EP4035247A1 - Verfahren zum schutz wenigstens eines teiles eines netzsegments eines elektrischen energieverteilungsnetzes - Google Patents

Verfahren zum schutz wenigstens eines teiles eines netzsegments eines elektrischen energieverteilungsnetzes

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EP4035247A1
EP4035247A1 EP20775621.4A EP20775621A EP4035247A1 EP 4035247 A1 EP4035247 A1 EP 4035247A1 EP 20775621 A EP20775621 A EP 20775621A EP 4035247 A1 EP4035247 A1 EP 4035247A1
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EP
European Patent Office
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electrical
line
devices
protection device
line protection
Prior art date
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Pending
Application number
EP20775621.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfram Heckmann
Philipp Strauss
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for protecting at least part of a network segment of an electrical power distribution network.
  • the invention relates to a method for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network, which has a line arrangement to which one or more intermediate feed devices for feeding temporarily fed energy into the respective line arrangement are connected.
  • the invention relates to a network segment of an electrical energy distribution network.
  • the invention relates to a network segment of an electrical energy distribution network, which has a line arrangement to which one or more intermediate feed devices for feeding temporarily fed energy into the respective line arrangement are connected.
  • the object of the present invention is to provide a method for network protection and a network segment with network protection which avoid the disadvantages mentioned.
  • the object is achieved by a method for protecting at least part of a network segment of an electrical power distribution network, which has one or more line arrangements, which are each connected to one or more supply areas via a line protection device to protect the respective line arrangement one feed device each device for supplying electrical energy are connected to the respective line arrangement, each line protection device having a receiving device, a triggering device and a disconnecting device, with one or more intermediate feed devices for feeding temporarily fed electrical energy into the respective line arrangement and / or a or several electrical loads are connected, at least one of the intermediate feed devices and / or at least one of the electrical loads having a voltage drop detection device and a signal generating device, the method comprising the following steps:
  • the electrical signal or signals being one or more of a network frequency of the network segment have different frequencies
  • a network segment is generally part of an electrical energy distribution network.
  • the term “electrical energy distribution network” refers to both electrical energy distribution networks in the narrower sense (local or regional networks) and electrical energy transmission networks (supraregional networks).
  • the network segment can in turn be divided into sub-segments.
  • the network segment or the sub-segments can be designed for the transmission of direct current, alternating current or three-phase current.
  • Sub-segments can carry different voltages and / or types of current.
  • the invention is particularly suitable for medium-voltage networks with a nominal voltage between 1 kV and 60 kV and for low-voltage networks with a nominal voltage of less than 1 kV.
  • the network segment or the sub-segments can in particular have a beam topology, a ring topology or a mesh topology.
  • a line arrangement comprises a continuous line-shaped line or a plurality of continuous line-shaped lines which are electrically connected to one another.
  • the lines can be single-core or multi-core.
  • the line arrangement is connected to at least one feed area via a line protection device for protecting the respective line arrangement with a respective feed device for supplying electrical energy to the respective line arrangement.
  • the feed device can in particular be designed to feed centrally generated electrical energy.
  • the feed area can in particular be formed at one end of one of the lines of the line arrangement.
  • the line protection device serves to identify an electrical fault on the line arrangement and, if an electrical fault is detected, to electrically isolate the line arrangement from the supply device.
  • An electrical fault is understood to mean that a permissible maximum value of the current on the line arrangement is exceeded. This can be triggered, for example, by a short circuit between different wires in the line arrangement, by an earth fault of at least one wire in the line arrangement, or by overloading the line arrangement.
  • the feed device can be, for example, a further line arrangement or a transformer. At least one intermediate feed device is connected to at least one of the line arrangements for feeding in temporarily fed electrical energy into the respective line arrangement and / or an electrical load.
  • only one or more intermediate feed devices are connected to the respective line arrangement.
  • only one or more electrical loads are connected to the respective line arrangement.
  • one or more intermediate feed devices and one or more electrical loads are connected to the respective line arrangement.
  • An intermediate feed device is a feed device which feeds electrical energy directly into the line arrangement, that is to say without an interposed line protection device. Accordingly, the term “interposed electrical energy” relates to electrical energy that is fed directly into the line arrangement, ie without an interposed line protection device.
  • the intermediate feed device can in particular be designed to feed in decentrally generated or stored electrical energy.
  • the intermediate feed device can in particular be a power converter which provides the temporarily fed electrical energy with the desired frequency and with the desired voltage.
  • An electrical load is an electrical consumer that can be supplied through the line arrangement with electrical energy supplied via the line protection device and / or with temporarily fed electrical energy.
  • the load can be, for example, an electric drive with a converter.
  • the term centrally generated electrical energy refers to electrical energy that is generated in large central power plants with a typical output of over 150 MW.
  • the term decentrally generated electrical energy relates to electrical energy that is generated and / or stored in decentralized systems with a lower output.
  • the decentralized systems can be, for example, photovoltaic systems, wind power systems, combined heat and power systems or accumulator systems.
  • the intermediate feed device and / or the electrical load includes a voltage drop detection device which can detect a voltage drop on the line arrangement in the area of the intermediate feed device or the electrical load.
  • the intermediate feed device or the electrical load comprises a signal generation device which, when a voltage dip is detected, generates an electrical signal which is then fed into the line arrangement.
  • the electrical signal can be a voltage or a current. It can also be a digital electrical signal or an analog electrical signal. It is essential, however, that the electrical signal has one or more frequencies different from a network frequency of the network segment, so that the electrical signal can be recognized on the line arrangement.
  • the line protection device has a receiving device, a triggering device and a disconnecting device.
  • the receiving device is designed to receive the electrical signal from the intermediate feed device.
  • the triggering device is designed to detect electrical faults on the respective line arrangement by evaluating the signal.
  • the triggering device is designed in such a way that it triggers the disconnecting device when an electrical fault is detected in the respective line arrangement.
  • the separating device is designed in such a way that, when triggered, it electrically separates the line arrangement from the supply device in order to prevent or reduce the further inflow of electrical energy which could damage or even destroy the line arrangement .
  • the separating device can be an electrical fuse.
  • electrical fuse For example, remotely triggered fuses, electromechanical fuses, circuit breakers or switch disconnectors can be used.
  • the method according to the invention reports this disadvantage, among other things, in that it is not based on the current strength at the line protection device but on the voltage at the intermediate feed device. In this way, electrical faults on the line arrangement can also be reliably detected when intermediate feed devices are feeding in on the line arrangement.
  • the line arrangements are used to transmit the alternating signal, no separate information lines are required.
  • a depth of the respective voltage drop is determined, the depth of the respective voltage drop being taken into account when one of the electrical faults on the respective line arrangement of the respective line protection device is recognized.
  • the network segment has several line arrangements to each of which at least one intermediate feed device is connected, then cases are also conceivable in which an electrical fault on one of the line arrangements in many cases means that the intermediate feed devices of different line arrangements recognize a voltage drop and to transfer. This effect is also called “sympathetic tripping". If the depth of the voltage dip at the respective intermediate feed device is taken into account by the line protection devices, then the line protection devices can recognize whether the electrical fault was detected on the line arrangement assigned to it or on another line arrangement. As a rule, the voltage drop is deepest on the line arrangement on which the electrical fault occurs In this way, the electrical fault can be localized. It is then possible that only the triggering device of the line protection device specifically affected triggers its assigned disconnecting device. In this way, the risk of faulty triggering of the disconnection device of one of the line arrangements can be further reduced.
  • the line arrangements are stub lines which are connected via the respective line protection devices 4 to the same feed device which is connected to a further feed device via a further line protection device, the further line protection device being a further receiving device, a further triggering device and has a further disconnection device, the disconnection device of the further line protection device being triggered by the release device of the further line protection device of the further line arrangement if one of the electrical faults on one of the stub lines based on the electrical signal received by its receiving device is triggered by the release device of the further line protection device or the electrical signals received by the receiving devices are recognized, and if so by the triggering device the further line protection device which is recognized that the disconnection device of the line protection device of the branch line, on which the respective electrical fault is detected, is triggered by the tripping device 7 of the line protection device of the branch line on which the respective electrical fault is detected, is not triggered.
  • the other line protection facilities are structured analogously to the line protection facilities described above.
  • the further receiving device corresponds to the previously described receiving devices
  • the further triggering device corresponds to the previously described triggering devices
  • the further separating device corresponds to the previously described separating devices
  • each of the electrical signals is an analog alternating signal.
  • the alternating signal can be an alternating voltage or an alternating current.
  • it is essential that the electrical alternating signal has one or more frequencies different from a network frequency of the network segment, so that the electrical alternating signal can be decoupled from the line arrangement, for example by using suitable filters.
  • the use of an analog alternating signal to transmit information from the intermediate feed device to the line protection device has the advantage over the use of digital signals, for example, that the use of computationally intensive digital protocols or the additional communication line can be dispensed with.
  • the information transfer can be accelerated in this way, so that the separating device can be triggered without any further delay if an electrical fault is detected.
  • the alternating signal may generate undesired harmonics on the line arrangement, but this can be accepted because the alternating signal is only transmitted when an electrical fault is detected.
  • the one or more frequencies of the alternating signal, an amplitude of the alternating signal and / or a curve shape of the alternating signal are determined as a function of the depth of the respective voltage drop. In this way, the depth of the respective voltage dip can be transmitted quickly and safely to the line protection devices
  • the one or more frequencies of the alternating signals differ from at least some of the signal generating devices, with the detection of the electrical faults on the respective line arrangement of the respective line protection device being determined and taken into account from which of the signal generating devices the respective alternating signal originates. If the network segment has several line arrangements to each of which at least one intermediate feed device is connected, an electrical fault on one of the line arrangements often leads to the fact that only the intermediate feed device of the faulty line arrangement detects and transmits a voltage drop. If the alternating signal is now designed so that conclusions can be drawn about the sending intermediate feed device, the line protection devices can detect whether the electrical fault was detected on the line arrangement assigned to it or on another line arrangement. In this way, the electrical fault can be localized. It is then possible that only the triggering device of the line protection device specifically affected triggers its assigned disconnecting device. In this way, the risk of faulty triggering of the separating device of one of the line arrangements can be reduced.
  • a depth of the respective voltage drop is determined, the one or more frequencies of the alternating signal, an amplitude of the alternating signal and / or a curve shape of the alternating signal depending on the depth of the respective voltage drop is specified, and when one of the electrical faults on the respective line arrangement of the respective line protection device is detected, the depth of the respective voltage dip is determined and taken into account.
  • the network segment has several line arrangements to each of which at least one intermediate feed device is connected, cases are also conceivable in which an electrical fault on one of the line arrangements often results in the intermediate feed devices of different line arrangements recognizing a voltage dip and submit. This effect is also called “sympathetic tripping".
  • the line protection devices can recognize whether the electrical fault was detected on the line arrangement assigned to it or on another line arrangement old rule, the voltage drop is lowest on the line arrangement on which the electrical fault occurs. In this way, the electrical fault can be localized. It is then possible that only the triggering device of the line protection device specifically affected triggers its assigned disconnecting device. In this way, the risk of a faulty triggering of the separating device of one of the line arrangements can be further reduced.
  • several intermediate feed devices for feeding electrical energy into the respective line arrangement are connected to at least one of the line arrangements, the one or more frequencies and phases of the alternating signals of the several signal generating devices corresponding to one of the line arrangements, so that the alternating signals of the plurality of signal generating devices of one of the line arrangements add up.
  • each of the alternating signals has at least two frequencies, the at least two frequencies being taken into account when the electrical faults on the respective line arrangement of the respective line protection device are recognized. In this way, the risk of faulty triggering of the separating device of one of the line arrangements can be further reduced.
  • the object is achieved by a network segment of an electrical power distribution network, which has one or more line arrangements, each of which is connected to one or more feed areas via a line protection device to protect the respective line arrangements, each with a feed device for supplying electrical Energy are connected to the respective line arrangement; each line protection device having a receiving device, a triggering device and a disconnecting device; wherein one or more intermediate feed devices for feeding temporarily fed electrical energy into the respective line and / or one or more electrical loads are connected to at least one of the line arrangements; wherein at least one of the intermediate feed devices and / or at least one of the electrical loads has a voltage drop detection device and an alternating signal generating device; wherein the voltage drop detection devices are designed to detect voltage drops on the respective intermediate feed device or on the respective electrical load of the line arrangements; wherein the alternating signal generating devices are designed to generate and feed an electrical alternating signal into the respective line arrangement if one of the voltage drops is detected at the intermediate feed device or the electrical load of the respective alternating signal generating device; wherein
  • Separating device are formed when on the respective line arrangement of respective line protection device one of the electrical faults is detected, so that the respective line arrangement is electrically separated from the respective feed device.
  • FIG. 1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a network segment according to the invention of an electrical energy distribution network
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a method according to the invention for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network segment according to the invention of an electrical energy distribution network
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network segment according to the invention of an electrical energy distribution network.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an inventive network segment 1 of an electrical power distribution network, which has one or more line arrangements 2, each of which is connected to one or more feed areas 3 via a line protection device 4 to protect the respective line arrangement 2 with one Feed device 5 for feeding electrical energy NES are connected to the respective line arrangement 2; each line protection device 4 having a receiving device 6, a triggering device 7 and a disconnecting device 8; wherein one or more intermediate feed devices 9 for feeding in temporarily fed electrical energy EES into the respective line arrangement 2 are connected to at least one of the line arrangements 2; wherein at least one of the intermediate feed devices 9 has a voltage drop detection device 10 and a signal generation device 11; the voltage drop detection devices 10 being designed to detect voltage drops at the respective intermediate feed device 9 of the line arrangements 2; the signal generating devices 11 being designed to generate and feed an electrical signal WS into the respective line arrangement 2 when one of the voltage drops is detected at the intermediate feed device 9 or the electrical load 14 of the respective signal generating device 10; wherein the electrical signal WS or the electrical signals
  • the feed device 5 is designed as an energy supply line which feeds electrical energy NES into the line arrangement 2 via the line protection device 4. Furthermore, electrical energy EES that is temporarily fed in is fed into the line arrangement 2 via the intermediate feed device 9. It is assumed that an electrical fault EF occurs on the line arrangement 2. This means that the sum of the current strength of the electrical energy NES supplied via the line protection device 4 and the current strength of the electrical energy EES supplied via the intermediate feed device 9 on the line arrangement exceeds permissible maximum value. While this error can only be detected in a conventional network segment when the current strength of the electrical energy NES at the line protection device exceeds the maximum permissible value, the electrical error EF in the network segment 1 according to the invention can also be detected if this requirement is met not submitted.
  • the line protection device 4 with the feed device 5, the receiving device 6 and the triggering device 7, the feed device 9 with the voltage drop detection device 10 and the signal generating device 11 can be designed as a combination of software and hardware components.
  • One processor can be provided in each case.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a method V according to the invention for protecting at least part of a network segment 1 of an electrical power distribution network, which has one or more line arrangements 2, each of which is connected to one or more supply areas 3 via a line protection device 4 to protect the respective line arrangement 2 are each connected to a feed device 5 for feeding electrical energy NES to the respective line arrangement 2, each line protection device 4 having a receiving device 6, a triggering device 7 and a disconnecting device 8, at least one of the Line arrangements 2 one or more intermediate feed devices 9 for feeding temporarily fed electrical energy EES into the respective line arrangement 2 and / or at least one electrical load 14, with at least one of the intermediate points being connected feed devices 9 and / or at least one of the electrical loads 14 has a voltage drop detection device 10 and a signal generating device 11.
  • Method V comprises the following steps:
  • Step VS 1 Detection of voltage drops at the intermediate feed devices 9 and / or at the electrical loads 14 of the line arrangements 2 by means of the voltage drop detection devices 10;
  • Step VS2 Generating and feeding an electrical signal WS into the respective line arrangement 2 by means of the signal generating device 11 at each of the intermediate feed devices 9 and at each of the electrical loads 14 at which one of the voltage drops is detected, the electrical signal WS or the electrical signals WS have one or more frequencies different from a network frequency of the network segment 1;
  • Step VS3 receiving the electrical signal WS or the electrical signals WS via the line arrangements 2 by the receiving devices 6 of the line protection devices 4;
  • Step VS4 Detection of electrical faults EF on the respective line arrangement 2 of the respective line protection device 4 on the basis of the electrical signal WS received by the receiving device 6 of the respective line protection device 4 or that received by the receiving device 6 of the respective line protection device 4 electrical signals WS by means of the triggering device 7 of the respective line protection device 4;
  • Step VS5 the disconnection device 8 of the line protection device 4 of the line arrangement 2, at which one of the electrical faults EF is detected, by the respective triggering device 7, so that the respective line arrangement 2 is electrically separated from the respective feed device 5.
  • a depth of the respective voltage dips is determined, with the detection of one of the electrical faults EF at the respective
  • each of the electrical signals WS is an analog alternating signal WS.
  • the one or more frequencies of the alternating signal WS, an amplitude of the alternating signal WS and / or a curve shape of the alternating signal WS is determined as a function of the depth of the respective voltage dip.
  • the one or more frequencies of the alternating signals WS differ from at least some of the signal generating devices 11, with the respective line protection device 4 being determined and taken into account when the electrical faults EF on the respective line arrangement 2 are recognized, from which of the signal generating devices 11 the respective alternating signal WS originates.
  • a plurality of intermediate feed devices 9 for feeding in are provided on at least one of the line arrangements 2. feed electrical energy into the respective line arrangement 2, the one or more frequencies and phases of the alternating signals WS of the several signal generating devices 11 corresponding to one of the line arrangements 2, so that the alternating signals WS of the several Ren signal generating devices 11 of one of the line arrangements 2 sum.
  • each of the alternating signals WS has at least two frequencies, the at least two frequencies being taken into account when the electrical faults EF are recognized on the respective line arrangement 2 of the respective line protection device 4.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network segment 1 according to the invention of an electrical energy distribution network.
  • the line arrangements 2.1; 2.2 stub lines 2.1; 2.2 which via the respective line protection devices 4.1; 4.2 are connected to the same feed device 5, which is connected to a further feed device 13 via a further line protection device 12, the further line protection device 12 having a further receiving device, a further triggering device and a further disconnecting device, the disconnecting device of the further line protection device 12 is triggered by the triggering device of the further line protection device of the further line arrangement if one of the electrical faults EF on one of the stub lines 2.1; 2.2 using the electrical signal WS1 received by its receiving device; WS2 or the electrical signals WS1; WS2 is recognized, and when it is recognized by the tripping device of the further line protection device that the disconnection device of the line protection device 4.1; 4.2 of the branch line 2.1; 2.2, by which the respective electrical fault EF is recognized the release device 7 of the line protection device 4.1; 4.2 of the branch line 2.1; 2.2
  • the exemplary network segment 1 in FIG. 3 comprises a line arrangement 2.1, which is connected to the feed device 5.1 via the line protection device 4.1. Furthermore, the network segment 1 comprises a line arrangement 2.2, which is also connected to the feed device 5 via the line protection device 4.2.
  • the feed device 5 is designed as a feed line and is connected via the further line protection device 12 to the further feed device 13, which is a transformer.
  • the line arrangements 2.1 and 2.2 are designed as stub lines.
  • the electrical energy NES3 supplied by the further supply device 13 is divided in such a way that the electrical energy NES1 is supplied to the line arrangement 2.1 and the electrical energy NES2 is supplied to the line arrangement 2.2.
  • the intermediate feed device 9.1 is connected to the line arrangement 2.1 and supplies the line arrangement 2.1 with the electrical energy EES1 that has been temporarily fed in. Furthermore, the intermediate feed device 9.2 is connected to the line arrangement 2.2 and supplies the line arrangement 2.2 with the electrical energy EES2 that has been temporarily fed in.
  • the line protection devices 4.1 and 4.2 and the further line protection device 12 correspond to the line protection device 4 in FIG. 1.
  • the intermediate feed devices 9.1 and 9.2 also correspond to the intermediate feed devices 9 in FIG. 1.
  • the intermediate feed device 9.1 detects a voltage drop on the line arrangement 2.1. As a result, it feeds the signal WS1 into the line arrangement 2.1. The WS1 signal is then transmitted via the network segment 1 to the line protection devices 4.1 and 4.2 and to the further line protection device 12.
  • the intermediate feed device 9.2 also detects a voltage drop on the line arrangement 2.2. As a result, it feeds the signal WS2 into the line arrangement 2.2. The WS2 signal is then transmitted via the network segment 1 to the line protection devices 4.1 and 4.2 and to the further line protection device 12.
  • the signals WS1 and WS2 are designed so that the line protection devices 4.1 and 4.2 and the line protection device 12 can assign the signal WS1 to the intermediate feed device 9.1 and the signal WS2 to the intermediate feed device 9.2.
  • the signals WS1 and WS2 are designed so that the line protection devices 4.1 and 4.2 and the line protection device 12 can determine the respective depth of the voltage drops on the line arrangements 2.1 and 2.2. This enables the line protection devices 4.1 and 4.2 and the line protection device 12 to recognize that the electrical fault EF has occurred on the line arrangement 2.1. This then leads to the line protection device 4.2 not disconnecting. However, it is provided that the line protection device disconnects 4.1. If the line protection device 4.1 is disturbed and does not disconnect, it is provided that the further line protection device 12 disconnects.
  • the further line protection device 12 with the further feed device, the further receiving device and the further triggering device can be designed as a combination of software and hardware components.
  • One processor can be provided in each case.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a network segment 1 according to the invention of an electrical energy distribution network, which has one or more line arrangements 2, each of which is connected to one or more feed areas 3 via a line protection device 4 to protect the respective line arrangement 2 a supply device 5 for supplying electrical energy NES to the respective line arrangement 2; each line protection device 4 having a receiving device 6, a triggering device 7 and a disconnecting device 6; one or more electrical loads 14 being connected to at least one of the line arrangements 2; at least one of the electrical loads 14 having a voltage drop detection device 10 and a signal generating device 11; the voltage drop detection devices 10 being designed to detect voltage drops at the intermediate feed devices 9 of the line arrangements 2; the signal generating devices 11 being designed to generate and feed an electrical signal WS into the respective line arrangement 2 when one of the voltage drops is detected at the electrical load 14 of the respective signal generating device 10; wherein the electrical signal WS or the electrical signals WS have one or more frequencies different from a network frequency of the network segment; the receiving devices
  • the exemplary embodiment in FIG. 4 is based on the exemplary embodiment in FIG. 1. However, in the exemplary embodiment in FIG. 4, the voltage drop detection device 10 and the signal generating device 11 are part of an electrical load 14.
  • Embodiments of the proposed method or the proposed network segment for protection triggering use the decentralized detection of a voltage drop in the event of a network fault, the transmission of the information to a central protection system or switching device and the assignment of specific signals to protection areas.
  • the properties of converters for the detection of voltage dips and their control options are used to provide the central network protection device with additional information or to send a trigger signal to the central switching device or fuse.
  • This information or the trigger signal is actively generated by the converter as an error signal and can be evaluated by the corresponding mains protection device.
  • the method and the device include the assignment of specific error signals to individual protection areas, the generation of an error signal when a network error is detected by one or more power converters and the detection of this signal or these signals by one or more network protection devices.
  • the procedure supports the selective fault clearance in supply networks with loads or generators that are connected to the network via power electronics.
  • signals for the transmission of information in network protection concepts are used, which have at least one frequency that deviates from the basic frequency of the electrical energy supply, and the information is appropriately evaluated in a phase-selective manner.
  • the functional sequence is basically as follows: a) The converter detects the symmetrical or asymmetrical voltage drop at the grid connection point. b) Immediately after the voltage drop is detected, the converter feeds a signal outside the base frequency onto the power line on
  • Grid connection point e.g. one or more harmonic currents or, in the case of DC systems, any curve shape.
  • each protection area is assigned a specific frequency or curve (This means that in addition to “blinding", “sympathetic tripping” can also be recognized and avoided.)
  • the signal is adjusted depending on the deviation of the measured voltage at the network connection point from the target voltage.
  • the mains protection device or the switching device / the fuse recognizes the signals on individual phases and evaluates them, eg exceeding the threshold value of defined harmonic currents, and reacts directly or depending on other indicators and parameters.
  • Fault signals from several inverters can be fed in in such a way that the signals are amplified together in order to jointly reach a threshold value.
  • the error could be sent on several frequencies, e.g. to avoid false tripping by means of an AND link.
  • the method could also send the extent of the converter overload instead of an error.
  • Goals are a. to maintain the selectivity between main and backup protection, b. Increase the speed of error clearance by reducing the time graduation intervals in the distribution network, c. Avoidance of "sympathetic tripping" through more precise allocation of the protection areas.
  • the novelty of this method in network protection is the active transmission of signals, which deviate from the basic frequency, through equipment on the power line, which is quickly recognized by the use of simple filters in the network protection device and can be evaluated. There is an active provision of information from the equipment (which goes beyond a short-circuit current contribution). No additional communication lines are required because the power lines are used to transmit information. In contrast to known methods such as powerline communication and ripple control, in this invention communication takes place via individual signals and not via communication protocols. In addition, no separate transmitting or receiving devices are used, which are required for the PLC and ripple control. Aspects of the invention which are described in connection with a device also relate to corresponding methods. Conversely, those aspects of the invention which are described in connection with a method also relate to a corresponding device. Reference number:
  • Module inverters successful technology from NRW. Date: 01.01.2004 10:00 Category: Energy & Environment Press release from: AG Solar. https://www.openpr.de/news/30290/Modulscheinrichter-Erglich-

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Abstract

Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, folgende Schritte umfassend: Erkennen von Spannungseinbrüchen an den Zwischeneinspeiseeinrichtungen der Leitungsanordnungen mittels der Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen; Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals in die jeweilige Leitungsanordnung mittels der Signalerzeugungseinrichtung an jeder der Zwischeneinspeiseeinrichtungen, an denen einer der Spannungseinbrüche erkannt wird, wobei das elektrische Signal oder die elektrischen Signale eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweisen; Empfangen des elektrischen Signals oder der elektrischen Signale über die Leitungsanordnungen durch die Empfangseinrichtungen der Leitungsschutzeinrichtungen; Erkennen von elektrischen Fehlem an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschuteeinrichtung anhand des durch die Empfangseinrichtung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung empfangenen elektrischen Signals oder der durch die Empfangseinrichtung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung empfangenen elektrischen Signale mittels der Auslöseeinrichtung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung; und Auslösen der Trenneinrichtung der Leitungsschutzeinrichtung der Leitungsanordnung, an der einer der elektrischen Fehler erkannt wird, durch die jeweilige Auslöseeinrichtung, sodass die jeweilige Leitungsanordnung von dem jeweiligen weiteren Element elektrisch getrennt wird.

Description

Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments eines elektrischen Energieverteilungsnetzes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netz- segments eines elektrischen Energieverteilungsnetzes. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine Leitungsanordnung auf- weist, an die eine oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen zum Einspeisen von zwischeneingespeister Energie in die jeweilige Leitungsanordnung angeschlos- sen sind.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Netzsegment eines elektrischen Energieverteilungsnetzes. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Netzsegment ei- nes elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine Leitungsanordnung auf- weist, an die eine oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen zum Einspeisen von zwischeneingespeister Energie in die jeweilige Leitungsanordnung angeschlos- sen sind.
Die dezentrale Erzeugung und/oder Speicherung von elektrischer Energie sowie die dezentrale Einspeisung derartiger Energie in Netzsegmente elektrischer Energiever- teilungsnetze gewinnt immer mehr an Bedeutung. Allerdings führt das zu Schwierig- keiten beim Schutz derartiger Netzsegmente, da elektrische Fehler in solchen Netz- segmenten mit herkömmlichen Verfahren und Netzsegmenten nicht mehr sicher oder nur mit erhöhtem Aufwand erkannt und lokalisiert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Netz- schutz und ein Netzsegment mit einem Netzschutz bereitzustellen, welche die ge- nannten Nachteile vermeiden.
In einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments eines elektrischen Energieverteilungs- netzes, welches eine oder mehrere Leitungsanordnungen aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführbereichen jeweils über eine Leitungsschutzeinrich- tung zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung mit jeweils einer Zuführeinrich- tung zum Zuführen von elektrischer Energie zu der jeweiligen Leitungsanordnung verbunden sind, wobei jede Leitungsschutzeinrichtung eine Empfangseinrichtung, eine Auslöseeinrichtung und eine Trenneinrichtung aufweist, wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen eine oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie in die jeweilige Leitungsanordnung und/oder eine oder mehrere elektrische Lasten angeschlossen sind, wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen und/oder wenigs- tens eine der elektrischen Lasten eine Spannungseinbruchserkennungseinrichtung und eine Signalerzeugungseinrichtung aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erkennen von Spannungseinbrüchen an den Zwischeneinspeiseeinrichtungen und/oder an den elektrischen Lasten der Leitungsanordnungen mittels der Span- nungseinbruchserkennungseinrichtungen;
Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals in die jeweilige Leitungsanord- nung mittels der Signalerzeugungseinrichtung an jeder der Zwischeneinspeiseein- richtungen und an jeder der elektrischen Lasten, an denen einer der Spannungsein- brüche erkannt wird, wobei das elektrische Signal oder die elektrischen Signale eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweisen;
Empfangen des elektrischen Signals oder der elektrischen Signale über die Lei- tungsanordnungen durch die Empfangseinrichtungen der Leitungsschutzeinrichtun- gen;
Erkennen von elektrischen Fehlern an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweili- gen Leitungsschutzeinrichtung anhand des durch die Empfangseinrichtung der je- weiligen Leitungsschutzeinrichtung empfangenen elektrischen Signals oder der durch die Empfangseinrichtung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung empfange- nen elektrischen Signale mittels der Auslöseeinrichtung der jeweiligen Leitungs- schutzeinrichtung; und
Auslösen der Trenneinrichtung der Leitungsschutzeinrichtung der Leitungsanord- nung, an der einer der elektrischen Fehler erkannt wird, durch die jeweilige Auslö- seeinrichtung, sodass die jeweilige Leitungsänordnung von der jeweiligen Zuführein- richtung elektrisch getrennt wird.
Bei einem Netzsegment handelt es sich allgemein um einen Teil eines elektrischen Energieverteilungsnetzes. Der Begriff „elektrisches Energieverteilungsnetz“ bezieht sich dabei sowohl auf elektrische Energieverteilungsnetze im engeren Sinne (lokale oder regionale Netze) als auch auf elektrische Energieübertragungsnetze (überregi- onale Netze). Das Netzsegment kann wiederum in Untersegmente aufgeteilt sein. Das Netzsegment bzw. die Untersegmente können zur Übertragung von Gleich- strom, Wechselstrom oder Drehstrom ausgebildet sein. Dabei können Unterseg- mente verschiedene Spannungen und/oder Stromarten führen. Besonders geeignet ist die Erfindung für Mittelspannungsnetze mit einer Nennspannung zwischen 1 kV und 60 kV und für Niederspannungsnetze mit einer Nennspannung von weniger als 1 kV. Das Netzsegment bzw. die Untersegmente können insbesondere eine Strah- lentopologie, eine Ringtopologie oder eine Maschentopologie aufweisen.
Eine Leitungsanordnung umfasst eine durchgehende linienförmige Leitung oder mehrere durchgehende linienförmige Leitungen, welche elektrisch miteinander ver- bunden sind. Die Leitungen können dabei einadrig oder mehradrig ausgeführt sein.
Die Leitungsanordnung ist dabei wenigstens an einem Zuführbereich über eine Lei- tungsschutzeinrichtung zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung mit jeweils einer Zuführeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie zu der jeweiligen Leitungsanordnung verbunden. Die Zuführeinrichtung kann insbesondere zum Zu- führen von zentral erzeugter elektrischer Energie ausgebildet sein. Der Zuführbe- reich kann insbesondere an einem Ende einer der Leitungen der Leitungsanordnung ausgebildet sein. Die Leitungsschutzeinrichtung dient dazu, einen elektrischen Feh- ler auf der Leitungsanordnung zu erkennen und bei einem erkannten elektrischen · Fehler die Leitungsanordnung von der Zuführeinrichtung elektrisch zu trennen. Un- ter einem elektrischen Fehler wird dabei eine Überschreitung eines zulässigen Ma- ximalwertes der Stromstärke auf der Leitungsanordnung verstanden. Dies kann bei- spielsweise durch einen Kurzschluss zwischen verschiedenen Ädern der Leitungs- anordnung, durch einen Erdschluss wenigstens einer Ader der Leitungsanordnung oder durch eine Überlastung der Leitungsanordnung ausgelöst werden. Bei der Zu- führeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine weitere Leitungsanordnung oder um einen Transformator handeln. An wenigstens einer der Leitungsanordnungen ist wenigstens eine Zwischenein- speiseeinrichtung zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie in die jeweilige Leitungsanordnung und/oder eine elektrische Last angeschlossen.
In einigen Ausführungsbeispielen sind lediglich ein oder mehrere Zwischeneinspei- seeinrichtungen an die jeweilige Leitungsanordnung angeschlossen. In anderen Ausführungsbeispielen sind lediglich ein oder mehrere elektrische Lasten an die jeweilige Leitungsanordnung angeschlossen. In weiteren Ausführungsbeispielen sind ein oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen und ein oder mehrere elekt- rische Lasten an die jeweilige Leitungsanordnung angeschlossen.
Eine Zwischeneinspeiseeinrichtung ist eine solche Einspeiseeinrichtung, welche elektrische Energie direkt, also ohne zwischengeschaltete Leitungsschutzeinrich- tung, in die Leitungsanordnung einspeist. Dementsprechend bezieht sich der Begriff „zwischeneingespeiste elektrische Energie“ auf elektrische Energie, welche direkt, also ohne zwischengeschaltete Leitungsschutzeinrichtung, in die Leitungsanord- nung einspeist wird, Die Zwischeneinspeiseeinrichtung kann insbesondere zur Ein- speisung von dezentral erzeugter oder gespeicherter elektrischer Energie ausgebil- det sein. Bei der Zwischeneinspeiseeinrichtung kann es sich insbesondere um einen Stromrichter handeln, der die zwischeneingespeiste elektrische Energie mit der ge- wünschten Frequenz und mit der gewünschten Spannung bereitstellt.
Eine elektrische Last ist ein elektrischer Verbraucher, der durch die Leitungsanord- nung mit über die Leitungsschutzeinrichtung zugeführter elektrischer Energie und/oder mit zwischeneingespeister elektrischer Energie versorgt werden kann. Bei der Last kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Antrieb mit einem Stromrichter handeln Der Begriff zentral erzeugte elektrische Energie bezieht sich dabei auf elektrische Energie, die in zentralen Großkraftwerken mit einer typischen Leistung von über 150 MW erzeugt wird. Demgegenüber bezieht sich der Begriff dezentral erzeugte elekt- rische Energie auf elektrische Energie, die in dezentralen Anlagen kleinerer Leis- tung erzeugt und/oder gespeichert wird. Bei den dezentralen Anlagen kann es sich beispielsweise um Fotovoltaikanlagen, um Windkraftanlagen, um Blockheizkraft- werkanlagen oder um Akkumulatoranlagen handeln. Die Zwischeneinspeiseeinrichtung und/oder die elektrische Last umfasst eine Span- nungseinbruchserkennungseinrichtung, welche einen Spannungseinbruch auf der Leitungsanordnung im Bereich der Zwischeneinspeiseeinrichtung bzw. der elektri- sehen Last erkennen kann. Weiterhin umfasst die Zwischeneinspeiseeinrichtung bzw. die elektrische Last eine Signalerzeugungseinrichtung, welche bei einem er- kannten Spannungseinbruch ein elektrisches Signal erzeugt, welches dann in die Leitungsanordnung eingespeist wird. Bei dem elektrischen Signal kann es sich um eine Spannung oder um einen Strom handeln. Ebenso kann es sich um ein digitales elektrisches Signal oder um ein analoges elektrisches Signal handeln. Wesentlich ist dabei jedoch, dass das elektrische Signal ein oder mehrere von einer Netzfre- quenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweist, so dass das elektri- sche Signal auf der Leitungsanordnung erkannt werden kann. Die Leitungsschutzeinrichtung weist eine Empfangseinrichtung, eine Auslöseeinrich- tung und eine Trenneinrichtung auf. Die Empfangseinrichtung ist dabei zum Emp- fangen des elektrischen Signals von der Zwischeneinspeiseeinrichtung ausgebildet. Die Auslöseeinrichtung ist zum Erkennen von elektrischen Fehlern an der jeweiligen Leitungsanordnung durch Auswerten des Signals ausgebildet. Weiterhin ist die Aus- löseeinrichtung so ausgebildet, dass sie bei einem erkannten elektrischen Fehler an der jeweiligen Leitungsanordnung die Trenneinrichtung auslöst. Die Trenneinrich- tung wiederum ist so ausgebildet, dass sie, wenn sie ausgelöst wird, die Leitungs- anordnung elektrisch von der Zuführeinrichtung trennt, umso den weiteren Zufluss von elektrischer Energie zu verhindern oder zu reduzieren, welcher die Leitungsan- Ordnung beschädigen oder gar zerstören könnte.
Bei der Trenneinrichtung kann es sich um eine elektrische Sicherung handeln. Ver- wendet werden können beispielsweise fernauslösbare Schmelzsicherungen, elekt- romechanische Sicherungen, Leistungstrennschalter oder Lasttrennschalter.
Bei bekannten Leitungsschutzeinrichtungen in klassischen Netzsegmenten wird an der Leitungsschutzeinrichtung die Stromstärke der in die Leitungsanordnung einge- speisten Energie gemessen. Übersteigt die Stromstärke einen maximal zulässigen Wert, so wird auf einen elektrischen Fehler an der Leitungsanordnung geschlossen und die Leitungsschutzeinrichtung ausgelöst. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die maximal zulässige Stromstärke auf der Leitungsanordnung nicht über- schritten wird. Ist jedoch an die Leitungsanordnung eine Zwischeneinspeiseeinrich- tung zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie vorhanden, so addieren sich auf der Leitungsanordnung die Stromstärke der über die Leitungs- schutzeinrichtung eingespeisten Energie und die Stromstärke der zwischeneinge- speisten Energie. Liegt nun ein elektrischer Fehler vor, so kann die maximal zuläs- sige Stromstärke auf der Leitungsanordnung überschriten werden, obwohl die Stromstärke an der Leitungsschutzeinrichtung im zulässigen Bereich liegt. In diesem Fall kann der elektrische Fehler mit bekannten Leitungsschutzeinrichtungen nicht erkannt werden. Dieser Effekt wird auch als "Blinding" bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren vermeldet unter anderem diesen Nachteil, indem nicht auf die Stromstärke an der Leitungsschutzeinrichtung sondern auf die Span- nung an der Zwischeneinspeiseeinrichtung abgestellt wird. Hierdurch können elekt- rische Fehler auf der Leitungsanordnung auch dann sicher erkannt werden, wenn an der Leitungsanordnung Zwischeneinspeiseeinrichtungen einspeisen.
Da zur Übertragung des Wechselsignals die Leitungsanordnungen verwendet wer- den, werden keine separaten Informationsleitungen benötigt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Erkennen der Span- nungseinbrüche jeweils eine Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs ermittelt, wobei bei dem Erkennen eines der elektrischen Fehler an der jeweiligen Leitungs- anordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung die Tiefe des jeweiligen Span- nungseinbruchs berücksichtigt wird.
Wenn das Netzsegment mehrere Leitungsanordnungen aufweist, an die jeweils mindestens eine Zwischeneinspeiseeinrichtung angeschlossen ist, so sind aber auch Fälle denkbar, bei denen ein elektrischer Fehler auf einer der Leitungsanord- nungen in vielen Fällen dazu, dass die Zwischeneinspeiseeinrichtungen verschie- dener Leitungsanordnüngen einen Spannungseinbruch erkennen und übermitteln. Dieser Effekt wird auch „Sympathetic Tripping“ genannt. Wenn nun die Tiefe des Spannungseinbruchs an der jeweiligen Zwischeneinspeiseeinrichtung durch die Leitungsschutzeinrichtungen berücksichtigt wird, so kann diese erkennen, ob der elektrische Fehler auf der ihr zugeordneten Leitungsanordnung oder auf einer ande- ren Leitungsanordnung erkannt wurde. So ist in aller Regel der Spannungseinbruch am derjenigen Leitungsanordnung am tiefsten, an der der elektrische Fehler auftritt Auf diese Weise kann der elektrische Fehler örtlich eingegrenzt werden, So ist es dann möglich, dass lediglich die Auslöseeinrichtung der konkret betroffenen Lei- tungsschutzeinrichtung ihre zugeordnete Trenneinrichtung auslöst. Auf diese Weise kann die Gefahr einer fehlerhaften Auslösung der Trenneinrichtung einer der Lei- tungsanordnungen weiter verringert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens einige der Leitungsanordnungen Stichleitungen, welche über die jeweiligen Leitungsschutzein- richtungen 4 an dieselbe Zuführeinrichtung angeschlossen sind, welche über eine weitere Leitungsschutzeinrichtung mit einer weiteren Zuführeinrichtung verbunden ist, wobei die weitere Leitungsschutzeinrichtung eine weitere Empfangseinrichtung, eine weitere Auslöseeinrichtung und eine weitere Trenneinrichtung aufweist wobei die Trenneinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung durch die Auslöseein- richtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung der weiteren Leitungsanordnung ausgelöst wird, wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung einer der elektrischen Fehler an einer der Stichleitungen anhand des durch ihre Empfangsein- richtung empfangenen elektrischen Signals oder der durch die Empfangseinrichtun- gen empfangenen elektrischen Signale erkannt wird, und wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung der er- kannt wird, dass die Trenneinrichtung der Leitungsschutzeinrichtung der Stichlei- tung, an der der jeweilige elektrische Fehler erkannt wird, durch die Auslöseeinrich- tung 7 der Leitungsschutzeinrichtung der Stichleitung, an der der jeweilige elektri- sche Fehler erkannt wird, nicht ausgelöst wird.
Die weitere Leitungsschulzeinrichtung ist analog zu den bisher beschriebenen Lei- tungsechutzeinrichtungen aufgebaut. So entspricht die weitere Empfangseinrichtung den bisher beschriebenen Empfangseinrichtungen, die weitere Auslöseeinrichtung den bisher beschriebenen Auelöseeinrichtungen und die weitere Trenneinrichtung den bisher beschriebenen Trenneinrichtungen,
Bei einer derartigen hierarchischen Topologie des Netzsegments bewirken die Leis- tungsschutzeinrichtungen der Stichleitungen den Hauptschutz der Stichleitungen und die weitere Leistungsschutzeinrichtung den Reserveschutz der Stichleitungen. Durch die vorstehenden Merkmale ist nun sichergestellt, dass der Reserveschutz der Stichleitungen zum Tragen kommt, wenn der Hauptschutz einer der Stichleitun- gen versagt. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist jedes der elektrischen Signale ein analoges Wechselsignal. Bei dem Wechselsignal kann es sich um eine Wechselspannung oder um einen Wechselstrom handeln. Wesentlich ist dabei je- doch, dass das elektrische Wechselsignal ein oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweist, so dass das elektrische Wechselsignal, beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Filter, aus der Lei- tungsanordnung ausgekoppelt werden kann.
Die Verwendung eines analogen Wechselsignals zur Informationsübertragung von der Zwischeneinspeiseeinrichtung zur Leitungsschutzeinrichtung hat gegenüber der Verwendung von zum Beispiel digitalen Signalen den Vorteil, dass auf die Verwen- dung von rechenintensiven digitalen Protokollen oder die zusätzliche Kommunikati- onsleitung verzichtet werden kann. Zudem kann so die Informationsübertragung beschleunigt werden, so dass die Trenneinrichtung bei einem erkannten elektri- schen Fehler ohne weiteren Zeitverzug ausgelöst werden kann. Zwar erzeugt das Wechselsignal auf der Leitungsanordnung gegebenenfalls unerwünschte Ober- schwingungen, dies kann jedoch hingenommen werden, da das Wechselsignal le- diglich bei einem erkannten elektrischen Fehler übertragen wird.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird beim Erkennen der Spannungseinbrüche jeweils die eine oder die mehreren Frequenzen des Wechsel- signals, eine Amplitude des Wechselsignals und/oder eine Kurvenform des Wech- selsignals in Abhängigkeit von der Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs festge- legt. Auf diese Weise kann Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs schnell und sicher zu den Leitungsschutzeinrichtungen übertragen werden
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung unterscheiden sich die eine oder die mehreren Frequenzen der Wechselsignale von wenigstens einigen der Signalerzeugungseinrichtungen, wobei bei dem Erkennen der elektrischen Fehler an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung er- mittelt und berücksichtigt wird, von welcher der Signalerzeugungseinrichtungen das jeweilige Wechselsignal stammt. Wenn das Netzsegment mehrere Leitungsanordnungen aufweist, an die jeweils mindestens eine Zwischeneinspeiseeinrichtung angeschlossen ist, so führt ein elektrischer Fehler auf einer der Leitungsanordnungen in vielen Fällen dazu, dass lediglich die Zwischeneinspeiseeinrichtung der fehlerbehafteten Leitungsanordnung einen Spannungseinbruch erkennt und übermittelt. Wenn nun das Wechselsignal nun so gestaltet ist, dass Rückschlüsse über die absendende Zwischeneinspeise- einrichtung gezogen werden können, so können die Leitungsschutzeinrichtungen erkennen, ob der elektrische Fehler auf der ihr zugeordneten Leitungsanordnung oder auf einer anderen Leitungsanordnung erkannt wurde. Auf diese Weise kann der elektrische Fehler örtlich eingegrenzt werden. So ist es dann möglich, dass le- diglich die Auslöseeinrichtung der konkret betroffenen Leitungsschutzeinrichtung ihre zugeordnete Trenneinrichtung auslöst. Auf diese Weise kann die Gefahr einer fehlerhaften Auslösung der Trenneinrichtung einer der Leitungsanordnungen verrin- gert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Erkennen der Span- nungseinbrüche jeweils eine Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs ermittelt, wobei die eine oder die mehreren Frequenzen des Wechselsignals, eine Amplitude des Wechselsignals und/oder eine Kurvenform des Wechselsignals in Abhängigkeit von der Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs festgelegt wird, und wobei bei dem Erkennen eines der elektrischen Fehler an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung die Tiefe des jeweiligen Spannungsein- bruchs ermittelt und berücksichtigt wird.
Wenn das Netzsegment mehrere Leitungsanordnungen aufweist, an die jeweils , mindestens eine Zwischeneinspeiseeinrichtung angeschlossen ist, so sind aber auch Fälle denkbar, bei denen ein elektrischer Fehler auf einer der Leitungsanord- nungen in vielen Fällen dazu, dass die Zwischeneinspeiseeinrichtungen verschie- dener Leitungsanordnungen einen Spannungseinbruch erkennen und übermitteln. Dieser Effekt wird auch „Sympathetic Tripping" genannt. Wenn nun die Wechselsig- nale der verschiedenen Zwischeneinspeiseeinrichtungen so gestaltet sind, dass aus ihnen Rückschlüsse über die Tiefe des Spannungseinbruchs an der jeweiligen Zwi- scheneinspeiseeinrichtung gezogen werden können, so können die Leltungsschutz- einrichtungen erkennen, ob der elektrische Fehler auf der ihr zugeordneten Lei- tungsanordnung oder auf einer anderen Leitungsanordnung erkannt wurde. So ist in alter Regel der Spannungseinbruch am derjenigen Leitungsanordnung am tiefsten, an der der elektrische Fehler auftritt. Auf diese Weise kann der elektrische Fehler örtlich eingegrenzt werden. So ist es dann möglich, dass lediglich die Auslöseein- richtung der konkret betroffenen Leitungsschutzeinrichtung ihre zugeordnete Trenneinrichtung auslöst. Auf diese Weise kann die Gefahr einer fehlerhaften Aus- lösung der Trenneinrichtung einer der Leitungsanordnungenweiter verringert wer- den.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an wenigstens einer der Leitungsanordnungen mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen zum Einspeisen von elektrischer Energie in die jeweilige Leitungsanordnung angeschlossen, wobei sich die eine oder die mehreren Frequenzen und Phasen der Wechselsignale der mehreren Signalerzeugungseinrichtungen der einen der Leitungsanordnungen ent- sprechen, so dass sich die Wechselsignale der mehreren Signalerzeugungseinrich- tungen der einen der Leitungsanordnungen summieren.
Auf diese Weise kann die Gefahr einer fehlerhaften Auslösung der Trenneinrichtung einer der Leitungsanordnungen weiter verringert werden. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist jedes der Wechselsig- nale wenigstens zwei Frequenzen auf, wobei bei dem Erkennen der elektrischen Fehler an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrich- tung die wenigstens zwei Frequenzen berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Gefahr einer fehlerhaften Auslösung der Trenneinrichtung einer der Leitungsan- Ordnungen weiter verringert werden. ln einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Netzsegment eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine oder mehrere Leitungsanord- nungen aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführbereichen jeweils über eine Leitungsschutzeinrichtung zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnun- gen mit jeweils einer Zuführeinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie zu der jeweiligen Leitungsanordnung verbunden sind; wobei jede Leitungsschutzeinrichtung eine Empfangseinrichtung, eine Auslöseein- richtung und eine Trenneinrichtung aufweist; wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen eine oder mehrere Zwischen- einspeiseeinrichtungen zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie in die jeweilige Leitung und/oder eine oder mehrere elektrische Lasten an- geschlossen sind; wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen und/oder wenigstens eine der elektrischen Lasten eine Spannungseinbruchserkennungseinrichtung und eine Wechselsignalerzeugungseinrichtung aufweist; wobei die Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen zum Erkennen von Span- nungseinbrüchen an der jeweiligen Zwischeneinspeiseeinrichtung oder an der jewei- ligen elektrischen Last der Leitungsanordnungen ausgebildet sind; wobei die Wechselsignalerzeugungseinrichtungen zum Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Wechselsignals in die jeweilige Leitungsanordnung ausgebildet sind, wenn an der Zwischeneinspeiseeinrichtung oder der elektrischen Last der je- weiligen Wechselsignalerzeugungseinrichtung einer der Spannungseinbrüche er- kannt wird; wobei das elektrische Wechselsignal oder die elektrischen Wechselsignale eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweisen; wobei die Empfangseinrichtungen der Leitungsschutzeinrichtungen zum Empfangen des elektrischen Wechselsignals oder der elektrischen Wechselsignale über die Leitungsanordnungen ausgebildet sind; wobei die Auslöseeinrichtungen zum Erkennen von elektrischen Fehlern an der je- weiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung anhand des durch die Empfangseinrichtung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung empfange- nen elektrischen Wechselsignals oder der durch die Empfangseinrichtung der jewei- ligen Leitungsschutzeinrichtung empfangenen elektrischen Wechselsignale ausge- bildet sind; und wobei die Auslöseeinrichtungen zum Auslösen der ihr jeweils zugeordneten
Trenneinrichtung ausgebildet sind, wenn an der jeweiligen Leitungsanordnung der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung einer der elektrischen Fehler erkannt wird, sodass die jeweilige Leitungsanordnung von der jeweiligen Zuführeinrichtung elektrisch getrennt wird. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
Im Folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzsegments eines elektrischen Energievertei- lungsnetzes;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments eines elektrischen Energieverteilungsnetzes;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzsegments eines elektrischen Energie- verteilungsnetzes; und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzsegments eines elektrischen Energie- verteilungsnetzes.
Gleiche oder gleichartige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion sind im Folgenden mit gleichen oder gleichartigen Bezugszeichen verse- hen. In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele mit einer Vielzahl von Merkmalen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, um ein besseres Ver- ständnis der Erfindung zu vermitteln. Es ist jedoch festzuhalten, dass die vorliegen- de Erfindung auch unter Auslassung einzelner der beschriebenen Merkmale umge- setzt werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die in verschiedenen Aus- führungsbeispielen gezeigten Merkmale auch in anderer Weise kombinierbar sind, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist oder zu Widersprüchen führen würde.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfin- dungsgemäßen Netzsegments 1 eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, wel- ches eine oder mehrere Leitungsanordnungen 2 aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführbereichen 3 jeweils über eine Leitungsschutzeinrichtung 4 zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung 2 mit jeweils einer Zuführeinrichtung 5 zum Zuführen von elektrischer Energie NES zu der jeweiligen Leitungsanordnung 2 verbunden sind; wobei jede Leitungsschutzeinrichtung 4 eine Empfangseinrichtung 6, eine Auslö- seeinrichtung 7 und eine Trenneinrichtung 8 aufweist; wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen 2 eine oder mehrere Zwi- scheneinspeiseeinrichtungen 9 zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektri- scher Energie EES in die jeweilige Leitungsanordnung 2 angeschlossen sind; wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 eine Spannungsein- bruchserkennungseinrichtung 10 und eine Signalerzeugungseinrichtung 11 auf- weist; wobei die Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen 10 zum Erkennen von Spannungseinbrüchen an der jeweiligen Zwischeneinspeiseeinrichtung 9 der Lei- tungsanordnungen 2 ausgebildet sind; wobei die Signalerzeugungseinrichtungen 11 zum Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals WS in die jeweilige Leitungsanordnung 2 ausgebildet sind, wenn an der Zwischeneinspeiseeinrichtung 9 oder der elektrischen Last 14 der je- welligen Signalerzeugungseinrichtung 10 einer der Spannungseinbrüche erkannt wird; wobei das elektrische Signal WS oder die elektrischen Signale WS eine oder meh- rere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufwei- sen; wobei die Empfangseinrichtungen 6 der Leitungsschuteeinrichtungen 4 zum Emp- fangen des elektrischen Signals WS oder der elektrischen Signale WS über die Lei- tungsanordnungen 2 ausgebildet sind; wobei die Auslöseeinrichtungen 7 zum Erkennen von elektrischen Fehlern EF an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 an- hand des durch die Empfangseinrichtung 6 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung
4 empfangenen elektrischen Signals WS oder der durch die Empfangseinrichtung 6 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 empfangenen elektrischen Signale WS ausgebildet sind; und wobei die Auslöseeinrichtungen 7 zum Auslösen der ihr jeweils zugeordneten Trenneinrichtung 8 ausgebildet sind, wenn an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 einer der elektrischen Fehler EF erkannt wird, sodass die jeweilige Leitungsanordnung 2 von der jeweiligen Zuführeinrichtung
5 elektrisch getrennt wird,
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Zuführeinrichtung 5 als Energieversor- gungsleitung ausgebildet, welche über die Leitungsschutzeinrichtung 4 elektrische Energie NES in die Leitungsanordnung 2 einspeist. Weiterhin wird über die Zwi- scheneinspeiseeinrichtung 9 zwischeneingespeiste elektrische Energie EES in die Leitungsanordnung 2 eingespeist. Dabei sei angenommen, dass auf der Leitungs- anordnung 2 ein elektrischer Fehler EF auftritt, Dies bedeutet, dass die Summe der Stromstärke der über die Leitungsschutzeinrichtung 4 zugeführten elektrischen Energie NES und der Stromstärke der über die Zwischeneinspeiseeinrichtung 9 zugeführten elektrischen Energie EES auf der Leitungsanordnung den zulässigen Maximalwert überschreitet. Während in einem herkömmlichen Netzsegment dieser Fehler lediglich dann erkannt werden kann, wenn die Stromstärke der elektrischen Energie NES an der Leitungsschutzeinrichtung den zulässigen Maximalwert über- schreitet, kann der elektrische Fehler EF bei dem erfindungsgemäßen Netzseg- ments 1 auch dann erkannt werden, wenn diese Voraussetzung nicht vorlegt.
Die Leitungsschutzeinrichtung 4 mit der Zuführeinrichtung 5, der Empfangseinrich- tung 6 und der Auslöseeinrichtung 7, die Einspeiseeinrichtung 9 mit der Span- nungseinbruchserkennungseinrichtung 10 und der Signalerzeugungseinrichtung 11 können als Kombination von Software- und Hardwarekomponenten ausgebildet sein. Dabei kann jeweils ein Prozessor vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens V zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzseg- ments 1 eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine oder mehrere Leitungsanordnungen 2 aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführbe- reichen 3 jeweils über eine Leitungsschutzeinrichtung 4 zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung 2 mit jeweils einer Zuführeinrichtung 5 zum Zuführen von elektrischer Energie NES zu der jeweiligen Leitungsanordnung 2 verbunden sind, wobei jede Leitungsschutzeinrichtung 4 eine Empfangseinrichtung 6, eine Auslö- seeinrichtung 7 und eine Trenneinrichtung 8 aufweist, wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen 2 eine oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie EES in die jeweili- ge Leitungsanordnung 2 und/oder wenigstens eine elektrische Last 14 angeschlos- sen sind, wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 und/oder wenigstens eine der elektrischen Lasten 14 eine Spannungseinbruchserkennungs- einrichtung 10 und eine Signalerzeugungseinrichtung 11 aufweist. Das Verfahren V umfasst folgende Schritte:
Schritt VS 1 : Erkennen von Spannungseinbrüchen an den Zwischeneinspeiseein- richtungen 9 und/oder an den elektrischen Lasten 14 der Leitungsanordnungen 2 mittels der Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen 10;
Schritt VS2: Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals WS in die jeweili- ge Leitungsanordnung 2 mittels der Signalerzeugungseinrichtung 11 an jeder der Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 und an jeder der elektrischen Lasten 14, an de- nen einer der Spannungseinbrüche erkannt wird, wobei das elektrische Signal WS oder die elektrischen Signale WS eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments 1 verschiedene Frequenzen aufweisen;
Schritt VS3: Empfangen des elektrischen Signals WS oder der elektrischen Signale WS über die leitungsanordnungen 2 durch die Empfangseinrichtungen 6 der Lei- tungsschutzeinrichtungen 4; Schritt VS4: Erkennen von elektrischen Fehlern EF an der jeweiligen Leitungsan- ordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 anhand des durch die Emp- fangseinrichtung 6 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 empfangenen elektri- schen Signals WS oder der durch die Empfangseinrichtung 6 der jeweiligen Lei- tungsschutzeinrichtung 4 empfangenen elektrischen Signale WS mittels der Auslö- seeinrichtung 7 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4; und
Schritt VS5: Ausläsen der Trenneinrichtung 8 der Leitungsschutzeinrichtung 4 der Leitungsanordnung 2, an der einer der elektrischen Fehler EF erkannt wird, durch die jeweilige Auslöseeinrichtung 7, sodass die jeweilige Leitungsanordnung 2 von der jeweiligen Zuführeinrichtung 5 elektrisch getrennt wird.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird beim Erkennen der Spannungseinbrüche jeweils eine Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs ermit- telt, wobei bei dem Erkennen eines der elektrischen Fehler EF an der jeweiligen
Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 die Tiefe des jewei- ligen Spannungseinbruchs berücksichtigt wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist jedes der elektrischen Signal WS ein analoges Wechselsignal WS.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird beim Erkennen der Spannungseinbrüche jeweils die eine oder die mehreren Frequenzen des Wechsel- signals WS, eine Amplitude des Wechselsignals WS und/oder eine Kurvenform des Wechselsignals WS in Abhängigkeit von der Tiefe des jeweiligen Spannungsein- bruchs festgelegt wird.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung unterscheiden sich die eine oder die mehreren Frequenzen der Wechselsignale WS von wenigstens einigen der Signalerzeugungseinrichtungen 11 , wobei bei dem Erkennen der elektrischen Feh- ler EF an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrich- tung 4 ermitelt und berücksichtigt wird, von welcher der Signalerzeugungseinrich- tungen 11 das jeweilige Wechselsignal WS stammt. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind an wenigstens einer der Leitungsanordnungen 2 mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 zum Ein- speisen von elektrischer Energie in die jeweilige Leitungsanordnung 2 angeschlos- sen, wobei sich die eine oder die mehreren Frequenzen und Phasen der Wechsel- signale WS der mehreren Signalerzeugungseinrichtungen 11 der einen der Lei- tungsanordnungen 2 entsprechen, so dass sich die Wechselsignale WS der mehre- ren Signalerzeugungseinrichtungen 11 der einen der Leitungsanordnungen 2 sum- mieren.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jedes der Wechselsigna- le WS wenigstens zwei Frequenzen auf, wobei bei dem Erkennen der elektrischen Fehler EF an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzein- richtung 4 die wenigstens zwei Frequenzen berücksichtigt werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzsegments 1 eines elektrischen Energieverteilungs- netzes.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens einige der Leitungsanordnungen 2.1; 2.2 Stichleitungen 2.1; 2.2, welche über die jeweili- · gen Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 ; 4.2 an die selbe Zuführeinrichtung 5 ange- schlossen sind, welche über eine weitere Leitungsschutzeinrichtung 12 mit einer weiteren Zuführeinrichtung 13 verbunden ist, wobei die weitere Leitungsschutzein- richtung 12 eine weitere Empfangseinrichtung, eine weitere Auslöseeinrichtung und eine weitere Trenneinrichtung aufweist wobei die Trenneinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung 12 durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungs- Schutzeinrichtung der weiteren Leitungsanordnung ausgelöst wird, wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung einer der elektrischen Fehler EF an einer der Stichleitungen 2.1; 2.2 anhand des durch ihre Empfangseinrichtung empfangenen elektrischen Signals WS1; WS2 oder der durch die Empfangseinrichtungen empfangenen elektrischen Signale WS1 ; WS2 erkannt wird, und wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung der er- kannt wird, dass die Trenneinrichtung der Leitungsschutzeinrichtung 4.1; 4.2 der Stichleitung 2.1; 2.2, an der der jeweilige elektrische Fehler EF erkannt wird, durch die Auslöseeinrichtung 7 der Leitungsschutzeinrichtung 4.1 ; 4.2 der Stichleitung 2.1; 2.2, an der der jeweilige elektrische Fehler EF erkannt wird, nicht ausgelöst wird.
Das beispielhafte Netzsegment 1 der Figur 3 umfasst eine Leitungsanordnung 2.1, welche über die Leitungsschutzeinrichtung 4.1 an die Zuführeinrichtung 5.1 ange- schlossen ist. Weiterhin umfasst das Netzsegment 1 eine Leitungsanordnung 2.2, weiche über die Leitungsschutzeinrichtung 4.2 ebenfalls an die Zuführeinrichtung 5 angeschlossen ist. Die Zuführeinrichtung 5 ist als Zuführleitung ausgebildet und ist über die weitere Leitungsschutzeinrichtung 12 an die weitere Zuführeinrichtung 13 angeschlossen, bei welcher es sich um einen Transformator handelt. Die Leitungs- anordnungen 2.1 und 2.2 sind als Stichleitungen ausgebildet. Die von der weiteren Zuführeinrichtung 13 zugeführte elektrische Energie NES3 wird derart aufgeteilt, dass der Leitungsanordnung 2.1 die elektrische Energie NES1 und der Leitungsan- ordnung 2.2 die elektrische Energie NES2 zugeführt werden.
An die Leitungsanordnung 2.1 ist die Zwischeneinspeiseeinrichtung 9.1 angeschlos- sen, welche der Leitungsanordnung 2.1 die zwischeneingespeiste elektrische Ener- gie EES1 zuführt. Weiterhin ist an die Leitungsanordnung 2.2 die Zwischeneinspei- seeinrichtung 9.2 angeschlossen, welche der Leitungsanordnung 2.2 die zwischen- eingespeiste elektrische Energie EES2 zuführt.
Die Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 und 4.2 und die weitere Leitungsschutzeinrich- tung 12 entsprechen der Leitungsschutzeinrichtung 4 der Figur 1. Ebenso entspre- chen die Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9.1 und 9.2 der Zwischeneinspeiseein- richtungen 9 der Figur 1.
Es sei nun angenommen, dass auf der Leitungsanordnung 2.1 ein elektrischer Feh- ler EF auftritt. In diesem Fall erkennt die Zwischeneinspeiseeinrichtung 9.1 einen Spannungseinbruch auf der Leitungsanordnung 2.1. Dadurch veranlasst speist sie das Signal WS1 in die Leitungsanordnung 2.1 ein. Das Signal WS1 wird dann über das Netzsegment 1 zu den Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 und 4.2 sowie zur wei- teren Leitungsschutzeinrichtung 12 übertragen. Ebenso erkennt die Zwischenein- speiseeinrichtung 9.2 einen Spannungseinbruch auf der Leitungsanordnung 2.2. Dadurch veranlasst speist sie das Signal WS2 in die Leitungsanordnung 2.2 ein. Das Signal WS2 wird dann über das Netzsegment 1 zu den Leitungsschutzeinrich- tungen 4.1 und 4.2 sowie zur weiteren Leitungsschutzeinrichtung 12 übertragen. Die Signale WS1 und WS2 sind so gestaltet, dass die Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 und 4.2 sowie die Leitungsschutzeinrichtung 12 das Signal WS1 der Zwischen- einspeiseeinrichtung 9.1 und das Signal WS2 der Zwischeneinspeiseeinrichtung 9.2 zuordnen können. Zudem sind die Signale WS1 und WS2 so gestaltet, dass die Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 und 4.2 sowie die Leitungsschutzeinrichtung 12 die jeweilige Tiefe der Spannungseinbrüche auf den Leitungsanordnungen 2.1 und 2.2 ermitteln können. Hierdurch können die Leitungsschutzeinrichtungen 4.1 und 4.2 sowie die Leitungsschutzeinrichtung 12 erkennen, dass der elektrische Fehler EF an der Leitungsanordnung 2.1 aufgetreten ist. Dies führt dann dazu, dass die Leitungs- schutzeinrichtung 4.2 nicht trennt. Allerdings ist vorgesehen, dass die Leitungs- schutzeinrichtung 4.1 trennt. Sollte die Leitungsschutzeinrichtung 4.1 gestört sein und nicht trennen, so ist vorgesehen, dass die weitere Leitungsschutzeinrichtung 12 trennt.
Die weitere Leitungsschutzeinrichtung 12 mit der weiteren Zuführeinrichtung, der weiteren Empfangseinrichtung und der weiteren Auslöseeinrichtung können als Kombination von Software- und Hardwarekomponenten ausgebildet sein. Dabei kann jeweils ein Prozessor vorgesehen sein.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Netzsegments 1 eines elektrischen Energieverteilungs- netzes, welches eine oder mehrere Leitungsanordnungen 2 aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführbereichen 3 jeweils über eine Leitungsschutzeinrich- tung 4 zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung 2 mit jeweils einer Zuführein- richtung 5 zum Zuführen von elektrischer Energie NES zu der jeweiligen Leitungs- anordnung 2 verbunden sind; wobei jede Leitungsschutzeinrichtung 4 eine Empfangseinrichtung 6, eine Auslö- seeinrichtung 7 und eine Trenneinrichtung 6 aufweist; wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen 2 eine oder mehrere elektri- sche Lasten 14 angeschlossen sind; wobei wenigstens eine der elektrischen Lasten 14 eine Spannungseinbruchserken- nungseinrichtung 10 und eine Signalerzeugungseinrichtung 11 aufweist; wobei die Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen 10 zum Erkennen von Spannungseinbrüchen an den Zwischeneinspeiseeinrichtungen 9 der Leitungsan- ordnungen 2 ausgebildet sind; wobei die Signalerzeugungseinrichtungen 11 zum Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals WS in die jeweilige Leitungsanordnung 2 ausgebildet sind, wenn an der elektrischen Last 14 der jeweiligen Signalerzeugungseinrichtung 10 einer der Spannungseinbrüche erkannt wird; wobei das elektrische Signal WS oder die elektrischen Signale WS eine oder meh- rere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufwei- sen; wobei die Empfangseinrichtungen 6 der Leitungsschutzeinrichtungen 4 zum Emp- fangen des elektrischen Signals WS oder der elektrischen Signale WS über die Lei- tungsanordnungen 2 ausgebildet sind; wobei die Auslöseeinrichtungen 7 zum Erkennen von elektrischen Fehlern EF an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 an- hand des durch die Empfangseinrichtung 6 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 empfangenen elektrischen Signals WS oder der durch die Empfangseinrichtung 6 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 empfangenen elektrischen Signale WS ausgebildet sind; und wobei die Auslöseeinrichtungen 7 zum Auslösen der ihr jeweils zugeordneten Trenneinrichtung 8 ausgebildet sind, wenn an der jeweiligen Leitungsanordnung 2 der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung 4 einer der elektrischen Fehler EF erkannt wird, sodass die jeweilige Leitungsanordnung 2 von der jeweiligen Zuführeinrichtung 5 elektrisch getrennt wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 beruht auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Allerdings sind im Ausführungsbeispiel der Figur 4 die Spannungseinbruchser- kennungseinrichtung 10 und die Signalerzeugungseinrichtung 11 Teil einer elektri- schen Last 14. Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Verfahrens bzw. des vorgeschlagenen Netzsegments zur Schutzauslösung nutzen das dezentrale Erkennen eines Span- nungseinbruchs im Fall eines Netzfehlers, die Übermitlung der Information an ein zentrales Schutzsystem oder Schaltgerät und die Zuordnung von spezifischen Sig- nalen zu Schutzbereichen.
In einer konkreten Ausführung werden die Eigenschaften von Stromrichtern zur Er- kennung von Spannungseinbrüchen und deren Regelungsmöglichkeiten benutzt, um dem zentralen Netzschutzgerät eine zusätzliche Information bereitzustellen oder der zentralen Schalteinrichtung bzw. Der Sicherung ein Triggersignal zu senden. Diese Information bzw. Das Triggersignal wird als Fehlersignal aktiv vom Stromrich- ter erzeugt und kann vom entsprechenden Netzschutzgerät ausgewertet werden. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung umfasst die Zuordnung von spezifischen Feh- lersignalen zu einzelnen Schutzbereichen, die Erzeugung eines Fehlersignals bei Erkennung eines Netzfehlers durch einen oder mehrere Stromrichter und die Erken- nung dieses Signals bzw. Dieser Signale durch ein oder mehrere Netzschutzgeräte.
Das Verfahren unterstützt die selektive Fehlerklärung in Versorgungsnetzen mit Lasten oder Erzeugern, die über Leistungselektronik an das Netz angeschlossen sind. Insbesondere werden in diesem Verfahren Signale zur Informationsübertra- gung in Netzschutzkonzepten genutzt, welche wenigstens eine von der Grundfre- quenz der elektrischen Energieversorgung abweichende Frequenz aufweisen, und die Informationen phasenselektiv geeignet ausgewertet. Der Funktionsablauf Ist grundsätzlich wie folgt: a) Der Stromrichter erkennt den symmetrischen oder unsymmetrischen Span- nungseinbruch am Netzanschlusspunkt. b) Unmitelbar nach Erkennung des Spannungseinbruchs speist der Strom- richter ein Signal außerhalb der Grundfrequenz auf die Stromleitung am
Netzanschlusspunkt ein, z.B. ein oder mehrere Oberschwingungsströme oder bei DC-Systemen eine beliebige Kurvenform. c) Zur Unterscheidung von Schutzbereichen (interner oder externer Fehler) wird dabei jedem Schutzbereich eine spezifische Frequenz oder Kurven- form zugeordnet (Damit kann neben, Blinding" auch „Sympathetic Tripping" erkannt und vermieden werden.) d) Das Signal wird bei Bedarf in Abhängigkeit der Abweichung der gemesse- nen Spannung am Netzanschlusspunkt zur Sollspannung angepasst. e) Das Netzschutzgerät oder die Schalteinrichtung/ die Sicherung erkennt die Signale auf einzelnen Phasen und wertet sie aus, z.B. die Überschreitung des Schwellwertes festgelegter Oberschwingungsströme, und reagiert di- rekt oder in Abhängigkeit weiterer Indikatoren und Parameter.
Weitere Merkmale der Erfindung sind:
1) Fehlersignale mehrerer Wechselrichter können so eingespeist werden, dass die Signale sich gemeinsam verstärken, um gemeinsam einen Schwellwert zu erreichen.
2) Außerdem könnte man auf mehreren Frequenzen den Fehler senden, um z.B. durch UND-Verknüpfung Fehlauslösungen zu vermeiden.
3) Das Verfahren könnte auch das Maß der Stromrichterüberlastung statt ei- nes Fehlers senden.
4) Unterscheidung Haupt- und Reserveschutzbereiche durch Zuordnung der Schutebereiche zu bestimmten Frequenzen. Ziele sind a. die Selektivität zwischen Haupt- und Reserveschutz zu er- halten, b. die Geschwindigkeit der Fehlerklärung zu erhöhen, indem die Abstände Zeitstaffelung im Verteilnetz verringert werden können, c. Vermeidung von „Sympathetic Tripping“ durch genauere Zu- ordnung der Schutzbereiche.
5) Unterscheidung des Signals nach Amplitude oder Frequenz je nach Tiefe des Spannungseinbruchs, Ziel wäre hier den Spannungstrichter zu erken- nen und damit die Richtung des Fehlerorte vom Schutzgerät aus gesehen.
Die Neuheit bei diesem Verfahren im Netzschutz ist das aktive Senden von Signa- len, welche von der Grundfrequenz abweichen, durch Betriebsmittel auf der Ener- gieleitung, die durch Anwendung einfacher Filter im Netzschutzgerät schnell erkannt und ausgewertet werden können. Es erfolgt eine aktive Informationsbereitstellung aus den Betriebsmitteln (die über einen Kurzschlussstrombeitrag hinausgeht). Dabei werden keine zusätzlichen Kommunikationsleitungen benötigt, da zur Informations- übertragung die Energieleitungen verwendet werden. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wie Powerline Communication und Rundsteuerung erfolgt in dieser Erfin- dung die Kommunikation über Einzelsignale und nicht über Kommunikationsproto- kolle. Darüber hinaus werden auch keine eigenen Sende- bzw. Empfangsgeräte eingesetzt, die bei PLC und Rundsteuerung erforderlich sind. Aspekte der Erfindung, welche im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrie- ben sind, betreffen auch korrespondierende Verfahren. Umgekehrt betreffen auch solche Aspekte der Erfindung, welche im Zusammenhang mit einem Verfahren be- schrieben sind, auch eine korrespondierende Vorrichtung. Bezugszeichen:
1 Netzsegment
2 Leitungsanordnung
3 Zuführbereich 4 Leitungsschutzeinrichtung
5 Zuführeinrichtung
6 Empfangseinrichtung
7 Auslöseeinrlchtung
8 Trenneinrichtung 9 Zwischeneinspeiseeinrichtung
10 Spannungseinbruchserkennungseinrichtung
11 Signalerzeugungseinrichtung
12 weitere Leitungsschutzeinrichtung
13 weitere Zuführeinrichtung 14 elektrische Last
WS Wechselsignal
NES elektrische Energie EES zwischeneingespeiste elektrische Energie V Verfahren
VS Verfahrensschritt Quellen:
[1] Mathias Hauck: Bildung eines dreiphasigen Inselnetzes durch unabhängige Wechselrichter im Parallelbetrieb. Dissertation, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Fridericiana Karlsruhe, 2002.
[2] DE 102014 223441 B4. [3] 13. Kasseler Symposium Energie-Systemtechnik Stromrichter in Netzen,
2008, S.43.
[4] Modulwechselrichter: Erfolgreiche Technik aus NRW. Datum: 01.01.2004 10:00 Kategorie: Energie & Umwelt Pressemitteilung von: AG Solar. https://www.openpr.de/news/30290/Modulwechselrichter-Erfolgreiche-
Technik-aus-NRW.html
[4] US 9,564,835 B2. [5] EP 2 880731 B1.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schutz wenigstens eines Teiles eines Netzsegments (1) eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine oder mehrere Leitungsan- Ordnungen (2) aufweist, welche jeweils an einem oder mehreren Zuführberei- chen (3) jeweils über eine Leitungsschutzeinrichtung (4) zum Schutz der jeweili- gen Leitungsanordnung (2) mit jeweils einer Zuführeinrichtung (5) zum Zuführen von elektrischer Energie (NES) zu der jeweiligen Leitungsanordnung (2) verbun- den sind, wobei jede Leitungsschutzeinrichtung (4) eine Empfangseinrichtung (6), eine Auslöseeinrichtung (7) und eine Trenneinrichtung (8) aufweist, wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen (2) eine oder mehrere Zwischen- einspeiseeinrichtungen (9) zum Einspeisen von zwlscheneingespeister elektri- scher Energie (EES) in die jeweilige Leitungsanordnung (2) und/oder eine oder mehrere elektrische Lasten (14) angeschlossen sind, wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) und/oder wenigstens eine der elektrischen Lasten (14) eine Spannungseinbruchserkennungseinrichtung (10) und eine Sig- nalerzeugungseinrichtung (11) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erkennen von Spannungseinbrüchen an den Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) und/oder an den elektrischen Lasten (14) der Leitungsanordnungen (2) mit- tels der Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen (10);
Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals (WS) in die jeweilige Lei- tungsanordnung (2) mitels der Signalerzeugungseinrichtung (11 ) an jeder der Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) und an jeder der elektrischen Lasten (14), an denen einer der Spannungseinbrüche erkannt wird, wobei das elektrische Signal (WS) oder die elektrischen Signale (WS) eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments (1) verschiedene Frequenzen aufweisen;
Empfangen des elektrischen Signals (WS) oder der elektrischen Signale (WS) über die Leitungsanordnungen (2) durch die Empfangseinrichtungen (6) der Lei- tungsschutzeinrichtungen (4); Erkennen von elektrischen Fehlern (EF) an der jeweiligen Leitungsanordnung (2) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) anhand des durch die Emp- fangseinrichtung (6) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) empfangenen elektrischen Signals (WS) oder der durch die Empfangseinrichtung (6) der jewei- ligen Leitungsschutzeinrichtung (4) empfangenen elektrischen Signale (WS) mit- tels der Auslöseeinrichtung (7) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4); und
Auslösen der Trenneinrichtung (8) der Leitungsschutzeinrichtung (4) der Lei- tungsanordnung (2), an der einer der elektrischen Fehler (EF) erkannt wird, durch die jeweilige Auslöseeinrichtung (7), sodass die jeweilige Leitungsanord- nung (2) von der jeweiligen Zuführeinrichtung (5) elektrisch getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei beim Erkennen der Spannungseinbrüche jeweils eine Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs ermittelt wird und wobei bei dem Erkennen eines der elektrischen Fehler (EF) an der jeweiligen Lei- tungsanordnung (2) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) die Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens einige der Leitungsanord- nungen (2.1; 2.2) Stichleitungen (2.1; 2.2) sind, welche Ober die jeweiligen Lei- tungsschutzeinrichtungen (4.1; 4.2) an die selbe Zuführeinrichtung (5) ange- schlossen sind, welche über eine weitere Leitungsschutzeinrichtung (12) mit ei- ner weiteren Zuführeinrichtung (13) verbunden ist, wobei die weitere Leitungs- schutzeinrichtung (12) eine weitere Empfangseinrichtung, eine weitere Auslö- seeinrichtung und eine weitere Trenneinrichtung aufweist wobei die Trennein- richtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung (12) durch die Auslöseeinrich- tung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung der weiteren Leitungsanordnung ausgelöst wird, wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung einer der elektrischen Fehler (EF) an einer der Stichleitungen (2.1 ; 2.2) anhand des durch ihre Empfangseinrichtung empfangenen elektrischen Signals (WS1 ; WS2) oder der durch die Empfangseinrichtungen empfangenen elektrischen Signale (WS1 ; WS2) erkannt wird, und wenn durch die Auslöseeinrichtung der weiteren Leitungsschutzeinrichtung der erkannt wird, dass die Trenneinrichtung der Leitungsschutzeinrichtung (4.1 ; 4.2) der Stichleitung (2.1; 2.2), an der der jeweilige elektrische Fehler (EF) erkannt wird, durch die Auslöseeinrichtung (7) der Leitungsschutzeinrichtung (4.1; 4.2) der Stichleitung (2.1; 2.2), an der der jeweilige elektrische Fehler (EF) erkannt wird, nicht ausgelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei jedes der elektrischen Signal (WS) ein ana- loges Wechselsignal (WS) ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 4, wobei beim Erkennen der Span- nungseinbrüche jeweils die eine oder die mehreren Frequenzen des Wechsel- Signals (WS), eine Amplitude des Wechselsignals (WS) und/oder eine Kurven- form des Wechselsignals (WS) in Abhängigkeit von der Tiefe des jeweiligen Spannungseinbruchs festgelegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei sich die eine oder die mehreren Pre- quenzen der Wechselsignale (WS) von wenigstens einigen der Signalarzeu- gungseinrichtungen (11) unterscheiden, und wobei bei dem Erkennen der elektrischen Fehler (EF) an der jeweiligen Leitungsanordnung (2) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) ermittelt und berücksichtigt wird, von welcher der Signalerzeugungseinrichtungen (11) das jeweilige Wechselsignal (WS) stammt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen (2) mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) zum Einspeisen von elektrischer Energie in die jeweilige Leitungsanordnung (2) an- geschlossen sind, wobei sich die eine oder die mehreren Frequenzen und Pha- sen der Wechselsignale (WS) der mehreren Signalerzeugungseinrichtungen (11) der einen der Leitungsanordnungen (2) entsprechen, so dass sich die Wechselsignale (WS) der mehreren Signalerzeugungseinrichtungen (11) der ei- nen der Leitungsanordnungen (2) summieren.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei jedes der Wechselsignale
(WS) wenigstens zwei Frequenzen aufweist, und wobei bei dem Erkennen der elektrischen Fehler (EF) an der jeweiligen Leitungsanordnung (2) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) die wenigstens zwei Frequenzen berücksichtigt werden.
9. Netzsegment eines elektrischen Energieverteilungsnetzes, welches eine oder mehrere Leitungsanordnungen (2) aufweist, welche jeweils an einem oder meh- reren Zuführbereichen (3) jeweils über eine Leitungsschutzeinrichtung (4) zum Schutz der jeweiligen Leitungsanordnung (2) mit jeweils einer Zuführeinrichtung (5) zum Zuführen von elektrischer Energie (NES) zu der jeweiligen Leitungsan- ordnung (2) verbunden sind; wobei jede Leitungsschutzeinrichtung (4) eine Empfangseinrichtung (6), eine Auslöseeinrichtung (7) und eine Trenneinrichtung (8) aufweist; wobei an wenigstens einer der Leitungsanordnungen (2) eine oder mehrere Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) zum Einspeisen von zwischeneingespeister elektrischer Energie (EES) in die jeweilige Leitungsanordnung (2) und/oder eine oder mehrere elektrische Lasten (14) angeschlossen sind; wobei wenigstens eine der Zwischeneinspeiseeinrichtungen (9) und/oder we- nigstens eine der elektrischen Lasten (14) eine Spannungseinbruchserken- nungseinrichtung (10) und eine Signalerzeugungseinrichtung (11) aufweist; wobei die Spannungseinbruchserkennungseinrichtungen (10) zum Erkennen von Spannungseinbrüchen an der jeweiligen Zwischeneinspeiseeinrichtung (9) oder an der jeweiligen elektrischen Last (14) der Leitungsanordnungen (2) aus- gebildet sind; wobei die Signalerzeugungseinrichtungen (11) zum Erzeugen und Einspeisen eines elektrischen Signals (WS) in die jeweilige Leitungsanordnung (2) ausge- bilbet sind, wenn an der Zwischeneinspeiseeinrichtung (9) oder der elektrischen Last (14) der jeweiligen Signalerzeugungseinrichtung (10) einer der Spannungs- einbrüche erkannt wird; wobei das elektrische Signal (WS) oder die elektrischen Signale (WS) eine oder mehrere von einer Netzfrequenz des Netzsegments verschiedene Frequenzen aufweisen; wobei die Empfangseinrichtungen (6) der Leitungsschutzeinrichtungen (4) zum Empfangen des elektrischen Signals (WS) oder der elektrischen Signale (WS) über die Leitungsanordnungen (2) ausgebildet sind; wobei die Auslöseeinrichtungen (7) zum Erkennen von elektrischen Fehlern (EF) an der jeweiligen Leitungsanordnung (2) der jeweiligen Leitungsschutzelnrich- tung (4) anhand des durch die Empfangseinrichtung (6) der jeweiligen Leitungs- schutzeinrichtung (4) empfangenen elektrischen Signals (WS) oder der durch die Empfangseinrichtung (6) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) emp- fangenen elektrischen Signale (WS) ausgebildet sind; und wobei die Auslöseeinrichtungen (7) zum Auslösen der ihr jeweils zugeordneten Trenneinrichtung (8) ausgebildet sind, wenn an der jeweiligen Leitungsanord- nung (2) der jeweiligen Leitungsschutzeinrichtung (4) einer der elektrischen Feh- ler (EF) erkannt wird, sodass die jeweilige Leitungsanordnung (2) von der jewei- ligen Zuführeinrichtung (5) elektrisch getrennt wird.
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