DE1282151B

DE1282151B - Circuit arrangement for distance relay

Info

Publication number: DE1282151B
Application number: DE1966L0052526
Authority: DE
Inventors: Heinz Gutmann; Dipl-Ing Walter Halama; Dipl-Ing Ferdinand Jungbauer; Dr-Ing Claus Kleegrewe; Dr-Ing Erich Zimmermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1966-01-03
Publication date: 1968-11-07
Also published as: CH447337A; SE300843B

Description

Schaltungsanordnung für Distanzrelais Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Distanzrelais zur Gewinnung von von den Phasenströmen eines Netzes abgeleiteten Meßgrößen, wobei die den Phasenströmen proportionalen Größen nur geringe Leistung aufweisen.Circuit arrangement for distance relay The invention relates to a circuit arrangement for distance relays to obtain the phase currents of a network derived measured quantities, the phase currents proportional Sizes have little power.

Die Messung von Wechselgrößen in Hochspannungsanlagen erfolgt im allgemeinen mittels Wandlern. Diese wandeln die zu messende Wechselgröße in einen für nachgeschaltete Meß- und Schutzeinrichtungen geeigneten Wert um. Außerdem stellen sie die erforderliche Isolation zwischen Hochspannungs- und Erdpotential her. Mit steigenden Spannungen ergibt sich jedoch ein immer größerer Aufwand für die Isolation und zusätzlich bei Stromwandlern für Maßnahmen zur Beherrschung der Kurzschlußkräfte. Kann der Aufwand für die Isolation wegfallen (z. B. durch Umsetzung der zu messenden Wechselgröße in ein Signal, das unter Zwischenschaltung eines Isolators an einen Empfänger übertragen wird), so lassen sich zumindest bei sehr hohen Spannungen erhebliche Einsparungen erzielen.The measurement of alternating quantities in high-voltage systems is generally carried out by means of converters. These convert the variable to be measured into one for downstream Suitable value for measuring and protective devices. They also provide the necessary Isolation between high voltage and earth potential. With increasing tensions However, there is an ever greater effort for the isolation and additionally with Current transformers for measures to control short-circuit forces. Can the effort for the insulation are omitted (e.g. by converting the alternating quantity to be measured into a signal that is transmitted to a receiver with the interposition of an isolator at least at very high voltages, considerable savings can be made achieve.

Es sind bereits Hochspannungsmeßeinrichtungen für Wechselströme bekanntgeworden, bei denen der zu messende Wechselstrom hochspannungsseitig in ein Signal umgesetzt wird. Dieses Signal wird an einen auf Erdpotential befindlichen Verstärker übertragen, der dieses Signal wieder in ein analoges, amplitudenmoduliertes Signal für Meß- und Schutzeinrichtungen umsetzt. Damit ergeben sich jedoch hinsichtlich der Anwendung derartiger Meßeinrichtungen bei Schutzrelais erhebliche Schwierigkeiten.High-voltage measuring devices for alternating currents have already become known, in which the alternating current to be measured is converted into a signal on the high-voltage side will. This signal is transmitted to an amplifier that is at ground potential, which converts this signal back into an analog, amplitude-modulated signal for measuring and implements protective devices. However, this results in terms of application such measuring devices with protective relays considerable difficulties.

Um ein sicheres Arbeiten der Schutzrelais zu gewährleisten, müssen nämlich im Falle eines Kurzschlusses die Stromwandler Ströme bis etwa zum 100fachen des Nennstromes mit nicht allzu großen Fehlern übertragen können. Dies bedingt für den auf Erdpotential befindlichen Verstärker Ausgangsleistungen, deren Erstellung sehr große Schwierigkeiten bereiten. Für Schutzrelais in der derzeit üblichen Form sind dies bei dem 100fachen Wert des Nennstromes wegen der quadratischen Abhängigkeit der Leistung vom Strom bei konstanter Bürde 10 kW und mehr.To ensure safe operation of the protective relays, namely in the event of a short circuit the current transformer currents up to about 100 times of the rated current with not too large errors. This is conditional for the amplifier that is at ground potential output powers, their creation cause very great difficulties. For protection relays in the currently usual form this is 100 times the value of the nominal current due to the quadratic dependence the power output with a constant load of 10 kW and more.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei Distanzrelais durch die Gewinnung der verschiedenen von den Phasenströmen abgeleiteten Meßgrößen (unter anderem Nullstrom, verkettete Ströme), die zur richtigen Erfassung von ein- und mehrphasigen Kurz- bzw. Erdkurzschlüssen benötigt werden.Another problem arises with distance relays due to the extraction the various measured variables derived from the phase currents (including zero current, chained currents), which are necessary for the correct detection of single- and multi-phase short or earth faults are required.

Es ist bekannt, diese Meßgrößen mittels einer vierpoligen, in Stern geschalteten Widerstandsanordnung zu gewinnen. Die zur Erfassung der Meßgrößen vorgesehenen Meßglieder sind dabei an die Widerstände in entsprechender Weise angeschlossen. Die Leistungsaufnahme pro Phase liegt beim Nennstrom IN bei etwa 1 bis 5 VA und dementsprechend beim 100fachen des Nennstromes bei etwa 10 bis 50 kVA.It is known to obtain these measured variables by means of a four-pole, star-connected resistor arrangement. The measuring elements provided for recording the measured variables are connected to the resistors in a corresponding manner. The power consumption per phase for the nominal current IN is about 1 to 5 VA and accordingly 100 times the nominal current is about 10 to 50 kVA.

Ferner ist bereits ein Halbwellen-Selektivschutz bekannt, bei dem die Momentanwerte der Spannungsabfälle an einer Leitungsschleife und an einer Vergleichsimpedanz einem Vergleichssystem zugeführt werden, das bei Vorliegen der Auslösebedingungen eine Betätigung des zugehörigen Schalters bewirkt. Die erwähnten Spannungsabfälle werden dabei durch Verstärker verstärkt. - Das der Erfindung zugrunde liegende Problem, verschiedene von den Phasenströmen abgeleitete Meßgrößen (unter anderem Nullstrom, verkettete Ströme), die zur Erfassung von ein-und mehrphasigen Kurz- bzw. Erdkurzschlüssen benötigt werden, zu gewinnen, wird bei dem bekannten Selektivschutz nicht behandelt. Es fehlt dementsprechend auch ein Hinweis, wie sich dieses Problem mit technisch ausführbaren Verstärkern lösen läßt.Furthermore, a half-wave selective protection is already known in which the instantaneous values of the voltage drops on a line loop and on a comparison impedance be fed to a comparison system that, when the trigger conditions are met causes the associated switch to be actuated. The voltage drops mentioned are amplified by amplifiers. - The problem underlying the invention, various measured variables derived from the phase currents (including zero current, linked currents), which are used to record single and multi-phase short circuits or earth faults are needed to win, is not dealt with in the known selective protection. Accordingly, there is also no indication of how this problem relates technically can solve executable amplifiers.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die verschiedenen von den Phasenströmen eines Netzes abgeleiteten Meßgrößen für die verschiedenen Fehlerfälle zu gewinnen, wobei die den Phasenströmen proportionalen Größen nur geringe Leistung aufweisen und außerdem nur Verstärker mit üblicher Ausgangsleistung vorgesehen werden sollen.The invention is therefore based on the object, the various Measured variables derived from the phase currents of a network for the various To gain error cases, the magnitudes proportional to the phase currents only being small Have power and, moreover, only amplifiers with normal output power are provided should be.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Phasenströmen proportionalen Größen jeweils einem Verstärker zugeführt werden, daß ein Ausgangspol jedes Verstärkers an eine Leitung angeschlossen und über diese mit einem Widerstand verbunden ist, daß der jeweilige andere Ausgangspol an jeweils eine Leitung und über diese an jeweils einen Widerstand angeschlossen ist, daß alle Widerstände an einer Klemme miteinander verbunden sind und daß an den Widerständen die Eingangsgrößen für weitere Verstärker abgegriffen werden.This task is performed in the circuit arrangement specified at the beginning solved according to the invention in that the quantities proportional to the phase currents respectively are fed to an amplifier that an output terminal of each amplifier to a Line connected and connected through this with a resistor that the respective other output pole to one line each and via this to one each Resistor is connected that all resistors are connected to one another at one terminal and that the input variables for further amplifiers are tapped at the resistors will.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der bekannten Schaltungsanordnung zur Gewinnung der verschiedenen Meßgrößen mittels einer vierpoligen Widerstandsanordnung die benötigte Leistung zwar von den Meßgliedern bestimmt wird, jedoch der größte Leistungsverbrauch nicht in den Meßgliedern, sondern in der Widerstandsanordnung erfolgt. Die Widerstandsanordnung muß nämlich, um lineare Verhältnisse zu erhalten, mindestens eine um eine Größenordnung höher liegende Leistung - praktisch meist fast eine um zwei Größenordnungen höher liegende Leistung - aufnehmen. Die zweite Gruppe von Verstärkern ermöglicht, die Leistungsaufnahme der Widerstandsanordnung auf einen niedrigen Pegel herabzusetzen, womit weiter die Leistungsaufnahme des gesamten Schutzrelais auf etwa ein Hundertstel der bisher üblichen Werte herabgesetzt wird. Damit ergeben sich Leistungen, die von üblichen Verstärkern geliefert werden können. - Durch Verwendung elektronischer, der zweiten Gruppe der Verstärker nachzuschaltender Relais läßt sich der Leistungspegel noch weiter herabsetzen.The invention is based on the knowledge that in the known circuit arrangement to obtain the various measured variables by means of a four-pole resistor arrangement the required power is determined by the measuring elements, but the greatest Power consumption not in the measuring elements, but in the resistor arrangement he follows. The resistor arrangement must namely, in order to obtain linear relationships, at least one order of magnitude higher performance - practically mostly almost an achievement two orders of magnitude higher - record. The second Group of amplifiers allows the power consumption of the resistor arrangement to a low level, which further reduces the power consumption of the entire protective relay is reduced to about a hundredth of the previously usual values will. This results in performances that are supplied by conventional amplifiers can. - By using electronic ones to be connected downstream of the second group of amplifiers Relay, the power level can be reduced even further.

Die Impedanzen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden zweckmäßigerweise als ohmsche Widerstände ausgelegt. In diesem Fall ist es günstig, auf der Sekundärseite der primären Stromwandler Nachbildungen der zu schützenden Leitung vorzusehen, durch die die Phasenlage des Stromes entsprechend dem Leitungswinkel angepaßt und Einschwingvorgänge berücksichtigt werden. Die Nachbildung der zu schützenden Leitung besteht beispielsweise in an sich bekannter Weise aus der Reihenschaltung einer Induktivität mit einem einstellbaren ohrnschen Widerstand.The impedances of the circuit arrangement according to the invention are expedient designed as ohmic resistors. In this case it is beneficial on the secondary side of the primary current transformers to provide replicas of the line to be protected which adjusted the phase position of the current according to the conduction angle and transients must be taken into account. The simulation of the line to be protected exists, for example in a manner known per se from the series connection of an inductor with a adjustable ear resistance.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Impedanzen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung als Nachbildungen der zu schützenden Leitung ausgelegt. Durch diese läßt sich dann ebenfalls die Phasenlage des Stromes entsprechend dem Leitungswinkel anpassen. Die Einstellung kann dabei vorteilhafterweise an einer auf Erdpotential befindlichen Anordnung vorgenommen werden. Einschwingvorgänge werden in diesem Fall ebenfalls berücksichtigt.In a preferred embodiment, the impedances of the circuit arrangement designed according to the invention as replicas of the line to be protected. By this can then also be the phase position of the current according to the conduction angle adjust. The setting can advantageously be made on a ground potential located arrangement can be made. Transients will occur in this case also taken into account.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.In the following, the invention is to be based on the in the figure schematically illustrated embodiment are explained in more detail.

Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung für Distanzrelais zur Gewinnung von von Phasenströmen IR, 1s, IT, eines Netzes R, S, T abgeleiteten Meßößen I°. I" I" I". I" I" L" . I" I" I',E är M> R# S# T# RSC ST @R# RE, SE, TE, wobei die den Phasenströmen IR, Is, IT proportionalen Größen IR, Is, IT' nur eine geringe Leistung aufweisen.The figure shows a circuit arrangement for distance relays for obtaining measured quantities I ° derived from phase currents IR, 1s, IT, a network R, S, T. I "I" I ". I" I " L" . I "I" I ', E ar M> R # S # T # RSC ST @ R # RE, SE, TE, the quantities IR , Is, IT' proportional to the phase currents IR, Is, IT having only a low power .

Die Größen IR', 1s , IT werden mittels Wandlern 1, 2, 3 gewonnen, die lediglich die primären Ströme IR, Is, IT abbilden, jedoch nicht eine Isolation gegenüber Erdpotential bewirken. Die Sekundärströme der Wandler 1, 2, 3 werden Übertragern 4, 5, 6 zugeführt, in denen den Primärströmen IR, Is, IT proportionale Signale, beispielsweise Lichtsignale, gebildet werden, die mittels Übertragungskanälen 7, 8, 9 an auf Erdpotential befindliche Empfänger 10, 11, 12 übertragen werden. Die Empfänger 10, 11, 12 liefern den Phasenströmen IR, Is, IT proportionale Größen IR', Is, IT' mit nur geringer Leistung.The quantities IR ', 1s , IT are obtained by means of converters 1, 2, 3, which only map the primary currents IR, Is, IT, but do not cause isolation from earth potential. The secondary currents of the converters 1, 2, 3 are fed to transformers 4, 5, 6, in which signals proportional to the primary currents IR, Is, IT, for example light signals, are formed, which are sent to receivers 10 at ground potential by means of transmission channels 7, 8, 9 , 11, 12 are transmitted. The receivers 10, 11, 12 supply the phase currents IR, Is, IT proportional quantities IR ', Is, IT' with only low power.

Die Isolation zwischen dem Netz R, S, T und Erde wird durch die Übertragungskanäle 7, 8, 9 bewirkt. Die Kosten für die Isolation der Wandler 1, 2, 3 entfallen daher praktisch. Die ebenfalls auf Hochspannungspotential befindlichen Übertrager 4, 5, 6 werden über nicht dargestellte Sättigungswandler von den Strömen IR, Is, IT bzw. im Leerlauffall durch kapazitive Ströme gespeist. Die von den Übertragern 4, 5, 6 abgegebenen Signale sind entsprechend den Werten der Ströme IR, Is, IT moduliert. Als Modulationsverfahren können sowohl analoge - beispielsweise Impulslängen- oder Frequenzmodulation - als auch digitale Verfahren vorgesehen werden. Allen Verfahren ist dabei gemeinsam, daß der Leistungspegel der Signale klein ist.The isolation between the network R, S, T and earth is effected by the transmission channels 7, 8, 9. The costs for the isolation of the transducers 1, 2, 3 are therefore practically eliminated. The transformers 4, 5, 6, which are also at high voltage potential, are fed via saturation converters (not shown) from the currents IR, Is, IT or, in the case of no-load operation, from capacitive currents. The signals emitted by the transformers 4, 5, 6 are modulated according to the values of the currents IR, Is, IT. Both analog - for example pulse length or frequency modulation - and digital methods can be provided as modulation methods. What all methods have in common is that the power level of the signals is low.

Die von den Empfängern 10, 11, 12 abgegebenen, den Phasenströmen IR, Is, IT propotionalen Größen In', Is , IT werden einer ersten Gruppe von Verstärkern 13, 14, 15 zugeführt. Diesen Verstärkern sind über Leitungen 16, 17, 18, 19 Widerstände 20, 21, 22, 23 nachgeschaltet, die eine vierpolige in Stern geschaltete Widerstandsanordnung darstellen. - Ein Ausgangspol jedes Verstärkers 13,14,15 ist dabei über die Leitung 19 mit dem Widerstand 23 verbunden, während der jeweilige andere Ausgangspol über eine Leitung, beispielsweise 16 (oder 17 oder 18), an einen weiteren Widerstand 20 (21, 22) angeschlossen ist. An den Widerständen 20, 21, 22, 23 lassen sich die verschiedenen Meßgrößen IM; IR, 1s, 1T; IRE, IsE, ITE ; IRs, IßT, ITR für ein Distanzrelais abgreifen. Nach der Erfindung werden diese Meßgrößen mittels einer zweiten Gruppe von Verstärkern 24 bis 33 abgegriffen, deren Eingänge in der in der Figur dargestellten Weise mit den Widerständen 20, 21, 22, 23 verbunden sind. The quantities In ', Is , IT which are proportional to the phase currents IR, Is, IT and which are emitted by the receivers 10, 11, 12 are fed to a first group of amplifiers 13, 14, 15. These amplifiers are followed by resistors 20, 21, 22, 23 via lines 16, 17, 18, 19, which represent a four-pole, star-connected resistor arrangement. - One output terminal of each amplifier 13, 14, 15 is connected to the resistor 23 via the line 19, while the respective other output terminal is connected to a further resistor 20 (21, 22) via a line, for example 16 (or 17 or 18) connected. The various measured variables IM; IR, 1s, 1T; IRE, IsE, ITE ; Pick up IRs, IßT, ITR for a distance relay. According to the invention, these measured variables are tapped by means of a second group of amplifiers 24 to 33, the inputs of which are connected to the resistors 20, 21, 22, 23 in the manner shown in the figure.

Durch die zweite Gruppe von Verstärkern 24 bis 33 kann die in den Widerständen 20 bis 23 umgesetzte Leistung gering gehalten werden, da die Verstärker 24 bis 33 zu ihrer Aussteuerung nur eine geringe Eingangsleistung benötigen. Damit fällt der bauptsächlichste Energieverbraucher bei bekannten Distanzrelais weg. Die Widerstände 20 bis 23 sind relativ groß, beispielsweise etwa 1 Kiloohm, damit sich für die Aussteuerung der Verstärker 24 bis 33 ein genügend großer Spannungsabfall ergibt. Die Eingangswiderstände der Verstärker 24 bis 33 sind dementsprechend ebenfalls hochohmig ausgelegt.The power converted in the resistors 20 to 23 can be kept low by the second group of amplifiers 24 to 33, since the amplifiers 24 to 33 only require a low input power for their control. This eliminates the main energy consumer in known distance relays. The resistors 20 to 23 are relatively large, for example about 1 kiloohm, so that there is a sufficiently large voltage drop for modulating the amplifiers 24 to 33. The input resistances of the amplifiers 24 to 33 are accordingly also designed to be high-resistance.

Die erste Gruppe von Verstärkern 13, 14, 15 liefert den Größen IR', Is , IT' proportionale, beispielsweise eingeprägte Ströme von 1 mA bei Nennstrom IN und von 100 mA bei 100 IN. Bei symmetrischen Strömen IR, Is, IT und Widerständen 20 bis 23 mit je ein Kiloohm muß somit von den Verstärkern 13, 14, 15 eine Ausgangsleistung von 1 mW bei IN und von 10 W bei 100 IN abgegeben werden. Diese Leistung läßt sich durch übliche Verstärker erstellen. - Befindet sich die erste Gruppe von Verstärkern 13, 14, 15 im Unterteil von mittels Übertragungskanälen 7, 8, 9 arbeitender Stromwandler, so werden die eingeprägten Ausgangsströme von 13,14,15 in abgeschirmten Leitungen zum Einbauort des Distanzrelais weitergeleitet. Dort durchfließen die Ströme dann die Widerstände 20 bis 23, wobei die Widerstände 20, 21, 22 Phasenshunts, der Widerstand 23 den Summenshunt darstellen. Der Wert von 23 richtet sich nach der Nullimpedanz der zu schützenden Leitung. An den Phasenshunts 20, 21, 22 werden mittels Verstärker 24, 25, 26 den Leiterströmen IR, 1,9, 1T, am Summenshunt 23 mittels Verstärker 27 dein Nullstrom 1u proportionale Spannungen abgegriffen. Die Verstärker 31, 32, 33 greifen an 20 bis 23 Spannungen ab, die der Differenz aus Leiterstrom und Summenstrom entsprechen. Von den Verstärkern 28, 29, 30 werden die Differenzen. aus zwei Leiterströmen erfaßt.The first group of amplifiers 13, 14, 15 supplies the quantities IR ', Is , IT' proportional, for example impressed currents of 1 mA at nominal current IN and 100 mA at 100 IN. In the case of symmetrical currents IR, Is, IT and resistors 20 to 23, each with one kilohm, the amplifiers 13, 14, 15 must therefore deliver an output power of 1 mW at IN and 10 W at 100 IN. This power can be generated by conventional amplifiers. - If the first group of amplifiers 13, 14, 15 is located in the lower part of the current transformer working by means of transmission channels 7, 8, 9, the impressed output currents of 13, 14, 15 are forwarded in shielded lines to the installation location of the distance relay. There the currents then flow through resistors 20 to 23, resistors 20, 21, 22 representing phase shunts and resistor 23 representing the summation shunt. The value of 23 depends on the zero impedance of the line to be protected. At the phase shunts 20, 21, 22, voltages proportional to the conductor currents IR, 1,9, 1T are tapped by means of amplifiers 24, 25, 26, and voltages proportional to the zero current 1u are tapped at the summation shunt 23 by means of amplifier 27. The amplifiers 31, 32, 33 tap from 20 to 23 voltages that correspond to the difference between the conductor current and the total current. From the amplifiers 28, 29, 30, the differences. detected from two conductor currents.

Den Verstärkern 24 bis 33 steht mit einem Leistungsumsatz in den Widerständen 20 bis 23 von 1 mW bis 10 W eine ausreichende Eingangsleistung zur Verfügung, so daß auch an diese keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen. Den Verstärkern 24 bis 33 sind die - in der Figur nicht dargestellten -Anrege- und Meßglieder eines Distanzrelais nachgeschaltet.With a power conversion in the resistors 20 to 23 of 1 mW to 10 W, the amplifiers 24 to 33 have sufficient input power available, so that no special requirements have to be placed on them either. The amplifiers 24 to 33 are followed by the excitation and measuring elements of a distance relay - not shown in the figure.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Anwendung von zwei Gruppen von Verstärkern, zwischen denen Impedanzen zur Ableitung der für Distanzrelais benötigten Meßgrößen angeordnet sind, der Leistungsverbrauch von Distanzrelais auf etwa ein Hundertstel der bisher üblichen Werte gesenkt werden konnte. Damit wird die Zusammenschaltung von Distanzrelais mit Stromwandlern ermöglicht, die unter Verwendung von Übertragungskanälen arbeiten und bei denen die den Phasenströmen proportionalen Größen eine nur geringe Leistung aufweisen.The advantages achieved with the invention are in particular: that by the application of two groups of amplifiers, between which impedances are arranged to derive the measured variables required for distance relays, the power consumption distance relays can be reduced to about a hundredth of the previously usual values could. This enables distance relays to be interconnected with current transformers, which work using transmission channels and in which the phase currents proportional sizes have little power.

Claims

1. A circuit arrangement for distance relay for recovering of the phase currents of a network derived measured amounts, said phase currents proportional sizes have only low power, characterized g ek ennzeic HNET that the phase currents (In, Is, IT) proportional sizes (1P , Is , IT ) are each fed to an amplifier (13, 14, 15) that an output terminal of each amplifier (13, 14, 15) is connected to a line (19) and is connected via this to a resistor (23) that the respective other output pole is connected to a respective line (16, 17, 18) and via this to a respective resistor (20, 21, 22) so that all resistors (20, 21, 22, 23) are connected to one another at a terminal and that the input variables for further amplifiers (24 to 33) are tapped off at the resistors (20, 21, 22, 23).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the resistors (20, 21, 22, 23) are designed as replicas of the line to be protected.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that replicas of the line to be protected are provided on the secondary side of the primary current transformer (1, 2,3). Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1116 785, 1113 508; Electrical Times, July 22, 1965, pp. 119-125