FI106749B - Katkeilevien ja ohimenevien maasulkuvikojen paikantaminen - Google Patents

Description

1 106749

Katkeilevien ja ohimenevien maasulkuvikojen paikantaminen

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy sähköverkon maasulkusuojaukseen ja erityisesti katkeilevien ja ohimenevien maasulkuvikojen paikantamiseen sähköverkossa.

5 Sähkönjakeluverkossa esiintyy monentyyppisiä maasulkuvikoja.

Osa vioista synnyttää vikavastukseltaan suhteellisen vakaana pysyvän yhteyden vaihejohtimen ja maan välille. Maakaapeliverkoissa tällaiset viat ovat yleensä pysyviä ja vaativat viallisen kaapeliosuuden erottamista verkosta. Avojohdoilla taas esiintyy runsaasti valokaarivikoja, jotka poistuvat kytkemällä 1 o johto jännitteettömäksi joksikin aikaa.

Toinen maasulkutyyppi on ns. katkeileva maasulku, jossa maakosketus syntyy ja poistuu vuorotellen aiheuttaen pitkäaikaisen häiriön verkkoon, ellei viallista johto-osuutta eroteta verkosta. Yleensä katkeileva maasulku liittyy vaurioituneeseen eristeeseen. Esimerkkinä on maakaapelin eristeeseen syn-15 tynyt reikä, jossa tapahtuu peräkkäisiä läpilyöntejä. Läpilyöntien välillä maa-kosketus poistuu. Katkeilevia maasulkuja esiintyy erityisesti Petersenin kelalla maadoitetuissa verkoissa, joissa maasulkujen itsestään sammumisen todennäköisyys on suuri. Niitä, samoin kuin ohimeneviä vikoja, saattaa kuitenkin esiintyä myös verkoissa, joiden tähtipiste on jätetty maadoittamatta tai on 20 maadoitettu suurella vastuksella.

Katkeilevia vikoja esiintyy siellä, missä kaapelien ja kaapelipäättei-den tai -jatkosten eristys on vaurioitunut esimerkiksi mekaanisten rasitusten, materiaalivikojen tai ikääntymisen takia. Katkeileva maasulku saattaa näen-.. näisesti poistua, jos johto tehdään vähäksi aikaa jännitteettömäksi. Syynä tä- 25 hän on läpilyöntien aiheuttaman ionisaation poistuminen johdon ollessa jän-nitteetön.

Avojohtoverkossa esiintyy runsaasti myös itsestään ohimeneviä maasulkuja, jotka eivät edellytä reletoimintoja. Erityisen suuri tällaisten vikojen osuus on ns. Petersenin kelalla maadoitetuissa verkoissa, mutta niitä esiintyy .· 1'. 30 myös verkoissa, joiden tähtipiste on jätetty maadoittamatta tai on maadoitettu suurella vastuksella. Ohimeneviä vikoja on erilaisia. Osa niistä muistuttaa vaikuttaessaan pysyviä maasulkuja, ja niiden paikallistamiseen voidaan käyttää samoja tunnettuja menetelmiä. Tässä yhteydessä tarkoitetaan termillä “ohimenevä maasulku” sellaista maasulkua, jossa maakosketus on niin lyhyt-35 aikainen, että se sammuu heti sen jälkeen, kun viallisen vaiheen jännite on * pienentynyt riittävästi ja viallisen vaiheen maakapasitanssin varaus on ehtinyt 2 106749 purkautua. Tällöin syntyy samanlaisia lyhytaikaisia virtapulsseja kuin katkeilevissa maasuluissa.

Kuvio 1 esittää esimerkinomaisesti viallisen vaiheen virtaa katkeilevassa tai ohimenevässä viassa. Samantyyppisiä virtapulsseja esiintyy myös 5 vaihevirtojen summassa, jota kutsutaan myös nollavirraksi. Nollavirrassa virta-pulssien amplitudin suhde perusaallon amplitudiin on kuitenkin merkittävästi korkeampi kuin viallisen vaiheen virrassa.

Jotta vika voidaan poistaa Teletoiminnan jälkeen, se on ensin paikannettava. Perinteisesti on pyritty paikantamaan vain pysyvät maasulkuviat.

10 Tähän on olemassa erilaisia menetelmiä. Pienellä vastuksella maadoitetussa verkossa maasulut voidaan tunnetusti paikantaa samaan tapaan kuin oikosulutkin mittaamalla johdon impedanssi vikakohtaan saakka vian aikana tai laskemalla vikaetäisyys vian aikana tallennetun vikavirran suuruuden ja verkko-tietojärjestelmän avulla. Verkoissa, joiden tähtipiste on jätetty maadoittamatta 15 tai maadoitettu suurella impedanssilla, kuten Petersenin kelalla tai vastuksella, pysyvän maasulun paikannukseen voidaan käyttää tunnettuja menetelmiä, jotka perustuvat maasulun syntyessä esiintyviin virta- ja jännitetransientteihin tai perusaaltoisten virtojen ja jännitteiden muutoksiin kytkettäessä viallinen johto renkaaseen toisen johdon kanssa.

20 Katkeileva maasulku aiheuttaa Teletoiminnan ja siten keskeytyksen sähkönjakeluun. Vaikka katkeileva vika saattaa näennäisesti poistua kytkemällä johto jännitteettömäksi, sen alkusyy eli eristevaurio ei silti poistu, vaan ilmenee myöhemmin uutena vikana, Teletoimintana ja siten myös jakelukes-keytyksenä. Olisi siis edullista pystyä paikantamaan ainakin karkeasti myös ·· 25 katkeileva maasulku, jotta verkon konfiguraatio voidaan järjestää uudelleen siten, että viallisen johto-osan kanssa samalla johdolla on mahdollisimman vähän kuormitusta. Kun sitten tulee uusia Teletoimintoja katkeilevasta viasta ja lopulta pysyvä vika, mahdollisimman pieni osa asiakkaista kärsii seurauksena olevasta jakelukeskeytyksestä.

30 Itsestään ohimenevien vikojen paikannus ei ole välttämätöntä, kos- .· ka ei tarvita Teletoimintaa eikä vian poistamista. Itsestään ohimenevien vikojen paikantaminen on kuitenkin edullista, sillä ohimenevä vika saattaa liittyä kehittyvään vikaan, joka myöhemmin johtaa pysyvään vikaan. Tällaisessa tilanteessa vian alkusyy voidaan poistaa jo ennen pysyvän vian syntymistä, jolloin 35 vian aiheuttamat vaarat, haitat ja vauriot voidaan minimoida. Kehittyvien vikojen paikannus edustaa siis sähköverkon ennakoivaa kunnonvalvontaa.

3 106749

Koska katkeilevan tai ohimenevän maasulun synnyttämiin virtapiik-keihin ja vaihejännitteisiin ei liity ns. transienttivianpaikannukseen soveltuvia transientteja eivätkä perusaaltoiset suureet tässä tapauksessa sisällä informaatiota vian paikasta, ei näiden vikojen paikannus ole mahdollista pysyvien 5 vikojen paikantamiseen käytettävillä menetelmillä.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava järjestelmä siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä ja järjestelmällä, joille on tun-10 nusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa 1 ja 7. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

Keksintö perustuu siihen, että mitataan vian synnyttämien virtapuls-sien amplitudeja rengasjohdon molemmista päistä. Keksinnön toiminta edel-15 lyttää siis joko johtojen käyttämistä renkaassa tai viallisen johdon kytkemistä renkaaseen jonkin terveen johdon kanssa vähintään mittausten ajaksi. Vika-paikan etäisyys voidaan mittausten jälkeen määrittää mitattujen amplitudiar-vojen ja tunnettujen verkon impedanssiarvojen avulla.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on se, että 20 keksintö tekee mahdolliseksi paikantaa katkeilevat ja ohimenevät maasulut.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää esimerkin katkeilevaan tai ohimenevään maasul-25 kuun liittyvästä viallisen vaiheen virrasta ja

Kuvio 2 esittää kaavion sähkönjakeluverkon rakenteesta erään suoritusmuodon mukaisesti.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Seuraavassa selostetaan keksinnön toimintaa keskijännitteisessä 30 sähkönjakeluverkossa. On kuitenkin huomattava, että tämä ei mitenkään rajoita keksinnön soveltamista muun tyyppisiin sähköverkkoihin. Esimerkiksi verkon muoto ja jännitetaso voivat vaihdella.

Kuviossa 2 on esitetty kaavio tyypillisestä sähkönjakeluverkosta. . Kuviossa on esitetty vain keksinnön ymmärtämisen kannalta olennaisia kom- 4 106749 ponentteja. Verkon syöttö tapahtuu muuntajan T kautta. Verkko käsittää lisäksi kiskoston sekä kolme johtolähtöä F1, F2 ja F3. On huomattava, että johtoläh-töjä voi verkossa olla mielivaltainen määrä. Samoin syöttäviä muuntajia voi olla useampia. Edelleen keksintöä voidaan hyödyntää muuntajattoman kytki-5 naseman yhteydessä. Verkko on kolmivaiheinen L1, L2 ja L3. Johtolähdön F1 vaiheiden maakapasitanssit ovat Ce11, Ce12 ja Ce13. Vastaavasti johtolähdön F2 vaiheiden maakapasitanssit ovat Ce21, Ce22 ja Ce23 ja johtolähdön F3 Ce31, Ce32 ja Ce33. Lisäksi on esitetty johtolähtöjen F1 ja F2 vaiheiden pitkittäisimpedanssit Z111-Z223. Kuviossa on lisäksi esitetty maasulkuvika 10 pisteessä F, jossa johtolähdön F1 vaihe L1 on yhteydessä maahan. Edelleen kuviossa on esitetty kytkinlaite S, esimerkiksi kauko-ohjattu erotinala-asema, jonka avulla voidaan kytkeä johtolähdöt F1 ja F2 lenkin muotoon, siten, että lenkin päät ovat johtolähtöjen kiskostoon tulevat päät.

Useimmissa maissa jakeluverkkoa ei käytetä normaalisti renkaassa. 15 Menetelmän soveltaminen edellyttää siis viallisen johdon F1 kytkemistä renkaaseen joksikin aikaa sen jälkeen, kun vika on syntynyt. Rengas voidaan muodostaa myös yhdestä johdosta F1, F2 tai F3, joka kuitenkin ulospäin on säteittäinen eli jota syötetään vain yhdestä kohdasta. Kun viallinen johto F1 kytketään tilapäisesti renkaaseen jonkin terveen lähdön, esimerkiksi F2, kans-20 sa vian F ilmaannuttua, järjestelmässä on oltava keinot tunnistaa, mikä johto on viallinen sekä keinot välittää tämä tieto eri johtojen mittausten vertailun suorittavalle laitteelle (ei esitetty kuvioissa). Samoin on oltava laite (ei esitetty), joka tekee päätöksen siitä, mikä terve johto kytketään renkaaseen viallisen kanssa, sekä ilmoittaa päätöksestä eri johtojen mittausten vertailun suoritta-• 25 valle laitteelle. Kyseinen päätös voi yhtä hyvin olla käyttöhenkilön valmiiksi te kemänä sillä laitteella S, joka tekee renkaaseenkytkennän. Kaikki tarvittavat kommunikaatioyhteydet ja muut tarvittavat laitteet, kuten viallisen johdon ilmoittavat suojareleet sekä verkkotietojärjestelmän sisältävä tietokone (ei esitetty), ovat jo ennestään tunnettua ja sovellettua tekniikkaa, ja ne asennetaan 30 usein joka tapauksessa muista syistä. Ne eivät kuulu keksintöön, vaan muodostavat erään mahdollisen soveltamisympäristön keksinnönmukaiselle ratkaisulle.

Keksinnön yhteydessä voidaan hyödyntää katkeilevaan tai ohimenevään maasulkuun liittyviä virtapiikkejä vian tunnistamiseen ja vian suunnan 35 eli vikaantuneen johtolähdön F1 päättelyyn. Yksi tapa on verrata virtapiikkien (tai virtapulssin) polariteetteja viallisen vaiheen L1 jännitteen hetkellisarvon 5 106749 etumerkkiin tai toisiinsa. Viallinen vaihe L1 voidaan tunnistaa esim. vertaamalla vaihevirtojen hetkellisarvoja vaihevirtojen tehollisarvoihin tai perustaajui-siin komponentteihin. Kun jossain vaiheessa L1, L2 tai L3 jollain hetkellä virran hetkellisarvo jaettuna ko. virran tehollisarvolla ylittää asetellun rajan, niin ky-5 seinen virta-arvo tulkitaan virran piikkiarvoksi. Jos yhdessä vaiheessa L1, L2 tai L3 virran piikkiarvo on suurempi kuin muissa vaiheissa, niin kyseinen vaihe tulkitaan vialliseksi. Toinen tapa on tunnistaa viallinen vaihe L1 jännitteen suuruudesta. Viallisen vaiheen L1 jännite nimittäin putoaa läpilyöntihetkellä normaalia huomattavasti pienemmäksi, kun taas terveiden vaiheiden L2 ja L3 10 jännitteet nousevat normaalia suuremmiksi. Tällöinkin on kuitenkin edullista tunnistaa virtapiikki ja sen ajanhetki em. tavalla vertaamalla hetkellisarvoa esim. tehollisarvoon. Viallisen vaiheen L1 jännitteen hyödyntämisen pohjana on se tosiasia, että läpilyöntiin liittyvän virtapiikin polariteetti viallisella johdolla F1 on sama kuin viallisen vaiheen L1 jännitteen hetkellisarvon polariteetti lä-15 pilyöntihetkellä. Terveillä johdoilla F2 ja F3 kyseinen referenssijännite on sama kuin viallisella johdolla F1, mutta virtapiikin polariteetti on vastakkainen; viallisella johdolla F1 sijaitsevaan vikakohtaan F kulkeva virtapulssi kulkee terveiden johtojen F2 ja F3 maakapasitanssien Ce21-Ce33 kautta. Toinen tapa on vertailla virtapulsseja toisiinsa. Vertailu voi tapahtua saman johdon eri vaihei-20 den välillä tai eri johtojen välillä. Viallisen johdon F1 viallisen vaiheen L1 virta-pulssi on polariteetiltaan vastakkainen terveiden vaiheiden L2 ja L3 virtapuls-sien polariteetille. Viallisen vaiheen L1 virtapulssi on myös suurempi kuin terveiden vaiheiden l_2 ja L3 virtapulssit. Lyhyellä johdolla saattavat terveiden vaiheiden L2 ja L3 virtapulssit jäädä niin pieniksi, etteivät ne ole erotettavissa ♦ 25 normaalista kuormitusvirrasta. Viallisen johdon F1 viallisessa vaiheessa L1 virtapulssi on kuitenkin yleensä normaalia kuormitusvirtaa suurempi. Voidaan siis perustaa suojaus seuraavaan kriteeriin: jos yhdessä vaiheessa havaitaan suurempi virtapiikki kuin muissa, niin kyseinen johto on viallinen. Edellä esitetyt menetelmät viallisen vaiheen ja johtolähdön tunnistamiseksi on esitetty ai-30 noastaan esimerkinomaisesti ja keksinnön yhteydessä voidaan käyttää myös .« muita menetelmiä ilman, että tällä on merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta.

Merkintä lop esittää vikakohdassa F maahan kulkevaa virtapulssia, joka liittyy katkeilevaan tai ohimenevään maasulkuun. Virtapulssi lop tulee 35 taustaverkosta ja jakaantuu rengasjohdon F1, S ja F2 eri haaroihin niiden im- 6 106749 pedanssien suhteessa. Merkitään kyseistä impedanssisuhdetta p:llä ja määritellään seuraavasti: p = Z11/(Z11 + Z12 + Z21 + Z22), kun (1) 5 Z11 = Z111, Z112 tai Z113, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi, Z12 = Z121, Z122 tai Z123, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi, Z21 = Z211, Z212 tai Z213, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi ja Z22 = Z221, Z222 tai Z223, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi.

10

Luku p kertoo vian sijainnin, kun impedanssin jakautuminen johdolla tunnetaan. Luku p voidaan laskea johtolenkin F1, S ja F2 eri päistä mitattujen viallisen vaiheen virtapulssien avulla. Merkitään virtapulssien amplitudeja Ir1 ja Ir2, jolloin Ir1 on mitattu johtolähdön F1 ja kiskoston liittymäkohdasta ja Ir2 on 15 mitattu johtolähdön F2 ja kiskoston liittymäkohdasta. Tässä yhteydessä oletetaan, että mittausvälineistön näytteenottotaajuus on riittävän korkea, jotta esiintyvät lyhytkestoiset virtapulssit voidaan mitata. Tällöin pätee:

Ir2 ™ P =- (2)

Ir\ + Ir2 20

Katkeilevan tai ohimenevän vian sijainti voidaan siis määrittää mittaamalla viallisen vaiheen virrat rengasjohdon eri päistä. Tähän laskentaan aiheutuu epätarkkuutta siitä, että virran mitattuun maksimiarvoon vaikuttaa myös viallisen vaiheen L1 normaali kuormitusvirta. Tätä epätarkkuutta ei voi elimi-25 noida pelkästään vähentämällä mitatusta maksimiarvosta juuri ennen pulssin syntymistä mitattu vaihevirran hetkellisarvo, sillä kyse ei ole kahden toisistaan riippumattoman virtasignaalin superpositiosta. Vaikuttaahan maakosketus välittömästi myös kuormitusvirran hetkellisarvoihin. Pulssin amplitudien mittauksen tarkkuus riippuu siis siitä, kuinka suuri on kuormitusvirta suhteessa vian 30 aiheuttamaan virtapulssiin.

Vian sijainnin määrityksen tarkkuutta voidaan lisätä perustamalla se nollavirran eli vaiheiden summavirran pulsseihin. Tällöin joudutaan kuitenkin ottamaan huomioon rengasjohdon terveiden vaiheiden L2 ja L3 kautta kulkevien pulssien vaikutus nollavirtapulssiin. Rengasjohdon eri päistä mitatuille 35 nollavirtapulssien amplitudeille pätee : 7 106749 101 = Irl + Isl + Itl . „ , missä 102 = Ir2 + Is2 + It2

Ir1, Is1 ja It1 = johtolähdön F1 ja kiskoston liittymäkohdasta mitatut vaiheiden virtapulssien amplitudit ja 5 Ir2, Is2 ja It2 = johtolähdön F2 ja kiskoston liittymäkohdasta mitatut vaiheiden virtapulssien amplitudit.

Näiden summalausekkeesta voidaan ratkaista vikavirtapulssi lop seuraavasti: 10 loi + Io2 = (/rl + Ir2) + (M + Iti + Is2 + It 2) = Iop-^x k x lop <=> r Iol + Io2

Iop =-r- (3) l- — xk 3

Parametri k on rengasjohdon maakapasitanssin osuus koko verkon 15 maakapasitanssista: . Cel + Ce2 .

k =-, missä (4)

Cel + Ce2 + Ce3

Ce1 = Ce11, Ce12 tai Ce13, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi, ^ ” 20 Ce2 = Ce21, Ce22 tai Ce23, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi ja

Ce3 = Ce31, Ce32 tai Ce33, kun nämä oletetaan yhtäsuuriksi (Ce3 kuvaa siis johtosilmukan ulkopuolisen verkon maakapasitanssia vaihetta kohti).

Silmukan pään numero 2 viallisen vaiheen virralle pätee : 25

Ir2 = pxIop

Johtosilmukan pään 2 terveiden vaiheiden L2 ja L3 yhteenlasketulle virtapulssille pätee ottaen huomioon terveiden vaiheiden virran vialliseen vai-30 heeseen L1 nähden vastakkainen polariteetti: • 2 8 106749

Is2 + It2 = — -Y.mx.ky.lop, (5) missä m ilmoittaa terveiden vaiheiden virtapulssin jakautumisen johdon eri päiden välillä. Kerroin (2/3) otetaan mukaan, koska viallisella joh-5 dolla F1 vain kaksi vaihetta kolmesta syöttää vikakohtaan F kulkeville virta-pulsseille vastakkaissuuntaisia virtapulsseja, kun taas taustaverkossa kaikki kolme vaihetta syöttävät likimain samansuuruiset ja polariteetiltaan samat vir-tapulssit. Pulssit terveiden johtojen eri vaiheissa ovat samansuuruiset ja polariteetiltaan samat, sillä vaihejännitteiden hetkelliset muutokset lyhytaikaisen 10 maakosketuksen syntyessä ovat samansuuruiset ja vaihe-maakapasitanssit ovat likimain samansuuruiset. Lyhytaikaisen maakosketuksen aiheuttamilla virtapulsseilla tilanne poikkeaa siten kiinteän maakosketuksen synnyttämistä perusaaltoisista maasulkuvirroista, sillä kiinteän maakosketuksen aikana viallisen vaiheen jännite maahan nähden on ääritapauksessa nolla, eikä terveiden 15 johtojen viallisen vaiheen maakapasitanssien kautta kulje maasulkuvirtaa juuri ollenkaan.

Yleensä voidaan olettaa, että m on likimain 0.5, jos rengasjohdon molempien haarojen pituusyksikköä kohti lasketut johtovakiot ovat keskimäärin likimain samat. Tarkempi arvo voidaan tarvittaessa laskea, kun tunnetaan pit-20 kittäisimpedanssien ja maakapasitanssien jakautuminen johdolla. Tällaisen laskennan tekeminen on alan ammattimiehelle mahdollista yleisen sähköopin avulla, eikä sitä esitetä tässä.

Johtosilmukan pään 2 nollavirtapulssille voidaan nyt kirjoittaa seu-raava lauseke, josta luku p on ratkaistavissa: 25 2

Io2 - Ir2 + (Is2 + It2) = pxIop--xmxh Iop (6)

Io2 + — xmxkxlop T « 3 r Io2 2 , o p =-=--v—xmxk (7)

Iop Iop 3

Io2 .. 2 ,. 2 /0, * => p =-x (1 — xk) + — xmxk (8)

Io\ + Io2 3 3 30 Kun oletetaan, että m = 0.5, saadaan kaava (8) muutettua seuraa- vaan muotoon : 9 106749 => P= . /°2. x(!-|x*) + ^x* (9) löi + Io2 3 3

Kaavoja (1), (2), (8) ja (9) käyttäen saadaan laskettua vian sijainti rengasjohdolla mittaamalla samaan maakosketukseen liittyvät virtapulssit ren-5 gasjohdon molemmista päistä. Menetelmän soveltaminen käytännössä edellyttää luonnollisesti, että tunnetaan rengasjohdon impedanssit Z111-Z223 ja niiden jakautuminen johdon pituudelle. Tällä tavalla voidaan ratkaistu luku p muuttaa impedanssitiedoksi yhtälön (10) mukaisesti: 10 Zll = pxZtot, (10) missä Ztot = Z11+Z12+Z21+Z22 on rengasjohdon kokonaispitkittäi-simpedanssi koko johdon pituudelta laskettuna. Kun tunnetaan johdon keskimääräinen pitkittäisimpedanssi pituusyksikköä kohti eli luku z, voidaan laskea 15 vian F etäisyys rengasjohdon päästä numero 1 eli kuviossa 2 johtolähdön F1 ja kiskoston liittymäkohdasta seuraavasti: d = — (11) z 20 Jos johdon impedanssi pituusyksikköä kohti ei ole vakio, vaan on erisuuruinen johdon eri kohdissa, joudutaan etäisyysestimaatti muodostamaan vaiheittaisesti laskemalla yhteen impedansseiltaan erilaisia johto-osia alkaen viallisen johtolähdön F1 alusta vikapaikkaa F kohti edeten, kunnes laskettu Z11 tulee täyteen.

25 Vaihtoehtoisia suoritusmuotoja on kaksi sen mukaan, kuinka puls seja mitataan. Yksi ratkaisu on kaapeloida samaan laitteeseen (ei esitetty) virtapulssit johdon molempien päiden virtamuuntajilta tai sensoreilta (ei esitetty). Tämän ratkaisun etuna on mittausten synkronoinnin helppous. Haittana on se, että mikä tahansa johdoista F1, F2 ja F3 saattaa tulla vialliseksi, jolloin * - 30 kaikki johtojen mittaukset on voitava kytkeä samaan laitteeseen jonkin toisen johdon mittausten kanssa. Mainittua toista johtoa ei voida kuitenkaan valita kiinteästi, sillä mikä tahansa johto saattaa olla tilapäisesti kokonaan poissa käytöstä. Tämä ratkaisu edellyttää siis kaikkien sähköaseman johtojen mittausten liittämistä samaan laitteeseen.

10 106749

Toinen ratkaisu on kaapeloida kunkin mittamuuntajan tai sensorin signaalit vain yhteen johtokohtaiseen laitteeseen ja siirtää mittaustiedot edullisesti digitaalisessa muodossa eteenpäin keskuslaitteelle, jotta eri päiden mittauksia voidaan verrata. Tästä ratkaisusta seuraa tarve synkronoida mittauk-5 set toisiinsa, jotta tiedetään, että keskenään verrattavat mittaukset liittyvät samoihin ajanhetkiin. Tällaiseen synkronointiin on kuitenkin olemassa tunnettuja teknisiä ratkaisuja, jotka eivät kuulu keksinnön aihepiiriin. Tällaisen hajautetun ratkaisun etuna on helpompi laajennettavuus, koska ei tarvita kiinteitä kaapelointeja tiettyyn määrään johtoja. Tällainen ratkaisu on helposti laajen-10 nettavissa ja sovellettavissa eri kokoisilla sähköasemilla.

Erilaisia muunnelmia voi olla myös sen mukaan, lasketaanko uusi estimaatti d vian sijainnille jokaisen esiintyvän maakosketuksen ja siitä seu-raavan virtapulssin osalta erikseen vai lasketaanko ensin monen virtapulssin amplitudien keskiarvo molempien päiden mittauksista ja perustetaan paikan-15 nus keskiarvoihin.

Nollavirtapulssien amplitudeihin perustuva vaihtoehto on edullisempi kuin vaihevirtoihin perustuva toteutus, sillä tällä tavoin normaali kuormitus-virta ei vaikuta mittauksiin lisäten niiden epätarkkuutta. Edullisinta on soveltaa eri virtapulssien keskiarvoa, jolloin tarvitsee siirtää vähemmän mittaustietoa 20 johtokohtaisilta laitteilta keskuslaitteelle. Vaikka virtapulssien suuruus jonkinverran vaihteleekin maakosketuksen syntyhetken ja vikavastuksen mukaan, niin vaihtelu tapahtuu samassa suhteessa rengasjohdon molemmissa päissä. Vertailun suorittaminen kullekin pulssille erikseen ei siis anna lisäinformaatiota varsinkaan, kun eri etäisyysestimaateista on kuitenkin lopuksi muodostettava .. 25 vain yksi arvo. On kuitenkin edullista, että johtokohtaiset laitteet laskevat virta- pulssien amplitudien keskiarvot tietylle ennalta asetellulle määrälle maakosketuksia. Tästä on etua pulssien amplitudin vaihdellessa huomattavasti. Tällöin vältetään vaara, että toinen laite laskee keskiarvoon jonkin huomattavasti muita arvoja suuremman tai pienemmän arvon toisen laitteen jättäessä kysei-30 sen arvon pois keskiarvosta.

» * Tässä oletetaan, että keksintöä soveltavissa laitteissa on keinot tunnistaa virtapulssit. Tämä voi perustua mihin tahansa tunnettuun tekniikkaan, kuten huippuarvon vertaamiseen tehollisarvoon tai perustaajuiseen komponenttiin ilman, että tällä on merkitystä keksinnön perusajatuksen kan-35 naita.

11 106749

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

« *

Claims (12)

12 106749

1. Menetelmä katkeilevien ja ohimenevien maasulkuvikojen paikantamiseksi sähköverkossa, joka sähköverkko käsittää yhden tai useampia syöttävästä pisteestä lähteviä johtolähtöjä, jolloin sähköverkon johtojen impe- 5 danssit pituusyksikköä kohden ovat tunnetut, ja joka verkko on ainakin kaksivaiheinen, menetelmän käsittäessä vaiheet, joissa tunnistetaan katkeilevaan tai ohimenevään maasulkuvikaan liittyvä maakosketus sähköverkossa, tunnistetaan viallinen johtolähtö, jolla maakosketus tapahtuu ja 10 kytketään ainakin osa sähköverkkoa silmukkaan siten, että ainakin osa silmukasta muodostuu viallisesta johtolähdöstä ja syöttö silmukkaan tapahtuu silmukan päistä, tunnettu siitä, että mitataan ainakin yhteen seuraavaan maakosketukseen liittyvien virtapulssien amplitudeja tai niihin verrannollisia muita suureita viallisen johto- 15 lähdön käsittävän silmukan päissä ja määritetään maakosketuspaikan sijainti mitattujen suureiden ja silmukkaan kytketyn sähköverkon johto-osan impedanssitietojen avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe virtapulssien mittaamiseksi suoritetaan tietylle ennalta määrätylle 20 määrälle seuraavia maakosketuksia, jolloin maakosketuspaikan sijainnin määrityksessä käytetään kunkin suureen eri maakosketuskerroilla mitattujen arvojen keskiarvoa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe virtapulssien mittaamiseksi käsittää vaiheet, joissa 25 tunnistetaan viallinen vaihe ja mitataan viallisen vaiheen virtapulssien amplitudit viallisen johtoläh-dön käsittävän silmukan päissä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maakosketuspaikan sijainti määritetään kaavalla: 30 lr2 -x Ztot d = + -fr-2-_ mjSSä z d = maakosketuspaikan etäisyys silmukan ensimmäisestä päästä, • « 13 106749 Ir1 - viallisen vaiheen virtapulssin amplitudi silmukan ensimmäisessä päässä, Ir2 = viallisen vaiheen virtapulssin amplitudi silmukan toisessa päässä,

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe virtapulssien mittaamiseksi käsittää vaiheen, jossa mitataan vaiheiden summavirrassa esiintyvän pulssin amplitudi vial-10 lisen johtolähdön käsittävän silmukan kummassakin päässä.

5 Ztot = silmukan kokonaispitkittäisimpedanssi ja z = silmukan pitkittäisimpedanssi pituusyksikköä kohden.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maakosketuspaikan sijainti määritetään kaavalla: [——— x(l- — xk) + — xmxk]x Ztot d = -M+/o2 , 3.........._..—3-.-, missä z 15 d = maakosketuspaikan etäisyys silmukan ensimmäisestä päästä, 101. vaiheiden summavirtapulssin amplitudi silmukan ensimmäisessä päässä, 102. vaiheiden summavirtapulssin amplitudi silmukan toisessa 20 päässä, k = Cs/Ctot, missä Cs = silmukan maakapasitanssi ja Ctot = verkon kokonaismaakapasitanssi, m = kerroin, joka kuvaa terveiden vaiheiden virtapulssin jakautumista silmukan eri päiden välillä,

25 Ztot = silmukan kokonaispitkittäisimpedanssi ja z = silmukan pitkittäisimpedanssi pituusyksikköä kohden.

7. Järjestelmä katkeilevien ja ohimenevien maasulkuvikojen paikantamiseksi sähköverkossa, joka sähköverkko käsittää yhden tai useampia : ' syöttävästä pisteestä lähteviä johtolähtöjä (F1, F2, F3), jolloin sähköverkon ·- 30 johtojen impedanssit (Z111-Z223, Ce11-Ce33) pituusyksikköä kohden ovat tunnetut, ja joka verkko on ainakin kaksivaiheinen (L1, L2, L3), jolloin järjestelmä on sovitettu tunnistamaan katkeilevaan tai ohimenevään maasulkuvikaan (F) liittyvä maakosketus sähköverkossa, 14 106749 tunnistamaan viallinen johtolähtö (F1), jolla maakosketus tapahtuu ja kytkemään ainakin osa sähköverkkoa silmukkaan (F1, S, F2) siten, että ainakin osa silmukasta muodostuu viallisesta johtolähdöstä (F1) ja syöttö 5 silmukkaan tapahtuu silmukan päistä, tunnettu siitä, että järjestelmä on lisäksi sovitettu mittaamaan ainakin yhteen seuraavaan maakosketukseen liittyvien virtapulssien amplitudeja tai niihin verrannollisia muita suureita viallisen johto-lähdön (F1) käsittävän silmukan päissä ja 10 määrittämään maakosketuspaikan (F) sijainti mitattujen suureiden ja silmukkaan kytketyn sähköverkon johto-osan impedanssitietojen avulla.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä on sovitettu suorittamaan virtapulssien mittaamisen tietylle ennalta määrätylle määrälle seuraavia maakosketuksia ja käyttämään maakos- 15 ketuspaikan sijainnin määrityksessä kunkin suureen eri maakosketuskerroilla mitattujen arvojen keskiarvoa.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä on sovitettu virtapulsseja mitatessaan tunnistamaan viallinen vaihe (L1) ja 20 mittaamaan viallisen vaiheen virtapulssien amplitudit viallisen joh- tolähdön (F1) käsittävän silmukan (F1, S, F2) päissä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä on sovitettu määrittämään maakosketuspaikan (F) sijainti kaavalla: -x Ztot 25 d = -, missä z d = maakosketuspaikan etäisyys silmukan ensimmäisestä päästä, Ir1 = viallisen vaiheen virtapulssin amplitudi silmukan ensimmäises- sä päässä,

30 Ir2 = viallisen vaiheen virtapulssin amplitudi silmukan toisessa päässä, Ztot = silmukan kokonaispitkittäisimpedanssi ja z = silmukan pitkittäisimpedanssi pituusyksikköä kohden.

11. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen järjestelmä, tunnettu . 35 siitä, että järjestelmä on sovitettu virtapulsseja mitatessaan « „ 106749 15 mittaamaan vaiheiden (L1, L2, L3) summavirrassa esiintyvän pulssin amplitudi viallisen johtolähdön (F1) käsittävän silmukan (F1, S, F2) kummassakin päässä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu 5 siitä, että järjestelmä on sovitettu määrittämään maakosketuspaikan (F) sijainti kaavalla: r loi 2 ,. 2 ,, _ [-x(l — xk) + - xmxklxZtot ä = + 3 3---, missä z d = maakosketuspaikan etäisyys silmukan ensimmäisestä päästä, 10 loi = vaiheiden summavirtapulssin amplitudi silmukan ensimmäi sessä päässä, lo2 = vaiheiden summavirtapulssin amplitudi silmukan toisessa päässä, k = Cs/Ctot, missä Cs = silmukan maakapasitanssi ja Ctot = verkon 15 kokonaismäakapasitanssi, m = kerroin, joka kuvaa terveiden vaiheiden virtapulssin jakautumista silmukan eri päiden välillä, Ztot = silmukan kokonaispitkittäisimpedanssi ja z = silmukan pitkittäisimpedanssi pituusyksikköä kohden. j» · « # o 4» 16 106749