signal 12 obtained by its integration.

Das Ausgangssignal der Stufe 11 wird einer Schaltstufe 13 zugeführt, in der dieses Ausgangssignal mit einer Schaltschwelle 14 verglichen wird. Letztere ist einstellbar, und zwar derart, daß die Amplituden der Impulse des Signals 12 im normalen, störungsfreien Betrieb deutlich unter der Schaltschwelle 14 liegen.The output signal of stage 11 is fed to a switching stage 13 , in which this output signal is compared with a switching threshold 14 . The latter is adjustable, in such a way that the amplitudes of the pulses of the signal 12 are well below the switching threshold 14 in normal, trouble-free operation.

Die Fig. 5 und 6 zeigen den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung am Eingang der Eingangs- bzw. Meßstufe 6, und zwar in der Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf 15 beim Auftreten eines Erdschlusses in der positiven Phase der Wechselspannung am Leiter 3. Dieser Erdschluß ist durch den plötzlichen Spannungsabfall entsprechend der Linie 16 charakterisiert. FIGS. 5 and 6 show the timing of the input voltage at the input of the input or measuring stage 6, in the Fig. 5 a time course of 15 upon the occurrence of a ground fault in the positive phase of the AC voltage on the conductor 3. This earth fault is characterized by the sudden drop in voltage according to line 16 .

Die Fig. 6 zeigt den Spannungsverlauf 17 bei einem während der negativen Phase am Leiter 3 auftretenden Erdschluß, der durch den plötzlichen Spannungsabfall entsprechend der Linie 18 charakterisiert ist. Beide Fehler führen dazu, daß in dem Ausgangs- oder Meßsignal 7 auf eine bestimmte, die Triggerstufe 9 noch triggernde Flanke, beispielsweise Vorderflanke der Impulse des Meßsignals 7 nach dem Eintreten des Erdschlusses die nächste, die Triggerstufe 9 triggernde Flanke ausbleibt und dementsprechend die Ausgangsspannung 10 an dieser Triggerstufe durch die fehlende Flanke nicht mehr auf Null gesetzt werden kann, wie dies in der Fig. 7 bei 10' dargestellt ist. Dies hat zur Folge, daß nach dem Eintreten des Erdschlusses die Impulse des Ausgangssignals 12 ausbleiben und die Amplitude dieses Ausgangssignals 12 über die Schaltschwelle 14 ansteigt, wie dies in der Fig. 8 mit dem Verlauf 12' angedeutet ist. Dies hat auch zur Folge, daß die Schaltstufe 13 dann ein Fehlersignal 19 liefert, welches in den Fig. 1, 5 und 6 durch die von Null auf einen positiven Spannungswert ansteigende Spannung dargestellt ist. Dieses Fehlersignal 19 dient dann u. a. zur Ansteuerung einer optischen Anzeige 20, die den Phasenfehler an dem Leiter 3 anzeigt. Weiterhin dient das am Ausgang 21 des Moduls 5 anstehende Fehlersignal 19 über eine Treiber- oder Verstärkerstufe 22 auch zum Ansteuern von Relais 23. Über diese werden dann bei Vorliegen des Signals 19 Motoren von Trennschaltern betätigt, die alle drei Leiter 1-3 des Leitungsabschnittes, an dem der Erdfluß aufgetreten ist, vom Netz trennen, und zwar bevor dieser Erdschluß zu einem größeren Schaden führen kann, beispielsweise durch Erdschlüsse auch der übrigen Phasen bzw. Leiter usw. Fig. 6 shows the voltage waveform 17 at an occurring during the negative phase of the conductor 3 ground fault, which is characterized by the sudden voltage drop corresponding to the Line 18. Both errors lead to the fact that in the output or measurement signal 7 on a certain edge that still triggers the trigger stage 9 , for example the leading edge of the pulses of the measurement signal 7 after the earth fault occurs, the next edge triggering the trigger stage 9 remains and accordingly the output voltage 10 can no longer be set to zero at this trigger stage due to the missing edge, as shown at 10 'in FIG. 7. This has the consequence that after the occurrence of the earth fault, the pulses of the output signal 12 fail to appear and the amplitude of this output signal 12 rises above the switching threshold 14 , as is indicated in FIG. 8 by the curve 12 '. This also has the consequence that the switching stage 13 then supplies an error signal 19 which is represented in FIGS. 1, 5 and 6 by the voltage rising from zero to a positive voltage value. This error signal 19 then serves, among other things, to control an optical display 20 which shows the phase error on the conductor 3 . Furthermore, the error signal 19 present at the output 21 of the module 5 is also used to control the relay 23 via a driver or amplifier stage 22 . These are then used in the presence of the signal 19 motors of disconnectors, which disconnect all three conductors 1-3 of the line section on which the earth flow occurred, before this earth fault can lead to greater damage, for example by earth faults also the other phases or conductors etc.

Zwischen dem Ausgang 21 und der Treiberstufe 22 ist eine Logik 24 vorgesehen. Letztere ist ebenso wie die Treiberstufe 22 und die Relais 23 gemeinsam für die Module 5 sämtlicher Leiter 1-3 der Leitung vorgesehen. Die Logik 24 besitzt hierfür drei Eingänge, an die jeweils ein Ausgang 21 eines Moduls 5 angeschlossen ist. Die Logik 24 ist so ausgeführt, daß sie dann ein die Relais 23 steuerndes Ausgangssignal liefert, wenn wenigstens an einem Leiter 1-3 ein Erdfluß auftritt, d. h. an wenigstens einem Ausgang 21 eines Moduls das Fehlersignal 19 auftritt, allerdings kein die Relais 23 steuerndes Signal dann liefert, wenn sämtliche Leiter 1-3 spannungslos sind, weil der entsprechende Leitungsabschnitt beispielsweise vom Netz genommen ist.Logic 24 is provided between output 21 and driver stage 22 . The latter, like the driver stage 22 and the relay 23, is provided together for the modules 5 of all conductors 1-3 of the line. For this purpose, the logic 24 has three inputs, to each of which an output 21 of a module 5 is connected. The logic 24 is designed in such a way that it then delivers an output signal which controls the relay 23 if at least one conductor 1-3 has a ground flow, ie at least one output 21 of a module the error signal 19 occurs, but no signal controlling the relay 23 then delivers when all conductors 1-3 are de -energized because the corresponding line section has been removed from the network, for example.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Triggerstufe 9 in Verbindung mit der Integrationsstufe 11 als Schaltkreis wirken, der die Dauer zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Flanken im Ausgangssignal 7 der Meßstufe 6 überwacht und das Fehlersignal 19 dann liefert, wenn diese Zeitdauer einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wobei dieser Schwellwert einstellbar bzw. vorwählbar ist, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform über die Schwellwertspannung 14. Die vorbeschriebene Schaltung zeichnet sich zwar durch einen besonders einfachen Aufbau mit hoher Betriebssicherheit aus, insbesondere auch in einer Umgebung, die mit hohen magnetischen und elektrischen Feldern belastet ist, es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zeitdauer, in der überwachte Flanken oder Spannungspegel im Meßsignal 7 aufeinander folgen, auf andere Weise zu überwachen, und zwar beispielsweise durch Zähleinrichtungen, wobei ein Fehlersignal 19 dann erzeugt wird, wenn der von einer Zähleinrichtung ermittelte zeitliche Abstand zwischen zwei überwachten Flanken des Meßsignals 7 einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.From the above description it follows that the trigger stage 9 in conjunction with the integration stage 11 act as a circuit which monitors the duration between two successive edges in the output signal 7 of the measuring stage 6 and supplies the error signal 19 when this duration has a predetermined threshold value exceeds, this threshold value being adjustable or preselectable, in the embodiment shown via the threshold voltage 14 . The circuit described above is characterized by a particularly simple structure with high operational reliability, especially in an environment that is loaded with high magnetic and electrical fields, but there is also the possibility of the length of time in which monitored edges or voltage levels in the measurement signal 7 follow one another to be monitored in a different way, for example by counting devices, an error signal 19 being generated when the time interval determined by a counting device between two monitored edges of the measuring signal 7 exceeds a predetermined threshold value.

Die Fig. 9 zeigt eine mögliche Ausführung für die Eingangs- bzw. Meßstufe 6. Über die Primärseite eines Übertragers 25 ist diese Stufe an den jeweiligen Leiter, beispielsweise an den Leiter 3 und an ein Bezugspotential, beispielsweise an einen Null-Leiter angeschlossen. Im Sekundärkreis des Übertragers 25 befindet sich ein Brückengleichrichter 25', dessen Ausgangsspannung über einen Spannungsteiler 25", mit die Spannung begrenzenden Dioden als Ausgangsspannung 7 zur Verfügung steht. Fig. 9 shows a possible embodiment for the input or measuring stage. 6 This stage is connected to the respective conductor, for example to conductor 3 and to a reference potential, for example to a neutral conductor, via the primary side of a transformer 25 . In the secondary circuit of the transformer 25 there is a bridge rectifier 25 ', the output voltage of which is available as an output voltage 7 via a voltage divider 25 "with diodes which limit the voltage.

Die Fig. 10 zeigt als Beispiel die Schaltung für die Trennstufe 8, die Triggerstufe 9, die Integrationsstufe 11 und die Vergleichsstufe 13 eines Moduls 5. Dargestellt sind weiterhin die für sämtliche Module 5 gemeinsame Logik 24 und gemeinsame Treiberstufe 22 zur Ansteuerung der in der Fig. 10 allerdings nicht dargestellten Relais 23. Fig. 10 shows an example of the circuit for the separation stage 8, the trigger stage 9, the integration stage 11 and the comparator 13 of a module 5. Also shown are the common logic 24 and common driver stage 22 for all modules 5 for controlling the relays 23, which are not shown in FIG. 10.

Wie in der Fig. 10 dargestellt ist, besteht die Integrier-Stufe 11 im wesentlichen aus einem RC-Glied, welches von dem Widerstand 26 und dem Kondensator 27 gebildet ist. Zur schnelleren Entladung des Kondensators 27 in der Null-Phase des Ausgangssignals 10 dient die Diode 28 parallel zum Widerstand 26.As shown in FIG. 10, the integrating stage 11 essentially consists of an RC element which is formed by the resistor 26 and the capacitor 27 . The diode 28 is used in parallel with the resistor 26 for faster discharge of the capacitor 27 in the zero phase of the output signal 10 .

Die Schaltstufe 13 ist von einem Trigger 29 gebildet. Die am Eingang anliegende Spannung ist über ein Potentiometer 30 einstellbar. Mit dem Potentiometer wird damit die Schaltschwelle 14 eingestellt, bei der das Ausgangssignal 12 das Fehlersignal 19 bewirkt.The switching stage 13 is formed by a trigger 29 . The voltage present at the input can be set using a potentiometer 30 . The switching threshold 14 is set with the potentiometer, at which the output signal 12 causes the error signal 19 .

Die Logikstufe 24 besteht beispielsweise aus der in der Fig. 10 wiedergegebenen Schaltung aus der logischen UND-Schaltung 31 mit negiertem Ausgang, der UND- Schaltung 32 und den beiden ODER-Schaltungen 33 und 34, wobei der Ausgang der UND-Schaltung 32 den Ausgang der Logikstufe 24 bildet. An die drei Eingänge der UND-Schaltung 31 ist jeweils ein Ausgang 21 eines Moduls 5 angeschlossen und die drei Ausgänge 21 sind über die ODER-Schaltungen 33 und 34 so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der ODER-Schaltung 34 der logische Wert "1" ansteht, wenigstens an einem Ausgang 21 das Fehlersignal 19 ansteht, während die UND- Schaltung 31 am Ausgang den logischen Wert "0" aufweist, wenn an allen drei Ausgängen 21 zeitgleich das Fehlersignal 19 ansteht. Am Ausgang der UND-Schaltung 32 steht somit ein die Relais 23 über die Treiberstufe 22 ansteuerndes Signal nur dann an, wenn zwar an einer oder an mehreren Leitern 1-3 ein Erdschluß auftritt, nicht aber bereits schon vorher die Spannung an Leitern 1-3 fehlte, da der entsprechende Leitungsabschnitt vom Netz abgetrennt war.The logic stage 24 consists, for example, of the circuit shown in FIG. 10 from the logic AND circuit 31 with negated output, the AND circuit 32 and the two OR circuits 33 and 34 , the output of the AND circuit 32 being the output the logic level 24 forms. An output 21 is respectively connected to a module 5 to the three inputs of the AND circuit 31 and the three outputs 21 are are so linked via the OR circuits 33 and 34, that at the output of the OR circuit 34, the logic value "1 "is present, the error signal 19 is present at least at one output 21 , while the AND circuit 31 has the logic value" 0 "at the output if the error signal 19 is present at all three outputs 21 at the same time. At the output of the AND circuit 32 , a signal which drives the relays 23 via the driver stage 22 is only present if an earth fault occurs on one or more conductors 1-3 , but the voltage on conductors 1-3 does not already occur beforehand was missing because the corresponding line section was disconnected from the network.

Um auch bei einem Netzausfall eine einwandfreie Arbeitsweise des Gerätes 4 sicherzustellen, wird dieses batteriegepuffert betrieben. Durch entsprechende Einstellung der Schaltschwelle 14 wird erreicht, daß nur ernsthafte Phasen-Fehler und nicht schon durch Schwankungen der Last bedingte Spannungsschwankungen oder - Einbrüche zur Auslösung des Fehlersignals 19 führen.In order to ensure that the device 4 functions properly even in the event of a power failure, it is operated with battery backup. By setting the switching threshold 14 accordingly, it is achieved that only serious phase errors and not voltage fluctuations or drops caused by fluctuations in the load trigger the error signal 19 .

Wie die Fig. 10 weiterhin zeigt, ist die Treiberstufe 22 mit einem Dämpfungs- oder Verzögerungsglied ausgestattet und zwar bestehend aus einem Kondensator zur Vermeidung eines "Flatterns" der Relais 23 bei kurzzeitigem Einbruch der Spannungen an den Leitern 1-3.As FIG. 10 also shows, the driver stage 22 is equipped with an attenuator or delay element, namely consisting of a capacitor to prevent the relay 23 from "fluttering" when the voltages on the conductors 1-3 drop briefly.

Die Fig. 11 zeigt eine gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage 40 bzw. eine Zelle einer solchen Schaltanlage, und zwar der einfacheren Darstellung wegen als einpolige Zelle. Die Schaltanlage 40 besteht in bekannter Weise aus drei Kammern oder Abschnitten, nämlich zunächst aus dem Abschnitt 41, der den Kabelabgang bildett und an welchem die beispielsweise zu einer Freileitung führenden Erd-Kabel angeschlossen sind. In einem zweiten Abschnitt 42 befindet sich der Leistungsschalter 43 für die dargestellte Phase. In einem dritten Abschnitt 44 ist ein Umschalter 45 vorgesehen, mit der wahlweise in Anschalten an eine der beiden Sammelschienen 46 oder 47 dieser Phase möglich ist. Fig. 11 shows a gas-insulated medium-voltage switchgear 40 or a cell of such switchgear, namely the ease of illustration, because of the single-pole cell. The switchgear assembly 40 consists in a known manner of three chambers or sections, namely first of all the section 41 which forms the cable outlet and to which the underground cables leading, for example, to an overhead line are connected. The circuit breaker 43 for the phase shown is located in a second section 42 . In a third section 44 , a changeover switch 45 is provided, with which this phase is optionally possible by connecting to one of the two busbars 46 or 47 .

In der Fig. 11 ist nochmals das Gerät 4 zur Phasenfehlererkennung wiedergegeben, welches über die Eingangs- und Meßstufe 6 an die Sammelschiene 47 angeschlossen ist, die dem Leiter 3 der Fig. 1 entspricht. Der von einem Relais 23 gebildete Ausgang des Gerätes 4 ist mit dem ebenfalls von einem Relais 48 gebildeten Ausgang eines Lichtbogenerfassungsgerätes 49 in Form einer logischen UND-Funktion derart verquickt, daß dann, wenn am Ausgang des Gerätes 4 ein einen Phasenfehler anzeigendes Ausgangssignal 19 anliegt, d. h. das Relais 23 aktiviert ist und zugleich am Ausgang des Lichtbogenerfassungsgerätes 49 ein einen Lichtbogen registrierendes Signal anliegt, d. h. das Relais 48 aktiviert ist, der Leistungsschalter 43 geöffnet wird.In FIG. 11, the device 4 is once again added to the phase error detection, which is connected to the busbar 47 via the input and measuring stage 6, which corresponds to the conductor 3 in FIG. 1. The output of the device 4, which is formed by a relay 23 , is combined with the output of an arc detection device 49, which is also formed by a relay 48 , in the form of a logic AND function such that when an output signal 19 indicating a phase error is present at the output of the device 4 , ie the relay 23 is activated and at the same time a signal registering an arc is present at the output of the arc detection device 49 , ie the relay 48 is activated, the circuit breaker 43 is opened.

Das Gerät 49 weist u. a. drei Lichtdetektoren 50 auf, von denen jeweils einer in jedem Abschnitt 41, 42 und 44 vorgesehen ist. Von den Lichtdetektoren 50 führen Lichtleiter 51 an einen optischen Eingang des Geräte 49. Die über die Lichtleiter 41 übertragende Lichtimpulse werden im Geräte 49 in elektrische Signale umgesetzt und ausgewertet, so daß ein Ausgangssignal des Gerätes 49 immer dann ansteht, wenn zumindest in einem Abschnitt 41, 42, 44 ein Lichtbogen auftritt.The device 49 has, inter alia, three light detectors 50 , one of which is provided in each section 41 , 42 and 44 . Light guides 51 lead from the light detectors 50 to an optical input of the device 49 . The transmitting through the light conductor 41, light pulses are converted in the device 49 to electrical signals and evaluated, so that an output signal of the device 49 always is present when at least an arc occurs in a portion 41, 42, 44th

Mit dem von den beiden Geräten 4 und 49 gebildeten System ist ein zuverlässiger Schutz der Mittelspannungsschaltanlage 40 gegenüber in dieser Anlage auftretenden internern Erdschlüssen und daraus resultierenden Kurzschlüssen zwischen den Phasen möglich.With the system formed by the two devices 4 and 49 , reliable protection of the medium-voltage switchgear 40 against internal earth faults occurring in this system and resulting short-circuits between the phases is possible.

Die Fig. 12 zeigt in dem Diagramm a) den Strom eines einphasigen Erdschlusses, der zum Zeitpunkt T0 aufgetreten ist. In den Diagrammen b) und c) ist gezeigt, daß bereits nach kurzer Zeitdauer nach dem Auftreten des Phasenfehlers (einphasiger) Erdschluß das Fehlersignal 19 und auch ein Ausgangssignal des Gerätes 49 anliegen, so daß entsprechend dem Diagramm d) innerhalb einer Zeitdauer wesentlich kleiner als 100 Millisekunden nach dem Auftreten des Erdschlusses der Leistungsschalter 43 zumindest in dieser Phase geöffnet und der Erdschluß damit gelöscht wird. FIG. 12 shows in diagram a) the current of a single-phase earth fault that occurred at time T0. Diagrams b) and c) show that the error signal 19 and also an output signal from the device 49 are present after a short period of time after the phase error (single-phase) earth fault, so that according to the diagram d) within a period of time significantly less than 100 milliseconds after the occurrence of the earth fault, the circuit breaker 43 is opened at least in this phase and the earth fault is thus deleted.

Die Diagramme e), f) und g) zeigen den Strom der drei Phasen für den angenommenen Fall, daß das von den Geräten 4 und 49 gebildete Schutzsystem nicht vorhanden ist und ein frühzeitiges Abschalten der fehlerbehafteten Phase daher nicht erfolgt. Nach etwa 250 Millisekunden bildet sich durch den um den gestörten Leiter rotierenden Erdschluß ein Kurzschluß zwischen zwei Phasen, der in den Diagrammen f) und g) durch den Wechselstrom gekennzeichnet ist. Kurze Zeit später schließt dieser Kurzschluß die dritte Phase mit ein. Es kommt hierbei dann zu hohen Strömen, die eine erhebliche Energie freisetzen und zu einer kompletten Zerstörung der Schaltanlage führen können.Diagrams e), f) and g) show the current of the three phases for the assumed case that the protection system formed by devices 4 and 49 is not present and the faulty phase is therefore not switched off early. After about 250 milliseconds, the earth fault rotating around the faulty conductor forms a short circuit between two phases, which is indicated by the alternating current in diagrams f) and g). A short time later, this short circuit includes the third phase. This then results in high currents, which release considerable energy and can lead to complete destruction of the switchgear.

Mit dem beschriebenen System werden also interne, d. h. in der Schaltanlage auftretende Erdschlüsse erfaßt und ein automatisches Abschalten zumindest der gestörten Phase erreicht, bevor es zu einem zwei- oder dreipoligen Kurzschluß kommt.With the system described, internal, ie. H. in the switchgear occurring earth faults are detected and an automatic shutdown of at least the faulty phase is reached before there is a two- or three-pole short circuit.

Das System wurde vorstehend für Mittelspannungsschaltanlagen beschrieben. Das System kann aber auch für Hochspannungsschaltanlagen verwendet werden. Weiterhin ist das System auch in einphasigen, gekapselten gasisolierten Schaltanlagen in vorteilhafterweise verwendbar.The system has been described above for medium voltage switchgear. The The system can also be used for high-voltage switchgear. Farther the system is also used in single-phase, encapsulated gas-insulated switchgear usable advantageously.

Die Vorteile des vorbeschriebenen Systems lassen sich u. a. wie folgt zusammenfassen:
The advantages of the system described above can be summarized as follows:

- With three-pole gas-insulated switchgear in extinguished networks
The system has, as stated above, a great advantage which can be switched off in less than 100 milliseconds, ie the single-phase fault (whether earth fault or short circuit) can be switched off before it becomes a two- or three-phase fault.
- With single-pole gas-insulated switchgear in extinguished networks
The arcing fault is limited to an earth fault arc. This earth leakage arc is precisely recorded with the system. In connection with the device 4 , the earth fault arc can then be specifically activated or deactivated.
- With three-pole air-insulated switchgear
In such systems in particular, it is necessary to switch off faults very quickly, since the single-pole earth fault leads to a two- or three-pole short circuit within 150-200 ms. The rapid shutdown significantly reduces the risk to operating personnel and the destruction of the switchgear.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche weitere Änderungen und Abwandlungen möglich sind. The invention has been described above using exemplary embodiments. It understands is aware that numerous other changes and modifications are possible.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

, .

22

, .

33

Leiter
ladder

44

Gerät
device

55

Modul
module

66

Meßstufe
measuring stage

77

Ausgangssignal der Meßstufe
Output signal of the measuring stage

88th

Trennstufe
separation stage

99

Triggerstufe
trigger level

1010

Ausgangssignal der Triggerstufe
Output signal of the trigger stage

1111

Integrationsstufe
integration level

1212

integriertes Ausgangssignal
integrated output signal

1313

Vergleichsstufe
comparison stage

1414

Schaltschwelle
switching threshold

1515

Eingangssignal an der Meßstufe
Input signal at the measuring stage

1616

Spannungsabfall durch Erdschluß
Voltage drop due to earth fault

1717

Eingangssignal an der Eingangsstufe
Input signal at the input stage

1818

Spannungsabfall durch Erdschluß
Voltage drop due to earth fault

1919

Fehlersignal
error signal

2020

Anzeige
display

2121

Ausgang
output

2222

Treiberstufe
driver stage

2323

Relais
relay

2424

Logikstufe
logic stage

2525

Übertrager
exchangers

2525

' Gleichrichter
'Rectifier

2525

" Spannungsteiler
"Voltage divider

2626

Widerstand
resistance

2727

Kondensator
capacitor

2828

Diode
diode

2929

Trigger
trigger

3030

Potentiometer
potentiometer

3131

, .

3232

logische UND-Schaltung
logical AND circuit

3333

, .

3434

logische ODER-Schaltung
logical OR circuit

3535

Zeitverzögerungsglied
Time delay element

4040

Schalteranordnung
switch arrangement

4141

Abschnitt bzw. Kammer
Section or chamber

4242

Abschnitt bzw. Kammer
Section or chamber

4343

Leistungsschalter
breakers

4444

Kammer
chamber

4545

Umschalter
switch

4646

, .

4747

Sammelschiene
bus

4848

Relais
relay

4949

Lichtbogenerfassungsgerät
Arc detection device

5050

Lichtdetektor
light detector

5151

Lichtleiter
optical fiber

Claims

1. Device for phase error detection on at least one conductor or at least one phase of a device or line for the transmission of electrical energy, by monitoring the AC voltage on this phase or on this conductor, characterized by detection and evaluation means ( 9 , 11 , 13 ), with which at least a section that recurs periodically in the course of the AC voltage or a measurement signal corresponding to this AC voltage in the case of trouble-free operation is generated and an error signal ( 19 ) indicating a phase error is generated when a monitor in the measurement signal after the last arrival Section no further section occurs within a predetermined monitoring time interval.

2. Device according to claim 1, characterized in that of the detection and evaluation means each have a predetermined edge of the positive and / or negative half wave of the AC voltage, for example the temporal leading edge is detected.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that each of the detection and evaluation means ( 9 , 11 , 13 ) a predetermined edge of both the positive and the negative half-wave of the AC voltage on the at least one conductor ( 1- 3 ) is detected.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined monitoring time interval is approximately equal to half the period of the AC voltage on the at least one conductor ( 1-3 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that detection and evaluation means ( 9 , 11 , 13 ) are part of a monitoring module ( 5 ) assigned to the respective phase.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized by detection and evaluation means for generating a first output signal ( 12 ) corresponding to the duration of the monitored period and for generating the error signal ( 19 ) if one is preferred for the first output signal ( 12 ) adjustable switching threshold ( 14 ) is exceeded.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection and evaluation means ( 9 , 11 ) as the first output signal ( 12 ) deliver a pulse signal in which the amplitude of the pulses is proportional to the time period in which two monitored sections in the measurement signal follow one another.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the first output signal is compared in a further stage ( 13 ) with the preferably adjustable switching shaft ( 14 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection and evaluation means have a stage, preferably a trigger stage ( 9 ), which provides a second output signal ( 10 ), each of which arrives at the arrival of a monitored section from a first State is set to a second state and automatically assumes the first state again before the arrival of a following section, wherein if the monitored section is absent, the second output signal ( 10 ) is not set from the first state to the second state, and that Means are provided which detect the duration of the first state and generate the error signal ( 19 ) when this duration exceeds a predetermined or adjustable threshold.

10. The device according to claim 9, characterized in that the first and second Condition are different voltage values.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that for generating a first output voltage forming the first output signal ( 12 ) a second output signal ( 10 ) forming the second output voltage of an integrating stage ( 11 ) is supplied, which has the first output signal at its output ( 12 ) runs as a pulse-shaped first output voltage, in which the amplitudes of the pulses are proportional to the duration of the first state of the second output signal ( 10 ).

12. Device according to one of the preceding claims, characterized by a further stage ( 13 ) which supplies the error signal ( 19 ) when the amplitudes of the pulses of the first output signal ( 12 ) exceed the switching threshold ( 14 ).

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an input or measuring stage ( 6 ), at whose input the AC voltage of the at least one conductor ( 1 , 3 ) or a voltage proportional thereto, a full-wave rectifier for Generation of the measurement signal in the form of a pulse-shaped measurement voltage, the pulse repetition frequency is equal to twice the frequency of the AC voltage on the at least one conductor ( 1-3 ).

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring stage ( 6 ) has means for voltage reduction ( 25 ') and for voltage limitation ( 25 ").

15. Device according to one of the preceding claims, characterized by an optical and / or acoustic display controlled by the error signal ( 19 ).

16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one steep element of at least one isolating switch for switching off the at least one monitored conductor ( 1-3 ) can be actuated by the error signal ( 19 ).

17. Device according to one of claims 5 to 16, characterized in that a monitoring module ( 5 ) is provided for the simultaneous monitoring of several conductors or phases for each phase or for each conductor, and that the outputs providing the error signal ( 19 ) ( 21 ) control these modules via a logic ( 24 ) actuating elements for isolating switches of all conductors, in such a way that when a phase error occurs on one conductor ( 1-3 ) the isolating switches of all conductors are actuated to switch off these conductors from the mains become.

18. Device according to one of claims 5 to 17, characterized in that the output ( 21 ) of the at least one monitoring module ( 5 ) controls at least one switching element, for example relays for actuating a disconnector.

19. Switchgear protection system characterized by a device according to one of the preceding claims and by an arc detection device ( 49 ) which has at least one light sensor ( 50 ) monitoring a switchgear assembly ( 40 ) and, when an arc occurs in the switchgear assembly ( 40 ), an output signal registering this arc provides, as well as means generating a signal causing the switching device ( 40 ) to be switched off or at least one circuit breaker ( 43 ) to open if both the error signal ( 19 ) indicating the phase error and the output signal registering an arc are present in the signal from the Devices monitored part of the switchgear.