Uberwachungsschaltung für Hochspannungsleitungen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Überwachungsschaltung für Hochspannungsleitungen. Eine derartige Überwachung
ist nötig, um Hochspannungsleitungen und Starkstromanlagen gegen Fehler und Kurzschlüsse
zu schützen. Bei einem bekannten Überwachungsverfahren werden zu diesem Zweck die
Phasenwinkel des Leitungsstromes an beiden Enden der Hochspannungsleitung miteinander
verglichen. Bei fehlerfreier Leitung oder bei einem außerhalb der Leitung liegenden
Fehler sind diese Phasenwinkel an beiden Leitungsenden gleich, d. h., die Polarität
des Stromes ist zu gleichen Zeitpunkten an beiden Enden der Leitung gleich. Ein
Fehler oder Kurzschluß auf der Leitung hat zur Folge, daß die Phasenwinkel des Leitungsstromes
bis zu 180° voneinander abweichen, d. h., daß die Polarität des Stromes zu bestimmten
Zeitpunkten an beiden Enden der Leitung verschieden ist. Aus dem Unterschied der
Phasenwinkel wird ein Kriterium abgeleitet, das zur Abschaltung der Leitung dient.
Dieses Überwachungsverfahren setzt voraus, daß die Phasenwinkel des Stromes von
einem Ende der Leitung jeweils zum entgegengesetzten Ende übertragen werden. Zu
diesem Zweck muß ein hochwertiger Übertragungskanal zur Verfügung gestellt werden,
da die Größe des Phasenwinkels ständig übertragen werden muß. Nachteilig ist, da,ß
das bekannte Verfahren mit Amplitudenmodulation arbeitet. Es ist deshalb gegen Störspannungen
sehr empfindlich und führt häufig zu fehlerhaften Abschaltungen der Leitung.Monitoring circuit for high voltage lines The invention relates
on a monitoring circuit for high-voltage lines. Such surveillance
is necessary to protect high voltage lines and power systems against faults and short circuits
to protect. In a known monitoring method, the
Phase angle of the line current at both ends of the high-voltage line with one another
compared. If the line is fault-free or if the line is outside the line
Errors, these phase angles are the same at both ends of the line, i. i.e., the polarity
of the current is the same at both ends of the line at the same time. A
A fault or short circuit on the line has the consequence that the phase angle of the line current
differ from each other by up to 180 °, d. i.e. that the polarity of the current has to be determined
Times at both ends of the line is different. From the difference of
Phase angle, a criterion is derived that is used to switch off the line.
This monitoring method assumes that the phase angle of the current of
one end of the line can be transmitted to the opposite end. to
a high-quality transmission channel must be made available for this purpose,
since the size of the phase angle has to be transmitted continuously. The disadvantage is that, ß
the known method works with amplitude modulation. It is therefore against interference voltages
very sensitive and often leads to incorrect shutdowns of the line.
Diese Nachteile werden bei der Schaltungsanordnung zum Überwache von
Hochspannungsleitungen gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß an beiden Leitungsenden
Schaltmittel vorgesehen sind, die eine dem Leitungsstrom proportionale Wechselspannung
in eine Rechteckspa.nnung umwandeln, diese in der Frequenz modulieren und zum jeweils
anderen Leitungsende übertragen, wo Auswerteschaltmittel vorgesehen sind, die die
empfangene frequenzmodulierte Spannung demodulieren, mit einer aus einer dem Leitungsstrom
an diesem Leitungsende proportionalen Wechselspannung gewonnenen Rechteckspannung
vergleichen und bei einer eine bestimmte Größe überschreitenden Abweichung dieser
beiden Spannungen voneinander Auslöseschaltmittel betätigen, die die Abschaltung
der Leitung bewirken. Es wird also eine binäre Übertragung mit Frequenzumtastung
durchgeführt, wodurch die Störempfindlichkeit auf einen minimalen Wert absinkt und
somit Fehlauslösungen mit großer Sicherheit vermieden werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn für beide Übertragungsrichtungen die gleichen Frequenzen verwendet
werden, da dann der benötigte Frequenzbereich um den Faktor 2 verkleinert wird.
Um in diesem Fall eine Unterscheidung zwischen dem von dem Sender an einem Leitungsende
ausgesendeten und den von dein Sender am anderen Leitungsende empfangenen Frequenzen
zu treffen, werden beide Sender so gesteuert, daß sie jeweils abwechselnd senden.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck an den Leitungsenden
je ein über ein Laufzeitglied von der Frequenz des Leitungsstromes mitgezogener
Generator vorgesehen, dessen vorzugsweise in eine Rechteckspannung umgewandelte
und beispielsweise um 270°. gegenüber dem Leitungsstrom phasenverschobene Ausgangsspannung
zur Ein- und Austastung der auszusendenden Frequenz dient. Dadurch ist gewährleistet,
daß der volle Nachrichteninhalt übertragen wird, obwohl die zu übertragenden Frequenzen
jeweils nur für einen Bruchteil der Zeit vorhanden sind. Weiterhin sind vorteilhaft
zwischen dem Laufzeitglied und dem mitgezogenen Generator Schaltmittel, z. B. ein
Relaiskontakt, vorgesehen, die bei plötzlichen, einen Fehler anzeigenden Phasen-
und/oder Amplitudensprüngen des Leitungsstromes geöffnet werden, so daß der mitgezogene
Generator auch bei Auftreten von Fehlern mit seiner eingestellten Phase weiterschwingt.
Dadurch ist die strenge Synchronisation der mitgezogenen Generatoren an beiden Leitungsenden
auch für die Zeitdauer eines Fehlers gewährleistet.These disadvantages are in the circuit arrangement for monitoring
Avoid high voltage lines according to the invention that at both ends of the line
Switching means are provided which have an alternating voltage proportional to the line current
convert it into a rectangular voltage, modulate it in frequency and for each
transmitted to the other end of the line, where evaluation switching means are provided that the
demodulate received frequency modulated voltage with one of the line current
square-wave voltage obtained at this end of the line proportional to the alternating voltage
compare and in the case of a deviation exceeding a certain size
two voltages from each other actuate trigger switching means that the shutdown
cause the management. So it will be a binary transmission with frequency shift keying
performed, whereby the susceptibility to interference drops to a minimum value and
thus false tripping can be avoided with a high degree of certainty. Particularly beneficial
it is when the same frequencies are used for both directions of transmission
as the required frequency range is then reduced by a factor of 2.
To make a distinction in this case between that from the transmitter at one end of the line
transmitted and the frequencies received by your transmitter at the other end of the line
to meet, both transmitters are controlled so that they send alternately.
In an advantageous embodiment, this is done at the ends of the line
one each that is dragged along by the frequency of the line current via a delay element
Generator provided, whose preferably converted into a square wave voltage
and for example by 270 °. Output voltage phase-shifted compared to the line current
is used for keying in and blanking the frequency to be transmitted. This ensures
that the full message content is transmitted, although the frequencies to be transmitted
each only exist for a fraction of the time. Furthermore are advantageous
between the delay element and the dragged generator switching means, for. B. a
Relay contact, provided, which in the event of sudden phase changes indicating an error
and / or amplitude jumps of the line current are opened, so that the dragged
Generator continues to oscillate with its set phase even if errors occur.
This ensures strict synchronization of the drawn generators at both ends of the line
also guaranteed for the duration of an error.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.Details of the invention are explained with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt ein Prinz.ipschaltbild der Überwachungsschaltung gemäß
der Erfindung. Eine derartige Überwachungsschaltung ist an jedem Ende der Leitung
vorhanden. An der Klemme L wird eine dem Leitungsstrom proportionale Wechselspannung
zugeführt. Der Verlauf dieser Wechselspannung ist in Fig. 2, Zeile 1, dargestellt.
Diese. Wechselspannung wird durch den Begrenzer B 1 in eine Rechteckwechselspannung
nach Fig. 2, Zeile 2, umgewandelt und dem Umtastmodulator M 1 zugeführt. Zwei weiteren
Eingängen dieses Umtastmodulators M 1 werden die von zwei Frequenzgeneratoren
G
1 und G 2 erzeugten Frequenzen f 1 und f 2 zugeführt. Am Ausgang des Umtastmodulators
erscheinen dann entsprechend der Steuerung des Umtastmodulators wechselweise die
beiden Frequenzen f 1 und f 2, deren Verlauf in Fig. 2, Zeile 3, dargestellt
ist. Über den Tastmodulator 111-2, der zunächst als stets durchlässig angesehen
werde, den Verstärker Z'1 und das Sendefilter F 1 werden diese Frequenzen ausgesendet
und zum arideren Ende der Leitung übertragen. .1 shows a schematic diagram of the monitoring circuit according to the invention. Such a monitoring circuit is provided at each end of the line. An alternating voltage proportional to the line current is fed to terminal L. The course of this alternating voltage is shown in FIG. 2, line 1. These. AC voltage is converted by the limiter B 1 into a square-wave AC voltage according to FIG. 2, line 2, and fed to the keying modulator M 1. The frequencies f 1 and f 2 generated by two frequency generators G 1 and G 2 are fed to two further inputs of this keying modulator M 1. The two frequencies f 1 and f 2, the course of which is shown in FIG. 2, line 3, then appear alternately at the output of the shift modulator, in accordance with the control of the shift modulator. These frequencies are sent out via the tactile modulator 111-2, which is initially regarded as always permeable, the amplifier Z'1 and the transmission filter F 1 and are transmitted to the other end of the line. .
Der Verlauf der dem Leitungsstrom am anderen Leitungsende proportionalen
Wechselspannung zeigt Fig. 2, Zeile 7. Diese Spannung wird begrenzt (Fig. 2, Zeile
8) und steuert einen Umtastmodulator; der die beiden Frequenzen f 1 und
f 2 wechselweise durchläßt (Fig. 2, Zeile 9). Sie gelangen über einen zunächst
als durchlässig betrachteten Tastmodulator zum Sendefilter und werden zum anderen
Leitungsende übertragen. Dort gelangen sie über das Empfangsfilter F 2, den Verstärker
V2 und den Begrenzer B 3 zum Diskriminator. Dieser Diskriminator besteht
aus zwei Reihenresonanzkreisen F3 und F4, von denen der eine auf die Frequenz
f 1, der andere auf die Frequenz f 2
abgestimmt ist. Mittels der Gleichrichter
Gy2 und Gy3 werden diese Frequenzen gleichgerichtet und steuern zwei gegensinnige
Wicklungen des Relais 12L2. Bei gleichem Phasenwinkel des Leitungsstroms an beiden
Leitungsenden nehmen die Kontakte rl1 und r12 der beiden Auslöserelais RL1 und RL2
gleichzeitig die Trenn-(T) oder Zeichenlage (Z) ein. Diese beiden Relais sind Vibrationsrelais,
deren Kontakte genau den Rechteckimpulsen folgen. Der Überwachungskreis UK ist also
bei gleichem Phasenwinkel an beiden Leitungsenden stets geschlossen. Bei ungleichem
Phasenwinkel an beiden Leitungsender. liegt der Kontakt eines Relais in der Trennlage,
während der Kontakt des anderen Auslöserelais die Zeichenlage einnimmt. In diesem
Fall ist der Überwachungskreis UK unterbrochen. Dieses Kriterium wird dann
zur Abschaltung der Leitung herangezogen.The course of the AC voltage proportional to the line current at the other end of the line is shown in FIG. 2, line 7. This voltage is limited (FIG. 2, line 8) and controls a keying modulator; which alternately passes the two frequencies f 1 and f 2 (Fig. 2, line 9). They reach the transmission filter via a push-button modulator, which is initially considered to be permeable, and are transmitted to the other end of the line. There they reach the discriminator via the reception filter F 2, the amplifier V2 and the limiter B 3. This discriminator consists of two series resonance circuits F3 and F4, one of which is tuned to frequency f 1 and the other to frequency f 2. These frequencies are rectified by means of the rectifiers Gy2 and Gy3 and control two opposing windings of the relay 12L2. With the same phase angle of the line current at both ends of the line, contacts rl1 and r12 of the two trip relays RL1 and RL2 simultaneously assume the separating (T) or character position (Z). These two relays are vibration relays whose contacts exactly follow the square-wave pulses. The monitoring circuit UK is therefore always closed at the same phase angle at both line ends. If the phase angle is different at both ends of the line. if the contact of one relay is in the isolating position, while the contact of the other tripping relay is in the character position. In this case the monitoring circuit UK is interrupted. This criterion is then used to switch off the line.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel arbeiten die Überwachungsschaltungen
an beiden Leitungsenden mit den gleichen Frequenzen f 1 und f 2. Damit nun die ausgesendeten
Frequenzen des eigenen Senders die des fernen Gerätes nicht stören, werden die Frequenzen
der beiden Überwachungsschaltungen in einem bestimmten Rhythmus nacheinander ausgesendet.
Zu diesem Zweck wird die mittels des Begrenzers B 1 in eine Rechteckspannung umgewandelte,
dem Leitungsstrom proportionale Wechselspannung über das Laufzeitglied
LG den Relaiskontakt rl3 und das Gleichrichternetzwerk Gr 1 dem Frequenzgenerator
G3 zugeführt. Das Laufzeitglied LG bewirkt eine Phasenverschiebung von beispielsweise
180° und formt die Rechteckspannüng nach Fig. 2, Zeile 2, wieder in eine Sinusspannung
um. Der Verlauf dieser verschobenen und umgewandelten Sinusspannung hinter dem Relaiskontakt
rl3 ist in Fig. 2, Zeile 4, dargestellt. Ein Teil der Ausgangsspannung des Mitziehgenerators
G 3 wird zusammen mit der in eine Sinusspannung umgewandelten Ausgangsspannung des
Laufzeitglieds L dem Gleichrichternetzwerk Gy 1 zu-
geführt. Dieses
Gleichrichternetzwerk regelt Frequenz-und Phasenlage des Mitziehgenerators derart,
daß dessei Ausgangsfrequenz der Frequenz der dem Leitungsstrom proportionalen Wechselspannung
entspricht und gegenüber dieser Spannurig um beispielsweise 270° phasenverschoben
ist. Die Ausgangsspannung des Mitziehgenerators G 3 wird mittels des Begrenzers
B 2 in eine Rechteckspannung nach, Fig. 2, Zeile 5, umgeformt und steuert den vorher
als durchlässig angenommenen Tastmodulator M2 beispielsweise derart, daß dieser
die ihm von dem Umtastmodulator 1V11 zugeführten, wechselweise vorhandenen Frequenzen
f 1 und f 2 nach Fig. 2, Zeile 3, nur bei positiver Steuerspannung
durchläßt. Die Ausgangsspannung des Tastmodulators M2 ist in Fig. 2, Zeile 6, dargestellt.
Sie wird in dem Verstärker V1 verstärkt, über das Sendefilter F 1 ausgesendet und
zum anderen Leitungsende übertragen. In der Gegenstation am anderen Leitungsende
ist ein dem Mitziehgenerator G 3 entsprechender Frequenzgeneratar vorgesehen. Dieser
steuert einen dem Tastmodulator M2 entsprechenden Tastmodulator derart, daß dieser
nur bei negativer Steuerspannung für die wechselweise zugeführten Frequenzen
f 1 und f 2
(Fig. 2, Zeile 9) durchlässig ist.. Die Ausgangsspannung'
des dem Tastmodulator 1V12 entsprechenden Ta.stmodulators ist in Fig. 2, Zeile 10;
dargestellt. Durch diese Art der Steuerung der Tastmodulatoren ist also gewährleistet,
daß die beiden Gegenstationen stets abwechselnd ihre Frequenzen f 1 bzw. f 2 aussenden.
Somit ist also eine Unterscheidung zwischen den ausgesendeten und den empfangenen
Frequenzen möglich.In the embodiment shown in Fig. 1, the monitoring circuits at both ends of the line work with the same frequencies f 1 and f 2. So that the transmitted frequencies of the own transmitter do not interfere with those of the remote device, the frequencies of the two monitoring circuits are successively in a certain rhythm sent out. For this purpose, the AC voltage, which is converted into a square-wave voltage by means of the limiter B 1 and is proportional to the line current, is fed to the relay contact rl3 and the rectifier network Gr 1 to the frequency generator G3 via the delay element LG. The delay element LG effects a phase shift of 180 °, for example, and converts the rectangular voltage according to FIG. 2, line 2, back into a sinusoidal voltage. The course of this shifted and converted sinusoidal voltage behind the relay contact r13 is shown in FIG. 2, line 4. Part of the output voltage of the pull-in generator G 3 is fed to the rectifier network Gy 1 together with the output voltage of the delay element L, which is converted into a sinusoidal voltage. This rectifier network regulates the frequency and phase position of the drag generator in such a way that its output frequency corresponds to the frequency of the alternating voltage proportional to the line current and is phase shifted by, for example, 270 ° with respect to this voltage. The output voltage of the pull-in generator G 3 is converted into a square-wave voltage according to FIG. 2, line 5 by means of the limiter B 2, and controls the key modulator M2 previously assumed to be permeable, for example, in such a way that it receives the alternating frequencies supplied to it by the key modulator 1V11 f 1 and f 2 according to FIG. 2, line 3, only lets through when the control voltage is positive. The output voltage of the key modulator M2 is shown in FIG. 2, line 6. It is amplified in the amplifier V1, transmitted via the transmission filter F 1 and transmitted to the other end of the line. In the opposite station at the other end of the line, a frequency generator corresponding to the pull-in generator G 3 is provided. This controls a key modulator corresponding to the key modulator M2 in such a way that it is only permeable to the alternately supplied frequencies f 1 and f 2 (Fig. 2, line 9) when the control voltage is negative. The output voltage of the key modulator corresponding to the key modulator 1V12 is in Fig. 2, line 10; shown. This type of control of the push-button modulators ensures that the two opposite stations always transmit their frequencies f 1 and f 2 alternately. It is thus possible to differentiate between the transmitted and received frequencies.
In Fig. 2, Zeile 11, ist die dem Auslöserelais RL 1 zugeführte Steuerspannung
dargestellt. Fig.2. Zeile 12, zeigt die resultierende Steuerspannung für das Auslöserelais
RL2, die sich durch Kombination der den Frequenzen nach Fig. 2, Zeile 6 und Zeile
10, entsprechenden Spannungen ergibt. Wie aus Fig. 2, Zeile 13, zu erkennen ist,
wird der Stromfluß in dem Überwachungskreis UK nach Fig. 2, Zeile 13, unmittelbar
nach dem zur Zeit t auftretenden Fehler, der einen Phasensprung des Stromes am anderen
Leitungsende bewirkt (Fig. 2, Zeile 7), unterbrochen und damit die Abschaltung der
Leitung ausgelöst.In Fig. 2, line 11, the control voltage supplied to the trip relay RL 1 is
shown. Fig. 2. Line 12 shows the resulting control voltage for the trip relay
RL2, which is obtained by combining the frequencies according to FIG. 2, line 6 and line
10, results in corresponding voltages. As can be seen from Fig. 2, line 13,
the current flow in the monitoring circuit UK according to FIG. 2, line 13, is immediate
after the error occurring at time t, the one phase jump in the current at the other
Line end causes (Fig. 2, line 7), interrupted and thus the shutdown of the
Line tripped.
Wie bereits erwähnt, ist zwischen das Laufzeitglied LG und
das Gleichrichternetzwerk Gr 1 ein Relaiskontakt r13 eingeschaltet.
Dieser Relaiskontakt wird durch das Relais RL 3 geschaltet, das bei Auftreten des
Fehlers beispielsweise infolge von Überstromanregung anzieht und den Kontakt rl3
nach der Zeit t 1
(Fig. 2, Zeile 4) öffnet. Die Verzögerungszeit t2 (Fig.
2, Zeile 4) des Laufzeitgliedes LG ist dabei so gewählt, daß der Relaiskontakt
rl3 geöffnet ist, bevor sich eine infolge des Fehlers eventuell auftretende Phasenänderung
störend für den Mitziehgenerator G 3 auswirken kann. Der Mitziehgenerator G3 schwingt
bei geöffnetem Relaiskontakt r13 mit der vorher eingestellten Phase weiter
und gewährleistet so auch während der Dauer des Auftretens des Fehlers eine einwandfreie
Synchronisation mit dem auf der Gegenstation vorhandenen entsprechenden Mitziehgenerator.
Die Zeitkonstante der Gleichrichterschaltung Gr1 ist so bemessen, daß sich die Regelspannung
für den Mitziefigenerator während der mutmaßlichen Dauer des Fehlers (einige 100
ins) nicht verändert.As already mentioned, a relay contact r13 is connected between the delay element LG and the rectifier network Gr 1 . This relay contact is switched by relay RL 3, which picks up when the fault occurs, for example as a result of overcurrent excitation, and opens contact rl3 after time t 1 (FIG. 2, line 4). The delay time t2 (FIG. 2, line 4) of the delay element LG is selected so that the relay contact rl3 is open before a phase change that may occur as a result of the error can have a disruptive effect on the drag generator G 3. The pull-in generator G3 continues to oscillate with the previously set phase when the relay contact r13 is open and thus ensures perfect synchronization with the corresponding pull-in generator on the opposite station even while the error occurs. The time constant of the rectifier circuit Gr1 is dimensioned in such a way that the control voltage for the auxiliary generator does not change during the presumed duration of the error (several 100 ins).
Die erläuterte Schaltung kann selbstverständlich im Rahmen der Erfindung
in verschiedener Weise abgewandelt werden. So können insbesondere die beiden Überwachungsschaltungen
an den Leitungsenden mit jeweils verschiedenen Frequenzen arbeiten. In diesem Fall
sind die Mitziehgeneratoren und die damit verbundene Steuerung überflüssig, da ja
die Sende- und Empfangsfilter so abgestimmt werden können, daß eine eindeutige Unterscheidung
zwischen ausgesendeten und. empfangenen Frequenzen möglich ist.The circuit explained can of course be within the scope of the invention
can be modified in various ways. In particular, the two monitoring circuits
work with different frequencies at the ends of the cables. In this case
the pull-along generators and the associated control are superfluous, because yes
the transmit and receive filters can be matched so that a clear distinction can be made
between sent and. received frequencies is possible.