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Verfahren und Messeinrichtung zur selektiven Erfassung von
Erdschlüssen in kompensierten oder ungelöschten Netzen, vorzugsweise Hochspannungsnetzen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Messeinrichtung, die bei Erdschlüssen in kom- pensierten oder ungelöschten Netzen, vorzugsweise Hochspannungsnetzen, die auftretenden kapazitiven
Ausgleichsströme zu messen und die fehlerbehafteten Abschnitte zu erkennen gestattet.
Ein Erdschluss ist bekanntlich die Durchbrechung oder Überbrückung der Isolation zwischen einem Leiter und Erde. Zur Erfassung der Erdschlüsse sind Erdschlussrichtungsrelais bekannt, die nach dem watt- metrischen Prinzip aufgebaut sind und aus den elektrischen Grössen Nullstrom und Nullspannung die Rich- tung des Erdschlussstromes anzeigen. Unter Nullstrom und Nullspannung versteht man in einem Dreh-
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bzw. die Komponenten der Spannung
Uo = 1/3 (UR + Us + UT).
Die Meldeschaltungen der Erdschlussrichtungsrelais sind je nach Ausführung unterschiedlich. Wäh- rend die eine Ausführung eine verzögerte Richtungsanzeige bevorzugt, um die mit der Zustandsänderung des Netzes verbundenen Ausgleichsvorgänge erst abklingen und das Relais im Dauererdschlusszustand messen zu lassen, arbeiten andere Relaistypen schnellmessend, also ohne Verzögerungsschaltung. Die zuletzt genannten Relais sollen dazu dienen, auch kurzzeitig auftretende Erdschlüsse, sogenannte Erd- schlusswischer, festzustellen, damit Isolationsschäden in den Netzen rechtzeitig erkannt werden. Sämt- liche bekannten Erdschlussrelais messen jedoch nur die Leistungsrichtung.
Aus den sehr zahlreichen Rich- tungsangaben muss dann durch langwierige telephonische Umfrage in sämtlichen Stationen diejenige Leitung als fehlerhaft ausfindig gemacht werden, an deren Anfang und Ende die Erdschlussrichtungsrelais ungleiche Stromrichtungen anzeigen.
Eine andere bekannte Erdschlusssucheinrichtung benutzt anzeigende Wattmeter, die nach Abklingen des Ausgleichsvorganges in den Messkreis der jeweiligen Leistungsabzweige geschaltet werden. Aus den dann noch fliessenden Restwirkströmen, zusammen mit der Komponente der Nullspannung, kann wohl die i Leistungsrichtung und zusätzlich die Leistungsgrösse ermittelt werden, jedoch ist diese Messung gleich- falls zeitraubend und ungenau. Mit den sogenannten Erdschlusswattmetern können auch nur Dauererd- schlüsse gemessen werden.
Allen bisher bekannten Erdschlussmesseinrichtungen haften Nachteile an, die auf verschiedene Ur- sachen zurückzuführen sind. Die Leistungsrichtungsanzeigen sind zweifelhaft, wenn die Messung nach Beendigung der Ausgleichsvorgänge im Netz vorgenommen wird, weil die verbleibenden Erdschlussrest- ströme sehr klein sind und in der Grössenordnung der Übersetzungsfehler der Stromwandler liegen.
Auch durch Winkelfehler der Stromwandler und infolge unsymmetrischer Belastungsströme können
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die Richtungsrelais getäuscht werden und fehlerhaft anzeigen. An die zur Erzeugung des Nullstromes nötigen Summenstromwandler werden daher grosse Genauigkeitsanforderungen gestellt. Die Wandler müssen besonders gut abgestimmt werden und sind entsprechend teurer.
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mittelfrequenten aperiodisch gedämpften Schwingungen. Zu Beginn der kapazitiven Umladung im Netz sind vektorielle Ungleichheiten möglich, die vom Zeitmoment und von der Erdschlusskompensation sowie von der Eigenfrequenz des Netzes abhängig sind, wodurch ebenfalls fehlerhafte Richtungsangaben zustande kommen können.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, die Mängel der bekannten Einrichtungen zu beheben und die Ermittlung des erdschlussbehafteten Leitungsabzweiges nach grundsätzlich neuen Gesichtspunkten zu ermöglichen, damit das Schaltpersonal in den der Fehlerstelle am nächsten gelegenen Stationen nunmehr ohne telephonische Umfrage zwecks schnellster Fehlereingrenzung sofort den fehlerbehafteten Leitungsabschnitt erkennen kann. Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass zu Beginn eines jeden Erdschlusses im Netz über die Fehlerstelle und über die Netzkapazitäten auf die Dauer weniger Halbwellen ein verhältnismässig grosser kapazitiver Ausgleichsstrom fliesst, dessen Grösse von der Entfernung zum Erdschlusspunkt und von der Verteilung der Netzkapazitäten abhängig ist.
Während die erdschlussfreien Leitungsabzweige nur-Bruchteile des gesamten Erdschlussstromes führen, fliesst über den erdschlussbehafteten Leitungsabzweig stets der grösste Erdschlussstromanteil. Dieser kapazitive Umladestrom klingt nach wenigen Halbwellen sofort wieder ab, wenn die Ladungsmenge des erdschlussbehafteten Leiters über Erde abgeflossen ist und die fehlerfreien Leiter infolge der Spannungserhöhung gegen Erde eine höhere Ladungsmenge aufgenommen haben.
Erfindungsgemäss wird die selektive Erfassung von Erdschlüssen bzw. die sichere Erkennung der erdschlussbehafteten Leitungsabschnitte dadurch erreicht, dass nur die Stromamplituden des jeden Erdschluss speziell charakterisierenden, vorzugsweise mittelfrequenten, aperiodisch gedämpften, kapazitiven Ausgleichstromes richtungsunabhängig in allen Leitungsabschnitten gemessen werden, u. zw.
mit Hilfe eines pro Leitungsabzweig vorgesehenen Schalttafelinstrumentes, welches nach automatischer Anschaltung den Ladezustand des vom primären Ausgleichsstrom direkt abhängig aufgeladenen Spsicherkondensators mittels einer zwischengeschalteten zeitverzögernden Laufzeitkette zu messen gestattet, wobei der angezeigte Messwert dem Mittelwert des über einen bestimmten Zeitabschnitt integrierten, primären, kapazitiven Ausgleichsstromes entspricht, so dass der Vergleich der durch Stromverzweigung anteilig messbaren aber ungleich grossen Stromwerte mit den entsprechenden Stromwerten der andern benachbarten, fehlerfreien Abschnitte den fehlerbehafteten Abschnitt in der Station bzw. in der Zentrale auf Grund der, durch Augenschein erkennbaren Abweichungen der Stromwerte zu erkennen gestattet.
Dabei muss gewährleistet sein, dass zu Beginn des Erdschlusszustandes bereits die ersten Strom-Amplituden bzw. deren Mittelwert mit grosser Genauigkeit angezeigt und für eine beliebig lange Zeit als direkt ablesbarer Messwert festgehalten wird.
Zur Messung dieser Umladeströme könnten ballistische Messinstrumente- je Leitungsabzweig ein Instrument-dienen, jedoch sind derartige Messinstrumente für den praktischen Betriebsgebrauch in den Netzanlagen nicht robust genug und deren Messgenauigkeit ist von verschiedenen, beeinflussenden Faktoren abhängig. Auch sind bekannte herkömmliche Maximum-Strommesser mit Messwert-Fixiereinrichtun- gen für diesen Zweck ungeeignet, weil deren Zeitkonstante bedeutend grösser ist als die zur Aufnahme des Messwertes zur Verfügung stehende Zeit.
Die erfindungsgemässe Messeinrichtung ist dagegen frei von beeinflussenden Faktoren und erfüllt in einfacher Weise die gestellten Bedingungen. Sie benutzt zur Speicherung der ersten grossen Strom-Amplituden des Ausgleichsstromes einen Kondensator, der aber nur bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes durch ein Messvorgang-Anwurfrelais an eine Laufzeitkette geschaltet wird, die mit einem direkt anzeigenden Messinstrument abgeschlossen ist.
Die als Verbindungsglied zwischen Speicherkondensator und Messinstrument eingeschaltete Laufzeitkette dient dazu, den Spannungswert des mit einem proportionalen Anteil des Ausgleichsstromes aufgeladenen Kondensators mit grosser Zeitkonstante an das abschliessend angeordnete Messinstrument weiterzuleiten, damit der Messinstrumentenzeiger sich stark gedämpft auf den genauen der Eingangsgrösse entsprechenden Messwert aperiodisch einstellen kann. Ge-
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wird er durch ein den-Messwert fixierendes-Mittel in dieser Stellung automatisch festgehalten. An Stelle der Zeiger-Arretierungsvorrichtung kann auch ein Instrument mit Schleppzeiger verwendet werden.
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Da alle zum gleichen Netz gehörenden Leitungsabzweige mit einer solchen Messeinrichtung ausgerüstet sind, werden bei einem Erdschluss zweckmässig nur die Messeinrichtungen in den Messvorgang einbezogen, bei denen der Ausgleichsstrom, einen bestimmten Stromwert überschritten hat, was praktisch nur in der Nähe der Erdschlussstelle der Fall sein kann.
Durch Vergleich der grössten angezeigten Strommesswerte kann man ohne Schwierigkeiten und mit grosser Genauigkeit die erdschlussbehaftete Leitung ermitteln, weil der Ausgleichsstrom in der Nähe der Fehlerstelle stets am grössten ist.
Es ist einleuchtend, dass die Messung der Ausgleichsströme gegenüber den wattmetrischen Richtungs- kontrollen grössere Vorzüge aufweist. Jeder kurzzeitig auftretende Erdschluss, ein sogenannter Erdschlusswischer, wird mit der gleichen Sicherheit und ohne Zeitaufwand wie Dauererdschlüsse selektiv erfasst.
Die Genauigkeit der Summenstromwandler zur Gewinnung des Nullstromes braucht nicht besonders gross zu sein, im Gegensatz zu den bisher nötigen, gut abgestimmten Nullstrom-Wandlergruppen.
Die erfindungsgemäss zum Einsatz kommenden neuartigen Strommessgeräte werden durch die kapazitiven Einschwingungsvorgänge keinesfalls getäuscht und zeigen stets den richtigen, zeitlich begrenzten
Mittelwert des kapazitiven Ausgleichsstromes. Die Genauigkeit der Strommessung lässt sogar eine selektive Bestimmung der Erdschlussstelle auf einer fehlerbehafteten Leitung zu, indem die Stromverteilung an Hand der an den beiden Leitungsenden angezeigten Stromwerte ein Mass darstellt, für die Lage des Fehlers zwischen den Leitungsabschnitten.
Sind auf Grund von Erfahrungswerten die Ausgleichsströme in den fehlerbehafteten Leitungsabzweigen grössenordnungsmässig bekannt, so kann mittels einer zusätzlichen Kontaktanordnung am Zeiger der Erdschlussstrommesseinrichtung automatisch der fehlerbehaftete Leitungsabzweig selektiv aus dem Netz herausgeschaltet werden, damit durch die bei Erdschluss einsetzende Spannungsunsymmetrie keine weiteren Folgeschäden entstehen können.
An Hand eines Ausführungsbeispieles gemäss beigefügtem Schaltplan soll die Erfindung näher erläutert werden. Die beispielsweise angegebene Messeinrichtung ist in der Art eines Schalttafelinstrumentes aufgebaut und wird in den Nullstromkreis der Stromwandler eines jeden Leitungsabzweiges angeschlossen. Sie besteht im einzelnen aus dem anzeigenden Instrument 1, dessen Zeiger nach erfolgtem Messvorgang mittels einer Zeigerarretierungs-Vorrichtung 2 in der Anzeigestellung festgehalten wird.
Dem Messinstrument 1 ist eine RC-Laufzeitkette 3 vorgeschaltet, die dazu dient, den Ladezustand des über den Gleichrichter 6 gespeisten und vom primären Ausgleichsstrom direkt abhängig aufgeladenen Kondensators, der das Eingangsglied der Laufzeitkette 3 bildet, nach automatisch wirksamer Anschaltung mit grosser Genauigkeit zu messen. Hinter den Stromeinangsk1emmen ist zur universellen Anwendbarkeit der Messeinrichtung ein kleiner Anpassungswandler 4 vorgesehen, auf dessen Sekundärseite ein Belastungswiderstand 5 zur Linearisierung des Sekundärstromes mit parallel geschaltetem Gleichrichter 6 zur Übertragung der Messgrösse Jo eingeschaltet ist.
Zwecks schnellerer Eingrenzung des erdschlussbehafteten Netzteiles ist an einer zweiten Sekundärwicklung des Anpassungswandlers 4über einen regelbaren Widerstand 7 und nachgeschaltetem Gleichrichter 8 ein stromabhängiges Messvorgang-Anwurfrelais 9 angeschlossen. Das Messvorgang-Anwurfrelais 9 ist das Kontrollglied für die Messeinrichtung und leitet den Messvorgang nur dann ein, wenn der am Regelwiderstand 7 einstellbare Stromwert entsprechend dem vorher festgelegten Erdschluss-Eingrenzungspegel überschritten wird. Dadurch wird erreicht, dass nur die Erdschlussmesseinrichtungen in den Messvorgang einbezogen werden, die in der Nähe der Erdschlussstelle eingebaut sind. Die kleineren Stromwerte der zur Fehlerstelle entfernt gelegenen Messeinrichtungen werden zweckmässig gar nicht registriert.
Das Messvorgang-Anwurfrelais 9 betätigt mit seinem Kontakt 10 über Kontakt 17 des Hilfsrelais 14, sobald dieses seine Kontakte geschlossen hat, was vom Kontakt 13 des Relais 9 eingeleitet wird, ein weiteres Hilfsrelais 11 und ein optisches Signal 12. Gleichzeitig mit dem optischen Signal 12 wird ein akustisches Signal 19 wirksam, damit das Personal sofort auf den abnormalen Betriebszustand aufmerksam wird.
Über einen weiteren Kontakt 13 wird das abfallverzögerte Betätigungsrelais 14 für die Zeigerarretie - rungs-Vorrichtung 2 angeworfen. Die Abfallzeit des Relais 14 ist auf die Zeitkonstante der RC-Laufzeitkette 3 so abgestimmt, dass die Zeigerarretierungs-Vorrichtung genau in dem Zeitmoment wirksam wird, wenn der Instrumentenanzeiger seinen Maximalausschlag entsprechend dem vorgelegten Messwert erreicht hat. Sobald das Hilfsrelais 11 durch das Messvorgang-Anwurfrelais 9 betätigt wird, schliesst es den Stromkreis der Laufzeitkette zum Messinstrument und verriegelt zugleich die gesamte Messeinrichtung, indem es sich an der Betätigungshilfsspannung, die über den Rückstell-Tastschalter 15, ansteht, selbst festhält.
Die gesamte Messeinrichtung bleibt so lange in der Arbeitsstellung verriegelt, bis durch Betätigen des
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Rückstell-Tastschalters 15 der Hilfsstromkreis unterbrochen wird und dabei gleichzeitig der Instrumentenzeiger in die Nullstellung zurückfällt. Der Riickstell-Tastschalter 15 und das optische Signal 12 werden zweckmässig in der Skalenplatte des anzeigenden Instrumentes eingebauto PATENTANSPRÜCHE :
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Verfahren zur selektiven Erfassung von Erdschlüssen in kompensierten oder ungelöschten Netzen, vorzugsweise Hochspannungsnetzen.'dadurch gekennzeichnet, dass nur die Stromamplituden des jeden Erdschluss speziell charakterisierenden, vorzugsweise mittelfrequenten, aperiodisch gedämpften, kapazitiven Ausgleichsstromes richtungsunabhängig in allen Leitungsabschnitten gemessen werden u. zw.
mit Hilfe eines pro Leitungsabzweig vorgesehenen Schalttafelinstrumentes, welches nach automatischer Anschaltung den Ladezustand des vom primären Ausgleichsstrom direkt abhängig aufgeladenen Speicherkondensators mittels einer zwischengeschalteten zeitverzögernden Laufzeitkette zu messen gestattet, wobei der angezeigte Messwert dem Mittelwert des über einen bestimmten Zeitabschnitt integrierten, primären, kapazitiven Ausgleichsstromes entspricht, so dass der Vergleich der durch Stromverzweigung anteilig messbaren aber ungleich grossen Stromwerte mit den entsprechenden Stromwerten der andern benachbarten, fehlerfreien Abschnitte den fehlerbehafteten Abschnitt in der Station bzw. in der Zentrale auf Grund der, durch Augenschein erkennbaren Abweichungen der Stromwerte zu erkennen gestattet.