CH703900B1

CH703900B1 - Method for determining ground-fault isolation in electric three-phase network, involves determining direction of ground faults in compensated phase network by considering zero phase active or zero sequence reactive energy system

Info

Publication number: CH703900B1
Application number: CH00827/08A
Authority: CH
Inventors: Andreas Aebersold; Matthias Klatt
Original assignee: Nse Gmbh
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2012-04-13

Abstract

The method involves determining the direction of ground faults in a compensated phase network by considering zero phase active energy or zero sequence reactive energy system. The active energy in zero-sequence system is determined using zero-sequence active power, residual voltage and ground current. An independent claim is included for apparatus for determining ground-fault isolation in electric three-phase network.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Erdschlussrichtung in einem kompensiert betriebenen bzw. in einem isoliert betriebenen elektrischen Drehstromnetz. Ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Erkennung der Erdschlussrichtung in einem elektrischen Drehstromnetz. The invention relates to a method for detecting the earth fault direction in a compensated operated or operated in an isolated electrical three-phase network. The invention also relates to devices for detecting the direction of the earth fault in an electrical three-phase network.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Ein erheblicher Teil der Störungen des Betriebes elektrischer Versorgungsnetze der Energieversorger entsteht durch einpolige Fehler und insbesondere Erdschlüsse. Solche können z.B. durch Hineinwachsen oder Umstürzen eines Baumes in eine Freileitung oder durch fehlerhafte Isolationen entstehen. Sogenannte Erdschluss-Richtungsrelais melden grundsätzlich auch in vermaschten Netzen selektiv die von Erdschlüssen betroffenen Abgänge. Als Messkriterium dienen dabei der Summennullstrom und die Verlagerungsspannung, aus denen die Erdschlussrichtung ermittelt wird. Bei dieser wattmetrischen Erfassung der Erdschlussrichtung erfolgt diese in einem isoliert betriebenen Netz anders (mit sinϕ-Relais) als bei kompensiert betriebenen Netzen (mit cosϕ-Relais). Bei intermittierenden Erdschlüssen versagen indes einfache Erdschluss-Richtungsrelais, da bei einer Neuzündung die Richtung falsch erkannt wird. A significant part of the disruptions in the operation of electrical supply networks of the energy suppliers arise from single-pole faults and in particular earth faults. Such can e.g. caused by a tree growing into or falling over in an overhead line or by faulty insulation. So-called earth fault direction relays also selectively report the outgoing circuits affected by earth faults in meshed networks. The total zero current and the displacement voltage, from which the earth fault direction is determined, serve as measurement criteria. With this wattmetric detection of the earth fault direction, this takes place differently in an isolated network (with sinϕ relay) than in compensated networks (with cosϕ relay). In the case of intermittent earth faults, however, simple earth fault directional relays fail, since the direction is incorrectly recognized in the event of a new ignition.

[0003] Zur Sternpunktbehandlung kann generell das Folgende ausgeführt werden: Im Fall der Entstehung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Aussenleiter und dem Erdreich bestimmt die Art der Sternpunktbehandlung das Verhalten des Netzes. Dabei ist es unerheblich, ob es sich bei dem Sternpunkt um einen Transformator oder Generator handelt. Prinzipiell unterscheidet man fünf Arten der Sternpunkterdung (SPE), welche ganz unterschiedliche Ansprüche an die Netzkonzeption stellt: (1) Starre Sternpunkterdung. Der Sternpunkt wird über eine möglichst impedanzlose Verbindung über eine ausgedehnte Erdungsanlage mit dem Erdpotential verbunden. Als Vorteile ergeben sich keine Spannungsüberhöhungen auf den nicht betroffenen Leitern und die einfache Fehlerortung mit gerichtetem Überstromschutz. Als Nachteile ergeben sich, dass der Erdschluss zum Erdkurzschluss wird, dass sich eine hohe thermische Belastung der Leiter durch Erdkurzschlussströme ergibt und dass eine hohe Berührungsspannung an der Fehlerstelle möglich ist. Weitere Nachteile sind ein hoher Aufwand für die Erdungsanlage und die Versorgungsunterbrechung durch Abschaltung. (2) Isolierte Sternpunkterdung. Dabei wird der Quellensternpunkt nicht mit dem Erdreich verbunden. Als Vorteile ergeben sich ein geringerer Aufwand und die geringere Belastung der Leitungen durch den kapazitiven Erdschlussstrom sowie geringere Berührungsspannungen an der Fehlerstelle. Das Netz kann im Erdschlussfall weiter betrieben werden und Lichtbogenfehler können von selbst erlöschen. Als Nachteile ergeben sich Spannungsüberhöhungen auf den nicht vom Fehler betroffenen Leitern um den Faktor √3, und bei grossen Kabelnetzen kann der Erdschlussstrom immer noch sehr gross werden. Die Richtungserkennung erfordert ferner spezielle Erdschlussrichtungsrelais. (3) Niederohmige Sternpunkterdung. Dabei wird der Quellensternpunkt über eine definierte ohmsche Impedanz mit dem Erdpotential verbunden. Diese Variante wird eingesetzt, wenn eine starre Sternpunkterdung zu unzulässigen Erdkurzschlussströmen führt, aber die Spannungsüberhöhung von isoliert betriebenen Netzen nicht akzeptabel ist. Als Vorteile ergeben sich die Begrenzung des Erdkurzschlussstroms und der auftretenden Spannungsüberhöhungen. Ferner ergibt sich eine einfache Fehlerortung mit gerichtetem Überstromschutz. Als Nachteile ergeben sich die Spannungsüberhöhungen auf den nicht vom Fehler betroffenen Leitern und dass der Erdschluss zum Erdkurzschluss wird und somit auch die thermische Belastung der Leiter durch Erdkurzschlussströme. Ferner ist eine erhöhte Berührungsspannung an der Fehlerstelle möglich. Zudem ergibt sich ein hoher Aufwand für die Erdungsanlage und die Versorgungsunterbrechung durch Abschaltung. (4) Die kurzzeitig niederohmige Sternpunkterdung. Dabei ist der Quellensternpunkt im Normalbetrieb isoliert. Zur Richtungserfassung wird kurzzeitig ein ohmscher Widerstand in den Sternpunkt eingeschaltet und der Erdschluss in einen Erdkurzschluss überführt. Nach der Richtungserkennung und Abschaltung der betroffenen Bereiche wird das Netz wieder isoliert betrieben. Als Vorteile ergeben sich, dass der Erdkurzschlussstrom begrenzt wird und dass eine einfache Fehlerortung mit gerichtetem Überstromschutz möglich ist. Als Nachteile können genannt werden, dass sich eine Spannungsüberhöhung auf nicht vom Fehler betroffenen Leitern um den Faktor √3 ergibt und der Erdschluss zum Erdkurzschluss wird. Somit ergibt sich eine thermische Belastung der Leiter durch Erdkurzschlussströme, und auch eine erhöhte Berührungsspannung an der Fehlerstelle ist möglich. Ferner ergibt sich ein hoher Aufwand für die Erdungsanlage sowie eine Versorgungsunterbrechung durch Abschaltung. (5) Die kompensierte/gelöschte Resonanzsternpunkterdung. Dabei wird der Quellensternpunkt über eine einstellbare Induktivität mit dem Erdpotential verbunden. Die Grösse der Induktivität bzw. Erdschlusslöschspule (nach ihrem Erfinder auch Petersenspule genannt) gibt den Kompensationsstrom vor. Als Vorteile ergeben sich kleinstmögliche Erdschlussströme und kleinstmögliche Berührungsspannung an der Fehlerstelle. Ferner kann das Netz im Erdschlussfall weiter betrieben werden und Lichtbogenfehler können von selbst erlöschen. Als Nachteile können genannt werden: erhöhte Initialkosten und Wartungsaufwand für Erdschlussspule, hoher Aufwand für die Erdungsanlage und Spannungsüberhöhung auf nicht vom Fehler betroffenen Leitern um den Faktor √3. Ferner ein hoher Aufwand für die Erdschlussfehlerrichtungserkennung durch die reduzierten Ströme sowie insbesondere ein Problem mit intermittierenden Erdfehlern. For neutral point treatment, the following can generally be carried out: In the event that an electrically conductive connection is created between an outer conductor and the ground, the type of neutral point treatment determines the behavior of the network. It does not matter whether the star point is a transformer or a generator. In principle, a distinction is made between five types of neutral point earthing (SPE), which make very different demands on the network concept: (1) Rigid neutral point earthing. The star point is connected to the earth potential via a connection with the least possible impedance via an extensive earthing system. The advantages are no excessive voltage increases on the unaffected conductors and the simple fault location with directed overcurrent protection. The disadvantages are that the ground fault becomes a ground fault, that the conductors are subject to high thermal stress due to ground fault currents and that a high contact voltage is possible at the fault location. Further disadvantages are a high expenditure for the earthing system and the interruption of supply due to disconnection. (2) Isolated neutral ground. The source star point is not connected to the ground. The advantages are lower expenditure and the lower load on the lines due to the capacitive earth fault current and lower contact voltages at the fault location. In the event of a ground fault, the network can continue to operate and arcing faults can go out by themselves. The drawbacks are excessive voltages on the conductors not affected by the fault by a factor of √3, and in large cable networks the earth fault current can still be very high. The direction detection also requires special earth fault direction relays. (3) Low-resistance star point grounding. The source star point is connected to the earth potential via a defined ohmic impedance. This variant is used when a rigid star point earthing leads to impermissible earth fault currents, but the excessive voltage of isolated operated networks is not acceptable. The advantages are the limitation of the earth fault current and the voltage increases that occur. Furthermore, a simple fault location with directed overcurrent protection results. The disadvantages are the excessive voltage increases on the conductors not affected by the fault and the fact that the earth fault becomes an earth fault and thus also the thermal load on the conductors due to earth fault currents. Furthermore, an increased contact voltage at the fault location is possible. In addition, there is a high expenditure for the earthing system and the interruption of supply due to disconnection. (4) The short-term low-resistance star point earthing. The source star point is isolated during normal operation. To detect the direction, an ohmic resistor is briefly switched on in the star point and the earth fault is converted into an earth fault. After the direction has been recognized and the affected areas have been switched off, the network is operated in isolation again. The advantages are that the earth fault current is limited and that a simple fault location with directed overcurrent protection is possible. Disadvantages that can be mentioned are that there is an increase in voltage on conductors not affected by the fault by a factor of √3 and the earth fault becomes an earth fault. This results in a thermal load on the conductors through earth fault currents, and an increased contact voltage at the fault location is also possible. Furthermore, there is a high expenditure for the earthing system as well as an interruption in supply due to disconnection. (5) The compensated / canceled resonance star point ground. The source star point is connected to the earth potential via an adjustable inductance. The size of the inductance or earth fault extinguishing coil (also called Petersen coil after its inventor) determines the compensation current. The advantages are the lowest possible earth fault currents and the lowest possible contact voltage at the fault location. In addition, the network can continue to operate in the event of a ground fault, and arcing faults can go out by themselves. The following disadvantages can be mentioned: increased initial costs and maintenance costs for the ground fault coil, high costs for the earthing system and excessive voltage on conductors not affected by the fault by a factor of √3. Furthermore, a high expenditure for the earth fault direction detection due to the reduced currents and in particular a problem with intermittent earth faults.

[0004] Im Folgenden wird der Erdschluss im kompensierten Netz genauer erläutert. Wird ein gesundes Drehspannungssystem (Fig. 1) im kompensierten Netz durch einen Erdschluss auf Leiter 1 beeinträchtigt, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, so kommt es zur Verlagerung des Spannungsdreiecks (Fig. 3). Die Verlagerungsspannung (Sternpunkt-Erde-Spannung) zeigt dabei von der Mitte des Spannungsdreiecks in Richtung des Erdschlusses (in Fig. 3ist der Vektor für bessere Übersichtlichkeit vom Ursprung aus gezeichnet). Es gilt: The earth fault in the compensated network is explained in more detail below. If a healthy three-phase voltage system (Fig. 1) in the compensated network is impaired by a ground fault on conductor 1, as shown schematically in Fig. 2, the voltage triangle is shifted (Fig. 3). The displacement voltage (neutral point-earth voltage) points from the center of the voltage triangle in the direction of the earth fault (in FIG. 3 the vector is drawn from the origin for better clarity). The following applies:

[0005] Die Leiter-Erde-Spannungen der gesunden Leiter steigen dabei auf den Wert der verketteten Spannungen an, die genau dem √3-fachen Wert entsprechen. Die überhöhte Leiter-Erde-Spannung treibt durch die Ableitwiderstände und -kapazitäten der Leitung einen Strom in das Erdreich, dessen Summe an der Fehlerstelle als Fehlerstrom IF in den fehlerhaften Leiter zurückfliesst (Fig. 4). Die Leiterströme sind in Fig. 5gezeigt und der Fehlerstrom ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei ist in Fig. 6 der Summenstrom immer noch Null. Erst durch das Hinzufügen eines weiteren Abgangs wird ein Summenstrom messbar, der sich aus den rückfliessenden Strömen der anderen Abgänge zusammensetzt und als IE bezeichnet wird. Man kann also feststellen, dass die Grösse des gemessenen Summenstromes nicht dem Fehlerstrom entspricht, sondern erst durch benachbarte Abzweige definiert wird. Auf die entsprechende Darstellung wird hier verzichtet. The conductor-earth voltages of the healthy conductors rise to the value of the interlinked voltages, which correspond exactly to √3 times the value. The excessive conductor-earth voltage drives a current into the ground through the leakage resistances and capacitances of the line, the sum of which flows back into the faulty conductor as fault current IF (Fig. 4). The conductor currents are shown in FIG. 5 and the fault current is shown in FIG. 6. The total current in FIG. 6 is still zero. Only by adding a further outlet can a total current be measured, which is composed of the backflowing currents from the other outlets and is referred to as IE. You can therefore determine that the size of the total current measured does not correspond to the fault current, but is only defined by neighboring branches. The corresponding representation is dispensed with here.

[0006] Im kompensierten Netz kommt nun noch der Strom aus der Petersenspule bzw. Erdschlusslöschspule in der Fehlerstelle hinzu. Dieser wird von der Spannung getrieben und liegt zu dieser 90% nacheilend; die Fig. 7, 8 und 9 zeigen diese Situation. In Abhängigkeit von der Grösse des Kompensationsstromes wird der an der Fehlerstelle fliessende Ladestrom mehr oder weniger kompensiert. Bei idealer Kompensation bleibt nur noch der Wirkreststrom IWR als Strom in der Fehlerstelle übrig. Bekannterweise erfolgt im Erdschlussfall die Richtungserkennung durch die Erkennungs- bzw. Schutzvorrichtungen (Erdschlussrelais) wie folgt: In the compensated network, the current from the Petersen coil or earth fault extinguishing coil is added to the fault location. This is driven by the tension and lags 90% behind it; Figures 7, 8 and 9 show this situation. Depending on the size of the compensation current, the charging current flowing at the fault location is more or less compensated. With ideal compensation, only the residual current IWR remains as a current in the fault location. As is known, in the event of an earth fault, the direction is recognized by the detection or protective devices (earth fault relay) as follows:

[0007] Die dazu in den Fig. 10und 11 dargestellten Richtungsmerkmale sind durch einfache Gleichungen zu beschreiben. Für die Sinusschaltung: The directional features shown in FIGS. 10 and 11 are to be described by simple equations. For the sine connection:

[0008] Für die Cosinusschaltung: [0008] For the cosine circuit:

[0009] Der Winkel ϕ ist der Winkel zwischen Verlagerungsspannung UNEund dem Erdstrom IE und spielt für die Richtungserkennung eine entscheidende Rolle. Jedoch ist mit diesem Vorgehen nach Stand der Technik eine Richtungserkennung im Fall eines intermittierenden Erdfehlers nicht möglich; solche intermittierende Erdfehler stellen daher ein Problem dar. Isolierte und kompensierte Netze können unter bestimmten Bedingungen im Falle eines Erdschlusses lange weiter betrieben werden. Um den Fehler schnell eingrenzen zu können, werden handelsübliche Erdschlussrichtungsrelais, z.B. das DIGISAVE RD der Fa. NSE GmbH, Schweiz, eingesetzt. Erdschlussrelais erkennen die Richtung des Fehlers, wie oben erläutert, am Winkel zwischen der Verlagerungsspannung UNEund dem Erdschlussstrom IE und dies wird, wie oben erläutert, in einem kompensierten Netz durch die sogenannte Cosinusschaltung, in einem isolierten Netz durch die Sinusschaltung realisiert. In einem kompensierten Netz kann aber der Erdschlussstrom so klein werden, dass der Fehlerlichtbogen augenblicklich wieder erlischt. Dadurch kehrt die Leiterspannung des fehlerhaften Leiters wieder zurück, und sobald diese einen kritischen Wert überschreitet, kommt es zur Neuzündung. Dieser Vorgang wird als intermittierender Erdfehler bezeichnet. Das Problem für die Erdschlussrichtungserkennung nach Stand der Technik besteht darin, dass im Moment der Neuzündung ein Umladungsstrom IU in die zwei gesunden Leiter fliesst. Dieser Impulsstrom hat eine entgegengesetzte Richtung zu der Verlagerungsspannung UNE. The angle ϕ is the angle between the zero sequence voltage UNE and the earth current IE and plays a decisive role in recognizing the direction. However, with this procedure according to the prior art, direction detection is not possible in the event of an intermittent earth fault; Such intermittent earth faults therefore pose a problem. Under certain conditions, isolated and compensated networks can continue to operate for a long time in the event of an earth fault. In order to be able to isolate the fault quickly, commercially available earth fault direction relays, e.g. the DIGISAVE RD from NSE GmbH, Switzerland, is used. Earth-fault relays recognize the direction of the fault, as explained above, from the angle between the zero sequence voltage UNE and the earth-fault current IE and, as explained above, this is implemented in a compensated network by the so-called cosine circuit, in an isolated network by the sine circuit. In a compensated network, however, the earth fault current can become so small that the arc fault is instantly extinguished. As a result, the conductor voltage of the faulty conductor returns, and as soon as it exceeds a critical value, a new ignition occurs. This process is known as an intermittent earth fault. The problem for earth fault direction detection according to the state of the art is that at the moment of re-ignition a charge reversal current IU flows into the two healthy conductors. This pulse current has an opposite direction to the zero sequence voltage UNE.

Hierbei handelt es sich um einen Wirkstrom, da im Kondensator gespeicherte Energie erst vom Netz aufgebracht werden muss. Fig. 12zeigt das Zeigerdiagramm des Zündvorganges. Zur Veranschaulichung der Situation bei einem intermittierenden Erdfehler sind die Leistungsverläufe im Nullsystem unter Verwendung von UNE und IE in Fig. 13 dargestellt. Man erkennt, dass die Wirkleistung PNE bei jedem Zündimpuls kurzzeitig das Vorzeichen wechselt. Dabei zeigt die Blindleistung QNE einen sägezahnförmigen Verlauf. Dadurch, dass der Wirkstrom immer wieder das Vorzeichen wechselt, wechselt ein Erdschlussrichtungsschutz ohne Unterdrückung von intermittierenden Erdfehlern ebenfalls immer wieder die Richtung. This is an active current because the energy stored in the capacitor first has to be applied by the network. 12 shows the vector diagram of the ignition process. To illustrate the situation in the case of an intermittent earth fault, the power curves in the zero sequence system using UNE and IE are shown in FIG. It can be seen that the active power PNE briefly changes its sign with each ignition pulse. The reactive power QNE shows a sawtooth curve. Because the active current changes sign again and again, a directional earth fault protection also changes direction again and again without suppressing intermittent earth faults.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Ermittlung der Erdschlussrichtung auch bei intermittierenden Erdschlussfehlern einfach und zuverlässig zu ermöglichen. The invention is based on the object of enabling the earth fault direction to be determined simply and reliably even in the case of intermittent earth faults.

[0011] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst. Bei der eingangs genannten Vorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bzw. des Anspruchs 11 gelöst. This object is achieved in the method mentioned at the beginning with the features of claim 1 and claim 2, respectively. In the case of the device mentioned at the beginning, the object is achieved with the features of claim 10 and claim 11, respectively.

[0012] Es hat sich gezeigt, dass durch die Betrachtung des Vorzeichens der Nullsystemwirkenergie bzw. der Nullsystemblindenergie die Richtung des Erdschlusses auch bei intermittierenden Erdfehlern zuverlässig und auf einfache Weise ermittelbar ist. It has been shown that by considering the sign of the zero system active energy or the zero system reactive energy, the direction of the earth fault can be reliably and easily determined even with intermittent earth faults.

[0013] Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und diese und weitere Ausgestaltungen werden anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Preferred refinements of the method and the device are defined in the dependent claims and these and further refinements are explained on the basis of the following description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0014] Im Folgenden wird der Stand der Technik und werden Ausführungen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1<sep>ein Zeigerdiagramm des gesunden Netzes; Fig. 2<sep>ein Netzmodell mit Erdschluss; Fig. 3<sep>ein Zeigerdiagramm des Netzes mit Erdfehler; Fig. 4<sep>das Netzmodell mit Stromverteilung ohne Kompensationsstrom; Fig. 5<sep>die Leiterströme zu Fig. 4im Zeigerdiagramm; Fig. 6<sep>den Fehlerstrom im Zeigerdiagramm; Fig. 7<sep>das Netzmodell mit Kompensationsstrom; Fig. 8<sep>die Leiterströme zu Fig. 7im Zeigerdiagramm; Fig. 9<sep>den Fehlerstrom im Zeigerdiagramm; Fig. 10<sep>ein Zeigerdiagramm zur Sinusschaltung; Fig. 11<sep>ein Zeigerdiagramm zur Cosinusschaltung; Fig. 12<sep>das Zeigerdiagramm des Zündvorgangs beim intermittierenden Erdschluss; und Fig. 13<sep>die Nullsystemleistungen.In the following, the prior art and embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the figures. 1 shows a phasor diagram of the healthy network; 2 <sep> shows a network model with an earth fault; 3 <sep> shows a phasor diagram of the network with an earth fault; 4 <sep> shows the network model with current distribution without compensation current; FIG. 5 <sep> the line currents for FIG. 4 in a phasor diagram; 6 <sep> shows the fault current in the vector diagram; 7 <sep> the network model with compensation current; FIG. 8 <sep> the line currents for FIG. 7 in a phasor diagram; 9 <sep> shows the fault current in the vector diagram; 10 <sep> shows a phasor diagram for the sine circuit; 11 <sep> shows a phasor diagram for the cosine circuit; 12 <sep> the phasor diagram of the ignition process in the event of an intermittent earth fault; and FIG. 13 <sep> the zero system powers.

Wege zur Ausführung der ErfindungenWays of carrying out the inventions

[0015] Es wird zunächst auf die generellen Erläuterungen zur Sternpunkterdung verwiesen, welche eingangs erfolgt sind und natürlich auch für die vorliegende Erfindung Gültigkeit haben. Gemäss der Erfindung wird nun zur Ermittlung der Richtung eines intermittierenden Erdschlussfehlers so vorgegangen, dass die Richtung anhand des Vorzeichens der verbrauchten Nullsystemenergie ermittelt wird. Obwohl nämlich beim Zündvorgang des intermittierenden Fehlers die Stromflussrichtung auf die falsche Erdschlussfehlerrichtung deutet, so ergibt sich doch eine mittlere Leistung in Vorwärtsrichtung, so dass bei positivem Vorzeichen der verbrauchten Nullsystemenergie die Vorwärtsrichtung des Erdschlusses angezeigt werden kann, bei negativem Vorzeichen die Rückwärtsrichtung des Erdschlusses. Reference is first made to the general explanations on the star point grounding, which were given at the beginning and of course also apply to the present invention. According to the invention, the procedure for determining the direction of an intermittent earth fault is such that the direction is determined using the sign of the zero-system energy consumed. Although during the ignition process of the intermittent fault the current flow direction indicates the wrong earth fault direction, the result is an average power in the forward direction, so that the forward direction of the earth fault can be displayed with a positive sign of the zero system energy consumed, and with a negative sign, the reverse direction of the earth fault.

[0016] Die Nullsystemenergie wird wie folgt berechnet: The zero-system energy is calculated as follows:

[0017] Dabei bedeuten die verwendeten Symbole Folgendes: Symbol<sep>Erklärung E0<sep>Nullsystemwirkenergie uNE(n)<sep>Verlagerungsspannung i0(n)<sep>Erdstrom nFE<sep>eingestellte Fensterkomparatorzeit in Abtastpunkten nx<sep>aktueller Zeitpunkt n<sep>Variable The symbols used mean the following: Symbol <sep> Explanation E0 <sep> Zero sequence system active energy uNE (n) <sep> Displacement voltage i0 (n) <sep> Earth current nFE <sep> Set window comparator time in sampling points nx <sep> current time n <sep> variable

[0018] Gemäss der Erfindung wird nun zur Ermittlung der Erdschlussrichtung im isoliert betriebenen Drehstromnetz so vorgegangen, dass die Richtung anhand des Vorzeichens der ausgetauschten Nullsystemblindenergie ermittelt wird. Obwohl nämlich beim Zündvorgang des intermittierenden Fehlers die Stromflussrichtung auf die falsche Erdschlussfehlerrichtung deutet, so ergibt sich doch ein Austausch in Vorwärtsrichtung, so dass bei positivem Vorzeichen der ausgetauschten Nullsystemblindenergie die Vorwärtsrichtung des Erdschlusses angezeigt werden kann, bei negativem Vorzeichen die Rückwärtsrichtung des Erdschlusses. According to the invention, the procedure for determining the earth fault direction in the three-phase network operated in isolation is such that the direction is determined on the basis of the sign of the exchanged zero-system reactive energy. Although during the ignition process of the intermittent fault the current flow direction indicates the wrong earth fault direction, there is an exchange in the forward direction, so that with a positive sign of the exchanged zero-system reactive energy, the forward direction of the earth fault can be displayed, with a negative sign the reverse direction of the earth fault.

[0019] Die Nullsystemblindenergie wird wie folgt ermittelt: [0019] The zero-system reactive energy is determined as follows:

[0020] Dabei gelten die obigen Symbole sowie ergänzend die folgenden Symbole: Symbol<sep>Erklärung Eb0<sep>Nullsystemblindenergie N<sep>Anzahl der Abtastpunkte pro Netzperiode (f=50Hz → N=20) The above symbols apply as well as the following symbols: Symbol <sep> Explanation Eb0 <sep> Zero-system reactive energy N <sep> Number of sampling points per network period (f = 50Hz → N = 20)

[0021] Es erweist sich für die Ausführung als vorteilhaft, wenn die Meldung nur bei Überschreitung eines Mindestwertes des Wirkreststromes IWE im kompensierten Netz erfolgt bzw. bei Überschreitung eines Mindestwertes des kapazitiven Erdschlussstromes ICE im isolierten Netz. Die Mindestwerte sollen wählbar einstellbar sein. Bevorzugt werden die Werte IWE bzw. ICEwie folgt aus E0 bzw. aus Eb0ermittelt: It proves to be advantageous for the execution if the message occurs only when a minimum value of the active residual current IWE is exceeded in the compensated network or when a minimum value of the capacitive earth fault current ICE is exceeded in the isolated network. The minimum values should be adjustable. The values IWE and ICE are preferably determined from E0 or Eb0 as follows:

[0022] Die logische Verknüpfung der Grössen kann wie folgt dargestellt werden, wobei immer gilt, dass ein Erdschluss vorliegt und dass die Verlagerungsspannung grösser als der Einstellwert ist. Bevorzugt werden die Meldungen als Vorwärts-Flagge bzw. Rückwärts-Flagge in einem Speicher gesetzt. The logical combination of the variables can be represented as follows, whereby it always applies that there is a ground fault and that the displacement voltage is greater than the setting value. The messages are preferably set as a forward flag or backward flag in a memory.

[0023] Für das kompensierte Netz gilt dann: [0023] The following then applies to the compensated network:

[0024] Und für das isolierte Netz gilt: And for the isolated network applies:

[0025] Bevorzugt werden als Richtungsindikatoren für «Vorwärts», «Rückwärts» oder «Keine Richtung» somit Flaggen gesetzt, was in einem Speicher, insbesondere in einem Ringspeicher erfolgt, der die Länge tflag aufweist. Für jeden Abtastzeitpunkt nx werden der Richtungsindikator ermittelt und die entsprechende Flagge im Ringspeicher abgelegt. Die dann für den Schutz des Netzes ermittelte Erdschlussfehlerrichtung wird bevorzugt in einem zweiten Speicher hinterlegt. Zu jedem Zeitpunkt wird dieser Speicher mittels des Verfahrens bzw. des Fensterkomparators aktualisiert, indem geprüft wird, ob alle Richtungsmeldungen bzw. Richtungsindikatoren im ersten Speicher bzw. im Ringspeicher dieselbe Richtung anzeigen. Wenn dies der Fall ist, wird diese Richtung in den zweiten Speicher bzw. den Anzeigespeicher übernommen, ansonsten wird der zweite Speicher nicht verändert und der alte Wert beibehalten. Standardmässig wird der zweite Speicher mit «Keine Richtung» initialisiert. Flags are therefore preferably set as direction indicators for “forward”, “backward” or “no direction”, which takes place in a memory, in particular in a ring memory, which has the length tflag. The direction indicator is determined for each sampling time nx and the corresponding flag is stored in the ring memory. The earth fault direction then determined for the protection of the network is preferably stored in a second memory. This memory is updated at any point in time by means of the method or the window comparator by checking whether all direction messages or direction indicators in the first memory or in the ring memory indicate the same direction. If this is the case, this direction is transferred to the second memory or the display memory, otherwise the second memory is not changed and the old value is retained. By default, the second memory is initialized with «No direction».

[0026] Die Fensterkomparatorzeit nFE bzw. die Fensterkomparatorlänge wird auf das aktuell zu schützende Netz eingestellt, was durch Versuche oder ausgehend von einem Grundwert als Optimierung im Betrieb erfolgen kann. Vorzugsweise erfolgt die Abschätzung der geeigneten Fensterkomparatorlänge auf Grund einer Analyse des Netzes und insbesondere auf Grund vorhandener Erdschlussaufzeichnungen. The window comparator time nFE or the window comparator length is set to the network currently to be protected, which can be done through experiments or based on a basic value as optimization during operation. The appropriate window comparator length is preferably estimated on the basis of an analysis of the network and in particular on the basis of existing earth fault records.

[0027] Das Vorgehen mit dem beanspruchten Verfahren ergibt die Möglichkeit, in isoliert betriebenen Netzen und in kompensiert betriebenen Netzen intermittierende Erdfehler richtig zu erkennen, bei denen einfache Erdschlussrichtungsrelais versagen, da bei einer Neuzündung die Richtung falsch angezeigt wird. Durch die Betrachtung der Wirk- und Blindenergie im Nullsystem ist es hingegen möglich, diesen Effekt zu unterdrücken. The procedure with the claimed method results in the possibility of correctly recognizing intermittent earth faults in isolated operated networks and in compensated operated networks, in which simple earth fault direction relays fail because the direction is incorrectly displayed when re-ignition. By considering the active and reactive energy in the zero system, however, it is possible to suppress this effect.

[0028] Die Verzögerung der Erkennung beim bevorzugten Vorgehen beträgt maximal die Fensterkomparatorzeit plus die Länge des Richtungsspeichers, insbesondere Richtungsringspeichers. Die Staffelung ergibt sich somit als mindestens The delay of the detection in the preferred procedure is a maximum of the window comparator time plus the length of the direction memory, in particular the direction ring memory. The staggering results as a minimum

Claims

1. Method for determining the earth fault direction in a compensated three-phase network, characterized in that the active energy is considered in the zero system during a time window, and that with a positive sign of the active energy the earth fault direction is reported as "forward" and with a negative sign of the active energy the earth fault direction is reported as «backwards».

2. Method for determining the earth fault direction in an isolated three-phase network, characterized in that the reactive energy is considered in the zero system during a time window, and that with a positive sign of the reactive energy the earth fault direction is reported as "forward" and with a negative sign of the reactive energy the earth fault direction is reported as «backwards».

3. The method according to claim 1, characterized in that the active energy in the zero sequence system is determined as follows: where: symbol <sep> Explanation E0 <sep> zero sequence system active energy uNE (n) <sep> displacement voltage i0 (n) <sep> earth current nFE <sep> set window comparator time in sampling points nx <sep> current time n <sep> variable

4. The method according to claim 2, characterized in that the reactive energy in the zero system is determined as follows: where the following applies: Symbol <sep> Explanation Eb0 <sep> Zero system reactive energy N <sep> Number of sampling points per network period (f = 50Hz → N = 20 ) uNE (n) <sep> displacement voltage i0 (n) <sep> earth current nFE <sep> set window comparator time in sampling points nx <sep> current time n <sep> variable

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the message in the compensated network only occurs when a selectable setting value for the active residual current IWE is exceeded or that the message in the isolated network only occurs when a selectable setting value for the capacitive earth fault current ICE is exceeded .

6. The method according to claim 5, characterized in that the message is carried out by setting or not setting forward flags or backward flags in a memory.

7. The method according to claim 6, wherein the flags are set in the compensated network as a function of the IWE being exceeded as follows:

8. The method according to claim 6, wherein the flags are set in the isolated network depending on whether the ICE is exceeded as follows:

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of flags for the respective direction are stored in a first memory corresponding to the plurality of sampling times, and that their direction is adopted as the earth fault direction if all flags in the memory have the same direction Report.

10. Device for determining the earth fault direction in a compensated three-phase network, characterized in that the device is designed in such a way that the active energy can be determined in the zero system during a time window and, with a positive sign of the active energy, the earth fault direction can be reported as "forward" and at negative sign of the active energy, the earth fault direction can be reported as «backwards».

11. Device for determining the direction of the earth fault in an isolated three-phase network, characterized in that the device is designed in such a way that the reactive energy can be determined in the zero system during a time window and, with a positive sign of the reactive energy, the earth fault direction can be reported as "forward" and at negative sign of the reactive energy, the earth fault direction can be reported as «reverse».

12. The device according to claim 10, characterized in that the active energy in the zero system can be determined as follows: where the following applies: symbol <sep> Explanation E0 <sep> zero system active energy uNE (n) <sep> displacement voltage i0 (n) <sep> earth current nFE <sep> set window comparator time in sampling points nx <sep> current time n <sep> variable

13. The device according to claim 11, characterized in that the reactive energy in the zero system can be determined as follows: where the following applies: Symbol <sep> Explanation Eb0 <sep> Zero system reactive energy N <sep> Number of sampling points per network period (f = 50 Hz → N = 20) uNE (n) <sep> displacement voltage i0 (n) <sep> earth current nFE <sep> set window comparator time in sampling points nx <sep> current time n <sep> variable

14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the device is designed in such a way that the message in the compensated network only occurs when a setting value that can be selected on the device for the active residual current IWE is exceeded or that the message in the isolated network only takes place when a setting value that can be selected on the device for the capacitive earth fault current ICE is exceeded.

15. The device according to claim 14, characterized in that the message takes place in such a way that forward flags or backward flags can or cannot be set in a memory.

16. The device according to claim 15, characterized in that these flags can be set or not set as follows in the compensated network depending on whether IWE is exceeded:

17. The device according to claim 15, characterized in that these flags can be set or not set as follows in the isolated network depending on whether the ICE is exceeded:

18. Device according to one of claims 10 to 17, characterized in that it has a memory, in particular a ring memory, for a plurality of flags stored there at the respective sampling time.