DE60120698T2

DE60120698T2 - Verfahren zur detektion von widerstandsbehafteten fehlern

Info

Publication number: DE60120698T2
Application number: DE60120698T
Authority: DE
Inventors: Olivier Chilard
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: WO2001096889A1; DE60120698D1; AU2001274150A1; ATE330231T1; EP1290456A1; FR2810117A1; ES2263624T3; FR2810117B1; EP1290456B1

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit mehrphasigen elektrischen Energieverteilungsnetzen und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erfassen von Widerstandsfehlern in einer Leitung, die von einem derartigen Netz abgeht.
Sie befasst sich insbesondere mit einem Verfahren zum Erfassen eines Widerstandsfehlers an einem Verteilungsnetz mittlerer Spannung, d.h. an einem Netz, in dem die Spannung, die an den Verteilungsleitungen liegt, die von einer Versorgungsstelle des Netzes versorgt werden, zwischen etwa 1000 und 50000 Volt liegt.
Die Erfassung von Widerstandsfehlern oder resistiven Fehlern ist für die Sicherheit von Außenstehenden oder für die Bewahrung der Umwelt wichtig.
Hierzu versuchen die Nutzer von Mischverteilungsnetzen im Allgemeinen, den Wert der Fehlerströme, d.h. der Ströme, die in einer fehlerhaften Leitung fließen, auf 40 Ampere zu begrenzen, indem ein kompensierter Nullleiterbetrieb verwandt wird.
In kompensierten Netzen ist der Nullleiter des Netzes mit der Erde über eine Kompensationswicklung verbunden, die auch Petersen-Wicklung genannt wird. Diese Wicklung erlaubt es, den Strom so klein wie möglich zu halten, der bei einem Fehler erzeugt wird. Es ist tatsächlich möglich, durch Einwirkung auf den Wert der Induktivität der Wicklung den „reaktiven" Strom zu modifizieren, der in letzterer fließt, derart, dass der „kapazitive" Strom des Netzes kompensiert wird, der in dem Ersatzwiderstand des Fehlers zwischen der fehlerhaften Phase und der Erde des Netzes fließt.
Diese Art, den Nullleiter des Netzes an Erde zu legen, erlaubt es folglich, den Fehlerstrom zu begrenzen.
Die Vorrichtungen zum Schutz gegenüber Widerstandsfehlern, die im Allgemeinen bei Netzen mit einem Nullleiterbetrieb vom Impedanz typ verwandt werden arbeiten jedoch nicht richtig bei einem kompensierten Nullleiterbetrieb.
Bei dieser Art eines Netzes, d.h. bei kompensierten Nullleiternetzen, kann unter den bestehenden Schutzeinrichtungen nur ein Relais mit einem Schwellenwert der gleichpoligen Spannung oder des Nullleiterstromes verwandt werden. Aufgrund der Eigenschaften eines kompensierten Nullleiters ist indessen die Empfindlichkeit eines derartigen Schutzes auf einige KΩ begrenzt. Darüber hinaus ist diese Art eines Schutzes nicht selektiv.
Man hat versucht, diese Mängel dadurch auszugleichen, dass eine Erfassung von Widerstandsfehlern aus einem vektoriellen Vergleich der Restströme bewirkt wird, die in jeder Leitung fließen, die vom Verteilungsnetz abgeht. Dieser Vergleich erfolgt anhand einer Bezugsphase, die aus der Summe der Restströme der Gesamtheit der abgehenden Leitungen gebildet wird. Die EP 0 537 066 A1 beschreibt ein Beispiel dieser Art der Erfassung.
Obwohl dieses technische Verfahren eine höhere Wirksamkeit hat, zeigt es jedoch eine Empfindlichkeit, die immer noch unzureichend ist. Es macht es darüber hinaus notwendig, einen Schutz für jede Versorgungsstelle jeweils vorzusehen.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, diese Mängel auszugleichen und ein Verfahren zum Erfassen von Widerstandsfehlern in einem kompensierten Netz zu schaffen, das eine hohe Empfindlichkeit hat und bei dem die Gefahren einer unangemessenen Funktion der Schutzvorrichtung ausgeschlossen sind.
Sie hat somit ein Verfahren zum Erfassen von Widerstandsfehlern in einer Leitung zum Ziel, die von einem elektrischen Energieverteilungsnetz abgeht, das mit einer Kompensationswicklung versehen ist und zwar ausgehend von einer Messung des Reststromes, der in dieser Leitung fließt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgen den Schritte umfasst:

a) Bestimmen der Phase der gleichpoligen Spannung eines Sammelschienensystems, das die abgehende Leitung versorgt,
b) Erstellen einer komplexen Ebene ausgehend von der Phase der gleichpoligen Spannung,
c) Begrenzen von Betriebszonen in der komplexen Ebene, die einer Erfassung eines Widerstandsfehlers und dem Fehlen eines Widerstandsfehler entsprechen,
d) Positionieren eines Betriebspunktes der abgehenden Leitung in der komplexen Ebene ausgehend vom gemessenen Reststrom und
e) Analysieren der Betriebsverhältnisse des Netzes, um zu entscheiden, ob eine Übereinstimmung zwischen dem Funktionspunkt und einer Erfassungszone vorliegt, die einer Fehlererfassung entspricht.

Dieses Erfassungsverfahren kann darüber hinaus eines oder mehrere der folgenden Merkmale jeweils einzeln oder in allen möglichen technischen Kombinationen umfassen:

– die Phase der gleichpoligen Spannung wird ausgehend von einer Messung der Änderungen des Nullleiterstromes des Netzes und der gleichpoligen Spannung gebildet,
– die Messwerte des Netzes werden dadurch gemessen, dass Zeitfenster gleitender Dauer und Periode gleich dem Kehrwert der Frequenz der elektrischen Energie verwandt werden, die vom Netz geliefert wird,
– die Messwerte werden in Zeitfenster gewonnen, die einem Dauerbetrieb des Netzes entsprechen und sich auf beiden Seiten eines Übergangsbetriebs befinden,
– im Verlauf der Analyse der Betriebsverhältnisse des Netzes wird bestimmt, ob sich das Netz im Übergangsbetrieb oder im Dauerbetrieb befindet, um einerseits dann, wenn der Betrieb der Dauerbetrieb ist, zu entscheiden, ob eine Übereinstimmung zwischen dem Betriebspunkt und der Erfassungszone besteht, die einer Fehlererfassung entspricht, und andererseits dann, wenn die Erfassung beim Übergang auf den Übergangsbetrieb oder dann erfolgt, wenn der Betriebspunkt die Erfassungszone verlässt, zu entscheiden, die Fehlererfassung über ein bestimmtes Zeitintervall weiterzuführen, und dann, wenn nach diesem Zeitintervall Übergangsbetriebsverhältnisse des Netzes vorliegen oder sich der Betriebspunkt außerhalb der Erfassungszone befindet, die Erfassung nicht mehr weiterzuführen,
– die Betriebsverhältnisse des Netzes werden ausgehend von einer Berechnung des Differenzialquotienten der gleichpoligen Spannung und einem Vergleich des berechneten Differentialquotienten mit Erfassungsschwellenwerten des Dauerbetriebes und des Übergangsbetriebes bestimmt,
– die reale Achse der komplexen Ebene entspricht einem Vektor der gleichpoligen Spannung abgeleitet von der imaginären Achse, die imaginäre Achse der komplexe Ebene entspricht einem Vektor des Nullleiterstromes verschoben um einen Winkel, der aus der Phasenverschiebung zwischen der Änderung des Nullleiterstromes und der gleichpoligen Spannung zwischen zwei Messwerten gebildet wird, die während des Dauerbetriebes gewonnen werden, der einen Übergangsbetrieb einrahmt,
– die Erfassungszone ist von zwei Geraden begrenzt, deren Koordinaten x, y₁ und x, y₂ jeweils durch die folgenden Gleichungen bestimmt sind:
wobei: Schwellenwert einen Schutzschwellenwert wiedergibt und θ einen Wert der Kompensation von Messfehlern wiedergibt und zwar durch ein Segment eines Kreises mit einem Radius gleich dem Schutzschwellenwert,
– die imaginäre Achse der komplexen Ebene ist gleichphasig mit dem Vektor, der den Nullleiterstrom wiedergibt,
– die Erfassungszone ist von zwei Geraden begrenzt, deren Koordinaten x, y₁ und x, y₂ jeweils durch die folgenden Gleichungen bestimmt sind:
wobei: der Schwellenwert einem Schutzschwellenwert wiedergibt, θ ein Kompensationswert der Messfehler ist und α die Phasenverschiebung zwischen der realen Achse und der theoretischen gleichpoligen Spannung bezeichnet und zwar durch ein Segment eines Kreises mit einem Radius gleich dem Schutzschwellenwert.

Weitere Merkmale und Vorteile werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, die nur als Beispiel und unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen gegeben wird, in denen
1 das Äquivalentschaltbild eines dreiphasigen elektrischen Energieverteilungsnetzes zeigt, das mit einer Einrichtung zur Erfassung von Fehlern ausgerüstet ist,
2 die komplexe Ebene zeigt, die zur Erfassung der Wider standsfehler benutzt wird,
3 in einem Flussdiagramm das Prinzip der Berechnung der komplexen Ebene von 2 zeigt,
4 in einem Flussdiagramm im Einzelnen das Prinzip der Berechnung des Winkels zeigt, der dazu dient, die imaginäre Achse der komplexen Ebene zu erstellen, und
5 in einer schematischen Ansicht eine komplexe Hilfsebene darstellt, die dann verwandt wird, wenn die komplexe Ebene von 2 nicht bestimmbar ist.
1 zeigt die äquivalente Schaltung eines Teils eines dreiphasigen elektrischen Energieverteilungsnetzes insbesondere für eine mittlere Spannung (MT), d.h. für eine Spannung zwischen 1000 und 50000 Volt.
Wie es in dieser Figur dargestellt ist, umfasst das Netz eine Anordnung von Übertragungsleitungen 10, von denen eine in dieser Figur dargestellt ist, die einen Transformator 12 HT/MT über ein Sammelschienensystem 13 hoher Spannung versorgt. Der Transformator 12 HT/MT versorgt seinerseits ein Sammelschiebesystem MT wie beispielsweise das System 14, welches mit einer Anordnung von Leitungen D₁ ... D_i verbunden ist, die vom Netz abgehen.
Das Netz ist mit einer Vorrichtung 16 zum Erfassen von Fehlern verbunden, die Elementen 18₁ , ..., 18_i , 19 und 20 zum Messen elektrischer Größen zugeordnet ist, die für das Vorliegen eines Fehlers charakteristisch sind.
Eine Gruppe von Schutzeinrichtungen, die durch Schalter wie beispielsweise die Schalter 23₁ , ..., 23_i gebildet ist, wird von der Erfassungseinrichtung 18 angesteuert, wenn ein Erdungsfehler an einer der Phasen des Netzes festgestellt wird.
Der Nullleiter des Netzes ist mit Erde über eine Kompensationswicklung 24 verbunden.
Ersichtlich umfasst das Netz vorzugsweise zusätzliche Schalter (nicht dargestellt), um einen fehlerhaften Teil des Netzes zu isolieren.
Um einen Widerstandsfehler an einer der abgehenden Leitungen zu erfassen, greift die Erfassungseinrichtung 16 periodisch den Wert des Reststromes der überwachten abgehenden Leitungen D₁, ..., D_i, den Stromwert I_N des Nullleiters, der in der Kompensationswicklung 24 fließt, und die gleichpolige Spannung V₀ des Sammelschienensystems 14 ab, das die abgehende Leitung versorgt.
Diese Werte werden in Form komplexer Größen mit einer Periode gleich dem Kehrwert der Netzfrequenz f_i und während Zeitdauern gleich dem Kehrwert dieser Frequenz f_i gewonnen.
Wie es im Folgenden im Einzelnen beschrieben wird, erfolgt das dadurch, dass eine Fourrier-Transformation an einem Fenster gleitender Größe 1/f_i Sekunden mit einer Periode von 1/f_i Sekunden bewirkt wird.
Um die Erfassung eines Widerstandsfehlers zu bewirken, überwacht die Überwachungseinrichtung 16 die Entwicklung des gemessenen Wertes des Reststromes und analysiert die Erfassungseinrichtung 16 diese Entwicklung in einer komplexen Ebene, die im Prinzip aus der gemessenen gleichpoligen Spannung V₀ gewonnen wird.
Das heißt insbesondere, dass die Erfassungseinrichtung 16 die Entwicklung an einem Vektor überwacht, der den komplexen Ausdruck des Reststromes der geschützten abgehenden Leitung in der komplexen Ebene wiedergibt.
Um eine Erfassung zu bewirken, wird der Betriebspunkt der abgehenden Leitung positioniert, der ausgehend vom gemessenen Reststrom bestimmt wird, und wird bestimmt, ob dieser Betriebspunkt mit einer Zone der Erfassung eines Fehlers zusammenfällt.
Ausgehend von dieser Bestimmung und in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Netzes entscheidet die Erfassungseinrichtung 16 dann, ob diese Übereinstimmung dem Auftreten eines Widerstands fehlers entspricht oder nicht, um anschließend Schutzeinrichtungen zu betätigen.
Vorher erfolgt somit eine Bestimmung, ob der Betriebsbereich der Dauerbetrieb oder der Übergangsbetrieb ist.
Hierzu bewirkt die Erfassungseinrichtung 16 eine Berechnung des Differentialquotienten bezüglich der Zeit der gleichpoligen Spannung V₀ nach der folgenden Gleichung:
wobei:

– V_0n den komplexen Ausdruck der gleichpoligen Spannung bei der Netzfrequenz f_i für das Zugriffsfenster n bezeichnet; und
– V_0n–1 den komplexen Ausdruck der gleichpoligen Spannung bei der Netzfrequenz f_i für das vorhergehende Zugriffsfenster n – 1 bezeichnet.

Dieser Differentialquotient wird dann mit zwei Schwellenwerten Sp und St verglichen, die die Schwellenwerte der Erfassung des Dauerbetriebes und des Übergangsbetriebes jeweils wiedergeben.
Der Betriebsbereich des Netzes ist somit permanent, wenn der Absolutwert des Ausdruckes des Differentialquotienten der gleichpoligen Spannung unter dem Schwellenwert Sp liegt, und der Betriebsbereich des Netzes der Übergangsbetrieb ist, wenn der Absolutwert dieses Ausdruckes über dem Schwellenwert St liegt.
Es wird dann entschieden, ob der Vektor, der den komplexen Ausdruck des Reststromes wiedergibt, der in einer geschützten abgehenden Leitung D1 ... Di fließt, sich in der Zone der Erfassung eines Fehlers befindet, während das Netz im Dauerbetrieb arbeitet, wobei diese Übereinstimmung zwischen dem Betriebspunkt und der Erfassungs zone der Erfassung eines Fehlers entspricht.
Wenn im Gegensatz dazu die Erfassung dann erfolgt, wenn die Betriebsverhältnisse vom Dauerbetrieb auf den Übergangsbetrieb übergehen oder wenn der Betriebspunkt die Zone der Erfassung verlässt, wird entschieden, dass die Erfassung während eines bestimmten Zeitintervalls fortgesetzt wird.
Wenn schließlich bei Ablauf dieses bestimmten Zeitintervalls der Vektor, der den komplexen Ausdruck des Reststromes wiedergibt, sich außerhalb der Erfassungszone befindet, oder wenn der Betriebsbereich immer noch der Übergangsbetrieb ist, wird entschieden, das der Fehler als nicht erfasst betrachtet wird (Fehlerzurückweisung).
Das bestimmte Zeitintervall bildet ein Haltezeitintervall des oder der Ausgangssignale der Fehlererfassung der Vorrichtung. Es ist vorzugsweise einstellbar beispielsweise von 100 bis 600 ms in Schritten von 10 ms einstellbar.
Ersichtlich sind die Schwellenwerte Sp und St der Erfassung von Dauerbetriebsverhältnissen und Übergangsbetriebsverhältnissen einstellbare Schwellenwerte. Für ein kompensiertes Nullleiternetz sind diese Werte in Form eines Prozentsatzes einfach der Nennspannung des Netzes ausgedrückt, wobei sie beispielsweise jeweils 1,8% und 3,6% dieser Spannung entsprechen.
Die Definition der komplexen Ebene, die die Erfassung eines Fehlers erlaubt, wird im folgenden anhand der 2 bis 4 beschrieben.
Wie es zunächst in 2 dargestellt ist, fällt die reale Achse x der komplexen Ebene mit dem Vektor zusammen, der die gleichpolige Spannung wiedergibt.
Um eine direkte Messung der Phase der gleichpoligen Spannung zu vermeiden, die sehr ungenau wäre, wird diese Phase aus der Betrachtung von Änderungen bestimmt, die über die Messung des Nullleiterstromes I_N und der gleichpoligen Spannung V₀ erhalten werden, wenn beispielsweise ein Fehler auftritt oder im Verlauf einer Injektion, die durch ein Abstimmungssystem hervorgerufen wird.
Die imaginäre Achse ist ihrerseits um η Grad bezüglich des Vektors, der den gemessenen Nullleiterstrom I_N wiedergibt, verzögert. Dieser Winkel η gibt in der Praxis die Phasenverschiebung zwischen I_N und dem Quadrat der gleichpoligen Spannung wieder, die auf der Höhe des Sammelschienensystems vorliegt.
Es wird dann die auf I_N anzuwendende Verzögerung η berechnet, bei der die reale Achse x, um 90° phasenverschoben zur imaginären Achse, gleichphasig mit der theoretischen gleichpoligen Spannung ist.
Dieser Winkel der Phasenverschiebung wird ausgehend von den Änderungen der komplexen Werte der gleichpoligen Spannung ΔV₀ und des Nullleiterstroms ΔI_N zwischen zwei Ermittlungszeitpunkten gebildet, während sich das Netz in einem Dauerbetrieb befindet, der einen Übergangsbetrieb einrahmt, wie es bereits anhand von 3 beschrieben wurde.
Dieser Vorgang der Berechnung des Winkels η beginnt mit einer ersten Phase 26, während der zwei Fenster F_d und F_f nämlich so genannte Anfangs- und Endfenster des Zugriffes verwandt werden.
Wie es bereits anhand von 4 beschrieben wurde, entsprechen diese beiden Fenster zwei Fenstern zum Zugriff auf Daten, die von den Messelementen 19 und 20 ausgegeben werden, während sich das Netz in einem Dauerbetrieb befindet, der einen Übergangsbetrieb des Netzes einrahmt.
Die Erfassung des Dauerbetriebes des Netzes erfolgt mit Hilfe der Berechnung des Differentialquotienten der gleichpoligen Spannung und des Vergleichs dieses Differentialquotienten mit den Erfassungsschwellenwerten Sp und St, wie es im vorhergehenden erwähnt wurde.
Während des folgenden Schrittes 28 wird verifiziert, ob die Anfangs- und Endzugriffsfenster wirksam eingerichtet worden sind.
Wenn das nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren auf den vorhergehenden Schritt 26 zurück.
Wenn das der Fall ist, führt im Verlauf des folgenden Schrittes 30 die Erfassungseinrichtung 16 eine Berechnung der Änderung der gleichpoligen Spannung V₀ und des Nullleiterstromes I_N zwischen den Anfangs- und den Endfenster nach den folgenden Gleichungen durch: ΔV0 = VOFi – VOFd (2) ΔIN = INFI – INFd (3)
Wenn der in dieser Weise berechnete Betrag ΔV₀ über einem Schwellenwert S_ΔV0 liegt (Schritt 32), wird die auf den Vektor des Nullleiterstromes zum Erstellen der komplexen Ebene anzuwendende Phasenverzögerung η im Verlauf des Schrittes 34 nach der folgenden Gleichung berechnet:
Das heißt, dass die Verzögerung η so berechnet wird, als wäre sie die Phasenverschiebung von ΔI_N bezüglich ΔV₀ minus π/2.
Während des folgenden Schrittes 26 wird die in dieser Weise berechnete Verzögerung η gespeichert und geht die Erfassungseinrichtung 16 auf die eigentliche Erstellung der komplexen Ebene über, die zur Erfassung von Widerstandsfehlern dient.
Wenn im Gegensatz dazu im vorhergehenden Schritt 32 festgestellt wird, dass der berechnete Wert ΔV₀ unter dem Schwellenwert SΔV₀ liegt, wird die Berechnung der Verzögerung η nicht durchgeführt.
Es versteht sich, dass der Schwellenwert SΔV₀ ein einstellbarer Schwellenwert ist. Er hat beispielsweise einen Wert gleich 100 Volt für ein Netz von 20 kV.
Es versteht sich gleichfalls, dass die Definition der Anfangs- und Endzugriffsfenster, die beide einem Dauerbetrieb entsprechen, so erfolgt, dass die beiden Zeitpunkte der Datengewinnung jeweils einer Datengewinnung vor dem Auftreten eines Fehlers und einer Datengewinnung nach dem Auftreten eines Fehlers entsprechen, und zwar nachdem die Betriebsverhältnisse wieder permanent geworden sind.
Gemäß 4 wird hierzu, das heißt zur Bestimmung der Zugriffsfenster, anhand derer der Winkel η, das heißt der Winkel bestimmt wird, der der Verzögerung entspricht, die auf den Ausdruck von I_N anzuwenden ist, um die komplexe Ebene zu bestimmen, während des ersten Schrittes 38 eine Analyse der gewonnenen Daten in den beiden aufeinander folgenden Zeitfenstern N – 1 und N durchgeführt.
Im folgenden Schritt 40 wird bestimmt, ob der Differentialquotient der gleichpoligen Spannung nach der Zeit über einem Schwellenwert S_p der Erfassung von Dauerbetriebsverhältnisses liegt.
Wenn das nicht der Fall ist, wird im folgenden Schritt 42 das Zugriffsfenster N gespeichert. Anschließend erfolgt eine Inkrementierung (Schritt 44), derart, dass auf eine Analyse bei den folgenden Fenstern N und N + 1 übergegangen wird.
Wenn das der Fall ist, wird im Gegensatz dazu im folgenden Schritt 46 das vorhergehende Fenster N – 1 gespeichert, das als ein Anfangsfenster angesehen wird.
Während des folgenden Schrittes 48 erfolgt eine Analyse an den folgenden Fenstern N und N + 1 und wird bestimmt, ob der Differentialquotient nach der Zeit der gleichpoligen Spannung über einem Schwellenwert S_t der Erfassung von Übergangsbetriebsverhältnissen liegt (Schritt 50).
Wenn das nicht Fall ist, wird in einem weiteren Schritt 52 bestimmt, ob der Differentialquotient nach der Zeit der gleichpoligen Spannung, die während der Zugriffsfenster N und N + 1 gewonnen wurde, über dem Schwellenwert S_p der Erfassung von Dauerbetriebsverhältnissen liegt.
Wenn das nicht der Fall ist, geht das Verfahren auf den vorhergehenden Schritt 38 zurück.
Wenn das der Fall ist, geht das Verfahren auf einen Schritt der Inkrementierung über, derart, dass eine Analyse an den folgenden Fenster bewirkt wird (Schritt 54).
In dem Fall, in dem im Schritt 50 festgestellt wird, dass der Differentialquotient der gleichpoligen Spannung nach der Zeit zwischen den Fenstern N und N + 1 über dem Schwellenwert S_t liegt, wird im folgenden Schritt 56 auf einen Schritt der Inkrementierung übergegangen, derart, dass eine Analyse an den folgenden Fenstern durchgeführt wird (Schritt 58).
Man geht dann im weiteren Schritt 60 dazu über, den Differentialquotienten der gleichpoligen Spannung zwischen diesen Fenstern zu berechnen, um zu ermitteln, ob dieser Differentialquotient unter einem Schwellenwert S_p der Erfassung von Dauerbetriebsverhältnissen liegt.
Wenn das nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren auf den vorhergehenden Schritt 56 zurück, derart, dass eine Analyse an den folgenden Fenstern ausgeführt wird.
Wenn das der Fall ist, das heißt wenn festgestellt wird, dass sich das Netz im Dauerbetrieb befindet, wird im Gegensatz dazu das Fenster N als Endfenster gespeichert (Schritt 62).
Das beschriebene Verfahren erlaubt es, Daten im Inneren der Zugriffsfenster zu gewinnen, die einem Dauerbetrieb des Netzes entsprechen, der sich auf beiden Seiten eines Übergangsbetriebsbereiches befindet.
Gemäß 2 geht nach der Berechnung der Verzögerung η, die bezüglich eines Vektors anzuwenden ist, der den gemessenen Nullleiterstrom I_N wiedergibt, die Erfassungseinrichtung 16 auf die Bildung der Erfassungszone Z über, die schraffiert in 2 dargestellt ist.
Wie es in dieser Figur dargestellt ist, wird diese Erfassungszone von zwei Geraden DI und DII sowie durch einen Kreisbogen C mit einem Radius gleich dem Schwellenwert der Schutzeinrichtungen begrenzt.
Die Koordinaten y₁ und y₂ der Geraden DI und DII sind jeweils durch die folgenden Gleichungen bestimmt:
wobei θ einen Wert der Kompensation von Messfehlern, das heißt Fehlern wiedergibt, die der Summe der Fehler bei dem gemessenen Reststrom, bei der Berechnung der Verzögerung η und bei der Messung von I_N entspricht.
Wenn die komplexe Ebene und die Erfassungszone Z erarbeitet sind, geht im Übrigen die Erfassungseinrichtung 16 wie im Vorhergehenden erwähnt, dazu über, den Betriebspunkt der abgehenden Leitung, der ausgehend vom gemessenen Reststrom bestimmt wird, zu positionieren und die Übereinstimmung zwischen dem Betriebspunkt und der Erfassungszone zu analysieren, um zu entscheiden, ob diese Übereinstimmung einer Erfassung eines Fehlers entspricht, der eine Aktion der Schutzeinrichtungen notwendig macht, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Netzes, das heißt davon, ob diese Dauer- oder Übergangsbetriebsverhältnisse sind.
In dem Fall, in dem die Berechnung der Verzögerung η, die auf den Messwert des Nullleiterstromes anzuwenden ist, nicht möglich ist, insbesondere in dem Fall, in dem der Wert ΔV₀ unter dem Schwellenwert SΔV₀ liegt, oder im Verlauf einer Phase der Regelung der Kompensationswicklung 24 verwendet die Erfassungseinrichtung 16 eine komplexe Hilfsebene, die in 5 dargestellt ist.
Diese komplexe Hilfsebene wird gleichfalls in dem Fall benutzt, in dem keine Berechnung von η erfolgte, oder dann, wenn die Kompensationswicklung den Betriebspunkt verändert hat, das heißt wenn der Wert von η nicht mehr gültig ist. Sie wird solange benutzt bis ein Wert η erstellt wird.
Im Gegensatz zu der in 2 dargestellten komplexen Ebene, die im normalen Betrieb der Einrichtung 16 benutzt wird, fällt die imaginäre Achse der komplexen Hilfsebene mit dem Vektor zusammen, der den Nullleiterstrom I_N wiedergibt. Das heißt mit anderen Worten, dass die Ebene einem Wert von η gleich Null entspricht.
Wie es in 5 dargestellt ist, ist die Erfassungszone Z' von zwei geraden D'I, D'II und einen Kreisbogen C' eines Kreises mit einem Radius begrenzt, der gleich dem Schwellenwert der Schutzeinrichtung ist.
Die Koordinaten y₁ und y₂ der Geraden D'I und D'II entsprechen jeweils den folgenden Gleichungen:
wobei:
Schwellenwert den Schwellenwert der Schutzeinrichtungen be zeichnet;
θ einer Kompensation entspricht, die eingeführt wird, um den globalen Phasenfehler zu korrigieren, der durch die Gewinnungselemente eingeführt wird, und
α einer Phasenverschiebung zwischen der realen Achse der komplexen Ebene und dem Wert V₀ der theoretischen gleichpoligen Spannung entspricht, wobei der globale Phasenfehler der Summe der Werte des Phasenfehlers bei der Gewinnung des Nullleiterstromes I_N und bei der Gewinnung des Reststromes der zu schützenden abgehenden Leitung entspricht.
Nach der Festlegung der komplexen Hilfsebene und der Bildung der Erfassungszone Z' arbeitet die Erfassungseinrichtung 16 so weiter, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, das heißt dass sie den Betriebspunkt der abgehenden zu überwachenden Leitung in Hinblick auf die Erfassung eines Widerstandsfehlers in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Netzes positioniert.
Im Gegensatz zur komplexen Hauptebene ist die komplexe Hilfsebene abhängig von der Phasenverschiebung zwischen der realen Achse und der theoretischen gleichpoligen Spannung. Diese Phasenverschiebung α ist variabel in Abhängigkeit von der Position der Kompensationsimpedanz aber keine Variable, die die Erfassungseinrichtung kennt. Sie bildet eine einstellbare Variable.
Es ist ersichtlich, dass die Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern gemäß der Erfindung mit mehreren Fehlererfassungsausgängen versehen ist, von denen einer, der einem bestimmten Erfassungsausgang ohne zugehörige Verstärkungsverzögerung, dem genannten Spezialgewinnungsbereich entspricht, einer einstellbaren Verzögerung T₁ zugeordnet ist und der andere, die so genannte „Auslösung" einer einstellbaren Verzögerung T₂ zugeordnet ist.
Die Betriebszeit der Erfassungsvorrichtung ist je nach dem be trachteten Ausgang variabel. Diese Betriebszeit ist gleich der Einstellung der Verzögerungen T₁ und T₂ jeweils für die Ausgänge des Spezialgewinnungsbereiches und der „Auslösung".
Die Verweilzeiten T₁ und T₂ werden aktiviert, wenn eine Übereinstimmung zwischen dem Betriebspunkt und der Erfassungszone im Dauerbetrieb festgestellt wird.
Diese zeitlich befristeten Ausgangssignale gehen von 0 auf 1 am Ende ihrer Verweilzeit T₁, T₂ abzüglich der Ansprechzeit T der Erfassungsvorrichtung, das heißt der Zeit, die die Vorrichtung braucht, um einen Fehler zu erfassen.
Diese Ansprechzeit wird ausgehend von dem Zeitpunkt des Auftretens eines Fehlers, das heißt dem Zeitpunkt, an dem der Dauerbetrieb in den Übergangsbetrieb übergeht, berechnet. Die Verweilzeiten T₁ und T₂ werden dann beim Übergang der Erfassungsvorrichtung von 1 auf 0 zurückgesetzt.
In Abhängigkeit vom Verhalten des Fehlers (instabiler Fehler) kann die Ansprechzeit T der Erfassungsvorrichtung über den Verweilzeiten T₁ und T₂ liegen.
In diesem Fall geht der Ausgang des Spezialgewinnungsbereiches bei T ≥ T₁ sofort von 0 auf 1, wenn der entsprechende Ausgang der Erfassungsvorrichtung auf 1 geht.
Für den so genannten Auslöseausgang geht dann, wenn T ≥ T₂ ist, der so genannte Auslöseausgang von 0 auf 1 beim Ablauf einer Zeitdauer von T₂/k gerechnet vom Übergang auf 1 des Ausgangs der Erfassungsvorrichtung über, wobei k ein Parameter ≥ 1 ist.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Widerstandsfehlern in einer Leitung, die von einem elektrischen Energieverteilungsnetz abgeht, das mit einer Kompensationswicklung versehen ist, und zwar ausgehend von der Messung des Reststromes, der in dieser Leitung fließt, dadurch gekennzeichnet, dass es Schritte umfasst, die darin bestehen, dass – die Phase der gleichpoligen Spannung (V₀) eines Sammelschienensystems (14) bestimmt wird, das die abgehende Leitung versorgt, – ausgehend von der Phase der gleichpoligen Spannung (V₀) eine komplexe Ebene erstellt wird, – in der komplexen Ebene Betriebszonen (Z, Z') begrenzt werden, die einer Erfassung eines Widerstandsfehlers und dem Fehlen eines Widerstandsfehlers entsprechen, – in der komplexen Ebene ein Betriebspunkt der abgehenden Leitung positioniert wird, der ausgehend vom gemessenen Reststrom bestimmt wird, und – die Betriebsverhältnisse des Netzes analysiert werden, um zu entscheiden, ob eine Übereinstimmung zwischen dem Funktionspunkt und einer Erfassungszone vorliegt, die einer Fehlererfassung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase der gleichpoligen Spannung (V₀) ausgehend von einer Messung der Änderung des Nullleiterstromes (I_N) des Netzes und der gleichpoligen Spannung (V₀) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Netzes dadurch gemessen werden, dass Zeitfenster mit gleitender Dauer und Periode gleich dem Kehrwert der Fre quenz der elektrischen Energie verwandt werden, die vom Netz geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte in Zeitfenstern gewonnen werden, die einem Dauerbetrieb des Netzes entsprechen und sich auf beiden Seiten eines Übergangsbetrieb befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Analyse der Betriebsverhältnisse des Netzes bestimmt wird, ob sich das Netz im Übergangsbetrieb oder im Dauerbetrieb befindet, um einerseits dann, wenn der Betrieb der Dauerbetrieb ist, zu entscheiden, ob eine Übereinstimmung zwischen dem Betriebspunkt und der Erfassungszone (Z, Z') vorliegt, die einer Fehlererfassung entspricht, und andererseits dann, wenn eine Erfassung im Übergangsbereich erfolgt oder der Betriebspunkt die Erfassungszone verlassen hat, zu entscheiden, die Erfassung des Fehlers über ein bestimmtes Zeitintervall weiterzuführen, und dann, wenn nach diesem Zeitintervall die Betriebsverhältnisse Übergangsverhältnisse sind oder sich der Betriebspunkt außerhalb der Erfassungszone befindet, die Erfassung nicht mehr weiterzuführen.
Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsverhältnisse des Netzes ausgehend von der Berechnung des Differenzialquotienten der gleichpoligen Spannung und einem Vergleich des berechneten Differenzialquotienten mit Erfassungsschwellenwerten (Sp, St) des Dauerbetriebs und des Übergangsbetriebs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die reale Achse (x) der komplexen Ebene einem Vektor der gleichpoligen Spannung (V₀) abgeleitet von der imaginären Achse entspricht, und dass die imaginäre Achse (y) der komplexen Ebene einem Vektor des Nullleiterstromes (I_n) verschoben um einen Winkel (η) entspricht, der aus der Phasenverschiebung zwischen der Änderung des Nullleiterstromes und der gleichpoligen Spannung zwischen zwei Messungen gebildet wird, die während des Dauerbetriebs gewonnen werden, der einen Übergangsbetrieb einrahmt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungszone von zwei Geraden begrenzt ist, deren Koordinaten x₁, y₁ und x₂, y₂ jeweils durch die folgenden Gleichungen bestimmt sind:
wobei der Schwellenwert einen Schutzschwellenwert wiedergibt und θ einen Wert der Kompensation von Messfehlern wiedergibt und zwar durch ein Segment eines Kreises (C) mit einem Radius gleich dem Schutzschwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 6 und dieser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die imaginäre Achse der komplexen Ebene gleichphasig mit dem Vektor ist, der den Nullleiterstrom (I_N) wiedergibt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungszone von zwei Geraden begrenzt ist, deren Koordinaten x, y₁ und x, y₂ jeweils durch die folgenden Gleichungen bestimmt sind:
wobei der Schwellenwert einen Schutzschwellenwert wiedergibt, θ ein Kompensationswert der Messfehler ist und α die Phasenverschiebung zwischen der realen Achse und der theoretischen gleichpoligen Spannung bezeichnet und zwar durch ein Segment eines Kreises (C') mit einem Radius gleich dem Schutzschwellenwert.