DE102014201595A1

DE102014201595A1 - Verfahren zur Kurzunterbrechung und Schutzgerät

Info

Publication number: DE102014201595A1
Application number: DE201410201595
Authority: DE
Inventors: Johann Jäger; Christian Romeis; Mathias Ramold; Jakob Vogelsang
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kurzunterbrechung bei einer mehrere Hochspannungsleiter aufweisenden Hochspannungsleitung, wobei beim Auftreten eines 1-poligen Fehlers mittels eines Schutzgeräts (1) folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bestimmung eines aktuellen Fehlerabstands Δxakt zwischen einem Fehlerort x des Fehlers auf dem mit dem Fehler behafteten Hochspannungsleiter und dem Schutzgerät, b) Erzeugen eines Öffnungssignals zum Öffnen eines Leistungsschalters (8), so dass der Hochspannungsleiter vom Netz getrennt wird, c) Start einer Pausenzeitmessung, d) Messen einer Spannung Ub sowie eines Stroms Ib an den nicht fehlerbehafteten weiteren Hochspannungsleitern, e) Bestimmung, unter Verwendung der gemessenen Spannung Ub sowie des gemessenen Stroms Ib, einer zum aktuellen Fehlerabstand Δxakt korrespondierenden notwendigen Pausenzeit tAWE nach einem vorgegebenen, eine Abhängigkeit der Pausenzeit t vom Fehlerabstand Δx beschreibenden Algorithmus, und f) Erzeugung eines Schließsignals zum Schließen des Leistungsschalters (8) bei Ablauf der notwendigen Pausenzeit tAWE, so dass der Hochspannungsleiter wieder mit dem Netz verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des Schutzes von Hochspannungsleitungen beim Auftreten eines 1-poligen Fehlers.
Wenn beispielsweise der Ast eines Baums einem Hochspannungsleiter einer Hochspannungsleitung zu nahe kommt, kann es insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen dem Ast und dem Hochspannungsleiter kommen. Zur Behebung eines solchen Fehlers wird der betreffende Hochspannungsleiter durch Öffnen zweier an dessen Enden vorgesehener Leistungsschalter vom Netz für eine vorgegebene Pausenzeit getrennt. Man nennt diesen Vorgang Kurzunterbrechung (KU). Während der Kurzunterbrechung soll der Lichtbogen erlöschen. Hinsichtlich des Lichtbogens unterscheidet man den Primär- und den Sekundärlichtbogen. Der Primärlichtbogen brennt während der Fehlerdauer und wird hauptsächlich von dem mit dem Fehler behafteten Hochspannungsleiter mit Energie versorgt. Der Sekundärlichtbogen brennt ab dem Beginn der Pausenzeit. Er wird ausschließlich von den benachbarten fehlerfreien Hochspannungsleitern über induktive und kapazitive Kopplungen mit Energie versorgt.
Die Beseitigung eines Fehlers bei einem Hochspannungsleiter hängt wesentlich von der Länge der Pausenzeit ab. Sie wird fest voreingestellt und beträgt in der Regel 0,4 bis 2 Sekunden. Lange Pausenzeiten begünstigen eine Löschung des Lichtbogens innerhalb der Pausenzeit, gefährden jedoch die transiente Stabilität des Hochspannungsnetzes. Kurze Pausenzeiten führen häufig nicht zu einer Löschung des Lichtbogens und erfordern mitunter eine mehrfache Wiederholung der Kurzunterbrechung.
Zur Verbesserung der Netzstabilität ist bereits vorgeschlagen worden, die Pausenzeit in Abhängigkeit des jeweiligen Fehlers einzustellen. Aus der US 7,317,599 ist es beispielsweise bekannt, die Spannung an dem mit dem Fehler behafteten Hochspannungsleiter zu messen und daraus in Echtzeit den Zeitpunkt zu ermitteln, an dem der Sekundärlichtbogen erlischt. Anschließend wird der Hochspannungsleiter wieder mit dem Netz verbunden. – Zur Ermittlung des Erlöschens des Sekundärlichtbogens ist das Vorsehen einer besonderen technisch aufwändigen Überwachungseinrichtung erforderlich.
Die US 5,805,400 offenbart ein Verfahren zur Einstellung der Pausenzeit, bei dem unter Verwendung neuronaler Netze ein Grenzwert der transienten Netzstabilität ermittelt wird. Der ermittelte Grenzwert gibt die Situation vor dem Auftreten des Fehlers wieder. Die transiente Netzstabilität ändert sich mit Auftreten des Fehlers. Infolgedessen ist das Verfahren nicht besonders genau. Abgesehen davon sind neuronale Netze fehleranfällig und aufwändig.
Die GB 572 709 A offenbart einen automatisch sich wiedereinschaltenden Leistungsschutzschalter mit einer Fehlerantworteinrichtung mit der zonenscharf in Abhängigkeit des Fehlerabstands vom Fehlerort dessen Öffnung nach unterschiedlichen Zeitintervallen bewirkt wird. Ferner ist eine durch die Fehlerantworteinrichtung gesteuerte weitere Einrichtung vorgesehen, mit der ein initiales Wiedereinschalten des Leistungsschalters nach unterschiedlichen Zeitintervallen in Abhängigkeit des Fehlerabstands vom Fehlerort bewirkt wird. Der bekannte Leistungsschutzschalter ist nicht besonders schnell und genau.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen, es sollen insbesondere ein Verfahren und ein Schutzgerät angegeben werden, mit denen einfach, schnell und störunanfällig die Pausenzeit in Abhängigkeit des Fehlers einstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Kurzunterbrechung bei einer mehrere Hochspannungsleiter aufweisenden Hochspannungsleitung vorgeschlagen, wobei beim Auftreten eines 1-poligen Fehlers mittels eines Schutzgeräts folgende Schritte durchgeführt werden:

a) Bestimmung eines aktuellen Fehlerabstands Δx_akt zwischen einem Fehlerort x des Fehlers auf dem mit dem Fehler behafteten Hochspannungsleiter und dem Schutzgerät,
b) Erzeugen eines Öffnungssignals zum Öffnen eines Leitungsschalters, so dass der Hochspannungsleiter vom Netz getrennt wird,
c) Start einer Pausenzeitmessung,
d) Messen einer Spannung U_b sowie eines Stroms I_b an den nicht fehlerbehafteten weiteren Hochspannungsleitern,
e) Bestimmung, unter Verwendung der gemessenen Spannung U_b sowie des gemessenen Stroms I_b, einer zum aktuellen Fehlerabstand Δx_akt korrespondierenden notwenigen Pausenzeit t_AWE nach einem vorgegebenen, eine Abhängigkeit der Pausenzeit t vom Fehlerabstand Δx beschreibenden Algorithmus, und
f) Erzeugung eines Schließsignals zum Schließen des Leistungsschalters bei Ablauf der notwendigen Pausenzeit t_AWE, so dass der Hochspannungsleiter wieder mit dem Netz verbunden wird.

Das vorgeschlagene Verfahren ist einfach, störunanfällig und robust. Es kann ohne großen Aufwand in herkömmliche Schutzgeräte implementiert werden. Mit herkömmlichen Schutzgeräten wird bereits der aktuelle Fehlerabstand Δx_akt ermittelt. Ferner werden damit laufend die Spannung U_b sowie der Strom I_b an den Hochspannungsleitern gemessen. Insbesondere die Messung des Stroms I_b hat den Vorteil, dass die notwendige Pausenzeit t_AWE auch lastabhängig eingestellt wird.
Abgesehen davon erfolgt in einem herkömmlichen Schutzgerät bereits eine Pausenzeitmessung.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun unter Verwendung der im Schutzgerät abgreifbaren Parameter ”aktueller Fehlerabstand Δx_akt”, ”Spannung U_b” und ”Strom I_b” eine notwendige Pausenzeit t_AWE ermittelt. Bei Erreichen der notwendigen Pausenzeit t_AWE wird das Schließsignal zum Schließen des Leistungsschalters erzeugt. Die ermittelte notwendige Pausenzeit t_AWE ist in den meisten Fällen wesentlich kürzer als die bei einem herkömmlichen Schutzgerät fest vorgegebene Pausenzeit. Infolgedessen kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise die Netzstabilität verbessert werden. Es sind dazu keine besonderen Überwachungsvorrichtungen, neuronale Netze oder dgl. erforderlich.
Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Fehlerabstands Δx_akt, wie sie beispielsweise in herkömmlichen Schutzgeräten verwendet werden, sind nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Es wird beispielhaft verwiesen aus Gerhard Ziegler, 2008, "Digitaler Distanzschutz", Seite 72, Kapitel 3.1.13, Publicis Corporate Publishing, Erlangen. Die Offenbarung dieses Dokuments wird hiermit einbezogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass die zum Erlöschen des Sekundärlichtbogens notwendige Pausenzeit t_AWE vom aktuellen Fehlerabstand Δx_akt und von den an den nicht fehlerbehafteten Hochspannungsleitungen anliegenden Spannungen U_b und fließenden Strömen I_b abhängig ist. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis können Algorithmen zur Bestimmung der notwendigen Pausenzeit t_AWE formuliert werden. Vorteilhafterweise werden zu diesem Zweck möglichst einfache, fehlerunanfällige und mittels eines Prozessrechners möglichst schnell abzuarbeitende Algorithmen verwendet.
Vorteilhafterweise wird die Pausenzeitmessung bezüglich einer vorgegebenen Pausenzeit t_vor durchgeführt und nach dem Schritt e) die vorgegebene Pausenzeit t_vor durch die notwendige Pausenzeit t_AWE ersetzt. Zur Verbesserung der Sicherheit des vorgeschlagenen Verfahrens kann die Pausenzeitmessung zunächst bezüglich einer fest vorgegebenen Pausenzeit t_vor durchgeführt werden. Falls bedingt durch eine Störung die notwendige Pausenzeit t_AWE nicht ermittelt würde, würde das Schließsignal in herkömmlicher Weise nach Ablauf der fest vorgegebenen Pausenzeit t_vor von beispielsweise 1 Sekunde erzeugt werden. Sofern erfindungsgemäß die notwendige Pausenzeit t_AWE gemäß dem Schritt e) berechnet wird, wird die vorgegebene Pausenzeit t_vor durch die berechnete notwendige Pausenzeit t_AWE ersetzt. In diesem Fall ist die Pausenzeit bis zur Erzeugung des Schließsignals meist deutlich kürzer.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die notwendige Pausenzeit t_AWE unter Verwendung einer Spannung U_b und eines Stroms I_b bestimmt, welche während der Pausenzeitmessung, d. h. während des Bestehens des Fehlers, gemessen worden sind. Damit kann weiter die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden.
Zweckmäßigerweise wird mittels des Algorithmus eine Kennlinie berechnet, welche in Abhängigkeit des Fehlerabstands Δx die notwendige Pausenzeit t_AWE angibt. Aus der Kennlinie kann die zum aktuellen Fehlerabstand Δx_akt korrespondierende notwendige Pausenzeit t_AWE bestimmt werden. Die vorgeschlagene Berechnung der Kennlinie lässt sich relativ einfach durchführen und ist insbesondere für einen mit der Handhabung von Schutzgeräten befassten Techniker einfach nachzuvollziehen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine vereinfachte Kennlinie berechnet, welche aus zwei sich in einem Punkt schneidenden Geraden G1 und G2 gebildet ist. Der Punkt B kann in einem Bereich des 0,4- bis 0,6-Fachen eines durch den Abstand des Schutzgeräts zu einem weiteren Schutzgerät gegebenen maximalen Fehlerabstands Δx_max liegen. Mit den Geraden G1 und G2 kann in vereinfachter Weise die Abnahme des induktiven Anteils des sekundären Fehlerstroms I_sek zur Mitte des fehlerbehafteten Leiters hin abgebildet werden. – Die Geraden G1 und G2 können auch im Bereich der Mitte des aktuellen Fehlerabstands Δx_akt mittels einer parallel zur X-Achse verlaufenden weiteren Geraden verbunden sein, welche die Geraden G1 und G2 jeweils in einem Punkt schneiden. Damit kann in einfacher Weise der in der Realität parabelartige Verlauf der notwendigen Pausenzeit t_AWE in Abhängigkeit des aktuellen Fehlerabstands Δx_akt in vereinfachter Weise nachgebildet werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die vereinfachte Kennlinie mit dem folgenden Algorithmus berechnet:

aa) Berechnen eines kapazitiven I kap / sek und eines induktiven Stromanteils I ind / sek sowie eines Sekundärlichtbogenstroms I_sek:

Y₀

= Leerlauf-Eingangsadmittanz der Leitung im Nullsystem

Y₁

= Leerlauf-Eingangsadmittanz der Leitung im Mitsystem

Z₀

= Eingangsimpedanz bei Kurzschluss in der Leitungsmitte im Nullsystem

Z₁

= Eingangsimpedanz bei Kurzschluss in der Leitungsmitte im Mitsystem
bb) Verwendung der folgenden empirischen Annahmen für die Pausenzeit: t_AWE(0%) = 0,25(0,1·I_sek + 1) (4) t_AWE(100%) = 0,25(0,1·I_sek + 1) (5) t_AWE(50%) = 0,25(0,1·I kap / sek + 1) (6)
cc) Berechnung der vereinfachten Kennlinie unter Verwendung folgender Geradengleichungen:
es ergeben sich für die Geraden G1, G2 folgende Geradengleichungen: G1: t_AWE(x) = s₁·x + t₁ für 0% ≤ x ≤ 50% (9) G2: t_AWE(x) = s₂·x + t₂ für 50% < x ≤ 100% (10) ,wobei die Schnittpunkte mit der Y-Achse sich ergeben für die Geraden G1, G2:
und
dd) Ermittlung der notwendigen Pausenzeit t_AWE aus der Kennlinie.

Die mit dem vorgeschlagenen Algorithmus berechnete vereinfachte Kennlinie gibt in einfacher, anschaulicher und nachvollziehbarer Weise die Abhängigkeit der notwendigen Pausenzeit t_AWE vom Fehlerabstand x wieder. Der Korrekturfaktor k gemäß (13) ergibt sich aus theoretischen Überlegungen zur Phasenverschiebung des Stroms auf der Leitung bei Lastübertragung. Der vorgeschlagene Algorithmus lässt sich einfach und schnell berechnen. Er ist robust, fehlerunanfällig und leicht nachzuvollziehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die Schritte b) bis f) wiederholt, wenn der Fehler nach dem Schritt f) nicht behoben ist. Die Schritte b) bis f) können für eine vorgegebene Anzahl n von Wiederholungen wiederholt werden und, wenn der Fehler nicht behoben ist, können sämtliche Hochspannungsleiter der Hochspannungsleitung mittels des Leistungsschalters vom Netz getrennt werden. In diesem Fall liegt eine erhebliche Störung vor, welche durch eine Kurzunterbrechung nicht mehr behoben werden kann.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Schutzgerät zur Ansteuerung eines in zumindest einen Hochspannungsleiter einer mehrere Hochspannungsleiter aufweisenden Hochspannungsleitung eingeschalteten Leistungsschalters vorgeschlagen, umfassend:
eine Messeinrichtung zum Messen einer Spannung U_b sowie eines Stroms I_b an den Hochspannungsleitern,
einen A/D-Wandler zum Wandeln der mit der Messeinrichtung gemessenen analogen Signale in digitaler Information, und
eine Prozessoreinheit mit einem Programm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der Messeinrichtung zum Messen der Spannung U_b sowie des Stroms I_b kann es sich um einen Spannungs- sowie Stromwandler handeln. Die davon gelieferten analogen Signale werden über entsprechende Eingänge dem A/D-Wandler zugeführt und in digitale Informationen umgewandelt. Die digitalen Informationen werden der Prozessoreinheit zugeführt. Dort wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die notwendige Pausenzeit t_AWE ermittelt und nach deren Ablauf ein binäres Schließsignal erzeugt, welches an den Leistungsschalter übermittelt wird.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Schutzeinrichtung für eine Hochspannungsleitung mit mehreren Hochspannungsleitern vorgeschlagen, wobei zur Absicherung zumindest eines Hochspannungsleiters zwei mit einer Kommunikationsleitung zur Übermittlung einer den Fehlerort x betreffenden Information miteinander verbundene erfindungsgemäße Schutzgeräte vorgesehen sind. Damit können eventuelle bei der Bestimmung des Fehlerorts auftretende Fehler erkannt und bei der Berechnung der notwendigen Pausenzeit t_AWE berücksichtigt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Übersicht der wesentlichen Komponenten eines Schutzgeräts,
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens,
3 ein Beispiel einer Kennlinie,
4 Ersatzschaltbild einer Drehstrom-Einfachleitung bei 1-poliger Kurzunterbrechung im Leiter R und
5 Vektordarstellung zur Ermittlung des Faktors k bei einem Fehler in der Leitungsmitte.
1 zeigt einen Überblick über die wesentlichen Komponenten eines Schutzgeräts 1. Das Schutzgerät 1 umfasst analoge Eingänge 2 zum Erfassung von Strom- und Spannungsmesswerten, welche von einem Strom- und Spannungswandler 3 geliefert werden, sowie binäre Eingänge 4 zum Erfassung von Signalen bzw. Steuersignalen. Die mit den analogen Eingängen 2 erfassten Signale werden in einem nachgeordneten Analog/Digital-Wandler 5 digitalisiert und einem Mikroprozessor/CPU-System bzw. Prozessrechner 6 zugeführt. Sie werden dort gemäß vorgegebenen Algorithmen verarbeitet. Es werden in Abhängigkeit davon über binäre Ausgänge 7 Öffnungs- und/oder Schließsignale zum Öffnen und/oder Schließen von Leistungsschaltern 8 ausgegeben. Das Schutzgerät 1 kann ferner Schnittstellen 9 aufweisen, welche eine Parametrierung und/oder Auswertung ermöglichen.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer ”notwendigen Pausenzeit t_AWE”. Das Verfahren ist zweckmäßigerweise als Computerprogramm ausgestaltet und wird mittels des Prozessrechners 6 im Schutzgerät 1 durchgeführt. Es umfasst die folgenden Schritte:

Sofern vom Schutzgerät 1 in Abhängigkeit der vom Strom- und Spannungswandler 3 gelieferten Messsignale ein 1-poliger Fehler detektiert wird, wird zunächst ein Zähler zum Zählen der Anzahl n von Kurzunterbrechungen um einen Wert heraufgesetzt. Falls die Anzahl n einen vorgegebenen Wert n_g übersteigt, wird mit dem Schutzgerät 1 ein Signal zum dreipoligen Öffnen des Leistungsschalters 8 erzeugt. Anderenfalls wird ein Öffnungssignal zum 1-poligen Öffnen des Leistungsschalters 8 erzeugt. Ferner wird eine Zeitmessung zur Messung einer Pausenzeit t gestartet. Mittels des Prozessrechners 6 wird gleichzeitig unter Verwendung der an den nicht mit einem Fehler behafteten Hochspannungsleitern gemessenen Spannung U_b sowie des dort fließenden Stroms I_b und dem aktuellen Fehlerabstand Δx_akt eine notwendige Pausenzeit t_AWE berechnet. Die berechnete notwendige Pausenzeit t_AWE wird dann bei der Zeitmessung für die Pausenzeit t verwendet. Beispielsweise kann während der Messung der Pausenzeit t eine zunächst vorgegebene Pausenzeit t_vor ersetzt werden durch den für die notwendige Pausenzeit t_AWE.
Bei Erreichen der notwendigen Pausenzeit t_AWE wird sodann mittels des Schutzgeräts 1 ein Schließsignal zum Schließen des Leistungsschalters 8 erzeugt. Anschließend wird in herkömmlicher Weise mittels des Schutzgeräts 1 geprüft, ob weiterhin ein 1-poliger Fehler vorliegt. Falls das nicht der Fall ist, geht das System in den ”Normalbetrieb” über. Anderenfalls wird die Routine solange wiederholt, bis der vorgegebene Wert n_g für die Kurzunterbrechungen überschritten wird. In diesem Fall wird ein Öffnungssignal zum dreipoligen Öffnen des Leistungsschalters 8 erzeugt.
3 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie, bei der über dem aktuellen Fehlerort Δx_akt die notwendige Pausenzeit t_AWE aufgetragen ist. Der tatsächliche Verlauf der notwendigen Pausenzeit t_AWE ist durch die unterbrochene Linie L angedeutet. Danach nimmt die notwendige Pausenzeit t_AWE zur Mitte des fehlerbehafteten Leiters hin ab. Die Linie L hat etwa den Verlauf einer Parabel, deren Nullpunkt mit dem Punkt B zusammenfällt.
Die Geraden G1 und G2 sind gemäß den Formeln (1) bis (12) berechnet worden. Sie schneiden sich im Punkt B. Die Geraden G1 und G2 repräsentieren eine vereinfachte Kennlinie, mit der schnell und einfach die notwendige Pausenzeit t_AWE ermittelt werden kann. Die Geraden G1 und G2 liegen stets oberhalb der den tatsächlichen Verlauf der notwendigen Pausenzeit t_AWE beschreibenden Linie L. Die unter Verwendung der Geraden G1 und G2 berechneten notwendigen Pausenzeit t_AWE sind länger als die tatsächlich notwendigen Pausenzeiten. Die vorgeschlagene Kennlinie bietet vorteilhafterweise eine Sicherheitsreserve.
4 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Drehstrom-Einfachleitung für die Ermittlung der induktiven Komponente des sekundären Lichtbogenstroms I ind / sek . Die Spannungsquellen U ind / sek,l (l = links) und U ind / sek,r (r = rechts) werden von den Strömen der nichtfehlerbehafteten Leiter T, S, nämlich I_T,l, I_T,r, I_S,l und I_S,r erzeugt. Die Ströme I_T und I_S weisen eine Phasenverschiebung auf. Infolgedessen kommt es bei den Strömen I ind / sek,l und I ind / sek,r und zu einer Phasenverschiebung. Also können sich diese Ströme auch bei einem Fehler in der Leitungsmitte nicht auslöschen. Sie müssen daher um einen Korrekturfaktor k von
korrigiert werden. Das ist nochmals in 5 vektoriell dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Schutzgerät
2: analoger Eingang
3: Strom-/Spannungswandler
4: binärer Eingang
5: Analog/Digital-Wandler
6: Mikroprozessor/CPU-System
7: binärer Ausgang
8: Leistungsschalter
9: Schnittstellen
B: Schnittpunkt
G1, G2: Gerade
L: Linie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7317599 [0004]
US 5805400 [0005]
GB 572709 A [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gerhard Ziegler, 2008, ”Digitaler Distanzschutz”, Seite 72, Kapitel 3.1.13, Publicis Corporate Publishing, Erlangen [0013]

Claims

Verfahren zur Kurzunterbrechung bei einer mehrere Hochspannungsleiter aufweisenden Hochspannungsleitung, wobei beim Auftreten eines 1-poligen Fehlers mittels eines Schutzgeräts (1) folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bestimmung eines aktuellen Fehlerabstands Δx_akt zwischen einem Fehlerort x des Fehlers auf dem mit dem Fehler behafteten Hochspannungsleiter und dem Schutzgerät, b) Erzeugen eines Öffnungssignals zum Öffnen eines Leistungsschalters (8), so dass der Hochspannungsleiter vom Netz getrennt wird, c) Start einer Pausenzeitmessung, d) Messen einer Spannung U_b sowie eines Stroms I_b an den nicht fehlerbehafteten weiteren Hochspannungsleitern, e) Bestimmung, unter Verwendung der gemessenen Spannung U_b sowie des gemessenen Stroms I_b, einer zum aktuellen Fehlerabstand Δx_akt korrespondierenden notwendigen Pausenzeit t_AWE nach einem vorgegebenen, eine Abhängigkeit der Pausenzeit t vom Fehlerabstand Δx beschreibenden Algorithmus, und f) Erzeugung eines Schließsignals zum Schließen des Leistungsschalters (8) bei Ablauf der notwendigen Pausenzeit t_AWE, so dass der Hochspannungsleiter wieder mit dem Netz verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pausenzeitmessung bezüglich einer vorgegebenen Pausenzeit t_vor durchgeführt und nach dem Schritt e) die vorgegebene Pausenzeit t_vor durch die notwendige Pausenzeit t_AWE ersetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die notwendige Pausenzeit t_AWE unter Verwendung einer Spannung U_b und eines Stroms I_b bestimmt wird, welche während der Pausenzeitmessung gemessen worden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des Algorithmus eine Kennlinie berechnet wird, welche in Abhängigkeit des Fehlerabstands Δx die notwendige Pausenzeit t_AWE angibt, und wobei aus der Kennlinie die zum aktuellen Fehlerabstand Δx_akt korrespondierende notwendige Pausenzeit t_AWE bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Kennlinie eine vereinfachte Kennlinie berechnet wird, welche aus zwei sich in einem Punkt B schneidenden Geraden G1 und G2 gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Punkt B in einem Bereich des 0,4 bis 0,6-Fachen eines durch den Abstand des Schutzgeräts zu einem weiteren Schutzgerät gegebenen maximalen Fehlerabstands Δx_max liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vereinfachte Kennlinie mit dem folgenden Algorithmus berechnet wird: aa) Berechnung eines kapazitiven I kap / sek und eines induktiven Stromanteils I ind / sek sowie eines Sekundärlichtbogenstroms I_sek:
Y₀ = Leerlauf-Eingangsadmittanz der Leitung im Nullsystem Y₁ = Leerlauf-Eingangsadmittanz der Leitung im Mitsystem Z₀ = Eingangsimpedanz bei Kurzschluss in der Leitungsmitte im Nullsystem Z₁ = Eingangsimpedanz bei Kurzschluss in der Leitungsmitte im Mitsystem bb) Verwenden der folgenden empirischen Annahmen für die Pausenzeit: t_AWE(0%) = 0,25(0,1·I_sek + 1) t_AWE(100%) = 0,25(0,1·I_sek + 1) t_AWE(50%) = 0,25(0,1·I kap / sek + 1) cc) Berechnung der vereinfachten Kennlinie unter Verwendung folgender Geradengleichungen:
es ergeben sich für die Geraden G1, G2 folgende Geradengleichungen: G1: t_AWE(x) = s₁·x + t₁ für 0% ≤ x ≤ 50% G2: t_AWE(x) = s₂·x + t₂ für 50% < x ≤ 100% wobei die Schnittpunkte mit der Y-Achse sich ergeben für die Geraden G1, G2:
und dd) Ermittlung der notwendigen Pausenzeit t_AWE aus der Kennlinie.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Schritte b) bis f) wiederholt werden, wenn der Fehler nach dem Schritt f) nicht behoben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Schritte b) bis f) für eine vorgegebene Anzahl n von Wiederholungen wiederholt werden und, wenn der Fehler nicht behoben ist, sämtliche Hochspannungsleiter der Hochspannungsleitung mittels des Leistungsschalters (8) vom Netz getrennt werden.
Schutzgerät (1) zur Ansteuerung eines in zumindest einen Hochspannungsleiter einer mehrere Hochspannungsleiter aufweisenden Hochspannungsleitung eingeschalteten Leistungsschalters (8), umfassend: eine Messeinrichtung (2) zum Messen einer Spannung U_b sowie eines Stroms I_b an den Hochspannungsleitern, einen A/D-Wandler (5) zum Wandeln der mit der Messeinrichtung (2) gemessenen analogen Signale in digitale Informationen und eine Prozessoreinheit (6) mit einem Programm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Schutzeinrichtung für eine Hochspannungsleitung mit mehreren Hochspannungsleitern, wobei zur Absicherung zumindest eines Hochspannungsleiters zwei mit einer Kommunikationsleitung zur Übermittlung einer den Fehlerort x betreffenden Information miteinander verbundene Schutzgeräte (1) nach Anspruch 10 vorgesehen sind.