DE69711051T2

DE69711051T2 - Verfahren und vorrichtung zur aufrechterhaltung der elektrischen stromversorgung in einem elektrischen mehrphasigen energieverteilungsnetz

Info

Publication number: DE69711051T2
Application number: DE69711051T
Authority: DE
Inventors: Luc Berthet; Volker Leitloff
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: FR2751801A1; ATE214522T1; WO1998005109A1; EP0914700A1; AU3775297A; EP0914700B1; FR2751801B1; DE69711051D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrphasige elektrische Energieversorgungsnetze und sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung in Anwesenheit einer Störung auf einer fehlerhaften Phase einer Ausspeisungsleitung solcher Netze und eine Vorrichtung zum Einsetzen eines solchen Verfahrens.
Die Aufrechterhaltung der elektrischen Energieversorgung ist ein Vorgang, mit welchem die Betreiber der Versorgungsnetze die fehlerhafte Ausspeisungsleitung in Anwesenheit solcher Störungen, welche eine Phase beeinträchtigen, nicht abschalten, um die Benutzer nicht zu stören. In der Tat ist das Netz mit Vorrichtungen ausgestattet, und zwar insbesondere Transformatoren, welche ermöglichen, die einphasigen Störungen nicht nach hinten an die Benutzer weiterzugeben.
Einphasige vorübergehende Störungen, d. h. solche, die nicht von der sich selbst behebenden Art oder nur flüchtig sind, und welche eine Phase des Netzes beeinträchtigen, sind unter anderem bedingt durch eine fehlerhafte Isolierung zwischen einer Phase und der Erde, das Vorhandensein fehlerhafter Transformatoren oder durch Leitungsbrüche, welche Störungen in der Erdung hervorrufen.
Diese Störungen führen zu einem Fehlerstrom, welcher eine erhebliche Erhöhung der Spannung in der Nähe des fehlerhaften Netzbereiches hervorrufen kann.
Obwohl diese Störungen nicht an die an das Netz angeschlossenen Benutzer weitergegeben werden, stellt diese Spannungserhöhung eine erhebliche Gefahr für die Umwelt (Brandgefahr), für das Material des Netzes oder für Personen, die sich in der Nähe des betreffenden Bereiches befinden (Möglichkeit eines elektrischen Schlags) dar.
In den symmetrischen Netzen ist der Nullleiter des Netzes mit der Erde durch eine Kompensationsspule verbunden, die auch "Petersenspule" genannt wird. Diese Spule ermöglicht, den Fehlerstrom zu minimieren, der durch schwach resistive Störungen mit Übergangscharakter erzeugt wird.
In der Tat ist es möglich, durch Einwirkung auf den Wert der Induktanz der Spule den in der Spule fließenden "reaktiven" Strom derart zu verändern, dass der "kapazitive Strom des Netzes", der in dem äquivalenten Widerstand der Störung zwischen der fehlerhaften Phase und der Erde des Netzes fließt, ausgeglichen wird.
Diese Art der Erdung des Nullleiters. des Netzes ermöglicht folglich, den Fehlerstrom erheblich zu begrenzen. Es wird somit den Betreibern des elektrischen Versorgungsnetzes ermöglicht, die elektrische Energieversorgung in dem Netz während der Phasen der Erfassung und der Behebung der Störung aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung zur Behebung von Störungen durch Erdung ist in der FR-A-2 573 256 beschrieben, in weicher bei Erfassung einer Störung auf einer Ausspeisungsphase mit mittlerer Spannung eines Netzes ein Shunt-Schalter (Nebenschlusswiderstandsschalter) kurzzeitig geschlossen wird, um die fehlerhafte Phase zu erden, was den Fehlerstrom aufhebt, der sich in dem Netz, das dem Shunt- Schalter nachgeschaltet ist, ausbreitet.
Diese Aufrechterhaltung der Versorgung birgt allerdings Risiken, wenn resistivere Störungen auftreten, welche mit einer Spannungserhöhung in der Nähe der relativ starken Störung einhergehen.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, empfehlen die Betreiber des französischen elektrischen Energieversorgungsnetzes, die fehlerhafte Phase direkt oder durch einen "Shunt"-Widerstand in der Größenordnung einiger Ohm im zweistelligen Bereich zu erden, um die Störung in dem Netz kurzzuschließen und den Fehlerstrom so zu verringern bzw. zu beseitigen. Diese Lösung kann für symmetrische Netze und auch für Netze eingesetzt werden, deren Nullleiter durch eine schwache Impedanz geerdet ist, indem diese Impedanz während der Aufrechteerhaltung der Versorgung abgeschaltet wird, wobei in diesem Fall die gestörte Phase direkt mit der Erde ohne "Shunt"- Widerstand" verbunden wird. So wird der Spannungsanstieg in der Nähe der Störung stark begrenzt.
Diese Lösung ist relativ leicht durchführbar, aber sie ist nicht immer wirksam bei bestimmten schwach resistiven Störungen aufgrund des durch den Ladestrom bedingten Spannungsabfalls in der Leitung, oder im Falle von stark resistiven Störungen, die beispielsweise durch einen Abfall oder einen Bruch eines Stromleiters ausgelöst werden. Diese Störungen können dann einen erheblichen Spannungsanstieg in der Nähe der Störung verursachen.
Die Aufrechterhaltung der Versorgung ist in diesem Fall somit nicht zu befürworten.
Folglich birgt die Aufrechterhaltung der elektrischen Energieversorgung in einem Netz, in dem eine Phase fehlerhaft ist, derzeit nicht unerhebliche Risiken.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der elektrischen Energieversorgung bereitzustellen, welches ermöglicht diesen Nachteilen abzuhelfen, und welches die Überprüfung der Beseitigung des Fehlerstroms anhand von elektrischen Größen ermöglicht, die nach der Erdung der fehlerhaften Phase zur Verfügung stehen.
Sie hat somit ein Verfahren zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz in Anwesenheit einer Störung auf einer fehlerhaften Phase einer Ausspeisungsleitung des Netzes zum Gegenstand, mit den Schritten des Erfassens der Störung und der Erdung der fehlerhaften Phase derart, dass der Fehlerstrom, der sich in dem Netz unter der Wirkung der Störung ausbreitet, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die Schritte der Berechnung eines Asymmetriestromes, der sich aus einem Ungleichgewicht zwischen den Phasen der Leitung ergibt, und der eine erste repräsentative Komponente für das Ungleichgewicht in Abwesenheit der Störung und eine zweite repräsentative Komponente für den Fehlerstrom aufweist, und der Berechnung der Differenz zwischen dem Wert des Asymmetriestromes und einem Schwellenwert umfasst, der ausgehend von dem Wert des Asymmetriestromes der Ausspeisungsleitung oder des Netzes in Abwesenheit der Störung bestimmt wird, so dass die Aufhebung des Fehlerstromes überprüft und das Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung durchgeführt wird, wenn der berechnete Wert des Asymmetriestromes kleiner als der Schwellenwert ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform werden nach dem Schritt der Erdung der fehlerhaften Phase nacheinander erste und zweite Messungen einerseits eines Reststromes, der sich in dem Netz verbreitet, und andererseits der Spannung, die zwischen dem Nulleiter des Netzes und der Erde vorhanden ist, durchgeführt, wobei die ersten und zweiten Messungen jeweils für einen Widerstandswert eines Widerstandselementes, das in Reihe auf einer Leitung zur Erdung der fehlerhaften Phase angeschlossen ist, durchgeführt werden, und dass der Asymmetriestrom ausgehend von dem Wert berechnet wird, der sich aus den ersten und zweiten Messungen ergibt.
Gemäß einer Eigenschaft der Erfindung ist der gemessene Reststrom der Reststrom, der sich in der Ausspeisungsleitung mit der fehlerhaften Phase ausbreitet.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist der gemessene Reststrom der gesamte Reststrom des Netzes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden nach dem Schritt der Erdung der fehlerhaften Phase nacheinander erste und zweite Messungen einerseits eines Erdstromes, der sich in einer Erdungsleitung der fehlerhaften Phase ausbreitet, und andererseits der Spannung, die zwischen dem Nulleiter des Netzes und der Erde vorhanden ist, durchgeführt, wobei die ersten und zweiten Messungen jeweils für einen Widerstandswert eines Widerstandselementes, das in Reihe auf der Leitung zur Erdung angeschlossen ist, durchgeführt werden, und dass der Asymmetriestrom ausgehend von den Werten berechnet wird, die sich aus den ersten und zweiten Messungen ergeben.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung werden die ersten Messungen für einen Nullwert des Widerstandes des Widerstandselementes durchgeführt.
Die Erfindung hat ebenfalls eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz in Anwesenheit einer Störung auf einer fehlerhaften Phase einer Ausspeisungsleitung des Netzes zum Gegenstand, mit Vorrichtungen zur Erfassung der Störung und der fehlerhaften Phase und selektiven Vorrichtungen zum Anschluss der fehlerhaften Phase an die Erde derart, dass der Fehlerstrom, der sich in dem Netz unter der Wirkung der Störung ausbreitet, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem erste Vorrichtungen zur Berechnung eines Asymmetriestromes, der sich aus einem Ungleichgewicht zwischen den Phasen der Leitung ergibt, und der eine erste repräsentative Komponente für das Ungleichgewicht in Abwesenheit der Störung und eine zweite repräsentative Komponente für den Fehlerstrom aufweist, und zweite Vorrichtungen zur Berechnung der Differenz zwischen dem Wert des Asymmetriestromes, der von den ersten Berechnungsvorrichtungen geliefert wird, und einem Schwellenwert umfasst, der ausgehend von dem Wert des Asymmetriestromes der Leitung oder des Netzes in Abwesenheit der Störung bestimmt wird, so dass die Aufhebung des Fehlerstromes im Hinblick auf die Ermöglichung des Aufrechterhaltens der elektrischen Energieversorgung überprüft wird, wenn der berechnete Wert des Asymmetriestromes kleiner als der Schwellenwert ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Vorrichtung weisen die ersten Berechnungsvorrichtungen ein erstes Organ zur Messung eines Reststromes, der sich in dem Netz verbreitet, und ein zweites Organ zur Messung der Spannung, die zwischen dem Nulleiter des Netzes und der Erde vorhanden ist, auf, welche an eine zentrale Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, die einen Umschalter zum Anschluss eines Widerstandselementes in Reihe in einer Leitung zur Erdung der fehlerhaften Phase fernsteuert, und in der ein Berechnungsalgorithmus für den Asymmetriestrom ausgehend von den ersten und zweiten Werten, die von den ersten und zweiten Messorganen geliefert werden, gespeichert ist, wobei die zweiten Werte den nach dem Anschluss des Widerstandselementes durchgeführten Messungen entsprechen.
Gemäß einer ersten Eigenschaft der Erfindung ist das erste Messorgan in der Ausspeisungsleitung angeordnet.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist das erste Messorgan in einer Versorgungsleitung für ein Sammelschienensystem zur Versorgung einer Anordnung von Ausspeisungsleitungen des Netzes im Hinblick auf die Messung des gesamten Reststromes des Netzes angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die ersten Berechnungsvorrichtungen ein erstes Messorgan für einen Erdstrom, der sich in den Anschlussvorrichtungen an die Erde der fehlerhaften Phase ausbreitet, und ein zweites Messorgan für die Spannung, die zwischen dem Nulleiter des Netzes und der Erde vorhanden ist, auf, welche an eine zentrale Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, die einen Umschalter zum Anschluss eines Widerstandselementes in Reihe auf den Vorrichtungen zum Anschluss an die Erde der fehlerhaften Phase fernsteuert, und in der ein Berechnungsalgorithmus für den Asymmetriestrom ausgehend von den ersten und zweiten Messwerten, die von den ersten und zweiten Messorganen geliefert werden, gespeichert ist, wobei die zweiten Messwerte den nach dem Anschluss des Widerstandselementes durchgeführten Messungen entsprechen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden, nur beispielhaft gegebenen Beschreibung hervorgehen, welche unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen gemacht ist, in welchen:
- Abb. 1 den Stromkreis darstellt, der einem dreiphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz entspricht;
- Abb. 2 das Netz der Abb. 1 darstellt, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung ausgestattet ist;
Abb. 3 ein Organigramm ist, welches die verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens andeutet;
- Abb. 4 das Netz der Abb. 1 darstellt, das mit einer Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Energieversorgung gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgestattet ist; und
- Abb. 5 das Netz der Abb. 1 darstellt, das mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist.
In Abb. 1 ist der Stromkreis dargestellt, der einem dreiphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz entspricht.
Die Versorgungsstelle des Netzes ist von einer dreiphasigen Spannungsquelle gebildet, welche über eine Versorgungsleitung ein Sammelschienensystem 10, 12 und 14 versorgt, mit welchem die Ausspeisungsleitungen des Netzes verbunden sind.
In dieser Abbildung bezeichnen V1, V2 und V3 jeweils die von der Versorgungsstelle eingespeisten Spannungen, I1, I2 und I 3 bezeichnen den von dieser Versorgungsstelle gelieferten Strom, Irest bezeichnet den Gesamtreststrom am Ausgang der Versorgungsstelle, welcher dem Gesamtreststrom des Netzes entspricht, Di bezeichnet die Ausspeisungsleitung Nr. 1 und Iresi bezeichnet den Reststrom der Ausspeisungsleitung Nr. i.
Außerdem bezeichnen Y1Gi, Y2Gi und Y3Gi die Phase-Erde-Gesamtadmittanzen jeder der drei Ausspeisungsphasen Nr. i.
Der Nullleiter N des Netzes ist über eine reaktive Admittanz-Kompensationsspule YNG oder über eine Impedanz mit einem geringen Wert mit der Erde verbunden.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft die Art der Erdung, die über eine Kompensationsspule durchgeführt wird.
In dem Fall einer Erdung über eine schwache Impedanz wird die Impedanz in der Erdungsleitung während der Aufrechterhaltung der Versorgung abgeschaltet.
Unter Berücksichtigung, dass der resistive Teil der Phase-Erde-Admittanzen im Vergleich zu dem kapazitiven Teil vernachlässigbar ist, wenn eine einphasige Störung auf einer der Phasen auftritt, gleicht der reaktive Strom ING, der diese Kompensationsspule durchfließt, den kapazitiven Strom des Netzes aus, was den durch die Störung erzeugten Fehlerstrom begrenzt.
Wie zuvor erwähnt, ist es mit dieser Art der Erdung des Nullleiters möglich, die elektrische Energieversorgung in Anwesenheit einer einphasigen Störung in Anbetracht des relativ niedrigen Wertes des Fehlerstromes aufrechtzuerhalten.
Das Aufrechterhalten der Versorgung kann in dem Fall schwach resistiver Störungen in Anbetracht des durch den Ladestrom bedingten Spannungsabfalls in der Leitung, oder im Falle von stark resistiven Störungen, die beispielsweise durch den Bruch oder den Abfall in einem Stromleiter einer Ausspeisungsleitung ausgelöst werden, dennoch eine Gefahr darstellen.
In Abb. 2 ist der Stromkreis dargestellt, der dem Versorgungsnetz der Abb. 1 entspricht, wobei er mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, welche ermöglicht diesem Nachteil abzuhelfen und während des Auftretens einer solchen einphasigen Störung das Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung zu steuern.
In dieser Abb. 2 ist zu sehen, dass das Netz, welches identisch mit demjenigen der Abb. 1 ist, mit einem Umschalter 16 mit drei Zuständen ausgestattet ist, welcher über eine Erdungsleitung 18 an die Erde angeschlossen ist, und welcher ermöglicht, selektiv jede der Schienen 10, 12 und 14 im Hinblick auf die Erdung der fehlerhaften Phase an die Erde anzuschließen.
Der Umschalter 16 wird von einer zentralen Verarbeitungseinheit 20 ferngesteuert, welche an ein Messorgan 22 für die zwischen dem Nullleiter N und der Erde des Netzes vorhandene Spannung VNG und an eine Gruppe von Messorganen 24 1 ... 24i für den in jeder Ausspeisungsleitung D1, ... Di fließenden Reststrom angeschlossen ist.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 20 ist von der bekannten Art und wird daher nachfolgend nicht in Einzelheiten beschrieben.
Bei Auftreten einer resistiven einphasigen Störung auf einer Phase einer Ausspeisungsleitung, beispielsweise auf der Ausspeisungsleitung D1, wird diese Störung von der zentralen Verarbeitungseinheit 20 erfasst, welche den Umschalter 16 ansteuert, um diese fehlerhafte Phase mit der Leitung 18 zum Anschluss an die Erde zu verbinden.
In dieser Abb. 2 ist die Phase, welche der Schiene 14 entspricht, fehlerhaft und geerdet.
Vorteilhafterweise wird das Umschalten des Umschalters 16 nach einer Verzögerung durchgeführt, welche ausreichend ist, um die eventuelle Selbstbehebung der Störung abzuwarten, in dem Fall, wo diese Störung von der "flüchtigen" Art ist. So wird der Anschluss an die Erde der fehlerhaften Phase nur in dem Fall von permanenten Störungen durchgeführt.
In Abb. 2 ist zu sehen, dass die Leitung 18 zum Anschluss der fehlerhaften Phase an die Erde zwei parallele Stränge aufweist, nämlich einen ersten Strang 25 zum direkten Anschließen der fehlerhaften Phase an die Erde und einen Strang 26 zum Anschließen an die Erde mittels eines Widerstandes 27.
Jeder der Stränge 25 und 26 ist mit einem Umschalter, jeweils 28 und 30, versehen, der von der zentralen Verarbeitungseinheit 20 ferngesteuert wird, um den Anschluss der fehlerhaften Phase an die Erde entweder direkt mittels des ersten Stranges 25 oder mittels des Widerstandes 27 durchzuführen.
Es ist festzustellen, dass die beiden Umschalter 28 und 30 abwechselnd funktionieren, so dass wenn einer dieser Umschalter geöffnet ist, der andere geschlossen ist. Es ist festzustellen, dass der Widerstand 27 einen an die beabsichtigte Benutzung angepassten Wert aufweist, wie es nachfolgend in Einzelheiten beschrieben wird, beispielsweise einen Wert nahe 100 Ohm für ein symmetrisches Netz und nahe 8 Ohm im Falle einer Erdung durch eine schwache Impedanz.
Der Kurzschlussstrom, der in der Leitung 18 zum Anschluss an die Erde fließt, erzeugt eine Spannung zwischen der fehlerhaften Phase und der Erde auf der Höhe der Versorgungsstelle, welche einen Teil des durch den Ladestrom in der Leitung bedingten Spannungsabfalls kompensiert.
Da der Spannungsanstieg an der Stelle der Störung abhängig von dem Spannungsabfall in der fehlerhaften Phase ist, ermöglicht der Anschluss an die Erde über die Erdungsleitung 18, die Belastungen an der Stelle der Störung zu verringern. In den meisten Fällen wird der Fehlerstrom dann aufgehoben. In diesen Fällen entsteht kein Spannungsanstieg. Es ist somit möglich, die Aufrechterhaltung der elektrischen Energieversorgung in Anwesenheit dieser Störung durchzuführen.
Außerdem überprüft die zentrale Verarbeitungseinheit 20 die Beseitigung des Fehlerstromes.
Das Verfahren zur Aufrechterhaltung der elektrischen Energieversorgung in dem Netz der Abb. 2 wird jetzt unter Bezugnahme auf Abb. 3 beschrieben.
Im Verlauf dieses Verfahrens wird während eines ersten Schrittes 32 das Versorgungsnetz im Hinblick auf die Erfassung einer Störung auf einer Phase einer Ausspeisungsleitung des Netzes kontinuierlich überwacht.
Die Erfassung einer Störung kann mit verschiedenen bekannten Techniken, beispielsweise unter Verwendung des wattmetrischen Schutzes auf jeder Ausspeisungsleitung des Netzes oder unter Einsatz der bekannten Verfahren zur Erfassung resistiver Störungen durchgeführt werden.
Wenn eine Störung, deren Widerstand unterhalb eines vorbestimmten Wertes (1 Kohm) liegt, auf dem Netz erfasst wurde, wird im Verlauf des nachfolgenden Schrittes 34 die fehlerhafte Ausspeisungsleitung und Phase bestimmt, um das Umschalten des Umschalters 16 auszulösen, um die betreffende Phase, vorzugsweise mit einer ausreichenden Verzögerung zum Abwarten der Selbstbehebung der Störung, an die Erde anzuschließen.
Im Verlauf des nachfolgenden Schrittes 36 erarbeitet die zentrale Verarbeitungseinheit einen ersten vektoriellen Messwert Iresa für den in der fehlerhaften Ausspeisungsleitung fließenden Reststrom sowie einen ersten vektoriellen Messwert VNGa für die zwischen dem Nullleiter und der Erde des Netzes vorhandene Spannung mit Hilfe der entsprechenden Messorgane 22 und 24 i.
Es ist festzustellen, dass im Verlauf dieses Messschrittes 36 der Umschalter 28 geschlossen und der Umschalter 30 offen ist, so dass die fehlerhafte Phase direkt mittels des Stranges 25 der Leitung 18 zum Anschluss an die Erde an die Erde angeschlossen wird und der Strang 26 offen ist.
Im Verlauf des Schrittes 38 bewirkt die Verarbeitungseinheit 20 das Umschalten auf die Öffnung des Umschalters 28 und das Umschalten auf die Schließung des Umschalters 30, so dass die fehlerhafte Phase mittels des Widerstandes 27 an die Erde angeschlossen wird.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 20 misst dann in dem nachfolgenden Schritt 40 den Wert Iresb des Reststromes, der in der Ausspeisungsleitung fließt, zu welcher die fehlerhafte Phase gehört, sowie den Wert VNGb der zwischen dem Nullleiter N und der Erde des Netzes vorhandenen Spannung.
So verfügt die zentrale Verarbeitungseinheit dann über erste Werte Iresa und VNGa des Reststromes und der Spannung zwischen Nullleiter und Erde vor dem Umschalten der Umschalter 28 und 30 und über zweite Werte Iresb Und VNGb des Reststromes und der Spannung zwischen Nullleiter und Erde des Netzes nach dem Umschalten der Umschalter 28 und 30.
Im Verlauf des nachfolgenden Schrittes 42 wird der Asymmetriestrom IkDD von der zentralen Verarbeitungseinheit 20 mittels eines geeigneten Berechnungsalgorithmus anhand dieser Werte Iresa, VNGa Und Iresb Und VNGb ausgehend von einem geeigneten, in der Einheit 20 abgespeicherten Berechnungsalgorithmus anhand der folgenden Gleichung berechnet:
wobei:
Δ Ires = Iresb - Iresa und
Δ VNG = VNGb - VNGa
Wenn außerdem die Störung während der beiden in den vorherigen Schritten 36 und 40 durchgeführten Messungen anwesend ist, was der Fall ist bei Vorhandensein einer permanenten Störung, genügt der Asymmetriestrom IkDD der folgenden Gleichung:
wobei Vom die einfache nominale Spannung des Netzes ist, Rf der Widerstand der Störung ist, und
IknDD der natürliche Asymmetriestrom der Ausspeisungsleitung in Abwesenheit der Störung ist.
Es ist festzustellen, dass der Asymmetrie- oder Ungleichgewichtsstrom eine erste Komponente, IknDD, die repräsentativ für den Asymmetriestrom in Abwesenheit der Störung ist, und eine letzte Komponente Vnom/Rf, die repräsentativ für den Strom der
Störung ist, umfasst.
Es ist festzuhalten, dass der natürliche Asymmetriestrom der Ausspeisungsleitung 'KnDD in bekannter Weise einen relativ geringen Wert unterhalb eines Wertes von ungefähr zwischen 0,2 und 0,4 A aufweist.
Außerdem geht man davon aus, dass bei einem Widerstandswert der Störung Rf, der größer oder gleich einem Wert nahe 1 kohm ist, die elektrische Energieversorgung nicht aufrechterhalten werden sollte.
Somit wird für einen nominalen Wert Vnom der Spannung des Netzes, der gleich 11,5 kV ist, entschieden, dass die elektrische Energieversorgung in dem Netz bei einem Wert des Asymmetriestromes IkDD, der größer als ein Wert zwischen ungefähr 2 A und 20A ist, nicht aufrechterhalten werden soll.
Somit vergleicht die zentrale Verarbeitungseinheit im Verlauf des nachfolgenden Schrittes 44 mit Hilfe eines geeigneten Berechnungsalgorithmus den im Verlauf des vorherigen Schrittes 42 berechneten Asymmetriestrom IkDD mit einem Schwellenwert IkDDmax, der größer als ein Wert zwischen ungefähr 2 A und 20A ist, und der repräsentativ für den maximal zulässigen Wert des in dem Netz fließenden Asymmetriestromes ist.
Wenn folglich im Verlauf des Schrittes 44 bestimmt wurde, dass der Asymmetriestrom IkDD über dem Schwellenwert IkDDmax liegt, wird im Verlauf des nachfolgenden Schrittes 46 entschieden, die elektrische Energieversorgung zu unterbrechen, indem die gestörte Ausspeisungsleitung abgeschaltet wird.
Wenn jedoch im Verlauf dieses Schrittes 44 festgestellt wurde, dass der Wert des Asymmetriestroms IkDD unter dem maximalen Schwellenwert IkDDmax liegt, wird entschieden, die elektrische Energieversorgung im Verlauf einer nachfolgenden klassischen Phase zur Erfassung der Stelle der Störung und des Eingreifens von Wartungsteams aufrechtzuerhalten.
So wird die elektrische Energieversorgung in dem Netz aufrechterhalten, wenn der Fehlerstrom aufgehoben ist.
Die elektrische Energieversorgung kann somit ohne Risiken aufrechterhalten werden. Wenn dies nicht der Fall ist, reicht die Erdung der fehlerhaften Phase nicht aus, um den Fehlerstrom aufzuheben und so den Spannungsanstieg in der Nähe der Störung zu begrenzen, und die Versorgung muss unterbrochen werden, um alle Unfallrisiken für Personen oder die Umwelt auszuschließen.
In dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Überprüfung der Aufhebung des Fehlerstromes anhand der Überwachung des Reststromes Ires der fehlerhaften Ausspeisungsleitung durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche in Abb. 4 dargestellt ist, wird der Wert des Fehlerstromes anhand des Gesamtreststromes Irest des Netzes überwacht.
Wie in dem zuvor unter Bezugnahme auf Abb. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst diese Vorrichtung eine zentrale Verarbeitungseinheit 50, welche einen Umschalter mit drei Zuständen 52 im Hinblick auf das Anschließen der fehlerhaften Phase an die Erde mittels einer Erdanschlussleitung 53 fernsteuert. Die Vorrichtung umfasst außerdem, wie zuvor, ein Messorgan 54 für die zwischen dem Nullleiter und der Erde des Netzes vorhandene Spannung VNG.
Außerdem ist die zentrale Verarbeitungseinheit 50 mit einem Messorgan 56 für den Gesamtreststrom des Netzes Irest verbunden, welches auf der Eingangsleitung des Sammelschienensystem 58, 60 und 62 für die Versorgung der Ausspeisungsleitungen D1, ... Di angeschlossen ist.
Das Verfahren zum Aufrechterhalten der Energieversorgung, welches in dieser Vorrichtung eingesetzt wird, ist identisch mit demjenigen, welches zu der Abb. 2 beschrieben wurde, und wird daher im Folgenden nicht wieder aufgenommen.
Jedoch wird der Wert des Asymmetriestromes des Netzes IkR im Verlauf des Schrittes 42 mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:
wobei:
Δ Irest = Irestb - Iresta
Gemäß einer weiteren in der Abb. 5 dargestellten Ausführungsform wird der Fehlerstrom nach dem Anschließen der fehlerhaften Phase an die Erde anhand des Wertes des Streustromes oder "Shunt"-Stromes überwacht, der in der Anschlussleitung der fehlerhaften Phase an die Erde fließt.
In dieser Abb. 5 ist zu sehen, dass diese Vorrichtung mit einem Messorgan 66 für den Streustrom I ausgestattet ist, der in der Leitung 68 zum Anschluss der fehlerhaften Phase an die Erde fließt.
Wie zuvor wird der in dem. Netz fließende Asymmetriestrom IkR anhand von zwei aufeinander folgenden Werten des Streustromes I, der in der Anschlussleitung der I fehlerhaften Phase an die Erde fließt, und der Spannung VNG der zwischen dem Nullleiter N und der Erde des Netzes vorhandenen Spannung für zwei unterschiedliche Werte des Widerstandes der Erdungsleitung 68 berechnet, und wie zuvor wird dieser berechnete Wert IkR mit einem Schwellenwert verglichen, der ähnlich dem zuvor erwähnten Schwellenwert IkRmaX ist, im Hinblick auf das Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung oder des Abschaltens der Versorgungsquelle, um alle Unfallrisiken auszuschließen.
Es ist festzustellen, dass die soeben beschriebene Erfindung einerseits ermöglicht, die Auswirkung einer in einem elektrischen Energieversorgungsnetz auftretenden einphasigen Störung zu minimieren, die elektrische Energieversorgung aufrechtzuerhalten, wenn der Fehlerstrom durch Erdung der Phase beseitigt ist und dieser keine Gefahr mehr darstellt, und andererseits die Versorgung im Gefahrenfall zu unterbrechen.
Sie ermöglicht außerdem die Überwachung und Kontrolle des Fehlerstromes anhand charakteristischer Größen, die direkt in dem Netz verfügbar sind, und ist damit relativ einfach einzusetzen.

Claims

1. Verfahren zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz in Anwesenheit einer Störung auf einer fehlerhaften Phase einer Ausspeisungsleitung (D; ) des Netzes, · mit den Schritten des Erfassens der Störung und der Erdung der fehlerhaften Phase derart, dass der Fehlerstrom, der sich in dem Netz unter der Wirkung der Störung ausbreitet, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem I · die Schritte der Berechnung eines Asymmetriestromes (IKDD; IKR), der sich aus einem Ungleichgewicht zwischen den Phasen der Leitung ergibt, und der eine erste repräsentative Komponente für das Ungleichgewicht in Abwesenheit der Störung und eine zweite repräsentative Komponente für den Fehlerstrom aufweist, und der Berechnung der Differenz zwischen dem Wert des Asymmetriestromes (IKDD; IKR) und einem Schwellenwert (IKDDmax; IKRmax) umfasst, der ausgehend von dem Wert des Asymmetriestromes der Ausspeisungsleitung oder des Netzes in Abwesenheit der Störung bestimmt wird, so dass die Aufhebung des Fehlerstromes und das Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung überprüft wird, wenn der berechnete Wert des Asymmetriestromes (IKDD; IKR) kleiner als der Schwellenwert (IKDDmax, IKRmax) ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt der Erdung der fehlerhaften Phase nacheinander erste und zweite Messungen einerseits eines Reststromes (resi; Irest), der sich in dem Netz verbreitet, und andererseits der Spannung (VNG), die zwischen dem Nulleiter des Netzes (N) und der Erde vorhanden ist, durchgeführt werden, wobei die ersten und zweiten Messungen jeweils für einen Widerstandswert eines Widerstandselementes (27; 64), das in Reihe auf einer Leitung (18; 53; 68) zur Erdung der fehlerhaften Phase angeschlossen ist, durchgeführt werden, und dass der Asymmetriestrom (IKDD; IKR) ausgehend von dem Wert berechnet wird, der sich aus den ersten und zweiten Messungen ergibt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Reststrom der Reststrom (lresi) ist, der sich in der Ausspeisungsleitung (Di) mit der fehlerhaften Phase ausbreitet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Reststrom der gesamte Reststrom (Irest) des Netzes ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt der Erdung der fehlerhaften Phase nacheinander erste und zweite Messungen einerseits eines Erdstromes (If), der sich in einer Erdungsleitung (68) der fehlerhaften Phase ausbreitet, und andererseits der Spannung (VNG), die zwischen dem Nulleiter des Netzes (N) und der Erde vorhanden ist, durchgeführt werden, wobei die ersten und zweiten Messungen jeweils für einen Widerstandswert eines Widerstandselementes (27; 64), das in Reihe auf der Leitung (68) zur Erdung angeschlossen ist, durchgeführt werden, und dass der Asymmetriestrom (IKR) ausgehend von den Werten berechnet wird, die sich aus den ersten und zweiten Messungen ergeben.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Messungen für einen Nullwert des Widerstandes des Widerstandselementes durchgeführt werden.

7. Vorrichtung zum Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz in Anwesenheit einer Störung auf einer fehlerhaften Phase einer Ausspeisungsleitung (Di) des Netzes, mit Vorrichtungen zur Erfassung der Störung und der fehlerhaften Phase und selektiven Vorrichtungen zum Anschluss der fehlerhaften Phase an die Erde (18; 53; 68) derart, dass der Fehlerstrom, der sich in dem Netz unter der Wirkung der Störung ausbreitet, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem erste Vorrichtungen zur Berechnung (20; 50) eines Asymmetriestromes (IKDD; IKR), der sich aus einem Ungleichgewicht zwischen den Phasen der Leitung (Di) ergibt, und der eine erste repräsentative Komponente für das Ungleichgewicht in Abwesenheit der Störung und eine zweite repräsentative Komponente für den Fehlerstrom aufweist, und zweite Vorrichtungen zur Berechnung (20; 50) der Differenz zwischen dem Wert des Asymmetriestromes (IKDD; IKR), der von den ersten Berechnungsvorrichtungen geliefert wird, und einem Schwellenwert (IKDDmax; IKRmax) umfasst, der ausgehend von dem Wert des Asymmetriestromes der Leitung (Di) oder des Netzes in Abwesenheit der Störung bestimmt wird, so dass die Aufhebung des Fehlerstromes im Hinblick auf die Ermöglichung des Aufrechterhaltens der elektrischen Energieversorgung überprüft wird, wenn der berechnete Wert des Asymmetriestromes (IKDD; IKR) kleiner als der Schwellenwert (IKDDmax; IKRmax) ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Berechnungsvorrichtungen ein erstes Organ zur Messung (24i; 56) eines Reststromes (Iresi; Irest), der sich in dem Netz verbreitet, und ein zweites Organ zur Messung (22; 54) der Spannung (VNG), die zwischen dem Nulleiter (N) des Netzes und der Erde vorhanden ist, aufweisen, welche an eine zentrale Verarbeitungseinheit (20; 50) angeschlossen sind, die einen Umschalter (30) zum Anschluss eines Widerstandselementes (27; 54) in Reihe in einer Leitung zur Erdung (18; 53) der fehlerhaften Phase fernsteuert, und in der ein Berechnungsalgorithmus für den Asymmetriestrom (IKDD; IKR) ausgehend von den ersten und zweiten Werten, die von den ersten (24i; 54) und zweiten Messorganen (22; 54) geliefert werden, gespeichert ist, wobei die zweiten Werte den nach dem Anschluss des Widerstandselementes durchgeführten Messungen entsprechen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messorgan (24i) in der Ausspeisungsleitung angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messorgan (56) in einer Versorgungsleitung für ein Sammelschienensystem (58, 60, 62) zur Versorgung einer Anordnung von Ausspeisungsleitungen (Di) des Netzes im Hinblick auf die Messung des gesamten Reststromes (Irest) des Netzes angeordnet ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Berechnungsvorrichtungen ein erstes Messorgan (66) für einen Erdstrom (If), der sich in den Anschlussvorrichtungen an die Erde (68) der fehlerhaften Phase ausbreitet, und ein zweites Messorgan für die Spannung (VNG), die zwischen dem Nulleiter (N) des Netzes und der Erde vorhanden ist, aufweisen, welche an eine zentrale Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, die einen Umschalter zum Anschluss eines Widerstandselementes in Reihe auf den Vorrichtungen zum Anschluss an die Erde (68) der fehlerhaften Phase fernsteuert, und in der ein Berechnungsalgorithmus für den Asymmetriestrom (IKR) ausgehend von den ersten und zweiten Messwerten, die von den ersten und zweiten Messorganen geliefert werden, gespeichert ist, wobei die zweiten Messwerte den nach dem Anschluss des Widerstandselementes durchgeführten Messungen entsprechen.