AT404994B

AT404994B - Verfahren zur erfassung von erdschlüssen

Info

Publication number: AT404994B
Application number: AT124895A
Authority: AT
Inventors: Lothar Dipl Ing Dr Tec Fickert; Wernfried Ing Halder
Original assignee: Lothar Dipl Ing Dr Tec Fickert; Wernfried Ing Halder
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1999-04-26
Also published as: ATA124895A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Erdschlüssen in einem Energieverteilungsnetz mit mindestens drei strahlenförmigen Abgängen und Erdschlusskompensation, wobei der Summenstrom gemessen und von diesem mindestens eine Oberschwingung ausgesiebt wird.

In elektrischen Anlagen, vornehmlich in Verteilnetzen, sind Erdschlüsse dadurch erkennbar, dass sich die Stromsumme der drei Aussenleiter im Erdschlussfall deutlich von der Stromsumme im erdschlussfreien Betrieb unterscheidet. Bekannte Verfahren zur Erfassung solcher Fehler arbeiten daher nach den folgenden Prinzipien :

a) Auswertung der Einschwingvorgänge (Erdschlusswischerrelais) b) Grenzwertüberschreitung der Amplitude der fünften Oberschwingung im Summenstrom, wobei jeder
Abgang unabhängig von den anderen ausgewertet wird.
EMI1.1
e) Änderung des Summenstromes durch Änderung des Kompensationsgrades (Pulsortungsmethode,
Netz-Erdschluss-Analysator)
Vergleich der Amplituden des Einschwingvorganges
Die bekannten Verfahren nach a) und f) erfordern in allen Fehlerfällen kräftige Einschwingvorgänge mit bestimmten Frequenzen, unabhängig vom Augenblick des Fehlereintrittes. Da aber bei von aussen hervorgerufenen Fehlern, wie z. B.

Blitzschlag, der Augenblick des Fehlereintrittes und die Phasenlage des erdschlussbehafteten Aussenleiters voneinander unabhängig sind. ergeben sich unterschiedliche Arten von Einschwingvorgangen, wodurch kein klar definiertes Messsignal vorliegt.

Das bekannte Verfahren nach b) erfolgt mit konstant eingestellten Grenzwerten zur Unterscheidung in gesunde und erdschlussbehaftete Abgänge. Da sich aber der Pegel der treibenden fünften Oberschwingungs-Spannung dauernd ändert, unterliegen die Stromwerte ebenfalls diesen Schwankungen. Dadurch ist die Einstellung eines fixen Ansprechwertes oft sehr schwierig.

Eine Variante des bekannten Verfahrens nach b) ist die Richtungsbestimmung der 5. Oberschwingung des Summenstromes in Bezug auf die 5. Oberschwingung der Verlagerungsspannung durch Auswertung der Phasenlage. Dieses Verfahren setzt eine Erfassung beider Grössen pro Abgang voraus.

Das bekannte Verfahren nach c) erfordert eine klare Ausbildung von elektromagnetischen Feldern und ist daher auf Freileitungsabgänge beschränkt.

Das bekannte Verfahren nach d) erfordert für eine eindeutige Messung entsprechend grosse Signale, also Wärmeverluste im gesamten Erdschlussstrompfad. Diese werden hauptsächlich in der Petersenspule erzeugt, die zu diesem Zwecke oft auch mit einer Wattreststromerhöhung ausgerüstet ist, aber auch in allfällig vorhandenen Überspannungsableitern, sofern vorhanden. Da aber die nutzbaren Stromkomponenten Im Verhältnis zu den Wandlernennströmen oft sehr klein sind, stehen in einem solchen Fall nur unzureichende Messsignale zur Verfügung.

Das bekannte Verfahren nach e) erfordert bei Verstimmungsänderung des Kompensationsgrades durch Zusatzkondersatoren oft grosse Kapazitäten. Wenn die Verstimmungsänderung des Kompensationsgrades durch Regeln der Petersenspule erfolgt, dauert dieser Regelvorgang längere Zeit.

Da die bei einem Erdschluss auftretenden Summenströme und Verlagerungsspannungen von verschiedenen Netzparametern abhängen, die von Netz zu Netz und sogar für das gleiche Netz, z. B. vom Schaltzustand massgeblich beeinflusst werden können, ist die Angabe einer für alle Netze und Betriebsarten zufriedenstellenden Erdschlusserfassung mit einer der vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren unmöglich. Oft ist auch eine Nachrüstung unter Berücksichtigung bereits bestehender ErdschlusserfassungsEinrichtungen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine vom jeweiligen Netz bzw. Netzzustand unabhängige Erfassung von Erdschlüssen ermöglicht und mit dem ein einfaches Nachrüsten bestehender Einrichtungen durchführbar ist.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeige eines Erdschlusses ohne sehr genaue und daher teure Summenstromvorrichtungen durchfüren zu können.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass jeweils die Amplitude der Oberschwingungen, vorzugsweise der fünften Oberschwingung des Summenstroms eines jeden Abgangs fortlaufend gemessen wird. dass der Abgang mit der bergen auf die anderen Abgänge grössten Oberschwingungsamplitude bestimmt und als erdschlussbehaftet angezeigt wird, und dass gegebenenfalls weitere mit ihren Oberschwingungsamplituden innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der gerade grössten Oberschwingungsamplitude gelegene Abgänge auch als erdschlussbehaftet angezeigt werden.

Dadurch wird erreicht, dass unabhängig vom Schaltzustand, z. B. Einschwingvorgängen oder Netzzustandsänderungen des Netzes bzw. der Betriebsart des Netzes eine zuverlässige und dauernde Anzeige

des Erdschlusszustandes durchführbar ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass aufgrund der Relativmessung zwischen den einzelnen Abgängen nur geringe Anforderungen an die Genauigkeit der Summenstromwandler bestehen. Die erfindungsgemässe Erdschlusserfassung ist ausserdem unabhängig von Verlustleistungen und unabhängig von der Verteilung der Kapazitäten und Induktivitä- ten des Nullsystems.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgänge mit der grössten bzw. mit einer im vorbestimmten Bereich liegenden Amplitude rückfallverzögert erdschlussbehaftet angezeigt werden. Durch die Rückfallverzögerung kann auch bei Wegfall des Erdschlusses noch festgestellt werden, welcher Abgang diesen Fehler aufgewiesen hat.

Nach einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verlagerungsspannung des Netzes gemessen wird, und dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes der Verlagerungspannung die Anzeige der erdschlussbehafteten Abgänge freigegeben wird. Dadurch wird zusätlich die Anzeige eines Erdschlusses durchgeführt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, dass zusätlich die Phasenlage der Oberschwingungen, vorzugsweise der fünften Oberschwingung der Summenströme der Abgänge, laufend untereinander verglichen wird, und dass derjenige Abgang, der sich in Phasenopposition bzw. derjenige mit der grössten Phasendifferenz gegenüber einer Mehrzahl mindestens drei der Abgänge, befindet, als erdschlussbehaftet angezeigt wird. Durch diese zusätliche Überwachung der einzelnen Abgänge über ihre gegenseitige Phasenlage kann das Auftreten eines Erdschlusses festgestellt werden. Dazu ergänzend können durch die gemeinsame Auswertung von Phasenlage und Amplitude der Oberschwingungen Besonderheiten des Erdschlussgeschehens im überwachten Netzteil berücksichtigt werden.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Erfassung von Erdschlüssen zur Verwendung in einem erfindungsgemässen Verfahren anzugeben, mit der eine zuverlässige und vom jeweiligen Netzzustand bzw. von der Netzbetriebsart unabhängige Erfassung von Erdschlüssen auf Abgängen ermög- licht wird.

Dies wird bei einer Einrichtung, bei der an den Abhängen Vorrichtungen zur Erfassung des Summenstromes, z. B. Kabelumbauwandler, Holmgreenschaltungen o. ä. vorgesehen sind, erfindungsgemass dadurch erreicht dass der Ausgang jedes Summenstromwandlers an je eine Vorrichtung zur Bildung eines stromproportionalen Spannungsabfalls, z. B. einen Shunt oder einen Wandler, gekoppelt ist, dass der Ausgang der Spannungsabfall-Vorrichtung mit dem Eingang eines Filters zur Aussiebung von Oberschwingungen, vorzugsweise der fünften Oberschwingung, verbunden ist, welches Filter an eine Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude, z.

B. einen Spitzenwertgleichrichter, angeschlossen ist, dass die Ausgänge aller Vorrichtungen zur Bestimmung der Amplitude mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude verbunden sind, und dass die Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude für jeden Abgang an je zumindest eine, vorzugsweise rückfattverzögerte Anzeige angeschlossen ist.

Auf diese Weise kann eine verlassliche und einfach aufzubauende Einrichtung ausgeführt werden, die auch an bestehenden Einrichtungen nachgerüstet werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude einen Multiplexer aufweist, der eingangsseitig mit den Vorrichtungen zur Bestimmung der Amplitude und ausgangsseitig mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers verbunden ist, welcher an seinem Ausgang mit einer Schaltung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude verbunden ist. Durch Verwendung eines Multiplexers kann ein laufender Vergleich zwischen allen Abgängen angestellt werden, sodass die aktuelle Lage der Amplitudenwerte zueinander für die Ermittlung der erdschlussbehafteten Abgänge herangezogen werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausgänge aller Filter zur Aussiebung zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Ermittlung des grössten Phasenunterschieds der ausgesiebten Oberschwingungen verbunden sind. Die relative Phasenlage der ausgesiebten Oberschwingungen der Abgänge ist ein weiterer Messwert für die Erfassung eines Erdschlusses, welcher unabhängig von den Amplitudenmesswerten für eine laufende Netzüberwachung herangezogen werden kann. Durch die Verknüpfung von Phasenlage und Amplitude können auch weitere komplizierte Vorgänge im Netz angezeigt oder aufgezeichnet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der Phasenlage einen Multiplexer aufweist, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Filter zur Aussiebung und ausgangsseitig mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers verbunden ist, welcher an seinem Ausgang mit einer Schaltung zur Ermittlung des grössten Phasenunterschieds verbunden ist. Diese Realise-

rung bietet auf einfache Weise die Möglichkeit alle Abgange zusammen laufend auf ihre gegenseitige Phasenlage zu untersuchen und diese einer Auswertung zuzuführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Erfassung von Erdschlüssen eingehend erläutert.

In Fig. 1 ist ein Energieverteilungsnetz mit Erdschlusskompensation und mit Netzleitungen L 1, L2, L3 dargestellt, von denen mehrere strahlenförmige Abgänge A1... An abzweigen, wobei zur Überwachung eines jeden Abgangs A1... An je ein Summenstromwandler S1... Sn angebracht ist, die durch einen Kabelumbauwandler oder eine technisch gleichwertige Holmgreenschaltung zur Erfassung des auszuwertenden Summenstromes realisiert sein können. Der Ausgang jedes Summenstromwandlers S1... Sn ist an je eine Vorrichtung zur Bildung eines stromproportionalen Spannungsabfalls, die in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Wandler 2 gebildet ist, gekoppelt.

Der Ausgang des Wandlers 2 ist wiederum mit dem Eingang eines Filters 3 zur Aussiebung der fünften Oberschwingung verbunden. Die verwendete Ordnung der Oberschwingung der Netzfrequenz ist im Rahmen der Erfindung veränderbar und daher nicht auf die fünfte Oberschwingung allein beschränkt. Das Filter 3 ist an einen Spitzenwertgleichrichter 4 bestehend aus einer Halbleiterdiode und einem Kondensator angeschlossen, sodass die gerade aktuelle Amplitude einer der fünften Oberschwingung des Summenstromes entsprechenden Spannung abgreifbar ist. Die Ausgänge aller Spitzenwertgleichrichter 4 sind mit einem Multiplexer 5 verbunden, der die aktuellen Spitzenwerte abtastet und einem Analog-Digital-Wandler 6 zufürt, welcher eine Wandlung in digitale Werte vornimmt.

Alternativ zur Reihenfolge Filterung, Gleichrichtung und Multiplexer können diese Funktionen beispielsweise auch durch die Reihenfolge Multiplexer, Filterung und Gleichrichtung realisiert werden.

In einer Schaltung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude 7, welche mit dem Ausgang des Analog-DigitalWandlers 6 verbunden ist, wird erfindungsgemäss jeweils die Amplitude der fünften Oberschwingung des Summenstroms eines jeden Abgangs fortlaufend gemessen sowie derjenige Abgang mit der bezogen auf die anderen Abgänge A1... An grössten Oberschwingungsamplitude bestimmt und als erdschlussbehaftet angezeigt.

Treten weitere mit ihren Oberschwingungsamplituden innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der gerade grössten Oberschwingungsamplitude gelegene Abgänge bei der Messung auf, so werden auch diese als erdschlussbehaftet angezeigt.

Die Ausgabe der Anzeige bzw. des Meldesignals bei Auftreten eines Erdschlusses erfolgt über ein Logikschaltung 10 und über mit je einer Rückfallverzögerungsvorrichtung 11 versehene Ausgabeeinrichtungen 12, welche jeweils einem Abgang A 1... An zugeordnet sind. Eine Freigabe der Anzeige erfolgt aufgrund des Überschreitens der Verlagerungsspannung in dem betrachteten Netzteil. Diese wird durch eine Verlagerungsspannungs-Schutzeinrichtung 9 erfasst.

Zusätzlich ist noch vorgesehen, dass die Ausgänge aller Filter 3 mit dem Eingang eines Multiplexer 5' verbunden sind, wobei die so abgetasteten Spannungswerte über einen Analog-Digital-Wandler 6'gewan- delt und einer Vorrichtung zur Bestimmung der maximalen Phasendifferenz 8 zugeführt werden. Die Phasenlage der Oberschwingungen der einzelnen Abgänge Al.. An werden miteinander verglichen, wodurch sich bei mindestens drei Signalen eine mehrheitliche Phasenlage definieren lässt.

Derjenige Abgang, dessen Oberschwingungssummenstrom in Phasenopposition zur mehrheitlichen Phasenlage liegt oder zumindest eine sehr grosse Winkelverschiebung gegenüber dieser aufweist, wird dann als erdschlussbehaftet angezeigt, wobei über die Logikschaltung 10 mit einem vorgegebenen Anknüpfungsalgorithmus die Besonderheiten des Erdschlussgeschehens im überwachten Netz berücksichtigt werden können, indem sowohl die Phasenlage als auch die Amplitudenwerte einer Bewertung unterzogen werden.

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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Erfassung von Erdschlüssen in einem Energieverteilungsnetz mit mindestens drei strahlenförmigen Abgängen und Erdschlusskompensation, wobei der Summenstrom gemessen und von diesem mindestens eine Oberschwingung ausgesiebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Amplitude der Oberschwingungen, vorzugsweise der fünften Oberschwingung des Summenstroms eines jeden Abgangs fortlaufend gemessen wird, dass der Abgang mit der bezogen auf die anderen Abgänge (Al... An) grössten Oberschwingungsamplitude bestimmt und als erdschlussbehaftet angezeigt wird, und dass gegebenenfalls weitere mit ihren Oberschwingungsamplituden innerhalb eines vorbe- stimmten Bereiches unterhalb der gerade grössten Oberschwingungsamplitude gelegene Abgänge (A1...

An) auch als erdschlussbehaftet angezeigt werden. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsspannung des Netzes gemessen wird, und dass bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes der Verlagerung- spannung die Anzeige der erdschlussbehafteten Abgänge freigegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Phasenlage der Oberschwingungen, vorzugsweise der fünften Oberschwingung der Summenströme der Abgänge (A1.. An), laufend untereinander verglichen wird, und dass derjenige Abgang, der sich in Phasenopposi- tion bzw. derjenige mit der grössten Phasendifferenz gegenüber einer Mehrzahl, mindestens drei der Abgänge, befindet, als erdschlussbehaftet angezeigt wird.

5. Einrichtung zur Erfassung von Erdschlüssen unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an den Abgängen (A1... An) Vorrichtungen zur Erfassung des Summenstro- mes, z. B. Kabelumbauwandler, Holmgreenschaltungen o. ä. vorgesehen sind, dadurch gekennzeich- net, dass der Ausgang jedes Summenstromwandlers (S1... Sn) an je eine Vorrichtung zur Bildung eines stromproportionalen Spannungsabfalls (2), z. B. einen Shunt oder einen Wandler, gekoppelt ist, dass der Ausgang der Spannungsabfall-Vorrichtung (2) mit dem Eingang eines Filters zur Aussiebung von Oberschwingungen (3), vorzugsweise der fünften Oberschwingung, verbunden ist, welches Filter (3) an eine Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude (4), z.

B. einen Spitzenwertgleichrichter, angeschlossen ist, dass die Ausgänge alter Vorrichtungen zur Bestimmung der Amplitude (4) mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude (5, 6,7) verbunden sind, und dass die Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude (5, 6, 7) für jeden Abgang an je zumindest eine, vorzugsweise rückfallverzögerte Anzeige (12) angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude einen Multiplexer (5) aufweist, der eingangsseitig mit den Vorrichtungen zur Bestimmung der Amplitude (4) und ausgangsseitig mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (6) verbunden ist, welcher an seinem Ausgang mit einer Schaltung zur Ermittlung der grössten Amplitude bzw. der Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterhalb der grössten Amplitude (7) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge aller Filter zur Aussiebung (3) zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Ermittlung des grössten Phasenunterschieds der ausgesiebten Oberschwingungen (5', 6', 8) verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der Phasenlage (5', 6', 8) einen Multiplexer (5') aufweist, der eingangsseitig mit den Ausgängen der Filter zur Aussiebung (3) und ausgangsseitig mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (6') verbunden ist, welcher an seinem Ausgang mit einer Schaltung zur Ermittlung des grössten Phasenunterschieds (8) verbunden ist.