DE102020107648A1

DE102020107648A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung

Info

Publication number: DE102020107648A1
Application number: DE102020107648.7A
Authority: DE
Inventors: Erwin Burkhardt; Frank Jenau; Lothar Fickert
Original assignee: Dipl Ing H Horstmann GmbH
Current assignee: DIPL.-ING. H. HORSTMANN GMBH, DE
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz oder Einphasennetz, wobei mindestens ein Sternpunkt über eine Kompensationsspule mit einer Erde verbunden ist, dass der Erdschluss und die Erdschlussrichtung an Messstellen im Netz erkannt wird durch Ermittlung einer geänderten Nullspannung und/oder eines geänderten Nullstromes, wobei nach dem erkannten Erdschluss der Nullstrom gemessen wird, dass nach dem erkannten Erdschluss und nach der Messung des Nullstromes für die Dauer eines vorgegebenen Messzeitintervalls die Nullsystemreaktanz an der Einspeisestelle so verändert wird, dass aus Änderung des Nullstromes hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Phase zu der Nullspannung, wobei der veränderte Nullstrom an einer Messstelle des fehlerhaften Abgangs gemessen wird, auf die Erdschlussrichtung geschlossen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz oder Einphasennetz, wobei ein Sternpunkt über zumindest eine Kompensationsspule (Erdschlusslöschspule) mit dem Erdpotential verbunden ist, sodass der Erdschluss in einem Abgang und die Erdschlussrichtung erkannt wird durch Ermittlung eines geänderten Nullstromes und/oder einer geänderten Nullspannung.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz oder Einphasennetz, wobei zumindest an einer Einspeisestelle ein Sternpunkt über eine Kompensationsspule mit einer Erde zur Erdschlusskompensation verbunden, mit einer Messeinrichtung zur Messung einer Nullspannung und/oder mindestens einer Leiterspannung und/oder eines Nullstromes und/oder von einem Leiterstrom oder einer Summe der Leiterströme, mit einer Auswerteinrichtung, mittels derer der Erdschluss und die Erdschlussrichtung bestimmbar sind.
Aus der DE 102 25 058 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz bekannt, bei dem eine Nullspannung und ein Nullstrom während eines transienten Vorgangs ausgewertet werden. Dieses sogenannte Wischer-Verfahren erfordert eine hoch aufgelöste Aufzeichnung des Nullstromes und der Nullspannung, damit im Fehlerfall der erste transiente Verlauf ausgewertet werden kann. Wenn dieser transiente Verlauf schwach ausgeprägt ist, beispielsweise durch Messrauschen oder sonstiger parasitärer Störungen, kann es zu einer falschen Erdschlussrichtungsermittlung kommen. Ferner ist eine Änderung der Schwellwerteinstellungen erforderlich. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass eine relativ präzise Spannungs- und Strommesstechnik erforderlich ist, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung derart anzugeben, dass kostengünstig und langzeitstabil eine eindeutige Detektion von Erdschlüssen an Freileitungen oder an Kabeln gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem erkannten Erdschlusszustand der Nullstrom gemessen wird, dass nach dem erkannten Erdschlusszustand und nach der Messung des Nullstromes für die Dauer eines vorgegebenen Messzeitintervalls die Nullsystem-Reaktanz an der Einspeisestelle so verändert wird, dass aus der Änderung des Nullstromes hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Phase zu der Nullspannung, wobei der veränderte Nullstrom an mehreren Messstellen des Netzes gemessen werden kann, auf die Erdschlussrichtungen geschlossen werden kann.
Gemäß der Erfindung wird nach Erkennung eines Erdschlusszustandes in einem vorgegebenen Messzeitintervall die Induktivität an der Einspeisestelle, an der sich die Erdschlusslöschspule befindet, verändert, um eine Erdschlussrichtung bzw. den Fehlerort des Erdschlusses zu bestimmen. Durch die Veränderung der Induktivität stellt sich ein veränderter Nullstrom ein, der sich von dem vor dem Eintritt des Fehlerfalls gemessenen Nullstrom unterscheidet. Der veränderte Nullstrom wird an einer Stelle des den Erdschluss aufweisenden Abgangs gemessen, wobei in Abhängigkeit von dem Ort der Messstelle relativ zu dem Fehlerort und/oder zu einer Sammelschiene eine Erdschlussrichtung bestimmbar ist. Handelt es sich bei dem Drehstromnetz oder Einphasennetz beispielsweise um ein überkompensiertes Netz von 5 %, wird während des Messzeitintervalls dieses Netz beispielsweise kurzzeitig 5 % unterkompensiert betrieben. Es findet somit eine kurzzeitige Kompensationsgradveränderung bzw. in diesem Fall eine Kompensationsgradverringerung in Richtung Unterkompensation statt. Befindet sich die Messstelle zwischen der Sammelschiene und dem Fehlerort, verändert sich der Nullstrom in Richtung eines kapazitiven Wertes, so dass der Fehlerort in Vorwärtsrichtung, also ausgehend von der Messstelle in eine Richtung entgegen der Sammelschiene angeordnet sein muss. Befindet sich die Messstelle auf einer der Sammelschiene abgewandten Seite des Fehlerortes, ist keine Veränderung des Nullstromes in Richtung kapazitiven Werten zu erkennen, so dass der Fehlerort in Rückwärtsrichtung, also ausgehend von der Messstelle in Richtung der Sammelschiene angeordnet sein muss. Vorteilhaft kann hierdurch ein robustes Erkennungsverfahren für Erdschlüsse und einer Erdschlussrichtung bereitgestellt werden. Das Erdschlussrichtungserkennungsverfahren ist stetig anwendbar bzw. stets wiederholbar und ist nicht auf die ablaufenden transienten Vorgänge beschränkt. Es wird mit Änderung der Nullsystemreaktanz bzw. der Induktivität der Kompensationsspule an der Einspeisestelle begonnen und durch Aufheben dieser Änderung der Nullsystemreaktanz bzw. Induktivität wieder beendet. Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Detektion von der Erdschlussrichtung auch bei hochohmigen Fehlern. Vorteilhaft funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Unterkompensation des Netzes. In der Regel reicht es aus nur die Grundwelle des Netzes auszuwerten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es somit unempfindlich ist gegenüber Oberschwingungsanteilen.
Zur Lösung der Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gekennzeichnet, dass an der Einspeisestelle eine Hilfsschalteinrichtung vorgesehen ist, mittels derer in einem Fehlerfall der induktive Strom an dem Sternpunkt verändert wird, so dass aus einer Amplituden- und/oder Phasenveränderung des Nullstromes die Erdschlussrichtung ermittelbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Hilfsschalteinrichtung an der Einspeisestelle vor, mittels derer im Fehlerfall (Erdschluss, einpoliger Fehler) einer an sich durch eine Kompensationsspule vorhandene Nullsystemreaktanz bzw. Induktivität verändert wird. Durch Messung einer Amplituden- und/oder Phasenveränderung des Nullstromes in dem mit dem Erdschluss versehenen Abgang kann auf die Erdschlussrichtung geschlossen werden. Es erfolgt durch die Nullsystem-Reaktanzveränderung/Induktivitätsänderung eine kurzzeitige Kompensationsänderung, die dazu genutzt wird, durch Vergleich des in diesem Messzeitintervall gemessenen geänderten Nullstromes im Vergleich zu dem vorher gemessenen Nullstrom bezogen auf die Nullspannung die Erdschlussrichtung zu bestimmen. Die Messung des Nullstromes und/oder der Nullspannung während des Messzeitintervalls erfolgt an mindestens einer Messstelle im Netz. Befindet sich die Messstelle zwischen der Sammelschiene und dem Fehlerort, kann bei einer Kompensationsgradverringerung des Netzes in Folge einer in kapazitiver Richtung veränderten Nullstromes ein Fehler in Vorwärtsrichtung, also weg von der Sammelschiene, erkannt werden. Befindet sich die Messstelle auf einer der Sammelschiene abgewandten Seite des Fehlerortes, also in einem gesunden Netzabgang, kann in Folge der unveränderten Nullstromes auf einen Fehler in Rückwärtsrichtung, also in Richtung der Sammelschiene, erkannt werden. Hierbei wird vorausgesetzt, dass es sich im Normalfall um ein überkompensiertes Netz handelt, was kurzzeitig während des Messzeitintervalls unterkompensiert betrieben wird bzw. die Überkompensation verringert wird. Im umgekehrten Fall, also wenn es sich vor Anwendung des Verfahrens um ein unterkompensiertes Netz handelt, würde die Hilfsschalteinrichtung im Vergleich zu dem überkompensierten Netz komplementär zuschaltbare Induktivitäten bzw. Kapazitäten aufweisen. Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung eine robuste und eindeutige Ergebnis liefernde Erkennung der Erdschlussrichtung, wobei auch hochohmige Fehler detektiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Bestimmung der Erdschlussrichtung sowohl bei einem überkompensierten als auch bei einem unterkompensierten Netz. Sie ist unempfindlich gegenüber Oberschwingungsanteilen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hilfsschalteinrichtung eine parallel zu der Kompensationsspule zuschaltbare oder wegschaltbare Hilfskapazität auf, mittels derer im Fehlerfall sich die Induktivität verringert und damit der Nullstrom sich in kapazitiver Richtung verändert. Die Hilfskapazität wird somit lediglich während des relativ kurzen Messzeitintervalls hinzugeschaltet. Im Normalfall ist die Hilfskapazität nicht mit der Kompensationsspule gekoppelt und das Netz wird überkompensiert betrieben.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Hilfsschalteinrichtung eine parallel zu der Kompensationsspule wegschaltbare oder zuschaltbare Hilfsinduktivität/Kompensationsspule. Hierdurch ergibt sich im Messzeitintervall eine Veränderung der Nullsystemreaktanz bzw. der Induktivität an der Einspeisestelle, was zu einer entsprechenden Änderung des Nullstromes führt. Vorteilhaft wird die Induktivität im Normalfall durch die Induktivität der Kompensationsspule einerseits und durch die Hilfsinduktivität andererseits bereitgestellt, so dass die Kompensationsspule kleiner dimensioniert werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Hilfsschalteinrichtung eine parallel zu der Kompensationsspule zuschaltbare oder wegschaltbare Hilfskapazität. Hierdurch ergibt sich im Messzeitintervall einer Veränderung der Nullsystemreaktanz an der Einspeisestelle, was zu einer entsprechenden Änderung des Nullstromes im fehlerbehafteten Pfad führt. Die Hilfskapazität muss für die auftretenden Hochspannungen ausgelegt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Hilfsschalteinrichtung Schaltmittel, so dass die Gesamtnullsystemreaktanz der Kompensationsspule verändert werden kann. Hierbei wird die Nullsystemreaktanz der Kompensationsspule direkt verändert, um eine kurzzeitige Kompensationsänderung herbeizuführen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Drehstromnetzes mit fünf Abgängen,
2 ein Zeitdiagramm der Leiterspannungen bei Eintritt eines Fehlers an einem Leiter,
3 ein Zeitdiagramm eines Nullstromes und einer Nullspannung nach Fehlereintritt,
4 ein Zeigerdiagramm der Nullspannung und des Nullstromes vor und nach Eintritt einer erfindungsgemäßen Kompensationsgradveränderung,
5 ein Zeigerdiagramm von Nullstrom und Nullspannung bei Eintritt eines einpoligen Fehlers auf einer Freileitung,
6 ein Zeigerdiagramm von Nullstrom und Nullspannung bei Eintritt eines einpoligen Fehlers an einem Kabel,
7 eine der Kompensationsspule zugeordnete Hilfsschalteinrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
8 eine der Kompensationsspule zugeordnete Hilfsschalteinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform und
9 ein Ablaufplan der Erdschluss- und Erdschlussrichtungserkennung.

In 1 ist beispielhaft ein Drehstromnetz mit von einer Sammelschiene S abgehenden Mehrzahl von Abgängen A, B, C, D, E dargestellt, an dessen jeweiligen Enden eine Last L angeschlossen ist. Die Abgänge A, B, C, D, E weisen jeweils drei Leiter 1, 2, 3 auf, die jeweils mittels der Leiterinduktivitäten L_E und den Leiterkapazitäten C_E als Ersatzschaltbild dargestellt sind. An den Leitern 1, 2, 3 fallen jeweils Spannungen U₁ , U₂ und U₃ gegenüber einer Erde 10 ab. Auf einer der Last L abgewandten Seite der Sammelschiene S ist an einer Einspeisestelle 4 eine Kompensation des Drehspannungssystems vorgesehen, wobei von einem Sternpunkt N über eine Kompensationsspule Lp (auch Petersenspule genannt) mit der Erde10 bzw. einem Erdpotential verbunden ist. Es handelt sich bei dem Drehstromnetz somit um ein kompensiertes Netz.
Es sei angenommen, dass auf dem Leiter 3 des zweiten Abgangs D ein Erdschluss an einem Fehlerort F vorliegt, der durch einen relativ geringen ohmschen Widerstand R_F zwischen dem Leiter 3 und der Erde 10 symbolisiert wird. Es kommt zu einer Verlagerung des Spannungsdreiecks, wobei eine Nullspannung U₀ bzw. Verlagerungsspannung U₀ verlagert wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, erhöhen sich die Leiterspannungen U₁ , U₂ der gesunden Leiter 1, 2 mit Eintritt des Fehlerzeitpunktes t_F auf das √3-fache entsprechend dem Wert der verketteten Spannungen. Die Leiterspannung U₃ des fehlerhaften Leiters 3 sinkt mit Fehlereintritt t_F gegen Null.
In einem kompensierten Netz wird der an dem Fehlerort F fließende Fehlerstrom durch die Petersenspule L_P fließenden Strom weitgehend kompensiert. Bei idealer Kompensation fließt nur ein Wirkstrom an dem Fehlerort F. Es sei hier angenommen, dass es sich um ein überkompensiertes Drehstromnetz handelt, wobei das gelöschte Netz beispielsweise mit 5 % überkompensiert betrieben wird. Dies bedeutet, dass die Nullspannung U₀ dem Nullstrom I₀ um den Phasenwinkel φ₀ vorauseilend ist. In 3 und 4 ist die Beziehung zwischen dem Nullstrom I₀ und der Nullspannung U₀ nach Fehlereintritt t_F dargestellt.
Aus 2 ist ersichtlich, dass die Erkennung des Erdschlusses an dem Fehlerort F durch Detektion der gesunden Leiterspannungen U₁ , U₂ bzw. fehlerhaften Leiterspannung U₃ detektierbar sind. Hierzu können beispielsweise an einer Messstelle M1 und an einer Messstelle M2 entsprechende Spannungs- und Strommessgeräte angeordnet sein, die eine Messeinrichtung bilden. Die ermittelten Spannungswerte können einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt werden, so dass eine Erdschlusserkennung im Leiter 3 des Abgangs D detektierbar ist, s. Schritt S1 in 9.
Zur Erdschlussrichtungserkennung ist der Kompensationsspule Lp eine Hilfsschalteinrichtung H1 entsprechend 7 oder eine Hilfsschalteinrichtung H2 entsprechend 8 zugeordnet. Mittels der Hilfsschalteinrichtung H1 bzw. H2 kann die Nullsystemreaktanz bzw. die Induktivität an der Einspeisestelle 4 verändert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Hilfsschalteinrichtung H1, H2 derart ausgebildet, dass der Kompensationsgrad von 105 % des Drehstromnetzes verringert wird auf 95 %. Es erfolgt somit eine kurzzeitige Kompensationsgradveränderung einer Messzeitintervalldauer von Δt_K, die zum Zeitpunkt t_K1 eintritt und zum Zeitpunkt t_K2 endet.
Die Hilfsschalteinrichtung H1 weist als Schaltmittel einen Schalter 5 sowie eine Kapazität C_H auf. In dem Hilfsstromkreis befindet sich ferner eine Koppelinduktivität L_K, über die der Hilfskondensator C_H mit der Kompensationsspule Lp gekoppelt ist. Zur Erdschlussrichtungserkennung wird zum Zeitpunkt t_K1 der Schalter 5 eingeschaltet, so dass die Hilfskapazität C_H mit der Kompensationsspule Lp gekoppelt ist und die Induktivität derselben reduziert. Der induktive Charakter des Nullstromes I₀ wird verringert bzw. der sich nun einstellende geänderte Nullstrom I₀ ' ist bezüglich der Nullspannung U₀ kapazitiver als der vor dem Eintritt der Messung zum Zeitpunkt t_K anliegenden Nullstrom I₀ , s. 4. An der ersten Messstelle M1, die zwischen der Sammelschiene S und dem Fehlerort F angeordnet ist, stellt sich ein veränderter Nullstrom I₀ ' ein, dessen Amplitude gegenüber vor dem Kompensationszeitpunkt t_K1 gemessenen Nullstrom I₀ kleiner ist und der einen Phasenwinkel φ₀ ' zu der Nullspannung U₀ aufweist, der gegenüber dem Phasenwinkel φ₀ des vor dem Zeitpunkt t_K1 gemessenen Nullstromes I₀ kleiner ist.
Der an der Messstelle M1 ermittelte Nullstrom I₀ ' ist somit kapazitiver als der Nullstrom I₀ . Der Nullstrom I₀ hat sich somit in Richtung eines kapazitiven Wertes bezogen auf die Nullspannung U₀ verändert. Da es sich um ein überkompensiertes Drehstromnetz handelt, muss der Fehlerort F in Vorwärtsrichtung, also in Richtung weg von der Sammelschiene S in Richtung der Last L angeordnet sein. Es handelst sich um einen fehlerhaften Abgang.
Werden an der Messstelle M2 der Nullstrom I₀ ' und die Nullspannung U₀ gemessen, wird der Nullstrom I₀ ' im Vergleich zum vorher gemessenen Nullstrom I₀ keine Veränderung aufweisen, woraus abzuleiten ist, dass der Fehlerort F in Rückwärtsrichtung, d. h. ausgehend von der zweiten Messstelle M2 in Richtung der Sammelschiene S angeordnet ist. Es handelt sich um einen gesunden Abgang.
In Abhängigkeit von den an unterschiedlichen Orten positionierten Messstellen M1, M2 kann somit nicht nur die Erdschlussrichtung, sondern auch der genaue Ort der Fehlerstelle F eingegrenzt werden. Die Genauigkeit der Fehlerortung nimmt mit Anzahl der entlang der Abgänge A, B, C, D, E angeordneten Messstellen zu.
Die Hilfsschalteinrichtung H2 gemäß 8 weist neben einem Schalter 6 eine Hilfsinduktivität L_H auf, die in Reihe zu der Koppelinduktivität L_K in dem Hilfsstromzweig angeordnet ist. Im Unterschied zu der Hilfsschalteinrichtung H1 befindet sich der Schalter 6 gemäß der Hilfsschalteinrichtung H2 im Normalbetrieb im geschlossenen Zustand, während er zum Zeitpunkt t_K1 ausgeschaltet ist, d. h. in der zur Erdschlussrichtungsbestimmung wird die Hilfsinduktivität L_H von der Kompensationsspule Lp weggeschaltet, so dass sich die resultierende Induktivität während des Messzeitintervalls Δt_K genauso wie bei der Hilfsschalteinrichtung H1 verringert.
In 9 ist der Ablauf näher dargestellt. Wie bereits erwähnt, erfolgt im Schritt S1 mittels Messung der Nullspannung U₀ und/oder der Leiterspannungen U₁ , U₂ , U₃ die Erkennung des Erdschlusses. Handelt es sich nicht, wie beim Ausführungsbeispiel, um ein Strahlennetz mit einer zentralen Einspeisestelle 4, sondern um ein Ringnetz, müsste in einem optionalen Schritt S2 ein Auftrennen des Ringnetzes erfolgen.
In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Aufzeichnen und/oder eine Speicherung der Strom- und Spannungsverläufe an den Messstellen M1, M2, ...M_n. Hiermit liegen an den Messstellen M1, M2, ...M_n die aktuelle Nullspannung U₀ und Nullströme I₀ vor. In einem weiteren S4 erfolgt nun eine kurzzeitige Kompensationsveränderung (Dauer des Messzeitintervalls Δt_K), wobei der Kompensationsspule Lp die Hilfskapazität C_H zugeschaltet bzw. die Hilfsinduktivität L_H weggeschaltet wird. In einem weiteren Schritt S5 erfolgt nun die Auswertung des nach dem Fehlerausfall und vor Beginn des Messzeitintervalls Δt_K gemessenen Nullstromes I₀ , und des zeitlich nach dem Nullstrom I₀ gemessenen geänderten Nullstromes I₀ ' und der Nullspannung U₀ an den jeweiligen Messstellen M1, M2, ...M_n. Ist der gemessene Nullstrom I₀ ' kapazitiver als der vor Durchführung der kurzzeitigen Kompensationsveränderung vorliegende Nullstrom I₀ , dann kann hierdurch ein Fehler in Vorwärtsrichtung S6 detektiert werden. Ist der gemessene Nullstrom I₀ ' nicht kapazitiver als der vor der Durchführung der kurzzeitigen Kompensationsveränderung vorliegende Nullstrom I₀ , dann kann hieraus auf einen Fehler in Rückwärtsrichtung S7 geschlossen werden.
Es sei angemerkt, dass bei Ausbildung der Abgänge A, B, C, D, E als Freileitungen der mittels der Hilfsschalteinrichtung H1, H2 geänderte Nullstrom I₀ ' im Wesentlichen die gleiche Amplitude haben könnte wie der ursprüngliche Nullstrom I₀ , jedoch um den betragsmäßig gleichen Phasenwinkel φ₀ ' gegenüber der Nullspannung U₀ vorauseilend ist statt um den Phasenwinkel φ₀ nacheilend wie der ursprüngliche Nullstrom I₀ , s. 5.Der Phasenwinkel φ₀ ' ist somit komplementär zu dem Phasenwinkel φ₀ bezogen zu der Nullspannung U₀. Der Phasenwinkel φ₀ ' ist im Vergleich zu dem nach dem Fehlereintritt t_F und vor dem Beginn t_U1 des Messzeitintervalls Δt_K gemessenen Phasenwinkel φ₀ kapazitiver, wenn sich die Messstelle M1 zwischen der Sammelschiene (S) und dem Fehlerort (F) befindet.
Bei Vorliegen der Abgänge A, B, C, D, E als Kabel wird der nach Eintritt der Kompensationsänderung zum Zeitpunkt t_K vorliegende veränderte Nullstrom I₀ ' ebenfalls wie bei der Freileitung kapazitiver als der ursprüngliche Nullstrom I₀ an der Messstelle M1, M2, ...M_n. Jedoch ist der Phasenwinkel φ₀ ' gleich/ähnlich φ₀ , während sich lediglich die Amplitude des veränderten Nullstroms I₀ ' verkleinert gegenüber der Amplitude des ursprünglichen Nullstromes I₀ . Der induktive Nullstrom wird somit kleiner, sodass der im Messzeitintervall Δt_K gemessene Nullstrom I₀ ' kapazitiver als der vorher gemessene Nullstrom I₀ ist.
Nach einer weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Drehstromnetz mittels der Hilfsschalteinrichtung H1, H2 beispielsweise vom +5 % überkompensierten Zustand in den +1 % überkompensierten Zustand geschaltet werden, also von einem stark überkompensierten Netzzustand in einen schwach überkompensierten Netzzustand.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das dargestellte Drehstromnetz als ein Einphasennetz, beispielsweise als ein Wechselspannungsnetz, ausgebildet sein.
Nach einer weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Drehstromnetz unterkompensiert statt überkompensiert betrieben sein. Beispielsweise könnte das Netz mittels der Hilfsschalteinrichtung H1, H2 von -5 % unterkompensierten Zustand in einen kurzzeitig + 3 % überkompensierten Zustand geschaltet werden. Durch die kurzzeitige Umschaltung in Unterkompensationsrichtung oder Überkompensationsrichtung kann die entstehende Änderung des Nullstroms I₀ ' im fehlerhaften Leiter 3 von der Einspeisungsstelle 4 bis zum Fehlerort F detektiert werden. Im überkompensierten Zustand handelt es sich bei dem Nullstromes I₀ um einen induktiven Strom; im unterkompensierten Zustand handelt sich bei dem Nullstromes I₀ um einen kapazitiven Strom.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10225058 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz oder Einphasennetz, wobei mindestens ein Sternpunkt (N) über eine Kompensationsspule (Lp) mit dem Erdpotential verbunden ist, dass der Erdschluss und die Erdschlussrichtung in einem Abgang (A, B, C, D, E) oder Netzabschnitt erkannt wird durch Ermittlung einer geänderten Nullspannung (U₀) und/oder eines geänderten Nullstromes (I₀), dadurch gekennzeichnet, dass nach dem erkannten Erdschluss der Nullstrom (I₀) gemessen wird, dass nach dem erkannten Erdschluss und nach der Messung des Nullstromes (I₀) für die Dauer eines vorgegebenen Messzeitintervalls (Δt_K) die Nullsystemreaktanz an der Einspeisestelle (4) so verändert wird, dass aus Änderung des Nullstromes (I₀) hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Phasenlage zu der Nullspannung (U₀) und/oder des Produktes von Nullstrom (I₀) und dem Sinus der Phasenverschiebung zu der Nullspannung (U₀), wobei der veränderte Nullstrom (I₀') an einer Messstelle (M1, M2, ...M_n) des fehlerhaften Abgangs (D) gemessen wird, auf die Erdschlussrichtung geschlossen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem überkompensierten Drehstromnetz oder Einphasennetz zum einen der in dem vorgegebenen Messzeitintervall (Δt_K) an der Messstelle (M1) des mit dem Erdschluss versehenen Abgangs (D) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem vorher gemessenen Nullstrom (I₀) in Richtung eines kapazitiven Wertes bezogen auf die Nullspannung (U₀) verändert erkannt wird, wenn diese Messstelle (M1) zwischen der Sammelschiene (S) und dem Fehlerort (F) angeordnet ist (Vorwärtsrichtung), und zum anderen der in dem vorgegebenen Messzeitintervall (Δt_K) an der Messstelle (M2) des mit dem Erdschluss versehenen Abgangs (D) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem vorher gemessenen Nullstrom (I₀) keine Veränderung erfährt, wenn diese Messstelle (M2) zwischen dem Fehlerort (F) und der Last (L) angeordnet ist (Rückwärtsrichtung).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem unterkompensierten Drehstromnetz oder Einphasennetz zum einen der in dem vorgegebenen Messzeitintervall (Δt_K) an der Messstelle (M1) des mit dem Erdschluss versehenen Abgangs (D) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem vorher gemessenen Nullstrom (I₀) in Richtung eines induktiven Wertes bezogen auf die Nullspannung (U₀) verändert erkannt wird, wenn diese Messstelle (M1) zwischen der Sammelschiene (S) und dem Fehlerort (F) angeordnet ist (Vorwärtsrichtung), und zum anderen der in dem vorgegebenen Messzeitintervall (Δt_K) an der Messstelle (M2) des mit dem Erdschluss versehenen Abgangs (D) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem vorher gemessenen Nullstrom (I₀) keine Veränderung erfährt, wenn diese Messstelle (M2) zwischen dem Fehlerort (F) und der Last (L) angeordnet ist (Rückwärtsrichtung).
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Messzeitintervall (Δt_K) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem nach dem Fehlereintritt (t_F) und vor dem Beginn (t_U1) des Messzeitintervalls (Δt_K) gemessen Nullstrom (I₀) eine geänderte Amplitude und einen ähnlichen Phasenwinkel (φ₀') bezogen auf die Nullspannung (U₀) aufweist, sofern sich die Messstelle (M1) zwischen der Sammelschiene (S) und dem Fehlerort (F) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Messzeitintervall (Δt_K) gemessene Nullstrom (I₀') im Vergleich zu dem nach dem Fehlereintritt (t_F) und vor dem Beginn (t_U1) des Messzeitintervalls (Δt_K) gemessen Nullstrom (I₀) eine fast gleich große Amplitude und einen komplementären Phasenwinkel (φ₀') bezogen zu der Nullspannung (U₀) aufweist oder der Phasenwinkel (φ₀') im Vergleich zu dem nach dem Fehlereintritt (t_F) und vor dem Beginn (t_U1) des Messzeitintervalls (Δt_K) gemessenen Phasenwinkel (φ₀) kapazitiver wird, sofern sich die Messstelle (M1) zwischen der Sammelschiene (S) und dem Fehlerort (F) befindet.
Vorrichtung zur Erkennung eines Erdschlusses und einer Erdschlussrichtung in einem kompensiert gelöschten Drehstromnetz, wobei an einer Einspeisestelle (4) ein Sternpunkt (N) über eine Kompensationsspule (L_p) mit einer Erde (E) zur Erdschlusskompensation verbunden ist, - mit einer Messeinrichtung (M1, M2, ...M_n) zur Messung einer Nullspannung (U₀) und/oder einer Leiterspannung (U₁, U₂, U₃) und/oder eines Nullstromes (I₀) und/oder von mindestens einem Leiterstrom (I₁, I₂, I₃) zur Bestimmung des Summenstromes oder des Nullstromes (I₀), - mit einer Auswerteinrichtung, mittels derer der Erdschluss und die Erdschlussrichtung bestimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einspeisestelle (4) eine Hilfsschalteinrichtung (H1, H2) vorgesehen ist, mittels derer in einem Fehlerfall ein induktiver oder kapazitiver Strom an dem Sternpunkt (N) verändert wird, so dass aus einer Amplituden- und/oder Phasenveränderung des Nullstromes (I₀) die Erdschlussrichtung ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschalteinrichtung (H1, H2) Schaltmittel (5, 6) und eine Hilfskapazität (C_H) und/oder eine Hilfsinduktivität (L_H) umfasst, die in dem Fehlerfall derart zu der Kompensationsspule (L_P) zuschaltbar bzw. wegschaltbar ist, dass in Abhängigkeit von dem Ort der Messeinrichtung (M1, M2, ...M_n) in dem den Erdschluss aufweisenden Abgang (D) einen Fehlerort (F) des Erdschlusses in Vorwärtsrichtung detektiert, wenn sich der Nullstrom (I₀) in Richtung eines kapazitiven Wertes bezogen auf die Nullspannung (U₀) verändert, und einen Fehlerort (F) des Erdschlusses in Rückwärtsrichtung detektiert, wenn sich der Nullstrom (I₀) bezogen auf die Nullspannung (U₀) trotz Zu- oder Abschalten der Hilfsschalteinrichung (H1, H2) nicht verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschalteinrichtung (H1) eine zu der Kompensationsspule (L_P) parallel zuschaltbare Hilfskapazität (C_H) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschalteinrichtung (H2) ein parallel zu der Kompensationsspule (Lp) in dem Messintervall (Δt_K) wegschaltbare Hilfsinduktivität (L_H) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskapazität (C_H) oder die Hilfsinduktivität (L_H) über eine parallel zu der Kompensationsspule (L_P) angeordnete Hilfswicklung (L_K) mit der Kompensationsspule (L_P) gekoppelt ist oder direkt über einen Schalter galvanisch verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschalteinrichtung Schaltmittel aufweist, derart, dass die Nullsystemreaktanz bzw. die Induktivität der Kompensationsspule (L_P) verändert wird.