DE2007414A1

DE2007414A1 - überwachungsschaltung

Info

Publication number: DE2007414A1
Application number: DE19702007414
Authority: DE
Inventors: E Paddison; M C S Simpson
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1970-02-18
Publication date: 1970-09-17
Also published as: SE374235B; CH526218A; GB1236837A; US3629657A; FR2031495B1; FR2031495A1

Description

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Patentanwälte DIpI. Ing. C.Wallach

DIpI. Ing. G. Koch H. Fa tS7l

Dr. T. Haibach
8 MUnchen 2
Kaufingerstr. 8,TeI. 240276 12 499 - H./M

The English Electric Company litai-teci, London/England

Überwachung^ chaltvng

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung zur ÜberwftOiraBg τβη BeergieüToertragungseyeteo«n, insbesondere Starkstrrametzen, uad betrifft in besonderes Sie Gleichstromspei· derartiger ttberwacbungescbaltungen.

Derartige überwaclniBgsßchaltungen werden beispielsweise zum Haetowsis reu Stöif- bew. PehlBfaßtäiideii in Aem überwachten System vgai zur Atuilösung von Schuteaiaßnahiaen, wie beispielsweise öffnen von Hrfceechaltern, verwendet. Die jeweiligen Bedingungen in de» System werden über Spannungs- und Stromtransformatoren bekannter Art tiborxiracht und nachgewiesen j diese TeraögeE but eine sehr geringe Leistung zu liefern, obwohl die Leistnsg in dem überwachten System groB sein kann. Grirwiflanlich wird die Überwachungssehaltung normalerweie« sit Energie gespeist _t die beispielsweise durch den »it äma tTbertragungflßysteiB gekoppelten Spaanuagatraneforeatcpc zn* Terfügung gestellt wird· Im störungsfreien Zusta»i des Systems wird nur eine verhältnismäßig gering« Leistung benötigt j beim Auftreten eines Störsustandea hingÄgen Icexm für eine kurze Zeitdauer eine verhältnismäßig hohe Leistung benötigt werden.

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In der Sicherungsanlage für derartige Jbertr&gungnsystesie, insbesondere Starketromnetze, iat normalerweise eine "Stations "-Batter ie hoher Spannung und hoher Stronkapasität vorgesehen·, welche die zur Betätigung der Hauptschalter des Netzes erforderliche hohe Leistung liefert. Wegen der hohen Verbraucherlast welche die Stationsbatterie Möglicherweise speisen muß,"kann ihre Spannung großen Sch".äa'cungasi unterliegen; beispielsweise ist ein Abfall um 50 j£ von dem Normalwert 125V oder 25OV nicht ungewöhnlich» ferner besitzt diese Batterie zwar eine hohe Strorokapassltät; nichtsdestoweniger muß eie jedoch gegen eine kontinuierliche Entladung geschützt werden_} da - selbst wenn die Stroaentnahme durch jede einzelne derartige Entladung sehr niedrig sein mag - eine Anzahl derartiger Entnahmen in Kombination,die durch' die unabhängige Ladevorrichtung vorgegebene erwünschte Begrenzung überschreiten könnte. Aus diesen Gründen wurde es bisher nicht für praktikabel gehalten, die Stationebatterie zur Speisung der Überwachung schaltung au verwenden, es sei denn unter einschneidender Begrenzung.

Bekannt ist die Verwendung einer unabhängigen Batterie in jeder ÜberwachungSBchaltung, zusätzlich zu der "Stations"-Batterie; diese unabhängige Batterie ist dabei so geschaltet, daß sie normalerweise durch die aus dem überwachten Netz verfügbare Leistung aufgeladen wird. Die unabhängige Batterie liefert dann die benötigte Extraleistung, eobald die «us dem Überwachten Netz verfügbare Leistung sich verringert oder der Leistungsbedarf der ÜberwachungBschaltuBg sich erhöht. Diese Lösung ist jedoch nicht voll befriedigend, in Hinblick auf die Alterung der Batterie, den Betriebs bereich, Notwendigkeit der Instandhaltung usw.

Die Erfindung betrifft somit eine Überwachungsschaltung für ein Energieübertragungssystem insbesondere ein Starkstromnetz, wobei die Überwachungsschaltung unter normalen Bedingungen aus dem Starkstromnetz, hingegen bei nicht aas

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reichen der aus dem Netz verfügbaren Stromversorgung aus einer Batterie gespeist wird.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß als Batterie eine unabhängig aufgeladene * Stations"- oder Ortsbatterie vorgesehen ist, die mit der Überwachungsschaltung dauernd über einen Spannungsregler verbunden iet, der unter normalen Bedingungen sperrt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann bei der er-, findungsgemäßen Überwachungsschaltung vorgesehen sein, daß durch von dem überwachten System abgeleiteten Signale gesteuerte Schaltmittel vorgesehen sind, welche den Hauptteil der überwachungsschaltung Von Stromversorgung abschalten, wenn sämtliche Überwachungssignale unter vorgegebenen, Schwellwerten liegen· Dies wird nur der Fall sein, wenn das Netz tod iat, und da es keinen Sinn hat, das Uberwacliungseyatem zu einem derartigen Zeitpunkt erregt zu halten, wird durch die Abschaltung eine zusätzliche Herabsetzung der Strombelastung der Batterie erreicht.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Hegler einen Reihenscha!tongstransistor in der Verbindungsleitung von der Batterie zu einer Hauptspeiseleitung der Überwachungsschaltung aufweist sowie einen auf diB Spannung der Hauptspeiseleitung ansprechenden Steuertransistor zur Steuerung des Reihenschaltungstransistors. Zur Bestimmung bzw, Festlegung der Spannung, bei welcher der ReihAschaltungatransiator gesperrt ist, kann eine Zenerdiode dienen.

Bea weiteren kann nach vorteilhaften Ausgestaltungen eine Sioherheitsschaltung vorgesehen sein, die mit einem Zeitgeber zusananenarteitet, derart daß eine sofortige Netzb'ffnung durch öffnen des HetzschalterB erfolgt, falls bei der

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anfänglichen Erregung des Übertraguagssyatems bzw. Starkstrejnnetzes ein Stör- bzw. Fehler zustand festgestellt wird« Hierdurch wird gewährleistet, daß keinerlei Verz8g«ruag in der Stronrunterbrechung des Netzes auftritt» falls beispielsweise Erdungskienraien nach Service arbeiten ea dem Übertragungssystem belassen wurden.

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In folgenden wird ein Auaführungabeispiel der "Erfindung anband der Zeichnung beschrieben; die Zeichnung zeigt das Schaltscheu» einer Stroaveraorgungsschaltung mit Hilfabatterie für ein Distanzschutzrelais«

Bei der gezeigten Schaltung wird die Spannung (7³) einer Phase der (nicht gezeigten) zu schützenden Xeituns überwacht; diese Spannung wird einem Transformator 1 zugeführt und ia einer Schaltung 2 gleichgerichtet und geglättet. Diese Eingangsspannung dient als Stromversorgung für die übrige Schaltung} falle ihr Betrag die Durchbruchspannung"einer Ze« nerdiode 3 übersteigt (etwa 80$ des normalerweise zu erwartenden Wertes), so werden hierdurch Schalttransistoren 5,6 betätigt» in deren Kollektorlaatkreisen die Meßlereise (7) bzw. die anderen tJberwachungskreise (8) des Relais'liegen» Die drei Pbaeenströme I , 1,1 werden getrennt in gleicher Weise überwacht, Transformatoren 9 zugeführt und in einer Schaltung 10 gleichgerichtet und geglättet. Die Spannung (Y¹·) einer .anderen Phase wird ebenfalls dieser Schaltung zugeführt, vorausgesetzt, daß ihr Betrag die aXurcbbruchspannung von Zenerdioden 11 übersteigt; diese Maßgabe ist besonders zweckmäßig und nützlich, da hierdurch die &chalttransistoren 5 und 6 während der Totzeit in einer ₄&jLnphasen-Selbstschließschaltfolge, in welcher diese Schaltung, verwendet werden kann, leitend bleiben. .

Pie Ausgangsgröße der Schaltung 10 bewirkt die Einschaltung 4er Schalttraneistoren 5_t6 in den leitenden Zustand zur Erregung der Schaltungen 7,3; sie übt nur diese Schaltfunlrtion aue, ungleich der Ausgangsgröße der Schaltung 2, die« yr±9 «rwähnt, die Betriebeetroarversorgung lief ert. und die Schaltftuaktion nur ausübt, falls ein vorgegebener Pegel überschritten ist· Der 80^-Pegel für die Schaltung 2 ist so eingestellt, daS vermieden wird, daß eine in einer isolierten oder abge-'

BADORlGlNAt

schalteten Phase aus einer 'benachbarten heißen Phase induzierte Spannung die Sehalttransiatioren 5 und S einschaltet, bevor (V¹) einen ausreichenden Wert erreicht hat, uej den normalen Laststrom für die Schaltungen 7 und 8 aufrechtzuerhalten Hierdurch wird jede unervünachte Snorgieentnahrce aua der Ersatz- bzw. Reservestromversorgung seitens der (weiter unten beschriebenen) Relaia-Stationcbatterie vernri eden.

Des weiteren ist eine Sicherheitsschaltung 12 vorgesehen; sie dient dazu, die .Ansprechzeit des Relais χα Zeitpinlct der Einschaltung und falls eine Stüratelle am Ort des Relais oder nahe beiliegt, herabzusetzen, derart daß der Schützeehaltor ia wessntlichen unverzüglich-iaonentan betätigt v/erden kanne Ein derartiger Störzustand kann durch an der Leitung belassene Brdungskiennnen verursacht werden. In diesen ]?alle ist die den Relais von der Schaltung 2 zugeführte Spannung sehr niedrig, und an der Sicherheitsschaltung wird die Ersatzbzw. Reservestromversorgung aus der Stationsbatterie wirksam. Diese Sicherheitsschaltung weist einen Transistor H in solcher Anordnung auf, daß er nur während der Aufladung eines Kondensators 15 über einen Widerstand 16 nacli den Einschalten leitend ist, während der Transistor nachfolgend in aeinem nicht-leitenden Zustand gehalten wird, wenn die über einen Widerstand 17 zugeführte Basisspanr/ung über das Emitterpotential des Transistora ansteigt, sobald der Kondensator eine bestimmte Aufladung angenommen hat. Die Ausgangsklemme 19 ist mit einer (nicht dargestellten) Relaiaschaltung verbunden» die während eines Storzustandea wirksam ist; falls eine nahgelegene S1Ä5rstelle während der Aufladungsperiode vorliegt, so bewirkt dann die Ausgangsgröße bei 19, daß dann die Relaisschaltung den Leitungsschalter im wesentlichen eomentan betätigt, statt erst nach einer bestimmten Zeitverzögerung. Über eine'Ausgangsklemme 20 wird ein "Halte"-Stromkreis geschlossen, sobald die Relaisschaltung betätigt wurde, derart daß die Emitter-Basis-Strecke des I-ransistors H in Durch-

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laßrichtung vorgespannt "bleibt, wobei dieser Haltestrom fließt, sobald der Kondensator 21 sich auf ein geeignetes Potential aufgeladen hat. Der Kondensator 21 verhindert so, daß die Haltefunktion duxch ungewollte Störsignale ausgelöst wird.'

Dee weiteren ist eine Diode 22 vorgesehen, die bei normalen Spannungepegeln der Schaltung 2 die Betätigung der Sicherheitsschaltung blockiert, indem die Enitter-J3as,i3.-Strecke des Transistoren sogleich in Sperrichtung vorgespannt wira; bei niedrigen Spannungspegeln hingegen, wie.dies etwa bei nahe gelegenen Störstellen der Fall ist, ist die Spannung an der. Anode dieser Diode kleiner ala die von der Batterie gelieferte Spannung am Emitter des Transistors 14» derart daß die Schaltung in der beschriebenen normalen Weise arbeiten kann. . * * .-

Wie erwähnt dient die Stationsbatterie 13 als Eraatzr oder Reservestromversorgung, d. h. sie liefert die zusätzliche oder .-extra Leistung, die erforderlich ist, um die Ausgangsrelais beim Auftreten eines Leitungsfehlers ausrulösen-, da die Eingangstransformatoren so ausgelegt sind, daß sie nur den relativ geringen Strombedarf der Meßachaltunken uew. unter normalen Bedingungen bewältigen können? jedoch nicht die bei der Abschaltung von Storsuständen periodisch erforderliche hohe Leistung aufbringen können. Außerdem kann die Batterie den zur Betätigung sämtlicher H.elais3chaltungen 7»8 usw. erforderlichen Strombedarf bei Ausfall der von den überwachten Leitungsgrößen abgeleiteten Stromversorgung decken.

Zu diesem Zweck ie·? die Batterie 15 über ein Tiefpaß-RC-Filter 24 mit einem Hegler 25 verbunden; dieser waist zwei gleichartige Transistoren 26, 27 auf, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind; die Basis des Transistore 26 wird auf einen der Durohbruehspannung einer Zenerdiode 28 entsprechenden Potential gehalten und gewährleistet so, daß der Emitter dieses Transistors, und damit der Kollek-

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tor des Transistors 27 niemals ein über diesem Pegel liegendes Potential annehmen kann. Weiter ist ein Transistor 29 ait einem Basiawiderstand 30 vorgesehen. DieserRegler arbeitet in Abhängigkeit von einem Schwellwertdetektor; dieser weist eine Zenerdiode 32 auf, die zwischen der positiven Speiseleitung und dem Knotenpunkt zwischen dem Transistor 29 und seinem Basiswiderstand 30 liegt.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgtί Unter normalen Bedingungen wird der Transistor 29 in seinem leitenden Zustand gehalten, da die Zenerspannung der Diode 32 überstiegen wird; demzufolge werden die Transistoren 26, 27 im wesentlichen ia nicht leitenden Zustand gehalten. Bei einer überlastung der normalen Stromversorgung durch die Verbraucher 7 und 8 im Pail des Ansprechens auf einen Leitungsstörzustand fällt dann die Speisespannung ab, wodurch der Transistor 29 zuleiten aufhört; dadurch werden die Transistoren 26, 27 leitend und verbinden die Batteriestromversorgung mit der Verbraucherlast, wodurch die Spannung wieder auf ihren Nennwert erhöht wird. In diesem Zeitpunkt wird der Transistor 29 wiederum leitend, wodurch die Serientransistoren abgeschaltet werden. Es stellt sich schließlich/Gleiohcev/ichtssustand in welchem der Stromfluß durch den Widerntand 30 gerade ausreicht, um den Transistor 29 in einem solchen Maße in den leitenden Zustand einzuschalten, daß die Transistoren 26, 27 ausreichend leiten, um das Strom- bzw. Leistungsdefizit zu deoken·

Auf diese Weise wird^ erreicht, daß der Stationabatterie 13 Jtroa nur dann entzogen wird, wenn die von der Leitung selbst gelieferte Stromversorgung den inneren Lastbedarf nicht nehr au deoken vermag, und des weiteren ist gewährleistet, daß jeweils nur soviel Strom aus der Batterie entnommen wird, wi« erforderlich ist, um den Defizitbedarf au decken. Unter normalen Betriebebedingungen wird nur ein vernachläasigbarer Stro»

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durch den Transistor 29 entnommen«

Zur Vorbeugung gegen Oszillationen und feine Beschädigung der . Reihentransistoren 26, 27 infolge eines raschen Anstieges des Stromflusses durch diese Transistoren liegen zwischen dem Kollektor und dem Emitter des TransistoiB.29 ein Kondensator 34 und ein Widerstand 35· Wenn daher der Transistor 29 momentan in den Sperrzustand umgeschaltet wird, so steigt sein Kollektorpotential infolge des zur Aufladung des Kondensators 34 erforderlichen Stroms langsamer an, wodurch die Anstiegs geschwindigkeit des Basisstroms in dem Reihentransistor 27 herabgesetzt wird. Die hierdurch bedingte Verzögerung im Anstieg des Ausgangsstroms ist, soweit normale Verwendungszwecke in· Betracht kommen, vernachlässigbar.

Pur einen niedrigeren Bereich von Batteriespannungen kann der in dem gesitichelten Schaltblock enthaltene Schaltungsteil zweckmäßig in Portfall kommenj dieser Schaltungsteil ist nur für den höheren Bereich von Batteriespannun'gen erforderlich, wo diese Spannung, gemeinsam mit einer etwa hinzutretenden Sprungoder Übergangsspannung, die Spannungsauslegung des Transistors 27 übersteigen könnte.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand einen speziellen Aufführungsbeispiels beschrieben", das jedoch selbstverständlich in aanigfacherweise abgewandelt werden kann, ohne daß hierdurch der* Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise sind "bei den beschriebene^! Auaführungsbeispiel im Regler 25 einzelne Reihentransistoren 26, 27 gezeigt '_r in der Praxis kann Jedoch selbstverständlich jeder dieser Transistoren durch eine Anzahl von in Kaskade geschaUteten Transistoren zur Erzielung einer hoben Verstärkung ersetzt sein, um zu gewährleisten, daß dae Verhältnis von maximalem Laststrom zu Dauer-Vorspannstrom genügend groß 1st, um den letzteren (der ständig von dent Tran-

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sistor 29 aufgenommen wird) vernachlässigbar zujnachen.

Patentaasprüche:

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Claims

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Patentansprüche

überwachungsschaltung für ein Snergieübertragungesystem insbesondere ein Starkstromnetz, wobei die Uberwaehungsschal- : tung unter normalen Bedingungen aus dem Starkstromnetz, hingegen bei nicht ausreichen der aus den iJets verfügbaren StrOKVeraorgung aus einer Batterie gespeist wird, dadurch gekennzeichnet daß als Batterie eine unabhängig aufgeladen« "Stations"- oder Ortsbatterie (13) vorgeeehea ist, die mit "tier überwachungsschaltung (12) dauernd über «inen Spannungsregler (25-32) verbunden ist, der unter normalen Bedingungen sperrt.
2. tfoerwachungsscbmltung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet' daß der Regler (25) einen Reihenschaltungetrensiator (27 _f 26) in der Verbindungsleitung ▼on der Batterie (13) au einer Hauptspeiseleitung der Überwachungsschaltung (12) aufweist sowie einen, auf die Spannung der Hauptspeiseleitung ansprechenden Steuertransistor. (29) snir Steuerung des Reihens ohaltungs transistor β (27, 26).

3· tJberwachungeschaltung nach Anspruch 2 , dadurch g e k e α η ζ β i ο h η et daß zwischen der HauptspaiaeleituDg uaddsr Basis des Steuertraesietors (29) eine Zenexdi&fl* (32) Torg«eebezi *et_s welche iie SpaKmusg festlegt, sei «sieh·? der RsihecsolutLtuagstraosistor (27_f 26) sperrt.

4* tJberVftohuageschaltusg nach einem oder B«hr«f«n der

vorliergahenden AaaprQche_t dadurch gekesnzeies.* s β t daß durch von dem überwachten System Abgeleitetes Sie« nale gesteuerte Schaltaittel (5,6) vorgesehen sini, welche

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den Hauptteil der Überwachungsschaltung von Stromversorgung abschalten, wenn sämtliche Überwachungssignale unter vorgegebenen Schwellwerten liegen.

5· überwachungsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dafi eine Sicherheitaschaltung (12) vorgesehen ist, die sogleich bei Erregung der Überwachungsschaltung einen Impuls an eine Zeitgeberschaltung liefert, die in Abhängigkeit von einem schnellansprechenden Stör- bzw. Fehlerdetektor erregt wird und normalerweise mit einer Zeitverfc gerung, bei Zufuhr des Impulses jedoch ohne Zeitverzögerung die Betätigung eines Leistungsschalters in dem überwachten Netz auslöst» derart daß ein bei anfänglicher Erregung der Überwachungsschaltung festgestellte Stöxyrehlerzustand eine sofortige Abhilfemaßnahme bewirkt.

6« überwachungsschaltung nach Anspruch 5 « d aclurch gekennzeichnet ür2 die Zeitgeberschaltung bei Betätigung ein Signal an die Sicherheitaschaltung (12) zurückführt, um den Impuls bis zur Beseitigung dee Störzustandes aufrechtzuerhalten.

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