DE102013202868C5

DE102013202868C5 - Fault and / or load detection device for a low or high voltage system

Info

Publication number: DE102013202868C5
Application number: DE102013202868.7A
Authority: DE
Inventors: Gunter Kries
Original assignee: Kries Energietechnik & Co KG GmbH; Kries-Energietechnik & Cokg GmbH
Current assignee: Kries Energietechnik & Co Kg De GmbH
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: DE102013202868B4; DE102013202868A1

Abstract

Einrichtung zur Fehler- und/oder Lastflusserfassung für wenigstens ein erstes, mit einer Sammelschiene (1) koppelbares Feld (2, 3) einer Nieder- oder Hochspannungsanlage, mit- einer Strommessanordnung zur Messung eines elektrischen Stroms in dem wenigstens einen ersten Feld (2, 3), die einen Strommesswandler (10, 11) beinhaltet,- einer Spannungsmessanordnung zur Messung einer elektrischen Spannung in dem wenigstens einen ersten Feld (2, 3), die eine kapazitive Spannungsmessvorrichtung (12, 13) beinhaltet, und- einer Auswertevorrichtung (15) zur Ermittlung eines elektrischen Fehlers und/oder eines feldbezogenen Lastflusses anhand von Strommessinformationen der Strommessanordnung und Spannungsmessinformationen der Spannungsmessanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass- die Spannungsmessanordnung einen Messwandler (14) mit einer Referenz-Spannungsmessvorrichtung aufweist, die auf eine höhere Messgenauigkeit ausgelegt ist als die kapazitive Spannungsmessvorrichtung (12, 13) und deren Messstelle sich in einem anderen, zweiten Feld (4) befindet, und- die Auswertevorrichtung (15) dafür ausgelegt ist, zur Fehler- und/oder Lastflussermittlung für das wenigstens eine erste Feld (2, 3) eine von der Referenz-Spannungsmessvorrichtung gewonnene Referenz-Spannung als direkte Spannungsmessinformation für das wenigstens eine erste Feld (2, 3) oder zur Kalibrierung einer von der kapazitiven Spannungsmessvorrichtung (12, 13) des wenigstens einen ersten Feldes (2, 3) gewonnenen Spannungsmessinformation heranzuziehen, wobei die Referenz-Spannung zu einem Zeitpunkt gewonnen ist, zu dem das wenigstens eine erste Feld (2, 3) mit der Messstelle der Referenz-Spannungsmessvorrichtung galvanisch in Verbindung steht.Device for fault and / or load flow detection for at least one first field (2, 3) of a low or high voltage installation that can be coupled to a busbar (1), with a current measuring arrangement for measuring an electrical current in the at least one first field (2, 3), which contains a current transducer (10, 11), - a voltage measuring arrangement for measuring an electrical voltage in the at least one first field (2, 3), which contains a capacitive voltage measuring device (12, 13), and - an evaluation device (15 ) for determining an electrical fault and / or a field-related load flow based on current measurement information from the current measurement system and voltage measurement information from the voltage measurement system, characterized in that the voltage measurement system has a measurement transducer (14) with a reference voltage measurement device which is designed for a higher measurement accuracy than the capacitive voltage measuring device (12, 13) and its measuring device lle is located in another, second field (4), and the evaluation device (15) is designed to provide a reference obtained from the reference voltage measuring device for error and / or load flow determination for the at least one first field (2, 3) Voltage as direct voltage measurement information for the at least one first field (2, 3) or to calibrate one of the capacitive voltage measuring device (12, 13) of the at least one first field (2, 3) obtained voltage measurement information, the reference voltage to a Time is obtained at which the at least one first field (2, 3) is galvanically connected to the measuring point of the reference voltage measuring device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fehler- und/oder Lastflusserfassung für wenigstens ein erstes, mit einer Sammelschiene koppelbares Feld einer Nieder- oder Hochspannungsanlage. Als Feld ist hierbei wie üblich ein Anschluss, typischerweise ein dreiphasiger Kabelanschluss, an die Sammelschiene zu verstehen, wobei die Ankopplung an die Sammelschiene z.B. über einen dreiphasigen Schalter erfolgt. Die Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung weist hierzu eine Strommessanordnung zur Strommessung in dem Feld, eine Spannungsmessanordnung zur Spannungsmessung in dem Feld und eine Auswertevorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Fehlers und/oder eines feldbezogenen Lastflusses, d.h. des in diesem Feld vorliegenden Lastflusses, anhand von Strommessinformationen der Strommessanordnung und von Spannungsmessinformationen der Spannungsmessanordnung auf. Unter dem Begriff Lastflusserfassung wird in diesem Zusammenhang die Ermittlung aller elektrischen Größen verstanden, die den Lastfluss bestimmen. Dies umfasst die Messung der zugehörigen elektrischen Ströme und Spannungen. Alle anderen elektrischen Größen, die in diesem Zusammenhang von Bedeutung sind, wie elektrische Leistung, Blindleistung, Phasenwinkel und Oberwellen, lassen sich aus den Basisgrößen Strom und Spannung ermitteln. Zusätzlich oder alternativ zu dieser Lastflussbestimmung ist die vorliegende Einrichtung auf die Erfassung elektrischer Fehler ausgelegt, wie einpoligen Fehlern in Form von Erdschlüssen und Erdkurzschlüssen sowie mehrpoligen Fehlern in Form entsprechender Kurzschlüsse. Diese Fehlererfassung kann eine selektive Erfassung der Fehlerrichtung umfassen. Für die Fehlererfassung kann z.B. die Erfassung von transienten Strömen und Spannungen, wie sie bei derartigen elektrischen Fehlern typisch auftreten, durch eine entsprechend höherfrequente Signalabtastung vorgesehen sein.The invention relates to a device for fault and / or load flow detection for at least one first field of a low or high voltage installation that can be coupled to a busbar. As usual, a field is to be understood here as a connection, typically a three-phase cable connection, to the busbar, with the coupling to the busbar e.g. via a three-phase switch. For this purpose, the fault and / or load flow detection device has a current measuring arrangement for current measurement in the field, a voltage measuring arrangement for voltage measurement in the field and an evaluation device for determining an electrical fault and / or a field-related load flow, ie the load flow present in this field, based on current measurement information the current measuring arrangement and voltage measuring information of the voltage measuring arrangement. In this context, the term load flow detection is understood to mean the determination of all electrical quantities that determine the load flow. This includes the measurement of the associated electrical currents and voltages. All other electrical quantities that are important in this context, such as electrical power, reactive power, phase angle and harmonics, can be determined from the basic quantities of current and voltage. In addition or as an alternative to this load flow determination, the present device is designed for the detection of electrical faults, such as single-pole faults in the form of earth faults and earth faults, and multi-pole faults in the form of corresponding short circuits. This error detection can include a selective detection of the direction of the error. For fault detection, for example, the detection of transient currents and voltages, as they typically occur with such electrical faults, can be provided by means of a correspondingly higher-frequency signal sampling.

Derartige Einrichtungen werden insbesondere zur Fehler- und/oder Lastflusserfassung in Verteilnetzstationen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes verwendet, die typisch von einem Umspannwerk gespeist werden. Dabei ist meist eine Vielzahl von Verteilnetzstationen in offenen oder geschlossenen Ringkonfigurationen oder in Stichleitungskonfigurationen an das Umspannwerk bzw. dessen Einspeiseabgänge gekoppelt. Bei den Verteilnetzstationen kann es sich z.B. um Ortsnetzstationen handeln, mit deren Sammelschiene eine zuführende und ggf. eine weiterführende Verteilnetzleitung sowie ein kundenseitiger Abgang mit einem Ortsnetztransformator zur Transformation von Hochspannung in Niederspannung koppelbar sind. Unter Hochspannung wird dabei vorliegend sowohl der Hochspannungsbereich im engeren Sinn als auch der sogenannte Mittelspannungsbereich verstanden, wie im Fachwissen bekannt. Es kann sich insbesondere um eine kombinierte Fehler- und Lastflusserfassungseinrichtung handeln, die sowohl im Fehlerfall als auch im normalen Lastflussfall die Ströme und Spannungen auswerten kann. In alternativen Ausprägungen ist die Einrichtung nur zur Fehlererfassung oder nur zur Lastflusserfassung ausgelegt.Such devices are used in particular for fault and / or load flow detection in distribution network stations of an electrical power supply network, which are typically fed by a substation. In most cases, a large number of distribution network stations are coupled to the substation or its feed outlets in open or closed ring configurations or in stub line configurations. The distribution network stations can be local network stations, for example, with the busbar of which a supplying and, if necessary, a further distribution network line as well as a customer-side outlet can be coupled to a local network transformer for transforming high voltage into low voltage. In the present case, high voltage is understood to mean both the high voltage range in the narrower sense and the so-called medium voltage range, as is known in specialist knowledge. In particular, it can be a combined fault and load flow detection device that can evaluate the currents and voltages both in the event of a fault and in the normal load flow case. In alternative forms, the device is designed only for fault detection or only for load flow detection.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2011 075 353 A1 ist eine entsprechende Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung für Verteilnetzstationen beschrieben, die eine der jeweiligen Verteilnetzstation lokal zugeordnete Messeinrichtung zur Erfassung einer eingangsseitigen Lastflussinformation und einer ausgangsseitigen Lastflussinformation aufweist. Abhängig von den erfassten Lastflussinformationen können Fehler erkannt und lokalisiert und Lastschalter geeignet angesteuert werden, um fehlerbehaftete Netzabschnitte gezielt abzutrennen. Zur Lastflusserfassung beinhaltet die Messeinrichtung je eine Strommessvorrichtung und eine Spannungsmessvorrichtung an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite der Verteilnetzstation phasenselektiv für jede der drei Phasen eines üblicherweise dreiphasig ausgeführten Hochspannungssystems.In the Offenlegungsschrift DE 10 2011 075 353 A1 a corresponding error and / or load flow detection device for distribution network stations is described, which has a measuring device assigned locally to the respective distribution network station for detecting input-side load flow information and output-side load flow information. Depending on the recorded load flow information, errors can be detected and localized and load switches can be controlled appropriately in order to isolate faulty network sections in a targeted manner. To record the load flow, the measuring device contains a current measuring device and a voltage measuring device on the input side and on the output side of the distribution network station, phase-selective for each of the three phases of a high-voltage system, which is usually designed as three-phase.

In der Patentschrift US 2.480.881 ist eine Schaltungsanordnung zur Kalibrierung von kapazitiven Spannungsmesseinrichtungen, wie sie in Hochspannungsanlagen eingesetzt werden, offenbart, die keine Unterbrechung der Leistungsversorgung erforderlich machen soll, wobei von einer Referenz-spannung Gebrauch gemacht wird, die von einer Niederspannungsseite eines Transformators abgeleitet wird.In the patent specification U.S. 2,480,881 a circuit arrangement for calibrating capacitive voltage measuring devices, as used in high-voltage systems, is disclosed, which should not require an interruption of the power supply, using a reference voltage derived from a low-voltage side of a transformer.

In der Patentschrift US 5.821.742 ist ein computergestütztes, tragbares Testgerät für Elektrizitäts-Zählgeräte offenbart, das Handhabungsverbesserungen gegenüber herkömmlichen manuellen Testgeräten bringen soll.In the patent specification U.S. 5,821,742 A computerized, portable test device for electricity metering devices is disclosed which is intended to bring handling improvements over conventional manual test devices.

Die Patentschrift EP 1 459 082 B1 offenbart ein Verfahren zur Online-Kalibrierung von Spannungssensoren in einer Schaltanlage, die einen Leistungsschalter, einen ersten Spannungssensor auf Sammuelschienen-Niveau, einen zweiten Spannungssensor auf einer der Seiten des Leistungsschalters, einen Kommunikationsbus und je eine intelligente elektronische Verarbeitungseinheit aufweist, von denen einer das Messignal des auf höhere Genanigkeit auslegten ersten Spannungssensors und der oder den anderen das Messsignal des zweiten Spannungssensors zugeführt ist und die mit einan der über einen Kommunikationsbus in Informations verbindung stehen. Die Information über eine Messung des ersten Spannungssensors Kann über den Kommunikationsbus von der einen zur anderen intelligenten elektronischen Verarbeitungseinheit übertragen werden, um den zweiten Spannungssensor zu Kalibrieren.The patent specification EP 1 459 082 B1 discloses a method for online calibration of voltage sensors in a switchgear, which has a circuit breaker, a first voltage sensor at busbar level, a second voltage sensor on one of the sides of the circuit breaker, a communication bus and an intelligent electronic processing unit each, one of which is the measurement signal the first voltage sensor, which is designed for greater accuracy, and the one or more the measurement signal of the second voltage sensor is supplied and which are in information connection with one another via a communication bus. The information about a measurement of the first voltage sensor can be sent via the communication bus from one to the other intelligent electronic Processing unit are transmitted to calibrate the second voltage sensor.

Was die Genauigkeit der Strom- und Spannungsmessungen an solchen Hochspannungsanlagen angeht, sind präzise Messungen der elektrischen Ströme mittels hierfür bekannter Stromwandler mit relativ geringem Aufwand problemlos möglich. Schwieriger ist dies hinsichtlich der Spannungsmessungen. Die hierfür in entsprechenden Spannungsmessanordnungen typischerweise verwendeten kapazitiven Spannungsteiler sind zwar mit geringem Aufwand implementierbar, sie besitzen jedoch in der Regel keine sehr hohe Messgenauigkeit. Herkömmliche Maßnahmen, diesem Umstand mit einer zusätzlichen Kalibrierung der Auswertevorrichtung zu begegnen, sind vergleichsweise aufwändig, in der Betriebspraxis nicht immer zu realisieren und anfällig für Handhabungsfehler.As far as the accuracy of the current and voltage measurements on such high-voltage systems is concerned, precise measurements of the electrical currents by means of current transformers known for this purpose are possible without any problems with relatively little effort. This is more difficult with regard to the voltage measurements. The capacitive voltage dividers typically used for this in corresponding voltage measuring arrangements can be implemented with little effort, but they generally do not have a very high measuring accuracy. Conventional measures to counter this circumstance with an additional calibration of the evaluation device are comparatively complex, cannot always be implemented in practice and are prone to handling errors.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die eine feldbezogene Lastflusserfassung und/oder Fehlererfassung mit relativ hoher Genauigkeit bei relativ geringem Aufwand ermöglicht.The technical problem underlying the invention is the provision of a fault and / or load flow detection device of the type mentioned at the beginning, which enables field-related load flow detection and / or fault detection with relatively high accuracy and relatively little effort.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Lastflusserfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung weist die Spannungsmessanordnung einen Messwandler mit einer Referenz-Spannungsmessvorrichtung auf, die auf eine höhere Messgenauigkeit ausgelegt ist als die üblicherweise verwendeten kapazitiven Spannungsmessvorrichtungen und deren Messstelle sich in einem anderen, zweiten Feld befindet. Beispielsweise kann die Messgenauigkeit der Referenz-Spannungsmessvorrichtung um mindestens den Faktor fünf höher sein als diejenige üblicher kapazitiver Spannungsmessvorrichtungen. Die Auswertevorrichtung ist dafür ausgelegt, die von der Referenz-Spannungsmessvorrichtung gewonnene Referenz-Spannung als direkte Spannungsmessinformation für dieses Feld oder zur Kalibrierung einer Spannungsmessinformation heranzuziehen, die von einer kapazitiven Spannungsmessvorrichtung gewonnen wird, mit der dieses Feld ausgerüstet sein kann. Die Referenz-Spannung wird zu einem Zeitpunkt gewonnen, zu dem das nicht mit der Referenz-Spannungsmessvorrichtung ausgerüstete erste Feld mit der Messstelle der Referenz-Spannungsmessvorrichtung galvanisch in Verbindung steht.The invention solves this problem by providing a load flow detection device with the features of claim 1. In this fault and / or load flow detection device, the voltage measuring arrangement has a transducer with a reference voltage measuring device which is designed for a higher measuring accuracy than the capacitive voltage measuring devices commonly used and whose measuring point is in a different, second field. For example, the measuring accuracy of the reference voltage measuring device can be at least a factor of five higher than that of conventional capacitive voltage measuring devices. The evaluation device is designed to use the reference voltage obtained from the reference voltage measurement device as direct voltage measurement information for this field or to calibrate voltage measurement information obtained from a capacitive voltage measurement device with which this field can be equipped. The reference voltage is obtained at a point in time at which the first field, which is not equipped with the reference voltage measuring device, is galvanically connected to the measuring point of the reference voltage measuring device.

Die Erfindung kombiniert auf diese Weise die durch die Referenz-Spannungsmessvorrichtung erzielbare, vergleichsweise hohe Messgenauigkeit mit der aufwandreduzierenden Maßnahme, nicht für alle Felder eine Spannungsmessvorrichtung mit derart hoher Messgenauigkeit zu benötigen. Dazu wird die Referenz-Spannung der Referenz-Spannungsmessvorrichtung zur Spannungsermittlung für ein oder mehrere erste Felder genutzt, die lediglich mit einer kapazitiven Spannungsmessvorrichtung ausgerüstet sind oder denen gar keine eigene Spannungsmessvorrichtung zugeordnet ist. Durch die Gewinnung der Referenz-Spannung zu einem Zeitpunkt, zu dem das nicht mit der Referenz-Spannungsmessvorrichtung ausgerüstete Feld mit der Messstelle der Referenz-Spannungsmessvorrichtung galvanisch in Verbindung steht, ist gewährleistet, dass die Referenz-Spannung zu diesem Zeitpunkt genau die Spannung für das nicht mit der Referenz-Spannungsmessvorrichtung ausgerüstete Feld repräsentiert. Folglich kann die Referenz-Spannung direkt zur Fehler- und/oder Lastflussermittlung für dieses Feld in diesem Zeitpunkt oder zur Kalibrierung einer kapazitiven Spannungsmessvorrichtung dieses Feldes genutzt werden, um auf diese Weise mit relativ geringem Aufwand für dieses Feld eine hohe Genauigkeit der Fehler- und/oder Lastflussermittlung bereitzustellen.In this way, the invention combines the comparatively high measuring accuracy that can be achieved by the reference voltage measuring device with the cost-reducing measure of not requiring a voltage measuring device with such high measuring accuracy for all fields. For this purpose, the reference voltage of the reference voltage measuring device is used to determine the voltage for one or more first fields which are only equipped with a capacitive voltage measuring device or to which no voltage measuring device of their own is assigned at all. By obtaining the reference voltage at a point in time at which the field not equipped with the reference voltage measuring device is galvanically connected to the measuring point of the reference voltage measuring device, it is ensured that the reference voltage at this point in time is exactly the voltage for the represents the field not equipped with the reference voltage measuring device. As a result, the reference voltage can be used directly to determine the error and / or load flow for this field at this point in time or to calibrate a capacitive voltage measuring device for this field, in order in this way with relatively little effort for this field, a high accuracy of the error and / or to provide load flow determination.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Spannungsmessanordnung genau eine Referenz-Spannungsmessvorrichtung auf, die einem der Felder zugeordnet ist, während für weitere Felder keine oder nur eine kapazitive Spannungsmessvorrichtung vorgesehen ist. Dies minimiert den Implementierungsaufwand für die Spannungsmessanordnung, ohne dass dadurch die Genauigkeit der Spannungsmessungen für die individuelle Fehler- und/oder Lastflussermittlung für jedes Feld beeinträchtigt wird.In an advantageous development of the invention, the voltage measuring arrangement has precisely one reference voltage measuring device which is assigned to one of the fields, while no or only one capacitive voltage measuring device is provided for other fields. This minimizes the implementation effort for the voltage measuring arrangement without the accuracy of the voltage measurements for the individual error and / or load flow determination for each field being impaired.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Messwandler zur zusätzlichen Strommessung an dem anderen, zweiten Feld eingerichtet, oder dem zweiten Feld ist ein gegenüber diesem Messwandler separater Strommesswandler oder kein Strommesswandler zugeordnet. Diese Maßnahme ist angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall vorteilhaft.In a further development of the invention, the measuring transducer is set up for additional current measurement on the other, second field, or a current measuring transducer, which is separate from this measuring transducer, or no current measuring transducer is assigned to the second field. This measure is advantageous adapted to the respective application.

In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Referenz-Spannungsmessvorrichtung einen induktiven Spannungswandler oder eine Spannungsmesseinheit mit ohmschem Teiler. Derartige Realisierungen von Spannungsmessvorrichtungen sind für ihre gegenüber kapazitiven Spannungsmessvorrichtungen höhere erzielbare Messgenauigkeit an sich bekannt und können vorteilhaft für die vorliegende Referenz-Spannungsmessvorrichtung verwendet werden.In a further development of the invention, the reference voltage measuring device contains an inductive voltage converter or a voltage measuring unit with an ohmic divider. Such implementations of voltage measuring devices are known per se for their higher achievable measuring accuracy compared to capacitive voltage measuring devices and can advantageously be used for the present reference voltage measuring device.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Referenz-Spannungsmessvorrichtung von einer Spannungsmesseinheit an einer Abgangsseite einer Ortsnetztrafostation gebildet. Dies ist besonders zur Anwendung in Systemen vorteilhaft, bei denen eine entsprechende Ortsnetztrafostation ohnehin mit einer derartigen Spannungsmesseinheit relativ hoher Messgenauigkeit ausgerüstet sein soll.In a further development of the invention, the reference voltage measuring device is formed by a voltage measuring unit on an output side of a local network transformer station. This is particularly advantageous for use in systems in which a corresponding local network transformer station is already included such a voltage measuring unit should be equipped with a relatively high measuring accuracy.

In einer Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Auswertevorrichtung Mittel zur automatischen oder manuell auslösbaren Kalibrierung der von einer jeweiligen kapazitiven Spannungsmessvorrichtung gewonnenen Spannungsmessinformation durch die von der Referenz-Spannungsmessvorrichtung gewonnene Referenz-Spannung. Die Auswertevorrichtung ist dadurch in der Lage, entsprechende Kalibriervorgänge automatisch oder manuell durch einen Systemnutzer auslösbar durchzuführen.In a further development of the invention, the evaluation device contains means for automatically or manually triggered calibration of the voltage measurement information obtained from a respective capacitive voltage measurement device by means of the reference voltage obtained from the reference voltage measurement device. As a result, the evaluation device is able to carry out corresponding calibration processes automatically or manually, which can be triggered by a system user.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are shown in the drawing and are described below.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer Verteilnetzstation einer Hochspannungsanlage mit erfindungsgemäßer Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung.The single figure shows a circuit diagram of a distribution network station of a high-voltage installation with a fault and / or load flow detection device according to the invention.

Die in der Figur gezeigte Verteilnetzstation fungiert als eine Ortsnetztrafostation, kurz Ortsnetzstation, und beinhaltet in üblicher Weise eine Sammelschiene 1 mit einem Ringkabeleingang 2, einem Ringkabelausgang 3 und einem Kundenabgang 4. Der Ringkabeleingang 2 und der Ringkabelausgang 3 sind Teil einer üblichen Ringleitung, die von einem Umspannwerk gespeist wird und an die in nicht gezeigter Weise weitere Verteilnetzstationen angekoppelt sein können. Alle drei Abzweige 2, 3, 4 sind über je einen Lastschalter 5, 6, 7 trennbar mit der Sammelschiene 1 verbunden. Der Kundenabgang 4 führt zu einem Ortsnetztransformator 8, von dem eine Versorgungsleitung 9 abführt, über die angeschlossene Verbraucher z.B. innerhalb eines Ortsnetzes mit elektrischer Energie versorgt werden.The distribution network station shown in the figure functions as a local network transformer station, or local network station for short, and usually includes a busbar 1 with a ring cable entry 2 , a ring cable outlet 3 and a customer departure 4th . The ring cable entry 2 and the ring cable outlet 3 are part of a conventional ring line that is fed by a substation and to which further distribution network stations can be coupled in a manner not shown. All three branches 2 , 3 , 4th are each via a load switch 5 , 6th , 7th separable with the busbar 1 tied together. The customer departure 4th leads to a local network transformer 8th , one of which is a supply line 9 dissipates, via which connected consumers are supplied with electrical energy, for example within a local network.

Jeder der drei Abzweige 2, 3, 4 bildet ein Feld der Ortsnetztrafostation, wobei die zugehörigen Hochspannungskabel in üblicher Weise zur dreiphasigen Strom-/Spannungsführung ausgeführt sind. Der Einfachkeit halber ist die Darstellung in der Figur einphasig gehalten.Each of the three branches 2 , 3 , 4th forms a field of the local network transformer station, the associated high-voltage cables being designed in the usual way for three-phase current / voltage supply. For the sake of simplicity, the representation in the figure is kept single-phase.

Die gezeigte Ortsnetzstation mit dem wie oben erläutert herkömmlichen Aufbau weist eine erfindungsgemäße Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung zur feldbezogenen Fehler- und/oder Lastflusserfassung auf. Die Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung umfasst eine Strommessanordnung zur elektrischen Strommessung und eine Spannungsmessanordnung zur elektrischen Spannungsmessung. Die Strommessanordnung beinhaltet einen Strommesswandler 10 zur Strommessung am Feld 2 sowie einen Strommesswandler 11 zur Strommessung am Feld 3. Die Spannungsmessanordnung beinhaltet eine kapazitive Spannungsmessvorrichtung 12 zur Spannungsmessung am Feld 2 und eine kapazitive Spannungsmessvorrichtung 13 zur Spannungsmessung am Feld 3. Dem als Kundenabgang fungierenden Feld 4 ist ein hochpräziser Messwandler 14 zugeordnet, der zur Spannungsmessung mit einer höheren Messgenauigkeit als die kapazitiven Spannungsmessvorrichtungen 12, 13 ausgelegt ist. Er kann außerdem zur präzisen Strommessung am Feld 4 ausgelegt sein. Alternativ ist dem Feld 4 ein separater Strommesswandler zugeordnet. In einer anderen alternativen Ausführungsform bleibt das Feld 4 ohne Strommesswandler.The local network station shown with the conventional structure as explained above has a fault and / or load flow detection device according to the invention for field-related fault and / or load flow detection. The fault and / or load flow detection device comprises a current measuring arrangement for measuring electrical current and a voltage measuring arrangement for measuring electrical voltage. The current measuring arrangement includes a current measuring transducer 10 for current measurement in the field 2 as well as a current transducer 11 for current measurement in the field 3 . The voltage measuring arrangement includes a capacitive voltage measuring device 12th for voltage measurement in the field 2 and a capacitive voltage measuring device 13th for voltage measurement in the field 3 . The field acting as the customer exit 4th is a high-precision transducer 14th assigned to the voltage measurement with a higher measurement accuracy than the capacitive voltage measuring devices 12th , 13th is designed. It can also be used for precise current measurement in the field 4th be designed. Alternatively, the field 4th a separate current transducer is assigned. In another alternative embodiment, the field remains 4th without current transducer.

Die kapazitiven Spannungsmessvorrichtungen 12, 13 und die Strommesswandler 10, 11 sind von einem herkömmlichen Aufbau, was daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Gleiches gilt für den hochpräzisen Messwandler 14. Dieser kann beispielsweise von einem marktüblichen induktiven Spannungswandler gebildet sein, wie er u. a. von den Firmen Ritz, Zelisko und Alce in verschiedenen Varianten auf dem Markt ist. Solche induktiven Spannungswandler weisen z.B. eine Übersetzung von 20 kV/100V oder 10kV/100V auf.The capacitive voltage measuring devices 12th , 13th and the current transducers 10 , 11 are of a conventional construction, which therefore does not require any further explanation here. The same applies to the high-precision transducer 14th . This can be formed, for example, by a commercially available inductive voltage converter such as is available on the market in various versions from, among others, the companies Ritz, Zelisko and Alce. Such inductive voltage converters have, for example, a translation of 20 kV / 100V or 10kV / 100V.

Des Weiteren beinhaltet die Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung eine Auswertevorrichtung 15 mit einem Auswerteteil 15a, dem an je einem Eingang ein Ausgangsmesssignal des jeweiligen Strommesswandlers 10, 11 und der jeweiligen kapazitiven Spannungsmessvorrichtung 12, 13 zugeführt ist. Des Weiteren empfängt die Auswertevorrichtung 15 ein Ausgangsmesssignal des hochpräzisen Messwandlers 14 über einen eigenen Messsignalpfad an einem Referenzsignal-Eingangsteil 15b, dessen Ausgangssignal wiederum dem Auswerteteil 15a zugeführt wird.Furthermore, the fault and / or load flow detection device contains an evaluation device 15th with an evaluation part 15a , to which an output measuring signal of the respective current transducer at each input 10 , 11 and the respective capacitive voltage measuring device 12th , 13th is fed. The evaluation device also receives 15th an output measurement signal from the high-precision transducer 14th via its own measurement signal path on a reference signal input section 15b , its output signal in turn to the evaluation part 15a is fed.

Mit dieser Implementierung ist die Auswertevorrichtung 15 dafür ausgelegt, als Spannungsmessinformation für das jeweilige Ringleitungs-Feld 2, 3 nicht direkt die von deren kapazitiver Spannungsmessvorrichtung 12, 13 am betreffenden Feld 2, 3 gewonnene Spannungsmessinformation zu benutzen, sondern dafür eine vom hochgenauen Messwandler 14 gelieferte Spannungsinformation als eine Referenz heranzuziehen. Dies kann je nach Bedarf und Implementierung die Maßnahme beinhalten, diese vom hochgenauen Messwandler 14 als einem Referenz-Messwandler gelieferte Referenz-Spannungsinformation direkt als Spannungsinformation zur Fehler- und/oder Lastflussermittlung für das jeweilige Ringleitungs-Feld 2, 3 anstelle der von deren kapazitiver Spannungsmessvorrichtung gelieferten Spannungsinformation oder zur Kalibrierung dieser von der kapazitiven Spannungsmessvorrichtung gelieferten Spannungsinformation einzusetzen.With this implementation is the evaluation device 15th designed as voltage measurement information for the respective ring line field 2 , 3 not directly from their capacitive voltage measuring device 12th , 13th at the relevant field 2 , 3 to use the voltage measurement information obtained, but instead one from the high-precision transducer 14th to use supplied voltage information as a reference. Depending on requirements and implementation, this can include the measure, this from the high-precision transducer 14th Reference voltage information supplied as a reference transducer directly as voltage information for error and / or load flow determination for the respective ring line field 2 , 3 instead of the voltage information supplied by its capacitive voltage measuring device or for calibrating this voltage information supplied by the capacitive voltage measuring device.

In jedem Fall wird hierfür die Referenz-Spannungsinformation vom hochgenauen Messwandler 14 zu einem Zeitpunkt gewonnen, zu dem sowohl dessen Kundenabgangs-Feld 4 über den Lastschalter 7 als auch das betreffende Ringleitungs-Feld 2, 3 über den zugehörigen Lastschalter 5, 6 leitend mit der Sammelschiene 1 verbunden sind, so dass eine galvanische Verbindung zwischen der Messstelle des hochpräzisen Messwandlers 14 im Kundenabgangs-Feld 4 und dem Feld 2, 3 gegeben ist, das nicht über einen hochpräzisen Spannungsmesswandler verfügt, sondern allenfalls über die zugeordnete kapazitive Spannungsmessvorrichtung 12, 13, und dessen Lastfluss bestimmt werden soll und/oder das auf Fehler überwacht werden soll. Die galvanische Verbindung stellt sicher, dass die vom hochgenauen Messwandler 14 im Feld 4 gemessene Referenz-Spannung gleich der Spannung an dem anderen Feld 2, 3 ist, dessen Lastfluss zu bestimmen ist bzw. das auf auftretende Fehler zu überwachen ist.In any case, the reference voltage information from the high-precision transducer is used for this purpose 14th won at a time when both its customer exit field 4th via the load switch 7th as well as the relevant ring line field 2 , 3 via the associated load switch 5 , 6th conductive with the busbar 1 are connected, so that a galvanic connection between the measuring point of the high-precision transducer 14th in the customer exit field 4th and the field 2 , 3 is given, which does not have a high-precision voltage transducer, but at most the associated capacitive voltage measuring device 12th , 13th , and whose load flow is to be determined and / or which is to be monitored for errors. The galvanic connection ensures that the high-precision transducer 14th in The Field 4th measured reference voltage equal to the voltage on the other field 2 , 3 is the load flow of which is to be determined or which errors are to be monitored.

Wenn das andere Feld 2, 3 über die kapazitive Spannungsmessvorrichtung 12, 13 verfügt, kann die von dieser zu diesem Zeitpunkt gelieferte Spannungsinformation von der Auswertevorrichtung 15 unter Zuhilfenahme der Referenz-Spannung vom hochgenauen Messwandler 14 kalibriert werden. Dazu weist die Auswertevorrichtung 15 in der entsprechenden Implementierung geeignete Mittel auf, um einen solchen Kalibriervorgang automatisch zu starten oder eine manuelle Auslösung durch einen Systemnutzer zu ermöglichen. Solche Mittel sind Fachwissen und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. Sie umfassen einen geeigneten, typisch in Software implementierten Kalibrieralgorithmus und zugehörige Initialisierungsmittel, im Fall der manuellen Auslösbarkeit u.a. eine entsprechende Kalibriertaste.If the other field 2 , 3 via the capacitive voltage measuring device 12th , 13th the voltage information supplied by it at this point in time can be obtained from the evaluation device 15th with the help of the reference voltage from the high-precision transducer 14th be calibrated. To this end, the evaluation device 15th suitable means in the corresponding implementation to start such a calibration process automatically or to enable manual triggering by a system user. Such means are specialist knowledge and therefore do not require any further explanation here. They include a suitable calibration algorithm, typically implemented in software, and associated initialization means, in the case of manual triggering, inter alia, a corresponding calibration button.

Durch diesen Kalibriervorgang wird dem von der entsprechenden kapazitiven Spannungsmessvorrichtung 12, 13 gelieferten Ausgangssignal die Referenz-Spannung vom hochpräzisen Messwandler 14 zugeordnet. Dies legt dann eine neu kalibrierte Messkennlinie für die kapazitive Spannungsmessvorrichtung 12, 13 fest, bei der es sich in diesem Fall praktisch um eine Nullpunktgerade handelt. Der Systemnutzer wird eine manuelle Kalibrierung im Allgemeinen dann anfordern, wenn er weiß, dass die genannten Lastschalter momentan geschlossen sind und die besagte galvanische Verbindung zwischen dem Kundenabgangs-Feld 4 als Referenz-Feld und dem anderen, mit der kapazitiven Spannungsmessvorrichtung 12, 13 ausgerüsteten Feld 2, 3 besteht. Je nach Bedarf und Implementierung kann die Auswertevorrichtung 15 dafür ausgelegt sein, den Schaltzustand der Lastschalter 5, 6, 7 über entsprechende Kontakte direkt oder indirekt über die zugeführten Strom- und Spannungsmesssignale von den verschiedenen Feldern 2, 3, 4 zu erkennen und abhängig davon einen jeweiligen Kalibriervorgang zuzulassen oder selbsttätig einzuleiten.This calibration process is used by the corresponding capacitive voltage measuring device 12th , 13th The output signal supplied is the reference voltage from the high-precision transducer 14th assigned. This then sets a newly calibrated measurement curve for the capacitive voltage measurement device 12th , 13th fixed, which in this case is practically a straight zero point. The system user will generally request a manual calibration when he knows that the aforementioned load switches are currently closed and the aforementioned galvanic connection between the customer exit field 4th as a reference field and the other, with the capacitive voltage measuring device 12th , 13th equipped field 2 , 3 consists. Depending on requirements and implementation, the evaluation device 15th be designed to control the switching status of the load switch 5 , 6th , 7th Via corresponding contacts directly or indirectly via the current and voltage measurement signals supplied from the various fields 2 , 3 , 4th to recognize and, depending on this, to allow a respective calibration process or to initiate it automatically.

Das solchermaßen kalibrierte Messsignal der kapazitiven Spannungsmessvorrichtung 12, 13 kann für das betreffende Feld 2, 3 zur Fehlererkennung und/oder Lastflussbestimmung mit hoher Genauigkeit verwendet werden. Insbesondere ist die damit erzielbare Genauigkeit für das jeweilige Feld 2, 3 deutlich höher als bei Verwendung des unkalibrierten Messsignals der kapazitiven Spannungsmessvorrichtung 12, 13, entsprechend der deutlich höheren Spannungsmessgenauigkeit des hochpräzisen Messwandlers 14 verglichen mit derjenigen der kapazitiven Spannungsmessvorrichtungen 12, 13. Durch Wiederholung des erläuterten Kalibriervorgangs zu geigneten Zeitpunkten, in denen die dafür erforderliche galvanische Verbindung von Referenz-Feld 4 und dem anderen Feld 2, 3 besteht, wie oben erläutert, kann die hohe Genauigkeit der Lastflussermittlung bzw. Fehlererkennung für das jeweilige Feld 2, 3 dauerhaft aufrecht erhalten werden.The measurement signal of the capacitive voltage measuring device calibrated in this way 12th , 13th can for the field in question 2 , 3 can be used for error detection and / or load flow determination with high accuracy. In particular, the accuracy that can be achieved with it is for the respective field 2 , 3 significantly higher than when using the uncalibrated measuring signal of the capacitive voltage measuring device 12th , 13th , corresponding to the significantly higher voltage measurement accuracy of the high-precision transducer 14th compared to that of the capacitive voltage measuring devices 12th , 13th . By repeating the calibration process explained at suitable times in which the necessary galvanic connection of the reference field 4th and the other field 2 , 3 exists, as explained above, the high accuracy of the load flow determination or error detection for the respective field 2 , 3 be maintained permanently.

Wie die obige Beschreibung des exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiels deutlich macht, ermöglicht die Erfindung eine Fehler- und/oder Lastflussermittlung für wenigstens ein Feld 2, 3 mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit, ohne dass hierfür dieses Feld 2, 3 selbst mit einer Spannungsmessvorrichtung entsprechend hoher Messgenauigkeit ausgerüstet ist. Die Auswertevorrichtung 15 benutzt ein Referenz-Spannungsmesssignal vergleichsweise hoher Genauigkeit, das von einem außerhalb des betrachteten Feldes 2, 3 angeordneten Spannungsmesswandler 14 geliefert wird, der die gewünschte hohe Messdes betrachteten Feldes 2, 3 oder bevorzugt dazu, mit diesem Referenz-Spannungsmesssignal ein Spannungsmesssignal zu kalibrieren, das von einer dem betrachteten Feld 2, 3 zugeordneten Spannungsmessvorrichtung 12, 13 niedrigerer Messgenauigkeit gewonnen wird.As the above description of the exemplary embodiment shown makes it clear, the invention enables error and / or load flow determination for at least one field 2 , 3 with a comparatively high level of accuracy, without this field being used 2 , 3 itself is equipped with a voltage measuring device with a correspondingly high measurement accuracy. The evaluation device 15th uses a reference voltage measurement signal of comparatively high accuracy, that of an outside of the considered field 2 , 3 arranged voltage transducer 14th which is the desired high measurement of the field under consideration 2 , 3 or preferably to use this reference voltage measurement signal to calibrate a voltage measurement signal from one of the field under consideration 2 , 3 associated voltage measuring device 12th , 13th lower measurement accuracy is obtained.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der hochgenaue Referenz-Messwandler 14 einem der im System vorhandenen Felder 2, 3, 4 zugeordnet, hier dem Kundenabgangs-Feld 4. In alternativen Ausführungsformen ist er einem der anderen Felder zugeordnet, wie einem der Ringleitungs-Felder 2, 3.In the exemplary embodiment shown, the high-precision reference transducer is used 14th one of the fields available in the system 2 , 3 , 4th assigned, here to the customer exit field 4th . In alternative embodiments, it is assigned to one of the other fields, such as one of the ring line fields 2 , 3 .

Insbesondere für die an das Verteilnetz angekoppelten Ringleitungs-Felder 2, 3 ist es wünschenswert, den über deren Kabel fließenden Lastfluss zu bestimmen, beispielsweise um deren Belastung zu ermitteln, und/oder selbige auf auftretende elektrische. Fehler zu überwachen und deren Entfernung im System erkennen zu können. Die Auswertevorrichtung 15 ist mit ihrem Auswerteteil 15a geeignet in an sich bekannter Weise für diese Fehler- und/oder Lastflusserfassung ausgelegt, was daher hier keiner näheren Erläuterungen bedarf. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann die Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung nur zur Fehlererfassung, nur zur Lastflusserfassung oder sowohl zur Fehler- als auch zur Lastflusserfassung für ein jeweiliges Feld ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung ermöglicht dies jeweils mit vergleichsweise hoher Genauigkeit, insbesondere durch Verwendung einer sehr genauen Spannungsmessinformation. Häufig kann das Kundenabgangs-Feld 4 ohne eigenen Strommesswandler bleiben, da der Laststrom im Lastflusspfad des Kundenabgangs-Feldes 4 über die Knotenpunktregel aus den für die übrigen Felder 2, 3 bestimmten Lastströmen berechnet werden kann. In manchen Fällen ist zudem keine Lastflussermittlung für das Kundenabgang-Feld 4 erforderlich, so dass auch insoweit kein Strommesswandler für das Kundenabgangs-Feld 4 nötig ist.In particular for the ring line fields connected to the distribution network 2 , 3 it is desirable to determine the load flow flowing over their cables, for example to determine their load, and / or to determine the electrical load that occurs. To monitor errors and to be able to detect their removal in the system. The evaluation device 15th is with its evaluation part 15a suitably designed in a manner known per se for this error and / or load flow detection, which therefore does not require any further explanation here. Depending on the requirements and application, the fault and / or load flow detection device can be designed only for fault detection, only for load flow detection or both for fault and load flow detection for a respective field. The fault and / or load flow detection device according to the invention enables this in each case with a comparatively high degree of accuracy, in particular by using very precise voltage measurement information. Often the customer exit field 4th Remain without their own current measuring transformer, as the load current is in the load flow path of the customer outlet field 4th using the node rule from those for the other fields 2 , 3 certain load currents can be calculated. In some cases, there is also no load flow determination for the customer exit field 4th required, so that no current transducer for the customer outlet field 4th is necessary.

Es versteht sich, dass in weiteren alternativen Ausführungsformen der Erfindung die Fehler- und/oder Lastflusserfassungseinrichtung in Systemen mit mehr als den in der Figur gezeigen drei Feldern verwendet ist, wobei vorzugsweise ein einziger Referenz-Spannungsmesswandler hoher Messgenauigkeit dazu dient, eine hochgenaue Referenz-Spannungsinformation zu liefern, die wie erläutert direkt oder kalibrierend bei der Fehler- und/oder Lastflussermittlung von all denjenigen Feldern herangezogen werden kann, die nicht mit einem so genau messenden Spannungsmesswandler ausgerüstet sind. Die Erfindung kombiniert auf diese vorteilhafte Weise eine in der Verwendung nur eines hochgenauen Spannungsmesswandlers liegende Aufwandminimierung mit einer sehr genauen Lastflussermittlung für eine praktisch beliebige Anzahl von an eine Sammelschiene ankoppelbaren Feldern einer Hochspannungsanlage, wie einer Ortsnetztrafostation oder einer anderen Verteilnetzstation oder Schaltanlage des Systems.It goes without saying that in further alternative embodiments of the invention the fault and / or load flow detection device is used in systems with more than the three fields shown in the figure, a single reference voltage transducer of high measurement accuracy preferably serving to provide highly accurate reference voltage information which, as explained, can be used directly or calibrated in the error and / or load flow determination of all those fields that are not equipped with a voltage transducer that measures so accurately. In this advantageous way, the invention combines a minimization of effort in the use of only one high-precision voltage transducer with a very precise load flow determination for practically any number of fields of a high-voltage installation that can be coupled to a busbar, such as a local network transformer station or another distribution network station or switchgear of the system.

Das System lässt sich sowohl in der Mittel- und Hochspannungsverteilung als auch in der Niederspannungsverteilung einsetzen. Im letztgenannten Fall kann ebenfalls eine genaue Referenzspannungsmessung über z.B. eine ohmsche Spannungsmessung in einem Feld erfolgen, und die anderen Felder brauchen jeweils nur mit einer einfachen kapazitiven Spannungsmessvorrichtung ausgerüstet werden, die über die Referenzspannungsmessung kalibriert werden kann.The system can be used in medium and high voltage distribution as well as in low voltage distribution. In the latter case, an exact reference voltage measurement can also be carried out, for example, by means of an ohmic voltage measurement in one field, and the other fields only need to be equipped with a simple capacitive voltage measuring device that can be calibrated using the reference voltage measurement.

Claims

Device for fault and / or load flow detection for at least one first field (2, 3) of a low or high voltage installation that can be coupled to a busbar (1), with - a current measuring arrangement for measuring an electrical current in the at least one first field (2, 3), which contains a current measuring transformer (10, 11), - a voltage measuring arrangement for measuring an electrical voltage in the at least one first field (2, 3) which contains a capacitive voltage measuring device (12, 13), and - an evaluation device (15 ) to determine an electrical fault and / or a field-related load flow based on current measurement information from the current measurement system and voltage measurement information from the voltage measurement system, characterized in that - the voltage measurement system has a transducer (14) with a reference voltage measurement device which is designed for a higher measurement accuracy than capacitive voltage measuring device (12, 13) and its measurement ssstelle is located in a different, second field (4), and - the evaluation device (15) is designed for error and / or load flow determination for the at least one first field (2, 3) a reference obtained from the reference voltage measuring device Voltage as direct voltage measurement information for the at least one first field (2, 3) or to calibrate one of the capacitive voltage measuring device (12, 13) of the at least one first field (2, 3) obtained voltage measurement information, the reference voltage to a Time is obtained at which the at least one first field (2, 3) is galvanically connected to the measuring point of the reference voltage measuring device.

Error and / or load flow detection device according to Claim 1 , further characterized in that the measuring transducer (14) is set up for additional current measurement on the second field (4) or a current measuring transducer separate from the measuring transducer (14) or no current measuring transducer is assigned to the second field (4).

Error and / or load flow detection device according to Claim 1 or 2 , further characterized in that the reference voltage measuring device includes an inductive voltage converter or a voltage measuring unit with an ohmic divider.

Error and / or load flow detection device according to one of the Claims 1 until 3 , further characterized in that the reference voltage measuring device is formed by a voltage measuring unit on an output side of a local network transformer station.

Error and / or load flow detection device according to one of the Claims 1 until 4th , further characterized in that the evaluation device (15) has means for the automatic or manually triggered calibration of the respective capacitive voltage measuring device (12, 13) on the associated at least one first field (2, 3) obtained voltage measurement information by the reference voltage obtained from the reference voltage measuring device.