DE102011050346B4

DE102011050346B4 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Fehlerdiagnose in isolierten Hoch- und Mittelspannungsnetzen

Info

Publication number: DE102011050346B4
Application number: DE201110050346
Authority: DE
Inventors: Wolf Becker; Marcus Becker
Original assignee: MAT MASCHINEN und ANLAGENTECHNIK DR HANS A BECKER GmbH; mat Maschinen- und Anlagentechnik Dr Hans A Becker GmbH
Current assignee: MAT MASCHINEN und ANLAGENTECHNIK DR HANS A BECKER GmbH; mat Maschinen- und Anlagentechnik Dr Hans A Becker GmbH
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2031-05-14
Also published as: DE102011050346A1

Abstract

Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem isolierten Hoch- oder Mittelspannungsnetz, mit: (a) einer ersten Betriebsart zum Erfassen einer eine Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase in dem Netz, auf der Grundlage einer durch die Fehlerstelle (F) verursachten Spannungs-Unsymmetrie zwischen den Phasen, die einen vorbestimmbaren Grenzwert überschreitet, sowie einer anschließenden zweiten Betriebsart zur Entlastung der Fehlerstelle (F) mit folgenden Schritten: (b) Erdung der die Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase über einen ersten Widerstand (8), und nachfolgend: (c) vollständiges oder zumindest niederohmiges Überbrücken des ersten Widerstandes (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Fehlerdiagnose, d. h. im Wesentlichen zur Erfassung und Entlastung einer Fehlerstelle wie insbesondere einpoligen Fehlern (Erdfehlern, Erdschlüssen) in isolierten Hoch- oder Mittelspannungsnetzen.
Zur Beseitigung solcher Fehler ist es zum einen von Bedeutung, zuverlässig festzustellen, in welchem der oftmals zahlreichen Kabel- oder Freileitungsabgänge des Netzes sich der Fehler befindet, und zum anderen den Ort des Fehlers zu ermitteln, das heißt zum Beispiel in welchem Abstand von einer Sammelschiene einer Umspann- oder Schaltanlage oder einer Einspeisung der Fehler liegt. Ferner muss auch sichergestellt werden, dass beim Auftreten eines Fehlers der Fehlerstrom nicht zu hoch wird.
Aus der DE 10 2004 008 994 A1 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Fehlerdiagnose in hochohmig geerdeten Hoch- und Mittelspannungsnetzen (insbesondere mit Resonanzsternpunkterdung mittels Petersenspule) bekannt. Dabei wird im Wesentlichen nach dem Erfassen einer in dem Netz vorhandenen fehlerbehafteten Phase eine erste Betriebsart aktiviert, mit der durch Erdung einer nicht fehlerbehafteten Phase über einen Widerstand von etwa 10 bis 12 Ohm ein Doppelerdschluss herbeigeführt wird, so dass ein in den Kabel-/Freileitungsabgang der fehlerbehafteten Phase geschaltetes Abgangsschutzrelais anspricht, um dadurch den die fehlerbehaftete Phase aufweisenden Kabel-/Freileitungsabgang zu identifizieren und/oder eine Leitungslänge zu der Fehlerstelle anhand der gemessenen Werte der Impedanzen am Fußpunkt des Widerstandes und des durch diesen fließenden Kurzschlussstroms zu ermitteln. Mit einer zweiten Betriebsart, mit der die fehlerbehaftete Phase über den Widerstand geerdet wird, kann dann die Fehlerstelle entlastet werden, um damit insbesondere thermische Zerstörungen zu vermeiden.
Aus der AT 17 02 01 ist ein Verfahren zur Entlastung einer Erdschlussstelle in Hochspannungsnetzen mit Erdschlusskompensation bekannt, bei dem eine kurzzeitige Erdung der erdschlussbehafteten Phase an mehreren, weit voneinander entfernten Stellen über jeweils einen einpoligen Leistungsschalter gleichzeitig vorgenommen wird. Damit soll sich der Erdschlussreststrom auf mehrere Verbindungsstellen der erdschlussbehafteten Phase nach Erde verteilen, so dass der auf die Erdschlussstelle entfallende Strom nur einen Bruchteil des gesamten Erdschlussreststroms ausmacht und die größtmögliche Spannungsdifferenz zwischen der erdschlussbehafteten Phase und Erde kleiner ist als die Lichtbogenspannung, die für das Fortbestehen eines Erdschluss-Lichtbogens erforderlich ist.
Aus der DE 44 19 945 A1 ist eine Schutzeinrichtung gegen Erdschlüsse in Hochspannungs-Drehstromnetzen mit drei Leitern bekannt. Diese Leiter werden mittels jeweils eines einpoligen Erdschalters mit einer Erdung verbunden, wenn in dem betreffenden Leiter ein frei wählbarer, abgespeicherter Wert für eine maximale oder minimale Spannung überschritten wird.
Bei hochohmig isolierten Netzen und insbesondere im EVU-Bereich liegen die Wattrestströme bei etwa 2 bis 4% des kapazitiven Erdschlussstroms. Bei einem Netz mit einem kapazitiven Erdschlussstrom von z. B. etwa 500 A tritt somit ein Wattreststrom von maximal etwa 20 A auf. Berücksichtigt man zusätzlich eine Fehl- bzw. Überkompensation von weiteren 20 A, so ergibt sich ein Restscheinstrom von etwa 28 A. Geht man weiterhin davon aus, dass maximal etwa 90% des Stroms über den genannten (Nebenschluss-)Widerstand von etwa 10 bis 12 Ohm fließt, so müsste dieser Widerstand für einen Dauerbetrieb von 9 bis 10 kW ausgelegt sein, was im Allgemeinen kein Problem darstellen dürfte.
In isolierten Mittelspannungsnetzen (zu denen zum Beispiel die meisten städtischen 10 kV Kabelnetze gehören) wird jedoch der kapazitive und auch der resistive Erdschlussstrom im Allgemeinen nicht kompensiert. Auch wenn gefordert wird, dass der Erdschlussstrom in solchen Netzen etwa 30 A nicht übersteigen sollen, so hat sich in der Praxis gezeigt, dass wesentlich höhere Erdschlussströme von z. B. 150 A auftreten können, die im Falle eines Erdschlusses zu thermischen Schäden an der Fehlerstelle führen und in kurzer Zeit einen Folgefehler in Form eines Doppelerdschlusses verursachen können.
Zwar wäre es auch in solchen isolierten Netzen möglich, die Fehlerstelle mit der oben genannten zweiten Betriebsart zu entlasten, ein Reststrom in Höhe von etwa 150 A oder mehr, der über den genannten Widerstand von 10 bis 12 Ohm (oder weniger) geführt wird, würde jedoch erfordern, dass dieser für mindestens etwa 250 kW Dauerbelastung ausgelegt wird. Dies wird als nachteilig bzw. als mit vertretbarem Aufwand nicht realisierbar angesehen.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Fehlerdiagnose, d. h. zur Erfassung und Entlastung einer Fehlerstelle in isolierten Hoch- oder Mittelspannungsnetzen zu schaffen, das/die mit wesentlich geringerem schaltungstechnischen Aufwand und damit kostengünstiger realisiert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Fehlerdiagnose gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, die zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 vorgesehen ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand eines Mittelspannungsnetzes beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch bei Hochspannungsnetzen anwendbar. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie insbesondere bei isolierten Hoch- und Mittelspannungsnetzen einsetzbar ist. Sie kann jedoch auch im Falle der oben genannten hochohmig geerdeten bzw. hochohmig isolierten Hoch- und Mittelspannungsnetze eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Teil eines Mittelspannungsnetzes mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer ersten Schaltstellung; und
3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer zweiten Schaltstellung.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand eines isolierten Mittelspannungsnetzes beschrieben. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Teils eines solchen Netzes mit einer Umspannanlage und einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die Umspannanlage umfasst einen Transformator 1, dessen Sternpunkt 2 isoliert, d. h. nicht wie bei einem hochohmig geerdeten Netzen zum Beispiel über eine Petersenspule mit Masse verbunden ist.
Der Transformator 1 speist eine üblicherweise dreiphasige Sammelschiene 3, von der in bekannter Weise eine Vielzahl von im Allgemeinen dreiphasigen Kabeln oder Freileitungen 41, ... 4n abgeht, die üblicherweise über jeweils ein Abgangsschutzrelais 51, ... 5n mit der Sammelschiene 3 verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst ein mit der Sammelschiene 3 verbundenes vorzugsweise programmierbares Schutz- und Steuergerät 6, das einen ersten Schalter 7 und/oder einen zweiten Schalter 9 gemäß der weiter unten erläuterten ersten und/oder zweiten Betriebsart steuert, d. h. öffnet und schließt.
Der erste Schalter 7 ist im Falle eines dreiphasigen Kabels bzw. einer dreiphasigen Freileitung 41, ... 4n vorzugsweise entweder ein dreipoliger Schalter, der einpolig schaltbar ist, oder in Form von drei einpoligen Schaltern oder sonstigen Schaltelementen (wie zum Beispiel SF₆-Lastschaltern usw.) realisiert, wobei in beiden Fällen ein erster Schaltkontakt jeweils eines Pols mit jeweils einer der drei Phasen der Sammelschiene 3 verbunden ist. Die zweiten Schaltkontakte der drei Pole sind miteinander verbunden und liegen über einen ersten Widerstand 8 an Erdpotential an, d. h. der erste Widerstand 8 ist mit einem ersten Ende mit Erdpotential und mit einem zweiten Ende mit den zweiten Schaltkontakten der drei Pole des ersten Schalters 7 verbunden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Schaltungsanordnung (1(a)) ist parallel zu dem ersten Widerstand 8 ein zweiter Schalter 9 geschaltet, mit dem der erste Widerstand 8 durch Schließen des zweiten Schalters 9 überbrückt werden kann.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Schaltungsanordnung (1(b)) ist parallel zu dem ersten Widerstand 8 eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schalter 9 und einem zweiten Widerstand 8a geschaltet. Durch Schließen des zweiten Schalters 9 wird somit der zweite Widerstand 8a parallel zu dem ersten Widerstand 8 geschaltet.
Das Schutz- und Steuergerät 6 dient außerdem zur Überwachung der Spannungssymmetrie zwischen den drei Phasen des Netzes bzw. der Sammelschiene 3 und zur Signalisierung eines Erdfehlers, wenn eine Unsymmetrie zwischen den drei Phasen einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Im folgenden soll zunächst die Funktion der Schaltungsanordnung beschrieben werden. Im fehlerfreien Betrieb des Netzes wird der (die) erste(n) und der zweiten Schalter 7, 9 durch das Schutz- und Steuergerät 6 geöffnet gehalten.
Eine erste Betriebsart zur Einleitung eines Doppelerdschlusses dient zur Erkennung desjenigen Kabel- bzw. Freileitungsabgangs 41, ... 4n, in dem sich eine einen Erdschluss aufweisende (und somit fehlerbehaftete) Phase befindet, und/oder zur Bestimmung des Fehlerortes bzw. einer Leitungslänge zu dem Fehlerort und/oder ggf. anderer Parameter. Zur Erläuterung wird auf 2 Bezug genommen. Gleiche bzw. einander entsprechende Teile und Komponenten wie in 1 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden braucht.
Es sei beispielhaft angenommen, dass an der in 2 mittleren Phase eines Kabels bzw. einer Freileitung 4n des Netzes an einer Stelle ein Fehler F in Form eines Erdschlusses (oder eines Erdfehlers) aufgetreten ist, durch den ein im Wesentlichen kapazitiver und ein geringerer resistiver Erdschluss- oder Fehlerstrom nach Masse (Erdpotential) erzeugt wird.
Ein solcher Fehler F und die den Fehler aufweisende Phase des Netzes wird durch das Schutz- und Steuergerät 6 auf der Grundlage der dadurch verursachten Unsymmetrie der Spannungen auf den drei Phasen des Netzes erkannt.
Daraufhin schaltet das Schutz- und Steuergerät 6 eine der beiden anderen, nicht fehlerbehafteten Phasen ein, indem einer der betreffenden Pole des ersten Schalters 7 (d. h. der erste und der zweite Schaltkontakt dieses Pols) gemäß 2 geschlossen wird.
Dadurch wird diese (nicht fehlerbehaftete) Phase über den ersten Widerstand 8 mit Erdpotential verbunden und ein Doppelerdschluss herbeigeführt, der zu einem Strom I_k über den ersten Widerstand 8, Erdpotential und die Fehlerstelle F führt, der gegenüber dem Erdschluss- oder Fehlerstrom erhöht ist. Dieser erhöhte Strom I_k berechnet sich gemäß folgender Gleichung:
Darin bezeichnen:
c Spannungsbeiwert (1,1 für Hochspannungsnetze),

Nennspannung des Netzes (Leiter-Erde-Spannungsvektor, Leiter 1 und 2),

Erdungsimpedanz-Nullsystem 3·(Rw + Ra) und Mitsystem (Rw + Ra) (Hochspannungswiderstand zzgl. Erdübergangswiderstand, ggf. Impedanzanteil der Kabel-/Freileitung bis zu dem ersten Widerstand 8),

Leitungsimpedanz-Nullsystem und Mitsystem (Impedanz bis zur Fehlerstelle),

Impedanz des vorgelagerten Netzes – Mitsystem,

Transformatorimpedanz-Mitsystem.
Aus dieser Gleichung können, vorzugsweise mittels des Schutz- und Steuergerätes 6, durch entsprechende Umstellung alle für den jeweiligen Anwendungsfall interessierenden Größen berechnet werden. Dies sind zum Beispiel:

1.) die Berechnung des maximal zulässigen Erdschluss- oder Fehlerstroms bei
= 0 Ω sowie
= 0 Ω,
2.) die Berechnung des minimal auftretenden Erdschluss- oder Fehlerstroms bei
= L_Max·
sowie
wobei L_Max die maximale Leitungslänge bezeichnet,
3.) die Berechnung der Leitunslänge
bis zu dem Fehlerort F bei gemessenem Strom I_k, wobei die Werte
und
die jeweiligen spezifischen Impedanzen pro Kilometer Leitungslänge bezeichnen.

Der erste Widerstand 8 wird dabei insbesondere so bemessen, dass der Strom I_k durch die Fehlerstelle F so groß wird, dass das Abgangsschutzrelais 5n des die Fehlerstelle F aufweisenden Kabels (bzw. der Freileitung) 4n sicher anspricht (ohne jedoch auszulösen) und dadurch nicht nur die Leitungslänge zu dem Fehlerort F ermittelt, sondern auch das fehlerbehaftete Kabel bzw. die fehlerbehaftete Freileitung 4n ermittelt werden kann.
Der erste Widerstand 8 ist hochspannungsfest und hinsichtlich seiner Größe und seiner Belastbarkeit in Abhängigkeit von der Dauer der ersten Betriebsart einerseits so dimensioniert, dass bei einem Doppelerdschluss auch bei langen Leitungen ein zum Ansprechen des betreffenden Abgangsschutzrelais 5n ausreichend hoher Strom I_k fließt. Andererseits darf der erste Widerstand 8 jedoch auch nicht so klein sein, dass insbesondere im Falle des Doppelerdschlusses der Strom I_k zu stark ansteigt. Ein typischer Wert des ersten Widerstandes 8 liegt zum Beispiel für ein 10 kV Netz im Bereich zwischen etwa 4 Ohm und etwa 8 Ohm. Zur Erzeugung eines Stroms I_k von etwa 1.000 A beträgt der Wert des ersten Widerstandes etwa 5,7 Ohm.
Diese erste Betriebsart wird vorzugsweise nur kurzzeitig, zum Beispiel im Bereich von weniger als etwa 100 ms aktiviert, um zum einen in keinem Fall die Belastbarkeit des ersten Widerstandes 8 zu überschreiten und zum anderen das betreffende Abgangsschutzrelais 5n nur zur Anregung, nicht jedoch zur Auslösung (d. h. zur Trennung der Schaltkontakte und damit des fehlerbehafteten Kabels bzw. der fehlerbehafteten Freileitung 4n von der Sammelschiene 3) zu bringen. Mit anderen Worten wird also der geschlossene Pol des ersten Schalters 7 nach Ablauf dieser Zeitdauer wieder geöffnet. Die Anregung des Abgangsschutzrelais 5n wird dabei zur Lokalisierung bzw. Identifizierung des fehlerbehafteten Kabels bzw. der fehlerbehafteten Freileitung 4n in bekannter Weise von einer entfernten Station abgefragt.
Es soll nun die Funktion der Schaltungsanordnung in der zweiten Betriebsart erläutert werden, mit der eine Fehlerstelle F entlastet wird.
Hierzu wird auf 3 Bezug genommen. Gleiche bzw. einander entsprechende Teile und Komponenten wie in 1 sind wiederum mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangenen werden braucht.
Es sei beispielhaft angenommen, dass an der in 3 mittleren Phase eines Kabels bzw. einer Freileitung 4n des Netzes ein Fehler F in Form eines Erdschlusses oder Erdfehlers aufgetreten ist, wobei der Fehler an sich und die diesen Fehler aufweisende Phase des Netzes wiederum durch das Schutz- und Steuergerät 6 auf der Grundlage der dadurch verursachten Unsymmetrie der Spannungen auf den drei Phasen des Netzes erkannt werden kann.
In der zweiten Betriebsart schaltet das Schutz- und Steuergerät 6 über den ersten Schalter 7 die fehlerbehaftete Phase ein, indem der betreffende (hier mittlere) Pol des ersten Schalters 7 (d. h. der erste und der zweite Schaltkontakt dieses Pols) gemäß 3 geschlossen wird.
Dadurch wird die fehlerbehaftete Phase über den ersten Widerstand 8 mit Erdpotential verbunden.
Durch dieses Zuschalten des ersten Widerstandes 8 zu der fehlerbehafteten Phase des Netzes wird der Erdschluss- oder Fehlerstrom entsprechend des Widerstandsverhältnisses zwischen dem ersten Widerstand 8 und der Fehlerstelle F auf einen ersten und einen zweiten Erdschluss- oder Fehlerstromanteil I_Rest1, I_Rest2 aufgeteilt. Im Idealfall ergibt sich eine Halbierung des Erdschluss- oder Fehlerstroms über der Fehlerstelle F. In entsprechendem Maße wird damit auch die Strom- und Spannungsbeanspruchung an der Fehlerstelle F erheblich abgesenkt.
Für den weiteren Ablauf der zweiten Betriebsart stehen nun zwei Alternativen zur Verfügung.
Gemäß der ersten Alternative wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer von z. B. etwa 100 bis 200 Millisekunden nach dem Schließen des genannten Pols des ersten Schalters 7 der dem ersten Widerstand 8 gemäß 3(a) parallel geschaltete zweite Schalter 9 geschlossen. Dies hat zur Folge, dass einerseits der erste Widerstand 8 nur für eine entsprechend begrenzte Zeitdauer einer relativ hohen Strombelastung ausgesetzt ist, und dass andererseits die Fehlerstelle F nun in besonders hohem Maße niederohmig entlastet wird. Die genannte Zeitdauer wird in Abhängigkeit von dem Wert und der Belastbarkeit des ersten Widerstandes 8 und dem zu erwartenden Anteil des Erdschluss- oder Fehlerstroms I_Rest2 so bemessen, dass der erste Widerstand 8 nicht überlastet wird.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn im Falle eines Netz-bedingten Doppelerdschlusses als Folgefehler eine weitere Fehlerstelle (insbesondere ein Erdkurzschluss) entsteht. Wenn die Schaltungsanordnung für einen solchen Fall ausgelegt wird, ist natürlich zu beachten, dass der erste und der zweite Schalter 7, 9 diese erhöhten Kurzschluss- oder Fehlerströme für zumindest etwa drei Sekunden führen kann.
Gemäß 3(b) ist für die Durchführung der zweiten Alternative dem ersten Widerstand 8 eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schalter 9 und einem zweiten Widerstand 8a parallel geschaltet.
Auch bei dieser zweiten Alternative wird wiederum nach Ablauf der oben genannten vorbestimmten Zeitdauer der zweite Schalter 9 geschlossen, so dass der zweite Widerstand 8a, der vorzugsweise niederohmig ist und z. B. etwa 1 bis 2 Ohm beträgt, zu dem ersten Widerstand 8 parallel geschaltet ist und im Ergebnis die Fehlerstelle F mit einem verminderten Teilwiderstand entlastet wird.
Diese zweite Alternative kann auch dadurch realisiert werden, dass der zweite Schalter 9 parallel zu einem Teil des ersten Widerstandes 8 geschaltet wird (sofern der erste Widerstand 8 eine entsprechende Anzapfung aufweist), so dass im Ergebnis nur noch ein geringerer Teilwiderstand von vorzugsweise ebenfalls etwa 1 bis 2 Ohm verbleibt.
Die oben beschriebene erste und zweite Alternative der zweiten Betriebsart kann auch in der Weise realisiert werden, dass der zweite Schalter 9 gleichzeitig mit dem die fehlerhafte Phase schaltenden Pol des ersten Schalters 7 geschlossen und somit der erste Widerstand 8 sofort gemäß 3(a) oder 3(b) überbrückt wird. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, den zweiten Schalter 9 zu schließen, bevor der genannte Pol des ersten Schalters 7 geschlossen wird.
Auf diese Weise wird der erste Widerstand 8 sofort ganz (3(a)) oder teilweise (3(b)) überbrückt und nach dem Schalten der fehlerhaften Phase durch Schließen des betreffenden Pols des ersten Schalters 7 die Fehlerstelle F sofort ohne Widerstand bzw. mit dem Teilwiderstand entlastet. Dadurch kann auch die Belastung des ersten Widerstandes 8 bzw. dessen maximale Belastbarkeit weiter abgesenkt werden.
Wie bereits erwähnt wurde, sind die erste und die zweite Betriebsart unabhängig voneinander und können in beliebiger Reihenfolge aktiviert werden. Es kann z. B. vorteilhaft sein, zunächst die zweite Betriebsart zur Entlastung der Fehlerstelle zu aktivieren und dann eine Ortung mittels der ersten Betriebsart durchzuführen, oder es wird auf die erste Betriebsart ganz verzichtet. Wenn die Ortung im Anschluss an die Entlastung der Fehlerstelle erfolgt, wird vorzugsweise nach der Ortung wiederum die Fehlerstelle mit der zweiten Betriebsart entlastet.
Wenn zunächst die erste und dann die zweite Betriebsart aktiviert wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Fehlerstelle bereits etwa 100 ms nach ihrem Entstehen geortet ist und danach dauerhaft und ohne Unterbrechung entlastet wird.
Ferner können die beiden Betriebsarten sowohl manuell, als auch automatisch, vorzugsweise durch das Schutz- und Steuergerät 6, aktiviert bzw. deaktiviert werden.
Durch Kombination beider Betriebsarten, nämlich der Widerstandserdung der fehlerbehafteten Phase (Phasenerdung), mit der der Fehler-Reststrom und damit die Strom-/Spannungsbeanspruchung an der Fehlerstelle sehr gering gehalten wird, mit einem vorzugsweise kurzzeitigen Doppelerdschluss (KUDE), durch den der Strom so stark erhöht wird, dass eine sichere Erkennung des fehlerbehafteten Kabel-/Freileitungsabgangs möglich ist und auch der Fehlerort ermittelt werden kann, kann in besonders einfacher Weise ein Erdfehler umfassend diagnostiziert und damit auch relativ schnell behoben werden.
Ein wesentlicher Vorteil der zweiten Betriebsart besteht in jedem Falle jedoch darin, dass der erste Widerstand 8 mittels des zweiten Schalters 9 vollständig oder zumindest niederohmig überbrückt werden kann und somit der erste Widerstand 8 nur für eine Energie von etwa 1 MWsec gegenüber der eingangs genannten Dauerbelastbarkeit von etwa 250 kW ausgelegt werden muss.
Abschließend sei angemerkt, dass zwischen die Sammelschiene 3 und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch ein Abgangsschutzrelais geschaltet werden kann. Es kann als Überstromzeitschutz insbesondere bei einem Doppelerdschluss während der Selektion des fehlerbehafteten Kabel-/Freileitungsabgangs 41, ... 4n (z. B. durch UMZ-Anregung oder -Auslösung) sowie als Backup-Schutz (n – 1-Sicherheit) dienen, wenn aufgrund einer Störung das Abgangsschutzrelais 5n an dem fehlerbehafteten Kabel-/Freileitungsabgangs 4n nicht anspricht. Damit kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch unmittelbar in Energieversorgungsunternehmen eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem isolierten Hoch- oder Mittelspannungsnetz, mit: (a) einer ersten Betriebsart zum Erfassen einer eine Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase in dem Netz, auf der Grundlage einer durch die Fehlerstelle (F) verursachten Spannungs-Unsymmetrie zwischen den Phasen, die einen vorbestimmbaren Grenzwert überschreitet, sowie einer anschließenden zweiten Betriebsart zur Entlastung der Fehlerstelle (F) mit folgenden Schritten: (b) Erdung der die Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase über einen ersten Widerstand (8), und nachfolgend: (c) vollständiges oder zumindest niederohmiges Überbrücken des ersten Widerstandes (8).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte (b) und (c) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Erfassen der die Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) mittels eines ersten Schalters (7) und der Schritt (c) mittels eines zweiten Schalters (9) durchgeführt wird, wobei der erste und der zweite Schalter (7, 9) mit einem programmierbaren Schutz- und Steuergerät (6) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Doppelerdschlusses durch Erdung einer nicht fehlerbehafteten Phase des Netzes über den ersten Widerstand (8) und Trennen der anderen Phasen des Netzes von dem ersten Widerstand (8) eingeleitet wird, so dass ein Ansprechen eines Abgangsschutzrelais (5n) verursacht wird, das in den die fehlerbehaftete Phase aufweisenden Kabel-/Freileitungsabgang (4n) geschaltet ist, und eine Leitungslänge zu der Fehlerstelle (F) über den erzeugten Doppelerdschluss anhand der gemessenen Werte der Impedanz am Fußpunkt des ersten Widerstandes (8) und des durch diesen fließenden Kurzschlussstroms ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die zweite Betriebsart zur Entlastung einer Fehlerstelle (F) vor und/oder nach der Einleitung eines Doppelerdschlusses aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zweite Betriebsart zur Entlastung einer Fehlerstelle (F) und die Einleitung eines Doppelerdschlusses abwechselnd automatisch aktiviert werden, nachdem die die Fehlerstelle (F) aufweisende Phase mit der ersten Betriebsart erfasst wurde.
Schaltungsanordnung zur Fehlerdiagnose in einem isolierten Hoch- oder Mittelspannungsnetz, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit: – einem ersten Widerstand (8), der mit einem ersten Ende mit Erdpotential verbunden ist, – mindestens einem ersten Schalter (7), der mit jeweils einem Pol zwischen jeweils eine Phase des Netzes und ein zweites Ende des ersten Widerstandes (8) geschaltet ist, zum Verbinden bzw. Trennen von einzelnen Phasen des Netzes mit bzw. von dem ersten Widerstand (8), sowie – einem Schutz- und Steuergerät (6) – zur Aktivierung der ersten Betriebsart zur Erfassung einer eine Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase in dem Netz aufgrund einer Spannungs-Unsymmetrie zwischen den Phasen, die einen vorbestimmbaren Grenzwert überschreitet, sowie – zur Aktivierung der zweiten Betriebsart zur Entlastung der Fehlerstelle (F) durch: (a) Verbinden der die Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase mit dem ersten Widerstand (8) und Trennen der anderen Phasen des Netzes von dem ersten Widerstand (8) durch Schließen bzw. Öffnen der betreffenden Pole des ersten Schalters (7), und (b) vollständige oder zumindest niederohmige Überbrückung des ersten Widerstandes (8) durch Schließen eines zweiten Schalters (9), der parallel zu dem ersten Widerstand (8) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der parallel zu dem ersten Widerstand (8) eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schalter (9) und einem zweiten Widerstand (8a) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei dem der mindestens eine erste Schalter (7) und der zweite Schalter (9) durch das Schutz- und Steuergerät (6) nach dem Erfassen einer eine Fehlerstelle (F) aufweisenden Phase automatisch gleichzeitig oder nacheinander schaltbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei dem das Schutz- und Steuergerät (6) zur Einleitung eines Doppelerdschlusses durch Verbinden einer nicht fehlerbehafteten Phase mit dem ersten Widerstand (8) und Trennen der anderen Phasen des Netzes von dem ersten Widerstand (8) durch Schließen bzw. Öffnen der betreffenden Pole des ersten Schalters (7) vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, bei dem das Schutz- und Steuergerät (6) zur Ermittlung einer Leitungslänge zu der Fehlerstelle (F) über den erzeugten Doppelerdschluss anhand der gemessenen Werte der Impedanz am Fußpunkt des ersten Widerstandes (8) und des durch diesen fließenden Stroms vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei dem das Schutz- und Steuergerät (6) zur Erfassen eines eine fehlerbehaftete Phase aufweisenden Kabel-/Freileitungsabgangs (4n) durch das Ansprechen eines in diesen Kabel-/Freileitungsabgang geschalteten Abgangsschutzrelais (5n) vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, bei dem das Schutz- und Steuergerät (6) zur abwechselnden automatischen Aktivierung der zweiten Betriebsart zur Entlastung einer Fehlerstelle (F) und der Einleitung eines Doppelerdschlusses vorgesehen ist, nachdem die die Fehlerstelle (F) aufweisende Phase mit der ersten Betriebsart erfasst wurde.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, zur Anwendung in einem isolierten Mittelspannungsnetz, wobei der erste Widerstand (8) einen Wert im Bereich zwischen etwa 4 und etwa 8 Ohm aufweist.