DE4429310C2

DE4429310C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ortung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen

Info

Publication number: DE4429310C2
Application number: DE4429310A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Rotter; Alfred Dipl Ing Teusel
Original assignee: EBERLE A GmbH
Current assignee: EBERLE A GmbH
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2014-08-19
Also published as: DE4429310A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Erd schlüssen in Drehstromnetzen mit den Merkmalen des Oberbe griffs des Patentanspruchs 1. Desweiteren betrifft die Er findung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens.

Stand der Technik

Durch einpolige Erdschlüsse treten in Drehstromnetzen Span nungsüberhöhungen in "gesunden", d. h. nicht geerdeten, Lei tungsbereichen auf, wodurch unter Umständen die Gefahr ei nes nochmaligen Erdschlusses (mehrpoliger Erdschluß) mit Kurzschlußwirkung besteht. Es ist deshalb notwendig, derar tige geerdete und damit fehlerhafte Leitungsabschnitte im Drehstromnetz zu lokalisieren und den Erdschluß zu beseiti gen.

Aus der DE-Z "Elektrizitätswirtschaft" Jg. 81(1982), Heft 23, S. 804-810 ist ein Verfahren zur Ortung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen mit einem mittels einer Erdschluß-Löschspule induktiv geerdetem Sternpunkt bekannt. Hierbei wird die Induktivität der Erdschluß-Löschspule durch Taktimpulse geändert.

In der DE 27 11 629 C2 ist ein Verfahren zur Ortung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen mit induktiv geerdetem Sternpunkt bekannt. Durch periodische Änderung der Induktivität einer zwischen Sternpunkt und Erde angeschlossenen Erdschluß-Löschspule (z. B. durch periodisches An- und Abschalten einer mit der Sekundärwicklung der Erdschluß-Löschspule verbundenen Impedanz) ergeben sich im Falle eines Erdschlusses periodische Stromänderungen im Drehstromnetz. Dieses periodischen Stromänderungen können sich einstellen, weil ein geschlossener Stromkreis über Erdschluß-Löschspule, "gesunde" Leitungsabschnitte bis zum fehlerhaften Bereich, Verbindung des fehlerhaften Bereichs über Erdschluß mit dem Erdboden sowie Verbindung des Erdbo dens mit der geerdeten Erdschluß-Löschspule vorliegt.

Durch an verschiedenen Orten des Drehstromnetz es angeord nete Erdschluß-Ortungsvorrichtungen können nun diese im Erdschlußfall auftretende periodischen Stromänderungen festgestellt werden und kann somit der Ort des Erdschlusses ermittelt werden.

Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zum Auffinden von niederohmigen Erdschlüssen, also Erdschlüssen niedriger Impedanz. Beim Auftreten von hochohmigen Erd schlüssen kann das vorgeschlagene Verfahren zu Fehlanzeigen führen, da in diesem Fall sowohl in "kranken" - also geer deten - wie auch in "gesunden" - also nicht geerdeten - Leitungsabschnitten ein sich periodisch änderndes Stromsig nal feststellbar ist und somit eine Differenzierung zwi schen "kranken" und "gesunden" Leitungsabschnitten nicht mehr möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Ortung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen anzubieten, welches auch eine Ortung von Erdschlüssen höher Impedanz (also von hochohmigen Erdschlüssen) ermöglicht. Desweiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzubieten.

Die Aufgabe wird durch den Verfahrensanspruch 1 und den Vorrichtungsanspruch 3 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Ansprüchen 4-8 angegeben.

Bei der Ortung von sowohl nieder- als auch hochohmigen Erd schlüssen durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Beurteilung der aufgrund der Änderung der Induktivität der Erdschluß-Löschspule im Falle eines Erdschlusses feststell baren Spannungs- bzw. Stromgrößen vorgenommen. Zur Erläute rung der erfindungsgemäßen Verfahrens empfiehlt es sich, von einer Änderung der Induktivität der Erdschluß-Lösch spule durch ein periodisches rechteckförmiges Taktsignal auszugehen. Im Falle eines Erdschlusses kann nun durch an sich bekannte Erdschluß-Ortungsvorrichtungen eine Ermitt lung der im zu untersuchenden Leitungsabschnitt auftreten den Stromgrößen erfolgen. Die Beurteilung dieser Stromgrö ßen erfolgt nun genau zum Beginn des Auftretens eines rechteckförmigen Taktimpulses und damit genau zum Beginn eines im Netz feststellbaren Spannungsanstiegs. Falls nun bei einer genau zu diesem Zeitpunkt vorgenommenen Messung durch die Erdschluß-Ortungsvorrichtung ein Stromabfall festgestellt wird, so bedeutet dies, daß in dem betrachte ten Leitungsabschnitt ein Erdschluß vorliegt und somit lo kalisiert wurde. Im Falle eines Stromanstiegs kann davon ausgegangen werden, daß ein "gesunder" - also nicht geerde ter Leitungsabschnitt - vorliegt.

"Gesunde" bzw. "kranke" Leitungsabschnitte lassen sich also durch das beschriebene Meßverfahren dahingehend unterschei den, daß bei "gesunden" Leitungsabschnitten bei Durchfüh rung der beschriebenen Meßmethode ein Stromanstieg bzw. bei "kranken" Leitungsabschnitten durch die beschriebene Meßme thode ein Stromabfall festgestellt werden kann.

Grundlage dieses Unterscheidungskriteriums ist die Tatsa che, daß der Strom in "gesunden" Leitungsabschnitten der zugehörigen Spannung kapazitiv vorauseilt, während der Strom in "kranken" Leitungsabschnitten der zugehörigen Spannung induktiv nachfolgt. Somit liegt zwischen dem Strom "gesunden" Leitungsabschnitten und dem Strom in "kranken" Leitungsabschnitten eine Phasenverschiebung von 180° vor. Beide Ströme weisen also zu jedem Zeitpunkt entgegenge setzte Richtungen auf, welche durch die beschriebene Meßme thode festgestellt werden kann und als Kriterium zur Beur teilung des Vorhandenseins eines Erdschlusses dienen. Das beschriebene Meßverfahren setzt allerdings eine ständige Überkompensation des kapazitiven Erdschlußstroms durch den induktiven Löschstrom der Erdschluß-Löschspule voraus. Nur in diesem Fall ist zuverlässig sichergestellt, daß der Strom in fehlerhaften Leitungsabschnitten der zugehörigen Spannung induktiv nacheilt und somit die beschriebene Pha senverschiebung um 180° zwischen dem Strom in "gesunden" bzw. dem Strom in "kranken" Leitungsabschnitten festge stellt werden kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun zuerst durch Erdschluß-Ortungsvorrichtungen festge stellt, ob in dem jeweiligen Leitungsabschnitt überhaupt eine taktimpulsartige auftretende Stromänderung festge stellt werden kann. Sollte dies der Fall sein und wird des weiteren festgestellt, daß die vorliegende taktimpulsartige Stromänderung in ihrer Taktfrequenz und/oder Phasenlage mit den Taktimpulsen, die zur Änderung der Induktivität der Erdschluß-Löschspule führen, übereinstimmen, erfolgt dar aufhin die eigentliche Beurteilung der Spannungs- bzw. Stromgrößen. Im nächsten Verfahrensschritt wird nun festge stellt, ob zeitgleich mit dem am Anfang eines Taktimpulses auftretenden Spannungsanstieg im Netz ein Stromabfall auf tritt. Falls dies (in einem ständig überkompensierten Netz) der Fall ist, ist die Ortung des Erdschlusses im betreffen den Leitungsabschnitt gelungen. Falls allerdings ein Strom anstieg festgestellt wird, kann davon ausgegangen werden, daß der betreffende Leitungsabschnitt "gesund", d. h. nicht geerdet ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt eine kosten günstige Ortung von Erdschlüssen in Drehstromnetzen, wobei auf bekannte Erdschluß-Ortungsvorrichtungen zurückgegriffen werden kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor teilhafterweise eine Vorrichtung verwendet, welche Erd schluß-Ortungsvorrichtungen mit Stromwandlern in jedem Lei tungsabschnitt, mindestens ein Vergleichselement zum Beur teilen der Spannungs- bzw. Stromgrößen sowie mindestens ein Anzeigeelement zur Anzeige des Vorhandenseins eines Erd schlusses aufweist.

Als Erdschluß-Ortungsvorrichtung können z. B. übliche Erd schluß-Ortungsrelais verwendet werden. Die Stromwandler können als Kabelumbauwandler sowie als Wandler in Holm- Green-Schaltung ausgebildet werden. Zur Verwirklichung des Vergleichselements kann ein Mikroprozessor herangezogen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ein gänge des Vergleichselements mit Erdschluß-Ortungsvorrich tungen, einem Taktgeber sowie einem Spannungserfassungsele ment beschaltet. Durch die Erdschluß-Ortungsvorrichtungen erfolgt eine Beurteilung der Stromänderungen, welche zeit gleich mit der Erfassung einer ansteigenden Spannung durch das Spannungserfassungselement zum Beginn eines durch den Taktgeber ausgelösten Impulses durchgeführt wird. Die Hauptaufgabe des Taktgebers besteht darin, die Induktivität der Erdschluß-Löschspule periodisch zu ändern.

Das Vergleichselement muß das Signal des Taktgebers kennen. Dazu ist keine direkte Messung erforderlich. Der Verlauf des Taktsignals an der Erdschluß-Löschspule kann z. B. fest vorgegeben sein.

Falls nun im Vergleichselement aufgrund der eingehenden und zu verarbeitenden Informationen zeitgleich ein Spannungsan stieg sowie ein Stromabfall am Beginn eines Taktimpulses festgestellt werden, wird das am Ausgang des Vergleichsele ments angebrachte Anzeigeelement aktiviert und das Auffin den eines Erdschlusses angezeigt. Im entgegengesetzten Fall erfolgt keine Aktivierung des Anzeigeelements.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der zugehörigen erfindungsgemäßen Schaltung sind anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Drehstromnetzes mit einem einpoligen Erdschluß sowie

Fig. 2 eine Schaltungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aus Fig. 1 ist die Erdschluß-Löschspule 3 ersichtlich, de ren Induktivität durch über einen Taktgeber 2 erfolgende Zu- und Abschaltung einer Impedanz 1 periodisch oder aperi odisch abgeändert wird. Die Erdschluß-Löschspule 3 nimmt eine Erdung der in Sternschaltung angeordneten drei Phasen des Drehstromnetzes vor. An verschiedenen Stellen dieses Drehstromnetzes sind nun Erdschluß-Ortungsvorrichtungen 5, 6 angeordnet, welche über integrierte Stromwandler 4 die Lokalisierung eines Erdschlusses durch das erfindungsgemäße Verfahren erlauben. Falls nun ein zu ortender Erdschluß 13 vorliegt, ergibt sich ein durch Pfeile angeordneter ge schlossener Stromkreis. Dieser Stromkreis führt von dem Er dungspunkt 8 des zu ortenden Erdschlusses über den Erdboden 9 zum Erdungspunkt 7 der Erdschluß-Löschspule 3, um dann über diese und die "gesunden" Leitungsabschnitte zum Orte des Erdschlusses 13 zu gelangen.

Durch schrittweises Abprüfen der über das gesamte Dreh stromnetz angeordneten Erdschluß-Ortungsvorrichtungen 5, 6 kann somit der Bereich, in welchem sich ein einpoliger Erd schluß befindet, schrittweise eingeengt werden, bis genau derjenige Leitungsabschnitt ermittelt wird, in welchem sich der Erdschluß befindet.

Die einzelnen Erdschluß-Ortungsvorrichtungen 5, 6 können nun mit einer Schaltungsvorrichtung nach Fig. 2 verbunden werden. Diese Schaltung weist dann Vergleichselement 10 auf, an dessen Eingängen Erdschluß-Ortungsvorrichtungen 5, 6 mit Stromwandlern 4 sowie ein Spannungserfassungselement 11 und der Taktgeber 2 angeschlossen sind. Das z. B. als Mi kroprozessor ausgebildete Vergleichselement 10 erhält nun vom Taktgeber 2 eine Information über den Beginn eines Taktimpulses. In diesem Moment wird über das Spannungser fassungselement 11 die Spannung im Netz ermittelt und über die Erdschluß-Ortungsvorrichtungen 5, 6 festgestellt, ob die dort auftretenden Stromänderungen einen Stromanstieg (also das Nichtvorhandensein eines Erdschlusses) bzw. einen Stromabfall (also das Vorhandensein eines Erdschlusses) be deuten. Im letzteren Fall verläßt ein Ausgangssignal an das Anzeigeelement 12 das Vergleichselement 10, wodurch das Vorhandensein eines Erdschlusses angezeigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Impedanz
2 Taktgeber
3 Erdschluß-Löschspule
4 Stromwandler
5 Erdschluß-Ortungsvorrichtung
6 Erdschluß-Ortungsvorrichtung
7 Erdungspunkt der Erdschluß-Löschspule
8 Erdungspunkt des zu ortenden Erdschlusses
9 Erdboden
10 Vergleichselement
11 Spannungserfassungselement
12 Anzeigeelement
13 zu ortender Erdschluß

Claims

1. Verfahren zur Ortung von Erdschlüssen in Dreh stromnetzen mit induktiv geerdetem Sternpunkt, wobei die Induktivität einer Erdschluß-Löschspule durch Taktimpulse geändert wird und bei einem Erdschluß im Netz Stromänderungen auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß eine ständige Überkompensation des kapazitiven Erdschlußstroms durch den induktiven Löschstrom der Erdschluß-Löschspule erfolgt und das Kriterium zum Vorhandensein eines Erdschlusses darin besteht, daß zeitgleich mit dem am Anfang eines Taktimpulses auf tretenden Spannungsanstieg in der Erdschluß-Löschspule (3) ein Stromabfall an einer Erdschluß-Ortungsvorrichtung (5, 6) im Netz festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Ortung eines Erdschlus ses in einem bestimmten Leitungsabschnitt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Feststellen, ob Taktimpulse im Leitungsabschnitt vorliegen und Abbruch des Verfahrens, falls keine Taktimpulse feststellbar sind;
b) bei Vorliegen von Taktimpulsen gemäß Schritt a) Feststellen, ob die vorliegenden Taktimpulse so wie die Taktimpulse zur Änderung der Induktivi tät der Erdschluß-Löschspule in ihrer Taktfre quenz und/oder Phasenlage übereinstimmen und Ab bruch des Verfahrens, falls keine Übereinstim mung festgestellt wird;
c) bei Übereinstimmung gemäß Schritt b) Feststel len, ob zeitgleich mit dem am Anfang eines Takt impulses auftretenden Spannungsanstieg in der Erdschluß-Löschspule ein Stromabfall an einer Erdschluß-Ortungsvorrichtung (5, 6) auftritt;
d) bei Vorliegen eines Stromabfalls nach Schritt c) Anzeigen, daß im Leitungsabschnitt ein Erdschluß vorliegt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erdschluß-Ortungsvorrichtung (5, 6) mit Stromwandler (4) zum Erfassen der Taktimpulse, ein Vergleichselement (10) zum Feststellen des zeitglei chen Auftretens eines Spannungsanstiegs in der Erdschluß-Löschspule mit einem Stromabfall bzw. -anstieg an einer Erdschluß-Ortungsvorrichtung (5, 6) und ein Anzeigeelement (12) verwendet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdschluß-Ortungsvorrichtung (5, 6) ein Erd schluß-Ortungsrelais verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromwandler (4) ein Kabelumbauwandler ver wendet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromwandler (4) ein Wandler in Holm-Green- Schaltung verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichselement (10) ein Mikroprozessor verwendet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Vergleichselements (10) mit ei ner mit einem Stromwandler (4) verbundenen Erd schluß-Ortungsvorrichtung (5, 6), einem Spannungserfassungselement (11) sowie einem Taktgeber (2) verbunden sind und der Ausgang des Vergleichselements (10) mit dem Anzeigeelement (12) verbunden ist.