DE10215025A1

DE10215025A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ortung von Erdschlüssen und Kurzschlüssen in Drehstromnetzen

Info

Publication number: DE10215025A1
Application number: DE10215025A
Authority: DE
Inventors: Juergen Ziegler; Gunter Kries
Original assignee: Kries Energietechnik & Co GmbH
Current assignee: Kries Energietechnik & Co GmbH
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine zugehörige Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ortung von einpoligen Erdschlüssen, mehrpoligen Erdschlüssen sowie von Kurzschlüssen in Drehstromnetzen mit zumindest zeitweise induktiv geerdetem Sternpunkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird nach Erkennen und Anzeigen eines ersten Fehlers die Fehlererkennung aufrechterhalten und bei Auftreten und Erkennung eines jeweils weiteren Fehlers ein Anzeigeentscheidungsschritt durchgeführt, in welchem gemäß einem vorgebbaren Anzeige-Entscheidungskriterium entschieden wird, ob der aktuell erkannte Fehler anstatt oder zusätzlich zu dem oder den bislang angezeigten Fehlern angezeigt oder ob die Anzeige allein des oder der bislang angezeigten Fehlers beibehalten wird. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Fehlererkennung und Fehlerortung in Drehstromnetzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung und/oder Ortung von einpoligen Erdschlüssen, mehrpoligen Erdschlüssen sowie von Kurzschlüssen in Drehstromnetzen mit zumindest zeitweise induktiv geerdetem Sternpunkt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
In Mittel- und Hochspannungsnetzen mit induktiv geerdetem bzw. gelöschtem Sternpunkt sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die durch eine zeitliche Veränderung der Impedanz einer Erdungsspule und Verfolgung der dadurch bei einem vorliegenden Erdschluss hervorgerufenen Stromänderungen in den vom Erdschluss betroffenen Leitern eine Erkennung und Ortung des Erdschlusses ermöglichen. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind u. a. in der DE 44 29 310 C2, der DE 44 13 649 C2 und der DE 27 11 629 B1 offenbart.
Im einpoligen Erdschlussfall, d. h. wenn nur ein Leiter mit Erde in Kontakt steht, wird die Spannung der beiden nicht von einem Erdschluss betroffenen Leiter in Bezug auf Erdpotential um den Faktor √3 erhöht. Diese Spannungserhöhung führt häufig zu Folgefehlern, beispielsweise zu sogenannten Doppel- bzw. Mehrfacherdschlüssen, bei denen zwei bzw. drei Leiter des Spannungsnetzes mit Erde in Kontakt stehen. Aus diesem Grund sollten auch in geerdeten bzw. gelöschten Netzen die Erdschlüsse möglichst schnell erkannt und geortet und die als fehlerhaft erkannten Netzabschnitte in Folge abgeschaltet werden.
Des weiteren sind sogenannte Kurzschlussmelder bekannt, die mit Hilfe eines Stromwandlers die aktuelle Stromstärke eines Leiters erfassen und, falls der gemessene Strom einen Schwellwert überschreitet, einen Kurzschluss anzeigen. Dadurch ist sowohl eine Erkennung als auch eine Ortung des Kurzschlusses möglich.
Von der Anmelderin wird bereits ein kombinierter Kurzschluss- und Erdschlussanzeiger mit der Typenbezeichnung "IKI-10V2/Puls" hergestellt und vertrieben. Diese gattungsgemäße Vorrichtung kann ein- und mehrpolige Erdschlüsse sowie Kurzschlüsse in induktiv geerdeten Mittelspannungsnetzen erkennen und anzeigen. Erd- bzw. Kurzschlüsse werden mit Hilfe von entsprechenden Symbolen in der Geräteanzeige visualisiert. Hierbei wird zwischen einer Anzeige von einpoligen Erdschlüssen und einer Anzeige von mehrpoligen Erdschlüssen bzw. Kurzschlüssen, unter Angabe des bzw. der betroffenen Leiter, unterschieden. Dabei wird prinzipiell stets nur der ausgehend vom fehlerfreien Zustand zuerst auftretende Fehler erkannt und angezeigt. Das Gerät nimmt dann einen Fehleranzeigezustand ein, in dem es keine weiteren Fehler erkennt und anzeigt. Tritt daher beispielsweise zuerst ein einpoliger Erdschluss auf, wird dieser Fehler vom Gerät erkannt und über das entsprechende Anzeigesymbol signalisiert. Wenn in Folge des einpoligen Erdschlusses ein mehrpoliger Erdschluss oder Kurzschluss auftritt, bleibt weiterhin die Anzeige des einpoligen Erdschlusses bestehen. Der mehrpolige Erdschluss als Folgefehler wird nicht mehr angezeigt.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens sowie einer zugehörigen Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ortung von Fehlern in Drehstromnetzen mit zumindest zeitweise induktiv geerdetem Sternpunkt zugrunde, durch die bei Auftreten von mehreren Fehlern alle Fehler erkannt und alle oder ein wählbarer Teil der Fehler geeignet anzeigt werden können, was zu einer vereinfachten und zuverlässigen Fehlerauswertung und Fehlerlokalisierung führt.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Fehlererkennung aufrechterhalten, nachdem ein Fehler erkannt und angezeigt wurde. Unter einem Fehler werden hierbei einpolige und mehrpolige Erdschlüsse und Kurzschlüsse oder deren Kombination auf den Leitern von Drehstromnetzen verstanden. Unter Anzeigen wird hierbei einerseits die grafische Anzeige über ein geeignetes Anzeigemittel und/oder die Ausgabe des entsprechenden Fehlers bzw. der Fehlerkombination über einen oder mehrere Schaltausgänge bzw. Meldekontakte verstanden. Den Fehlern bzw. den Fehlerkombinationen werden dabei beispielsweise vorgegebene, feste Impulsmuster zugeordnet, die bei einem anzuzeigenden Fehler an dem Schaltausgang bzw. Meldekontakt anliegen und/oder es erfolgt eine Zuordnung der Fehler zu einem entsprechenden Schaltausgang.
Tritt ein zweiter Fehler auf, nachdem zuerst ein erster, von dem zweiten Fehler verschiedener Fehler aufgetreten ist, wird erfindungsgemäß auch der zweite Fehler erkannt. Dazu wird in einem Anzeigeentscheidungsschritt in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Anzeige-Entscheidungskriterium entschieden, ob und wie der zweite Fehler angezeigt wird, d. h. ob der zweite Fehler nicht, zusätzlich oder anstatt des ersten Fehlers angezeigt wird.
Durch die Fähigkeit, auch Folgefehler anzuzeigen, besteht die Möglichkeit, die vollständige Fehlersituation, d. h. die Gesamtheit der aufgetretenen Fehler, zu erfassen und deshalb besser beurteilen zu können. Durch geeignete Wahl des Anzeige-Entscheidungskriteriums wird eine Fehlerinterpretation und Fehlerlokalisierung bei Auftreten von mehreren Fehlern wesentlich vereinfacht.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird das Anzeige- Entscheidungskriterium so gewählt, dass, falls in Folge eines erkannten und angezeigten einpoligen Erdschlusses ein mehrpoliger Erdschluss oder Kurzschluss auftritt, die Anzeige des einpoligen Erdschlusses durch die Anzeige des mehrpoligen Erdschlusses unter Angabe der vom mehrpoligen Erdschluss betroffenen Leiter überschrieben wird, da diese Anzeige für die Ortung und Beseitigung der Fehler ausreichend bzw. besser geeignet ist. Insbesondere bei zwei voneinander räumlich getrennten Fehlerstellen, wie sie beispielsweise bei mehrpoligen Erdschlüssen auftreten können, ist es hilfreich, die Anzeige eines zuerst aufgetretenen einpoligen Erdschlusses, der auf eine einzige Fehlerstelle hindeutet, zu unterdrücken.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird die Impedanz einer zur Erdung verwendeten Erdungsspule zeitlich so verändert, dass sich in einem von einem Erdschluss betroffenen Leiter ein pulsierender Stromverlauf mit variabler Periodendauer jedoch mit konstantem Tastverhältnis ergibt, d. h. mit konstantem Verhältnis zwischen Zeitdauern mit größerem Strom und Zeitdauern mit kleinerem Strom. Zur Erkennung und Ortung eines einpoligen Erdschlusses wird der Summenstrom aller Leiter mit Hilfe eines geeigneten Strommessmittels gemessen. Das Kriterium zur Erkennung eines einpoligen Erdschlusses ist das Vorhandensein eines vorbekannten Signals in dem von dem Strommessmittel gemessenen Signal. Der pulsierende Strom fließt nur bis zur Fehlerstelle, wodurch eine Ortung der Fehlerstelle möglich ist. Durch diese Vorgehensweise kann ein Erdschluss zuverlässig und schnell bei hoher Selektivität und Störfestigkeit erkannt und geortet werden.
Die Vorrichtung nach Anspruch 4 eignet sich zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 umfasst die Vorrichtung ein Speichermittel zur Speicherung der erkannten Fehler. Dies ermöglicht die Bildung einer vollständigen Fehlerhistorie aller oder eines Teils der erkannten Fehler, was eine komfortable und effektive Fehlerauswertung unterstützt.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 umfasst die Vorrichtung eine Echtzeituhr, um die Fehler zusätzlich mit einem Zeitstempel entsprechend dem Zeitpunkt ihrer Erkennung zu versehen. Dadurch ist eine exakte Bestimmung des Fehlerzeitpunkts für einen bestimmten Fehler möglich.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Drehstromnetzes mit Vorrichtungen zur Erkennung und Ortung von Fehlern auf Leitern des Drehstromnetzes und
Fig. 2 ein Diagramm des prinzipiellen zeitabhängigen Betrags Z des Impedanzverlaufs einer Erdungsspule über der Zeit t bei Impedanzänderungen zur Fehlererkennung.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Drehstromnetz mit einer Sekundärseite 1 eines Hochspannungstransformators, einer Erdungsspule 2 zur Erdung des Sternpunkts der Sekundärseite 1 des Hochspannungstransformators, einer Takteinrichtung 3 zur Impedanzänderung der Erdungsspule 2, zwei von der Sekundärseite 1 des Hochspannungstransformators elektrisch parallel abgehende Drehstromnetzstränge 4, 5, jeweils bestehend aus den Netzleitern R, S und T, Vorrichtungen zur Fehlererkennung 6, 7, 8 und 9 mit jeweils drei Einzelumbauwandlern 10, einem Summenumbauwandler oder einer Wandlerkombination in Holmgreen-Schaltung 11, einer Fehlererkennungseinrichtung 14 und einer optischen Anzeigeeinrichtung 15.
Die Einzelumbauwandler 10 und die Summenumbauwandler 11 sind mit den Vorrichtungen zur Fehlererkennung 6, 7, 8 und 9 gekoppelt. Mit Hilfe der Einzelumbauwandler 10 wird der Strom der zugehörigen Einzelleiter R, S oder T und mit Hilfe der Summenumbauwandler 11 der Summenstrom über alle Einzelleiter R, S und T des jeweiligen Drehstromnetzstrangs 4, 5 gemessen. Die Fehlererkennungseinrichtung 14 kann beispielsweise diskret als Hardware-Baugruppe und/oder als Software- Modul zur Ausführung durch einen Prozessor realisiert sein.
Tritt an einer beliebigen Strangstelle ein erster Erdschluss 12 auf, wird die Impedanz der Erdungsspule 2 beispielsweise entsprechend eines in Fig. 2 gezeigten Signals von der Takteinrichtung 3 zeitlich verändert. Das in Fig. 2 gezeigte impulsfolgenförmige Signal des Betrags der Impedanz Z über der Zeit t weist variable Periodendauern t_p1 und t_p2 auf. Das Tastverhältnis des Signals t_e1/t_p1 bzw. t_e2/t_p2 und somit auch das Verhältnis von t_e1/t_a1 und t_e2/t_a2 ist jedoch konstant. Die Takteinrichtung 3 wird entweder durch Kondensator/Schütz- oder durch eine Kondensator/Thyristor-Kombination realisiert. Letztere erlaubt höherfrequente Impedanzänderungen als die Kondensator/Schütz-Kombination, was eine schnellere Erkennung und Ortung bei gleichbleibendem Schutz vor fälschlicherweise angezeigten Fehlern ermöglicht.
Die Impedanzänderung der Erdungsspule 2 bewirkt in dem vom Erdschluss 12 betroffenen Leiter T des entsprechenden Drehstromnetzstrangs 4 bis zum Erdschlusspunkt 12 eine impulsfolgenförmige Stromänderung mit dem Tastverhältnis des in Fig. 2 gezeigten Signals. Nach der Erdschlussstelle 12 sind keine Stromänderungen mehr detektierbar, da die impulsfolgeförmigen Stromänderungen an der Erdschlussstelle 12 gegen Erde abfließen.
Die Stromänderungen werden folglich nur vom vorgelagerten Summenumbauwandler 10 der Vorrichtung 6 gemessen. Die Fehlererkennungseinrichtung 14 der Vorrichtung 6 vergleicht das gemessene Tastverhältnis mit einem in ihr abgelegten Tastverhältnis und erkennt, da die Tastverhältnisse übereinstimmen, einen einpoligen Erdschluss. Der so erkannte Fehler kann jetzt, insbesondere unter zusätzlicher Angabe des Fehlerzeitpunkts, in einem Fehlerspeicher der Fehlererkennungseinrichtung 14 abgelegt werden. Wenn dies der erste erkannte Fehler ist, wird er der Anzeigeeinrichtung 15 zur Anzeige zugeführt. Da nur die Vorrichtung 6 einen einpoligen Erdschluss anzeigt, muss er im Drehstromnetzstrang 4 zwischen der Vorrichtung 6 und der hinter der Erdschlussstelle 12 liegenden Vorrichtung 7 liegen.
Tritt nun in Folge des einpoligen Erdschlusses am Erdschlusspunkt 12 ein weiterer Erdschluss 13 z. B. im Leiter S des Drehstromnetzstrangs 5 auf, nimmt der Strom im Leiter S des Drehstromnetzstrangs 5 und der Strom im Leiter T des Drehstromnetzstrangs 4 bis zum Erdschluss 12 bzw. 13 stark zu. Dies wird durch die entsprechenden Einzelumbauwandler 11 der Vorrichtungen 6 und 8 gemessen. Die Fehlererkennungseinrichtungen 14 der Vorrichtungen 6 und 8 werten den gemessenen Strom aus und erkennen, da ein Stromschwellwert überschritten wird, einen Kurzschluss bzw. einen mehrpoligen Erdschluss in dem jeweiligen Leiter.
Die Fehlererkennungseinrichtung 14 der Vorrichtung 6 führt nun, da bereits ein Fehler erkannt und angezeigt wurde, anhand eines vorgebbaren Anzeige-Entscheidungskriteriums einen Anzeigeentscheidungsschritt durch. Das Anzeige-Entscheidungskriterium besteht beispielsweise darin, den einpoligen Erdschluss und den mehrpoligen Erdschluss anzuzeigen oder nur den einpoligen Erdschluss oder nur den mehrpoligen Erdschluss. Das Anzeige-Entscheidungskriterium kann je nach Benutzerwunsch an der Vorrichtung parametrierbar sein.
Durch die Fähigkeit, auch Folgefehler anzuzeigen, wie hier den mehrpoligen Erdschluss bzw. den Kurzschluss, besteht die Möglichkeit, die vollständige Fehlersituation, d. h. die Gesamtheit der aufgetretenen Fehler, wie hier den Erdschluss und nachfolgend den mehrpoligen Erdschluss bzw. den Kurzschluss, zu erfassen und deshalb besser beurteilen zu können. Durch geeignete Wahl des Anzeige-Entscheidungskriteriums wird eine Fehlerinterpretation und Fehlerlokalisierung bei Auftreten von mehreren Fehlern wesentlich vereinfacht. In diesem Beispiel kann das Anzeige-Entscheidungskriterium so gewählt werden, dass der einpolige Fehler vom Folgefehler überschrieben wird, da diese Anzeige für die Ortung und Beseitigung der Fehler ausreichend bzw. besser geeignet ist.
Parallel dazu erkennt die Fehlererkennungseinrichtung 14 der Vorrichtung 8 den Fehler als Kurzschluss bzw. mehrpoligen Erdschluss im Leiter S und führt den Fehler der Anzeigeeinrichtung 15 zur Anzeige zu. Dieser wird dann, unter Angabe des betroffenen Leiters, in der Anzeigeeinrichtung 15 visualisiert.
An jedem der beiden Vorrichtungen 6 und 8 ist somit die Information über einen mehrpoligen Erdschluss bzw. einen Kurzschluss vorhanden, obwohl verschiedene Stränge 4, 5 des Drehstromnetzes betroffen sind.
Dabei besteht des weiteren die Möglichkeit, alle erkannten Fehler chronologisch in der Reihenfolge ihres Auftretens in einer Speichereinheit innerhalb der jeweiligen Fehlererkennungseinrichtung 14 abzuspeichern und vom Benutzer abrufbar vollständig oder priorisiert anzuzeigen.
Zusätzlich zur Anzeige der Fehler in der Anzeigeeinrichtung 15 kann die Fehlerausgabe über einen Ausgang oder mehrere Ausgänge der betreffenden Fehlererkennungsvorrichtung vorgenommen werden. Vorteilhaft sind hierfür potentialfreie Schaltkontakte, beispielsweise Relais, geeignet. Die unterschiedlichen Fehler bzw. Fehlerkombinationen können über zugeordnete Impulsmuster codiert und/oder unterschiedlichen Ausgängen zugeordnet werden.
Eine weitere Fehlermöglichkeit ist das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen zwei Leitern in einem Drehstromnetzstrang, der nicht durch einen mehrpoligen Erdschluss verursacht ist. Tritt beispielsweise der Kurzschluss zwischen den Leitern S und T im Drehstromnetzstrang 4 zwischen den Fehlererkennungsvorrichtungen 6 und 7 auf, wird die Stromzunahme in den Leitern mit Hilfe der zugehörigen Einzelumbauwandler 10 der Vorrichtung 6 detektiert und die Fehlererkennungseinrichtung 14 erkennt aufgrund der Schwellwertüberschreitung der Leiterströme den Kurzschluss. Die Fehlerinformation wird der Anzeigeeinrichtung zugeführt und von dieser je nach gewähltem Anzeige- Entscheidungskriterium angezeigt, beispielsweise gegebenenfalls gleichzeitig mit der Anzeige eines einpoligen Erdschlusses auf dem dritten Leiter R.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung und/oder Ortung von einpoligen Erdschlüssen, mehrpoligen Erdschlüssen und Kurzschlüssen als Fehler in Drehstromnetzen mit zumindest zeitweise induktiv geerdetem Sternpunkt, bei dem das Auftreten eines ersten Fehlers erkannt und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erkennen und Anzeigen des ersten Fehlers die Fehlererkennung aufrechterhalten wird und bei Auftreten und Erkennung eines jeweils weiteren Fehlers ein Anzeigeentscheidungsschritt durchgeführt wird, in welchem gemäß einem vorgebbaren Anzeige-Entscheidungskriterium entschieden wird, ob der aktuell erkannte Fehler anstatt oder zusätzlich zu dem oder den bislang angezeigten Fehlern angezeigt oder ob die Anzeige allein des oder der bislang angezeigten Fehler beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeige-Entscheidungskriterium so gewählt wird, dass bei Auftreten und Erkennung eines mehrpoligen Erdschlusses oder Kurzschlusses nur dieser und kein gleichzeitiger einpoliger Erdschluss angezeigt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz einer zur Erdung des Sternpunkts verwendeten Erdungsspule (2) zur Erkennung von einpoligen Erdschlüssen gemäß einer Impulsfolge mit fester oder variabler Periodendauer und konstantem Verhältnis zwischen Zeitdauern der Impedanzanhebung und der Impedanzabsenkung zeitlich verändert wird und ein einpoliger Erdschluss erkannt wird, wenn die Impulsfolge mit dem zugehörigen Zeitdauerverhältnis in einem Signal vorhanden ist, das von einem alle Leiter umfassenden Strommessmittel gemessen wird.

4. Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ortung von einpoligen Erdschlüssen, mehrpoligen Erdschlüssen und Kurzschlüssen als Fehler in Drehstromnetzen mit zumindest zeitweise induktiv geerdetem Sternpunkt, mit mindestens einem Strommessmittel (10) zur Strommessung eines einzelnen Leiters und einem Strommessmittel (11) zur Strommessung des Summenstroms aller Leiter, einer Fehlererkennungseinrichtung (14) und einer Anzeigeeinrichtung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungseinrichtung (14) nach Erkennen und Anzeigen des ersten Fehlers die Fehlererkennung aufrechterhält und bei Auftreten und Erkennung eines jeweils weiteren Fehlers einen Anzeigeentscheidungsschritt durchführt, in welchem gemäß einem vorgebbaren Anzeige- Entscheidungskriterium entschieden wird, ob der aktuell erkannte Fehler anstatt oder zusätzlich zu dem oder den bislang angezeigten Fehlern der Anzeigeeinrichtung (15) zugeführt oder ob allein der oder die bislang angezeigten Fehler der Anzeigeeinrichtung zugeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch ein Speichermittel zur Speicherung aller oder eines Teils der erkannten Fehler.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, weiter gekennzeichnet durch eine Echtzeituhr zur Markierung der erkannten Fehler mit einem Zeitstempel, wobei der Zeitstempel anhand der Erkennungszeit gebildet wird.