WO1996025671A1 - Verfahren zur erfassung eines erdschlussstromes - Google Patents

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    • H02H1/04—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • H02H1/046—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks upon detecting saturation of current transformers
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    • H02H3/34—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
    • H02H3/347—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using summation current transformers

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a
  • Earth fault current in a multi-phase network with vectorial summation of the output signals of each current transformer assigned to each phase of the network and the neutral conductor.
  • earth currents can be measured directly, specifically by an earth transformer in the transformer star point or by a summation current transformer (US Pat. No. 5,195,009).
  • the very good accuracy of such measurement methods can be countered by the increased effort or the given network configuration.
  • the object of the invention is to carry out the ground fault detection on the one hand with inexpensive current transformers and on the other hand to avoid false tripping in the interest of the operational safety of the systems to be protected.
  • this object is achieved in that the vectorial sum of the current formed from the currents of the phases and the current of the neutral conductor around the product of the maximum current measured at the same time, which flows in one of the phases or in the neutral conductor, and the Linearity error of the current transformer concerned is reduced.
  • the effort for the implementation of the invention is low compared to the use of current transformers with great accuracy.
  • the new process is equally suitable for current transformers with an iron core or for air converters with a large dynamic range.
  • the invention can advantageously be implemented using a non-volatile memory for storing the percentage linearity error of all current transformers used.
  • Figure 1 shows an example of the course of the
  • FIG. 3 The method according to the invention is illustrated in FIG. 3 using a flow chart.
  • the straight line G represents the linear transmission of a primary current I pr i m into a secondary current I sec , as is achieved by an ideal current transformer.
  • I pr primary current
  • I sec secondary current
  • the linearity error F is therefore a function of the current. This results in a tolerance band T with a percentage error F.
  • the vectorial sum of the errors ⁇ F is plotted in FIG. 2 as a current value over the primary current Iprim.
  • the tolerance band T1 corresponds to a course as it results without special measures.
  • a limit value I gg of the earth current can be reached solely on the basis of the tolerance of the current transformers, which leads to tripping.
  • the method as provided by the invention produces a corrected tolerance band T2 in which a false triggering is excluded. 3 shows how the tolerance band T2 is generated.
  • a circuit breaker LS is shown schematically, the switch contacts of which are arranged in the course of the phase conductors L1, L2 and L3 of a three-phase network.
  • a current transformer W1, W2 or W3 and WN is assigned to each of these conductors and a neutral conductor N. These current transformers are considerate of what is desirable
  • the volume of the circuit breaker LS is dimensioned such that errors corresponding to curve K in FIG. 1 can occur.
  • the circuit breaker LS has a switching mechanism SM, shown as a symbol, which can be actuated by an electronic release.
  • the electronic release is not shown completely, since in the present context only the release due to an earth current is considered.
  • a microprocessor ⁇ P is indicated, which controls the processes to be explained below.
  • FIG. 3 forms a flow chart which illustrates the individual steps of the new method for measuring the first current.
  • the method according to the invention begins with the reading in of the measured values provided by the current transformers W1, W2, W3 and WN.
  • the branch of the flowchart shown on the left shows that the largest current I max selected from the measured values of the phase currents I L1 , I L2 , I L3 and the current in neutral conductor I N is an associated error F (I max ) as a percentage value an error table is read out, which is contained in a read-only memory ROM.
  • Another branch of the flow chart shown on the right illustrates the determination of the vectorial sum of all measured currents ⁇ (I L1 , I L2 »I L > I N ).
  • a comparison is carried out as to whether I g is greater or less than a limit value I gg set by the user of the circuit breaker LS. If this condition is met, the microprocessor initiates ⁇ P through the TRIGGER block the actuation of the switching mechanism SM and thus the opening of the switching contacts in the course of the conductors Ll, L2 and L3.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung des in einem mehrphasigen Netz (L1, L2, L3, N) fließenden Erdstromes (Ig) geht von der Verwendung normaler Stromwandler mit Eisenkern (W1, W2, W3, WN) für die Phasenleiter (L1, L2, L3) und den Neutralleiter (N) aus. Der stromabhängige Linearitätsfehler (F(I)) der Stromwandler (W1, W2, W3, WN) wird dadurch berücksichtigt, daß von der vektoriellen Summe der Ströme (ΣI) das Produkt aus dem größten Phasenstrom und dem zugehörigen Fehler (F*Imax) abgezogen wird. Hierdurch wird eine einseitige Lage des Toleranzbandes des gemessenen Erdstromes erzeugt und es werden Fehlauslösungen vermieden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erfassung eines Erdschlußstromes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines
Erdschlußstromes in einem mehrphasigen Netz mit vektorieller Summierung der AusgangsSignale je eines jeder Phase des Netzes und des Neutralleiters zugeordneten Stromwandlers.
Ein solches Verfahren, wie es etwa der EP 0 407 310 Bl zu entnehmen ist, setzt voraus, daß Stromwandler mit großer Genauigkeit eingesetzt werden. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, so sind Fehlauslösungen möglich. Betrachtet man z. B. den Fall, daß die Erdstromauslösung bei 20% des Nennstromes erfolgen soll und nimmt einen Fehler der
Stromwandler von 5% an, so weist der gemessene Erdstrom beim 4-fachen Phasennennstrom einen Fehler von 100% auf. Zu vermeiden sind Fehlauslösungen nur durch die Verwendung von Stromwandlern mit höherer Genauigkeit, die aber ein höheres Gewicht aufweisen und einen größeren Einbauraum beanspruchen. Dieser ist beschränkt, weil beim Bau zeitgemäßer Leistungsschalter gleichfalls Wert auf kompakte Abmessungen gelegt wird.
Es ist zu erwähnen, daß es weitere Verfahren zur Erdschlu߬ erfassung gibt, die spezifische Eigenschaften hinsichtlich der Anforderungen an die Stromwandler aufweisen. Insbesondere können Erdströme direkt gemessen werden, und zwar durch einen Erdwandler im Transformator-Sternpunkt oder durch einen Summenstromwandler (US 5 195 009) . Der sehr guten Genauigkeit solcher Meßmethoden kann der erhöhte Aufwand bzw. die jeweils gegebene Netzkonfiguration entgegenstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erdschlußer- fassung einerseits mit preiswert verfügbaren Stromwandlern durchzuführen, andererseits Fehlauslösungen im Interesse der Betriebssicherheit der zu schützenden Anlagen zu vermeiden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die vektorielle Summe des aus den Strömen der Phasen und dem Strom des Neutralleiters gebildeten Stromes um das Produkt aus dem zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Höchststrom, der in einer der Phasen oder in dem Neutralleiter fließt, und dem Linearitätsfehler der betreffenden Stromwandler vermindert wird.
Diese Vorgehensweise beseitigt nicht den Meßfehler des
Erdstromes, sondern beschränkt seine Auswirkung durch die Bildung eines einseitigen Toleranzbandes. Damit wird eine Fehlauslösung durch die Meßfehler der Stromwandler ver¬ hindert. Der Aufwand für die Verwirklichung der Erfindung ist gering im Vergleich zur Benutzung von Stromwandlern mit großer Genauigkeit. Das neue Verfahren ist gleichermaßen für Stromwandler mit Eisenkern oder für Luftwandler mit großem Dynamikbereich geeignet.
Die Erfindung kann vorteilhaft unter Verwendung eines nicht- flüchtigen Speicher zur Hinterlegung des prozentualen Linearitätsfehlers aller benutzten Stromwandler verwirklicht werden.
Zur Verwirklichung der Erfindung ist es nicht erforderlich, die jeweils benutzten Stromwandler individuell hinsichtlich ihres Linearitätsfehlers zu untersuchen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Linearitätsfehler der Stromwandler als eine auf den Typ jedes benutzten Stromwandlers bezogene prozentuale Größe bestimmt und gespeichert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Verlauf des
Linearitätsfehlers eines Stromwandlers in Abhängigkeit von der Höhe des Stromes zusammen mit dem zugehörigen Toleranz- band.
In der Figur 2 sind zwei Toleranzbänder der vektoriellen Fehlersumme über dem Primärstrom aufgetragen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist in der Figur 3 anhand eines Flußdiagrammes veranschaulicht.
In der Figur 1 stellt die Gerade G die lineare Übertragung eines Primärstromes Iprim in einen Sekundärstrom Isec dar, wie sie ein idealer Stromwandler bewirkt. Demgegenüber besteht in Wirklichkeit ein nichtlinearer Zusammenhang gemäß der Kurve K. Daher sind die Meßwerte je nach der Höhe des Primärstromes Iprim gegenüber dem richtigen Wert teilweise geringer und teilweise größer. Der Linearitätsfehler F ist somit eine Funktion des Stromes. Daraus ergibt sich ein Toleranzband T mit einen prozentualen Fehler F.
In der Figur 2 ist die vektorielle Summe der Fehler ∑F als Stromwert über dem Primärstrom Iprim aufgetragen. Dabei ent¬ spricht das Toleranzband Tl einem Verlauf, wie er sich ohne besondere Maßnahmen ergibt. Wie man erkennt, kann daher allein aufgrund der Toleranz der Stromwandler ein Grenzwert Igg des Erdstromes erreicht werden, der zur Auslösung führt. Durch das Verfahren, wie es die Erfindung vorsieht, wird ein korrigiertes Toleranzband T2 erzeugt, bei dem eine Fehlaus- lösung ausgeschlossen ist. Anhand der Figur 3 wird erläutert, wie das Toleranzband T2 erzeugt wird.
In der Figur 3 ist im unteren Teil schematisch ein Leistungs¬ schalter LS gezeigt, dessen Schaltkontakte im Zuge der Phasenleiter Ll, L2 und L3 eines dreiphasigen Netzes ange¬ ordnet sind. Jedem dieser Leiter sowie einem Neutralleiter N ist ein Stromwandler Wl, W2 bzw. W3 und WN zugeordnet. Diese Stromwandler sind mit Rücksicht auf das erwünschte geringe Bauvolumen des Leistungsschalters LS so bemessen, daß Fehler entsprechend der Kurve K in der Figur 1 auftreten können.
Der Leistungsschalter LS besitzt einen als Symbol gezeigten Schaltmechanismus SM, der durch einen elektronischen Auslöser betätigbar ist. Der elektronische Auslöser ist nicht voll¬ ständig gezeigt, da im vorliegenden Zusammenhang nur die Aus¬ lösung aufgrund eines Erdstromes betrachtet wird. Angedeutet ist jedoch ein Mikroprozessor μP, der die im folgenden zu erläuternden Vorgänge steuert.
Den oberen Teil der Figur 3 bildet ein Flußdiagramm, das die einzelnen Schritte des neuen Verfahrens zur Erstrommessung veranschaulicht. Das Verfahren nach der Erfindung nimmt seinen Ausgang mit der Einlesung der durch die Stromwandler Wl, W2, W3 und WN bereitgestellten Meßwerte. In dem links gezeigten Zweig des Flußdiagramms ist dargestellt, daß aus den Meßwerten der Phasenströme IL1, IL2, IL3 un dem Strom in Neutralleiter IN der größte Strom Imax ausgewählt ein zu- gehöriger Fehler F(Imax) als Prozentwert aus einer Fehler¬ tabelle ausgelesen wird, die in einem Festwertspeicher ROM enthalten ist. Ein weiterer, rechts gezeigter Zweig des Flußdiagramms veranschaulicht die Ermittlung der vektoriellen Summe aller gemessenen Ströme ∑(IL1, IL2» IL > I N) •
Beide vorstehend bestimmten Größen, nämlich Imax und Σ(IL1, IL2, IL3, IN) werden nun in einem durch den Mikro¬ prozessor μP gesteuerten Rechengang verarbeitet, um den korrigierten Erdstrom Ig nach der Formel Ig = ∑(IL1, IL2, IL3, IN) - F*Imax zu ermitteln.
Nachdem nunmehr ein korrigierter Wert Ig des Erdstromes ermittelt ist, wird ein Vergleich durchgeführt, ob Ig größer oder kleiner als ein vom Benutzer des Leistungsschalters LS eingestellter Grenzwert Igg ist. Ist diese Bedingung erfüllt, so veranlaßt der Mikroprozessor μP durch den Block AUSLÖSUNG die Betätigung des Schaltmechanismus SM und damit die Öffnung der Schaltkontakte im Zuge der Leiter Ll, L2 und L3.
Wesentlich für das beschriebene Verfahren ist die Bildung eines einseitigen Toleranzbandes des Fehlers bei der Messung des Erdstromes. Wie in der Figur 2 gezeigt ist, besteht ohne besondere Maßnahmen die Gefahr, daß es nicht aufgrund der absoluten Höhe des Erdstromes, sondern aufgrund des strom¬ abhängigen Fehlers zu einer Auslösung des Leistungsschalters LS kommt. Durch die Korrektur des Meßwertes des Erdstromes bleibt der Fehler auch bei hohen Strömen in den Phasenleitern unterhalb des eingestellten Ansprechwertes für die Auslösung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung eines Erdschlußstromes (I ) in einem mehrphasigen Netz mit vektorieller Summierung der Ausgangssignale je eines jeder Phase (Ll, L2, L3) des Netzes und des Neutralleiters (N) zugeordneten Stromwandlers (Wl, W2, W3, WN) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vektorielle Summe des aus den Strömen der Phasen (IL1, IL2. IL3) und der Strom (IN) des Neutralleiters gebildeten Stromes um das Produkt aus dem zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Höchststrom (Imax) der in einer der Phasen (Ll, L2, L3) oder in dem Neutralleiter (N) fließt, und dem Linearitätsfehler (F) der betreffenden Stromwandler (Wl, W2, W3, WN) vermindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein nichtflüchtiger Speicher (ROM) zur Hinterlegung des prozentualen Linearitätsfehlers aller benutzten Stromwandler (Wl, W2, W3, WN) vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Linearitätsfehler (F(I)) der Stromwandler (Wl, W2, W3, WN) als eine auf den Typ jedes benutzten Stromwandlers (Wl, W2, W3, WN) bezogene prozentuale Größe bestimmt und gespeichert wird.
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