DE4026799A1

DE4026799A1 - Verfahren zur selektiven erfassung von fehlern der leiter in hoch- und hoechstspannungsnetzen

Info

Publication number: DE4026799A1
Application number: DE4026799A
Authority: DE
Inventors: Hendro Prof Dr Ing Rijanto
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-02-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selektiven Feststellung von Fehlern der Leiter in Hoch- und Höchstspannungsnetzen und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Distanzschutzeinrichtungen werden nach wie vor für den Schutz von Hoch- und Höchstspannungsnetzen bevorzugt eingesetzt. Im Falle eines Netzkurzschlusses werden dabei nur die strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen, die aus der Sekundärseite der am Einbauort befindlichen Meßwandler entnommen sind, zur einen Impedanzgröße ausgewertet. Die ermittelte Impedanzgröße kann dann als Kriterium für die Kurzschluß- bzw. Fehlerentfernung im Netz verwendet werden. Mit Hilfe der zu bestimmenden Richtung der Kurzschluß leistung läßt sich anschließend die Richtung der Fehlerstelle feststellen. Anschließend können gezielt Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, die z. B. in der Abschaltung des gestörten Leitungsabschnitts bestehen. Der technische Aufwand für den Schutz von Hoch- und Höchstspannungsleitungsstrecken ist bei Verwendung von Distanzschutzeinrichtungen am geringsten.

Da es in Hoch- und Höchstspannungsnetzen verschiedene Fehlerarten gibt, so ist die Impedanzmessung stets in Abhängigkeit der vom Fehler betroffenen Außenleiter durchzuführen.

In Mittel- und Hochspannungsnetzen mit Nennspannungen bis 150 kV, die hauptsächlich der Verteilung von elektrischer Energie dienen, können auf Grund des einfachen Netzaufbaus die fehlerbetroffenen Außenleiter im allgemeinen aus der im jeweiligen Außenleiter fließenden Größe des Kurzschlußstroms ermittelt werden. Nachdem die fehlerhaften Außenleiter erfaßt worden sind, läßt sich die entsprechende Messung der Fehlerimpedanz durchführen. Distanzschutzeinrichtungen für Mittel- und Hochspannungsnetze bis 150 kV werden daher nur mit einer Überstromanregung ausgestattet.

Wenn die Netzverhältnisse komplex werden, dann wird die Überstromanregung durch zusätzliche Bewertung der spannungsproportionalen Meßgrößen zu einer sogenannten Unterimpedanzanregung erweitert.

Höchstspannungsnetze mit Nennspannungen über 150 kV sind insbesondere für die Übertragung elektrischer Energie bestimmt. Die ständige Anpassung der Netzverhältnisse an den wechselnden Energiebedarf hat zur Folge, daß sich die Kurzschlußleistung und die Netzausdehnung um mehrere Größenordnungen ändern können. Daher ist es möglich, daß der maximale Betriebsstrom größer als der minimale Kurzschlußstrom ist. Unter solchen Betriebsbedin gungen hat die oben erwähnte Unterimpedanzanregung Schwierigkeiten bei der selektiven Erfassung der fehlerbehafteten Außenleitern. Darum kann ein zusätzliches Kriterium, beispielsweise der Phasenwinkel zwischen Spannungs- und Stromgröße, eingeführt werden, damit eine Unterscheidung zwischen Kurzschlußstrom und Betriebsstrom möglich ist.

Trotz dieser Funktionserweiterung ist es jedoch nicht immer sicherzustellen, daß mit der Unterimpedanzanregung die fehlerbehafteten Außenleiter bei allen Netzkurzschlüssen selektiv erfaßt werden können. Mit nur einem Meßsystem für Impedanz- und Richtungsbestimmung können daher Fehlfunktionen von Distanzschutzeinrichtungen nicht ausgeschlossen werden. Für Höchstspan nungsnetze müssen deshalb Distanzschutzeinrichtungen mit mindestens drei Meßsystemen eingesetzt werden. Die Meßsysteme in mehrsystemigen Distanz schutzeinrichtungen sind damit auch zur Erhaltung der Selektivität bei der Fehlererfassung erforderlich.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren und eine Anordnung zur selektiven Feststellung von Fehlern der Leiter von Hoch- und Höchstspannungsnetzen zu entwickeln, mit denen auf einfache Weise und in möglichst kurzer Zeit zumindest Erdkurzschlüsse und zweipolige Kurzschlüsse mit und ohne Erdberührung festgestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die drei Leiterströme und der Erdstrom sowie die drei Phasenspannungen und die Sternpunkt- Erdspannung gemessen werden, daß die Differenzen der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die Differenzen der Leiterspannungen und der Sternpunkt- Erdspannung sowie die Differenzen der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die Differenzen der Leiterströme jeweils zweier Phasen und/oder die Differenzen der Spannungen jeweils zweier Phasen gebildet werden, und daß bei Fehlern, die auf der einer Einspeisungsstelle abgewandten Seite der Meßeinrichtung auftreten, einerseits auf die größte Differenz der Leiter ströme und des Erdstroms und/oder kleinste Differenz der Spannungen und der Sternpunkt-Erdspannung als Kriterium für einen einpoligen Erdkurzschluß im jeweiligen Außenleiter und andererseits auf die größte Differenz der Ströme zweier Leiter und/oder auf die kleinste Differenz der Spannungen zweier Leiter als Kriterium für einen zweipoligen Kurzschluß geprüft wird, der zusätzlich bei Auftreten eines Erdstroms als Fehler mit Erdberührung erkannt wird.

Bei Fehlern, die auf der einer reinen Last abgewandten Seite einer Meßein richtung für die Leiterströme und die verketteten Spannungen auftreten, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Differenzen der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die Differenzen der Leiterspannungen und der Sternpunkt-Erdspannung sowie die Differenzen der Leiterströme und des Erdstroms jeweils zweier Phasen und/oder die Differenzen der Spannungen jeweils zweier Phasen gebildet werden, und daß einerseits auf die kleinste Differenz der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die größte Differenz der Spannungen und der Sternpunkt-Erdspannung als Kriterium für einen einpoligen Erdkurzschluß und andererseits auf die kleinste Differenz oder Ströme zweier Leiter und/oder auf die größte Differenz der Spannungen zweier Leiter als Kriterium für einen zweipoligen Kurzschluß geprüft wird, der zusätzlich bei Auftreten eines Erdstroms als Fehler mit Erdberührung erkannt wird. Die Betriebsweise des Netzes, für die die vorstehend erwähnte Fehlererfassung eingesetzt wird, ist als Stichleitungs- oder Richtleitungs betrieb bekannt.

Wenn die vorstehend erwähnte Fehlerprüfung durchgeführt wird, muß also eine zusätzliche Information zu den Meßwerten an einer Stelle des Netzes vorhanden sein, die sich auf den Stichleitungs- oder Richtleitungsbetrieb bezieht. Falls diese Information nicht vorhanden ist, wird die oben beschriebene Prüfung durchgeführt, die voraussetzt, daß die Meßstelle zwischen einer Einspeisestelle und dem Fehlerort liegt. Der Stichleitungs- oder Richtleitungsbetrieb in einem Netz wird gewöhnlich zu bestimmten Zeiten verwendet.

Zu Schwachlastzeiten kommt es häufiger vor, daß das Hoch- bzw. Höchstspan nungsnetz im Richtbetrieb betrieben wird. In diesem Fall wird der Verbrau cher unter Umständen über eine relativ lange Leitungsstrecke nur von einem verfügbaren Netz oder Generator eingespeist. Eine weitere Einspeisung ist dabei nicht vorgesehen. Ähnliche Verhältnisse können auch auf einer Leitungsstrecke auftreten, wenn aus betrieblichen Gründen die entsprechende Leitung aus einer Netzmasche zu einer Stichleitung herausgenommen wird. In diesem Fall wird also in die am Leitungsende befindliche Last auch wie beim Richtbetrieb nur einseitig eingespeist.

Die oben beschriebenen Arten der selektiven Fehlererkennung benötigen keine Multiplikationen oder Divisionen von Meßgrößen. Abgesehen von den Differenzen der Meßgrößen, die bei entsprechender Schaltung der Meßwand ler sofort verfügbar sind, werden für die Fehlererkennung nur Vergleichs operationen durchgeführt.

Vergleichsoperationen benötigen sehr wenig Zeit. Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht deshalb die selektive Erkennung von Erdkurzschlüssen sowie zweipoligen Kurzschlüssen mit und ohne Erdberührung in sehr kurzer Zeit.

Vorzugsweise wird ein dem oder den jeweils fehlerbehafteten Leitern und der jeweiligen Fehlerart zugeordnetes Signal zur Auswahl von Meßwerten für eine einsystemige Distanzschutzeinrichtung verwendet, die als Schutz oder Reserveschutz für einen Netzabschnitt vorgesehen ist. Da nur eine einsy stemige Distanzschutzeinrichtung benötigt wird, reduziert sich der Aufwand für den Distanzschutz auf ein Minimum.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Spannungen jedes Phasen leiters auf Unterschreitung eines vorgebbaren Bruchteils der Phasenspannun gen als erstes Kriterium für einen symmetrischen Netzfehler überwacht, wobei die Phasenwinkel der strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen in allen Leitern auf Überschreiten eines vorgegebenen Werts als zweites Kriterium für einen symmetrischen Netzfehler überwacht werden, bei dessen Feststellung die Distanzschutzeinrichtung angeregt wird. Bei symmetrischen Netzfehlern handelt es sich im allgemeinen um dreipolige Kurzschlüsse ohne oder mit Erdberührung.

In den meisten Hoch- und Höchstspannungsnetzen kommt es vor, daß der maximale Laststrom größer als der minimale Kurzschlußstrom ist. Damit reicht es nicht aus, allein auf Überströme zu überwachen. Die Stromgröße ist kein Kriterium für die Fehlererkennung im Netz. Als ein geeignetes Kriterium zur Unterscheidung zwischen einem Laststrom und Kurzschlußstrom hat sich die Phasenwinkelanregung bewährt.

Die Phasenwinkelanregung hat die Aufgabe, den Phasenwinkel zwischen den Meßgrößen, die für die Impedanzbestimmung verwendet werden, zu überwachen. In einem fehlerfreien Netz wird beispielsweise der Phasenwinkel der Impedanzen zwischen den Außenleitern - zwischen Dreieckstrom und Dreieckspannung - zunächst überwacht. Wenn sich dabei ergibt, daß der Phasenwinkel einer der Impedanz der drei Außenleitern größer als der Einstellwert ist, so hat die Phasenwinkelanregung dann die Schutzeinrichtung anzuregen.

Wenn aus dem zeitlichen Spannungsverlauf keine Spannungsdifferenz festge stellt wird, beispielsweise eine fest eingestellte Spannungsdifferenz von delta U/U_N = 0,15, dann wird erst eine dreipolige Phasenwinkelanregung gebildet, wenn der Phasenwinkel zwischen strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen in allen Außenleitern größer als ein Lastwinkel, beispiels weise 45°, ist. Außerdem wird die dreipolige Anregung erst freigegeben werden, wenn die unsymmetrische Fehlererfassung keinen unsymmetrischen Fehler tatsächlich festgestellt hat. Falls auch Kurzschlüsse in Rück wärtsrichtung erfaßt werden sollen, ist auch der entsprechende Lastwinkel der drei Pole im dritten Quadranten zu überwachen.

Mit der Phasenwinkelanregung werden also nur symmetrische, dreipolige Fehler erfaßt. Daher braucht die Phasenwinkelanregung also nur die drei Phasen winkel zwischen den Dreieckspannungen und den entsprechenden Dreieckströmen zu überwachen.

Auf die Phasenwinkelanregung kann dann verzichtet werden, wenn eine Spannungsdifferenz bei einer der Außenleiterspannungen auftritt. Die Spannungsdifferenzanregung wird hier vorzugsweise angewendet, da in manchen Gebieten - beispielsweise bei Freileitungsnetzen an Küstengebieten nach einem Salzsturm - im fehlerfreien Netz wegen der beeinträchtigten Isola tionsfähigkeit die Betriebsspannung bis auf 0,75 U_N abgesenkt werden könnte. Mit Hilfe der Spannungsdifferenzanregung haben Änderungen der Netzspannung keinen Einfluß auf die gesamte Fehlerfeststellung.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß Stromwandler für die Leiterströme und den Erdstrom und/oder Spannungswandler für die Leiterspannungen und die Sternpunkt-Erdspannung sowie Spannungswandler für die verketteten Spannungen mit Analog/Digital- Umsetzern verbunden sind, an die Abtast- und Haltschaltungen angeschlossen sind, denen ein Mikrorechner nachgeschaltet ist. Insbesondere hat der Mikrorechner einen Prozessor mit mindestens 16 Bit Datenbreite. Ein 16-Bit- Mikrorechner kann aus den spannungs- und stromproportionalen Meßgrößen die oben beschriebenen Fehler in kurzer Zeit selektiv feststellen und im Fehlerfalle einen Distanzschutz anregen, der vorwiegend ebenfalls im Mikrorechner gespeichert ist. Der Mikrorechner gibt lediglich ein Schaltkom mando im Fehlerfall an nachgeschaltete Schaltgeräte.

Der Software- und Hardwareaufwand ist demnach gering. Die Rechenzeit für die Feststellung der Art des Fehlers ist kurz, da vorwiegend Vergleichsoperatio nen ausgeführt werden. Deshalb ergibt sich eine kurze Reaktionszeit von nicht mehr als 15-25 ms.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur selektiven Feststellung von Fehlern der Leiter in Hoch- und Höchstspannungsnetzen,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für einen Erdkurzschluß auf einem Leiter,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für einen zweipoligen Kurzschluß ohne Erdberührung,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für einen zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Netzes im Stichleitungs- bzw. Richtbetrieb,

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild für einen Erdkurzschluß im Stich- oder Richtleitungsbetrieb,

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild für einen zweipoligen Kurzschluß ohne Erdberührung im Stich- bzw. Richtleitungsbetrieb,

Fig. 8 ein Ersatzschaltbild für einen zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung im Stich- oder Richtleitungsbetrieb,

Fig. 9 ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte zur selektiven Feh lererkennung in einem Hoch- oder Höchstspannungsnetz,

Fig. 10 ein Schaltbild eines Netzes im Stichleitungsbetrieb, für das verschiedene Fehlerfälle angenommen und rechnerisch ausgewertet werden.

In einem Hoch- und Höchstspannungsnetz sind an einer Meßstelle 1 in den drei Phasenleitern 2, 3, 4 und im Nulleiter 5 Stromwandler 6, 7, 8, 9 angeordnet, weiterhin sind Spannungswandler 10, 11, 12 für die Messung der verketteten Spannungen vorgesehen. Ein weiterer Spannungswandler 13 wird zur Messung der Sternpunkt-Erdspannung verwendet.

Die Stromwandler 6-9 und die Spannungswandler 10-13 sind mit ihren Sekundär wicklungen an Analog-Digital-Wandler 14 angeschlossen, denen Abtast- und Halteschaltungen 15 nachgeschaltet sind, die ausgangsseitig mit einem Mikrocomputer verbunden sind, der einen Prozessor von 16 Bit Datenbreite enthält. Der Mikrocomputer 16 steuert die Analog-Digital-Wandler 14 und die Abtast- und Halteschaltungen. Je nach der Schnelligkeit der Verwandlung der Analog-Digital-Umsetzung können alle Strom- und Spannungswandler je mit einem Analog-Digital-Umsetzer oder mehrere gemeinsam über Multipleser mit einem Analog-Digital-Umsetzer verbunden sein. Die Auswahl der Analog- Digital-Umsetzer richtet sich auch nach der Arbeitsgeschwindigkeit des Mikrocomputers 16.

In Hoch- und Höchstspannungsnetzen sind verschiedene Fehlerarten möglich. Es können sowohl unsymmetrische als auch symmetrische Fehlerarten auftreten. Die verschiedenen Fehlerarten sind im wesentlichen wie folgt:

- Erdkurzschluß
- Zweipoliger Kurzschluß mit Erdberührung
- Zweipoliger Kurzschluß ohne Erdberührung
- Dreipoliger Kurzschluß

Da in Hoch- und Höchstspannungsnetzen mehrere Stromkreise von einem oder auch von unterschiedlichen Systemen auf einem Hochspannungsmast unter gebracht sind, so können bei einem Netzfehler noch folgende Anomalien auftreten:

- Zwei Erdkurzschlüsse auf Doppelleitung
- Zwischensystemfehler

Für den Schutz der Hoch- und Höchstspannungsnetze werden bevorzugt Distanz schutzeinrichtungen eingesetzt. Im Falle eines Netzkurzschlusses brauchen dabei nur die strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen, die aus der Sekundärseite der am Einbauort befindlichen Meßwandler entnommen sind, zur einen Impedanzgröße ausgewertet werden. Die ermittelte Impedanzgröße kann dann als Kriterium für die Kurzschluß- bzw. Fehlerentfernung im Netz verwendet werden. Mit Hilfe der zu bestimmenden Richtung der Kurzschlußlei stung läßt sich anschließend die Richtung der Fehlerstelle feststellen. Daher ist der technische Aufwand für den Schutz von Hoch- und Höchstspan nungsstrecken mit Distanzschutzeinrichtungen am geringsten.

Da es in Hoch- und Höchstspannungsnetzen verschiedene Fehlerarten gibt, ist die Impedanzmessung stets in Abhängigkeit der vom Fehler betroffenen Außenleiter durchzuführen. Für die Erfassung der fehlerbehafteten Außen leiter wird im folgenden auch der Begriff "Anregung" gebraucht, unter der verschiedene die einzelnen Fehler nach Art und Phase kennzeichnende Meldungen zu verstehen sind, die zur Anregung des Distanzschutzes ausgenutzt werden können. Die "Anregung" hat daher für Distanzschutzeinrichtungen die wichtigste Aufgabe, die vom Fehler betroffenen Außenleiter möglichst selektiv zu erfassen. Wenn diese Anforderung bei der Konzeption der Funktion "Anregung" zu erfüllen ist, so können prinzipiell Distanzschutzeinrichtungen mit nur einem Meßsystem zur Impedanz- und Richtungsbestimmung in allen Hoch- und Höchstspannungsnetzen verwendet werden.

Für die Erfassung und Abschaltung von Zwischensystemfehlern werden keine Distanzschutzeinrichtungen, sondern andere Schutzeinrichtungen, z. B. Leistungs-Differentialschutzeinrichtungen, verwendet. Bei derartigen Fehlern ist demnach eine Anregung für einen Distanzschutz nicht notwendig.

Wenn man zu einem beliebigen Generator-, Transformator- oder Leitungsschutz eine Distanzschutzeinrichtung als Reserveschutz redundant aufbaut, so wird an die Funktion "Anregung" außerdem die Forderung gestellt, daß bei den obengenannten Fehlerfällen keine Überfunktion auftreten darf.

Im folgenden wird die selektive Erfassung der verschiedenen Fehlerarten auf einem Stromkreis behandelt. Die Selektivität bei der Erfassung von zwei Erdkurzschlüssen auf Doppel- bzw. Parallelleitung ist ebenfalls gegeben.

Bei unsymmetrischen Kurzschlüssen lassen sich die Größe der Außenleiter ströme und Außenleitererdspannung mit Hilfe von symmetrischen Komponenten bestimmen. Das Ersatzschaltbild für den Erdkurzschluß ist in Fig. 2, für den zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung in Fig. 3 und für den zweipo ligen Kurzschluß ohne Erdberührung in Fig. 4 dargestellt.

Die Ersatzschaltungen für das Mitsystem, Gegensystem und Nullsystem sind in Fig. 2 jeweils mit 17, 18 und 19 bezeichnet. Das Mitsystem 17 enthält eine Mitimpedanz 20, die sich auf die Daten der Betriebsmittel bezieht. Im Gegensystem 18 ist die Gegenimpedanz 21 vorhanden. Das Nullsystem 19 weist die Nullimpedanzen 22, 23 auf. Die drei einpoligen Ersatzschaltungen sind gegeneinander entkoppelt und treten erst an der jeweiligen Fehlerstelle miteinander in Verbindung. Zur Nachbildung eines unsymmetrischen Fehlers, z. B. eines einpoligen Kurzschlusses oder eines zweipoligen Kurzschlusses, werden die Ersatzschaltungen so miteinander verbunden, daß sich aus den Komponentenspannungen und Komponentenströmen die wirklichen Spannungen und Ströme des Drehstromnetzes ergeben.

Wie sich aus den Ersatzschaltbildern von Fig. 2 und 3 ergibt, sind die einzelnen Komponenten - Mitsystem, Gegensystem und Nullsystem - bei einem Erdkurzschluß in Reihe und bei einem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberüh rung parallel geschaltet. Dadurch haben bei einem Erdkurzschluß die Ströme und die Spannungen im Mit- und im Gegensystem unterschiedliche Richtungen. Bei einem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung haben dagegen die Ströme und die Spannungen im Mit- und im Gegensystem die gleiche Richtung.

Das Ersatzschaltbild in Fig. 3 für zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung und im Bild 4 für zweipoligen Kurzschluß ohne Erdberührung unterscheidet sich wiederum nur in der Berücksichtigung des Nullsystems.

Hieraus ist zu erkennen, daß für die Erfassung eines zweipoligen Kurz schlusses mit oder ohne Erdberührung im Prinzip auf das Nullsystem verzich tet werden kann. Die Unterscheidung eines zweipoligen Kurzschlusses vom Erdkurzschluß läßt sich dann aus der Richtung der Ströme und der Spannung im Mit- und im Gegensystem vornehmen. Die für die Unterscheidung geeigneten strom- und gegebenenfalls spannungsproportionalen Meßgrößen sind aus den gemäß Fig. 1 gemessenen Strömen und Spannungen des Drehstrommoments zu gewinnen.

Zur Berechnung der resultierenden Außenleiterströme und der Außenleiter erdspannungen bei verschiedenen, unsymmetrischen Fehlerarten werden symmetrische Komponenten zur Hilfe genommen. Mit dem Bezugsleiter R, der für die Beschreibung des Erdkurzschlusses in Außenleiter R und des zweipoligen Kurzschlusses in den Außenleitern S und T geeignet ist, lassen sich für die Außenleiterströme folgende Beziehungen aufstellen:

I_R = I_m + I_g + I₀ (1.1)
I_S = a²I_m + aI_g + I₀ (1.2)
I_T = aI_m + a²I_g + I₀ (1.3)

Dabei ist I mit den Indizes R, S oder T der Strom in dem entsprechenden Außenleiter R, S oder T und I mit den Indizes m, g oder 0 der entsprechende Komponentenstrom im Mitsystem, Gegensystem oder Nullsystem.

Der Strom im Nullsystem I₀ kann hierbei durch den Erdstrom I_E wie folgt:

I₀ = (I_R + I_S + I_T)√/3 = I_E/3 (2)

ersetzt werden. In gleicher Weise lassen sich dann die Außenleitererdspan nungen mit Hilfe der symmetrischen Komponenten behandeln.

Wenn die Abkürzungen:

a = e^+j120° (3.1)
a² = e^-j120° (3.2)

und die Gleichung (2) in Gleichung (1.1 . . . 1.3) eingesetzt werden, so ergeben sich nach entsprechender Umstellung folgende Beziehungen:

I_R - (I_E/3) = I_m + I_g (4.1)
I_S - (I_E/3) = I_m e^-j120° + I_g e^+j120° (4.2)
I_T - (I_E/3) = I_m e^+j120° + I_g e^-j120° (4.3)

Aus Gleichung (4.1) ist zu entnehmen, daß für den zugehörigen Bezugsleiter R eine Summe der Ströme aus dem Mit- und Gegensystem gebildet wird.

Wenn aus den Gleichungen (1.1 . . . 1.3) die Dreieckströme gebildet werden, so ergeben sich nach der Division mit den entsprechenden Verkettungsfaktoren dann folgende Beziehungen:

(I_S - I_T)/√3 = I_m e^-j90° + I_g e^+j90° (5.1)
(I_T - I_R)/√3 = I_m e^+j150° + I_g e^-j150° (5.2)
(I_R - I_S)/√3 = I_m e^+j30° + I_g e^-j30° (5.3)

In Gleichung (5.1) ist zu erkennen, daß für den zugehörigen Bezugsleiter R bei angenommenem gleichem Phasenwinkel eine Differenz der Ströme aus dem Mit- und Gegensystem entsteht. Mit Hilfe der beiden Gleichungen (4.1) und (5.1) läßt sich ein Richtungs-Vergleich für die Strom- bzw. Spannungsgrößen im Mitsystem und im Gegensystem vornehmen.

Im Falle eines Erdkurzschlusses im Außenleiter R - der Strom im Mit- und im Gegensystem sind gleichgerichtet - ist gemäß der obigen Betrachtung die für die Funktion "Anregung" zu verwendende, stromproportionale Meßgröße I_R - (I_E/3) am größten. Da die Spannung im Mit- und im Gegensystem hierbei ungleiche Richtung aufweist, so wird die für die Funktion "Anregung" zu bewertende, spannungsproportionale Meßgröße U_R - (U_NE/3) den kleinsten Wert haben. Dabei ist U_NE die bei dem Erdkurzschluß auftretende Sternpunkt spannung.

Bei einem zweipoligen Kurzschluß zwischen den Außenleitern S und T mit oder ohne Erdberührung ist nach obiger Betrachtung die stromproportionale Meßgröße (I_S-I_T)/√3 am größten, weil der Strom im Mit- und Gegensystem entgegengesetzt gerichtet sind. Die spannungsproportionale Meßgröße (I_S-I_T)/√3 hat dagegen den minimalen Wert. Als Kriterium für die Unterscheidung eines Fehlers mit Erdberührung kann insbesondere das Auftreten der Erdstromgröße I_E oder der Sternpunktspannungsgröße U_NE benutzt werden.

Hieraus ist zu erkennen, daß bei Verwendung der obigen Meßgrößen für die Funktion "Anregung" eine selektive Erfassung der vom Fehler betroffenen Außenleiter möglich ist. Da bei diesem Verfahren, das im nachfolgenden als "Komponentenanregung" bezeichnet wird, nur das Maximum bzw. das Minimum der Meßgrößen abgesucht wird, kann die Funktion "Anregung" nur mit Ver gleichsoperation schnell zu einem Entscheid kommen.

Zu Schwachlastzeiten kommt es häufiger vor, daß ein Hoch- bzw. Höchst spannungsnetz im Richtbetrieb betrieben wird. In diesem Fall wird der Verbraucher unter Umständen über eine relativ lange Leitungsstrecke nur von einem verfügbaren Netz oder Generator gespeist. Eine weitere Einspeisung wird dabei nicht vorgesehen. Ähnliche Verhältnisse können auch auf einer Leitungsstrecke auftreten, wenn aus betrieblichen Gründen die entsprechende Leitung aus einer Netzmaschine zu einer Stichleitung herausgenommen wird. In diesem Fall wird also der am Leitungsende befindlichen Last auch wie beim Richtbetrieb nur einseitig eingespeist.

In Fig. 4 ist das prinzipielle Schaltbild dargestellt. Ein Netz 24 speist über den Transformator 25 eine Leitungsstrecke 26 und 27 sowie einen Transformator 28, Last 29. An den Enden der Leitungsstrecken 26 und 27 befinden sich die Stationen A, B und C, an denen jeweils die Distanzschutz einrichtung - D_AB, D_BA, D_BC und D_CB - für den Leitungsschutz eingebaut sind.

Wenn beispielsweise ein Fehler auf der Leitungsstrecke 26 auftritt, so darf die Funktion "Anregung" in den jeweiligen Distanzschutzeinrichtungen DBA, DBC und DCB nicht in Wirkstellung gehen. Wenn nämlich auf Grund der Funktion "Anregung" die obengenannten Distanzschutzeinrichtungen eine Impedanz- und Richtungsbestimmung ausführen würden, so könnten wegen der fehlenden Einspeisung an der Station C nur falsche Impedanzwerte ermittelt werden. Die hieraus gebildete Auslösung würde dann zur unselektiven Abschaltung der Leitungsstrecken führen.

Die Funktion "Anregung" hat also auch die Aufgabe, die Enden der Leitungs strecken, an denen wegen des Richtbetriebes oder Stichleitungsbetriebes keine Einspeisung mehr vorhanden ist, zu erkennen und wahlweise eine Auslösung der Distanzschutzeinrichtung zu verhindern. Besonders günstig ist es, daß mit Hilfe der Meßgrößen für oben beschriebene Komponentenanregung dieser Zustand festgestellt werden kann.

In Fig. 6 ist das Komponenten-Ersatzschaltbild für den Richt- oder Stichlei tungsbetrieb bei einem Erdkurzschluß dargestellt. Das Mitsystem 30 enthält die Mitimpedanz 31 und die Lastimpedanz 32. Das Gegensystem 33 enthält die Gegenimpedanz 34 und die Lastimpedanz 32. Das Nullsystem 35 enthält die Nullimpedanz 36, 37, 38. Die Fig. 7 zeigt das Komponenten-Ersatzschaltbild für einen zweipoligen Fehler mit Erdberührung. Aus den Komponenten-Er satzschaltbildern ist die Richtung der Ströme I_m, I_g und I₀ in Mit-, Gegen- und Nullsystem ersichtlich.

Bei einem Erdkurzschluß auf dem Außenleiter R wird wegen der ungleichen Richtung der Ströme im Mit- und im Gegensystem die stromproportionale Meßgröße (IS - IT)/√3 am größten. Die zugehörige stromproportionale Meßgröße IR - (IE/3) wird dabei ein Minimum. Dagegen ist bei zweipoligen Fehlern ohne oder mit Erdberührung die stromproportionale Meßgröße (IS - IT)/√3 am kleinsten.

Also besteht hier genau der umgekehrte Zusammenhang wie bei der Erfassung von unsymmetrischen Fehlern an den Leitungsenden, an denen die Einspeisung angeordnet ist. Beim Richtbetrieb kann also davon ausgegangen werden, daß die zugehörige stromproportionale Meßgröße der entsprechenden spannungs proportionalen Meßgröße immer am kleinsten ist. Im nachfolgenden wird das hier konzipierte Verfahren zur Erkennung von Richtbetrieb und Stichleitungs betrieb als "Richtbetriebanregung" genannt.

Die oben beschriebene Funktion "Anregung" kann zur Erfassung symmetrischer Netzfehler vervollständigt werden. Bei symmetrischen Netzfehlern handelt es sich im allgemeinen um dreipolige Kurzschlüsse ohne oder mit Erdberührung. Der Kurzschlußstrom besteht ebenso wie der Laststrom nur aus einem Strom I_m des Mitsystems. Dies wird für die Funktion "Anregung" ausgenutzt, die allerdings zwischen großen Betriebsströmen und kleinen Kurzschlußströ men unterscheiden muß. Zweckmäßigerweise wird für die Erfassung von dreipoligen Fehlern eine Phasenwinkelanregung verwendet.

Die Phasenwinkelanregung hat die Aufgabe, den Phasenwinkel zwischen den Meßgrößen, die für die Impedanzbestimmung verwendet werden, zu überwachen. In einem fehlerfreien Netz wird beispielsweise der Phasenwinkel der Impedanz zwischen den Außenleitern - zwischen Dreieckstrom und Dreieckspannung - zunächst überwacht. Wenn sich dabei ergibt, daß der Phasenwinkel einer der Impedanzen der drei Außenleitern größer als der Einstellwert ist, so hat die Phasenwinkelanregung ein entsprechendes Signal zu bilden.

Der Einstellwert für die Phasenwinkelanregung ist insbesondere im Bereich zwischen 35° . . . 60° einstellbar. Dabei ist die Möglichkeit vorzusehen, daß man richtungsabhängig, also nur Vorwärtsrichtung, oder richtungsunabhängig einstellen kann. Bei der Einstellung der Richtungsunabhängigkeit ist also der Phasenwinkel der entsprechenden Meßgrößen im ersten und im dritten Quadranten zu überwachen.

Es ist günstig, wenn die Phasenwinkelanregung ohne eine Kombination mit der Spannungsdifferenzanregung modifiziert wird. Eine Spannungsdifferenzan regung ist an sich bekannt. Es wird hierzu auf die DE-PS 27 01 989 hin gewiesen.

Wenn aus dem zeitlichen Spannungsverlauf keine Spannungsdifferenz festge stellt wird, beispielsweise eine fest eingestellte Spannungsdifferenz von delta U/U_N = 0,15, so wird erst dann eine dreipolige Phasenwinkelanregung gebildet, wenn der Phasenwinkel zwischen strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen in allen Außenleitern größer als ein vorgegebener Lastwinkel, beispielsweise 45°, beträgt. Außerdem wird die dreipolige Anregung erst freigegeben werden, wenn die unsymmetrische Fehlererfassung keinen unsym metrischen Fehler tatsächlich festgestellt hat. Falls auch Kurzschlüsse in Rückwärtsrichtung erfaßt werden sollen, so ist auch der entsprechende Lastwinkel im dritten Quadranten zu überwachen.

Mit der Phasenwinkelanregung sollen also nur symmetrische, dreipolige Fehler erfaßt werden. Daher braucht die Phasenwinkelanregung nur die drei Phasenwinkel zwischen den Dreieckspannungen und den entsprechenden Dreieck strömen zu überwachen.

Auf die Phasenwinkelanregung kann dann verzichtet werden, wenn eine Spannungsdifferenz bei einer der Außenleiterspannungen auftritt. Die Spannungsdifferenzanregung wird hier vorzugsweise angewendet werden, da in manchen Gebieten, beispielsweise bei Freileitungsnetzen in Küstengebieten nach einem Salzsturm - im fehlerfreien Netz wegen der beeinträchtigten Isolationsfähigkeit die Betriebsspannung bis auf 0,75 U_N herabgesetzt werden könnte. Erst mit Hilfe der Spannungsdifferenzanregung haben Änderun gen der Netzspannung während des Betriebes keinen Einfluß auf die gesamte Wirkungsweise der Funktion "Anregung".

Die Fig. 8 zeigt die Verfahrensschritte, die zur Funktion "Anregung" gehören. Die Funktion "Anregung" setzt sich aus den folgenden Teilfunktionen zusammen:

- Phasenwinkelanregung
- Überstromanregung
- Spannungsdifferenzanregung
- Erdfehleranregung
- Komponentenanregung
- Richtbetriebanregung

In einem ersten Schritt 35 wird geprüft, ob die Spannungsdifferenzanregung angesprochen hat. Trifft dies zu, dann wird ein Schritt 36 "Generalanregung" erzeugt. Wenn keine Anregung durch die Spannungsdifferenzüberwachung vorliegt, wird in einem Schritt 37 das Vorliegen einer Phasenwinkelanregung geprüft.

Zur Erkennung eines dreipoligen Fehlers werden alle Phasenwinkel zwischen den Dreieckspannungen und Dreieckströmen überwacht. Dabei darf zunächst keine Spannungsdifferenzanregung, mit deren Hilfe der zeitliche Verlauf sämtlicher Dreieckspannungen überwacht wird, auftreten. Bei einem sym metrischen, dreipoligen Fehler im Netz müssen alle überwachten Phasenwinkel den eingestellten Lastwinkel überschreiten. Die Bildung des Signals "dreipoliger Fehler" wird jedoch erst nach Verarbeitung der Komponentenan regung gebildet. Für den Fall, daß in einer überwachten Dreieckspannung die Spannungsdifferenzanregung angesprochen ist, so wird die Phasenwinkelan regung nicht mehr berücksichtigt.

Wenn die Phasenwinkelanregung angesprochen hat, folgt der Schritt 36. Im anderen Falle wird auf einen Schritt 38 "Überstromanregung" übergegangen, die nur für die Erkennung des maximal zulässigen, symmetrischen Laststroms verwendet wird. Bei Feststellung eines Überstroms wird auf den Schritt 36 übergegangen.

Wenn mit der Phasenwinkel- oder der Spannungsdifferenzanregung festge stellt wird, daß ein Phasenwinkel oder eine Spannungsdifferenz den zulässigen Einstellwert überschreitet, so wird grundsätzlich zunächst im Schritt 36 ein Signal Generalanregung gebildet. Anschließend wird ein Schritt 39 Erdfehleranregung aktiviert. Damit kann zuerst festgestellt werden, ob es sich dabei um einen Fehler ohne oder mit Erdberührung handelt.

Die Erdfehleranregung dient als Kriterium zur Erfassung eines Netzfehlers mit Erdberührung. Hierfür sind die Größen im Nullsystem - der dem Nullstrom proportionale Erdstrom I_E und in der Nullspannung proportionale Sternpunkt spannung U_NE - besonders gut geeignet. Die Verarbeitung der beiden Größen muß jedoch von der Sternpunktbehandlung im Netz abhängig gemacht werden.

In Netzen mit isoliertem Sternpunkt oder in Netzen mit Erdschlußkompensa tion soll beispielsweise der Fehler zwischen einem Außenleiter und Erde, der in diesem Fall mit Erdschluß bezeichnet wird, nicht abgeschaltet werden. Die Teilfunktion "Anregung" darf also hier nicht in Wirkstellung gehen bzw. das Signal Generalanregung bilden. Dagegen soll in Netzen mit niederohmiger Erdung der obengenannte Fehler, der nun mit Erdkurzschluß bezeichnet wird, sofort zur Abschaltung führen.

Die Erdfehleranregung soll daher mit dem Einstellparameter für die Art der Sternpunktbehandlung im Netz versehen werden. Für die Nullsystemanregung sind die Größe des Erdstromes I_E< und die Größe der Sternpunktspannung U_NE< bzw. U_NE<< zu überwachen. Der Einstellwert für I_E< ist mindestens im Bereich zwischen 0,1 . . . 2 I_N, der für U_NE< im Bereich zwischen 0,02 . . . 0,2 U_N und der für U_NE<< im Bereich zwischen 0,2 . . . 0,85 veränderbar.

Die Empfindlichkeit der Einstellung für I_E< wird vorzugsweise auf 0,1 I_N herabgesetzt, weil in einigen Einsatzgebieten auch einmal vorkommen kann, daß bei einem Fehler mit Erdberührung der Erdübergangswiderstand ver hältnismäßig hoch sein kann. Die Überwachung der Sternpunktspannung U_NE<< soll dazu dienen, bestimmte Sonderfunktionen in Abhängigkeit von der Sternpunktbehandlung des Netzes auszuführen.

Wenn der Erdfehleranregung anspricht, wird dies in einem Schritt 40 gespeichert. Bei einem Fehler ohne Erdberührung wird in einem Schritt 41 eine entsprechende Feststellung gespeichert. Danach wird in einem Schritt 42 an Hand der Spannungsdifferenzanregung festgestellt, ob sich in einem Schritt 43 die Richtbetriebanregung oder in einem Schritt 44 die Komponentenanregung anschließt.

Für die Richtbetrieb- und Komponentenanregung werden zunächst die entspre chenden Meßgrößen aufbereitet. Bei digitaler Verarbeitung mit Hilfe der Mikrorechnertechnik lassen sich die erforderlichen Meßgrößen unmittelbar aus dem zeitlichen Verlauf der strom- und spannungsproportionalen Größen aus den Meßwandlern berechnen. Falls jedoch mit der Analogtechnik verar beitet wird, so können die entsprechenden Meßgrößen mittels bereits bekannter Eingangswandler- oder Trennverstärkerschaltungen gewonnen werden.

Bei der Richtbetrieb- und Komponentenanregung werden dann die minimale spannungsproportionale Komponentengröße und die minimale bzw. die maximale stromproportionale Komponentengröße durch Vergleichsoperationen abgesucht. Auf die minimale Spannungskomponente kann jedoch verzichtet werden, wenn die Spannungsdifferenzanregung nicht angesprochen hat. In diesem Fall kann es nur bedeuten, daß an dem entsprechenden Leitungsende eine Einspeisung mit großer Kurzschlußleistung vorliegen muß.

Daher kann in diesem Fall auf die Richtbetriebanregung verzichtet werden. An Hand der gefundenen, maximalen stromproportionalen Komponentengröße kann sofort in den Schritten 45 bzw. 46 auf die Fehlerart - einpolige oder zweipolige Kurzschlüsse - geschlossen werden.

Bei Ansprechen der Spannungsdifferenzanregung ist dann die entsprechende spannungsproportionale Komponentengröße in Betracht zu ziehen. In diesem Fall ist es möglich, daß es sich um einen Richtbetrieb oder um einen unsymmetrischen Fehler, der von einem Netz mit geringer Kurzschlußleistung eingespeist wird, handelt. Hier ist also die Kombination der minimalen bzw. maximalen stromproportionalen Komponentengröße und minimalen spannungspro portionalen Größe wie oben dargelegt zu prüfen.

Beim erkannten Richtbetrieb wird vorgesehen, daß wahlweise die Impedanz- und Richtungsmessung der Distanzschutzeinrichtung blockiert werden kann. Wenn beispielsweise die Distanzschutzeinrichtung als Reserveschutz im Generatorschutz eingesetzt wird, so wird die Bildung einer verzögerten Auslösung trotz der Richtbetriebanregung ermöglicht. Die fehlerbehafteten Außenleiter lassen sich dabei aus der minimalen spannungsproportionalen Komponentengröße ableiten.

Falls kein Richtbetrieb erkannt wird, so ist für die Erfassung der Fehlerart auch die minimale spannungsproportionale Komponentengröße maßgebend. Daraus wird die Fehlerart entsprechend abgeleitet. Bei einem Erdkurzschluß oder zweipoligen Kurzschluß ohne Erdberührung können dann die geeigneten Meßgrößen für die Impedanz- und Richtungsbestimmung grundsätzlich direkt gewählt werden.

Dagegen hat bei einem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung die Auswahl der Meßgrößen für die Impedanz- und Richtungsbestimmung in Abhängigkeit der maximalen spannungsproportionalen Komponentengröße, die aus dem Außen leiterstrom und dem Erdstrom gebildet worden sind, zu erfolgen. Damit wird beispielsweise erreicht, daß bei zwei Erdkurzschlüssen mit unterschied lichen Fußpunkten nach einem rückwärtigen Überschlag die richtigen, fehlerbehafteten Außenleiter ausgewählt werden.

Die Selektivität der Funktion "Anregung" wird in folgenden an Hand angenom mener Netzverhältnisse erörtert.

Die Fig. 10 zeigt ein Ersatzschaltbild eines untersuchten Netzes - lange Leitung im Richtbetrieb mit einer Einspeisung großer Kurzschlußleistung. Bei dieser Netzkonfiguration haben die bekannten Fehlererfassungsfunktionen im Hinblick auf die Selektivität große Schwierigkeiten.

Die Entfernung zwischen Station A und Station B wird hierbei ca. 200 km angenommen. Die Leitungsimpedanz beträgt 80 Ω und der Leitungswinkel 84°. Auf der Unterspannungsseite des Transformators TB auf Station B wird eine Last L angeordnet. Zur Untersuchung der schwierigen Anregebedingungen wird eine große Kurzschlußleistung gewählt. Die Kurzschlußleistung der Einspeisung beträgt dabei 50 GVA. Zur Erschwerung der selektiven Erfassung der fehlerhaften Außenleiter werden Transformatoren mit außergewöhnlicher Nennleistung von 10 GVA bei einer Kurzschlußspannung von 25% angenommen. Die Last weist auch eine außergewöhnliche Scheinleistung von 500 MVA mit einem Leistungsfaktor von 0,85 auf.

Die Untersuchungsergebnisse sind in nachfolgenden Tabellen 1 bis 12 zusammengestellt. Dabei sind IK der Kurzschlußstrom in KA und UK die Kurzschlußspannung in kV im Drehstrom RSTE-System. Mit dem Index E wird dabei der Erdstrom I_E bzw. Sternpunktspannung U_NE bezeichnet. Für die Untersuchung der Selektivität der hier beschriebenen Funktion "Anregung" sind die Ergebnisse ILO, ILL, ULO, ULL und ϕ(LL) wichtig. Dabei sind mit ILO und ULO die strom- bzw. die spannungsproportionalen Komponentengrößen bezeichnet, die jeweils aus der Differenz des Außenleiterstromes und des Erdstromes bzw. der Außenleitererdspannung und der Sternpunktspannung gebildet werden. Mit ILL und ULL sind die strom- bzw. die spannungspropor tionale Komponentengröße, die dem jeweiligen Dreieckstrom bzw. der jeweiligen Dreieckspannung proportional sind, bezeichnet. Der Winkel α(LL) gibt den jeweiligen Phasenwinkel zwischen den entsprechenden Dreieckströmen und -spannungen für die Phasenwinkelanregung an.

In der folgenden Tabelle 1 sind die errechneten Größen für die Distanz schutzeinrichtung in Station A bei einem Erdkurzschluß des Außenleiters R auf der Sammelschiene in Station A. Auf Grund der fehlenden Einspeisung in Station B muß also die Funktion "Anregung" hier den Richtbetrieb feststel len können. Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Spannungsdifferenzan regung ULL (R-S) bzw. ULL (R-T) angesprochen ist. Demzufolge erfolgt die Verarbeitung der Richtbetrieb- bzw. der Komponentenanregung. Dabei wird erkannt, daß die Spannungskomponenten ULO (R-O) und die zugehörige Stromkomponente ILO (R-O) am kleinsten sind. Damit ist die Bedingung für die Richtbetriebanregung erfüllt. Die Funktion "Anregung" kann hier also wahlweise zur Blockierung oder zur Freigabe der weiteren Impedanz- und Richtungsbestimmung benutzt werden.

Tabelle 1

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem Erdkurzschluß

Die nachstehend angegebenen Tabellen 2 bzw. 3 zeigen jeweils die errechne ten Größen für die Distanzschutzeinrichtung in Station A bei einem zweipoligen Kurzschluß der Außenleiter S und T ohne bzw. mit Erdberührung aus der Sammelschiene in Station A. Auch in diesen Fällen kann der Richtbe trieb an Hand der minimalen Spannungskomponente ULL (S-T) und der zugehöri gen Stromkomponente ILL (S-T) erkannt werden.

Tabelle 2

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem zweipoligen Kurzschluß ohne Erdberührung

Tabelle 3

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung

Die errechneten Größen für die Distanzschutzeinrichtung in Station A bei einem weiten Fehler auf der Sammelschiene in Station B sind in den folgenden Tabellen 4, 5 und 6 zu finden. Die Tabellen 4 geben die Größen bei einem Erdkurzschluß des Außenleiters R und die Tabellen 5 bzw. 6 bei einem zweipoligen Kurzschluß wieder. Auf Grund der Einspeisung mit der großen Kurzschlußleistung spricht hier die Spannungsdifferenzanregung nicht an.

Durch das gebildete Signal Generalanregung erfolgt nun die direkte Verar beitung der Komponentenanregung. Aus den jeweiligen, maximalen Komponen tenströmen läßt sich die Fehlerart auch hier jedesmal richtig ermitteln.

Beim Erdkurzschluß ist laut Tabelle 4 die Stromkomponente ILO(R-O) ein Maximum. Auch wenn die Erdfehleranregung nicht ansprechen sollte, so kann durch die Fehlerart doch auf den Erdkurzschluß geschlossen werden. Nur in Hochspannungsnetzen mit Erdschlußkompensation darf ein Erdschluß nicht abgeschaltet werden. Wegen der hier vorgenommenen Überwachung der Dreieck spannungen und -ströme kann automatisch ausgeschlossen werden, daß Erdschlüsse zu einer Generalanregung bzw. Überfunktion führen.

Der zweipolige Kurzschluß ohne oder mit Erdberührung wird an Hand der maximalen Stromkomponente ILL (S-T) nach Tabellen 5 und 6 erfaßt. Die Unterscheidung zwischen einem Fehler ohne oder mit Erdberührung hat hier über die Erdfehleranregung - Erdstrom I_E oder Sternpunktspannung U_NE - zu erfolgen. Bei einem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung ist anschließend die Auswahl der Meßgrößen für die Impedanz- und Richtungsbestimmung von den beiden Stromkomponenten ILO (S-O) oder ILO (T-O) abhängig. Die größte Stromkomponente bestimmt dann die zu messende Impedanzschleife.

Tabelle 4

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem Erdkurzschluß

Tabelle 5

Tabelle 6

Für die Distanzschutzeinrichtung in Station B sind die errechneten Größen in den weiteren, nachfolgenden Tabellen zu finden. Die Tabellen 7, 8 und 9 zeigen zunächst die Größen bei einem Erdkurzschluß (R), zweipoligen Kurzschluß (S-T) ohne bzw. mit Erdberührung auf der Sammelschiene in Station A. Die Funktion Anregung hat also auch hier wieder den Richtbetrieb zu erkennen. Den Tabellen ist zu entnehmen, daß infolge der angesprochenen Spannungsdifferenzanregung die Richtbetrieb- bzw. Komponentenanregung verarbeitet wird. Da zu den entsprechenden Spannungskomponenten jeweils die zugehörige Stromkomponente ein Minimum ist, so spricht in diesem Fall die Richtbetriebanregung an. Damit kann die weitere Impedanz- und Richtungsbe triebanregung wahlweise gesperrt oder freigegeben werden.

Tabelle 7

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem Erdkurzschluß

Tabelle 8

Tabelle 9

In den Tabellen 10, 11 und 12 sind die errechneten Größen für die Distanz schutzeinrichtung in Station B bei einem Erdkurzschluß (R), zweipoligen Kurzschluß (S-T) ohne bzw. mit Erdberührung auf der Sammelschiene in Station B zusammengestellt. Es handelt sich hier also um einen Nahfehler in Rückwärtsrichtung. Bei allen Kurzschlüssen ist zu erkennen, daß wegen des Nahfehlers jeweils die Spannungsdifferenzanregung angesprochen ist. Damit wird die Richtbetrieb- bzw. Komponentenanregung aktiviert.

Tabelle 10

Zusammenstellung der Ergebnisse bei einem Erdkurzschluß

Tabelle 11

Tabelle 12

Den Tabellen 10, 11, 12 ist zu entnehmen, daß zu den entsprechenden Spannungskomponenten jeweils die zugehörige Stromkomponente ein Maximum ist. Damit ist die Bedingung für die Komponentenanregung hier erfüllt. Anhand der minimalen Spannungskomponente kann die entsprechende Fehlerart dann ermittelt werden. Bei dem Erdkurzschluß ist die Spannungskomponente ULO (R-O), bei den zweipoligen Kurzschlüssen jeweils die Spannungskomponente ULL (S-T) ein Minimum. Bei dem zweipoligen Kurzschluß mit Erdberührung hängt anschließend die Auswahl der Meßgrößen für die weitere Impedanz- und Richtungsbestimmung aus der Stromkomponente ILO (S-O) oder ILO (T-O). Die größte Stromkomponente gibt dann die zu messende Impedanzschleife an.

Wie oben dargelegt, arbeitet die Funktion "Anregung" selektiv. Infolge der nur erforderlichen Vergleichsoperationen kann bei der Realisierung mit der Digitaltechnik der Software- und Hardwareaufwand auf ein Minimum reduziert werden. Die beschriebene Funktion "Anregung" kann aber auch mit der Analog technik realisiert werden.

Der Mikrorechner 16 benötigt für die Vergleichsoperation nur wenig Zeit. Die Reaktionszeit für die Bildung des Aus-Kommandos für einen Leistungs schalter, der über das in Fig. 1 dargestellte Schaltelement 47 angesteuert wird, beträgt daher nicht mehr als 15-20 ms. Es kann für verschiedene Netze mit unterschiedlichen Nennspannungen stets die gleiche einsystemige Distanzschutzeinrichtung eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur selektiven Feststellung von Fehler der Leiter in Hoch- und Höchtspannungsnetzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die drei Leiterströme und der Erdstrom sowie die drei Phasenspannungen und die Sternpunkt-Erdspannung gemessen werden,
daß die Differenzen der Leiterströme und des Erdstromes und/oder die Differenzen der Leiterspannungen und der Sternpunkt-Erdspannung sowie die Differenzen der Leiterströme jeweils zweier Phasen und/oder die Differenzen der Spannungen jeweils zweier Phasen gebildet werden, und
daß bei Fehlern, die auf der einer Einspeisungsstelle abgewandten Seite der Meßeinrichtung auftreten, einerseits auf die größte Differenz der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die kleinste Differenz der Spannungen und der Sternpunkt-Erdspannung als Kriterium für einen einpoligen Erdkurzschluß im jeweiligen Außenleiter und andererseits auf die größte Differenz der Ströme zweier Leiter und/oder auf die kleinste Differenz der Spannungen zweier Leiter als Kriterium für einen zweipoligen Kurzschluß geprüft wird, der zusätzlich bei Auftreten eines Erdstroms als Fehler mit Erdberührung erkannt wird.

2. Verfahren zur selektiven Feststellung von Fehlern der Leiter in Hoch- oder Höchstspannungsnetzen, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die drei Leiterströme und der Erdstrom sowie die drei Phasenspannungen und die Sternpunkt-Erdspannung gemessen werden,
daß die Differenzen der Leiterströme und des Erdstromes und/oder die Differenzen der Leiterspannungen und der Sternpunkt-Erdspannung sowie die Differenzen der Leiterströme jeweils zweier Phasen und/oder die Differenzen der Leiterströme jeweils zweier Phasen gebildet werden, und
daß bei Fehlern, die auf der einer reinen Last abgewandten Seite einer Meßeinrichtung auftreten, einerseits auf die kleinste Differenz der Leiterströme und des Erdstroms und/oder die größte Differenz der Spannungen und der Sternpunkt-Erdspannung als Kriterium für einen einpoligen Kurzschluß und andererseits auf die kleinste Differenz der Ströme zweier Leiter und/oder auf die größte Differenz der Spannungen zweier Leiter als Kriterium für einen zweipoligen Kurzschluß geprüft wird, der zusätzlich bei Auftreten eines Erdstroms als Fehler mit Erdberührung erkannt wird.

3. Verfahren nach einem der mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem oder den jeweils fehlerbehafteten Leitern und der jeweiligen Fehlerart zugeordnetes Signal zur Auswahl von Meßwerten für eine einsystemige Distanzschutzeinrichtung verwendet wird, die als Schutz oder Reserveschutz für einen Netzabschnitt vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungen aller Phasenleiter auf Unterschreitung eines vorgebbaren Bruchteils der Phasennennspannung als erstes Kriterium für einen symmetrischen Netzfehler überwacht werden, und
daß die Phasenwinkel der strom- und spannungsproportionalen Meßgrößen in allen Leitern auf Überschreiten eines vorgegebenen Werts als zweites Kriterium für einen symmetrischen Netzfehler überwacht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der Leiter auf Überschreiten eines maximal zulässigen Laststroms als Kriterium für einen Fehler im Netz geprüft werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfüllung des Fehlerkriteriums die Anregung der Distanzschutzeinrichtung verhindert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stromwandler (6, 7, 8, 9) für die Leiterströme und den Erdstrom und/oder Spannungswandler für die Leiterspannungen und die Sternpunkt- Erdspannung sowie Spannungswandler für die Leiterspannungen und die Sternpunkt- Erdspannung sowie Spannungswandler (10, 11, 12) für die verketteten Spannungen mit Analog/Digital-Umsetzer (14) verbunden sind, an die Abtast- und Halteschaltungen (15) angeschlossen sind, denen ein Mikrorechner (16) mit einem Ausgang für einen Leistungsschalter nachgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (16) mindestens einen Prozessor mit wenigstens 16 Bit Datenbreite enthält.