Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Richtung eines einphasigen Erdschlusses in kompensierten Energieversorgungsnetzen sowie eine entsprechend eingerichtete Vorrichtung zur Ermittlung der Richtung zu einem Erdschluss.The invention relates to a method for determining the direction of a single-phase earth fault in compensated power supply networks and a correspondingly configured device for determining the direction to an earth fault.
Energieversorgungsnetze, insbesondere Mittel- und Hochspannungsenergieversorgungsnetze, werden häufig nach der Art ihrer Sternpunktbehandlung unterschieden, wobei typischerweise die Art der Erdung am Einspeisepunkt des Netzwerks betrachtet wird. Dabei werden in der Regel 3 Typen der Sternpunktbehandlung unterschieden, nämlich fest geerdeter Sternpunkt, isolierter Sternpunkt und kompensiert.Energy supply networks, in particular medium and high voltage energy supply networks, are often differentiated according to the type of their neutral point treatment, the type of grounding at the feed point of the network typically being considered. As a rule, a distinction is made between 3 types of star point treatment, namely firmly grounded star point, isolated star point and compensated.
Fest geerdete Netze haben den Vorteil, dass die im Falle eines Erdschlusses der Ort des Erdschlusses recht einfach ermittelt werden kann, da der Erdschlussstrom im Falle eines einphasigen Fehlers ein Kurzschlussstrom mit vergleichsweise großer Amplitude ist. Wegen der großen Ströme werden fest geerdete Netze im Falle eines Erdschlusses jedoch abgeschaltet. Im Unterschied dazu werden isolierte Netze im Falle eines einphasigen Erdschlusses nicht zwingend abgeschaltet, sodass die Verfügbarkeit dieser Netze signifikant höher ist. Der Ort des Erdschlusses kann in isolierten Netzen in einfacher Weise mit dem bekannten varmettrischen sin (φ)-Verfahren bestimmt werden. In großen Netzen, insbesondere solchen mit vielen Kabeln, fließen jedoch sehr große kapazitive Ströme, die eine entsprechend große Schritt- und Berührspannung bewirken, sodass größere Netze in der Praxis nicht als isolierte Netze betrieben werden.Permanently earthed networks have the advantage that in the event of an earth fault, the location of the earth fault can be determined very easily, since the earth fault current in the case of a single-phase fault is a short-circuit current with a comparatively large amplitude. However, because of the large currents, firmly earthed networks are switched off in the event of an earth fault. In contrast to this, isolated networks are not necessarily switched off in the event of a single-phase earth fault, so that the availability of these networks is significantly higher. The location of the earth fault can easily be determined in isolated networks using the known Varmettric sin (φ) method. In large networks, especially those with many cables, very large capacitive currents flow, which cause a correspondingly large step and touch voltage, so that larger networks are not operated as isolated networks in practice.
In Europa werden Energieversorgungsnetze häufig als sogenannte gelöschte oder kompensierte Netze betrieben. Bei diesen Netzen ist der Sternpunkt, typischerweise der Sternpunkt einer speisenden Quelle über eine Kompensationsdrossel, die auch als Petersenspule oder Erdschlusslöschspule bezeichnet wird, mit der Erde verbunden. Die Netze sind dabei typischerweise dreiphasig und führen Spannungen von 1kV bis 110kV. Während des ungestörten, symmetrischen Betriebs, d.h. wenn kein Strom über den Sternpunkt fließt, hat die Kompensationsdrossel keinen Einfluss auf das Netz, da dann kein Strom durch die Drossel fließt. Der Sternpunkt des dreiphasigen Netzes hat dann Erdpotential. Erst im Falle eines Fehlers, hier beispielsweise eines einpoligen Erdschlusses, kommt es zu einem Stromfluss durch die Kompensationsdrossel aufgrund der Potentialdifferenz zwischen dem Sternpunkt des Netzes zum Erdpotential.In Europe, energy supply networks are often operated as so-called deleted or compensated networks. In these networks, the star point, typically the star point of a feeding source, is connected to earth via a compensation choke, which is also referred to as a Petersen coil or an earth fault extinguishing coil. The networks are typically three-phase and carry voltages from 1kV to 110kV. During undisturbed, symmetrical operation, i.e. when no current flows through the star point, the compensation reactor has no influence on the network, since no current then flows through the reactor. The star point of the three-phase network then has ground potential. Only in the event of a fault, here for example a single-pole earth fault, does a current flow through the compensation reactor due to the potential difference between the neutral point of the network and the earth potential.
Ein erheblicher Anteil aller Störungen in dreiphasigen Energieversorgungsnetzen ist auf Erdschlüsse zurückzuführen, beispielsweise durch Beschädigungen eines Kabels oder eine andere fehlerhafte oder beschädigte Isolation eines Leiters. Insbesondere sind einphasige Erdschlüsse die häufigste Störungsursache. Im Falle eines Erdschlusses eines Leiters, beispielsweise eines Isolationsfehlers in einem Kabelnetz, entsteht in einem solchen kompensierten Netz ein Stromkreis von dem erdschlussbehafteten Leiter über den Erdschluss zur Erde und weiter über die Kompensationsdrossel. Weil derartige Energieversorgungsnetze typischerweise kapazitiv sind, würde bei einem Erdschluss ein sehr hoher kapazitiver Erdschlussstrom fließen. in einem kompensierten Netz bewirkt die Kompensationsdrossel jedoch, dass im Falle eines Erdschlusses zusätzlich ein induktiver Strom über den Fehlerort fließt, welcher den kapazitiven Strom am Fehlerort im Idealfall vollständig kompensiert. Die Höhe des induktiven Stroms sollte dementsprechend möglichst gleich zur Höhe des im Fehlerfall fließenden kapazitiven Stroms sein, sodass nur ein möglichst kleiner Wirkstrom am Ort des Erdschlusses resultiert. Die Induktivität der Kompensationsdrossel wird dazu so bemessen, dass deren Impedanz möglichst gleich der Netzkapazität ist, sodass die Kompensationsdrossel einen induktiven Strom zur Kompensation des großen kapazitiven Erdschlussstroms bewirkt. In einem derart kompensierten Netz fließt im Falle eines einphasigen Erdschlusses dementsprechend nur ein vergleichsweise kleiner Wirkstrom, ebenso sind die Schritt- und Berührspannung klein im Vergleich mit isolierten Netzen. Nachteilig ist bei kompensierten Netzen jedoch, dass aufgrund des niedrigen verbleibenden Stroms die Ortung des Erdschlusses deutlich schwieriger ist.A significant proportion of all faults in three-phase power supply networks can be traced back to earth faults, for example due to damage to a cable or other faulty or damaged insulation of a conductor. In particular, single-phase earth faults are the most common cause of faults. In the event of an earth fault in a conductor, for example an insulation fault in a cable network, a circuit is created in such a compensated network from the earth faulted conductor via the earth fault to earth and further via the compensation reactor. Because such power supply networks are typically capacitive, a very high capacitive earth fault current would flow in the event of an earth fault. In a compensated network, however, the compensation reactor has the effect that in the event of an earth fault, an inductive current also flows through the fault location, which ideally fully compensates for the capacitive current at the fault location. The level of the inductive current should accordingly be as equal as possible to the level of the capacitive current flowing in the event of a fault, so that only the smallest possible active current results at the location of the earth fault. The inductance of the compensation choke is dimensioned so that its impedance is as equal as possible to the network capacitance, so that the compensation choke causes an inductive current to compensate for the large capacitive earth-fault current. In a network compensated in this way, only a comparatively small active current flows in the event of a single-phase earth fault, and the step and touch voltages are also small compared to isolated networks. However, the disadvantage of compensated networks is that, due to the low current remaining, it is much more difficult to locate the earth fault.
Im Fall eines Erdschlusses in einem kompensierten Netz soll der Ort der Fehlerstelle schnellstmöglich ermittelt werden, sodass der Fehler schnellstmöglich behoben werden kann.In the event of an earth fault in a compensated network, the location of the fault should be determined as quickly as possible so that the fault can be rectified as quickly as possible.
Diese Aufgabe wird in einem Netz gemäß Anspruch 1 und einem entsprechenden Verfahren gelöst, wie nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.This object is achieved in a network according to claim 1 and a corresponding method, as described below with reference to the figures.
Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Netzes;
- 2 Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Ermitteln des Ortes des Erdschlusses;
- 3 eine schematische Darstellung des Fehlerstroms am Fehlerort in Abhängigkeit der Zeit.
Show: - 1 a schematic representation of a network according to the invention;
- 2 Flow chart of the method for determining the location of the earth fault;
- 3 a schematic representation of the fault current at the fault location as a function of time.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzes 100, welches hier drei Phasen mit den entsprechenden Leitern 110a, 110b und 110c aufweist. Die Leitungsinduktivitäten der Leiter 110a-110c sind durch die Induktivitäten 130a-130c dargestellt, die Leitungskapazitäten sind durch die Kapazitäten CE 140a-140c dargestellt. 1 shows a schematic representation of a network 100 which here are three phases with the appropriate ladders 110a , 110b and 110c having. The line inductances of the conductors 110a-110c are through the inductors 130a-130c shown, the line capacities are represented by the capacities C E 140a-140c shown.
Zur Versorgung einer hier nicht dargestellten Last wird das Netz über die drei Quellen 150a-150c gespeist; diese können in einer Ausführungsform ein Transformatorsein.To supply a load not shown here, the network is via the three sources 150a-150c fed; this can be a transformer in one embodiment.
Der Sternpunkt N 100a des Netzes ist über eine Kompensationsdrossel 160 mit dem Erdpotenzial verbunden, wobei die Verbindung des Sternpunkts 100a über die Kompensationsdrossel 160 zu dem Erdpotential mittels eines Trennschalters 170 getrennt werden kann, sodass der Sternpunkt bei geöffnetem Trennschalter 170 isoliert und das Netz 100 dann ein isoliertes Netz ist. Während des normalen Betriebs ist der Trennschalter 170 geschlossen, sodass das Netz 100 ein kompensiertes Netz ist, d.h. der Sternpunkt 100a des Netzes ist über die Kompensationsdrossel 160 mit der Erde verbunden. in einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trennschalter 170 ein Hochspannungsschalter und zwischen dem Sternpunkt des Netzes 100 und der Kompensationsdrossel 160 angeordnet.The neutral point N 100a of the network is via a compensation choke 160 connected to the earth potential, the connection of the star point 100a via the compensation choke 160 to the earth potential by means of a circuit breaker 170 can be separated so that the star point when the disconnector is open 170 isolated and the network 100 then it is an isolated network. During normal operation, the circuit breaker is 170 closed so the network 100 is a compensated network, ie the star point 100a of the network is via the compensation reactor 160 connected to the earth. in a preferred embodiment, the circuit breaker 170 a high-voltage switch and between the neutral point of the network 100 and the compensation choke 160 arranged.
Das Netz 100 umfasst weiterhin eine Steuerung 180 zur Ansteuerung des Trennschalters 170.The network 100 further comprises a controller 180 to control the disconnector 170 .
In einer Ausführungsform ist die Steuerung 180 weiterhin dazu vorgesehen und eingerichtet, einen Strom durch die Kompensationsdrosselder Höhe nach zu messen und bei Überschreiten eines vordefinierten Grenzwerts den Trennschalter 170 zu öffnen. Im normalen, symmetrischen Betrieb des mehrphasigen Netzes 100 fließt nahezu kein Strom über Kompensationsdrossel 160. Erst im Falle eines Fehlers, insbesondere eines Erdschlusses eines Leiters 110a-110c, fließt ein erhöhter Strom, welcher einen vordefinierten Grenzwert überschreitet und der einen Erdschluss anzeigt. Ermittelt die Steuerung 180 das Fließen eines Stroms durch die Kompensationsdrossel 160, der den vordefinierten Grenzwert überschreitet,, so steuert die Steuerung 180 den Trennschalter 170 so an, dass dieser öffnet und damit den Sternpunkt 100a des Netzes 100 vom Erdpotential trennt, sodass das Netz 100 dann ein isoliertes Netz ist. Weiterhin kann die Steuerung 180 eingerichtet und dazu vorgesehen sein, den Trennschalter 170 so anzusteuern, dass dieser schließt und damit den Sternpunkt 100a des Netzes über die Kompensationsdrossel 160 wieder mit dem Erdpotential verbindet. Die Steuerung 180 kann zudem auch dazu vorgesehen und eingerichtet sein, den Trennschalter erst nach Ablauf einer voreingestellten Zeitdauer zum Öffnen anzusteuern.In one embodiment, the controller is 180 furthermore provided and set up to measure the level of a current through the compensation throttle and, if a predefined limit value is exceeded, the disconnector 170 to open. In normal, symmetrical operation of the multi-phase network 100 Almost no current flows through the compensation choke 160 . Only in the event of a fault, in particular an earth fault in a conductor 110a-110c , an increased current flows which exceeds a predefined limit value and which indicates a ground fault. Determines the control 180 the flow of a current through the compensation reactor 160 that exceeds the predefined limit value, is how the control operates 180 the circuit breaker 170 so that it opens and thus the star point 100a of the network 100 from the earth potential, so that the network 100 then it is an isolated network. Furthermore, the controller 180 set up and provided to the disconnector 170 to be controlled in such a way that it closes and thus the star point 100a of the network via the compensation reactor 160 reconnects to the earth potential. The control 180 can also be provided and set up to trigger the disconnector for opening only after a preset period of time has elapsed.
Weiterhin kann das Netz 100 eine Vielzahl von Erdschlussanzeigern 190a-190e umfassen, die mit Abstand zueinander an den Leitern 110a-110c des mehrphasigen Netzes 100 angeordnet sind. Diese an sich bekannten Erdschlussanzeiger sind abschnittsweise an einem jeweiligen Leiter 110a-110c angeordnet. So kann für einen Leiter 110a ein erster Erdschlussanzeiger 190a unmittelbar an oder in der Nähe der speisenden Quelle 150a, also beispielsweise an einem Transformator angeordnet sein, und ein zweiter Erdschlussanzeiger 190d kann in Abstand dazu, beispielsweise nach einem Leitungsabschnitt angeordnet sein, sodass zwischen den Erdschlussanzeigern 190a und 190d typischerweise ein Abstand von mehreren Metern oder Kilometern liegt. Zur Überwachung einer Leitung 110a-110c können weitere, in der 1 nicht dargestellte Erdschlussanzeiger vorgesehen sein. Derartige Erdschlussanzeigersind dazu vorgesehen und eingerichtet die Spannung des Leiters und/oder den Strom durch den Leiter zu ermitteln, den sie bezüglich der Spannung und/oder des Stroms überwachen sollen. Fällt zum Beispiel die Spannung in dem Leiter ab, so zeigt dies typischerweise einen Kurz- oder Erdschluss des Leiters an, wenn die Spannung nicht absichtlich abgeschaltet wurde. Die Erdschlussanzeiger 190a-190c können in einer Ausführungsform weiterhin dazu vorgesehen und eingerichtet sein, dass sie einen ermittelten Erdschluss an eine Überwachung oder Steuerung, hier die Steuerung 180, kommunizieren. Weiterhin sind die Erdschlussanzeiger dazu eingerichtet und vorgesehen, ab dem Feststellen eines Erdschlusses in dem unmittelbar vom jeweiligen Erdschlussanzeiger überwachten Leiter den Spannungs- und/oder den Stromverlauf durch den jeweiligen Leiter zu ermitteln und zu speichern. Das Ermitteln und Aufzeichnen des Spannungs- und Stromverlaufs für einen jeweils überwachten Leiter findet dabei vorzugsweise mit einer Abtastrate von mehr als 1kHz statt. Die ermittelten Spannungs- und Stromverläufe können dann von den Erdschlussanzeigern in einer Ausführungsform zur weiteren Verarbeitung und Auswertung an die Steuerung 180 übertragen werden. in einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuerung dazu eingerichtet und vorgesehen sein, basierend auf den übertragenen Spannungs- und Stromverläufen die Summenspannung und den Summenstrom oder die Nullspannung bzw. den Nullstrom zu ermitteln und darauf basierend die Richtung zu dem Ort des Erdschlusses zu ermitteln.Furthermore, the network 100 a variety of earth fault indicators 190a-190e include spaced apart on the conductors 110a-110c of the multi-phase network 100 are arranged. These earth fault indicators, known per se, are in sections on a respective conductor 110a-110c arranged. So can for a leader 110a a first earth fault indicator 190a directly at or near the feeding source 150a , so for example be arranged on a transformer, and a second earth fault indicator 190d can be arranged at a distance therefrom, for example after a line section, so that between the earth fault indicators 190a and 190d typically a distance of several meters or kilometers. For monitoring a line 110a-110c can more, in the 1 earth fault indicators, not shown, may be provided. Such earth fault indicators are provided and set up to determine the voltage of the conductor and / or the current through the conductor, which they are to monitor with regard to the voltage and / or the current. For example, if the voltage in the conductor drops, this typically indicates a short circuit or earth fault in the conductor if the voltage was not intentionally switched off. The earth fault indicator 190a-190c can also be provided and set up in one embodiment that they transmit a detected earth fault to a monitoring or control system, here the control system 180 , communicate. Furthermore, the earth fault indicators are set up and provided to determine and store the voltage and / or current flow through the respective conductor as soon as an earth fault is detected in the conductor monitored directly by the respective earth fault indicator. The determination and recording of the voltage and current curve for each monitored conductor preferably takes place at a sampling rate of more than 1 kHz. In one embodiment, the determined voltage and current profiles can then be sent to the controller by the earth fault indicators for further processing and evaluation 180 be transmitted. In a preferred embodiment, the controller can be set up and provided to determine the total voltage and the total current or the zero voltage or the zero current based on the transmitted voltage and current profiles and based thereon to determine the direction to the location of the earth fault.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Ortes eines einphasigen Erdschlusses. 2 shows a flow chart of the method according to the invention for determining the location of a single-phase earth fault.
Im ungestörten Betrieb des Netzes 100, wenn also kein Erdschluss eines Leiters des Netzes vorliegt, ist der Trennschalter 170 geschlossen und das Netz 100 wird als kompensiertes Netz betrieben.In the undisturbed operation of the network 100 , so if there is no earth fault in a line conductor, the disconnector is 170 closed and the network 100 is operated as a compensated network.
Während des normalen Betriebs wird in einem ersten Schritt 210 mit an sich bekannten Mitteln ermittelt, ob ein Erdschluss vorliegt und gegebenenfalls welcher Leiter den Erdschluss aufweist. Dies kann in einer Ausführungsform durch die Steuerung 180 mittels Überwachen des Stroms durch die Kompensationsdrossel 160 oder den Trennschalter 170 stattfinden oder durch ein Überwachen des Stromflusses durch die Leiter 110a bis 110c. Da im Falle eines Erdschlusses eines Leiters 110a-110c der Strom durch den erdschlussbehafteten Leiter häufig stark ansteigt, gleichzeitig der Strom durch die Kompensationsdrossel 160 sowie den Trennschalter 170 stark ansteigt und die Spannung in dem erdschlussbehafteten Leiter stark abfällt, kann der erdschlussbehaftete Leiter in diesen Fällen in einfacher Weise ermittelt werden. in einer Ausführungsform kann somit das Vorliegen eines Erdschlusses eines Leiters 110a-110c durch Überwachen des Stromflusses durch die Kompensationsdrossel 160 ermittelt werden. Alternativ kann ein Erdschluss über die Summe der Ströme, d.h. den sog. Summenstrom, durch die Leiter ermittelt werden, alternativ der Strom durch den Nullleiter, der im ungestörten Falle jeweils Null und bei einem Erdschluss ungleich Null ist. Selbiges gilt bekanntermaßen für die Summe der Spannungen, d.h. die sog. Summenspannung, zwischen den Leitern, welche im ungestörten Betrieb Null, im Erdfehlerfalljedoch bis zur Leiter-Erd-Spannung ansteigen kann.During normal operation, the first step is 210 using means known per se, determines whether there is a ground fault and, if applicable, which conductor has the ground fault. This can in one embodiment by the controller 180 by monitoring the current through the compensation reactor 160 or the circuit breaker 170 take place or by monitoring the flow of current through the conductors 110a to 110c . As in the event of an earth fault in a conductor 110a-110c the current through the earth-faulted conductor often rises sharply, and at the same time the current through the compensation reactor 160 as well as the circuit breaker 170 increases sharply and the voltage in the earth-faulted conductor drops sharply, the earth-faulted conductor can be determined in these cases in a simple manner. In one embodiment, therefore, the presence of a ground fault in a conductor 110a-110c by monitoring the current flow through the compensation reactor 160 be determined. Alternatively, an earth fault can be determined using the sum of the currents, ie the so-called total current, through the conductors, alternatively the current through the neutral conductor, which is zero in the undisturbed case and non-zero in the case of an earth fault. The same applies, as is known, to the sum of the voltages, ie the so-called total voltage, between the conductors, which can rise to zero in normal operation, but up to conductor-to-earth voltage in the event of an earth fault.
Falls in Verfahrensschritt 210 ein Erdschluss eines Leiters 110a-110c festgestellt wird, so fließt ein Fehlerstrom durch die Kompensationsdrossel 160 sowie den Trennschalter 170. Typischerweise liegt der Erdschluss nur an einem der mehreren Leiter 110a-110c des mehrphasigen Netzes 100 vor.If in process step 210 an earth fault in a conductor 110a-110c is detected, a fault current flows through the compensation choke 160 as well as the circuit breaker 170 . Typically, the earth fault is only on one of the several conductors 110a-110c of the multi-phase network 100 in front.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Vorliegen eines Erdschlusses mittels Erdschlussanzeigern 190a-190f durchgeführt, wobei mehrere Erdschlussanzeiger 190 wie oben beschrieben in dem Netz 100 angeordnet sind. Ein unmittelbar an dem erdschlussbehafteten Leiter angeordneter Erdschlussanzeigerwird einen Spannungsabfall ermitteln, wobei gleichzeitig der Stromfluss durch den erdschlussbehafteten Leiter stark ansteigt. Erdschlussanzeiger, die nicht unmittelbar an dem erdschlussbehafteten Leiter angeordnet sind, werden jedoch einen Anstieg der Spannung sowie des Stroms in dem jeweils überwachten Leiters ermitteln.In an alternative embodiment, the presence of a ground fault is carried out by means of ground fault indicators 190a-190f, with several ground fault indicators 190 in the network as described above 100 are arranged. An earth fault indicator arranged directly on the earth faulty conductor will determine a voltage drop, with the current flow through the earth faulty conductor increasing at the same time. Earth fault indicators that are not located directly on the earth faulty conductor will, however, determine an increase in voltage and current in the conductor being monitored.
Das Ermitteln des erdschlussbehafteten Leiters kann mit herkömmlichen Verfahren und Mitteln durchgeführt werden, beispielsweise mit herkömmlichen Erdschlussanzeigern 190a-190e.The earth-faulty conductor can be determined using conventional methods and means, for example using conventional earth-fault indicators 190a-190e .
In einer Ausführungsform kommuniziert ein Erdschlussanzeiger einen ermittelten Erdschluss schnellstmöglich an die Steuerung 180, sobald der Erdschlussanzeiger das Vorliegen eines Erdschlusses für den jeweiligen überwachten Leiter 110a-110c ermittelt hat. Ebenso kommuniziert ein Erdschlussanzeiger eine andere erhebliche Spannungsänderung des jeweils überwachten Leiters, beispielsweise wenn die Spannung des überwachten Leiters über einen Schwellwert ansteigt, wie dies der Fall ist, wenn nicht der unmittelbar überwachte, sondern ein anderer Leiter des mehrphasigen Netzes einen Erdschluss aufweist.In one embodiment, an earth fault indicator communicates a detected earth fault to the controller as quickly as possible 180 as soon as the earth fault indicator indicates the presence of a ground fault for the respective monitored conductor 110a-110c has determined. An earth fault indicator also communicates another significant change in voltage in the conductor being monitored, for example if the voltage of the conductor being monitored rises above a threshold value, as is the case if another conductor in the multiphase network rather than the directly monitored conductor has an earth fault.
In einem optionalen Schritt 230 wartet die Steuerung 180 nach dem Empfangen der ersten Meldung eines Erdschlussanzeigers 190a-190f, welcher den erdschlussbehafteten Leiter überwacht, auf jeweils mindestens eine Meldung eines Erdschlussanzeigers, welcher einen jeweils anderen Leiter überwacht. Erst wenn zu jedem der anderen, also nicht erdschlussbehafteten Leiter vom jeweiligen Erdschlussanzeigerjeweils mindestens eine Information bezüglich einer Spannungsänderung von der Steuerung 180 empfangen wurde, steuert die Steuerung 180 den Trennschalter 170 so an, dass der Trennschalter 170 die elektrische Verbindung des Sternpunkts N 100a des mehrphasigen Netzes 100 von der Erde trennt, sodass das mehrphasige Netz 100 ab dem Öffnen des Trennschalters mit isolierten Sternpunkt betrieben wird. In dieser Zeitspanne des Wartens nach dem ersten Ermitteln eines Erdschlusses bis zum Öffnen des Trennschalters 170, siehe 3 Zeitspanne t0.In an optional step 230 the controller is waiting 180 after receiving the first message from an earth fault indicator 190a-190f, which monitors the earth faulty conductor, for at least one message from an earth fault indicator, which monitors a respective other conductor. Only when for each of the other, i.e. not earth-faulty conductors, at least one piece of information relating to a voltage change from the controller is provided by the respective earth fault indicator 180 is received, controls the controller 180 the circuit breaker 170 so that the circuit breaker 170 the electrical connection of the neutral point N 100a of the multi-phase network 100 separates from the earth, making the polyphase network 100 is operated with an isolated star point from the opening of the disconnector. During this period of waiting after the first detection of an earth fault until the disconnector opens 170 , please refer 3 Time span t0.
Der Trennschalter 170 wird nach dem Feststellen eines Erdschlusses und optional nach Ablauf einer Zeitspanne t0 für eine Zeitspanne t1 geöffnet, Schritt 240, sodass ab dem Öffnen des Trennschalters 170 das Netz 100 für die Zeitspanne t1 ein Netz mit isoliertem Sternpunkt ist.The circuit breaker 170 is opened for a period of time t1 after a ground fault has been detected and optionally after a period of time t0 has elapsed, step 240 so that from opening the circuit breaker 170 the network 100 is a network with an isolated star point for the period t1.
Sobald der Trennschalter 170 geöffnet und das Netz 100 ein isoliertes Netz ist, wird der Ort des Erdschlusses mittels eines an sich bekannten Verfahrens ermittelt, Schritt 250, wobei das bekannte Verfahren ein jegliches Verfahren sein kann, welches für die Ermittlung des Ortes eines Erdschlusses oder mit Bezug auf einen Referenzpunkt zur Ermittlung der Richtung zu einem Erdschluss geeignet ist. Ein solches bekanntes Verfahren ist das sogenannte sin(cp)-Verfahren, welches beispielsweise in der Veröffentlichung „Review of Ground Fault Protection Methods for grounded, ungrounded, and compensated Distribution Systems, J. Roberts, H.J. Altuve und D. Hou beschrieben ist. Dabei wird der Nullstrom bzw. der Summenstrom und die Nullspannung/Summenspannung aller drei Leiterspannungen ausgewertet. Für den Richtungsentscheid wird der Phasenversatz zwischen dem Nullstrom und der Nullspannung ausgewertet. Somit lässt sich der Blindleistungsfluss ermitteln, also ob der Nullstrom eher kapazitiv oder induktiv gegenüber der Nullspannung ist. Da es bei dem Richtungsentscheid um ein lediglichen +/-90°-Entscheid handelt, ist die Auswertung der Blindleistungsflussrichtung ein bewährtes Verfahren zur Ermittlung von stationären Erdschlüssen in isolierten Netzen.As soon as the circuit breaker 170 open and the network 100 is an isolated network, the location of the ground fault is determined by means of a method known per se, step 250, wherein the known method can be any method which is used for determining the location of a ground fault or with reference to a reference point for determining the direction to is suitable for an earth fault. One such known method is the so-called sin (cp) method, which is described, for example, in the publication "Review of Ground Fault Protection Methods for Grounded, Unrounded, and Compensated Distribution Systems" by J. Roberts, HJ Altuve and D. Hou. The zero current or the total current and the zero voltage / total voltage of all three conductor voltages are evaluated. For the direction decision, the phase offset between the zero current and the zero voltage is evaluated. The reactive power flow can thus be determined, i.e. whether the zero current is more capacitive or inductive compared to the zero voltage. Since the direction decision is only a +/- 90 ° decision, the evaluation of the reactive power flow direction is a tried and tested method for Determination of stationary earth faults in isolated networks.
In einer alternativen Ausführungsform zeichnen die Erdschlussanzeiger 190a-190f den Spannungs- und Stromverlauf des jeweils überwachten Leiters 110a-110c ab dem Zeitpunkt auf, sobald die Spannung des Leiters oder der Strom durch den Leiter einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Dieser jeweilige Grenzwert ist dabei so definiert, dass ein Über- oder Unterschreiten eine signifikante Unsymmetrie des Netzes anzeigt. Stellt ein Erdschlussanzeiger das Über- oder Unterschreiten eines Grenzwerts fest, so beginnt der Erdschlussanzeiger mit der Aufzeichnung des Strom- und Spannungsverlaufs des jeweiligen Leiters. Die Erdschlussanzeiger sind in einer Ausführungsform der Erfindung dazu vorgesehen und eingerichtet, eine festgestellte Unsymmetrie und die aufgezeichneten Strom- und Spannungsverläufe an die Steuerung 180 zu übertragen. Die Steuerung ist in diesem Fall dazu eingerichtet und vorgesehen die übertragene Information zu verarbeiten und auszuwerten, sodass die Steuerung zum einen den Trennschalter 170 ansteuern kann und weiterhin auf Basis der ermittelten Spannungs- und Stromverläufe den Ort des Erdschlusses zu ermitteln bzw. einzugrenzen oder die Richtung zu einem Erdschluss mit Bezug auf einen Referenzpunkt zu ermitteln. im Falle des Erdschlusses eines Leiters wird der Strom über den Erdschluss fließen. Dementsprechend wird an einem Erdschlussanzeiger 190, welcher bei ungestörtem Lastfluss von der Quelle 150 aus gesehen vor dem Ort des Erdschlusses angeordnet ist, keine Änderung der Phasenverschiebung vorliegen. An einem Erdschlussanzeiger, welcher bei ungestörtem Lastfluss von der Quelle 150 aus gesehen hinter dem Ort des Erdschlusses platziert ist, wird jedoch eine signifikante Änderung der Phasenverschiebung vorliegen, sodass aus diesen Phasen in an sich herkömmlicher Weise auf die Richtung zu dem Erdschluss geschlossen werden kann.In an alternative embodiment, the earth fault indicators 190a-190f draw the voltage and current profile of the conductor being monitored in each case 110a-110c from the point in time as soon as the voltage of the conductor or the current through the conductor exceeds a predefined limit value. This respective limit value is defined in such a way that exceeding or falling below indicates a significant asymmetry of the network. If an earth fault indicator detects that a limit value has been exceeded or fallen below, the earth fault indicator begins to record the current and voltage curve of the respective conductor. In one embodiment of the invention, the earth fault indicators are provided and set up to transmit an ascertained asymmetry and the recorded current and voltage profiles to the controller 180 transferred to. In this case, the control is set up and provided for processing and evaluating the transmitted information, so that the control is, on the one hand, the disconnector 170 can control and continue to determine or limit the location of the ground fault on the basis of the determined voltage and current curves or to determine the direction to a ground fault with reference to a reference point. in the event of an earth fault in a conductor, the current will flow through the earth fault. Accordingly, there will be no change in the phase shift at an earth fault indicator 190, which is arranged in front of the location of the earth fault when the load flow is undisturbed from the source 150. However, there will be a significant change in the phase shift on an earth fault indicator, which is placed behind the location of the earth fault when the load flow is undisturbed from the source 150, so that conclusions can be drawn about the direction of the earth fault from these phases in a conventional manner.
Dabei versteht sich, dass die Auswertung der aufgezeichneten Strom- und Spannungsverläufe auch erst dann durchgeführt werden kann, wenn der der Schalter 170 wieder geschlossen ist, sodass die Zeitspanne t1 möglichst kurz gehalten werden kann.It goes without saying that the recorded current and voltage curves can only be evaluated when the switch 170 is closed again, so that the time period t1 can be kept as short as possible.
Die Steuerung 180 schließt den Trennschalter 170 nach Ablauf einer Zeitspanne t1, Schritt 260, sodass das Netz dann wieder als kompensiertes Netz betrieben wird. Die Zeitspanne t1, d.h. die Zeitspanne vom Öffnen bis zum Schließen des Trennschalters 180, ist dabei bevorzugt so bemessen, dass die Zeitspanne zur Anwendung des Verfahrens zur Ermittlung des Fehlerortes ausreichend, jedoch nicht länger ist, da bei geöffnetem Trennschalter 170, also während der Zeitspanne t0, der Stromfluss durch den Erdschluss unkompensiert und damit am Fehlerort, abhängig von der Netzkapazität, sehr groß ist.The control 180 closes the circuit breaker 170 after a period of time t1 has elapsed, step 260, so that the network is then operated again as a compensated network. The period of time t1, ie the period of time from opening to closing the circuit breaker 180 , is preferably dimensioned in such a way that the period of time for using the method to determine the fault location is sufficient, but not longer, since the disconnector is open 170 , i.e. during the time period t0, the current flow is uncompensated by the earth fault and is therefore very large at the fault location, depending on the network capacity.
3 zeigt eine schematisch Darstellung 300 des Erdschlussstroms 310, das heißt den Fehlerstrom, durch den Trennschalter 170, wobei zum Zeitpunkt t=T0 der Erdschluss eintritt und damit zum Zeitpunkt t=T0 der kompensierte Erdschlussstrom zu fließen beginnt. Der initial fließende Erdschlussstrom, d.h. der bis zum Zeitpunkt t=T1, 320, fließende Erdschlussstrom, ist nach einem anfänglichen Einschwingvorgang nur ein vergleichsweise kleiner Wirkstrom, weil der kapazitive Stromfluss durch die Kompensationsdrossel 160 kompensiert wird. 3 shows a schematic representation 300 of the earth fault current 310 , i.e. the fault current, through the disconnector 170 , whereby the earth fault occurs at time t = T0 and thus the compensated earth fault current begins to flow at time t = T0. The initially flowing ground fault current, ie the ground fault current flowing up to time t = T1, 320, is only a comparatively small effective current after an initial transient process because the capacitive current flow through the compensation choke 160 is compensated.
Wenn das Vorliegen eines Erdschlussstroms ermittelt ist, so öffnet die Steuerung 180 den Trennschalter 170 nach Ablauf einer Zeitspanne t0 zum Zeitpunkt t=T1, 320, und trennt damit die Verbindung des Sternpunkts 100a des Energieversorgungsnetzes 100 vom Erdpotential. Die Zeitspanne t=t0, also die Zeitspanne vom Eintreten und Feststellen des Erdschlusses bis zum Öffnen des Trennschalters 170, kann bevorzugt 0,5 bis 1 Sekunde betragen. Weiterhin wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Trennschalter 170 erst geöffnet, sobald zu jeder Phase des mehrphasigen Netzes 100 eine Information von einem Erdschlussanzeiger über den vorliegenden Erdschluss vorliegt.If the presence of a ground fault current is determined, the control opens 180 the circuit breaker 170 after a period of time t0 has elapsed at time t = T1, 320, and thus disconnects the star point 100a of the energy supply network 100 from the earth potential. The time span t = t0, i.e. the time span from the occurrence and detection of the earth fault to the opening of the disconnector 170 , can preferably be 0.5 to 1 second. Furthermore, in a particularly preferred embodiment, the disconnector 170 only opened as soon as each phase of the multi-phase network 100 there is information from an earth fault indicator about the present earth fault.
Während der Zeitspanne t=t1, also während der Trennschalter 170 geöffnet und das Netz ein isoliertes Netz ist, fließt ein vergleichsweise hoher Erdschlussstrom. Während dieser Zeitspanne wird mittels eines an sich bekannten Verfahrens wie oben beschrieben der Ort des Erdschlusses der fehlerbehafteten Phase ermittelt. Zum Zeitpunkt t=T2 wird der Trennschalter 170 wieder geschlossen, sodass ab dann das Netz 100 wieder als kompensiertes Netz betrieben wird. Typischerweise beträgt die Zeitspanne t1 mehr als 10ms und weniger als 1000ms, bevorzugt mehr als 20ms und weniger als 500ms und ganz besonders bevorzugt 80ms bis 100ms.During the time period t = t1, i.e. during the disconnector 170 open and the network is an isolated network, a comparatively high earth fault current flows. During this period of time, the location of the earth fault of the faulty phase is determined by means of a method known per se as described above. At time t = T2, the disconnector becomes 170 closed again, so from then on the network 100 is operated again as a compensated network. The time period t1 is typically more than 10 ms and less than 1000 ms, preferably more than 20 ms and less than 500 ms and very particularly preferably 80 ms to 100 ms.
Wie in 3 dargestellt, fließt ab der Schließung des Trennschalters 170 nur noch ein kleiner Erdschlussstrom, da der Erdschlussstrom wieder durch die Kompensationsdrossel kompensiert wird. Mit dem Schließen des Trennschalters 170, Schritt 260, endet das Verfahren.As in 3 shown, flows from the closing of the disconnector 170 only a small earth fault current, as the earth fault current is compensated again by the compensation reactor. With the closing of the circuit breaker 170 , Step 260, the method ends.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
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100100
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Netznetwork
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100a100a
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Sternpunkt des NetzesStar point of the network
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110a-110c110a-110c
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Leiterladder
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130a-130c130a-130c
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LeitungsinduktivitätLine inductance
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140a-140c140a-140c
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LeitungskapazitätLine capacity
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150a-150c150a-150c
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Quellesource
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160160
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KompensationsdrosselCompensation choke
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170170
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TrennschalterDisconnector
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180180
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Steuerung des Trennschalters 170 Control of the circuit breaker 170
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190a-190e190a-190e
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Erdschlussanzeiger
Earth fault indicator
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200200
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Verfahren zum Ermitteln eines Ortes eines ErdschlussesMethod for determining a location of an earth fault
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210210
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Feststellen eines ErdschlussesDetecting an earth fault
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220220
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Ermitteln des erdschlussbehafteten LeitersDetermine the earth fault conductor
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230230
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Optionales WartenOptional waiting
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240240
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Öffnen des Trennschalters 170
Open the circuit breaker 170
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300300
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schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des ErdschlussstromsSchematic representation of the course of the earth fault current over time
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310310
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Verlauf des ErdschlussstromsCourse of the earth fault current
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320320
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Zeitpunkt d. Eintretens des ErdschlussesPoint in time d. Occurrence of the earth fault
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330330
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Öffnen des Trennschalters 170 Open the circuit breaker 170
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340340
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Schließen des Trennschalters 170 Closing the circuit breaker 170
