DE19838411A1

DE19838411A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels

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Publication number: DE19838411A1
Application number: DE1998138411
Authority: DE
Inventors: Gerhard Herold; Michael Schuster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels (2). Erfindungsgemäß werden aus ermittelten und digitalisierten ein- und ausgangsseitigen Leiterströmen (i¶ER,S,T¶, i¶AR,S,T¶) und Leiter-Erd-Spannungen (u¶ER,S,T¶, u¶AR,S,T¶) eine Wirkleistungen (P¶E¶, P¶A¶), Verzerrungs-Blindleistungen (Q¶ZE¶, Q¶ZA¶), Verschiebungs-Blindleistungen (Q¶VE¶, Q¶VA¶), unsymmetrische Wirkleistungen (P¶UE¶, P¶UA¶) und deren Differenzleistungen (DELTAP, DELTAQ¶Z¶, DELTAQ¶R¶, DELTAP¶U¶) berechnet und diese berechneten Leistungen jeweils mit Betriebsparameter verglichen, wobei in Abhängigkeit dieser Vergleichsergebnisse eine Fehler- bzw. Störungsart detektierbar und lokalisierbar ist. Somit erhält man ein Leistungsdifferentialschutz-Verfahren, das eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität bei hoher Zuverlässigkeit aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor richtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Be triebsmittels.

Zur Fehlererkennung von Betriebsmittel wird im allgemeinen eine Differentialschutzeinrichtung verwendet. Der Differen tialschutz beruht auf einen Stromvergleich und wird daher auch Stromvergleichsschutz genannt. Bei ihm wird ausgenutzt, daß ein Schutzobjekt im ungestörten Betriebszustand stets an beiden Enden, d. h. eingangs- und ausgangsseitig, denselben Strom führt. Dieser fließt eingangsseitig in das Schutzobjekt ein und verläßt ihn ausgangsseitig wieder. Eine Stromdiffe renz ist das sichere Kennzeichen für einen Fehler innerhalb des Schutzobjektes.

Im Handel ist ein digitaler Differentialschutz für Transfor matoren, Generatoren, Motoren und Knotenpunkte, auch als Sam melschienen bezeichnet, erhältlich (Siemens Gerätehandbuch "Digitaler Differentialschutz 7UT51", Bestell-Nr. C53000- G1100-C99-3, 1995). Dieser digitale Differentialschutz ist ein schneller und selektiver Kurzschlußschutz für Transforma toren aller Spannungsreihen, für rotierende Maschinen sowie für Knotenpunkte mit bis zu drei Abzweigen. Der jeweilige Einsatzzweck ist projektierbar, so daß eine optimale Anpas sung an das zu schützende Objekt gewährleistet ist. Dieser digitale Differentialschutz ist mit einem leistungsfähigen 16-bit-Mikroprozessor ausgestattet. Damit werden alle Aufga ben von der Erfassung der Meßgrößen mittels Stromwandler bis hin zur Kommandogabe an die Leistungsschalter voll digital verarbeitet.

Eingangsseitig weist dieser digitale Differentialschutz Über trager auf, die von den Meßwandlern kommende Ströme transfor mieren und an den internen Verarbeitungspegel des Differen tialschutzgerätes anpassen. Außer der vollständigen galvani schen und kapazitätsarmen Trennung durch die Übertrager sind zur Unterdrückung von Störungen Filter vorgesehen, die hin sichtlich Bandbreite und Verarbeitungsgeschwindigkeit auf die Meßwertverarbeitung abgestimmt sind. Die angepaßten Analog größen werden an eine Analogeingabe weitergeleitet. Diese Analogeingabe enthält Eingangsverstärker, Abtast- und Halte glieder für jeden Eingang, Multiplexer, Analog/Digitalwandler und Speicherbausteine für die Datenübergabe an den Mikropro zessor.

Im Mikroprozessorsystem werden neben Steuerung und Überwa chung die Meßgrößen der eigentlichen Schutzfunktion bearbei tet. Hierzu gehören insbesondere:

- Umrechnung der Meßgrößen gemäß der Schaltgruppen und der Übersetzung der Ströme im Transformator,
- Bildung der Differential- und Stabilisierungsgrößen,
- Frequenzanalyse der Differentialmeßgrößen,
- Berechnung der Effektivwerte für die Überlasterfassung und Nachführung der Wicklungsübertemperatur,
- Abfrage von Grenzwerten und Zeitabläufen,
- Entscheidung über die Auslösekommandos,
- Speicherung und Ausgabe von Meldungen und Störfalldaten für die Fehleranalyse.

Außerdem enthält dieser digitale Differentialschutz Ein/Aus gabe-Bausteine, mit denen binäre Ein- und Ausgaben vom und zum Prozessor geleitet werden. Mittels einer integrierten Folientastatur in Verbindung mit einem eingebauten alphanume rischen LCD-Anzeigenfeld kann die Kommunikation mit dem Gerät geführt werden.

Die Anpassung an unterschiedliche Wandler-Nennströme und an die Phasendrehung gemäß Schaltgruppe des zu schützenden Transformators bei Transformatorschutz findet rein rechne risch statt. Es sind also in der Regel keine Anpassungswand ler erforderlich.

In dem Aufsatz "Der Differentialschutz zur Verhütung von Ei senbrand und zur Überwachung der Eisenverluste bei Leistungs transformatoren" von Dr. F. Ahrberg und Wilhelm Gaarz, abge druckt in der DE-Zeitschrift "Siemens-Zeitschrift", Heft 6, Juni 1926, Seiten 275 bis 280, wird ein Differentialschutz mit wattmetrischem Relais vorgestellt. Dieser Wirkleistungs- Differentialschutz verwendet wie beim Stromdifferentialschutz Stromwandler in Differentialschaltung, ein Stromrelais und ein zusätzliches Leistungsrelais, das in Reihe zum Strom relais geschaltet ist. Außerdem weist dieser Wirkleistungs differentialschutz zwei Spannungswandler auf, die auf der Primär- und Sekundärseite des Leistungstransformators ange ordnet sind, deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. Die Stromwandler sind sekundärseitig in Reihe geschal tet, so daß betriebsmäßig nur der Leerlaufstrom des Lei stungstransformators die Stromspule des Differentiallei stungsmessers durchfließt. Das wattmetrische Differentialre lais ist nach elektrodynamischen Prinzip gebaut. Um hohe Drehmomente zu überreichen ist der Kraftlinienweg eisenge schlossen. Ferner weist dieser Wirkleistungsdifferential schutz eine Skala auf, mit der fortlaufend im Betrieb die je weiligen Eisenverluste angezeigt werden können. Hieraus kann man den Umfang der Störung ohne weiteres ersehen. Da die Ei senverluste für jeden Leistungstransformator von vornherein festliegen, ist ein solcher durch einen roten Strich an der Skala gekennzeichnet. Da die Empfindlichkeit des wattmetri schen Relais eine viel höhere ist als die des Differential stromrelais, wird es auch auf jeden Windungsschluß, der in nerhalb der Wicklung des Transformators eintritt, ansprechen.

Damit alle vorgekommenen Fehler im Leistungstransformator er faßt werden können, ist zum wattmetrischen Differentialschutz auch noch ein Differentialstromrelais vorzusehen. Außerdem ist dieses wattmetrische Differentialschutzrelais nur für ei nen Einphasen-Leistungstransformator zu verwenden.

Aus der Dissertation mit dem Titel "Erkennung von Fehlern im Drehstromtransformatoren mittels Differentialschutz-Algorith men" von Roland Köhler, Universität Stuttgart, ist ein digi taler Wirkleistungs-Differentialschutz für Transformatoren bekannt. Das Prinzip des Wirkleistungs-Differentialschutzes beruht auf den Vergleich der aus primärer und sekundärer Wirkleistung berechneten Wirkleistungsdifferenz mit einer von der Belastung abhängigen zulässigen Wirkleistungsdifferenz. Wird diese maximal zulässige Wirkleistungsdifferenz über schritten, geht man davon aus, daß der Transformator mit ei nem Fehler behaftet ist, und es erfolgt ein Auslösekommando. Für den Wirkleistungs-Differentialschutz für Transformatoren werden die Leiter-Erd-Spannungen und die Leiterströme auf der Ober- und Unterseite des Transformators gemessen. In einer Meßwertvorverarbeitung werden die gemessenen Ströme und Span nungen digitalisiert, die Übersetzungsverhältnisse angepaßt und auf die Nenngrößen norminiert. Anschließend werden die Grundschwingungszeiger der Leiterströme und der Leiter-Erd- Spannungen sowie die Effektivwerte der Leiterströme und die Differenzströme für die Inrush-Erkennung berechnet. Aus den Grundschwingungszeigern errechnet sich die Wirkleistung für die Ober- und Unterspannungsseite des Transformators, voraus die Wirkleistungsdifferenz für den jeweiligen Betriebszustand des Transformators gebildet wird. Aus den drei Effektivwerten der Lastströme wird der maximale Wert ausgewählt und zusammen mit der mittleren Wicklungstemperatur für die Bestimmung der zulässigen Wirkleistungsdifferenz verwendet. Für die Bestim mung der zulässigen Wirkleistungsdifferenz wird der Maximal wert des Laststromes als dreiphasig fließend angenommen. Da mit wird eine höhere Zuverlässigkeit des Schutzes bei strom starken, externen Fehlern mit Einsetzen der Stromwandlersät tigung erzielt. Bei hochohmigen Fehlern besitzen die drei Lastströme etwa gleiche Werte, so daß bei diesen Fehlern die Empfindlichkeit des Schutzes durch die Verwendung des maxima len Laststromes nicht berücksichtigt wird. Für die Bestimmung der zulässigen Wirkleistungsdifferenz gibt es zwei Möglich keiten. Entweder hat man die Wirkleistungsdifferenz des zu schützenden Transformators durch vorhergehende Messung bei unterschiedlichen Belastung ermittelt und im Speicher abge legt oder man berechnet diese mit den jeweiligen Laststrom. Da bei stromstarken externen Fehlern die Belastung des Trans formators kurzzeitig sehr groß werden kann, ist die Berech nung vorzuziehen oder eine Kombination beider Möglichkeiten. Nachdem die zulässige Wirkleistungdifferenz bestimmt ist, wird diese mit der aus den Meßwerten ermittelten verglichen. Übersteigt der aus den Meßwerten ermittelte Wert den zulässi gen Schwellwert, erfolgt eine Auslösung, aber nur wenn kein Einschaltvorgang vorhanden ist.

Der Einschaltvorgang des Transformators wird mittels der In rush-Erkennung detektiert. Diese Inrush-Erkennung basiert auf der Grundlage, daß beim Einschalten eines Drehstrom-Transfor mators immer ein Schenkel zu einem ungünstigen Zeitpunkt zu geschaltet wird. Dadurch erhält der magnetische Fluß in die sem Schenkel einen großen Gleichanteil, der allmählich ab klinkt. Durch die Verlagerung des magnetischen Flusses gerät der betroffene Schenkel in Sättigung, wodurch schließlich der gesamte Transformatorkern gesättigt wird. Die Inrush-Erken nung erkennt die Sättigung der einzelnen Schenkel und meldet einen Inrush, wenn alle drei Schenkel gleichzeitig gesättigt sind.

Die Sättigung wird aus den Magnetisierungsströmen bzw. den magnetischen Feldstärken der einzelnen Schenkel erkannt. Die se werden aus den gemessenen Leiterströmen mit Hilfe der sym metrischen Komponenten berechnet. Aus den Feldstärken werden mit einer Fourierfilterung die Beträge der 100-Hz- und der 50-Hz-Komponente berechnet. Der zeitliche Verlauf der magne tischen Feldstärke einer gesättigten Spule mit Eisenkern ent hält erfahrungsgemäß sehr hohe 100-Hz-Anteile. Diese Erfah rung wird für die Inrush-Erkennung genutzt, in dem ein Inrush erkannt wird, wenn das Verhältnis der 100-Hz-Komponente bezo gen auf die 50-Hz-Komponente in allen drei Schenkeln größer als 20% ist. Dies gilt ebenso für ein 60-Hz-Netz, wobei das Verhältnis der 120-Hz-Komponente bezogen auf die 60-Hz-Kompo nente ermittelt wird.

Wie bereits erwähnt, wird die ober- und unterspannungsseitige Wirkleistung mit den Grundschwingungszeigern der Meßgrößen be rechnet. Für die Berechnung der Wirkleistung wäre es jedoch auch möglich, die Momentanwerte aus Spannung und Strom zu multiplizieren, über alle drei Leiter einer Netzperiode lang aufzusummieren und einen Mittelwert zu berechnen. Diese Be rechnungsmethode wurde hier abgelehnt, da auch der Anteil der Wirkleistung mitberücksichtigt wird, welcher von eventuell vorhandenen Oberschwingung herrüht. Um dies zu verhindern, wurde die Wirkleistung auf der Grundlage der Grundschwin gungszeiger der Meßgrößen berechnet.

Dieser digitale Wirkleistungs-Differentialschutz ist nicht beim Einschaltvorgang des Transformators aktiv. Ist der Ein schaltvorgang extrem ausgeprägt, so kann sich die Deaktivie rung des Wirkleistungs-Differentialschutzes über mehrere Pe rioden erstrecken. Gerade aber beim Einschalten des Transfor mators können vorher nicht erkannte geringe Schädigungen wei ter fortschreiten, so daß hier der Schutz schnell auslösen sollte.

Diese Problematik tritt auch beim digitalen Stromdifferenti alschutz auf. Das heißt, der Stromdifferentialschutz kann selbst Stromfehler beim Einschalten erst nach mehreren Peri oden erkennen. Ein weiteres Problem des Stromvergleichs ist die schwache Empfindlichkeit gegenüber stromschwache Fehler im stationären Betrieb. Da der Differenzfehlerstrom, den der Stromvergleichschutz gerade noch erkennen kann, mit etwa 40% des Nennstromes angegeben wird, ist eine Auslösung erst bei Fehlern zu erwarten, die schon zu stärkeren Zerstörungen ge führt haben können. Auch kleine Unsymmetrien sind nur schwer erkennbar, besonders beim Einsatz von Stromrichtertransforma toren kann dies für die Fehlerdiagnose von Nachteil sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels anzugeben, bei dem die aufgezeigten Nachteile nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruchs 1 (Verfahren) und des Anspruchs 10 (Vorrichtung) ge löst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität bei hoher Zuverlässigkeit nicht nur die Wirkleistung, sondern auch ein eingangs- und ausgangsseitig die Verzerrungs-Blindleistung, die Verschie bungs-Blindleistung und die unsymmetrischen Wirkleistungen des Betriebsmittels und die daraus berechneten Differenzlei stungen verwendet werden müssen.

Die Wirk- und Blindleistung sind allgemein in der komplexen Verschiebungs-Scheinleistung zusammengefaßt. Sie sind die Leistungsanteile gleichfrequenter Ströme und Spannungen. Ver zerrungs-Blindleistung entsteht durch Oberschwingungen in Strom und Spannung und ist die Summe der Mischprodukte nicht gleichfrequenter Ströme und Spannungen im Leistungsprodukt. Betrachtet man das Gegensystem als harmonische mit negativen Index, so entstehen durch diese negativen harmonischen auch Mischprodukte im Leistungsprodukt, welche man als Verzerrung bezeichnen kann. Die unsymmetrische Wirkleistung bzw. Ver schiebungsblindleistung kennzeichnet einen unsymmetrischen Wirkungs- bzw. Verschiebungsleistungsumsatz. Dieser wird mit Hilfe einer Raumzeiger-Transformation der drei Wirkleistungen als komplexer Zeiger dargestellt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden, nachdem diese Leistungsanteile und deren Differenzleistungen ein- und aus gangsseitig eines Betriebsmittels berechnet worden sind, die se mit vorbestimmten Parametern des Betriebsmittels vergli chen und diese Vergleichsergebnisse ausgewertet. Dabei kommt eine zweite Erkenntnis der Erfindung zum Tragen, nämlich, das wenigsten jeweils ein Leistungsanteil bzw. eine Differenzlei stung einen Fehler im oder außerhalb des Betriebsmittels zu ordbar ist. Um eine eindeutige Zuordnung von Fehlern zu Lei stungsanteilen zu bekommen, ist aus Plausibilitätsgründen je weils ein zweiter Leistungsanteil für die Detektierung eines Fehlers hinzugenommen worden. Am Ende der Auswertung der Ver gleichsergebnisse sind Fehler und Störungsarten detektiert, die jeweils ein Kommando generieren.

Somit erhält man ein Verfahren, mit dem alle möglichen auf tretenden Fehler eines elektrischen Betriebsmittels mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität bei hoher Zuverlässigkeit detektiert werden können.

In den Unteransprüchen 2 bis 9 sind die einzelnen Auswerte kriterien der Vergleichsergebnisse für die Detektierung ein zelner vorbestimmter Fehler bzw. Störungen angegeben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Vorrich tung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebs mittels schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt die Hardware-Struktur der erfindungsgemä ßen Vorrichtung, in

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Abtastnachführung der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt, die

Fig. 3 zeigt ein Schutzkonzept für einen netzseitigen Stromrichter mit Stromrichtertransformator, in

Fig. 4 ist die Einschaltleitstung eines Transformators bei symmetrischer Last und in

Fig. 5 ist die Einschaltleistung eines Transformators bei Windungsschluß jeweils in einem Diagramm über Zeit t dargestellt, in

Fig. 6 ist die Verzerrungsleistung des Transformators bei symmetrischer Last, in

Fig. 7 ist die Verzerrungsleistung des Transformators bei Windungsschluß jeweils in einem Diagramm über Zeit t dargestellt und in den

Fig. 8 bis 11 ist jeweils die unsymmetrische Wirkleistung in verschiedenen Betriebspunkten jeweils in einem Diagramm über Zeit t dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt eine Hardware-Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Be triebsmittels 2. Als Betriebsmittel 2 ist ein Transformator vorgesehen, der ein- und ausgangsseitig jeweils mit einem Leistungsschütz 4 und 6 versehen ist. Das Betriebsmittel 2 ist ein- und ausgangsseitig pro Phase mit einem Stromwandler und einem Spannungswandler versehen, die aus Übersichtlich keitsgründen nicht näher dargestellt sind. Die ein- und aus gangsseitigen Meßgrößen u_ER,S,T, i_ER,S,T, u_AR,S,T und i_AR,S,T werden einer Einrichtung 8 zur Analog/Digital-Wandlung zugeführt. Ausgangsseitig ist diese Einrichtung 8 einerseits mit einer Prozessoreinheit 10 und andererseits mit einer Schnittstel leneinrichtung 12 verknüpft. Ein Frequenzeingang der Einrich tung 8 ist mit einem Ausgang einer Abtastnachführung 14 ver bunden, deren Eingang mit einem Frequenzausgang der Prozes soreinheit 10 verknüpft ist. Am Ausgang der Frequenznachfüh rung 14 steht ein an eine Netzfrequenz f_N angepaßte Abtast frequenz f_A' an.

Die Einrichtung 8 zur Analog/Digital-Wandlung weist eingangs seitig pro Meßgröße u_ER,S,T, i_ER,S,T, u_AR,S,T und i_AR,S,T einen Tief paß 16 mit nachgeschalteten A/D-Wandler 18, insbesondere ei nen 12-bit-A/D-Wandler, auf. Jeder A/D-Wandler 18 ist aus gangsseitig mit einem Schieberegister 20 verbunden, die ih rerseits jeweils mit einem Ein/Ausgabe-Baustein 22 der Pro zessoreinheit 10 verknüpft sind. Damit diese Einrichtung 8 zur Analog/Digital-Wandlung autark arbeiten kann, weist diese eine Steuerlogik auf. Mittels dieser Steuerlogik wird die Analog/Digital-Wandlung überwacht, die Kanäle kodiert und die digitalisierten Meßgrößen in das Schieberegister 20 geschrie ben. Damit jeder Abtastwert einem Kanal zugeordnet werden kann, wird bei einem Wandler mit einer Genauigkeit von 12 bit eine 4-bit-Kodierung verwendet. Neben den dargestellten Meß größen können noch weitere Meßgrößen mit dieser autarken Ein richtung 8 verarbeitet werden. Außerdem weist die Einrichtung 8 einen Speicher 24 auf, in dem fortlaufend eine angepaßte Abtastfrequenz f_A' abgelegt wird. Eine Abtastfrequenz f_A wird von der Prozessoreinheit 10 der Abtastnachführung 14 zur Ver fügung gestellt. Diese zur Verfügung gestellte Abtastfrequenz f_A wird mittels der Abtastnachführung 14 derart der Netzfre quenz f_N, derart nachgeführt, daß der Quotient aus Abtastfre quenz f_A und Netzfrequenz f_N konstant ist.

Die Prozessoreinheit 10 weist neben den Ein/Ausgabe-Bausteinen 22 eine Einrichtung 26 zur Generierung der Abtastfrequenz f_A, einen Signalprozessor 28, eine Tastatur 30 und eine LCD- Anzeige 32 auf. Für eine analoge Darstellung der Ergebnisse ist die Prozessoreinheit 10 noch mit einem D/A-Wandler 34 versehen. Ausgangsseitig sind ebenfalls Ein/Ausgabe-Bausteine 36 vorgesehen, die ausgangsseitig mit einem Schieberegister 38 der Schnittstelleneinrichtung 12 verknüpft ist, die die von der Prozessoreinheit 10 gelieferten Daten für die Ansteu erung der Schütze 4 und 6 weiterverarbeitet. Die Schütze 4 und 6 können auch direkt von der Prozessoreinheit 10 ange sprochen werden. Dies ist mit einer unterbrochenen Wirklinie verdeutlicht. Die Tastatur 30 und die LCD-Anzeige 32 dient der Benutzereingabe und zum Anzeigen von Programminformatio nen. Mittels des D/A-Wandlers 34 können digital errechnete Größen auf einen Oszilloskop dargestellt werden und dienen somit zur Verifizierung und Visualisierung einzelner Meßgrö ßen.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Abtastnachführung 14, die eingangsseitig mit einer eingangsseitigen Phase des Betriebsmittels 2 verbunden ist und ausgangsseitig einen Re gelkreis 40 aufweist. Eingangsseitig weist die Abtastnachfüh rung 14 eine Anpaßschaltung 42 mit nachgeschalteten Bandpaß filter 44 dritter Ordnung auf. Zur Potentialtrennung der Ein gangsschaltung der Abtastnachführung 14 und seines Regelkrei ses 40, ist dem Bandpaßfilter 44 ein Optokoppler 46 nachge schaltet. Der Regelkreis 40 weist einen Mikrocontroller 48, einen Digital/Analog-Wandler 50, insbesondere einen 12-bit- D/A-Wandler, und einen Spannungsfrequenzwandler auf. Der D/A- Wandler 50 ist eingangsseitig mit einem Ausgang des Mikrocon trollers 48 und ausgangsseitig mit einem Eingang des Span nungsfrequenzwandlers 52 verbunden. Am Ausgang des Spannungs frequenzwandlers 52 steht eine an eine Netzfrequenz angepaßte Abtastfrequenz an, die außerdem zum Mikrocontroller 48 rück geführt wird. Außerdem ist der Eingang des Spannungsfrequenz wandlers 52 mit einer Offset-Spannungsquelle 54 verbunden.

Die Fig. 3 zeigt ein Schutzkonzept für einen netzseitigen Stromrichter 56 mit einen Stromrichtertransformator 58. Der Stromrichtertransformator 58 ist zwischen einem Netz 60 und der Eingangsseite des Stromrichters 56 angeordnet. Ausgangs seitig ist der Stromrichter 56 mit einer Last 62 verbunden. Bei diesem dargestellten Schutzkonzept ist dem Stromrichter transformator 58 und dem Stromrichter 56 jeweils ein Lei stungsdifferentialschutz 64 zugeordnet, der gemäß der Vor richtung nach Fig. 1 aufgebaut ist. Die Meßgrößen für den Lei stungsdifferentialschutz 64 des Stromrichtertransformators 58 entsprechen den Meßgrößen der Vorrichtung nach Fig. 1. Die ausgangsseitigen Meßgrößen des Stromrichtertransformators 58 werden bei dem Leistungsdifferentialschutz 64 für den Strom richter 56 als eingangsseitige Meßgrößen verwendet. Die aus gangsseitigen Meßgrößen des Stromrichters 56 sind der Gleich strom und die Gleichspannung. Somit verarbeitet der Lei stungsdifferentialschutz 64 die Stromrichter 56 Wechsel- und Gleichmeßgrößen. Dieses Schutzkonzept weist ferner einen Lei stungsdifferentialschutz 64 für die Gesamtanordnung auf. So mit wird die Gesamtanordnung durch den übergeordneten Lei stungsdifferentialschutz 64 zu einem Betriebsmittel, das ge schützt werden soll.

Für die Bestimmung der Leistungsgrößen sind einige Definitio nen zur Berechnungsgrundlage anzugeben. Die Momentanleistung eines Zweileitersystem gilt

In der reellen Darstellung erkennt man, daß durch die Pro duktbildung der Strom- und Spannungsgrößen in der Leistung ein (µ-ν)ωt subharmonischer Anteil und mit ein (ν+µ)ωt super harmonischer Anteil entsteht. Subharmonische Anteile gleich frequenter Ströme und Spannungen (µ=ν) bilden den Mittelwert der Momentanleistung, die Wirkleistung. Die Amplitude des su perharmonischen Anteils gleichfrequenter Ströme und Spannun gen ist der Betrag der komplexen Scheinleistung. Die Produkte ungleicher Frequenz verursachen dagegen die Verzerrungs leistung.

Im Dreiphasensystem ist im pro Leiter eine Momentanleistung nach Gleichung (1) zu beobachten. Die Gesamtmomentanleistung, d. h. die Summe der drei einzelnen Leitermomentanleistungen ist für den monofrequent symmetrischen Fall zeitlich nicht veränderlich und entspricht der im gesamten Drehstromsystem übertragenen Wirkleistung. Die Drehstrom-Scheinleistung läßt sich mit Hilfe der Strom- und Spannungsraumzeiger und Strom- und Spannungsnullgrößen gemäß folgender Gleichung

berechnen mit

Auch hier bilden die Anteile gleicher Frequenz von Strom und Spannung die komplexe Scheinleistung, deren Realteil die Wirkleistung und Immaginärteil die Verschiebungsblindleistung darstellt. Unterschiedliche Frequenzen erzeugen auch im Drei phasensystem Verzerrungen, die aber bei der Mittelwertbildung von

wegfallen. Der Realteil dieser komplexen Zeitfunktion ist gleich der Gesamtmomentanleistung des Dreiphasensystems, die alternativ auch über

p(t) = [p_R(t) + p_S(t) + p_T(t)] (5)

bestimmt werden kann.

Analog zum Spannungs- und Stromraumzeiger kann auch ein Momentanleistungsraumzeiger aus den drei Momentanleistungen gemäß folgender Gleichung

q(t) = 2(p_R(t) + ap_S(t) + a ²p_T(t)) (6)

berechnet werden.

Der Faktor 1/3 entfällt hier ebenso wie bei der gesamten Momentanleistung, welche die Nullgröße bei Anwendung der Transformation nach Gleichung (3) darstellt. Für den monofre quenten symmetrischen Fall ergibt sich:

Die Ortskurve von q(ωt) beschreibt einen Kreis, dessen Ab stand vom Ursprung der Betrag der Scheinleistung ist. Um die Verzerrungsleistung eines Dreiphasensystems für beliebige pe riodische Ströme und Spannungen zu bestimmen, muß die Schein leistung über die Effektivwertprodukte von Strömen und Span nungen berechnet werden. Das Quadrat der Scheinleistung ist die Summe der Quadrate der spektralen Anteile der Leistung. Diese können auch über die folgende Beziehung

berechnet werden. Die Scheinleistung gibt die Belastung des Systems durch den Energietransport wieder. Die auftreten den Amplituden _ν sind die Koeffizienten der Fourierzerle gung der periodischen Momentanleistung. Für den Ausdruck nach Gleichung (8) gibt es eine einfache geometrische Deutung. Die so ermittelte Scheinleistung ist der mittlere Betragsabstand der Punkte der Ortskurve des Raumzeigers vom Ursprung. Die Form der Ortskurve ist damit für die Leistung ein wichtiges Kennzeichen.

Die Gesamtscheinleistung kann über die Orthogonalitätsbezie hung von Wirk- und Blindleistungen in ihre Anteile Wirklei stung P, Verschiebungsblindleistung Q_V und Verzerrungsblind leistung Q_Z zerlegt werden gemäß folgender Gleichung:

Mit Hilfe der Größe q(ωt) kann auch eine Unsymmetrie des Wirkleistungsumsatzes des Dreiphasensystems auf sehr einfache Weise festgestellt werden. Denn bei idealer Symmetrie ist der Mittelwert

Null, da dann P_R = P_S = P_T gilt.

Anhand eines Drehstromtransformators als Betriebsmittel 2 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert wer den:
Zunächst werden ein- und ausgangsseitig des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" die Leiterströme i_ER,S,T, i_AR,S,T und die Leiter-Erd-Spannungen u_ER,S,T, u_AR,S,T gemessen und anschlie ßend diese digitalisiert. In Abhängigkeit dieser Digitalmeß größen werden die Strom- und Spannungsraumzeiger i(t) und u(t) und die Strom- und Spannungsnullgrößen i₀(t) und u₀(t) gemäß Gleichung (3) berechnet. Außerdem werden pro Leiter R, S, T eine ein- und ausgangsseitige Momentanleistung p_ER,S,T und p_AR,S,T gemäß der Gleichung (1) berechnet. Anschließend werden eine Gesamtmomentanleistung p(t) gemäß Gleichung (5), einen Momentanleistungsraumzeiger q(t) gemäß Gleichung (6) und ei ne Scheinleistung S gemäß Gleichung (2) berechnet. Aus die sen Momentanleistungen wird mittels einer Mittelwertbildung die Wirkleistung P_E und P_A, die Scheinleistung S _E und S _A und die unsymmetrische Wirkleistung P _UE und P _UA berechnet. Aus der Scheinleistung S _E und S _A und der Wirkleistung P_E und P_A wird mittels der Orthogonalitätsbeziehung die Verschiebungs-Blind leistung Q_VE und Q_VA nach Gleichung (2) bestimmt. Mit diesen Werten wird mittels der Gleichung (9) die Verzerrungs-Blind leistung Q_ZE und Q_ZA berechnet. Nun sind ein- und ausgangssei tig die Wirkleistung P_E und P_A, die Verschiebungs-Blindlei stung Q_VE und Q_VA, die Verzerrungs-Blindleistung Q_ZE und Q_ZA, die Scheinleistung S _E und S _A und die unsymmetrische Wirklei stung P _UE und P _UA berechnet, aus denen anschließend die zugehö rigen Differenzleistungen ΔP, ΔQ_V, ΔQ_Z und ΔP _U bestimmt wer den. Diese Leistungswerte werden nun mit vorbestimmten Para metern des Betriebsmittels 2 verglichen und anschließend diese Vergleichsergebnisse ausgewertet.

Typisch für den Einschwingvorgang des Transformators ist zum einen die hohe Differenz-Verzerrungs-Blindleistung ΔQ_Z, die durch die Nichtlinearität der Magnetisierungskennlinie ent steht und zum anderen die hohe Differenz-Verschiebungs-Blind leistung ΔQ_V, die durch Magnetisierung beim Einschalten ver ursacht wird. Die Differenz-Wirkleistung ΔP beginnt gemäß Fig. 4 mit dem Wert Null. Die Einschaltleistung, d. h., die Wirk leistung P beim Einschwingvorgang des Betriebsmittels "Dreh stromtransformator", ist gemäß Fig. 4 um den Faktor 2,5 höher als die stationär verbrauchte Wirkleistung ΔP. Die Höhe des Überschwingers hängt nur vom Einschaltzeitpunkt und der Rema nenz des Drehstromtransformators ab. Der stationäre Wert der Differenz-Wirkleistung ΔP ist zum einen der näherungsweise konstante Anteil der spannungsabhängigen Verluste plus der durch die Belastung bestimmte stromabhängige Teil. Daher wird ein Höchstgrenzwert ΔP_max (Betriebsmittel-Parameter) für die dauernde Belastung des Betriebsmittels "Drehstromtransforma tor" als ein Schutzkriterium definiert.

Ebenso ist die Höhe der Differenz-Verzerrungs-Blindleistung ΔQ_Z typisch für den Einschaltvorgang, die faktisch nur pri märseitig erkennbar ist und mit wachsender Last auch beim Einschalten abnimmt. Diese Überhöhung der Differenz-Verzer rungs-Blindleistung ΔQ_Z (Fig. 6) entsteht nur beim Einschalten des Betriebsmittels "Drehstromtransformator", da diese im we sentlichen durch die Sättigungserscheinung beim Einschalten verursacht wird. Tritt beim Einschalten des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" ein Fehler auf, so steigt die Diffe renz-Verzerrungs-Blindleistung ΔQ_Z zusätzlich um einen Ver zerrungsanteil, der durch einen Fehler verursacht wird, an (Fig. 7). Daher überschreitet die Differenz-Verzerrungs-Blind leistung ΔQ_Z beim Auftritt eines Fehlers während des Ein schaltens des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" den Maximalwert ΔQ_Zmax (Betriebsmittel-Parameter) der Einschalt leistung innerhalb von wenigen Millisekunden. Dies ist mit Hilfe der Differenz-Wirkleistung ΔP in dieser Zeit nicht er kennbar, wie ein Vergleich der Signalverläufe der Fig. 4 und 5 zeigen. Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils in einem Diagramm über die Zeit t die Verläufe der ein- und ausgangsseitigen Wirk leistungen P_E und P_A und die Differenz-Wirkleistung ΔP, wobei die Fig. 4 die Verläufe bei einer symmetrischen Last und die Fig. 5 die Verläufe bei einem Windungsschluß zeigen. Die Fig. 6 und 7 zeigen jeweils in einem Diagramm über der Zeit t die Verläufe der ein- und ausgangsseitigen Verzerrungs-Blindlei stung Q_ZE und Q_ZA und die Differenz-Verzerrungs-Blindleistung ΔQ_Z, wobei die Fig. 6 die Verläufe bei einer symmetrischen Last und die Fig. 7 die Verläufe bei einem Windungsschluß zei gen. Somit wird mittels der beiden Vergleiche Differenz-Wirk leistung ΔP mit einem vorbestimmten Betriebsmittel-Parameter ΔP_max und Differenz-Verzerrungs-Blindleistung ΔQ_z mit einem vorbestimmten Betriebsmittel-Parameter ΔQ_zmax ein innerer Feh ler beim Einschaltvorgang des Betriebsmittels "Drehstrom transformator" detektiert.

Ein weiterer Fehler, nämlich ein externer bzw. interner Pha senbruch, kann ebenfallls mit diesem Leistungsdifferential schutz-Verfahren detektiert werden. Dazu werden die eingangs seitige Wirkleistung P_E und die Verschiebungs-Blindleistung Q_V ausgewertet. Ist die eigangsseitige Wirkleistung P_E klei ner als eine vorbestimmte Leerlaufleistung P_L des Betriebsmit tels "Drehstromtransformator" und die Verschiebungs-Blindlei stung Q_V bleibt unterhalb einer vorbestimmten Leerlauf-Ver schiebungs-Blindleistung Q_VL nahe Null, so liegt ein externer Phasenbruch vor. Das heißt, ein Leiter R, S, T zum Betriebs mittel 2, wobei die Strom- und Spannungswandler mit hinzuge zählt werden, ist unterbrochen. Diese Unterbrechung kann ein Erdschluß eines Leiters R, S, T oder ein Bruch eines Leiters R, S, T sein. Mit dieser Überprüfung der eingangsseitigen Wirkleistung P_E und der Verschiebungs-Blindleistung Q_V erhält man einen Reserveschutz für eine einseitige Schutzeinrich tung. Ist die eingangsseitige Wirkleistung P_E kleiner als eine vorbestimmte Leerlaufleistung P_L des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" und die Verschiebungs-Blindleistung Q_V ist größer, beispielsweise etwa 10 bis 30%, einer Leer lauf-Verschiebungs-Blindleistung Q_VL, so liegt ein interner Phasenbruch vor. Das heißt, beim internen Phasenbruch handelt es sich um einen inneren Fehler des Betriebsmittels 2.

Stromschwache Fehler sind vom Stromdifferentialschutz schwer zu erkennen. Liegt zum Beispiel in einem Transformatorstrang ein Windungsschluß mit ca. 15% Stromfehler/Nennstrom vor, so fällt der dadurch resultierende Stromanstieg geringer aus, zumal die sekundärseitige Impedanz mit in die Gesamtimpedanz eingehen und das relative Verhältnis des stromschwachen Feh lers nochmals verringern. Schließlich ist auch nicht auszu schließen, daß sekundärseitig eine Unsymmetrie in der Bela stung diesen Fehler vertuscht, in dem die Lastimpedanzen, die an den beiden gesunden Transformatorsträngen hängen, geringer sind als die Impedanz des fehlerhaften Zweiges.

Einen solchen Fehler kann mit einem Leistungsdifferential schutz 64, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, erkannt werden. Dazu werden die unsymmetrischen Wirkleistun gen P _UE und P _UA ausgewertet. Eine unsymmetrische Wirkleistung P _UE steigt nur im Fehlerfall im Betriebsmittel "Drehstrom transformator" an. Diese unsymmetrische Wirkleistung P _UE ist unabhängig von einer am Ausgang des Betriebsmittels "Dreh stromtransformator" angeschlossenen Last 62. Die Fig. 8 zeigt in einem Diagramm über Zeit t die Betragsverläufe der |P _UE| und |P _UA| und der Differenzleistung |ΔP _U| der unsymmetrischen Wirkleistung P _U im Leerlauffall. Liegt sekundärseitig eine ohmsche Unsymmetrie ohne Fehler primärseitig vor, so ist der Betrag |P _UA| der ausgangsseitigen unsymmetrischen Wirkleistung P _UA größer Null (Fig. 10 und 11). Im symmetrischen Fall ist |P _UA| der ausgangsseitigen unsymmetrischen Wirkleistung P _UA an nähernd Null (Fig. 9). Primärseitig wirken sich die Lastunsym metrien ebenso aus, d. h., der Betrag |P _UE| der eingangsseiti gen unsymmetrischen Wirkleistung |P _UE| ist ungleich Null (Fig. 9, 10, 11).

Liegt jedoch im Betriebsmittel "Drehstromtransformator" ein Fehler vor, so ist Betrag |P _UE| der eingangsseitigen unsymme trischen Wirkleistung |P _UE| wesentlich größer als Null. Dies zeigt sich nicht im Verlauf des Betrages |P _UA| der ausgangs seitigen unsymmetrischen Wirkleistung |P _UA| (Fig. 9).

Allerdings können solche stromschwachen Fehler nur mit größe ren Zeitkonstanten erkannt werden, je nach Transformatorbau art mehr als 10 Periodendauern (10 . . . 100). Dies ist jedoch unkritisch, zumal ein stromschwacher Fehler nur eine kleine Überlast darstellt, und somit nicht sofort zu weiteren viel kritischeren Folgefehlern führt.

Das Diagramm gemäß Fig. 10 zeigt eine große Unsymmetrie, die sich auch auf die Primärseite des Betriebsmittels "Drehstrom transformator" überträgt. In diesem Betriebsmittel selbst wird dabei aber nicht mehr unsymmetrische Leistung umgesetzt, als im symmetrischen Fall gemäß Fig. 8. Die auch in diesem Fall auftretende unsymmetrische Differenzleistung ΔP _U be gründet sich in Bautoleranzen beim Betriebsmittel "Drehstrom transformator" und schwingt sich auf einen typisch spezifi schen Wert ein. Legt man hohe Ansprüche an das Betriebsmittel "Drehstromtransformator", so kann der gemessene Leerlaufwert bereits als Schädigung des Betriebsmittels "Drehstromtrans formator" angesehen werden. Selbst im ungünstigsten Fall mit Unsymmetrie sekundärseitig und stromschwachem Windungsschluß kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dieser ungünsti ge Fall der Unsymmetrie detektiert werden.

Die unsymmetrische Wirkleistung P _U, die im Betriebsmittel "Drehstromtransformator" umgesetzt wird, hängt also nur vom Zustand des Betriebsmittels bzw. beim Betriebsmittel "Dreh stromtransformator" vom Zustand der einzelnen Wicklungen und nicht von der Belastung ab. Daher ist diese Größe sehr gut für den Differentialschutz geeignet und eröffnet eine Fehler erkennung, die in dieser einfachen Weise mit reinen Stromgrö ßen nicht möglich ist.

Je nach Bauart des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" sind nur bestimmte, maximal unsymmetrische Belastung zuläs sig. Mit der berechneten unsymmetrischen Wirkleistung P _U ist ein Kriterium für maximal zulässig unsymmetrische Belastung gegeben. Ebenso steigt auch die sekundärseitige Verzerrungs- Blindleistung Q_ZA, die im symmetrischen Fall Null ist, über einen Betriebsmittel-Parameter Q_ZL. Damit kann ein Überlast schutz realisiert werden, der nicht nur die Gesamtverluste des Betriebsmittels "Drehstromtransformator" überwacht, son dern ohne Mehraufwand und damit verbundenen Kosten auch die Verluste in den einzelnen Transformatorzweigen überwacht. Übersteigt die Verzerrungs-Blindleistung Q_Z einen vorbestimm ten Betriebsmittel-Parameter Q_ZL ohne eine Veränderung der unsymmetrischen Wirkleistung P _U, so läßt sich dies auf eine erhöhte Oberschwingungsbelastung schließen.

Fehler, die auf der Sekundärseite des Betriebsmittels "Dreh stromtransformator" auftreten, können mit den dort definier ten Leistungsgrößen ebenso erkannt werden. So kann mit der Verzerrungs-Blindleistung Q_VA und der unsymmetrischen Wirk leistung P _UA die maximale Verzerrung durch den Grad der Un symmetrie auf der Sekundärseite einfach gemessen werden. Ist als Last 62 ein Stromrichter an das Betriebsmittel "Dreh stromtransformator" angeschlossen, kann die Verzerrung durch die Stromoberschwingungen des Stromrichters bestimmt werden. Sollten dazu Unsymmetrien auftreten, wobei eine gewisse Un symmetrie des Betriebsmittels 2 erlaubt werden kann (Be triebsparameter) kann von einer Fehlfunktion ausgegangen werden. Schließlich kann die vom Betriebsmittel "Drehstrom transformator" auf der Sekundärseite abgegebene Leistung P_A gemessen und gegebenenfalls die Last 62 bei unzulässig hoher Leistungsaufnahme abgeschaltet werden.

Weitere Fehler, nämlich eine Überlastung des Betriebsmittels 2 und ein Defekt einer angeschlossenen Last 62, kann eben falls mit dem Leistungsdifferentialschutz-Verfahren detek tiert werden. Zur Detektierung der Überlastung des Betriebs mittels 2 muß die ausgangsseitige Wirkleistung P_A Null und die ausgangsseitige Scheinleistung S_A größer eines vorbe stimmten Betriebsmittel-Parameters S_Amax sein. Sind diese bei den Bedingungen erfüllt, so liegt eine innere Überlastung des Betriebsmittels 2 vor. Zur Detektierung einer defekten Last 62 muß ebenfalls die ausgangsseitige Wirkleistung P_A Null sein. Außerdem muß die ausgangsseitige Verzerrungs-Blindlei stung Q_ZA größer einer vorbestimmten Leerlauf-Verzerrungs- Blindleistung Q_ZL sein. Werden diese beiden Bedingungen er füllt, so ist die am Betriebsmittel 2 angeschlossene Last 62 defekt.

Neben dem Betriebsmittel "Drehstromtransformator" können ebenso die Betriebsmittel "Einphasentransformator", "Zwei- oder Mehrwicklertransformator", "netzseitiger Stromrichter", "Sammelschiene", "Frequenz-Umrichter", "Hochspannungs-Gleich strom-Übertragungs-Anlage" mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren überwacht und geschützt werden.

Beim Betriebsmittel "Einphasentransformator" werden die Wirk leistung P und die Verschiebungs-Blindleistung Q_Vaus der komplexen Scheinleistung S gewonnen. Die gemachten Aussagen sind für dieses Betriebsmittel "Einphasentransformator" eben so anwendbar, wenn gleich Unsymmetrien natürlich nicht mehr auftreten können.

Beim Betriebsmittel "Zweiwicklertransformator" ist das Vorge hen prinzipiell gleich, nur daß vor dem Vergleich mit der Primärseite (eingangsseitig) die Größen auf den beiden Sekun därseiten (ausgangsseitig) einfach addiert werden müssen.

Das Betriebsmittel "netzseitiger Stromrichter" kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise geschützt werden, da als gemeinsame Größen von Eingangsseite zu Aus gangsseite die Wirkleistung P, die Verschiebungs-Blindlei stung Q_V und die Verzerrungs-Blindleistung Q_Z bereits physi kalisch vorhanden sind. Da durch die zyklischen Schaltvorgän ge Verzerrungs-Blindleistung Q_Z im Stromrichterventil ent steht, ist die Größe der Verzerrung eine wichtige Kenngröße für solche Betriebsmittel. Sobald die Verzerrung über ein ge wisses Maß wächst, kann als Ursache nur eine Unsymmetrie für den Anstieg der Verzerrung gelten, der mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens detektiert wird.

Das Betriebsmittel "Sammelschiene" kann nahezu identisch wie die anderen Betriebsmittel geschützt werden. Im Normalfall sind die Verluste im Sammelschienenaufbau sehr gering. Ein Anstieg der Verlustleistung oder der stromabhängigen Verluste im Betriebsmittel "Sammelschiene" ist somit ein brauchbares Kriterium. Lichtbögen verursachen im Betriebsmittel "Strom schiene" sehr hohe Verzerrungen im Strom. Daher können mit dem Anstieg der Verzerrungs-Blindleistung Q_Z solche Fehler mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einfach erkannt wer den.

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels 2 nicht nur die Wirkleistung P, sondern auch die Verzerrungs-Blindlei stung Q_Z, die Verschiebungs-Blindleistung Q_V, die Scheinlei stung S und eine unsymmetrische Wirkleistung P _U für die Feh lererkennung verwendet werden, erhält man ein Differential schutz-Verfahren, das eine hohe Empfindlichkeit und Selekti vität bei hoher Zuverlässigkeit aufweist. Außerdem werden frühzeitig innere Fehler des Betriebsmittel detektiert, die sich nicht sonderlich in den Anschlußklemmen des Betriebsmit tels 2 auswirken. Durch eine frühzeitige Erkennung stromschwa cher innerer Fehler kann der Leistungsdifferentialschutz, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, schnell rea gieren. Da derartige Fehler sehr früh erkannt werden, kann auf einen thermischen Überlastschutz verzichtet werden. Außerdem ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbei tender Leistungsdifferentialschutz vergleichsweise unempfind lich gegen Meßfehler, wodurch preiswertere Meßwandler einge setzt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels (2), wobei in Abhängigkeit ein- und ausgangs seitiger gemessener und anschließend digitalisierter Leiter ströme (i_ER,S,T, i_AR,S,T) und Leiter-Erd-Spannungen (u_ER,S,T, u_AR,S,T) jeweils Wirkleistungen (P_E, P_A), Verzerrungs-Blindlei stungen (Q_ZE, Q_ZA), Verschiebungs-Blindleistungen (Q_VE, Q_VA) und eine unsymmetrische Wirkleistung (P _UE und P _UA) berechnet werden, wobei in Abhängigkeit dieser berechneten Leistungen (P_E, P_A, Q_ZE, Q_ZA, Q_VE, Q_VA, P _UE, P _UA) eine Differenz-Wirklei stung (ΔP), eine Differenz-Verzerrungs-Blindleistung (ΔQ_Z), eine Differenz-Verschiebungs-Blindleistung (ΔQ_V) und eine unsymmetrische Differenz-Wirkleistung (ΔP _U) bestimmt werden, wobei diese berechneten Leistungen (P_E, P_A, Q_ZE, Q_ZA, Q_VE, Q_VA, P _UE, P _UA) und die bestimmten Differenzleistungen (ΔP, ΔQ_Z, ΔQ_V, ΔP _U) jeweils mit Betriebsparametern verglichen werden, und wobei in Abhängigkeit dieser Vergleichsergebnisse eine Feh ler- bzw. Störungsart detektierbar und lokalisierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein stromstarker Fehler beim Einschaltvorgang detektierbar ist, sobald die berechnete eingangsseitige Wirkleistung (P_E) einen vorbestimmten Parame ter (P_max) übersteigt und die ausgangsseitige Wirkleistung (P_A) Null ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein stromschwacher Fehler beim Einschwingvorgang detektierbar ist, sobald eine nicht abklingende Überhöhung der berechneten eingangsseitigen Wirk leistung (P_E) festgestellt wird, bei einer ausgangsseitigen Wirkleistung (P_A) gleich Null ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein stromschwacher Fehler detektierbar ist, sobald die berechnete eingangsseitige Wirk leistung (P_E) am Ende eines Einschaltvorganges des Betriebs mittels (2) nicht annähernd gleich einem vorbestimmten Para meter (P_L) ist, bei einer ausgangsseitigen Wirkleistung (P_A) gleich Null.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine stromschwache Stö rung während des Betriebes des Betriebsmittels (2) detektier bar ist, sobald eine berechnete eingangsseitig unsymmetrische Wirkleistung (P _UE) einen vorbestimmten Parameter (P _Ustat) über steigt, wobei eine berechnete ausgangsseitige unsymmetrische Wirkleistung (P _UA) unverändert bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein externer Phasenbruch detektierbar ist, sobald eine berechnete eingangsseitige Ver schiebungs-Blindleistung (Q_VE) und eine berechnete eingangs seitige Wirkleistung (P_E) jeweils kleiner als ein vorbestimm ter Parameter (Q_VL, P_L) sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein interner Phasenbruch detektierbar ist, sobald eine berechnete eingangsseitige Ver schiebungs-Blindleistung (Q_VE) größer gleich einem vorbe stimmten Parameter (Q_VL) und eine berechnete eingangsseitige Wirkleistung (P_E) kleiner einem vorbestimmten Parameter (P_L) sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Betriebes des Betriebsmittels (2) ein stromstarker Fehler detektierbar ist, sobald eine ermittelte Differenz-Wirkleistung (ΔP) und eine ermittelte Differenz-Verschiebungs-Blindleistung (ΔQ_V) je weils einem vorbestimmten Parameter (ΔP_max, ΔQ_max) übersteigen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Betriebes des Betriebsmittels (2) ein Unsymmetriefehler detektierbar ist, sobald eine ermittelte Differenz-Verzerrungs-Blindleistung (ΔQ_Z) größer oder gleich einem vorbestimmten Parameter (ΔQ_Zmax) ist.

10. Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern eines elektrischen Betriebsmittels (2), die eingangs- und ausgangsseitig pro Phase (R, S, T) einen Stromwandler und einen Spannungswandler, eine autarke Einrichtung (8) zur Analog/Digital-Wandlung der Meßgrößen (i_ER,S,T, i_AR,S,T, u_ER,S,T, u_AR,S,T), eine Signalprozes soreinheit (10) und eine Schnittstelleneinrichtung (12) auf weist, wobei die Ausgänge der Strom- und Spannungswandler mit Eingängen der autarken Einrichtung (8) zur Analog/Digital- Wandlung verbunden sind, wobei die Ausgänge dieser Einrich tung (8) mit Eingängen der Signalprozessoreinheit (10) ver knüpft sind und wobei der Ausgang dieser Signalprozessorein heit (10) mit einem Eingang der Schnittstelleneinrichtung (12) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Abtastnachfüh rung (14) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit einem Fre quenzausgang der Signalprozessoreinheit (10) und ausgangs seitig mit einem Frequenzeingang der autarken Einrichtung (8) zur Analog/Digital-Wandlung verknüpft ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die autarke Einrich tung (8) zur Analog/Digital-Wandlung eine Steuerlogik auf weist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Abtastnachführung (14) eingangsseitig eine Anpaßschaltung (42) mit nachgeschal tetem Bandpaßfilter (44) und ausgangsseitig ein Regelkreis (40) aufweist, der eingangsseitig mittels einer Potential trennvorrichtung mit dem Ausgang des Bandpaßfilters (44) ver knüpft ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Regelkreis (40) einen Mikrocontroller (48), einen Digital/Analog-Wandler (50) und einen Spannungsfrequenzwandler (52) aufweist, wobei der Mikrocontroller (48) ausgangsseitig über den Digital/Analog- Wandler (50) mit einem Eingang des Spannungsfrequenzwandlers (52) verbunden ist, und wobei dieser Spannungsfrequenzwandler (52) ausgangsseitig einerseits mit einem Eingang des Mikro controllers und andererseits mit einem Ausgang der Abtast nachführung (14) verknüpft ist.