DE102008016711A1

DE102008016711A1 - Erdschlussortung durch Fremdstrom

Info

Publication number: DE102008016711A1
Application number: DE102008016711A
Authority: DE
Inventors: Lothar Fickert; Clemens Obkircher; Georg Achleitner
Original assignee: Technische Universitaet Graz; Forschungsholding TU Graz GmbH
Current assignee: TECHNISCHE UNIVERSITAET GRAZ, AT
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2008-10-09
Also published as: AT504920B1; AT504920A4

Abstract

Ein Verfahren zum Lokalisieren eines mit einem Erdschluss behafteten Leitungsabschnittes (FBA) in einem verzweigten Stromnetz (MSN), bei welchem ein von einem Erdschluss betroffener Zweig (ZW3) des Netzes abgeschaltet wird, stromab der Abschaltstelle (ABS) in dem Zweig eine Messstelle (MS1) gewählt wird, an dieser Messstelle in einen erdschlussbehafteten Leiter ein tonfrequenter Messstrom (IM) gegen Erde eingespeist wird, und mit Hilfe einer induktiven Sonde (INS) geprüft wird, welcher von sämtlichen von der Messstelle wegführenden Zweige den eingespeisten Messstrom (IM) führt. Eine mobile Messeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist einen Niederfrequenz-Leistungsgenerator (NLG) zur Erzeugung eines Ausgangsstromes, der als Messstrom (IM) zwischen Erde und einem mit einem Erdschluss behafteten Leiter eingespeist werden kann, eine induktive Sonde (INS) zum Erfassen des Magnetfeldes eines von dem Messstrom (IM)durchflossenen Leiters, und eine Auswerteeinrichtung (AWE) auf, welcher ein Ausgangssignal der induktiven Sonde (INS) zugeführt ist, und die dazu eingerichtet ist, ein von der Sonde erfasstes, auf den Messstrom (IM) mit der Frequenz (fM) zurückgehendes Wechsel-Magnetfeld anzuzeigen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lokalisieren eines mit einem Erdschluss behafteten Leitungsabschnittes in einem verzweigten Stromnetz.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine mobile Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere in städtischen Mittelspannungsnetzen mit ihren vielen Verzweigungen und lokalen Transformatorstationen kann ein aufgetretener Erdschluss, vor allem eines Erdkabels, zu lange dauernden Versorgungsunterbrechungen führen, da es mühsam ist, den Erdschluss zu lokalisieren, um sodann entsprechende Maßnahmen zu setzen. Bisher angewendete Verfahren benötigen einen besonderen Messwagen, mit welchem der Leitungszug abgefahren wird. Falls das Netz so genannte adaptive Distanzschutzgeräte, wie von der Anmelderin in der AT-Patentanmeldung A 619/2006 beschrieben, vorhanden sind, kann eine Ortung des Erdschlusses durch Auswertung der Schutzeinrichtungen erfolgen.
Die GB 145,976 beschreibt eine Fehlerlokalisierung in Erdkabeln, wobei eine Einspeisung an einem Kabelende zwischen einem Innenleiter und einem leitenden metallischen Mantel mit Hilfe eines Summers erfolgt. Im Bereich einer vermuteten Fehlerstelle werden an den Mantel zwei Messelektroden angelegt, die ein Signal über einen Trenntransformator an einen batteriebetrieben Röhrenverstärker mit einem Kopfhörer am Ausgang liefert. Das beschriebene Gerät bzw. Verfahren dient somit nicht zum Feststellen von Erdschlüssen und setzt außerdem eine galvanische Verbindung der Messelektroden mit einem metallischen Kabelmantel voraus. In ähnlicher Weise geht die Anordnung nach der GB 591 725 A vor, bei welcher gleichfalls mit Hilfe eines Summers in eine erdschlussbehaftete Leitung eine Tonfrequenz eingespeist und mit Hilfe einer Suchspule und eines Kopfhörers die Leitung solange abgetastet wird, bis – an der Stelle des Erdschlusses – kein Signal mehr hörbar ist.
Von weiteren Dokumenten zum Stand der Technik beschreiben die DD 59127 B das Prinzip der Einspeisung eines NF-Signals in elektrische Mess- und Steuerkreise, um mit Hilfe einer Suchspule eine erdschlussbehaftete Leitung festzustellen und die US 2,692,352 A ein Trägerfrequenzverfahren zum Schutz eines Mehrphasenleitersystems, bei welchem an beiden Leitungsenden in jede Phase NF eingespeist und je am anderen Ende bei Auftreten einer ungewöhnlichen Phasenverschiebung, z. B. bei Erdschluss, ein Auslösesignal für Leitungsschalter abgegeben wird.
Bei der in der GB 2 303 980 A angegebenen Schaltung wird an mehreren Stellen eines 3-Phasensystems der Strom in jedem Leiter mit Hilfe von Stromwandlern bei Netzfrequenz gemessen, um bei einem Ungleichgewicht der Ströme an zwei verschiedenen Leitungsorten ein Abschalten der Leitung herbeizuführen. Ein ähnliches Verfahren ist in der WO 2004/040732 geoffenbart, doch wird hier die dritte Harmonische der Netzfrequenz extrahiert und in mehreren Vergleichsschaltungen ausgewertet.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens bzw. einer entsprechenden Messeinrichtung zur Lokalisierung eines Erdschlusses, genauer gesagt eines mit einem solchen behafteten Leitungsabschnittes, unter besonderer Berücksichtigung der Verhältnisse in Mittelspannungsnetzen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß ein von einem Erdschluss betroffener Zweig des Netzes abgeschaltet wird, stromab der Abschaltstelle in dem Zweig eine Messstelle gewählt wird, an dieser Messstelle in einen erdschlussbehafteten Leiter ein tonfrequenter Messstrom gegen Erde eingespeist wird, und mit Hilfe einer induktiven Sonde geprüft wird, welcher von sämtlichen, von der Messstelle wegführenden Zweige den eingespeisten Messstrom führt.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromab der Messstelle in Richtung des Fehlers eine neue, zweite Messstelle gewählt wird und an dieser erneut in einen erdschlussbehafteten Leiter ein tonfrequenter Messstrom gegen Erde eingespeist wird, mit Hilfe der induktiven Sonde geprüft wird, welcher von sämtlichen, von der neuen Messstelle wegführenden Zweige einen Messstrom führt, und diese Schritte solange fortgesetzt werden, bis der fehlerbehaftete Abschnitt zwischen einer letzten Messstelle, dadurch identifiziert wird, dass er sowohl bei der Messung an der vorletzten als auch bei der Messung an der letzten Messstelle einen Messstrom führte. Ein solches Vorgehen bewährt sich besonders bei stark verzweigten innerstädtischen Netzen.
In letzterem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn. nach der Messung an einer Messstelle der ermittelte Zweig an dieser Messstelle aufgetrennt wird und die weiteren Schritte stromab der Auftrennung durchgeführt werden, da es nach dem Auftrennen möglich ist, stromauf der Messstelle gelegene Abschnitte des Netzes wieder mit Spannung zu versorgen.
Zur Verbesserung des Signal/Störabstandes und damit der Empfindlichkeit kann vorgesehen sein, dass die Messung mit Hilfe der induktiven Sonde frequenzselektiv und schmalbandig durchgeführt und/oder der niederfrequente Messstrom I_M mit einem Signalmuster moduliert wird.
Zur Lösung der Aufgabe kann eine mobile Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens herangezogen werden, welche gekennzeichnet ist durch einen Niederfrequenz-Leistungsgenerator zur Erzeugung eines Ausgangsstromes, der als Messstrom zwischen Erde und einem mit einem Erdschluss behafteten Leiter eingespeist werden kann, eine induktive Sonde zum Erfassen des Magnetfeldes eines von dem Messstrom durchflossenen Leiters, und eine Auswerteeinrichtung welcher ein Ausgangssignal der induktiven Sonde zugeführt ist, und die dazu eingerichtet ist, ein von der Sonde erfasstes, auf den Messstrom mit der Einspeisefrequenz zurückgehendes Wechsel-Magnetfeld anzuzeigen.
Im Sinne einer Empfindlichkeitsverbesserung kann es zweckmäßig sein, wenn die Auswerteeinrichtung ein von der Sonde einlangendes Signal frequenzselektiv und schmalbandig verarbeitet.
Der Suchvorgang kann erleichtert werden, wenn die Auswerteeinrichtung eine akustische und/oder optische Anzeige aufweist.
Im Sinne der Vermeidung von wechselseitigen Störeinflüssen ist es ratsam, wenn die Frequenz des von der Auswerteeinrichtung erzeugten Messstroms in Abstand von der Netzfrequenz und deren Harmonischen des zu untersuchenden Stromnetzes im Tonfrequenzbereich liegt.
Zur Verbesserung des Signal/Störabstandes kann vorgesehen sein, dass Niederfrequenz-Leistungsgenerator einen Modulator für den Messstrom besitzt.
Der Sicherheit und Bequemlichkeit einer Bedienungsperson kommt es zugute, falls die induktive Sonde an einem Ende einer von Hand zu haltenden, isolierenden Stange angeordnet ist.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
1 schematisch einen Ausschnitt aus einem Mittelspannungsnetz zur Erläuterung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine mögliche Prinzipschaltung eines Niederfrequenz-Leistungsgenerators einer mobilen Messeinrichtung nach der Erfindung,
3 eine mögliche Ausführungsform einer induktiven Sonde samt Auswerteeinrichtung und
4 eine andere Variante einer induktiven Sonde samt Auswerteeinrichtung.
Zunächst sei auf 1 Bezug genommen, welche einen Ausschnitt eines Mittelspannungsnetzes zeigt, ausgehend von einem Umspannwerk USW, von welchem hier drei Zweige ZW1, ZW2, ZW3 ausgehen und die über Leistungsschalter LE1, LE2, LE3 geschaltet werden können. Das Netz wird insgesamt mit MSN bezeichnet. Man erkennt, dass die einzelnen Zweige sich weiter aufzweigen und für den Zweig ZW3 sind einige nachgeordnete Zweige mit BR1, BR2, BR3 und an einem weiteren Verzweigungspunkt mit RA1, RA2, RA3 bezeichnet. Weiters ist in dem Hauptzweig ZW3 ein fehlerbehafteter Abschnitt FBA eingezeichnet, der einen Erdschluss EDS aufweist.
Im Folgenden wird nun, auch unter Bezugnahme auf die 2 bis 4, beschrieben, wie gemäß der Erfindung ein solcher von einem Erdschluss behafteter Leitungsabschnitt FBA auf einfache Weise aufgefunden werden kann.
An einer Messstelle MS1 wird ein tonfrequenter Messstrom IM mit Hilfe eines Niederfrequenzleistungsgenerators NLG eingespeist. Das Blockschaltbild eines solchen Generators ist in der beispielsweisen Ausführungsform in 2 gezeigt. Ein Niederfrequenzgenerator GEN speist ein Niederfrequenzsignal, welches in einem Leistungsverstärker verstärkt wird, dessen Ausgang dann gegen Erde geschaltet den gewünschten Messstrom IM liefert. Der Generator wird durch eine Batterie BAT, z. B. einen aufladbaren Akkumulator gespeist und weist bei einer bevorzugten Ausführungsform auch einen Modulator MOD auf, der beispielsweise mit rechteckähnlichen Impulsen die Tonfrequenz, welche der Generator GEN erzeugt, moduliert. Die Modulation kann auch soweit gehen, dass sie der Niederfrequenz binäre Wörter aufmoduliert. Zweckmäßigerweise ist der Niederfrequenzleistungsgenerator tragbar ausgebildet, sodass er problemlos von einer Person, auch unter Berücksichtigung der oft engen Verhältnisse im großstädtischen Netzbereich, mitgeführt werden kann.
Wird der Messstrom an der Messstelle MS1 eingespeist, so fließt der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den Zweig BR2 und schließlich über einen Teil des Zweiges RA2 bis zu der Erdschlussstelle und dort über Erde wieder zurück zum Niederfrequenzleistungsgenerator.
Das Fließen des Messstroms IM wird nun durch eine induktive Sonde in Verbindung mit einer Auswerteeinrichtung AWE gemäß 3 festgestellt. Wie 3 zeigt, enthält die induktive Sonde INS, die als Messkopf MKO ausgebildet sein kann, eine Spule SPL. Die induktive Sonde INS ist über eine zweckmäßigerweise geschirmte Leistung GLE mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung AWE verbunden. Das Einlangen des Signals wird in der Auswerteeinrichtung in einem Bandpass BPA einer Filterung unterzogen, sodann in einem Auswerteverstärker AVS verstärkt, welche an einem Ausgang ein Messsignal M_S liefert. Dem Verstärker ist hier noch ein Schwellwertschalter SWS nachgeschaltet, welcher, wiederum nur beispielsweise, eine Leuchtdiodenanzeige LED und einen Lautsprecher LSB ansteuert.
In 4 ist kurz eine alternative Ausführungsform der induktiven Sonde gezeigt, bei welcher innerhalb des Messkopfs MKO parallel zur Spule SPL eine Kondensator KND geschaltet ist, wobei Spule und Kondensator auf die seitens des Generators GEN erzeugte Messfrequenz f_M abgestimmt sind. Bei der Ausführung nach 4 sitzt im Messkopf MKO noch ein Vorverstärker VVS.
Wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgegangen wird, wird nun stromab der Messstelle MS1, an welcher der Messstrom IM eingespeist wird, jeder der abgehenden Zweige mit der induktiven Sonde INS daraufhin untersucht, ob sie den Messstrom führt. Wie in 1 auch kurz skizziert, sitzt vorteilhafterweise die induktive Sonde INS auf einer von Hand zu haltenden, zweckmäßigerweise isolierenden Stange STA und ist im einfachsten Fall über ein Kabel mit der Auswerteeinrichtung AWE verbunden. Dadurch kann die Bedienungsperson auch sicher zu nicht leicht zugänglichen Leitungsabschnitten gelangen.
Im vorliegenden Fall wird angenommen, dass der Messstrom IM über den Zweig BR2 fließt. Bei der nächsten Verzweigung oder Messstelle MS2 wird wiederum mit Hilfe der induktiven Sonde INS und der Auswerteeinrichtung AWE untersucht, welcher der dort abgehenden Zweige RA1, RA2, RA3 den Messstrom führt. Im vorliegenden Fall ist dies der Zweig RA2. Wenn nun bei einer weiteren Verzweigung MS3 wiederum mit der induktiven Sonde gemessen wird, so erkannt die Bedienungsperson, dass von den Verzweigungen ausgehend kein Messstrom mehr fließt, sodass der Abschnitt RA2, der fehlerbehaftete sein muss.
In 1 gezeigte Auftrennungen AV1, AV2 bedeuten, dass man im Zuge der Messung der Reihe nach Zweige auftrennen kann und damit die vorangehenden Zweige, die offensichtlich nicht fehlerbehaftet sind, über den Leistungsschalter LE3 wieder an die seitens des Umspannwerks USW gelieferte Spannung legen kann. Dadurch kann in der Praxis vermieden werden, dass ganze Leitungsabschnitte ohne Strom bleiben, solange noch ein Fehler gesucht wird. Im folgenden Beispiel kann beispielsweise an der Stelle AU2 aufgetrennt werden, sodass alle vorangehenden Zweige mit Spannung versorgt werden können.
In 1 ist auch angedeutet, dass der Niederfrequenzleistungsgenerator NLG bei den Messungen immer mitgenommen werden kann, sodass beispielsweise an der Messstelle MS3 erneut eine Einspeisung möglich wäre. Dazu ist zu bemerken, dass prinzipiell der Messstrom IM an jeder Stelle des Netzes eingespeist werden kann, sofern von dieser Stelle aus eine Verbindung bis zum Erdschluss EDS vorhanden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- AT 619/2006 A [0003]
- GB 145976 [0004]
- GB 591725 A [0004]
- DD 59127 B [0005]
- US 2692352 A [0005]
- GB 2303980 A [0006]
- WO 2004/040732 [0006]

Claims

Verfahren zum Lokalisieren eines mit einem Erdschluss behafteten Leitungsabschnittes (FBA) in einem verzweigten Stromnetz (MSN), dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Erdschluss betroffener Zweig (ZW3) des Netzes abgeschaltet wird, stromab der Abschaltstelle (ABS) in dem Zweig eine Messstelle (MS1) gewählt wird, an dieser Messstelle in einen erdschlussbehafteten Leiter ein tonfrequenter Messstrom (I_M) gegen Erde eingespeist wird, und mit Hilfe einer induktiven Sonde (INS) geprüft wird, welcher von sämtlichen, von der Messstelle wegführenden Zweige den eingespeisten Messstrom (I_M) führt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Messstelle (MS1) in Richtung des Fehlers eine neue, zweite Messstelle (MS2) gewählt wird und an dieser erneut in einen erdschlussbehafteten Leiter ein tonfrequenter Messstrom (I_M) gegen Erde eingespeist wird, mit Hilfe der induktiven Sonde geprüft wird, welcher von sämtlichen, von der neuen Messstelle wegführenden Zweige (RA2) einen Messstrom (I_M) führt, und diese Schritte solange fortgesetzt werden, bis der fehlerbehaftete Abschnitt (FBA) zwischen einer letzten Messstelle, dadurch identifiziert wird, dass er sowohl bei der Messung an der vorletzten (MS2) als auch bei der Messung an der letzten (MS3) Messstelle einen Messstrom (I_M) führte.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Messung an einer Messstelle (MS1) der ermittelte Zweig (BR2) an dieser Messstelle (MS1) aufgetrennt wird und die weiteren Schritte stromab der Auftrennung (AV1) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mit Hilfe der induktiven Sonde frequenzselektiv und schmalbandig durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der niederfrequente Messstrom (I_M) mit einem Signalmuster moduliert wird.
Mobile Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Niederfrequenz-Leistungsgenerator (NLG) zur Erzeugung eines Ausgangsstromes, der als Messstrom (I_M) zwischen Erde und einem mit einem Erdschluss behafteten Leiter eingespeist werden kann, eine induktive Sonde (INS) zum Erfassen des Magnetfeldes eines von dem Messstrom (I_M) durchflossenen Leiters, und eine Auswerteeinrichtung (AWE), welcher ein Ausgangssignal der induktiven Sonde (INS) zugeführt ist, und die dazu eingerichtet ist, ein von der Sonde erfasstes, auf den Messstrom (I_M) mit der Frequenz (f_M) zurückgehendes Wechsel-Magnetfeld anzuzeigen.
Mobile Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AWE) ein von der Sonde (INS) einlangendes Signal frequenzselektiv und schmalbandig verarbeitet.
Mobile Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (AWE) eine akustische und/oder optische Anzeige (ANZ) aufweist.
Mobile Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f_M) des von der Auswerteeinrichtung (AWE) erzeugten Messstroms (I_M) in Abstand von der Netzfrequenz (f_N) und deren Harmonischen des zu untersuchenden Stromnetzes im Tonfrequenzbereich liegt.
Mobile Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Niederfrequenz-Leistungsgenerator (NLG) einen Modulator (MOD) für den Messstrom (I_M) besitzt.
Mobile Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Sonde (INS) an einem Ende einer von Hand zu haltenden, isolierenden Stange angeordnet ist.