DE60133059T2

DE60133059T2 - Drahtbruchdetektion in einem elektrischen Netz

Info

Publication number: DE60133059T2
Application number: DE2001633059
Authority: DE
Inventors: Seppo 00300 Hänninen; Matti 02200 Lehtonen
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: FI20000560A; FI20000560A0; EP1134865B1; EP1134865A3; DE60133059D1; EP1134865A9; EP1134865A2; FI108166B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft elektrische Netzwerke und insbesondere das Ermitteln (Entdecken) eines Drahtbruchs in einem elektrischen Netzwerk.
Als Ergebnis eines Phasendrahtbruchs in einem elektrischen Verteilungsnetzwerk kann der Draht auf eine schlecht leitende Grundfläche fallen, oder der Draht kann in der Luft hängen bleiben, oder, sollte der gebrochene Draht ein umhüllter Freileitungsdraht sein, sind Fehler- bzw. Erdschlussströme unter Umständen nicht hoch genug, um einem gewöhnlichen Relaisschutz das Entdecken des Fehlers zu ermöglichen. Somit ist der stromführende Draht für seine Umgebung gefährlich.
Eine Lösung nach dem Stand der Technik ist ein Leitungssicherungsrelais mit Zeitvorgabe, das eine asymmetrische Last entdeckt, indem es die Extremwerte von Grundfrequenz-Phasenströmen überwacht:
wobei ΔI die prozentual dargestellte Differenz zwischen dem höchsten Phasenstromwert I_max und dem gleichzeitig gemessenen niedrigsten Phasenstrom I_min ist. Wenn die asymmetrische Last einen vorab bestimmten Betriebswert überschreitet, wird das System aktiviert und es wird ein Betriebszähler eingeschaltet. Infolge der normalen asymmetrischen Last des Netzwerkes beträgt der Einstellbereich des Betriebsstromes gewöhnlich 10 bis 60%, und die Betriebsverzögerung der asymmetrischen Lasteinheit kann z. B. zwischen 1 bis 300 s eingestellt sein.
Die EP 0276181 offenbart eine Lösung zum Suchen fehlerhafter Leiter einer elektrischen Leitung, die durch einen asymmetrischen Fehler beeinträchtigt sind.
In der Veröffentlichung „Performance testing of the ratio ground relay an a four-wire distribution feeder" von Lee, R. E & Bishop, M. T. in IEEE Transactions an Power Apparatuses and Systems, Band PAS-102, Nr. 9, September 1983, S. 2943 bis 2949 ist ein elektro-mechanisches RGR-Relais offengelegt, das zum Identifizieren eines Drahtbruchs auch besser geeignet ist. Das Relais entdeckt einen Fehler, wenn ein Verhältnis (3I₀/I₁) zwischen dem am Anfang einer Stromzuleitung gemessenen Nullstrom und der Mitkomponente des Stroms einen vorab eingestellten Wert überschreitet. Das Relais umfasst zwei Wicklungen, die auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeiten, wobei eine Wicklung ein Proportionaldrehmoment (3I₀)² und die andere Wicklung ein Proportional-Widerstands-Drehmoment (I₁)² – (I₂)² erzeugt. Die in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Drehmomente erzeugen die Arbeitskennlinie des Relais, auf deren Basis das Triggern des Relais eingestellt werden kann. Das Relais ist für ein widerstandsgeerdetes Netzwerk, d. h. ein Vierdrahtsystem, bestimmt.
In der Veröffentlichung „Unique aspects of distribution system harmonics due to high impedance ground faults" von Jeerings, D. I. & Linders, J. R. in IEEE Transactions an Power Delivery, Band 5, Nr. 2, April 1990, S. 1086 bis 1094 ist ein Gedanke für ein Erdschlussrelais offengelegt, dessen Arbeitsweise auf der Anzeige einer dritten Oberwelle beruht. Wenn ein stromführender Draht den Boden berührt, stellen die nichtlineare Impedanz des Bodens und der durch den Kontakt erzeugte Lichtbogen Oberwellen für den Nullstrom bereit. Der Oberwellengehalt nimmt mit Zunahme der Fehlerimpedanz zu. Ein hochohmiger Erdschluss kann aufgrund einer Veränderung im Zeiger der dritten Oberwelle des Stroms identifiziert werden und die Richtung des Erdschlussstroms kann auf der Basis der Oberwellenimpedanzmessung identifiziert werden. Eine fehlerhafte Phase wird durch das Verhältnis zwischen den Null- und Positivkomponenten der dritten Oberwelle identifiziert. Durch Verwenden von Zeigergrößen können die Oberwellen, die durch einen Phasen-Erdschluss (z. B. Drahtbruch mit Bodenkontakt) erzeugt worden sind, und eine Dreiphasen-Betriebslast voneinander getrennt werden.
Zusätzlich zu den vorgenannten Relais-Anwendungsmöglichkeiten nach dem Stand der Technik sind auch gegenwärtig entwickelte Verfahren bekannt, die auf der Tatsa che beruhen, dass ein Drahtbruch einen hochohmigen Nachzünd-Erdschluss hervorruft, wobei in diesem Fall der fragliche Fehler von einer Änderung im Niveau der harmonischen Teilschwingungen im Strom und der gleichzeitigen Änderung des Arbeitsstroms entdeckt werden kann. Das Verhalten der Oberwellen kann zum Beispiel durch Verfahren wie Fourier, Wavelet, Chaostheorie, neuronales Netzwerk und künstliche Intelligenz analysiert werden.
Das Problem der vorstehend beschriebenen Anordnungen besteht darin, dass sie gewöhnlich einen extrem niederohmigen Erdschluss oder eine relativ hohe Last hinter der Fehlerstelle erfordern, um einen Drahtbruch entdecken zu können. Fehlerhafte Funktionen können auch durch gewöhnliche Betriebsvorgänge des Netzwerkes hervorgerufen werden, wie z. B. das Anschließen eines unbelasteten Transformators an das Netzwerk, Änderungen der Anschlusssituationen, Änderungen der Stellungen von belasteten Umschaltern in Leistungstransformatoren, Anschließen und Trennen von Spannungsausgleichskondensatoren an das bzw. von dem Netzwerk, spezielle Lasten und die Tatsache, dass hochohmige Fehler gewöhnlich ähnliche Phänomene im Netzwerk bewirken, was bedeutet, dass die Unterscheidung eines Phasenbruchs von jenen Phänomenen unzuverlässig ist. Darüber hinaus sollen viele Verfahren nach dem Stand der Technik in Netzwerken arbeiten, bei denen der Neutralpunkt über einen geringen Widerstand geerdet ist, was bedeutet, dass sie nicht unbedingt in einem Netzwerk arbeiten, das gegen Erde isoliert ist oder mit einer Kompensationsdrossel für den Erdschluss versehen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine das Verfahren ausführende Vorrichtung zu schaffen, um die vorstehend genannten Probleme zu mindern. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren und ein System erreicht, die durch das gekennzeichnet sind, was in den selbständigen Ansprüchen 1 und 9 offenbart ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Entdeckung von Änderungen in Grundfrequenz-Lastströmen. Ein entscheidender Aspekt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, unterscheiden zu können, wenn Stromänderungen durch einen Drahtbruch hervorgerufen werden. Gemäß der Erfindung wird ein Drahtbruch identifiziert, wenn der Strom einer Phase einer Stromzuleitung in kurzer Zeit einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet und der Phasenwinkel zwischen den Strömen zwei weiterer Phasen einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung muss darüber hinaus der Winkel zwischen den Stromänderungszeigern dieser beiden weiteren Phasen im wesentlichen ungleich 60 Grad betragen.
Ein Vorteil des Verfahrens und des Systems nach der Erfindung besteht darin, dass die Ansprechbarkeit bezüglich der Entdeckung eines Drahtbruchs in einem elektrischen Netzwerk verbessert und zuverlässiger wird als bei den Lösungen nach dem Stand der Technik. Durch die Erfindung wird das Betreiben und Benutzen von elektrischen Netzwerken erleichtert und hinsichtlich der öffentlichen Sicherheit bzw. Umgebungssicherheit sicherer. Das Verfahren nach der Erfindung kann direkt bei bestehenden programmierbaren Leitungsschutzrelais angewandt werden. In seiner Grundform arbeitet das Verfahren unabhängig in zuleitungsspezifischen Schutzrelais, ohne dass Informationen von den Relais benachbarter Zuleitungen oder Automationssystemen höheren Niveaus zur Identifizierung eines Drahtbruchs erforderlich sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben, wobei
1 ein Modell eines elektrischen Netzwerkes zeigt, bei dem ein elektrischer Drahtbruch auftritt;
2 ein Zeigerdiagramm von Lastströmen einer Stromzuleitung zeigt, wenn die Phase R einen Drahtbruch aufweist;
3 den Änderungseffekt im Phasenwinkel der Last auf die Änderung im Phasenwinkel zwischen intakten Phasen zeigt, wenn der Drahtbruch aufgetreten ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die Erfindung hauptsächlich zusammen mit einem elektrischen Verteilungsnetzwerk mittlerer Spannung beschrieben, das gegen Erde isoliert ist. Die Erfindung soll jedoch nicht auf irgend eine spezielle Netzwerkart oder ein Spannungsniveau eingeschränkt sein.
1 zeigt ein vereinfachtes Beispiel eines elektrischen Netzwerkes, das drei Phasen R, S und T und eine Anschlussquelle 1 umfasst, das z. B. ein Umspannwerk ist und seinen Eingang zum Beispiel von einem Transformator oder einem anderen (nicht dargestellten) Umspannwerk erhält. Ferner zeigt 1 eine Stromzuleitung 2, bei der in Phase R ein Drahtbruch F vorhanden ist. Die Lasten der Stromzuleitung 2 sind durch Impedanzen Z_1R, Z_2R (Phase R), Z_1S, Z_2S (Phase S) und Z_1T, Z_2T (Phase T) beschrieben. Die Figur zeigt auch Ströme I_R, I_S und I_T, die von der Anschlussquelle 1 an die Stromzuleitung 2 geliefert werden. Festzustellen ist, dass die Figur nur Elemente zeigt, die für das Verständnis der Erfindung relevant sind und dass es offensichtlich ist, dass zum Beispiel eine willkürliche Anzahl von Stromzuleitungen von der Anschlussquelle vorgesehen sein kann.
Gemäß der Grundidee der Erfindung wird der Drahtbruch F aufgrund der Tatsache erkannt, dass der Strom I_R der fehlerhaften Phase R der Stromzuleitung 2 in kurzer Zeit einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet und dass der Phasenwinkel zwischen den Strömen I_S und I_T der beiden anderen Phasen S und T einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Darüber hinaus muss der Winkel zwischen den Stromänderungszeigern dieser beiden anderen Phasen vorzugsweise im wesentlichen ungleich 60 Grad betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht eine Bedingung zum Entdecken eines Drahtbruches darin, dass zunächst entdeckt wird, dass die Stromzuleitung 2 einen asymmetrischen Fehler aufweist. Der asymmetrische Fehler wird vorzugsweise entdeckt, wenn eine Änderung im Absolutwert des Stroms von einer der Phasen R, S oder T in dem Dreiphasensystem einen vorbestimmten Grenzwert k in sehr kurzer Zeit überschreitet (z. B. während der Zeit, die 2 oder 3 Netzwerksequenzen entspricht, d. h. 50 Hz, in einem Nennfrequenzsystem um 40 bis 60 ms) und sich von entsprechenden Änderungen in Strömen der restlichen Phasen unterscheidet und z. B. um wenigstens 50% größer ist. Dies kann bestimmt werden, wenn die beiden folgenden Bedingungen a) und b) gleichzeitig gültig sind:
wobei sich ΔI_R, ΔI_S und ΔI_T auf gemessene Änderungen in den Strömen der Phasen R, S und T beziehen. Der Zweck des vorstehend beschriebenen Schrittes besteht darin, die Dreiphasenverbindungen symmetrischer Last, wie z. B. Änderungen im Schaltmodus des Netzwerkes, die z. B. durch Trennsteuerungen erfolgen, von den zu analysierenden Ereignissen zu unterscheiden, was andernfalls fälschlicherweise als ein Drahtbruch interpretiert werden könnte. Ein asymmetrischer Fehler kann auch unter Verwendung eines anderen Verfahrens entdeckt werden; bei einem Verdrahtungsfehler zum Beispiel ändert sich der Wert einer Gegenkomponente im symmetrischen Dreiphasensystem. Der asymmetrische Fehler kann dann ebenfalls aus der Änderung in der Gegenkomponente entdeckt werden. Da jedoch der Erdschluss ebenfalls eine Änderung in der Gegenkomponente bewirkt, könnte ein an einem benachbarten Ausgang auftretender Erdschluss eine fehlerhafte Interpretation erzeugen.
Dann wird, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn entdeckt wird, dass die Stromzuleitung einen asymmetrischen Fehler aufweist und wenn ein Erdschluss mit dem Fehler assoziiert wird, die fehlerhafte Phase als nächstes identifiziert. Im Falle eines niederohmigen Erdschlusses wird die fehlerhafte Phase z. B. anhand der Tatsache identifiziert, dass der Absolutwert der Spannung einer Phase um die Hälfte oder mehr seines Normalzustandswertes abgenommen hat, d. h. es gilt folgende Bedingung:
wobei

U_v: = die Spannung der Phase R, S oder T und
U_vn: = der Nennwert der Phasenspannung.

Im Falle eines hochohmigen Erdschlusses, wobei Gleichung (4) für die Spannung aller Phasen ungültig ist, wird die fehlerhafte Phase z. B. durch Vergleichen der Absolutwerte der Änderungen in den Phasenströmen identifiziert. In der Praxis bezieht sich dies auf Fehler, bei denen der Fehlerwiderstand 5 kΩ übersschreitet. Beim symmetrischen Dreiphasensystem wird angenommen, dass eine fehlerhafte Phase die Phase ist, deren Absolutwert der Phasenstromänderung sich am stärksten von den entsprechenden gleichzeitigen Änderungen im Phasenstrom der beiden anderen Phasen unterscheidet. Diese Abweichung wird anhand der Tatsache entdeckt, dass die Änderung im Strom der fehlerhaften Phase ein Faktor bei den beiden größten Unterschieden zwischen den Änderungen in den Phasenströmen ist:
Der Bruch des Phasendrahtes bewirkt gewöhnlich auch dann einen Erdschluss, wenn der zerstörte Draht mit dem Erdboden in Kontakt gerät. Der Erdschluss wiederum bewirkt eine Nullstromkomponente zu den Strömen der Phasen der Stromzuleitung. Da die Grundidee der Erfindung auf Änderungen in den Lastströmen der Phasen der Stromzuleitung basiert, ist es vorzuziehen, eine mögliche Nullstromkomponente von den gemessenen Stromwerten zu entfernen. Die Nullstromänderung, die von einem Hintergrundnetzwerk, d. h. einem Netzwerkteil außerhalb der Stromzuleitung, zugeführt wird, wird von der Stromänderung der fehlerhaften Phase entfernt, z. B. gemäß folgender Gleichung:
wobei

ΔI_vm: = die Änderung im Phasenstrom, von dem der durch das Hintergrundnetzwerk zugeführte Nullstrom entfernt wird,
ΔI_vv: = die Änderung im Strom der fehlerhaften Phase und
ΔI₀,: = die Änderung im Nullstrom, der am Anfang der Stromzuleitung gemessen wird.

Ferner kann, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn der Wert der Nullimpedanz der Stromzuleitung verfügbar ist, die Ansprechbarkeit des Verfahrens dadurch verbessert werden, dass auch der durch den Ausgang selbst zugeführte Nullstrom von den Phasenströmen entfernt wird. Folglich ist die einzige Stromänderung, die von der Stromänderung übrig bleibt, diejenige, die auf der Laständerung beruht. Der Wert der Nullimpedanz der Stromzuleitung kann z. B. vom Netzwerkdatensystem des elektrischen Netzwerkes oder sonstwie erhalten werden. Die fehlerhafte Phase wird kompensiert, indem z. B. Gleichung (7) angewendet wird, und die intakten Phasen werden kompensiert, indem z. B. Gleichung (8) wie folgt angewendet wird:
wobei

ΔI_vmv: = die Phasenstromänderung in der fehlerhaften Phase aufgrund der Laständerung,
ΔI_vmt: = die Phasenstromänderung in der intakten Phase aufgrund der Laständerung,
ΔI_vt: = die Stromänderung in der intakten Phase,
ΔU₀: = die Änderung in der Nullspannung und
ΔZ_0j: = die Änderung in der Nullimpedanz der Stromzuleitung.

Die Bedeutung der Gleichungen (7) und (8) besteht somit in der Tatsache, dass sie den Effekt der Erdungskapazitäten und der Leckwiderstände des normalen Leitungszustands von den gemessenen Phasenstromänderungen entfernen. Wenn im Falle eines Erdschlusses nur der vom Hintergrundnetzwerk zugeführte Erdschlussstrom kompensiert wird, kann das Verfahren zum Identifizieren von Drahtbrüchen verwendet werden, wobei die Änderung im Absolutwert des Laststroms zwei Drittel des vom Ausgang selbst zugeführten Erdschlussstroms überschreitet.
Gemäß der Erfindung wird der Drahtbruch aufgrund der Tatsache identifiziert, dass der Strom der fehlerhaften Phase in kurzer Zeit einen bestimmten Grenzwert unterschreitet und dass der Phasenwinkel zwischen den Strömen der beiden anderen Phasen einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Zusätzlich sollte der Winkel zwischen den Stromänderungszeigern dieser beiden anderen Phasen vorzugsweise im wesentlichen ungleich 60 Grad sein, vorzugsweise ungleich 60°±5°. Die folgende Gleichung wird für den Strom der fehlerhaften Phase erhalten:
wobei

ε: der Grenzwert der Stromänderung der fehlerhaften Phase und
I_v: der Strom der fehlerhaften Phase vor dem Phasenbruch ist.

In Gleichung (9) wird ΔI_vm gemäß Gleichung (7) durch die Stromänderung ΔI_vmv ersetzt, wenn die ausgangsspezifischen Werte der Nullimpedanz verfügbar sind. Die Winkelkriterien der Ströme der intakten Phasen sind wie folgt:
wobei

Δϕ: der Grenzwert der durch den Drahtbruch bewirkten Winkeländerung zwischen den intakten Phasen ist,
ϕ₁: der Winkel zwischen den Strömen der intakten Phasen vor dem Drahtbruch ist,
ϕ₂: der Winkel zwischen den Strömen der intakten Phasen nach dem Drahtbruch ist, und wobei
ϕ₃: der Winkel zwischen den Stromänderungen der intakten Phasen ist.

Das Zeigerdiagramm von 2 stellt den Effekt des Drahtbruchs auf die Phasenwinkel der Lastströme der intakten Phasen dar. Im Falle von 2 wird der Drahtbruch der Phase R unter Verwendung eines Computerprogramms simuliert. Die Phasenströme der Stromzuleitung vor dem Bruch sind I_R, I_S und I_T, und nach dem Bruch sind sie I'_R, I'_S und I'_T. Induktive Last ist nur nach dem Bruch vorhanden, wobei ihr Anteil ungefähr 20% der gesamten Last des Ausgangs beträgt. Im Falle von 1 wird kein Erdschluss mit dem Drahtbruch assoziiert, so dass die Änderungen der Phasenströme ΔI_R, ΔI_S und ΔI_T nur durch die Laständerung hervorgerufen worden sind.
Die Strom- und Spannungsänderungen einschließlich ihrer Phasenwinkel werden, verglichen zu den entsprechenden Werten der registrierten Ströme und Spannungen vor der Änderung, als eine Differenz berechnet. Die Hauptaufgabe des Verfahrens der Erfindung ist es, einen Drahtbruch zu identifizieren, wenn die normalen Schutzfunktionen des Leitungsschutzrelais bei der Fehlerentdeckung versagt haben. Das Verfahren kann auch bei den Fehlern eingesetzt werden, bei denen ein Unterbrecher nach einem automatischen Wiedereinschaltvorgang geschlossen geblieben ist. In einem derartigen Fall muss das Abtasten für die Dauer des Fehlers mit der Zeit nach den Wiedereinschaltvorgängen synchronisiert werden.
Der Abfall im Laststrom der fehlerhaften Phase ist direkt proportional zum Anteil der Last Z₂ (Z_2R, Z_2S und Z_2T) hinter dem Bruch zum Anteil der Gesamtlast Z₁ (Z_1R, Z_1S und Z_1T) + Z₂ der Stromzuleitung 2. Eine ungefähre Distanzschätzung des Fehlers kann ebenfalls durch die Stromänderung gestört werden. Der Effekt des Drahtbruches F auf die Phasenwinkel der Lastströme der intakten Phasen kann anhand von 1 untersucht werden, die ein Modell des Netzwerkes zeigt, wenn ein Bruch in Phase R aufgetreten ist. In dem Modell wird angenommen, dass die Impedanz der Last konstant bleibt und dass der Leistungsfaktor in Netzwerkbereichen auf verschiedenen Seiten des Bruches F gleich ist. Bei dem Beispiel können Laststromänderungen verschiedener Größe (Gleichung 9) und die entsprechenden Phasenwinkeländerungen (Gleichung 10) mit Werten gemäß folgender Tabelle versehen werden:

Stromänderung (%) Winkeländerung (Grad)

1 0,5

2 1,0

4 2,0

10 5,1

20 10,4

30 16,0
Die Anwendung des Verfahrens macht es erforderlich, dass die Werte der Phasenströme und Spannungen sowie deren Änderungen so genau wie möglich bekannt sein sollten, da erfindungsgemäß die Ansprechbarkeit hinsichtlich der Drahtbruchentdeckung wesentlich von der Genauigkeit abhängt, mit der die Änderungen entdeckt werden können.
Die z. B. in Finnland verwendeten Niederspannungsnetzwerke werden gewöhnlich über einen Dyn-Verteilertransformator so an ein Verteilernetzwerk mittlerer Spannung angeschlossen, dass jede Phase in einem Niederspannungsnetzwerk ihren Strom von zwei Phasen eines Netzwerkes mittlerer Spannung erhält. In dem Netzwerkbereich hinter dem Drahtbruch beträgt die Verbrauchsspannung für ein Drittel der Verbraucher somit eine normale Größe, wohingegen für die restlichen 67% der Verbraucher die Spannung auf ca. 58% fällt. Mit dem Spannungsabfall steigt der effektive Verbraucherstrom an, während der Blindstrom größtenteils abnimmt. Die Zunahme des Wirkstroms in den intakten Phasen könnte ebenfalls möglicherweise als ein Kriterium für die Anzeige eines Drahtbruchs verwendet werden. Da die Kunden unterschiedliche Bedürfnisse haben, variiert die Abhängigkeit der Last von der Spannung erheblich, wodurch eine Anwendung des Kriteriums erschwert wird.
In der Praxis ist der Phasenwinkel zwischen den intakten Phasen ein unempfindliches Kriterium für das Verhalten der Last in Fehlersituationen. Die Erhöhung des Wirkstroms bewirkt auch eine Erhöhung der Phasenwinkeldifferenz. Da der Blindstrom entsprechend abnimmt, ändert sich der Phasenwinkel zwischen den Impedanzen Z₁ und Z₂ ebenfalls. 3 zeigt den Effekt der Änderung auf das Phasenwinkelkriterium, wobei der Effekt der Phasenwinkeländerung der Last auf die Phasenwinkeländerung zwischen den intakten Phasen nach Auftreten des Drahtbruchs gezeigt ist. Die horizontale Achse beschreibt die Phasenwinkeländerung der Last. Bei dem Beispiel beträgt die Stromänderung der fehlerhaften Phase 10%, d. h. 10% der Last verbleiben hinter dem Bruch. In der Praxis ändert sich der Phasenwinkel der Netzwerkimpedanzen je nach Fehler um nicht mehr als 20 bis 30 Grad. Hinsichtlich des Phasenwinkelkriteriums bleibt der Effekt somit unbedeutend gering.
Wenn eine Last gleicher Größe von zwei Phasen von der Niederspannungs-Netzwerkseite getrennt wird, tritt auf der Primärseite eine ähnliche Änderung der Ströme und Spannungen auf wie beim Drahtbruch auf der Primärseite. Um einen fehlerhaften Betrieb des Algorithmus zu verhindern, der durch die exakt gleichzeitige Trennung der Lasten der beiden Phasen auf der Sekundärseite hervorgerufen worden ist, muss der Winkel zwischen den Stromänderungen der Phasen, die als intakt gelten, ca. ungleich 60±5 Grad sein; dies bewirkt Zustand (11).
Der auf der Basis des Verfahrens der Erfindung erzeugte Algorithmus kann als Funktionsblock in das bestehende programmierbare Leitungsschutzrelais eingebaut werden. In seiner Grundform arbeitet das Verfahren unabhängig in den Schutzrelais von Ausgängen, ohne dass Informationen von den Relais benachbarter Stromzuleitungen oder Automationssystemen höheren Niveaus erforderlich sind, um einen Drahtbruch identifizieren zu können.
Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass mit voranschreitender Technologie die Grundidee der Erfindung auf viele unterschiedliche Arten durchgeführt werden kann. Somit sind die Erfindung und ihre Ausführungsformen nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern sie können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren.

Claims

Verfahren zum Entdecken eines Drahtbruches in einem elektrischen Dreiphasennetz, das wenigstens eine aus einer Anschlussquelle (1) kommende Stromzuleitung (2) umfasst, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Überwachen von Werten (I_R, I_S und I_T) von Strömen von Phasen (R, S, T) der Stromzuleitung oder ihnen entsprechenden Größen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst: Entdecken, dass ein Drahtbruch (F) bei der Stromzuleitung auftritt, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit der Stromwert einer Phase stärker fällt als ein vorbestimmter Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Stromwerten der anderen beiden Phasen stärker ansteigt, als ein vorbestimmter Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Überwachen der Stromwerte (I_R, I_S und I_T) oder entsprechender Größen der Phasen (R, S, T) der Stromzuleitung (2), bis entdeckt wird, dass die Stromzuleitung einen asymmetrischen Fehler aufweist, wodurch festgestellt wird, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung auftritt, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit der Stromwert einer Phase stärker gefallen ist als der vorbestimmte Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Stromwerten der anderen beiden Phasen stärker angestiegen ist als der vorbestimmte Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der asymmetrische Fehler entdeckt wird, wenn die Änderung des Absolutwertes des Stromwertes irgend einer der Phasen der Stromzuleitung (2) innerhalb der vorbestimmten Zeit größer ist als der vorbestimmte Grenzwert und sich zusätzlich von den entsprechenden Änderungen der Absolutwerte der Stromwerte der restlichen Phasen der Stromzuleitung unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Entdecken, dass die Stromzuleitung (2) nur dann einen Drahtbruch aufweist, wenn zusätzlich der Winkel zwischen den Änderungswerten der Stromwerte der anderen beiden Phasen im wesentlichen ungleich 60°, vorzugsweise ungleich 55° bis 65°, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Identifizierens einer fehlerhaften Phase, wenn entdeckt worden ist, dass die Stromzuleitung (2) einen asymmetrischen Fehler aufweist, wodurch entdeckt wird, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung auftritt, wenn der Stromwert der als fehlerhaft identifizierten Phase innerhalb der vorbestimmten Zeit stärker gefallen ist als der vorbestimmte Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Phasenwerten intakter Phasen stärker angestiegen ist als der vorbestimmte Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase als fehlerhaft identifiziert wird, deren Absolutwert der Spannung um die Hälfte oder mehr des Wertes ihres Normalzustands gefallen ist bzw. deren Absolutwert der Änderung im Phasenstromwert sich am stärksten von den Absolutwerten der entsprechenden Änderungen der Phasenstromänderungen der anderen beiden Phasen unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Entdecken, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung (2) nur dann auftritt, wenn zusätzlich der Winkel zwischen den Änderungswerten der Stromwerte der intakten Phasen im wesentlichen ungleich 60°, vorzugsweise ungleich 55° bis 65°, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des, nach Identifizieren der fehlerhaften Phase, Entfernens von Nullstrom, der durch einen möglichen, an der Stromzuleitung (2) auftretenden Erdschluss hervorgerufen und von einem Netzwerkteil außerhalb der Stromzuleitung, d. h. einem Hintergrundnetzwerk, zugeführt worden sein kann, vom Stromwert der fehlerhaften Phase oder Entfernens des Nullstroms, der durch einen möglichen, an der Stromzuleitung (2) auftretenden Erdschluss hervorgerufen und von einem Netzwerkteil außerhalb der Stromzuleitung, d. h. einem Hintergrundnetzwerk, zugeführt worden sein kann, vom Stromwert der fehlerhaften Phase und des Nullstroms, der von der Stromzuleitung selbst zugeführt worden ist, von den Stromwerten aller Phasen.
System zum Entdecken eines Drahtbruches in einem elektrischen Netz mit drei Phasen (R, S, T), das wenigstens eine aus einer Anschlussquelle (1) kommende Stromzuleitung (2) umfasst, wobei das System umfasst: Einrichtungen zum Überwachen von Werten (I_R, I_S und I_T) von Strömen von Phasen der Stromzuleitung oder ihnen entsprechenden Größen, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst: Einrichtungen zum Entdecken, dass ein Drahtbruch (F) bei der Stromzuleitung auftritt, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit der Stromwert einer Phase stärker fällt als ein vorbestimmter Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Stromwerten der anderen beiden Phasen stärker ansteigt, als ein vorbestimmter Grenzwert.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Überwachen angeordnet sind, um die Stromwerte (I_R, I_S und I_T) oder entsprechende Größen der Phasen (R, S, T) der Stromzuleitung (2) so lange zu überwachen, bis das System entdeckt, dass die Stromzuleitung einen asymmetrischen Fehler aufweist und in diesem Fall die Einrichtungen zum Erfassen, dass ein Drahtbruch auftritt, angeordnet sind, um zu entdecken, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung auftritt, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit der Stromwert einer Phase stärker gefallen ist als der vorbestimmte Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Stromwerten der anderen beiden Phasen stärker angestiegen ist als der vorbestimmte Grenzwert.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System Einrichtungen zum Entdecken des besagten asymmetrischen Fehlers umfasst, wenn die Änderung des Absolutwertes des Stromwertes irgend einer der Phasen der Stromzuleitung (2) innerhalb der vorbestimmten Zeit größer ist als der vorbestimmte Grenzwert und sich zusätzlich von den entsprechenden Änderungen der Absolutwerte der Stromwerte der übrigen Phasen der Stromzuleitung unterscheidet.
System nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Entdecken, dass ein Drahtbruch auftritt, angeordnet sind, um zu entdecken, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung nur dann auftritt, wenn zusätzlich der Winkel zwischen den Änderungswerten der Stromwerte der besagten anderen beiden Phasen im wesentlichen ungleich 60°, vorzugsweise ungleich 55° bis 65°, beträgt.
System nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst: Einrichtungen zum Identifizieren einer fehlerhaften Phase, wenn das System entdeckt hat, dass die Stromzuleitung (2) einen asymmetrischen Fehler aufweist, wodurch die Einrichtungen zum Entdecken, dass ein Drahtbruch auftritt, angeordnet sind, um zu entdecken, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung auftritt, wenn innerhalb der vorbestimmten Zeit der Stromwert der als fehlerhaft identifizierten Phase stärker gefallen ist als der vorbestimmte Grenzwert und der Phasenwinkel zwischen den Phasenwerten intakter Phasen stärker angestiegen ist als der vorbestimmte Grenzwert.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Identifizieren einer fehlerhaften Phase angeordnet sind, um die Pha se als fehlerhaft zu identifizieren, deren Absolutwert der Spannung um die Hälfte oder mehr des Wertes ihres Normalzustands gefallen ist bzw. deren Absolutwert der Änderung des Phasenstromwertes sich am stärksten von den Absolutwerten der entsprechenden Änderungen der Phasenstromänderungen der anderen beiden Phasen unterscheidet.
System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Entdecken, dass ein Drahtbruch auftritt, angeordnet sind, um zu identifizieren, dass ein Drahtbruch an der Stromzuleitung (2) nur dann auftritt, wenn zusätzlich der Winkel zwischen den Änderungswerten der Stromwerte der intakten Phasen im wesentlichen ungleich 60°, vorzugsweise 55° bis 65°, beträgt.
System nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst: Einrichtungen zum Entfernen, nachdem die Einrichtungen zum Identifizieren die fehlerhafte Phase identifiziert haben, von Nullstrom, der durch einen möglichen, an der Stromzuleitung (2) auftretenden Erdschluss hervorgerufen und von einem Netzwerkteil außerhalb der Stromzuleitung, d. h. einem Hintergrundnetzwerk, zugeführt worden sein kann, vom Stromwert der fehlerhaften Phase bzw. Einrichtungen zum Entfernen, nachdem die Einrichtungen zum Identifizieren die fehlerhafte Phase identifiziert haben, des Nullstroms, der durch einen möglichen, an der Stromzuleitung (2) auftretenden Erdschluss hervorgerufen und von einem Netzwerkteil außerhalb der Stromzuleitung, d. h. einem Hintergrundnetzwerk, zugeführt worden sein kann, vom Stromwert der fehlerhaften Phase und des Nullstroms, der von der Stromzuleitung selbst zugeführt worden ist, von den Stromwerten aller Phasen.