DE19506860C1 - Verfahren zur Erfassung eines Erdschlußstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Erdschlußstromes in einem mehrphasigen Netz mit vektorieller Summierung der Ausgangssignale je eines jeder Phase des Netzes und des Neutralleiters zugeordneten Stromwandlers.

Ein solches Verfahren, wie es etwa der EP 0 407 310 B1 zu entnehmen ist, setzt voraus, daß Stromwandler mit großer Genauigkeit eingesetzt werden. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, so sind Fehlauslösungen möglich. Betrachtet man z. B. den Fall, daß die Erdstromauslösung bei 20% des Nennstromes erfolgen soll und nimmt einen Fehler der Stromwandler von 5% an, so weist der gemessene Erdstrom beim 4-fachen Phasennennstrom einen Fehler von 100% auf. Zu vermeiden sind Fehlauslösungen nur durch die Verwendung von Stromwandlern mit höherer Genauigkeit, die aber ein höheres Gewicht aufweisen und einen größeren Einbauraum beanspruchen. Dieser ist beschränkt, weil beim Bau zeitgemäßer Leistungsschalter gleichfalls Wert auf kompakte Abmessungen gelegt wird.

Es ist zu erwähnen, daß es weitere Verfahren zur Erdschluß­ erfassung gibt, die spezifische Eigenschaften hinsichtlich der Anforderungen an die Stromwandler aufweisen. Insbesondere können Erdströme direkt gemessen werden, und zwar durch einen Erdwandler im Transformator-Sternpunkt oder durch einen Summenstromwandler (US 5 195 009). Der sehr guten Genauigkeit solcher Meßmethoden kann der erhöhte Aufwand bzw. die jeweils gegebene Netzkonfiguration entgegenstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erdschlußer­ fassung einerseits mit preiswert verfügbaren Stromwandlern durchzuführen, andererseits Fehlauslösungen im Interesse der Betriebssicherheit der zu schützenden Anlagen zu vermeiden.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Merkmalen wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die vektorielle Summe des aus den Strömen der Phasen und dem Strom des Neutralleiters gebildeten Stromes um das Produkt aus dem zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Höchststrom, der in einer der Phasen oder in dem Neutralleiter fließt, und dem Linearitätsfehler der betreffenden Stromwandler vermindert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Diese Vorgehensweise beseitigt nicht den Meßfehler des Erdstromes, sondern beschränkt seine Auswirkung durch die Bildung eines einseitigen Toleranzbandes. Damit wird eine Fehlauslösung durch die Meßfehler der Stromwandler ver­ hindert. Der Aufwand für die Verwirklichung der Erfindung ist gering im Vergleich zur Benutzung von Stromwandlern mit großer Genauigkeit. Das neue Verfahren ist gleichermaßen für Stromwandler mit Eisenkern oder für Luftwandler mit großem Dynamikbereich geeignet.

Die Erfindung kann vorteilhaft unter Verwendung eines nicht­ flüchtigen Speicher zur Hinterlegung des prozentualen Linearitätsfehlers aller benutzten Stromwandler verwirklicht werden.

Zur Verwirklichung der Erfindung ist es nicht erforderlich, die jeweils benutzten Stromwandler individuell hinsichtlich ihres Linearitätsfehlers zu untersuchen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Linearitätsfehler der Stromwandler als eine auf den Typ jedes benutzten Stromwandlers bezogene prozentuale Größe bestimmt und gespeichert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den Verlauf des Linearitätsfehlers eines Stromwandlers in Abhängigkeit von der Höhe des Stromes zusammen mit dem zugehörigen Toleranz­ band.

In der Fig. 2 sind zwei Toleranzbänder der vektoriellen Fehlersumme über dem Primärstrom aufgetragen.

Das Verfahren nach der Erfindung ist in der Fig. 3 anhand eines Flußdiagrammes veranschaulicht.

In der Fig. 1 stellt die Gerade G die lineare Übertragung eines Primärstromes I_prim in einen Sekundärstrom I_sec dar, wie sie ein idealer Stromwandler bewirkt. Demgegenüber besteht in Wirklichkeit ein nichtlinearer Zusammenhang gemäß der Kurve K. Daher sind die Meßwerte je nach der Höhe des Primärstromes I_prim gegenüber dem richtigen Wert teilweise geringer und teilweise größer. Der Linearitätsfehler F ist somit eine Funktion des Stromes. Daraus ergibt sich ein Toleranzband T mit einen prozentualen Fehler F.

In der Fig. 2 ist die vektorielle Summe der Fehler F als Stromwert über dem Primärstrom I_prim aufgetragen. Dabei ent­ spricht das Toleranzband T1 einem Verlauf, wie er sich ohne besondere Maßnahmen ergibt. Wie man erkennt, kann daher allein aufgrund der Toleranz der Stromwandler ein Grenzwert I_gg des Erdstromes erreicht werden, der zur Auslösung führt. Durch das Verfahren, wie es die Erfindung vorsieht, wird ein korrigiertes Toleranzband T2 erzeugt, bei dem eine Fehlaus­ lösung ausgeschlossen ist. Anhand der Fig. 3 wird erläutert, wie das Toleranzband T2 erzeugt wird.

In der Fig. 3 ist im unteren Teil schematisch ein Leistungs­ schalter LS gezeigt, dessen Schaltkontakte im Zuge der Phasenleiter L1, L2 und L3 eines dreiphasigen Netzes ange­ ordnet sind. Jedem dieser Leiter sowie einem Neutralleiter N ist ein Stromwandler W1, W2 bzw. W3 und WN zugeordnet. Diese Stromwandler sind mit Rücksicht auf das erwünschte geringe Bauvolumen des Leistungsschalters LS so bemessen, daß Fehler entsprechend der Kurve K in der Fig. 1 auftreten können.

Der Leistungsschalter LS besitzt einen als Symbol gezeigten Schaltmechanismus SM, der durch einen elektronischen Auslöser betätigbar ist. Der elektronische Auslöser ist nicht voll­ ständig gezeigt, da im vorliegenden Zusammenhang nur die Aus­ lösung aufgrund eines Erdstromes betrachtet wird. Angedeutet ist jedoch ein Mikroprozessor µP, der die im folgenden zu erläuternden Vorgänge steuert.

Den oberen Teil der Fig. 3 bildet ein Flußdiagramm, das die einzelnen Schritte des neuen Verfahrens zur Erstrommessung veranschaulicht. Das Verfahren nach der Erfindung nimmt seinen Ausgang mit der Einlesung der durch die Stromwandler W1, W2, W3 und WN bereitgestellten Meßwerte. In dem links gezeigten Zweig des Flußdiagramms ist dargestellt, daß aus den Meßwerten der Phasenströme I_L1, I_L2, I_L3 und dem Strom in Neutralleiter I_N der größte Strom I_max aus gewählt ein zu­ gehöriger Fehler F(I_max) als Prozentwert aus einer Fehler­ tabelle ausgelesen wird, die in einem Festwertspeicher ROM enthalten ist. Ein weiterer, rechts gezeigter Zweig des Flußdiagramms veranschaulicht die Ermittlung der vektoriellen Summe aller gemessenen Ströme (I_L1, I_L2, I_L3, I_N).

Beide vorstehend bestimmten Größen, nämlich I_max und (I_L1, I_L2, I_L3, I_N) werden nun in einem durch den Mikro­ prozessor µP gesteuerten Rechengang verarbeitet, um den korrigierten Erdstrom I_g nach der Formel

zu ermitteln.

Nachdem nunmehr ein korrigierter Wert I_g des Erdstromes ermittelt ist, wird ein Vergleich durchgeführt, ob I_g größer oder kleiner als ein vom Benutzer des Leistungsschalters LS eingestellter Grenzwert I_gg ist. Ist diese Bedingung erfüllt, so veranlaßt der Mikroprozessor µP durch den Block AUSLÖSUNG die Betätigung des Schaltmechanismus SM und damit die Öffnung der Schaltkontakte im Zuge der Leiter L1, L2 und L3.

Wesentlich für das beschriebene Verfahren ist die Bildung eines einseitigen Toleranzbandes des Fehlers bei der Messung des Erdstromes. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, besteht ohne besondere Maßnahmen die Gefahr, daß es nicht aufgrund der absoluten Höhe des Erdstromes, sondern aufgrund des strom­ abhängigen Fehlers zu einer Auslösung des Leistungsschalters LS kommt. Durch die Korrektur des Meßwertes des Erdstromes bleibt der Fehler auch bei hohen Strömen in den Phasenleitern unterhalb des eingestellten Ansprechwertes für die Auslösung.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erfassung eines Erdschlußstromes (I_g) in einem mehrphasigen Netz mit vektorieller Summierung der Ausgangssignale je eines jeder Phase (L1, L2, L3) des Netzes und des Neutralleiters (N) zugeordneten Stromwandlers (W1, W2, W3, WN), dadurch gekennzeichnet, daß die vektorielle Summe des aus den Strömen der Phasen (I_L1, I_L2, I_L3) und dem Strom (I_N) des Neutralleiters gebildeten Stromes um das Produkt aus dem zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Höchststrom (I_max), der in einer der Phasen (L1, L2, L3) oder in dem Neutralleiter (N) fließt, und dem Linearitätsfehler (F) der betreffenden Stromwandler (W1, W2, W3, WN) vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtflüchtiger Speicher (ROM) zur Hinterlegung des prozentualen Linearitätsfehlers aller benutzten Stromwandler (W1, W2, W3, WN) vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearitätsfehler (F(I)) der Stromwandler (W1, W2, W3, WN) als eine auf den Typ jedes benutzten Stromwandlers (W1, W2, W3, WN) bezogene prozentuale Größe bestimmt und gespeichert wird.