DE1513708B2

DE1513708B2 - Phasenvergleich-schutzanordnung

Info

Publication number: DE1513708B2
Application number: DE19651513708
Authority: DE
Inventors: Conrad T. Basking Ridge N.J. Altfather (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1964-06-29
Filing date: 1965-05-31
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE1513708C3; US3295019A; DE1513708A1; AT252362B; CH423951A

Description

Patentansprüche:

1. Phasenvergleich-Schutzanordnung mit einer an jedem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes vorgesehenen Meßeinrichtung mit einem Meßglied, das beim Auftreten eines Fehlers die Phasendifferenz zwischen einer aus den Leiterströmen an jeweils dem einen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten einphasigen Meßgröße und einer aus den Leiterströmen an jeweils dem anderen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten und über eine Hochfrequenzverbindung an das jeweils eine Ende des Leitungsabschnittes übertragenen einphasigen Vergleichsgröße ermit- ¹S telt und bei einer einen inneren Fehler kennzeichnenden vorgegebenen Phasendifferenz ein Signal abgibt, und mit einer jedem Meßglied zugeordneten Schalteinrichtung, die auf das Signal des Meßgliedes ein Auslösesignal erzeugt, sowie mit einem jeder Schalteinrichtung nachgeordneten Leistungsschalter, der beim Auftreten eines Auslösesignals den Leitungsabschnitt an dem jeweiligen Ende abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (42) durch das Ausgangssignal einer Steuereinrichtung (46) sperrbar oder ireigebbar ist, daß ein Zeitverzögerungsrelais (18) vorgesehen ist, das bei einem inneren oder einem äußeren Fehler anspricht und dadurch eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer Freigabe der Schalteinrichtung (42) veranlaßt, daß die Meßeinrichtung ferner eine Verzögerungsschaltung (48) aufweist, die beim Auftreten jedes möglichen Fehlers anläuft und nach ihrer Verzögerungszeit eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer erneuten Sperrung der Schalteinrichtung (42) veranlaßt, und daß ein Verzögerungsglied (40) vorgesehen ist, das bei einem während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftre- *° tenden inneren Fehler nach seiner Verzögerungszeit auf die Verzögerungsschaltung (48) derart einwirkt, daß von dieser Verzögerungsschaltung (48) eine erneute Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer erneuten Freigabe der Schalteinrichtung (42) veranlaßt wird.

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zeitverzögerte Relais beim Auftreten eines inneren oder äußeren Fehlers die Verzögerungsschaltung (48) angereizt wird, die nach einer durch ihre Zeitverzögerung vorgegebenen Zeit die Steuereinrichtung (46) wieder zum Sperren der Schalteinrichtung (42) veranlaßt.

3. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (42) eine bistabile Kippstufe enthält, deren erster Transistor (166) von der sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz bildenden Größe und dessen zweiter Transistor (170) sowohl vom Schaltzustand des ersten Transistors (166) als auch von der Ausgangsspannung der Steuereinrichtung (46) beeinflußt ist.

4. Schutzanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalteinrichtung (42) ein einen Kondensator (148) enthaltendes Verzögerungsnetzwerk (38) vorgeschaltet ist, das die sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz bildende Größe an die bistabile Kippstufe (42) abgibt, wenn die am Ausgang (161) eines dem Verzögerungsnetzwerk (38) vorgeordneten Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes (34) in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen der Meßgröße und der Vergleichsgröße auftretende Spannung ein Laden des Kondensators (148) des Verzögerungsnetzwerkes (38) gestattet.

5. Schutzanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Steuereinrichtung (46) und damit die Basisvorspannung des zweiten Transistors (170) der bistabilen Kippstufe (42) bei fehlerfreier Leitung durch die Teilspannung am zentralen Schaltungspunkt (174) des sich über die bistabile Kippstufe (42) und die Steuereinrichtung (46) erstreckenden Spannungsteilers (178, 186, 190, 188) gegeben ist. wodurch dieser Transistor (170) unabhängig vom Schaltzustand des ersten Transistors (166) so lange leitend gehalten wird, wie die Steuereinrichtung (46) durch das zeitverzögerte Relais (18) unbeeinflußt ist.

6. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines inneren oder äußeren Fehlers durch das zeitverzögerte Relais (18) die Steuereinrichtung (46) derart beeinflußt wird, daß die Basisvorspannung an dem zweiten Transistor (170) der bistabilen Kippstufe (42) nur noch von dem ersten Transistor (166) der bistabilen Kippstufe (42) bestimmt wird und daß der Transistor (170) gesperrt wird, wenn der erste Transistor (166) durch das Verzögerungsnetzwerk (38) leitend gesteuert wird, wodurch die Schalteinrichtung (42) den UND-Verstärker (44) ansteuern kann.

7. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (236) der Verzögerungsschaltung (48) nach einer zum Aufladen auf eine kritische Spannung erforderlichen, vorgegebenen Zeit einen in der Steuereinrichtung (46) angeordneten Transistor (218) leitend steuert, wodurch ein Spannungsteiler (178,189,248) gebildet wird, der das Potential am zentralen Schaltungspunkt (174) der bistabilen Kippstufe (42) derart steuert, daß der zweite Transistor (170) der bistabilen Kippstufe (42) unabhängig vom Schaltzustand des ersten Transistors (166) leitend wird.

8. Schutzanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Verzögerungsschaltung (48) verbundene Verzögerungsglied (40) einen Kondensator (214) und einen Transistor (202) enthält und daß der Kondensator (214) den Transistor (202) leitend steuert, wenn im Falle eines während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehlers eine am Ausgang eines dem Verzögerungsglied (40) vorgeschalteten, weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsglied (36) in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen der Meßgröße und der Vergleichsgröße auftretende weitere Spannung die Ladung des Kondensators (214) bis auf einen kritischen Wert gestattet.

9. Schutzanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Transistor (202)

des Verzögerungsgliedes (40) der andere Transistor (234) der Verzögerungsschaltung (48) leitend gesteuert wird, wodurch der an diesen Transistor (234) angeschlossene Ladekondensator (236) entladen, der Transistor (218) der Steuereinrichtung (46) gesperrt und dadurch die Schalteinrichtung (42) wieder freigegeben wird.

Die Erfindung betrifft eine Phasenvergleich-Schutzanordnung mit einer an jedem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes vorgesehenen Meßeinrichtung mit einem Meßglied, das beim Auftreten eines Fehlers die Phasendifferenz zwischen einer aus den Leiterströmen an jeweils dem einen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten einphasigen Meßgröße und einer aus den Leiterströmen an jeweils dem anderen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten und über eine Hochfrequenzverbindung an das jeweils eine Ende des Leitungsabschnittes übertragenen einphasigen Vergleichsgröße ermittelt und bei einer einen inneren Fehler kennzeichnenden vorgegebenen Phasendifferenz ein Signal abgibt, und mit einer jedem Meßglied zugeordneten Schalteinrichtung, die auf das Signal des Meßgliedes ein Auslösesignal erzeugt, sowie mit einem jeder Schalteinrichtung nachgeordneten Leistungsschalter, der beim Auftreten eines Auslösesignals den Leitungsabschnitt an dem jeweiligen Ende abtrennt.

Bei einer bekannten Phasenvergleich-Schutzanordnung dieser Art (deutsche Patentschrift 1100 782) ist an jedem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes eine Steuereinrichtung vorhanden, in der eine dem Leitungsstrom proportionale Wechselspannung in eine Rechteckspannung umgewandelt wird; die Rechteckspannung wird mittels mehrerer Generatoren und Modulatoren in der Frequenz moduliert und zum jeweils anderen Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes übertragen. Dort wird die empfangene Spannung unter Verwendung von Diskriminatoren und Gleichrichtern demoduliert und mit einer weiteren Rechteckspannung verglichen, die aus einer dem Leitungsstrom an diesem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes proportionalen Wechselspannung gewonnen ist. Überschreitet die Abweichung zwischen den beiden Rechteckspannungen eine bestimmte Größe, dann wird eine Schalteinrichtung betätigt, die in einem sogenannten Überwachungskreis zwei Relais enthält. Die bekannte Schutzanordnung ist gegen Störspannungen verhältnismäßig unempfindlich, da keine Amplitudenmodulation angewendet wird.

Ferner ist eine Schutzeinrichtung für Hochspannungsleitungen bekannt (deutsche Auslegeschrift 1102 890), bei der eine Steuereinrichtung an jedem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes einen Begrenzer mit nachgeordneter bistabiler Kippstufe sowie eine monostabile Kippstufe und einen Tastmodulator mit angeschlossenem Generator enthält; es werden somit Reckimpulse in Form frequenzmodulierter Schwingungen zum jeweils anderen Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes übertragen, wo sie unter anderem über ein Filter, einen Gleichrichter und einen Tiefpaß einer weiteren monostabilen Kippstufe zugeführt werden, die auch mit Abtastimpulsen einer zusätzlichen monostabilen Kippstufe beaufschlagt ist. Die zusätzliche monostabile Kippstufe ist von der bistabilen Kippstufe jeder Steuereinrichtung gesteuert. Sind die Abtastimpulse mit den empfangenen Impulsen nicht koinzident, dann wird eine ein Relais enthaltene Schalteinrichtung betätigt, welche die Abschaltung des Leitungsabschnittes mittels Leistungsschalter veranlaßt. Der besondere Vorteil dieser Schutzeinrichtung besteht darin, daß die Übertragungsbandbreite verhältnismäßig klein ist und die Abschaltung sehr schnell erfolgt.

Es ist auch eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Übertragungseigenschaften einer Hochspannungsleitung bekannt (deutsche Auslegeschrift 1069 761), die einen Mitziehgenerator enthält. Der Ausgangsspannung des Generators ist eine aus dem Strom in dem zu überwachenden Leitungsabschnitt abgeleitete Spannung überlagert. Tritt ein Fehler auf dem Leitungsabschnitt auf, dann wird der Mitziehgenerator von der Rechteckspannung abgetrennt und schwingt daher mit unveränderter Amplitude und Phasenlage weiter. Dagegen ändert bei einem Fehler die Rechteckspannung zumindest ihre Phasenlage. Mittels zweier bistabiler Kippstufen mit nachgeordnetem Koinzidenzgatter erfolgt eine Überwachung der Koinzidenz. Ist eine Phasendifferenz vorhanden, dann fällt ein dem Gatter nachgeordnetes Relais ab, wodurch ein Leistungsschalter betätigt wird.

Die bekannten Phasenvergleich-Schutzanordnungen sind infolge der mit hoher Geschwindigkeit in ihnen ablaufenden Vorgänge von falschen Betätigungen durch flüchtige Vorgänge bedroht, insbesondere durch solche, die beim Abschalten eines Fehlers erzeugt werden. Es ist daher wünschenswert, die Schutzanordnung eines fehlerfreien Leitungsabschnittes zu blockieren, wenn ein Fehler in einem anschließenden Leitungsabschnitt auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Phasenvergleich-Schutzanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Schalteinrichtung durch das Ausgangssignal einer Steuereinrichtung sperrbar oder freigebbar, und es ist ein Zeitverzögerungsrelais vorgesehen, das bei einem inneren oder einem äußeren Fehler anspricht und dadurch eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung im Sinne einer Freigabe der Schalteinrichtung veranlaßt; ferner weist die Meßeinrichtung eine Verzögerungsschaltung auf, die beim Auftreten jedes möglichen Fehlers anläuft und nach ihrer Verzögerungszeit eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung im Sinne einer erneuten Sperrung der Schalteinrichtung veranlaßt, und es ist ein Verzögerungsglied vorgesehen, das bei einem während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehler nach seiner Verzögerungszeit auf die Verzögerungsschaltung derart einwirkt, daß von dieser eine erneute Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung im Sinne einer erneuten Freigabe der Schalteinrichtung veranlaßt wird.
Die erfindungsgemäße Schutzanordnung ist in kurzer, aber ausreichender Zeit in der Lage, eine Entscheidung darüber herbeizuführen, ob ein innerer oder äußerer Fehler vorliegt. Wenn ein Fehler als äußerer Fehler bezüglich der zu schützenden Leitung erkannt worden ist, wird die Schalteinrichtung nach einer vorgegebenen Zeitdauer wieder gesperrt und solange in diesem Zustand belassen, bis die in den anschließenden Leitungsabschnitten angeordneten Schutzanordnungen die fehlerbehafteten Leitungsab-

schnitte abgetrennt haben; das Sperren der Schalteinrichtung verhindert jedoch nicht Betätigungen der Schalteinrichtungen beim Auftreten eines während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehlers in der zu schützenden Leitung.

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet also sehr schnell und reagiert trotzdem sehr empfindlich auf innere Fehler in der zu schützenden Leitung, ist aber vor im Zusammenhang mit äußeren Fehlern eintretenden Fehlauslösungen geschützt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in den Figuren ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Phasenvergleich-Schutzanordnung dargestellt; die

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzanordnung, während in der

Fig. 2 ein die Wirkungsweise veranschaulichendes Zeitdiagramm wiedergegeben ist. In der

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzanordnung gezeigt und in der

Fig. 4 ist in einer Zusammenstellung eine Anzahl der in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellten Schaltungsteile gezeigt, die zur Freigabe und zum Sperren der Schalteinrichtung bzw. zur Betätigung des Auslöserelais dienen.

Man erkennt in Fig. 1 ein Leitungsstück L, das an seinen beiden Enden jeweils einen Leistungsschalter SHl und SH2 aufweist. An jedem Ende des Leitungsstückes L sind eine Meßeinrichtung MEl und ME2 angeordnet, die weitgehend identisch aufgebaut sind; deshalb ist in der F i g. 1 nur die Meßeinrichtung MEl ausführlicher dargestellt. Von den Meßeinrichtungen MEl und ME2 werden gegebenenfalls die Leistungsschalter 5Hl und SH2 betätigt.

Die Meßeinrichtung MEl enthält ein Meßglied MG, in dem der Phasenvergleich der am Einbauort der Meßeinrichtung MEl gewonnenen Meßgröße und der am Einbauort der weiteren Meßeinrichtung ME2 erzeugten Vergleichsgröße vorgenommen wird. Von dem Meßglied MG wird ein Ausgangssignal entsprechend der Phasenlage der Meßgröße und der Vergleichsgröße zueinander an eine nachgeordnete Schalteinrichtung SE abgegeben. Ferner wird von dem Meßglied MG beim Auftreten eines inneren oder äußeren Fehlers über einen sich zeitverzögert schließenden Kontakt r ein Signal an eine Steuereinrichtung ST abgegeben, die auf dieses Signal hin die bisher gesperrte Schalteinrichtung SE zur Freigabe veranlaßt. Liegt ein innerer Fehler auf dem Leitungsstück L vor, dann wird von dem Meßglied MG zusätzlich zu dem Signal der Steuereinrichtung ST an die Schalteinrichtung SE ein Signal abgegeben, das die Schalteinrichtung SE zum Öffnen des Leistungsschalters SHl veranlaßt. Bei einem äußeren Fehler bezüglich des Leitungsstückes L hingegen wird von dem Meßglied MG kein Signal abgegeben, das die Schalteinrichtung SE zur Abgabe eines Auslösesignals und damit zum öffnen des Leitungsschalters SHl veranlassen kann.

Mit dem gegenüber dem Auftreten eines Fehlers zeitverzögerten Schließen des Kontaktes r wird eine Verzögerungsschaltung FS angelassen, die nach einer vorgegebenen Zeit ein Signal an die Steuereinrichtung ST abgibt. Durch dieses Signal wird die bisher freigegebene Schalteinrichtung SE erneut gesperrt. Gelangen nach diesem Zeitpunkt von dem Meßglied MG kurzzeitige, einen inneren Fehler vortäuschende Signale zur Schalteinrichtung SE, dann wird von dieser keine Auslösung veranlaßt.

Nicht selten ist der Fehlerfall gegeben, daß während eines äußeren Fehlers zusätzlich ein innerer Fehler auftritt. Ohne weitere Ausgestaltungen würde die oben beschriebene Meßeinrichtung einen derartigen inneren Fehler nicht erfassen können. Um dem abzuhelfen, enthält die Meßeinrichtung MEl ein Verzögerungsglied VG, das beim Auftreten eines inneren Fehlers nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit gerechnet vom Zeitpunkt des Auftretens eines inneren Fehlers - ein Signal an die Verzögerungsschaltung VS abgibt. Durch dieses Signal wird die Verzögerungsschaltung derart beeinflußt, daß sie die Steuereinrichtung nunmehr zu einer erneuten Änderung des Ausgangssignals veranlaßt, und zwar im Sinne einer erneuten Freigabe der Schalteinrichtung SE. Damit ist verhindert, daß im wegen eines äußeren Fehlers gesperrten Zustand der erfindungsgemäßen Phasenvergleich-Schutzanordnung ein zusätzlich auftretender innerer Fehler nicht erfaßt werden kann.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der in der Fig. I dargestellten Schutzanordnung dient das Zeitdiagramm nach Fig. 2. Dort ist angenommen, daß zu einem Zeitpunkt ti ein äußerer Fehler aufgetreten ist. Mit dem Auftreten des Fehlers wird ein Relais mit dem Kontakt r erregt, das auf Grund einer Zeitverzögerung nach einer Verzögerungszeit tv_r seinen Kontakt r schließt. Gleichzeitig damit wird über die Steuereinrichtung ST die Schalteinrichtung SE freigegeben. Mit dem Schließen des Kontaktes r nach der Verzögerungszeit tv_r läuft die Verzögerungsschaltung KS an, die nach der Verzögerungszeit tv_vs ein Signal an die Schalteinrichtung SE über die Steuereinrichtung Sr abgibt und damit die Schalteinrichtung SE erneut sperrt. Da ein äußerer Fehler angenommen worden ist, wurde im Zeitintervall rv_w, in dem die Schalteinrichtung SE freigegeben war, keine Auslösung veranlaßt.

Es ist ferner angenommen, daß zum Zeitpunkt i2 zusätzlich zu dem äußeren Fehler ein innerer Fehler auftritt. In diesem Falle wird von dem Verzögerungsglied VG nach einer Verzögerungszeit tv_vg ein Signal an die Verzögerungsschaltung VS abgegeben, deren Signalgabe an die Steuereinrichtung ST damit beendet wird. Dies führt dazu, daß das Ausgangssignal der Steuereinrichtung ST im Sinne einer erneuten Freigabe der Schalteinrichtung SE erneut geändert wird. Der innere Fehler kann nun bei Abgabe einer entsprechenden Größe vom Meßglied MG an die Schalteinrichtung SE zur Auslösung führen.

Der von einem Signal der Schalteinrichtung SE beaufschlagte Leistungsschalter SHl spricht zum Zeitpunkt f3 an, wodurch die Schalteinrichtung SE erneut gesperrt und das Relais mit dem Kontakt r abfällt, wobei sich der Kontakt öffnet. Außerdem wird das Verzögerungsglied VG in seine Ausgangslage zurückgestellt.

In der Fig. 3, in der ein ausführliches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzanordnung wiedergegeben ist, sind zur Erleichterung des Verständ-

nisses die Schaltungsteile, die in dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1 aufgeführt worden sind, besonders gekennzeichnet, wobei die in der Fig. 1 gewählten Bezeichnungen teilweise in Klammern zusätzlich aufgeführt sind. Man erkennt, daß ein dreiphasiges Netz 1 einen ersten Leitungsabschnitt IA enthält, der durch eine elektrische Energiequelle gespeist sei, und einen zweiten Leitungszug 1B aufweist, der von einer anderen elektrischen Energiequelle versorgt werde; die zu

schützende Leitung IC ist über Leistungsschalter 2 A und 2 B mit den Leitungsabschnitten IA und Iß verbunden. Die Leistungsschalter 2A und 2B arbeiten mit Relaisanordnungen 4A und 4 B zusammen, die das Auftreten eines Fehlers in dem dreiphasigen Netz 1 untersuchen. Jede der Relaisanordnungen 4A und 4 B enthält eine Einrichtung zur Meßwertbildung 6, die in Abhängigkeit von der Fehlergröße an den Enden der zu schützenden Leitung IC beeinflußt wird. Da beide Relaisanordnungen 4Ä und 4B identisch aufgebaut sind, ist nur die Anordnung 4A in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Es ist verständlich, daß die andere Relaisanordnung 4B in ähnlicher Weise aufgebaut ist.

Die Einrichtung zur Meßwertbildung 6 kann jede ¹S Ausführung aufweisen, die die Gewinnung einer der Fehlergröße proportionalen einphasigen Wechselspannung gestattet, wobei die Wechselspannung der Einrichtung 6 auch die Richtung der Fehlergröße anzeigen soll. Die Einrichtung zur Meßwertbildung 6, die in an sich bekannter Weise aufgebaut ist, wird durch eine Wandleranordnung SA bzw. 8 B erregt und erzeugt eine Wechselspannung, die über ein Tiefpaßfilter 10 und ein Phasenschiebernetzwerk 12 (Fig. 2) einem ersten Impulsformer 14 zugeführt wird, der die Wechselspannung in eine Rechteckspannung umformt und verstärkt. Die Phasenlage der Wechselspannung ist abhängig von der Richtung der Fehlergröße am Ort der Wandleranordnung, die die Einrichtung zur Meßwertbildung'6 speist.

Die verwendete Einrichtung 6 zur Meßwertbildung erzeugt außer der einphasigen Wechselspannung auch noch eine gleichgerichtete Signalspannung, die zwei Relais 16 und 18 zugeführt wird; das Relais 18 wird über eine Verzögerungseinrichtung 20 erregt, so daß das Relais 16 stets wenigstens um eine vorbestimmte Zeitdauer vor der Betätigung des Relais 18 betätigt wird. In vielen Fällen ist es wünschenswert, wenn das Relais 18 so eingestellt ist, daß es eine etwas höhere Signalspannung der Einrichtung 6 zur Meßwertbildung zum Ansprechen benötigt als das Relais 16.

Wenn das Relais 16 anspricht, dann verändert es die Steuerspannung für einen ein Trägerfrequenzsignal erzeugenden Sender 24, der durch ein geeignetes Netzwerk, beispielsweise einen Tastkreis 22, ein- und ausgeschaltet wird. Der Sender 24 dient dazu, um die Relaisanordnung 4 B mit einer Nachricht zu versorgen, die die von der Relaisanordnung 4A ermittelte Fehlergröße beinhaltet. Wie in der Fig. 3 gezeigt, wird das Trägerfrequenzsignal des Senders 24 an einen der Leiter der zu schützenden Leitung IC, beispielsweise an den Leiter 26, angekoppelt; das Trägerfrequenzsignal kann selbstverständlich auch über eine Funkstrecke oder mittels einer besonderen Verbindungsleitung oder in anderer Weise der Relaisan-Ordnung 4 B zugeführt werden. Das Trägerfrequenzsignal des Senders 24 kann nicht in die Leitungsabschnitte IA und Iß fließen, da Filternetzwerke 28A und 28 B vorgesehen sind, die die niedrigen Frequenzen, beispielsweise 60 Hz, des Laststromes durch das dreiphasige Netz 1 passieren lassen, aber die Trägerfrequenzen des Senders 24 sperren. Der Tastkreis 22 wird derart gesteuert, daß er kein Signal aussenden kann, bevor nicht das Relais 16 angesprochen hat.

Die Relaisanordnungen 4A und 4ß sind mit jeweils einem Empfänger 30 ausgerüstet. Der Empfänger 30 ist derart abgestimmt, daß er das Trägerfrequenzsignal von dem Sender der Relaisanordnung 4 B empfangen kann, der in seinem Aufbau mit dem Sender 24 übereinstimmt und umgekehrt. In einigen Fällen sind die Sender der Relaisanordnungen auf verschiedene Frequenzen abgestimmt, so daß die Empfänger nicht die Trägerfrequenzsignale empfangen können, die von dem nahen Sender ausgesendet werden. In anderen Fällen sind beide Sender auf dieselbe Frequenz abgestimmt, und der jeweilige Empfänger empfängt Signale des nahen und des fernen Senders. Die Ausgangsspannung des Empfängers 30 wird einem zweiten Impulsformer 32 zugeführt, der die Ausgangsspannung des Empfängers 30 in eine Rechteckspannung umformt.

Die Ausgangsspannungen der beiden Impulsformer 14 und 32 werden zwei Phasen-UND-Verknüpfungsgliedern 34 und 36zugeführt, die dazu dienen, Signale an das Verzögerungsnetzwerk 38 und an das Verzögerungsglied 40 zu liefern, wenn der relative Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen der Impulsformer 14 und 32 unter einer vorbestimmten Größe bleibt; ist der relative Phasenwinkel größer als ein vorbestimmter Wert, dann werden von den beiden Phasen-UND-Verknüpfungsgliedern 34 und 36 keine Signale abgegeben und ein nachfolgendes Ablaufen des Verzögerungsnetzwerkes 38 und des Verzögerungsgliedes 40 verhindert.

Das Verzögerungsnetzwerk 38 ist mit einer bistabilen Kippstufe oder Schalteinrichtung 42 verbunden, die einen Eingang eines UND-Verstärkers 44 steuert. Der andere Eingang des UND-Verstärkers 44 wird durch das zeitverzögerte Relais 18 gesteuert, das eine Betätigung des Auslöserelais 50 und damit des Leistungsschalters 2A durch ein falsches Signal der bistabilen Kippstufe 42 verhindert, wenn die Fehlergröße das zeitverzögerte Relais 18 nicht zum Ansprechen gebracht hat.

Die Ausgangsspannung des Verzögerungsgliedes 40 wird einer Steuereinrichtung 46 über eine Verzögerungsschaltung 48 zugeführt. Wie später noch näher erklärt wird, sperrt die Steuereinrichtung 46 normalerweise die bistabile Kippstufe 42, so daß diese kein Signal zur Betätigung des UND-Verstärkers 44 in den Zeiten erzeugen kann, in denen das dreiphasige Netz 1 fehlerfrei ist. Beim Auftreten eines Fehlers mit einer zur Betätigung des Relais 18 ausreichenden Größe gibt die Steuereinrichtung 46 die bistabile Kippstufe 42 sofort frei, wodurch diese von dem Verzögerungsnetzwerk 38 gesteuert werden kann. Liegt ein bezüglich der zu schützenden Leitung IC innerer Fehler vor, dann ist der Phasenwinkel zwischen den den beiden Iumpulsformern 14 und 32 zugeführten Wechselspannungen nicht größer als ein vorbestimmter kritischer Phasenwinkel, und nach einer Zeitverzögerung von etwa 4 ms wird ein einen inneren Fehler anzeigendes Signal an den UND-Verstärker 44 geliefert.

Wenn jedoch ein Fehler, der eine Betätigung des zeitverzögerten Relais 18 verursachte, außerhalb der zu schützenden Leitung IC liegt, dann läuft das Verzögerungsnetzwerk 38 nicht ab. In diesem Falle soll die Steuereinrichtung 46 zu ihrem die Schalteinrichtung 42 sperrenden Ausgangsschaltzustand zurückkehren, so daß die Schalteinrichtung 42 von falschen und flüchtigen Auslösesignalen nicht mehr beeinflußt werden kann, die über das Verzögerungsnetzwerk 38 übertragen werden könnten. Um zu erreichen, daß die Relaisanordnung 4A einen nachfolgenden, inneren Fehler anzeigt, wird die Verzögerungsschaltung

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48 nach Ablauf des Verzögerungsgliedes 40 wieder in ihren Ausgangsschaltzustand zurückgebracht. Dieses Zurückbringen der Verzögerungsschaltung 48 beeinflußt die Steuereinrichtung 46 in der Weise, daß sie die bistabile Kippstufe 42 wieder freigibt. Da das Verzögerungsglied 40 nur ablaufen kann, wenn das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 erregt ist, und da das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 nur beim Auftreten eines Fehlers auf der zu schützenden Leitung IC betätigt werden kann, wird die bistabile Kippstufe 42 nur dann wieder freigegeben, wenn ein innerer Fehler auftritt; liegt dagegen ein äußerer Fehler vor, dann bleibt die Schalteinrichtung 42 gesperrt.

Das Auslöserelais 50 beeinflußt die Spule 52 des Leistungsschalters 2A, die bei Erregung die Kontakte des Leistungsschalters 2A öffnet und dadurch die zu schützende Leitung IC von dem Leitungsabschnitt IA abtrennt.

Das Tiefpaßfilter 10 muß so ausgeführt sein, daß elektrische Signale, die eine Frequenz von oder unter einer kritischen Frequenz des Filters haben, passieren können. Das Signal, das durch das Filter 10 hindurchläuft, gelangt in das Phasenschiebernetzwerk 12.

Die Ausgangsspannung des Phasenschiebernetzwerkes 12 wird dem ersten Impulsformer 14 zugeführt. Der erste Impulsformer 14, der auf verschiedene Weise aufgebaut sein kann, soll die ihm als Eingangssignal zugeführte Ausgangsspannung des Phasenschiebernetzwerkes 12 verstärkern, in eine Rechteckspannung umformen und diese seinen Ausgangsklemmen 80 und 82 (Fig. 4) zuführen.

Der Tastkreis 22 wird durch den Strom betätigt, der durch das Tiefpaßfilter 10 und durch das Phasenschiebernetzwerk 12 fließt. Außer von dem Tastkreis 22 wird der Sender 24 auch von einer Hilfsschaltung 124 beeinflußt. Die Hilfsschaltung 124 dient dazu, um ein Arbeiten des Senders 24 in einem bestimmten Zeitintervall nach der Betätigung des dem Sender nahen Leistungsschalters zu verhindern.

Der Empfänger 30 ist auf die Frequenz des Trägerfrequenzsignals des Senders der Relaisanordnung AB abgestimmt und, falls beide Sender dieselbe Ausgangsfrequenz haben, auch auf die des Senders der Relaisanordnung AA. Wenn der Empfänger 30 ein Signal empfängt, dann liefert er ein Signal an Eingangsklemmen des zweiten Impulsformers 32. Eine Ausgangsklemme 144 dieses Impulsformers ist mit jeweils einer Eingangsklemme eines jeden der beiden Phasen-UND-Verknüpfungsglieder 34 und 36 verbunden.

Betrachtet man nun die Fig. 4 näher, in der an Hand eines Ausführungsbeispieles nähere Einzelheiten der in der der erfindungsgemäßen Schutzanordnung verwendeten Schaltungsteile gezeigt sind, dann erkennt man, daß die Phasen-UND-Verknüpfungsglieder 34 und 36 identisch sind und mit jeweils zwei Eingangsanschlüssen und jeweils einer einzigen Ausgangsklemme versehen sind. Die Eingangsanschlüsse sind mit der jeweiligen Ausgangsklemme durch Gleichrichterelemente 107 A, 107 B sowie 109A 109ß derart verbunden, daß nur die positiven Halbwellen der den Eingangsanschlüssen zugeführten Spannungen durch die Phasen-UND-Verknüpfungsglieder an ihre Ausgangsklemmen übertragen werden. Die Ausgangsklemme des Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes 34 ist an die Klemme 161 des Verzögerungsnetzwerkes 38 angeschlossen.

Ein Anschluß des Kondensators 148 des Verzögerungsnetzwerkes 38 steht mit der positiven Stromversorgungsleitung 150 in Verbindung, die an den 22-V-Pluspol 78 einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. Der andere Anschluß des Kondensators 148 ist mit einem zwischen zwei in Reihe geschalteten Widerständen 154 und 156 liegenden Schaltungspunkt 152 verbunden. Der andere Anschluß 157 des Widerstandes 154 ist über einen zu dem Kondensator 148 parallelliegenden, weiteren Widerstand 158 an die positive Stromversorgungsleitung 150 angeschlossen. Ein Temperaturschwankungen kompensierendes Widerstandsnetzwerk 160 kann in Reihe mit dem Widerstand 158 angeordnet sein. Dieses Widerstandsnetzwerk 160 enthält einen Widerstand mit einer po-

'5 sitiven Temperaturcharakteristik, dem ein Widerstand mit negativer Temperaturcharakteristik, beispielsweise ein Thermistor, parallelgeschaltet ist. Die Eingangsklemme 161 des Verzögerungsnetzwerkes, die mit dem einen Anschluß des Widerstandes 156 identisch ist, ist mit der negativen Stromversorgungsleitung 162 über einen Widerstand 164 verbunden. Wenn keine Spannung an der Eingangsklemme 161 liegt, dann lädt sich der Kondensator 148 auf eine ,-zwischen den Spannungen der Versorgungsleitungen 150 und 162 liegende Spannung auf, deren Amplitude durch die Werte der Widerstände des Verzögerungsnetzwerkes 38 bestimmt ist.

Die Spannungen, die den Phasen-UND-Verknüpfungsgliedern 34 und 36 über die Impulsformer 14 und 32 zugeführt werden, sind aus der an der Klemme 78 liegenden Spannung abgeleitet und daher etwa genauso groß; die Stromversorgungsleitung 150 ist an die Klemme 78 angeschlossen. Daher beginnt sich der Kondensator 148, wenn immer eine Spannung dem Eingang 161 des Verzögerungsnetzwerkes 38 von dem Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 zugeführt wird, über die Widerstände 154,158 und 160 zu entladen. Die Widerstandswerte dieser Widerstände 154, 158 und 160 sind zweckmäßigerweise im Hinblick auf die Kapazität des Kondensators 148 derart gewählt, daß der Kondensator 148 während des Ablaufes der Verzögerungseinrichtung 20 vollständig entladen wird. Zu einem weiter unten näher erläuterten Zweck sind die Werte der Widerstände 156 und 164 so ge-

wählt, daß der Kondensator 148 in einem sehr kleinen ( Zeitintervall, beispielsweise in 4 ms (90° elektrisch bei einer Frequenz von 60 Hz), eine kritische Ladung erreicht. Geeignete Wert in Ω für die Widerstände bei einer Betriebsspannung von 22 V an der Klemme 78 sind folgende:

Widerstand 154 mit 22 YSl,
Widerstand 156 mit 4,7 kQ,
Widerstand 158 mit 5,6 kQ,
Widerstand 160 mit 15 kQ,

Widerstand 164 mit 47 kQ
und ein Thermistor IDlOl.
Der Schaltpunkt 157, der den Ausgang des Verzögerungsnetzwerkes 38 bildet, ist mit dem Eingang 165 der Schalteinrichtung 42 bzw. der bistabilen Kippstufe

verbunden. Die Schalteinrichtung 42 enthält zwei Transistoren 166 und 170 und einen Schaltungskreis, der derart ausgebildet ist, daß bei freigegebener Schalteinrichtung 42 durch das Leitendwerden des Transistors 166 der normalerweise leitende Transistor

170 gesperrt, aber bei gesperrter Schalteinrichtung 42 in seinem leitenden Zustand belassen wird. Die Basis des Transistors 166 ist mit dem Eingang 165 der bistabilen Kippstufe 42 verbunden, und der Emitter des

Transistors 166 ist über einen Widerstand 168 an die Stromversorgungsleitung 150 angeschlossen, wobei der Widerstand 168 gegebenenfalls veränderbar sein kann. Der Widerstand 168 bestimmt die Höhe der Ladung des Kondensators 148 und muß derart bemessen sein, daß am Kondensator 148 eine zum öffnen des Transistors 166 ausreichende Spannung ansteht. Der Kollektor des Transistors 166 ist über einen Widerstand 182 an die negative Stromversorgungsleitung 162 und über einen Widerstand 180 an einen zentralen Schaltungspunkt 174 eines RC-Netzwerkes angeschlossen. Der zentrale Schaltungspunkt 174 steht mit der Basis des normalerweise leitenden Transistors 170 in Verbindung, dessen Emitter über einen Widerstand 168 mit der positiven Stromversorgungsleitung 150 und dessen Kollektor über einen Widerstand 172 mit der negativen Stromversorgungsleitung 162 verbunden ist. Die Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174 und am Transistor 170 ist durch einen ersten Spannungsteiler 176, der die Widerstände 178, 180 und 182 enthält, und durch einen zweiten Spannungsteiler gegeben, der aus den Widerständen 178, w 186,188 und 189 besteht. Die Widerstandswerte des * Spannungsteilers 176 und des Widerstandes 168 sind so gewählt, daß, wenn kein Strom durch den Transistor 166 fließt, das Potential am zentralen Schaltungspunkt 174 ausreichend weit unter dem des Emitters des Transistors 170 liegt, so daß der Transistor 170 leitend bleibt. Um den Transistor 170 im leitenden Zustand zu halten, wenn der Transistor 166 leitend ist und kein innerer Fehler vorliegt, sind die Werte der Widerstände 178, 186 und 188 derart gewählt, daß bei spannungsloser Eingangsklemme 184 der Steuereinrichtung 46 die Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174 genügend niedrig ist, um ein Sperren des Transistors 170 auch dann zu verhindern, wenn der Transistor 166 leiten sollte. Geeignete Widerstandswerte in Ω für die Widerstände sind:

Widerstand 168 mit 1 kQ,

Widerstand 172 mit 4,7 kQ,

Widerstand 178 mit 10 kQ,

Widerstand 180 mit 22 kQ,

Widerstand 182 mit 4,7 kQ,
j Widerstand 186 mit 4,7 kQ,
! Widerstand 188 mit 6,8 kQ,
Widerstand 189 mit 10 kQ.

Wie weiter unten näher ausgeführt wird, besteht

■ in der Steuereinrichtung 46 eine Parallelschaltung aus den Widerständen 186 und 188 sowie der Diode 190

■ bis ein innerer oder äußerer Fehler auftritt und nach einem dadurch veranlaßten Ablaufen der Zeitverzögerungseinrichtung 20 eine Betätigung des zeitverzögerten Relais 18 erfolgt ist. Bevor dies nicht geschehen ist, kann die bistabile Kippstufe 42 den Transistor 170 nicht für flüchtige oder andere Vorgänge sperren. Wie weiter unten näher erklärt wird, bleibt der Transistor 218 der Steuereinrichtung 46 bis zum Auftreten eines Fehlers und danach auch für eine bestimmte Zeitdauer bei einem nachfolgenden inneren oder äußeren Fehler gesperrt. Während dieser vorbestimmten Zeitdauer fließt kein Strom durch den Widerstand 186, da die Spannung an dem zwischen der Diode 190 und dem Widerstand 188 liegenden Schaltungspunkt 191 auf oder über dem Potential der positiven Stromversorgungsleitung 150 liegt. Dadurch kann die Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174 auf einen Wert ansteigen, der positiv genug ist, damit ein öffnen des Transistors 166 und das nachfolgende Ansteigen des Spannungsabfalls am Widerstand 168 ein Absinken der Spannung am Emitter des Transistors 170 unter die Spannung an seiner Basis und damit ein Sperren des Transistors 170 verursacht. Wenn der Transistor 166 während dieser vorbestimmten Zeitdauer gesperrt ist, da ein äußerer Fehler vorliegt, dann ist der Transitor 218 geöffnet und der infolgedessen fließende Strom erniedrigt die Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174 (Sperren der bistabilen Kipp-ο stufe 42) ausreichend weit, um ein Sperren des Transistors 170 zu verhindern, auch wenn der Transistor 166 leitend ist.

Der Kollektor des Transistors 170 ist an eine Leitung 192 angeschlossen, deren Spannung vorwiegend durch den Schaltungszustand des Transistors 170 bestimmt ist. Diese Leitung 192 stellt den Ausgang der bistabilen Kippstufe 42 dar und ist über einen Strombegrenzungswiderstand mit der Basis eines Transistors 194 des UND-Verstärkers 44 verbunden. Wenn der Transistor 170 leitend ist, dann entsprechen die Spannungen an der Leitung 192 und an der Baisis des Transistors 194 etwa der an der positiven Stromversorgungsleitung 150, so daß die Spannungsdifferenz zwischen der Basis des Transistors 194 und der positiven Stromversorgungsleitung 150 kleiner als die Durchbruchspannung der Schaltungsanordnung mit Schwellwert oder Zenerdiode 196 ist, wodurch der Transistor 194 gesperrt bleibt. Eine geeignete Durchbruchspannung für diese Diode kann 6,8 V sein.

Die Eingangsklemme 200 des Verzögerungsgliedes 40 ist mit der Ausgangsklemme 198 des weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes 36 verbunden. Das Verzögerungsglied 40 enthält ein zeitbestimmendes Element oder einen Kondensator 214, der den Beginn des leitenden Zustandes des normalerweise gesperrten Transistors 202 überwacht. Die Basis des Transistors 202 steht über einen Widerstand 204 und ein Gleichrichterelement 206 mit einem Anschluß 213 des Kondensators 214 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 202 ist über eine Schaltungsanordnung mit Schwellwert oder eine Zenerdiode 210 an den anderen Anschluß 215 des Kondensators 214 und an die positive Stromleitung 212 angeschlossen, die durch die Betriebsspannungsquelle 81 über die Klemme 78 versorgt wird. Dem Kondensator 214 ist ein Widerstand 216 parallelgeschaltet, um den Ablauf der Entladung des Kondensators 214 zu steuern. Der geladene Zustand des Kondensators 214 wird durch das weitere Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 und durch den Transistor 218 beeinflußt, wenn dieser leitend ist; dabei bleibt die Ladung des Kondensators solange unter einem kritischen Wert, wie die Ausgangsklemme 198 von dem weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 mit Spannung versorgt ist.

Wird aber während jeweils der einen Halbwelle keine Spannung an die Ausgangsklemme 198 geliefert, dann lädt sich der Kondensator 214 über den Widerstand 252 und den Transistor 218 der Steuereinrichtung auf. Um die Zeitdauer zu beeinflussen, in der sich der Kondensator 214 auf seine kritische Ladung auflädt, sind zwei in Reihe liegende Widerstände 220 und 222 über eine Diode 208 und außerdem ein Widerstand 216 dem Kondensator 214 parallelgeschaltet. Es ist offensichtlich, daß der Strom durch den Widerstand 252 der Steuereinrichtung 46 der Summe aus dem Ladungsstrom des Kondensators 214 und dem Strom durch den Widerstand 220 entspricht. Daher verursacht eine Änderung des Widerstandswertes des Wi-

derstandes 220 eine Änderung der Zeitdauer, mit der der Kondensator 214 auf seine kritische Ladung aufgeladen wird. Vorzugsweise ist die Zeitdauer, die der Kondensator 214 zum Erreichen seiner kritischen Ladung benötigt, länger als eine Periode der von dem Phasen-UND-Verknüpfungsglied 40 gelieferten Spannung und kann vorzugsweise IV₂ Perioden betragen, wenn die Spannung so lange ansteht. Für ein 60-Hz-Netz 1 sind geeignete Werte für den Kondensator 214 1,OmF und für den Widerstandswert in Ω der Widerstände:

Widerstand 216 mit 120 kQ,

Widerstand 220 mit 50 kQ,

Widerstand 222 mit 10 kΩ,

Widerstand 252 mit 22 kQ.

Die Durchbruchspannung der Schaltungsanordnung mit Schwellwert 210 kann 6,8 V betragen. Die Diode 208 sorgt dafür, daß sich der Kondensator 214 nur über den Widerstand 216 entlädt. Da der Transistor 218 normalerweise gesperrt ist, wird der Kondensator 214 im normalen Betriebsfall nicht aufgeladen.

Die übrigen Einzelheiten der erfindungsgemäßen Phasenvergleich-Schutzanordnung lassen sich am besten durch eine Beschreibung der Arbeitsweise der Schutzanordnung erklären:

Bei normalen, fehlerfreien Bedingungen des Netzwerkes 1 sind die Relais 16 und 18 nicht erregt. Wenn ein genügend hoher Laststrom fließt, wird eine Wechselgröße an den ersten Impulsformer 14 und über das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 an das Verzögerungsnetzwerk 38 geliefert. Der Kondensator 148 wird abwechselnd geladen und entladen, aber wegen der gesperrten bistabilen Kippstufe 42 wird kein Sperren des Transistors 170 erreicht, und zwar auch dann nicht, wenn der Transistor 166 etwas leitend ist. Der Tastkreis 22 verhindert das Arbeiten des Senders 24.

Beim Auftreten eines Fehlers im Netz 1 liefert die Einrichtung 6 zur Meßwertbildung eine der Fehlergröße entsprechende Wechselgröße über das Tiefpaßfilter 10 an das Phasenschiebernetzwerk 12; eine der Fehlergröße entsprechende Gleichgröße wird an das Relais 16 abgegeben, das dadurch erregt wird. Die Gleichgröße wird auch dem Relais 18 über die Zeitverzögerungseinrichtung 20 zugeführt, die damit abzulaufen beginnt. Durch das ansprechende Relais 16 wird der Sender 24 unter die Kontrolle des Tastkreises 22 gestellt. Außerdem wird durch das Relais mittelbar der Sender 24 dazu angereizt, ein Signal an den Empfänger der entfernten Relaisanordnung AB nur während bestimmter Zeitintervalle auszusenden.

Wenn die Zeitverzögerungseinrichtung 20, die aus einem Kondensator besteht, der der Wicklung des zeitverzögerten Relais 18 parallelgeschaltet ist, abgelaufen ist, dann schließt das zeitverzögerte Relais 18 seine normalerweise offenen Kontakte. Das Schließen einiger der Kontakte hat lediglich vorbereitenden Charakter und keine unmittelbare Wirkung.

Durch das Schließen des Kontaktes 18a des Relais 18 wird das Potential an der Eingangsklemme 184 der Steuereinrichtung 46 und an der Eingangsklemme 230 der Verzögerungsschaltung 48 (Fig. 4) angehoben. Das Anheben des Potentials am Schaltungspunkt 228 auf annähernd 22 V läßt das Potential am zentralen Schaltungspunkt 174 der bistabilen Kippstufe 42 ansteigen, wodurch die Steuerung des Transistors 170 unter die Kontrolle des Transistors 166 gestellt wird. Falls während des Zeitablaufes der Verzögerungseinrichtung 20 der Empfänger 30 kein Signal empfängt, das den zweiten Impulsformer 32 zur Abgabe einer Spannung an das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 während der Zeitdauer veranlaßt, in der dem Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 kein Signal durch den ersten Impulsformer 14 zugeführt wird, bleibt der Kondensator 148 geladen oder wird auf seine kritische Ladung aufgeladen, so daß der Transistor 166 entweder weiter leitend bleibt oder leitend wird. Wenn durch das Schließen des Kontaktes 18a die bistabile Kippstufe 42 freigegeben wird und der Transistor 166 leitend ist, wird der Transistor 170 gesperrt. Das Sperren des Transistors 170 vermindert die Spannung am Widerstand 172, wodurch das Potential der Leitung

■5 192 das der negativen Stromversorgungsleitung 80 erreicht. Dies führt zum Anwachsen der Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 194 über die Durchbruchspannung der Schaltungsanordnung 196 mit Schwellwert hinaus und steuert den Transistor 194 leitend. Dadurch wird ein Basistrom durch den Transistor 250 erzeugt, durch den dieser leitend wird.

Der Kontakt 18a schließt auch den Spannungsversorgungskreis der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 250 (zweiter Eingang des UND-Verstärkers 44), so daß durch den leitenden Transistor 250 das Auslöserelais 50 erregt wird, das einen Kontakt 50a schließt, um die Spule eines weiteren Relais zu erregen. Von dem weiteren Relais wird eine Auslöse spule 52 des Leistungsschalters IA erregt. Eine weitere Betätigung des Senders 24 durch den Tastkreis 22 wird damit unterbunden.

Wenn ein bezüglich der zu schützenden Leitung IC äußerer Fehler vorliegt, dann wird der Empfänger 30 von dem fernen Sender der Relaisanordnung AB derart beeinflußt, daß er den zweiten Impulsformer 32 betätigt, der das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 zur Abgabe eines kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Ausgangssignals veranlaßt. Dies führt dazu, daß die Eingangsklemme 161 des Verzögerungsnetzwerkes 38 nahezu auf demselben Potential wie die positive Stromversorgungsleitung 150 oder nahezu auf diesem Potential liegt. Dadurch wird der Kondensator 148 während des Zeitintervalls, in dem die Verzögerungseinrichtung 20 abläuft, bis unter seinen kritischen Wert entladen. Daher wird, anders als im Falle eines inneren Fehlers, der Transistor 166 bei Erregung des zeitverzögerten Relais 18 nicht leitend, und die Freigabe der bistabilen Kippstufe 42 führt nicht zur Betätigung des Leistungsschalters 2A.

Wenn die bistabile Kippstufe 42 bei flüchtigen Vorgängen freigegeben wäre, die beim Abschalten äußerer Fehler auftreten können, könnte die Relaisanordnung AA fälschlicherweise betätigt werden und damit ein nicht notwendiges, unerwünschtes Abtrennen der geschützten Leitung IC von dem Leitungszug IA hervorgerufen werden. Um dies zu vermeiden, wird die bistabile Kippstufe 42 am Ende einer durch die Verzögerungsschaltung 48 bestimmten Zeitdauer wieder gesperrt. Der Ablauf der Verzögerungsschaltung 48 beginnt mit dem Schließen des Relaiskontaktes 18a, wodurch das Potential an ihrer Eingangsklemme 230 angehoben wird. Dieses Anheben reicht aus, um einen Durchbruch der Schaltungsanordnung

231 mit Begrenzerwirkung hervorzurufen und einen Basisstrom durch den Transistor 232 der Verzögerungsschaltung 48 zu treiben. Der daraufhin leitend werdende Transistor 232 beendet den leitenden Zu-

stand des Transistors 234. Während der Zeitdauer, in der der Transistor 234 leitend war, wurde der Ladekondensator 236 entladen gehalten. Das Sperren des Tranistors 234 läßt das Laden des Ladekondensators 236 durch einen Stromkreis anlaufen, der sich von der Leitung 192 über die Schaltungsanordnung 238 mit Begrenzerwirkung, die Diode 240, den Widerstand 242 und den Ladekondensator 236 zur negativen Leitung 162 erstreckt. Der Ladekondensator 236 erreicht seine kritische Ladung am Ende der Zeitverzögerung der Verzögerungsschaltung 48. Wenn dies eintritt, dann bricht die Schaltungsanordnung 244 mit Schwellwert durch, und es fließt ein Basisstrom durch den Transistor 218, der diesen leitend steuert und einen Stromkreis vom zentralen Schaltungspunkt 174 über den Widerstand 189 und die Diode 248 zur negativen Leitung 162 schließt. Der durch diesen Stromkreis fließende Strom vermindert die Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174, wie oben beschrieben, und sperrt die bistabile Kippstufe 42, so daß der Transistor 170 nicht mehr länger durch den Transistors 166 gesteuert wird. Die Zeitdauer, in der der Ladekondensator 236 aufgeladen wird, stellt die Zeitdauer dar, in der die bistabile Kippstufe oder die Schalteranordnung 42 auf die Ausgangsspannung des Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes 34 zwecks Beeinflussung des TJND-Verstärkers 44 reagieren kann.

Im Falle eines während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehlers wird die bistabile Kippstufe 42 nach Ablauf der Verzögerungsschaltung 48 am Ende einer durch das Verzögerungsglied 40 vorgegebenen bestimmten Zeitdauer wieder freigegeben. Dieses Verzögerungsglied 40 erzeugt eine Zeitverzögerung, die länger als flüchtige Vorgänge andauert, die zum fälschlichen Auslösen der Relaisanordnung führen könnten, und stellt sicher, daß ein innerer Fehler tatsächlich als solcher erkannt wird. Das Verzögerungsglied 40 läuft ab in Abhängigkeit von dem Wechsel der Phasenlage der Spannungen, die dem weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 durch die Impulsformer 14 und 32 zugeführt werden.

Während eines äußeren Fehlers hat der Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen der Impulsformer 14 und 32 eine solche Größe, daß entweder die Klemme 82 oder die Klemme 144 während nahezu der ganzen Zeit auf positivem Spannungspotential lag, so daß an der Ausgangsklemme 198 des weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes 36 fast ständig ein angehobenes Potential vorhanden ist. Dieses angehobene Potential verhindert einen Ladestrom durch den Kondensator 214. Beim Auftreten eines während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehlers kehrt sich die Richtung des Fehlerstromes um, der durch die Transformatoranordnung SB fließt, wodurch die Phase der Ausgangsspannung verschoben wird, die von der Einrichtung 6 zur Meßwertbildung der Relaisanordnung 4ß erzeugt wird. Daher stimmt bei einem inneren Fehler die Phasenlage der Ausgangsspannung des zweiten Impulsformers 32 nahezu mit der der Ausgangsspannung des ersten Impulsformers 14 überein, wodurch das Potential an der Ausgangsklemme 198 des weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes 36 nur für den Teil der Periodendauer der Spannung der zu schützenden Leitung angehoben ist, der normalerweise 180° der von der Einrichtung 6 zur Meßwertbildung erzeugten Wechselspannung ausmacht. Der Kondensator 214 nimmt einen Ladestrom von der positiven Stromversorgungsleitung 212 auf, wenn das weitere Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 nicht 22 V an die Klemme 200 des Verzögerungsgliedes 40 liefert. Der Ladekreis des Kondensators 214 erstreckt sich von der Klemme 78 über den Kondensator 214, die Diode 208, den Widerstand 252, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 218 und die negative Leitung 162 zu der negativen Anschlußklemme 80 der Betriebsspannungsquelle 81. Da, wie oben festgestellt wurde, der Kondensator 214 während des Zeitabschnittes der ersten Periode nicht auf seine kritische Ladung aufgeladen werden kann, in dem das Potential an der Klemme 200 nicht angehoben ist, wird die Steuereinrichtung 46 zu dieser Zeit noch nicht beeinflußt. Während des folgenden Zeitabschnittes der ersten Periode, in dem die Klemme 200 bezüglich des Potentials angehoben ist, wird der Kondensator 214 nur zu einem Teil entladen, so daß während des Zeitabschnittes der zweiten Periode, in dem die Klemme 200 bezüglich ihres Potentials nicht angehoben ist, die Zunahme der vom Kondensator 214 aufgenommenen Ladung ausreichend ist, um die gespeicherte Ladung so weit zu erhöhen, daß die Schaltungsanordnung 210 mit Schwellwert durchbricht und damit den Transistor 202 öffnet.

Wenn der Transistor 202 leitet, dann steigt das Potential an der Basis des nicht leitenden Transistors 234 der Verzögerungsschaltung 48 an und steuert den Transistor 234 derart, daß er leitend wird und den Ladekondensator 236 entlädt. Das Entladen des Ladekondensators 236 geschieht sehr schnell. Wenn die Spannung am Ladekondensator 236 auf eine Spannung abgesunken ist, die unter der Durchbruchspannung der Schaltungsanordnung 244 mit Schwellwert liegt, entlädt sich der Ladekondensator 236 nicht mehr weiter und beendet den Stromfluß durch die Basis des Transistors 218. Dies führt zu einem Ansteigen der Spannung am zentralen Schaltungspunkt 174 und zu einer erneuten Steuerung des Transistors 170 durch den Transistor 166.

Zu derselben Zeit, in der das weitere Phasen-UND-Verknüpfungsglied 36 das Verzögerungsglied 40 betätigte, ließ das Phasen-UND-Verknüpfungsglied 34 das Verzögerungsnetzwerk 38 ablaufen. Die Zeitverzögerung des Verzögerungsnetzwerkes 38 ist vorzugsweise von kürzerer Dauer als die des Verzögerungsgliedes 40, so daß während der Zeit, in der die bistabile Kippstufe 42 wieder freigegeben ist, das Verzögerungsnetzwerk 37 abgelaufen und der Transistor 170 gesperrt ist. Wie oben ausgeführt, wird durch das Sperren des Transistors 170 das Potential an der Leitung 192 erniedrigt, die Transistoren 194 und 250 werden leitend und erregen das Auslöserelais 50 und die Auslösespule 52, die den Leistungsschalter 2A betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309 529/131

Claims

Patentansprüche:

1. Phasenvergleich-Schutzanordnung mit einer an jedem Ende des zu überwachenden Leitungsabschnittes vorgesehenen Meßeinrichtung mit einem Meßglied, das beim Auftreten eines Fehlers die Phasendifferenz zwischen einer aus den Leiterströmen an jeweils dem einen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten einphasigen Meßgröße und einer aus den Leiterströmen an jeweils dem anderen Ende des Leitungsabschnittes abgeleiteten und über eine Hochfrequenzverbindung an das jeweils eine Ende des Leitungsabschnittes übertragenen einphasigen Vergleichsgröße ermit- ¹S telt und bei einer einen inneren Fehler kennzeichnenden vorgegebenen Phasendifferenz ein Signal abgibt, und mit einer jedem Meßglied zugeordneten Schalteinrichtung, die auf das Signal des Meßgliedes ein Auslösesignal erzeugt, sowie mit einem jeder Schalteinrichtung nachgeordneten Leistungsschalter, der beim Auftreten eines Auslösesignals den Leitungsabschnitt an dem jeweiligen Ende abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (42) durch das Aus- ²S gangssignal einer Steuereinrichtung (46) sperrbar oder ireigebbar ist, daß ein Zeitverzögerungsrelais (18) vorgesehen ist, das bei einem inneren oder einem äußeren Fehler anspricht und dadurch eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer Freigabe der Schalteinrichtung (42) veranlaßt, daß die Meßeinrichtung ferner eine Verzögerungsschaltung (48) aufweist, die beim Auftreten jedes möglichen Fehlers anläuft und nach ihrer Verzögerungszeit eine Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer erneuten Sperrung der Schalteinrichtung (42) veranlaßt, und daß ein Verzögerungsglied (40) vorgesehen ist, das bei einem während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftre- *° tenden inneren Fehler nach seiner Verzögerungszeit auf die Verzögerungsschaltung (48) derart einwirkt, daß von dieser Verzögerungsschaltung (48) eine erneute Änderung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung (46) im Sinne einer erneuten Freigabe der Schalteinrichtung (42) veranlaßt wird.

4. Schutzanordnung nach einem der vorange- ⁶S henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalteinrichtung (42) ein einen Kondensator (148) enthaltendes Verzögerungsnetzwerk (38) vorgeschaltet ist, das die sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz bildende Größe an die bistabile Kippstufe (42) abgibt, wenn die am Ausgang (161) eines dem Verzögerungsnetzwerk (38) vorgeordneten Phasen-UND-Verknüpfungsgliedes (34) in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen der Meßgröße und der Vergleichsgröße auftretende Spannung ein Laden des Kondensators (148) des Verzögerungsnetzwerkes (38) gestattet.

5. Schutzanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Steuereinrichtung (46) und damit die Basisvo!spannung des zweiten Transistors (170) der bistabilen Kippstufe (42) bei fehlerfreier Leitung durch die Teilspannung am zentralen Schaltungspunkt (174) des sich über die bistabile Kippstufe (42) und die Steuereinrichtung (46) erstreckenden Spannungsteilers (178, 186, 190, 188) gegeben ist, wodurch dieser Transistor (170) unabhängig vom Schaltzustand des ersten Transistors (166) so lange leitend gehalten wird, wie die Steuereinrichtung (46) durch das zeitverzögerte Relais (18) unbeeinflußt ist.

6. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines inneren oder äußeren Fehlers durch das zeitverzögerte Relais (18) die Steuereinrichtung (46) derart beeinflußt wird, daß die Basisvorspannung an dem zweiten Transistor (170) der bistabilen Kippstufe (42) nur noch von dem ersten Transistor (166) der bistabilen Kippstufe (42) bestimmt wird und daß der Transistor (170) gesperrt wird, wenn der erste Transistor (166) durch das Verzögerungsnetzwerk (38) leitend gesteuert wird, wodurch die Schalteinrichtung (42) den UND-Verstärker (44) ansteuern kann.

8. Schutzanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Verzögerungsschaltung (48) verbundene Verzögerungsglied (40) einen Kondensator (214) und einen Transistor (202) enthält und daß der Kondensator (214) den Transistor (202) leitend steuert, wenn im Falle eines während eines äußeren Fehlers zusätzlich auftretenden inneren Fehlers eine am Ausgang eines dem Verzögerungsglied (40) vorgeschalteten, weiteren Phasen-UND-Verknüpfungsglied (36) in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen der Meßgröße und der Vergleichsgröße auftretende weitere Spannung die Ladung des Kondensators (214) bis auf einen kritischen Wert gestattet

Es ist auch eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Übertragungseigenschaften einer Hochspannungsleitung bekannt (deutsche Auslegeschrift 1069 761), die einen Mitziehgenerator enthält. Der Ausgangsspannung des Generators ist eine aus dem Strom in dem zu überwachenden Leitungsabschnitt abgeleitete Spannung überlagert. Tritt ein Fehler auf dem Leitungsabschnitt auf, dann wird der Mitziehgenerator von der Rechteckspannung abgetrennt und schwingt daher mit unveränderter Amplitude und Phasenlage weiter. Dagegen ändert bei einem Fehler die Rechteckspannung zumindest ihre Phasenlage. Mittels zweier bistabiler Kippstufen mit nachgeordne-

²S tem Koinzidenzgatter erfolgt eine Überwachung der Koinzidenz. Ist eine Phasendifferenz vorhanden, dann fällt ein dem Gatter nachgeordnetes Relais ab, wodurch ein Leistungsschalter betätigt wird.