WO1997020219A2

WO1997020219A2 - Verfahren zum gewinnen von fehlerbehaftete schleifen in einem mehrphasigen elektrischen energieversorgungsnetz kennzeichnenden signalen

Info

Publication number: WO1997020219A2
Application number: PCT/DE1996/002281
Authority: WO
Inventors: Andreas Jurisch; Matthias Kereit
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1997-06-05
Also published as: CN1078710C; CA2238506A1; US6034592A; CN1203666A; EP0864096A2; DE19545267A1; DE19545267C2; WO1997020219A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von fehlerbehaftete Schleifen in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz kennzeichnenden Signalen mittels Impedanzanregung, bei dem nach Überprüfung auf Erdfehler mittels Vergleich der Beträge der bei der Impedanzanregung gewonnenen Impedanzwerte die die fehlerbehafteten Schleifen kennzeichnenden Signale gebildet werden. Um bei einem solchen Verfahren mit großer Sicherheit alle die Schleifen zu eliminieren, die trotz anfänglicher Anregung tatsächlich nicht fehlerbehaftet sind, werden erfindungsgemäß bei Ermittlung ausschließlich erdfehlerfreier Schleifen durch Vergleich von errechneten virtuellen Impedanzen (ULx-Ly/ILx; ULx-Ly/ILy) mit bei der Impedanzanregung gemessenen Impedanzen (ZLx-Ly) die tatsächlich fehlerbehafteten Schleifen ermittelt; bei Ermittlung mindestens einer Schleife mit Erdfehler werden durch einen Vergleich der Beträge von aus den Impedanzwerten der als fehlerbehaftet erfaßten Leiter-Erde-Schleifen gebildeten virtuellen Impedanzwerten (ZVLxE) mit dem kleinsten virtuellen Impedanzwert (ZVLxE) fehlerfreie Leiter-Erde-Schleifen erkannt und eliminiert. Zur Weiterverarbeitung der Impedanzwerte der übrigen nicht eliminierten und als fehlerbehaftet ermittelten Schleifen werden im Hinblick auf die Anzahl von gleichzeitig festgestellten Leiter-Erde-Schleifen unterschiedlich ausgestaltete Prüfverfahren (23, 24, 25) verwendet.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Gewinnen von fehlerbehaftete Schleifen m einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz kennzeich- nenden Signalen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von fehlerbehaftete Schleifen in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz kennzeichnenden Signalen mittels Impe- danzanregung, bei dem

- geprüft wird, ob sich unter den als fehlerbehaftet erfaßten Schleifen mindestens eine Schleife mit einem Erdfehler be¬ findet und

- anschließend mittels Vergleichs der Betrage der bei der Im- pedanzanregung gewonnenen Impedanzwerte die die fehlerbe¬ hafteten Schleifen kennzeichnenden Signale gebildet werden.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist m dem Siemens- Gerätehandbuch „Digitaler Abzweigschutz 7SA511 V3.0, Bestell- Nr. C53000-G1100-C98-1, 1995 auf der Seite 36 beschrieben.

Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt eine Impedanzanregung in Form eines schleifenbezogenen Anregeverfahrens . Dabei wer¬ den nach Durchfuhren eines ersten Verfahrensschritteε zur Erdfehlererkennung bei mindestens einem erkannten Erdfehler die Leiter-Erde-Schleifen und bei keinem erfaßten Erdfehler die Leiter-Leiter-Schleifen überwacht. Eine Schleife gilt als angeregt, wenn der ermittelte entsprechende Impedanzzeiger innerhalb des für die jeweilige Schleife geltenden Anregepo¬ lygons liegt. Sind mehrere Schleifen gleichzeitig angeregt, wird ein Impedanzvergleich vorgenommen, bei dem nur solche Schleifen als angeregt eingestuft werden, deren Impedanz nicht mehr als das l,5fache der kleinsten Schleifenimpedanz betragt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gewinnen von fehlerbehaftete Schleifen m einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz kennzeichnenden Signalen anzugeben, bei dem mit großer Sicherheit alle die Schleifen eliminiert werden, die trotz anfänglicher Anregung tatsäch¬ lich nicht fehlerbehaftet sind, so daß von einem beispiels¬ weise zugeordneten Distanzschutz nur die Schleifen untersucht werden, die tatsächlich von einem Fehler befallen sind.

Zur Losung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der ein¬ gangs angegebenem Art erfindungsgemaß

- bei Ermittlung ausschließlich erdfehlerfreier Schleifen durch Vergleich von hinsichtlich der erfaßten Leiter-Lei- ter-Schleifen errechneten virtuellen Impedanzen nach Betrag und Phase mit bei der Impedanzregung ermittelten Impedanzen die tatsächlich fehlerbehafteten Schleifen ermittelt, und

- bei Ermittlung mindestens einer Schleife mit Erdfehler wer- den durch einen Vergleich der Betragen von aus den Impe¬ danzwerten der als fehlerbehaftet erfaßten Leiter-Erde- Schleifen gebildeten virtuellen Impedanzwerten mit dem kleinsten virtuellen Impedanzwert fehlerfreie Leiter-Erde- Schleifen erkannt und eliminiert; - zur Weiterverarbeitung der Impedanzwerte der übrigen nicht- elemmierten und als fehlerbehaftet erfaßten Schleifen wer¬ den im Hinblick auf die Anzahl von gleichzeitig festge¬ stellten Leiter-Erde-Schleifen unterschiedlich ausgestalte¬ te Prüfverfahren verwendet, von denen jeweils das der je- weils festgestellten Anzahl von Leiter-Erde-Schleifen zuge¬ ordnete Prüfverfahren durchlaufen wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens be¬ steht darin, daß bei ihm zum Eliminieren von Impedanzschem- anregungen nacheinander Prüfungen nach verschiedenen Kriteri¬ en durchgeführt werden, wobei die jeweils nachfolgende Prü¬ fung vom Ergebnis der jeweils vorangehenden Prüfung abhangig ist, so daß zielgerichtet nur die jeweils tatsächlich fehler¬ freien Schleifen eliminiert werden. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß mit dem erfindungsgemaßen Verfahren rela¬ tiv zuverlässig fälschlicherweise angeregte, weil fehler¬ freie, Schleifen ausgesondert werden können. Dies ist auf die Verwendung virtueller Impedanzen zurückzuführen, bei deren Berechnung nur auf einen der zur Ermittlung der Schleifenim¬ pedanz verwendeten Ströme zurückgegriffen wird, wobei voraus¬ gesetzt wird, daß der andere Strom die gleiche Amplitude hat und gegenüber dem verwendeten Strom um 180° in der Phase ge¬ dreht ist.Das Benutzen von virtuellen Impedanzen vermeidet die Nachteile der Verwendung von Mitsystemimpedanzen nach der Theorie der symmetrischen Komponenten, weil die Mitsystemimp- danz einer fehlerbehafteten Schleife in bestimmten Fehlerfäl- len größer als die Mitsystemimpedanz einer fehlerfreien

Schleife sein kann. Zur Definition von Mitsystemimpedanzen wird auf das Buch von R. Roeper „Kurzschlußεtröme in Dreh¬ stromnetzen", 6. Auflage, 1984, Seiten 48 bis 53 verwiesen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich im Hinblick auf ein sehr zuverlässiges und zielgerichtetes Eliminieren angeregter, aber an sich fehlerfreier Schleifen als vorteil¬ haft erwiesen, wenn im Falle einer einzigen erfaßten Leiter- Erde-Schleife das Prüfverfahren in der Weise durchgeführt wird, daß durch Vergleich der Impedanzwerte aller erfaßten

Leiter-Leiter-Schleifen mit einem vorgegebenen Mehrfachen des Impedanzwertes der Leiter-Erde-Schleife diejenigen Leiter- Leiter-Schleifen eliminiert werden, deren Impedanzwerte ober¬ halb deε vorgegebenen Mehrfachen des Impedanzwertes der Lei- ter-Erde-Schleife liegen, und anschließend durch einen Ver¬ gleich der Phasenwinkel der Impedanzwerte der nichteliminier- ten Leiter-Leiter-Schleifen und der Leiter-Erde-Schleife so¬ wie durch einen Vergleich der Impedanzwerte dieser Schleifen miteinander eine noch nicht elimiminierte Leiter-Leiter- Schleife oder die Leiter-Erde-Schleife eliminiert wird, wobei im Falle einer eliminierten Leiter-Erde-Schleife ein zusätz¬ liches Prüfungsverfahren hinsichtlich dieser Schleife durch¬ geführt wird.

Um zuverlässige Arbeitsergebnisse zu erhalten, hat es sich alε vorteilhaft erwiesen, wenn vor dem Vergleich der Impe¬ danzwerte aller erfaßten Leiter-Leiter-Schleifen überprüft wird, ob der Betrag der jeweiligen Impedanz großer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Damit ist sichergestellt, daß die Bestimmung der Phasenwinkel mit ausreichend großen Impe¬ danzen erfolgt, so daß Meßfehler weitgehend ausgeschlossen sind.

Um im Falle von zwei bei der Anregung als fehlerbehaftet festgestellten Leiter-Erde-Schleifen mit ebenfalls hoher Zu¬ verlässigkeit fehlerfreie Schleifen erkennen und eliminieren zu können, wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des er¬ findungsgemaßen Verfahrens im Falle von zwei festgestellten Leiter-Erde-Schleifen die Phasendifferenz zwischen den Impe¬ danzen der beiden Leiter-Erde-Schleifen daraufhin überprüft wird, ob sie oberhalb eines vorgegebenen Grenzwinkels liegt, und bei einer oberhalb dieses Grenzwinkels liegenden Phasen¬ differenz wird mittels Vergleichs der Phasenwinkel der Impe¬ danzen der Leiter-Erde-Schleifen mit dem Phasenwinkel einer Nullimpedanz die Leiter-Erde-Schleife mit der größten Phasen¬ differenz zur Nullimpedanz eliminiert; durch Vergleich der Impedanzwerte der erfaßten Leiter-Leiter-Schleifen mit einem kleinsten Impedanzwert der Leiter-Erde-Schleifen werden die¬ jenigen Leiter-Leiter-Schleifen eliminiert, deren Impe¬ danzwerte oberhalb eines vorgegebenen Mehrfachen des klein¬ sten Impedanzwertes liegen, und anschließend wird durch einen Vergleich der Phasenwinkel der Impedanzwerte der nichtelimi- nierten Leiter-Leiter-Schleife und der Leiter-Erde-Schleife sowie durch einen Vergleich der Impedanzwerte dieser Schlei¬ fen miteinander eine noch nicht eliminierte Leiter-Leiter- Schleife oder die Leiter-Erde-Schleife eliminiert, wobei im Falle einer eliminierten Leiter-Erde-Schleife das zusätzliche Prüfungsverfahren hinsichtlich dieser Schleife durchgeführt wird.

Auch bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfah- rens hat es sich im Hinblick auf eine möglichst hohe Zuver¬ lässigkeit als vorteilhaft erwiesen, wenn vor der Überprüfung der Phasendifferenz geprüft wird, ob der Betrag der Leiter- Erde-Schleifen jeweils großer als ein vorgegebener Schwellen¬ wert iεt.

Sowohl bei der Feststellung von tatsachlich fehlerbehafteten Schleifen im Falle von einer einzigen zunächst als fehlerbe¬ haftet ermittelten Leiter-Erde-Schleife als auch im Falle von zwei zunächst als fehlerbehaftet erkannten Leiter-Erde- Schleifen werden in vorteilhafter Weise zum Vergleich der Im¬ pedanzwerte der erfaßten Leiter-Leiter-Schleifen nach der Theorie der symmetrischen Komponenten errechnete Mitsystemim¬ pedanzen verwendet werden.

Um im Verlauf der Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfah^¬ rens bei zunächst einem oder zwei alε fehlerbehaftet ermit- telten Leiter-Erde-Schleifen mit Sicherheit feststellen zu können, welche von zwei noch nicht eliminierten Leiter- Schleifen tatsachlich fehlerbehaftet ist, werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem sich jeweils beim Vergleich der Phasen- winkel ergebenden Phasenwinkel mit einer oberhalb eines vor^¬ gegebenen weiteren Grenzwinkels liegenden Große die Betrage der Impedanzen der beiden jeweiligen Schleifen miteinander verglichen; bei einem größeren Betrag der Impedanz der Lei¬ ter-Leiter-Schleife als der der Leiter-Erde-Schleife wird die Leiter-Leiter-Schleife eliminiert, wahrend bei einem anderen Größenverhältnis die Leiter-Erde-Schleife nur dann eliminiert wird, wenn in dem zusatzlichen Prüfverfahren der Wert der Im¬ pedanz der Leiter-Leiter-Schleife kleiner als der Wert der nach der Theorie der symmetrischen Komponenten errechneten Mitsystem-Impedanz dieser Schleife ist.

Bei einer anderen ergänzenden Ausgestaltung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens werden in vorteilhafter Weise im Falle von drei als fehlerbehaftet festgestellten Leiter-Erde-Schleifen durch Vergleich von hinsichtlich des alε fehlerbehaftet er¬ faßten Leiters errechneten virtuellen Impedanzen nach Betrag und Phase mit den bei der Impedanzanregung ermittelten Impe- danzen die tatsachlich fehlerbehafteten Leiter-Erde-Schleifen ermittelt .

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens in Form eines Blockschaltbildes, m Figur 2 em Flußdiagramm, mit dem eine Übersicht über den Ab¬ lauf eines Ausfuhrungsbeispiels des erfindungsgemaßen Verfahrens vermittelt wird, in Figur 3 em weiteres Flußdiagramm, mit dem der Ablauf dessel¬ ben Ausfuhrungsbeispiels des erfindungsgemaßen Ver¬ fahrens bei einer einzigen angeregten Leiter-Erde- Schleife dargelegt wird, in Figur 4 em zusatzlicheε Flußdiagramm, mit dem der Verfah- rensablauf bei zwei angeregten Leiter-Erde-Schleifen veranschaulicht wird, und in Figur 5 ein ergänzendes Flußdiagramm, mit dem der Verfahrens- ablauf bei drei angeregten Leiter-Erde-Schleifen oder bei ausschließlich erdfehlerfreien, angeregten Lei- ter-Leiter-Schleifen gezeigt wird, dargestellt .

Wie der Figur 1 im einzelnen zu entnehmen ist, werden emem Analog-Digital-Wandler 1 über Wandler Wil, Wι2 und Wι3 Strome I_Lι bis I_L3 in Leitern eines nicht dargestellten mehrphasigen Energieversorgungsnetzes zugeführt . Außerdem wird über einen zusätzlichen Stromwandler Wie eine dem Erdstrom im Energie¬ versorgungsnetz proportionale Stromgröße in den Analog- Digital-Wandler 1 eingespeist. Ferner liegen emgangsεeitig an dem Analog-Digital-Wandler 1 den Spannungen an den Leitern des nicht dargestellten mehrphasigen Energieversorgungsnetzeε proportionale Spannungen U_u bis U_L3/ die über Spannungswand^¬ ler Wul bis Wu3 gewonnen sind; eine zusatzliche Spannung U_E ist über einen zusätzlichen Spannungswandler Wue auε der Erd- Spannung an dem mehrphasigen Energieversorgungsnetz abgelei¬ tet. Mittels des Analog-Digital-Wandlers 1 auε den genannten Ein¬ gangsgroßen gebildete Digitalwerte werden über einen Datenbus 2 einer Einrichtung 3 zur Impedanzmesεung zugeführt . Dieser Einrichtung 3 ist über einen weiteren Datenbus 4 eme Anrege¬ einrichtung 5 nachgeordnet, mit der m unten noch näher be¬ schriebener Weise festgestellt wird, ob in der Einrichtung 3 Impedanzwerte gebildet sind, die aufgrund eines Vergleichs mit einem Anregepolygon auf eine fehlerbehaftete Schleife hindeuten.

Ausgangsseitig ist die Anregeeinrichtung 5 über einen weite¬ ren Datenbus 6 mit einer Anordnung 7 zur Schemanregungseli- mmierung verbunden, der außerdem über einen zusätzlichen Da¬ tenbus 8 Meßwerte zugeführt werden, die den über den Datenbus 6 mitgeteilten angeregten Schleifen zugeordnet smd. In der

Anordnung 7 werden die Schleifen eliminiert, die aufgrund ei¬ ner in dieser Anordnung vorgenommenen Überprüfung tatsachlich fehlerfrei smd, εo daß über einen Datenbus 9 einer Auswahl¬ schaltung 10 nur noch die Schleifen mitgeteilt werden, die tatsächlich fehlerbehaftet sind. Diesen tatsachlich fehlerbe¬ hafteten Schleifen werden in der Auswahlschaltung 10 die über einen Datenbus 11 zugefuhrten Impedanzmeßwerte zugeordnet, εo daß eme an einen weiteren Datenbus 12 angeschlossene und in Figur 1 nicht dargestellte Distanzschutzmeßeinrichtung eme Distanzmessung für die tatsächlich als fehlerbehaftet erkann¬ ten Schleifen durchführt und gegebenenfalls einen Ausloεebe- fehl an einen zugeordneten, ebenfallε nicht dargestellten Leiεtungsschalter im zu überwachenden mehrphasigen Energie- verεorgungεnetz abgibt.

In Figur 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, das die Wir¬ kungsweise der Anordnung 7 gemäß Figur 1 m einer Übersicht in groben Zügen wiedergibt . Ist m der Anregeeinrichtung 5 festgestellt worden, daß in mindestens einer Schleife des zu überwachenden mehrpasigen Energieversorgungsnetzes eme Impe¬ danz aufgetreten ist, die nach Betrag und Phase m em vorge¬ gebenes Anregepolygon fallt, dann wird in einem ersten Schritt 21 zunächst überprüft, ob ein Erdfehler aufgetreten ist. Ist dies der Fall, dann wird in einem weiteren Prüfungs¬ schritt 22 ein Betragsvergleich vorgenommen. Bei diesem Be¬ tragsvergleich werden lediglich Leiter-Erde-Schleifen - von der Anregeeinrichtung 5 erfaßt - hinsichtlich ihrer Impedanz mit der jeweiligen virtuellen Impedanz Z_Vuε verglichen.

Die jeweilige virtuelle Impedanz ZV_LXE der von der Anregeein- richtung 5 erfaßten Leiter-Erde-SchleifenvVegden ohne Berύck- sichtigung des Nullstromes unter Benutzung des Leiterstromes I_Lx in der zu überprüfenden Leiter-Erde-Schleife gemäß der nachstehenden Gleichung ( 1 )

vdugehgef uhgfe .

1 U_U._E

ÜVLxE ⁼ ~ ' _ ( D In dieser Gleichung bezeichnet die Größe ZV_LXE die virtuelle

Impedanz einer Schleife zwischen einem Leiter Lx, wobei x für 1 bis 3 steht, und Erde; mit UU-_E ist die Spannung zwischen dem Leiter der jeweils überprüften Leiter-Erde-Schleife und Erde bezeichnet, während Iu den Leiterstrom in dem entspre- chenden Leiter Lx bezeichnet.

Überschreiten die Beträge der Impedanzen von seitens der An¬ regeeinrichtung 5 erfaßten Leiter-Erde-Schleifen einen Schwellenwert, der durch eine k-fache Größe des Betrages (z.B. 1,5-fach) der jeweils kleinsten virtuellen Impedanz ge¬ geben ist, dann wird die entsprechende Anregung zurückge¬ setzt. Die entsprechende Leiter-Erde-Schleife ist damit eli¬ miniert und wird nicht weiter als angeregt betrachtet.

Anschließend erfolgt eine weitere Überprüfung der noch als fehlerbehaftet im Prüfungsverfahren befindlichen Schleifen in Abhängigkeit von der Anzahl der ursprünglich jeweils als gleichzeitig seitens der Anregeeinrichtung 5 als angeregt er¬ kannten Schleifen. Als Kriterium dafür werden die Signale an- gesehen, die über den Datenbus 6 von der Einrichtung 5 abge¬ geben werden. Ergibt sich anhand eines so von der Anregeein- richtung 5 erzeugten Anregemusters, daß im vorliegenden Falle nur eine einzige Leiter-Erde-Schleife angeregt worden ist, dann wird für die weitere Überprüfung ein Prüfungspfad 23 eingeschlagen, während bei einem Anregemuster mit zwei ange- regten Leiter-Erde-Schleifen ein anderer Prύfungsweg 24 be- schritten wird; ergibt das Anregemuster, daß gleichzeitig drei Leiter-Erde-Schleifen angeregt worden sind, dann wird ein zusätzlicher Prύfungsweg 25 eingeschlagen.

Im Prüfungspfad 23 wird in einem Funktionsblock 26 überprüft, diY vcir, βU' Aι»ftJ*<tι.n"tM«n»j T OI-t"*'^{! τ,}t tttn ob eineVLeiter-Leiter-Schleife_Λnals tatsächlich fehlerbehaftet einzustufen ist oder die erfaßte eine Leiter-Erde-Schleife. Entsprechend wird von der Anordnung 7 gemäß Figur 1 an die Auswahlschaltung 10 über den Datenbus 9 ein entsprechendes Signal gegeben.

Im Prüfungspfad 24 ist ein Funktionsblock 27 vorhanden, mit dem festgestellt wird, ob im Falle von zwei gleichzeitig an¬ geregten Leiter-Erde-Schleifen Leiter-Erde-Schleifen oder Leiter-Leiter-Schleifen als tatsächlich angeregt weiter zu behandeln sind.

Im Prüfungspfad 25 ist ein Funktionsblock 28 vorhanden, in dem eine Überprüfung auf Scheinimpedanzanregungen immer dann erfolgt, wenn entweder die Erdfehlererkennung im Verfahrens¬ schritt 21 keinen Erdfehler ergeben hat, oder wenn - wie eben dargelegt - drei Leiter-Erde-Schleifen als gleichzeitig ange¬ regt von der Anregeeinrichtung 5 erkannt worden sind. Auch dann, wenn die Funktionsblöcke 26 und 27 keine eindeutigen Aussagen liefern, wird zusätzlich der Funktionsblock 28 durchlaufen, so daß nach Durchlauf des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens gemäß Figur 2 am Schluß nur noch solche Schleifen kennzeichnende Signale an die Auswahlschaltung 10 gemäß Figur 1 abgegeben werden, die tatsächlich fehlerbehaftete Schleifen bezeichnen. In Figur 3 ist der Funktionsblock 26 gemäß Figur 2 ausführ¬ lich dargestellt, wobei durch die eingekreisten Ziffern die Zuordnung der Fig. 3 zur Fig. 2 gekennzeichnet ist. Das in Figur 3 gezeigte Flußdiagramm läßt erkennen, daß in einem Schritt 30 zunächst überprüft wird, ob der Betrag der Impe¬ danz der jeweiligen Leiter-Erde-Schleife größer als ein vor¬ gegebener Grenzwert, im vorliegenden Falle 250 mΩ, ist. Da¬ mit wird ein zu großer Meßfehler verhindert, der sich bei zu kleinen Beträgen der Impedanzen bei der nachfolgend durchge- führten Phasenwinkelmessung der Schleifenimpedanzen ergeben würde.

Nach dem Schritt bzw. der Verzweigung 30 mit der eben be¬ schriebenen Impedanzüberprüfung wird anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt 31 eine Eliminierung aller der an¬ gelegten Leiter-Leiter-Schleifen vorgenommen, deren Impedanz- Betrag ZΓL-L um einen bestimmten Faktor K₂ größer als der Be- ,. trag der kleinsten ermittelten Leiter-Erde-Impedanz Z_FL._E ist; v Xp kann z.B. 1,8 sein. Mit den übriggebliebenen Leiter- Leiter-Schleifen wird nun eine Phasenwinkelύberprüfung durch¬ geführt, sofern in einem weiteren Verfahrensschritt 32 fest¬ gestellt worden ist, daß die Beträge der noch übriggebliebe¬ nen Schleifenimpedanzen größer als im Beispiel 250 mΩ sind. Scheitert bei einer Leiter-Leiter-Schleife diese Schwellwer- tabfrage, dann kann in dem in Figur 3 dargestellten Funkti¬ onsblock keine klare Aussage mehr über den Fehler getroffen werden. Es wird dann zu dem Funktionsblock 28 gemäß Figur 2 verzweigt.

Unterscheiden sich die Phasenwinkel der Leiter-Leiter- Impedanz und der einen erfaßten Leiter-Erde-Impedanz vonein¬ ander um beispielsweise 30°, wie es in dem weiteren Verfah¬ rensschritt 33 überprüft wird, dann wird davon ausgegangen, daß eine der beiden Anregungen eine Scheinanregung sein muß. Welche der beiden Schleifen nun wirklich einen Fehler auf¬ weist, wird in weiteren Verfahrensschritten ermittelt. Sind beide Phasenwinkel gleich, so wird zunächst von einem zweipo- ligen Erdfehler ausgegangen. Um diesbezüglich ganz sicher zu sem, wird anschließend in einem Funktionsblock 34 eine wei¬ tere Überprüfung vorgenommen.

Im Rahmen der weiteren Prüfung werden - um festzustellen, welche der beiden Schleifen tatsächlich am Fehler beteiligt ist - im Anschluß an den Schritt 33 die Betrage der Schlei¬ fenimpedanzen im Schritt 35 miteinander verglichen. Ist der Betrag der Leiter-Leiter-Impedanz kleiner als der der Leiter- Erde-Impedanz und liegt der Zeiger der Leiter-Leiter-Impedanz im 1. oder 3. Quadranten des Zeigerdiagrams, εo ist die Lei- ter-Leiter-Schleife nicht am Fehler beteiligt und kann elimi¬ niert werden. Smd diese Bedingungen nicht erfüllt, so darf die Leiter-Erde-Schleife nur eliminiert werden, wenn sich die gemessene Leiter-Leiter-Impedanz durch einen Vergleich mit den virtuellen Impedanzen als tatsachlich fehlerbehaftet ein¬ stufen laßt. In dieεem Falle handelt eε sich um eine Über¬ funktion der Erdfehlererkennung. Wurde die Leiter-Erde- Schleife eliminiert, so muß nach Abarbeitung des Funktions- blockes gemäß Figur 3 ebenfalls der Funktionsblock 28 gemäß Figur 2 durchlaufen werden. Kann die Impedanz der Leiter- Leiter-Schleife nicht als tatsächlich fehlerbehaftet erkannt werden, so muß diese Impedanz eine Scheinimpedanz sem und die entsprechende Leiter-Leiter-Schleife wird eliminiert.

Bei dem sich an den Schritt 35 anschließenden Schritt 36 der Überprüfung der Leiter-Leiter-Impedanz bzw. Verifizierung der Leiter-Leiter-Schleife wird davon ausgegangen, daß die Lei¬ terströme beider tatsächlich oder vermeintlich am Fehler be- teiligten Leiter mit dem Fehlerstrom identisch smd. Unter dieser Annahme können für eine Leiter-Leiter-Schleife zwei virtuelle Schleifenimpedanzen berechnet werden. Für die Be¬ rechnung emer virtuellen Impedanz wird jeweils nur em Lei¬ terstrom verwendet; die Berechnung erfolgt nach den folgenden Gleichungen (2) und (3) ι y Lx-Ly

2vι Lx-Ly

m denen mit Zyi _Lx-Ly die virtuelle Impedanz der jeweiligen Leiter-Leiter-Schleife bei Rechnung mit dem Strom l_Lx durch den ersten am Fehler beteiligten Leiter und mit _Zv_{2 Lx}-_Ly die virtuelle Impedanz bei Berechnung mit dem Strom I_Ly durch den zweiten am Fehler beteiligten Leiter bezeichnet ist; mit U_Lχ-Ly smd in den Gleichungen (2) und (3) die Spannungen zwi¬ εchen den beiden Leitern der jeweiligen Schleife bezeichnet Weichen die beiden auf diese Art berechneten virtuellen Impe¬ danzen nicht wesentlich voneinander ab und sind diese beiden auf die Mitsystemimpedanz nach der Theorie der εymmetriεchen Komponenten normierten Schleifenimpedanzen nicht wesentlich größer alε die von der Einrichtung 3 gemäß Figur 1 berechnete Impedanz, dann handelt es sich mit Sicherheit nicht um eine Scheinimpedanz. Iεt der Betrag der Mitsystemimpedanz kiemer alε beispielsweise daε 0,3fache deε Betrageε der virtuellen Impedanzen, dann kann die Schleifenimpedanz nicht verifiziert werden. Daraus folgt, daß die entsprechende Leiter-Leiter- Schleife nicht am Fehler beteiligt sein kann; εie wird elimi¬ niert, wenn Resistanz und Reaktanz das gleiche Vorzeichen aufweisen.

In Figur 4 ist der Funktionsblock 27 gemäß Figur 2 m seinen einzelnen Verfahrensschritten dargestellt. Es ist zu erken¬ nen, daß in einem ersten Schritt 40 zunächst überprüft wird, ob die Impedanzen beider angeregter Leiter-Erde-Schleifen groß genug für einen Vergleich der Phasenwinkel smd. Ist dies nicht der Fall, dann wird der Funktionsblock 28 gemäß Figur 2 durchlaufen.

Anderenfalls wird anschließend m einem weiteren Verfahrens- schritt 41 geprüft, ob es sich bei dem Fehler im Falle der zwei angelegten Leiter-Erde-Schleifen um einen zweipoligen Erdfehler handelt. Dies wird dadurch entschieden, daß die Phasenwinkel der beiden Leiter-Erde-Schleifen miteinander verglichen werden. Ergibt sich em Unterschied von weniger als 30°, dann konnte es sich um einen zweipoligen Erdkurz¬ schluß handeln; es wird dann eme weitere Überprüfung im Funktionsblock 28 gemäß Figur 2 vorgenommen. Anderenfalls ist eme der beiden Leiter-Erde-Schleifen nicht fehlerbehaftet, und es ist eme der beiden Schleifen zu eliminieren. Dieε wird unter Berücksichtigung der Nullimpedanz in den nachfol¬ genden Schritten 42 und 42 entschieden.

Die Nullimpedanz wird gemäß nachstehender Gleichung (4)

Z₀ = -^ (4)

berechnet, in der mit Z_₀ die Nullimpedanz, mit U₀ die Span¬ nung nach Erde und mit I_E der Erdstrom bezeichnet ist . Dabei lεt nur der Phasenwinkel der Nullimpedanz von Bedeutung und wird deshalb auch nur berechnet. Anschließend werden die Dif¬ ferenzen zwischen dem Phaεenwinkel der beiden Leiter-Erde- Impedanzen und dem Phasenwinkel der Nullimpedanz im Verfah- renεεchritt 42 gebildet. Beruckεichtigt wird nur der kleinste Phasenwinkel φ_mιn zwischen dem Phasenwinkel der Nullimpedanz und den Phasenwinkeln der Impedanzen der Leiter-Erde-Schleife Z_FL-E .Ist die kleinste Winkeldifferenz größer als beispielε- weise 45°, so kann keine klare Aussage darüber getroffen wer¬ den, welche der beiden Leiter-Erde-Schleifen nicht am Fehler beteiligt ist. Es wird dann sofort die Prüfung gemäß dem Funktionsblock 28 nach Figur 2 ausgeführt. Andernfalls wird die Leiter-Erde-Schleife im Verfahrensschritt 44 eliminiert, deren Impedanzwinkel sich am meisten vom Phaεenwinkel der

Nullimpedanz unterscheidet.

Eme Eliminierung weiterer Scheinanregungsimpedanzen erfolgt anεchließend in der Weiεe, wie eε bei der Erläuterung der Fi- gur 3 im einzelnen dargelegt lεt, und zwar m einem Umfange vom Verfahrenεεchritt 31 an. In dem in Figur 5 im einzelnen dargestellten Block 28 gemäß Figur 2 wird eine Überprüfung immer dann durchgeführt, wenn von der Einrichtung 5 überhaupt keine Leiter-Erde-Schleife als angeregt gemeldet wird oder wenn alle drei Leiter-Erde- Schleifen als fehlerbehaftet erfaßt worden sind; ferner wird - wie oben bereits im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 erläutert worden ist - immer dann der Funktionsblock 28 gemäß Figur 2 durchlaufen, wenn in den Funktionsblocken 26 und 27 keine eindeutige Aussage über die jeweils tatsachlich fehler¬ behaftete Schleife getroffen werden konnte. Wurden m den Funktionsblocken 26 und 27 bereits eindeutig Fehler als zwei¬ polige Fehler erkannt, εo wird der Funktionεblock 28 übergan¬ gen.

Zuerst wird in einem ersten Prüfungsschritt 50 geprüft, ob das von der Anregeeinrichtung 5 gemäß Fig. 1 erzeugte Anrege¬ muster einem Leiter-Leiter-Erde-Fehler entspricht; ist dies der Fall, dann wird ein zweipoliger Erdfehler verifiziert. Andernfalls werden m dem Prüfungspfad gemäß Figur 5 in einem weiteren Prüfungsschritt 51 alle noch angeregten Schleifen mit Hilfe virtueller Impedanzen verifiziert, und zwar m fol¬ gender Weise:

Zur Elimmierung von Leiter-Erde-Schleifen wird davon ausge¬ gangen, daß der Leiterεtrom des fehlerbehafteten Leiters und der Nullstrom mit den Fehlerεtrom identisch ist. Unter dieser Annahme können für jede Leiter-Erde-Schleife zwei virtuelle Schleifenimpedanzen berechnet werden; einmal wird aus dem Nullstrom I_E und der zugehörigen Leiter-Erde-Spannung U_{Lx L} eine virtuelle Impedanz _Z_Vι LX E und em weiteres Mal aus dem Leiterstrom _Iiχ ^und der zugehörigen Leiter-Erde-Spannung U_Lx E eine weitere virtuelle Impedanz Zy₂ LX E berechnet:

Z_{vl Lx}__E = - ^=L ₍₅) _Z äV J,U -E . i _ . ϊ _τfcl ( 6 )

Sind diese virtuellen Schleifenimpedanzen nicht wesentlich größer als die von der Anregeeinrichtung 5 berechneten {Mitsystem-) Impedanz Zu,._E - in Fig. 5 aus Platzgründen mit Z_R bezeichnet -, dann handelt es sich in diesem Fall mit Si cherheit nicht um eine Scheinanregung.

Im Detail wird dieser Vergleich in der Weise durchgeführt, daß ein Vergleich der Beträge der Impedanzen in Verbindung mit einem Winkelvergleich durchgeführt wird, wie es in Fig. angedeutet und in den' nachfolgenden Gleichungen (7) und (8) im einzelnen beschrieben ist:

< 60 (7)

und

1.5|Z,υt-ε n arg UU-E - arg Z_U._E < 60⁽ (8)

In diesen Gleichungen (7) und (8) bezeichnen Z₀ die Nullimpe¬ danz und ZI die Mitsystemimpedanz der Leitung; diese Impedan- zen sind nicht aus Meßgrößen gebildet, sondern beschreiben

Eigenschaften der Leitung; 1,5 ist ein frei vorgegebener Fak- tor_;vχ. Mit den Gleichungen (7) und (8) wird ausgenutzt, daß ein mit dem Schleifenstrom I_Lx gebildeter Impedanzzeiger nach Betrag und Phasenlage deutlich von einem nur mit dem Phasen- ström gebildeten Zeiger abweicht, wenn fehlerfreie Schleifen vorliegen. Im Gegensatz dazu sind die Zeiger fehlerbehafteter Schleifen nahezu deckungsgleich. Der Winkelvergleich wird je¬ doch nur durchgeführt, wenn sich die Beträge von virtueller Impedanz und Mitsystemimpedanz nicht zu stark voneinander un- terscheiden (Faktor 1,5) . Ohne Winkelüberprüfung wird die je- weilige Schleife als nicht verifizierbar in diesem Schritt 51 bewertet.

Mit Hilfe dieser Verifikation der Anregung ist bei Mehrfach- Erdkurzschlüssen mit unterschiedlichen Fußpunkten in einer Richtung vom Einbauort eines nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren arbeitenden Schutzgerätes prinzipiell keine eindeutige Unterscheidung von Fehler- und Scheinimpedanzen möglich. Aus diesem Grund erfolgt anschließend in einem weiteren Prύfungs- schritt 52 eine Scheinimpedanzeliminierung mit einem Betrags¬ vergleich.

Zur Eliminierung von Leiter-Leiter-Schleifen wird eine Veri¬ fikation der Anregung unter Berücksichtigung der Phasenwinkel vorgenommen, indem folgende Beziehungen (9) und (10) berück¬ sichtigt werden:

- > 1. 2 fc ?Lx-Ly n _arg zhLlϊL _ _arg z_u._Ly < 60 ° 1 ( 9 )

und arg Z Lx -Ly < 60 ' ( 10 )

In diesen Gleichungen (9) und (10) bezeichnet Vix.iy/ Iui eine erste virtuelle Impedanz der jeweils betroffenen Leiter- Leiter-Schleife und Hur.iy/ Iι_Ϋ eine weitere virtuelle Impedanz jeweils derselben Leiter-Leiter-Schleife; Z_LX._L>, ist die je¬

fachfehlern mit unterschiedlichen Fußpunkten in einer Rich¬ tung vom Einbauort des Schutzgerätes prinzipiell keine ein- deutige Unterscheidung von Fehler- und Scheinimpedanzen mög¬ lich.

Die erste Stufe der Verifikation besteht also auch hier aus einem Vergleich der Beträge von Mitsystemimpedanz und virtu- eller Impedanz. Unterscheiden εich die Beträge von virtueller und Mitεystemimpedanz zu εtark voneinander (hier um den Fak¬ tor 1,2), so wird kein Winkeltest durchgeführt, die entspre¬ chende Schleife kann nicht verifiziert werden.

Sind die Betrage von virtueller und Mitsystemimpedanz sowohl bei Leiter-Erde- als auch bei Leiter-Leiter-Schleifen nicht unzulässig unterschiedlich, dann erfolgt der Winkelvergleich zwischen der Mitsyεtemimpedanz und den beiden virtuellen Im- pedanzen. Dabei wird der jeweilige Wmkelvergleich nur durch¬ geführt, wenn die Impedanz für eine hinreichend genaue Win- kelbestimmung groß genug ist.

Beim Winkeltest werden alle Schleifen bestätigt, wo die Dif^¬ ferenz zwischen dem Phasenwinkel der Mitsystemimpedanz und dem Phasenwinkel der virtuellen Impedanz kleiner alε 60° lεt. Smd Betragsvergleich und Winkeltest mit der ersten virtuel¬ len Impedanz positiv verlaufen, dann werden die gleichen Teεts noch einmal mit der zweiten virtuellen Impedanz durch¬ geführt . Kann die Impedanz einer Schleife nicht verifiziert werden, so wird diese Schleife nur dann auε dem Anregemuεter eliminiert, wenn sich die Mitsyεtemimpedanz im 2. oder 4. Quadranten der komplexen Ebene befindet.

Smd an dieεer Stelle noch mehr als eine Schleife angeregt und wurde bisher noch kein Doppelerdfehler erkannt, so wird für alle Schleifen die Scheinanregungseliminierung mit einem Betragεvergleich der Mitsystemimpedanzen in dem Schritt 52 durchgeführt . Der Faktor k betragt wie im Schritt 22 gemäß Fig. 2 1,5. Der zusatzliche Betragsvergleich lεt notwendig, da nicht alle Fehlerarten bei der Verifikation der Anregung klar erkannt werden können.

Zum Schluß wird zur Sicherheit geprüft, ob alle angeregten Schleifen eliminiert wurden. Iεt daε der Fall, dann wird die letzte Elimination mit dem Betragsvergleich wieder rückgängig gemacht .

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Gewinnen von fehlerbehaftete Schleifen in einem mehrphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz kenn- zeichnenden Signalen mittels Impedanzanregung, bei dem

- anschließend mittels Vergleichs der Beträge der bei der Im- pedanzanregung gewonnenen Impedanzwerte die die fehlerbe¬ hafteten Schleifen kennzeichnenden Signale gebildet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß

- bei Ermittlung ausschließlich erdfehlerfreier Schleifen durch Vergleich von hinsichtlich der erfaßten Leiter-Lei- ter-Schleifen errechneten virtuellen Impedanzen

U_,_x-Ly/.lLy) nach Betrag und Phase mit bei der Impedanzanre¬ gung ermittelten Impedanzen (Z_Lx._Ly) diejenigen Schleifen als tatsächlich fehlerbehaftete Schleifen ermittelt werden, deren virtuelle Impedanzen betragsmäßig größer als die ermittelte Impedanz ist und bei denen die Differenz der Phasenwinkel zwischen diesen Impedanzen kleiner als ein vorgegebener Winkel ist und

- bei Ermittlung mindestens einer Schleife mit Erdfehler die¬ jenigen erfaßten Leiter-Erde-Schleifen als fehlerfreie Lei- ter-Erde-Schleifen erkannt und eliminiert werden, deren Im¬ pedanzen dem Betrage nach eine k-fache Größe des Betrages der jeweils kleinsten virtuellen Impedanz (ZV_LXE) der bezüg¬ lich der erfaßten Leiter-Erde-Schleifen gebildeten virtu¬ ellen Impedanzen überschreiten.

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, d a ß

- im Falle einer einzigen erfaßten Leiter-Erde-Schleife durch Vergleich der Impedanzwerte aller erfaßten Leiter-Leiter- Schleifen mit einem vorgegebenen Mehrfachen (K₂) des Impe¬ danzwertes der Leiter-Erde-Schleife diejenigen Leiter-Lei¬ ter-Schleifen eliminiert werden, deren Impedanzwerte (Z_FL-IJ) oberhalb des vorgegebenen Mehrfachen des Impedanzwertes (Z_FL-_E) der Leiter-Erde-Schleife liegen, und

- anschließend von den nichteliminierten Leiter-Leiter- Schleifen diejenigen elimiert werden, - bei denen die Differenz zwischen dem Phasenwinkel ih¬ rer Impedanz und dem Phasenwinkel der erfaßten Leiter- Erde-Schleife kleiner als ein weiterer vorgegebener Winkel ist (Schritt 33),

- deren Betrag der Impedanz kleiner als der Betrag der Impedanz der Leiter-Erde-Schleife ist und

- deren Impedanzzeiger im 1. oder 3. Quadranten des Zei¬ gerdiagramms liegt (Schritt 35) .

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß

- vor dem Vergleich der Impedanzwerte aller erfaßten Leiter- Leiter-Schleifen überprüft wird (Schritt 30), ob der Betrag der jeweiligen Impedanz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.

4. 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, d a ß

- im Falle von zwei festgestellten Leiter-Erde-Schleifen die Phasendifferenz zwischen den Impedanzen der beiden Leiter- Erde-Schleifen daraufhin überprüft wird (Schritt 41) , ob sie oberhalb eines vorgegebenen weiteren Grenzwinkels (30°) liegt, und bei einer oberhalb dieses Grenzwinkels (30°) liegenden Phasendifferenz mittels Vergleichs der Phasen¬ winkel der Impedanzen der Leiter-Erde-Schleifen mit dem Phasenwinkel einer Nullimpedanz Z_₀ die Leiter-Erde-Schleife mit der größten Phasendifferenz zur Nullimpedanz Z₀ eliminiert wird (Schritte 42 bis 44) und

- durch Vergleich der Impedanzwerte der erfaßten Leiter-Lei¬ ter-Schleifen mit einem vorgegebenen Mehrfachen (K₂) des kleinsten Impedanzwertes der Leiter-Erde-Schleifen dieje¬ nigen Leiter-Leiter-Schleifen eliminiert werden, deren Im- pedanzwerte (Z_FL-_L) oberhalb des vorgegebenen Mehrfachen des kleinsten Impedanzwertes Z_FL-E) liegen, und

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß

- vor der Überprüfung der Phasendifferenz geprüft wird, ob der Betrag der Leiter-Erde-Schleifen jeweils größer als ein vorgegebener Schwellenwert (Schritt 40) ist.

6. 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, d a ß

- im Falle von drei als fehlerbehaftet festgestellten Leiter- Erde-Schleifen diejenigen erfaßten Leiter-Erde- und Leiter- Leiter-Schleifen eliminiert werden, deren Impedanzzeiger sich von ihren jeweiligen virtuellen Impedanzzeigern deut¬ lich unterscheiden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß - zum Vergleich der Impedanzwerte der erfaßten Leiter-Leiter- Schleifen nach der Theorie der symmetrischen Komponenten errechnete Mitsystemimpedanzen verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß

- bei einem sich jeweils beim Vergleich der Phasenwinkel er¬ gebenden Phasenwinkel der nichteliminierten Leiter-Leiter- Schleife und der Leiter-Erde-Schleife mit einer oberhalb eines vorgegebenen zusätzlichen Grenzwinkels liegenden Größe die Beträge der Impedanzen der beiden jeweiligen Schleifen miteinander verglichen werden und bei einem grδ- ßeren Betrag der Impedanz der Leiter-Leiter-Schleife als der der Leiter-Erde-Schleife die Leiter-Leiter-Schleife eliminiert (Schritt 35) wird, während bei einem anderen Größenverhältnis die Leiter-Erde-Schleife nur dann elimi¬ niert wird, wenn der Wert der Impedanz der Leiter-Leiter- Schleife kleiner als der Wert der nach der Theorie der sym¬ metrischen Komponenten errechneten Mitsystem-Impedanz die¬ ser Schleife ist.