NO173076B - Fremgangsmaate og innretning til lokalisering av jordslutning av en leder i et trefasenett - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning til lokalisering av jordslutning av en leder i et trefasenett i henhold til innledningen av henholdsvis kravene 1 og 4.

Ved forekomst av jordfeil i isolerte eller kompenserte luftled-nings- eller kabelnett opptrer transienter i området mellom nettfrekvensen, f.eks. 50 Hz og flere tusen Hz. Ved bestemmelse av faserelasjonen mellom strøm- og spenningstransientene kan det foretas en retningsavgjørelse for den relative posi-sjon av jordslutningsstedet med hensyn på målepunktet. Når et nett er tilstrekkelig tett forsynt med slike målepunkter,

er det i tilfelle av en jordslutning mulig å foreta en rask innsirkling av feilstedet. Den defekte nettdel kan deretter frakobles nettet før hele nettet må frakobles eller det opptrer sikkerhetstekniske problemer på feilstedet.

Den nevnte transientbestemmelse baserer seg på en overvåkning av summastrømmen og forskyvningen eller "forlagringen" av trefasenettets stjernepunktspenning i hver av de betraktede målepunkter. Har den forekommende første halvbølge av strøm-transienten i tilfelle av jordslutning den samme polaritet som den første halvbølge av spenningstransienten, så befinner jordslutningsstedet seg i foroverretning (med hensyn på den uforstyrrede energistrømretning); ved motsatt polaritet av den transienthalvbølge som det sammenlignes med, ligger feilstedet i bakoverretning. Slike feilslutningsregistreringsapparater, såsom muligens jordfeilimpulsreléer, er f.eks. kjent fra Siemens-publikasjonen "Der Erdschluss im Netzbetrieb" (bestil-lingsnr. E141/1212).

Et grunnleggende måleproblem ved bestemmelsessystemer av den foreliggende art består i den aldri helt uunngåelige asymmetri mellom trefasenettet og dets last. Således leverer selv måle-omformere uten egne symmetritoleranser også i stasjonær, feil-fri driftstilstand summastrøm- resp. forskyvningsspennings-signaler forskjellig fra null og som nødvendigvis må tas hensyn til, hvilket betyr en reduksjon av følsomheten. Desisjons-evnen til vanlige apparater når derfor relativt raskt sine grenser, når målestørrelsene i feiltilfellet er mindre enn ved stasjonær drift, f.eks. ved meget høyohmige jordslutninger.

Videre er det forbundet et sikkerhetsteknisk problem med loka-liseringen av varige jordslutninger. Disse blir, da det med konvensjonelle jordfeilimpulsreléer ikke er mulig å gjenta målingen, delvis lokalisert med effektmålemetoder, hvorved det f.eks. er nødvendig med en effektreststrømforhøyelse ved tilkobling av en motstand i nettstjernepunktet mot jord, hvorved faren for person- og gjenstandsskade på feilstedet for-høyes .

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse består i å skaffe særdeles følsomme og sikre lokaliseringsmetoder og lokaliser-ingsinnretninger av den i innledningen nevnte art.

Denne hensikt oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som fremgår av henholdsvis kravene 1 og 4. Fordelaktige ut-førelser og videreutviklinger er angitt i de øvrige krav.

Hovedfordelen ved den foreliggende oppfinnelse ligger i den høye følsomhet ved måling av summastrømmen og forskyvningsspenningen. Derved blir jordslutninger hurtigere og sikrer regi-strert og funnet, hvorved meget hurtige, målrettede mottil-tak er mulig før kostnadskrevende nettutkoblinger blir iverk-satt. På grunn av den høye målefølsomhet fåes det også enda en ytterligere betydningsfull fordel: det blir mulig å gjenta målingene med høyfrekvente transienter med lavt energiinnhold, noe som minimerer farepotensialet på stedet på forhånd.

Utførelsesformen av båndsperrefilteretn med et båndpassfilter ved siden av subtraksjonsleddet, i henhold til krav 5, gir den fordel at det kan benyttes jordede induktanser som lar seg utføre på en lett integrerbar måte med gyratorkretser forsynt med kapasitanser.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i tilknytning til et på tegningen vist utførelseseksempel.

Fig. 1 viser et blokkdiagram for en innretning for i henhold til oppfinnelsen å bestemme summastrømmen og forskyvningsspenningen i et trefasenett og til lokalisering av en jordslutning i dette. Fig. 2 viser et strømløpsskjeiua for et i henhold til oppfinnelsen benyttet båndsperrefilter. Fig. 3 viser et diagram til eksempelvis sammenligning av det tidsbestemt forløp av et vanlig og et i henhold til oppfinnelsen bestemt forskyvningsspenningssignal.

I sammenheng med blokkdiagrammet for en lokaliseringsinnret-ning i henhold til oppfinnelsen på fig. 1 er også vist dens tilknytning til et avsnitt av et trefasenett RST, idet den mates av viklinger anordnet om nettstjernepunktet Mp. I målepunktet 2 blir den der forekommende summastrøm 10 i trefasenettet RST bestemt ved hjelp av en åpen trekantvikling 3 (eller alternativt eventuelt med en kabelkoblingsomformer) og levert via en transformator Tl til lokaliseringsinnretningen. Derved kommer dessuten en lavpassfiltrering av det summastrøm-signal som skal bestemmes ved hjelp av et lavpassfilter TPl med en knekkfrekvens mellom ca. 4 og 10 kHz, i betraktning. Det resulterende første målesignal II som representerer summa-strømmen 10 gjennomgår til slutt en båndsperrefiltrering. Båndsperrefilteret BSl er i utførelseseksempelet realisert ved hjelp av båndpassfilter BPl og et subtraksjonsledd Dl. Virke-måten til båndsperrefilteret BSl tilsvarer det ytterligere og nedenfor beskrevne båndsperrefilter BS2 for overspennings-signalet. Det på utgangen av båndsperrefilteret BSl stående filtrerte målesignal II minus 12 blir gitt til den første terskelverdikrets Sl, som avgir et varselsignal ml når dets inngangssignal II minus 12 overskrider en forhåndsgitt terskelverdi. Dette varselsignal ml går til en beregningsenhet A, hvis funksjon også likeledes omtales nærmere nedenfor. Fra målepunktet 2 blir det ved siden av summastrømmen 10 bestemt et annet målesignal Ul som representerer forskyvningsspenningen U0 i nettstjernepunktet Mp ved at det over kapasitansene Cl, C2, C3 reproduseres et nettstjernepunkt Mp<1>. Den således bestemte forskyvningsspenning UO blir levert videre over transformatoren T2 og det til lavpassfilteret TPl tilsvarende lavpassfilter TP2 som målesignal Ul til båndsperrefilteret BS2. Dette er bygget opp av båndpassfilteret BP2 og subtraksjonsleddet D2 og arbeider som følger: båndpassfilteret BP2 er avstemt til trefasenettets RST's driftsfrekvens , det vil f.eks. si til 50,60 eller 16 2/3 Hz. I stasjonær tilstand lar båndpassfilteret BP2 det også i stasjonær tilstand på grunn av nettasymmetrier uunngåelige forekommende målesignal Ul uhindret passere, slik at differansedannelsen i det etter-følgende subtraksjonsledd D2 fører til en tilnærmet full-stendig signalutkobling (dvs. at det filtrerte signal Ul minus U2 er tilnærmet 0). Så snart en transient overlagrer målesignalet Ul på grunn av en jordslutning, kan båndpassfilteret på grunn av sin innsvingningstreghet ikke reagere øyeblikke-lig, men arbeider følgelig som et glidende lager. Subtrak-sjonen av det filtrerte, trege målesignal U2 fra det transient-beheftede målesignal Ul fører så til avbildning av den rene transient. Følsomheten til den etterkoblede annen terskelverdikrets S2 kan således, nøyaktig som den for den første terskelverdi ' i krets Sl, alene være innrettet på transienten og vil ikke medta det uunngåelige stasjonære amplitude av målesignalet Ul som en usikkerhet som i kjent teknikk nødvendigvis hyppig føres til feilavgjørelser om retningen.

Overskridelser av den forhåndsgitte terskelverdi ved en transient meldes av terskelverdikretsene S2 som varselsignal m2

på regneenheten A, hvis funksjon omfatter varsling av jordslutninger såvel som avgivelse av en retningsavgjørelse. Det kan også være gjort slik at regneenheten A alt etter resul-tatet av dens beregning allerede selv forårsaker utløsninger, f.eks. over en relékontakt K, som på sin side setter en som jordsluttet erkjent stikkledning av nettet ut av drift. Den egentlige bestemmelse av varselsignalene ml, m2 og således summastrømmen IO og forskyvningsspenningen UO skjer på den måte at faserelasjonen mellom den første halvbølge av en strøm-transient og den første halvbølge av spenningstransienten blir

fastslått. Ved faselikhet skjer er såkalt foroveravgjørelse (f.eks. vist ved lysdioden LEDI), hvilket betyr at feilstedet sett fra målepunktet ligger i foroverretningen, med hensyn på den uforstyrrede energistrømretning 1. Bestemmes det en motsatt faserelasjon for den angitte første halvbølge, så gis det en bakoveravgjørelse (f.eks. vist ved lysdioden LED2), dvs. at jordslutningen sett fra målestedet 2 er å finne i bakover-retningen av nettet.

Som regel inntrer jordslutninger av en leder i et trefase-

nett RST først som kortvarige eventer, såkalte impulser, hvis sted og årsak imidlertid likevel må undersøkes for å komme en varig jordslutning med muligvis tungtveiende følger i for-kjøpet. Det må nemlig has i mente at jordslutningen av en leder øker sannsynligheten for jordslutningen av en annen leder og dermed en kortslutning ved spenningsøkning i den nærmeste intakte leder overfor jord.

Straks det skjer en jordslutning av en leder, stiger forskyvningsspenningen UO i det reproduserte nettstjernepunkt Mp<1> til en størrelsesorden på 100 V. Selv i dette tilfelle er imidlertid den her foreslåtte krets på grunn av sin utførelse for kom-pensasjon av stasjonære signalandeler alltid ytterst følsom ovenfor på ny forekommende transienter, f.eks. også kunstig utløste til nærmere feillokalisering. Derved er det av sikkerhetstekniske grunner av stor betydning at de kunstig utløste transienter på grunn av lokaliseringsinnretningens følsomhet må være lavenergetiske, hvorved det ikke oppstår noen ytterligere fare på feilstedet. Som eksempel på utløsning av en kunstig transient blir f.eks. en liten jordingskapasitans CE koblet til nettstjernepunktet Mp ved hjelp av en jordings-bryter SE.

Et detaljert strømløpsskjerna for båndsperrefilteret BS2 er

vist på fig. 2. Den frekvensbestemmende del av båndpassfilteret BP2 er gitt ved parallellkoblingen av induktansen L

og kapasitansen C, som som sperreoscillator alene ikke kort-slutter driftsfrekvensen til trefasenettet RST, f.eks. 50

Hz, til jord. Induktansen L kan på grunn av miniatyriseringen fordelaktig simuleres med en av en kapasitans CL avsluttet gyratorkrets - se operasjonsforsterkere 0P4 og 0P5. Operasjons-forsterkerne 0P2 og 0P3 benyttes som skilleforsterkere, idet den siste over den variable motstand R3 også kan benyttes til faseutjevning for den stasjonære tilstand. Operasjons-forsterkeren OPI danner til slutt differansen mellom det ufil-trerte målesignal Ul og det tilhørende filtrerte målesignal U2 .

I tilknytning til diagrammet på fig. 3 blir det til slutt

også grafisk anskueliggjort hvordan den manglende følsomhet til jordslutningsbestemmelsesapparater kjent i teknikken kan føre til feilavgjørelser, og hvordan de siste ved den her foreslåtte løsning kan forhindres. Det øvre kurvetog viser et målesignal Ul som representerer en forskyvningsspenning UO i nettstjernepunktet Mp og som mellom tidspunktene ti og t3 over-lagres av en av en jordslutning forårsaket transienttopp.

Slik det fremgår, er også utenfor tidsintervallet for jordslutningen målesignalet Ul tydelig forskjellig fra null, slik at terskelverdien Umax for aktiveringen av terskelverdikretsen S2 på forhånd må settes relativt høy for ikke stadig å for-årsake varslinger allerede under den feilfrie normaltilstand. Dette har dog til følge at den første halvbølge av transienten mellom tidspunktet ti og t2 ikke fører til at det tillatte område forlates og dermed heller ikke til en egentlig nød-vendig varsling. Den første halvbølge ville i dette tilfelle følgelig først varsle feilaktig for delintervallet mellom tidspunktene t2 og t3, og da med negativ polaritet. Da det på

den annen side som omtalt, helt vesentlig kommer an på regi-streringen av den første halvbølge av en transient, blir til-bøyeligheten til vanlige desisjonsbestemmelser overfor feil tydelig.

Ved sammenligning med den nedre kurve av diagrammet på fig.

3 fremtrer overlegenheten til den nye, foreslåtte konsept tydelig: den stasjonære del av målesignalet Ul er undertrykket, slik at etter at den rene transient blir tilbake, er selv den relativt grove terskelverdi Umax tilstrekkelig for korrekt å detektere den første halvbølge av transientene og dermed også gi en pålitelig retningsavgjørelse. Det nyvunne spillerom for terskelverdien Umax kan fordelaktig benyttes i høyfølsomme jordslutningsbestemmelsesapparater.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til lokalisering av en jordslutning av en leder i et trefasenett (RST), hvor det ved et målepunkt (2) i trefasenettet (RST) bestemmes et første målesignal (II) som representerer summastrømmen (10) i trefasenettet og et annet målesignal (Ul) som representerer forskyvningsspenningen (UO) i nettstjernepunktet (Mp,Mp'), idet det fra faserelasjonen mellom de av jordslutningen fremkalte transienter i målesignalene (II,Ul) tas en retningsavgjørelse vedrørende den relative stilling av jordslutningsstedet relativt til målepunktet, karakterisert ved at minst ett av de to målesignaler (II,Ul) reduseres med sin stasjonære del (12 resp. U2) .

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at kunstige transienter med lavt energiinnhold mates inn i trefasenettet (RST) for nærmere feillokalisering.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at det i nettstjernepunktet (Mp) er koblet inn en jordingskapasitans (CE) mot jord.

4. Innnretning til gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til krav 1, med a) en første måleanordning (3,Tl) til å bestemme et første målesignal (II) som representerer summastrømmen (IO) i trefasenettet, b) en første terskelverdikrets (Sl) for å avgi et første varselsignal (ml) når det første målesignal (II) overskrider en forhåndsgitt første terskelverdi, c) en annen måleanordning (Cl,C2,C3,T2) for å skaffe et annet målesignal (Ul) som representerer forskyvningsspenningen (UO) i nettstjernepunktet (Mp,Mp'), d) en annen terskelverdikrets (S2) innrettet til å avgi et annet varselsignal (m2), når det annet målesignal (Ul) overskrider en forhåndsgitt annen terskelverdi, e) en regneenhet (A) til beregning av de to varselsignaler (ml,m2), idet en retningsavgjørelse vedrørende den relative stilling av jordfeilstedet med hensyn på målepunktet (2) treffes, karakterisert vedf) minst ett smalbånds båndsperrefilter (BS1,BS2), hvis sperrefrekvens ligger ved trefasenettets (RST) driftsfrekvens, og som er innrettet til filtrering av minst ett av de to målesignaler (II,Ul).

5. Innretning i henhold til krav 4, karakterisert ved at det smalbånds båndsperrefilter omfatter minst ett smalbånds bånd passfilter (BPl,BP2), hvis passbåndfrekvens ligger ved trefasenettets (RST) driftsfrekvens og som er innrettet til å filtrere minst ett av de to målesignaler (II,Ul), samt minst ett subtraksjonsledd (Dl,D2) til subtraksjon av minst ett av de filtrerte målesignaler (12,U2) fra det tilhørende ufil-trerte målingssignal (II,Ul).

6. Innretning i henhold til krav 4 eller 5, karakterisert ved at minst én induktans (L) av minst ett båndpassfilter (BPl,BP2,BSl,BS2) reproduseres ved en gyratorkrets (0P4,0P5,CL).