DE2351872A1

DE2351872A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung eines minimums der winkelimpedanz sowie eines minimums der reaktanz durch messung zur schaffung eines distanzschutzes fuer eine leitung zum transport elektrischer energie

Info

Publication number: DE2351872A1
Application number: DE19732351872
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: IND DE CONTROLE ET D EQUIPMENT
Current assignee: IND DE CONTROLE ET D EQUIPMENT
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1974-04-18
Also published as: SE406998B; ES419728A1; GB1444774A; DE2351872B2; FR2203080A1; FR2203080B1; CH575673A5; DE2351872C3

Description

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Industrielle de Controle et d'Equipaent (I.C.E.), 41, rue Crozatier, F-75012 Paris (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Minimums der Winkelimpedanz sowie eines Minimums der Reaktanz durch Messung zur Schaffung eines Distanzschutzes für eine Leitung zum Transport elektrischer Energie

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung eines Minimums der Winkelimpedanz und eines Minimums der Reaktanz, die dazu bestimmt sind, zum Schutz einer Leitung für den Transport elektrischer Energie ein Distanzrelais zu verwirklichen, das eine vierseitige Impedanzcharakteristik (ein "Impedanzkennviereck") hat, dall, das auf ein Minimum einer Winkelkomponente der Impedanz sowie auf ein Minimunt der Reaktanz anspricht, die die Entfernung angeben, in der sich ein Fehler von der Station befindet, in der die Schutzvorrichtung installiert

Das Verfahren der Messung gemäß· der Erfindung besteht darin _s daß Operationsverstärker zur Bildung der Vektorsummen und Vsktordiff©renzen verwendet w©rd©n₉ di©"zur Erarbeitung swaier Größen erforderlich sind, die anschließend in einem Phasenvergl®ich'@r yoe b©r©±ts bekannter Art als Argumente verglichen -^©rd©^ wodurch die gewünschte Minimummessung durchgeführt w£r€, die für die Verwirklichung des Distanzschutzes genutzt wird* Di® Bildung der beiden nutzbaren

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Größen erfolgt beispielsweise ausgehend von der Messung der einem Stromwandler entnommenen Stromstärke und der Messung der einem Spannungswandler entnommenen Spannung sowie von der Messung der Stromstärke mit vorherbestimmter Phasenverschiebungi die einer von dem Stromwandler gespeisten Schaltung mit einem Kondensator und einem Widerstand entnommen wird, wobei die beiden als Argumente zu vergleichenden Größen derart gewählt sind, daß ihre Fhasenubereinstimmung allen Punkten einer der Seiten des Impedanzviereckes entspricht, das das von der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung gesteuerte Relais aufweisen soll. Durch die Kombination der Messungen entsprechend den vier Seiten des Kennviereekes kann das Relais natürlich in solcher Weise gesteuert werden, daß es anspricht, wenn der für den Vektor der Impedanz kennzeichnende Punkt im Impedanzdiagramm sich innerhalb des Kennviereckes befindet, das durch zwei Paare von Linien begrenzt ist, deren erstes schräg, parallel und in bezug auf den Ursprung (zentrisch) symmetrisch ist,und einem Paar von Werten in Phasenopposition entspricht, das von der Winkelkomponente der Impedanz bestimmt ist, und deren zweites horizontal ist und einem Paar von Reaktanzwerten entgegengesetzen Vorzeichens entspricht« Mit anderen Worten: zur Verwirklichung des gewünschten Schutzes werden die Messungen der Phasenvergleicher kombiniert, deren jede die Lage des den Impedanzvektor kennzeichnenden Punktes in bezug auf eine derSÜiten des Impedanzkennvierecke a bestimmt«

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Pig« 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der gewünschten (zentrisch) symmetrischen Charakteristik in Viereckfor» für die Meßvorrichtung j

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Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Winkelimpedanzmessung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist ein entsprechendes erläuterndes Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungeweise einer Vergleichschaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 2}

Figo k zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung der Reaktanz gemäß der Erfindung! und

Figo 5 ist ein entsprechendes erläuterndes Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer Vergleichschaltung der Vorrichtung gemäß Fig. k.

In Fig. 1 ist in üblicher Weis® die gewtinselit® Charakteristik in bezug auf zwei rechtwinklige Koordinatenachsen dargestellt. Der Widerstand JR ist in Abszissenrlchtung und der Seheinwiderstand (die Reaktanz) X in Ordinatenriehtung aufgetragen. Ziel der Erfindung ist eS₉ eine Impedanz au E@ess©n_f deren kennzeichnender Punkt sieh innerhalb des K©nnvi©r©eke® befindet, das durch sstrei paar® vom. Geraden b®gr©nat ist₀ ^: d©s*©n erstes» d* und d₂f, schräg, parallel und in bezug auf ύ®η Ifoordinatenursprung symmetrisch ist und deren anderes» d„ und d. zur Abszissenachse parallel und in bezug auf den Koordinatenursprung ebenfalls symmetrisch ist« Ziel dieser Messung ist es, das Ansprechen einer Schutzvorrichtung zu gewährleisten, wenn sich der die Impedanz kennzeichnend® Punkt innerhalb des in Rede stehenden Kennviereckes befindet.

Für die Meβsung der Winkelimpedanz, die den Garaden d₁ und d_? ©ntspricht, wird als ®rste Größe ein® Größe i verwendet, die um einen Winkel J gegenüber dem Strom 1' phaseaiVex·schoben ist, der als Phasenursprung genommen wird, während d±© sweite Größe - TJ + 5Σ oder U + RI d@r Vektordifferenz bzw=. d©r Vektor summe aus einer Spannung U und aus einer Spannung RT ©ntsprichir, deren

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erstere, U, die Winkelimpedanζ Ζ definiert, nämlich U= IZiI (cos θ + j sin θ), und deren letztere, RI, mit I phasengleich und zu I proportional ist. Das (Gleichgewicht des Vergleichers, dem diese beiden Größen zugeführt werden, bestimmt die Grenze der Änderung des Zustandes des Ausgangs dieses Vergleicners und wird erhalten, wenn die Größe i und die Größe - U + HI phasengleich sind oder auch wenn i und U + RI phasengleich sind.

Der eine Zustand des Vergleichers entspricht dem Ansprechen der Vorrichtung, wenn die charakteristische Eingangsgröße, die eine Winkelimpedanz repräsentiert, niedriger als der eingestellte Wert ist, während der andere Zustand des Vergleichers dem Ruheoder Sperrzustand der Vorrichtung entspricht.

Im folgenden wird nun die Messung der Winkelimpedanz anhand der Fig. 2 und 3 besprochen. Gemäß Figo 2 werden die Primärwicklungen der Wandler T.. und T mit der Stromstärke I bzw. der Spannung U als Eingangsgrößen gespeist. Der Widerstand H₁, der zwischen die Klemmen der Sekundärwicklung des Wandlers T geschaltet ist, liefert eine zur Strömstärke I proportionale, regelbare Spannung RI, und diese wird über Widerstände It _ bzw. R_ an den Eingang der Operationsverstärker 11 und 12 angelegt, denen zugleich über die Widerstände H. bzw. R-- von der Sekundärwicklung des Wandlers T₉ der den Widerstand H_1n speist, die Spannung U zugeführt wirdο

Der Verstärker 11 bildet die Vektorsumme aus U und RI und liefert am Ausgang eine Spannung V = - (u + Rl)₀ Der VersJai

bildet die Differenz aus U und RI und liefert am Ausgang - Ü + ΪΪΪ. Die Wid
Weise geschaltet.

fert am Ausgang eine Spannung V = - (u + Rl)₀ Der VersJärker 12

R]
- U + RI. Die Widerstände R„ und R sind in der angedeuteten

Der Kondensator C₁ und der Widerstand R , die zwischen den

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Sekundärklemmen des Wandlers T₁ in Reihe geschaltet sind, werden dazu verwendet, um eine Phasenverschiebung des Stromes I um einen Winkel /f herbeizuführen,und der so erhaltene Vektor i wird einem der beiden Eingänge jeder der Pliasenvergleichschaltungen 13 und 14 zugeführt, deren anderen Eingängen die Ausgangsgrößen der Operationsverstärker 11 bzw. 12 zugeführt werden.

Die Phasenvergleicher 13 und 14 vergleichen also jeweils das relative Argument zweier Vektoren, und zwar der Vergleicher 13 das der Vektoren i und - (U + RI)_r das die schräge Gerade d.. liefert, und der Vergleicher 14 das relative Argument von i und . - U + RI, das die Gerade d„ liefert. Fig. J zeigt den von dem Vergleicher 13 durchgeführten Vergleich der Argumente, und es ist zu erkennen, daß der Vergleicher vom Ruhezustand in den Zustand 1 übergeht, wenn der die Impedanz kennzeichnende Punkt die Gerade d.. überschreitet„

Für einen vorherbestimmten Wert der zu messenden Impedanz Z und bei konstanter Stromstärke I ergibt sich der Vektor U = = ZI, der dem Einstellwert der Impedanz entspricht. Bei diesem genauen Wert befindet sich jeder der Vergleicher 13 und i4 im Gleichgewichtszustand, in dem i und - (U + Rl) oder T und ■f 5 + ΗΪ in Phaee sind.

Es ist zu bemerken, daß man die beiden Verstärker in Summierschaltung verwenden kann. Der eine der Verstärker bildet normalerweise die Summe U + RI , d_ei_o die Summe aus U und RI ; der andere Verstärker, der ebenfalls in Summierschaltung geschaltet ist, bildet die Summe aus U einerseits und -RI , das durch eine vorangegangene Umkehrung erhalten wurde, andererseits, d.h. .daß. sich die Summe U - RI ergibt.

Im folgenden wird die Messung der Reaktanz gemäß der Erfindung erläuterte Gemäß Fig_e 5 sind die Geraden d und d. die

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Meßkennlinien kleinster Reaktanz und vervollständigen das Kennviereck gemäß Fig. 1. Dieses Reaktanzmaß wird gemäß Figo 4 in übereinstimmender Weise wie das Maß der Winkelimpedanz erhalten,

Die Phasenvergleicher 23 und 24 vergleichen die Phasenverschiebung zwischen

- einerseits einer Größe, die zur Stromstärke I proportional ist, deren Abbild am Widerstand R₁ zu entnehmen ist und andererseits einer Größe, die entweder die Vektorsumme oder die Vektordifferenz aus der an den Klemmen des Widerstandes R_1n erhaltenen Spannung U und einer zu I proportionalen Spannung zl, deren Phasenwinkel £> durch den Phasenschieber C^-R₂ bestimmt ist, darstellt.

Die Verstärker 21 und 22 bilden die Summe bzw« die Differenz aus U und zl. Die Widerstände R₁O bis ^₁Q spielen eine Rolle analog der der Widerstände R„ bis R_.

Da die Stromstärke I konstant und ζ durch eine vorangegangene Einstellung des Phasenschiebers C₁-R₉ festgelegt ist, ist der Punkt U hinsichtlich seiner Amplitude durch einen einzigen Vektor Z derart definiert, daß jedes der Enden der Vektoren U und U - zl sich auf der zur Bezugsgeraden RI parallelen Geraden d„ befindet, wenn U - zl und RI in Phase sind. Der Vergleicher 23 beispielsweise steuert diesen in Fig. 5 veranschaulichten Zustand.

Durch die Zusammenfassung der beiden Schaltungen gemäß Fig. 2 und 4 wird das in Fig. 1 veranschaulichte Kennviereck erhalten.

Patentansprüche

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Claims

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P a tent an Sprüche

Verfahren zum Erfassen einer mindesten Winkelimpedanz und > einer mindesten Reaktanz durch Messung für einen Distanzschutz einer Leitung für den Transport elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung gemäß einer vierseitigen Impedanzcharakteristik erfolgt (Kennviereck), daß für jede Seite des Kennviereckes, ausgehend von einer Eingangsstromstärke und einer Eingangsspannung,zwei Vektorgrößen gebildet werden, deren eine mit Hilfe eines Operationsverstärkers erhalten wird, und daß die Phasen der beiden Größen in einem Phasenvergleicher verglichen werden, der je nach Lage des für die Impedanz kennzeichnenden Punktes in bezug auf die Seite des Viereckes zwei Zustände liefert.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkelimpedanz durch Vergleich zweier VektorgröJien als Argumente erfolgt, deren eine die Vektor— summe Ü + HI bzw. die Vektordifferenz

U — RI ist, worin U und I die Eingangsspännung bzw« die Eingangsstromstärke bezeichnen.,

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Reaktanz durchgeführt wird, indem zwei Vektorgrößen als Argumente verglichen werden, deren eine eine zur Eingangsstromstärke proportionale Größe bzw.

die Vektorsumme U + zl oder die Vektordifferenz U - zl ist, worin U die Eingangsspannung und zl eine zu einem phasenverschobenen Wert von I proportionale Größe bezeichnet.

4. Distanzschutzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch

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je einen Operationsverstärker für jede Seite des Kennviereckes der Vorrichtung zur Bildung der Summe der von der Eingangsstromstärke und der Eingangsspannung abgeleiteten Größen und zum Speisen eines Eingangs eines Ph.asenvergleich.ers mit zwei Zuständen, dessen anderer Eingang mit einer Größe gespeist ist, die von der Eingangsstromstärke in solcher Weise abgeleitet ist, daß der Vergleicher seinen Zustand ändert, wenn der die Impedanz kennzeichnende Punkt die betreffende Seite des Kennviereckes erreichte

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