WO2009010084A1 - Datenkonzentrator, redundantes schutzsystem und verfahren zum überwachen eines schutzobjektes in einem elektrischen energieversorgungsnetz - Google Patents

Datenkonzentrator, redundantes schutzsystem und verfahren zum überwachen eines schutzobjektes in einem elektrischen energieversorgungsnetz Download PDF

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WO2009010084A1
WO2009010084A1 PCT/EP2007/006474 EP2007006474W WO2009010084A1 WO 2009010084 A1 WO2009010084 A1 WO 2009010084A1 EP 2007006474 W EP2007006474 W EP 2007006474W WO 2009010084 A1 WO2009010084 A1 WO 2009010084A1
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WO
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data
measured values
data concentrator
protection
concentrator
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PCT/EP2007/006474
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Klaus BÖHME
Gerhard Lang
Ludwig Schiel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—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
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

Definitions

  • the invention relates to a data concentrator having at least one measured value input for detecting measured values of a measuring transducer in an electrical energy supply network, a data processing device that is set up for generating a data telegram that contains at least one of the detected measured values, and a data output for transmitting the data telegram to a communication bus.
  • the invention also relates to a redundant protection system for monitoring an electrical energy supply network, comprising a data concentrator which detects measured values of at least one measuring transducer in the electrical energy supply network and outputs a data telegram containing the measured values to a communication bus, and an electrical protection device which receives the data telegram and performs a protective function for a protected object in the electrical energy supply network using at least some of the measured values contained in the data message.
  • the invention also relates to a method for monitoring a protected object in an electrical energy supply network, in which a state of the protected object descriptive measured values are generated by a transducer and transmitted to a data concentrator, by means of a data processing device of the data concentrator, a data telegram is generated, the at least a part of Contains measured values, and the data telegram is transmitted to an electrical protective device which is at least a part of the measured values contained in the data telegram performs a protective function for the protected object.
  • electrical protective devices For monitoring of protective objects in electrical energy supply networks, such as electrical power supply lines, generators, motors, transformers, busbars and branches, usually electrical protective devices are used. Such electrical protection devices record measured values which characterize a state of the respective protected object, such as, for example, Eg current and voltage measurements. These measured values are tapped by means of suitable transducers at measuring points of the corresponding protected object. On the basis of the recorded measured values, the respective electrical protection device performed a protective function for the protected object using so-called protection algorithms. In this case, a decision is made as to whether the protected object is in a permissible or an impermissible operating state. An impermissible operating state exists, for example, in the case of a protected object affected by a short circuit. In order to protect a protected object affected by such a fault from overloading or even serious damage, the respective electrical protection device activates corresponding circuit breakers which, by interrupting the flow of current, disconnect the faulty protected object from the electrical power supply network.
  • backup protection devices are usually provided in addition to a main protection device in case of failure of the main protection device, take over the protection function for the affected protection object.
  • a so-called "point-to-point connection" usually takes place between the measuring transducers arranged on the electrical power supply network and the corresponding measuring inputs of the respective electrical protection device associated protection device.
  • This data telegram is then delivered to the process bus and transmitted in digital form to an electrical protection device or other automation devices for controlling and monitoring the electrical power supply network.
  • An electrical protection device connected to the process bus receives the data telegram and extracts the measured values contained therein. Using these measurements, the electrical protection device performs its protective function to monitor the
  • Protected object Such a process bus and a corresponding data concentrator are described, for example, in the IEC 61850 standard.
  • the invention has for its object to provide a data concentrator, with the structure of a redundant protection system can be made simpler and cheaper.
  • the invention is also based on the object of specifying a redundant protective system and a method for monitoring a protected object in an electrical energy supply network, which permit the most simple and cost-effective construction of the protective system.
  • this object is achieved by a data concentrator of the type mentioned in the introduction, in which the data processing device is also set up to perform a protective function for a protected object in the electrical energy supply network using at least a portion of the acquired measured values.
  • the invention makes advantageous use of the fact that an existing data concentrator in a data concentrator, which was previously entrusted with the task of generating a data telegram from the respective measured values, also performs simple or even complex protective functions for a given performance Protective object can be used in the electrical energy supply network.
  • the double utilization of the data concentrator achieved in this way - namely to generate the data telegram and to perform a protective function - makes it possible to achieve a comparatively simple and cost-effective redundant protection system, since the previously available additional backup protection devices can largely be eliminated and in this way both costs are eliminated as well as additional effort when connecting and setting up these protection devices away.
  • the data processing device is designed to carry out an overcurrent-time protection function, a distance protection function or a differential protection function.
  • Such protective functions have been proven for a long time to protect protective objects in electrical energy supply networks; the corresponding protection algorithms are known to the person skilled in the art.
  • a further advantageous embodiment of the data concentrator according to the invention is provided in that at least one measuring input for detecting current measured values of a conventional current transformer and at least one measuring input for detecting voltage measured values of a conventional voltage converter are provided for detecting the measured values. In this way, both analog current and voltage measured values can be detected with the data concentrator in an advantageous manner.
  • Analog-to-digital converters are provided for converting analog measured values into digital measured values.
  • a further advantageous embodiment of the data concentrator according to the invention also provides that at least one measuring input is provided, which is set up for detecting measured values generated by means of an unconventional converter.
  • an unconventional transducer such as Hall sensors or Rogowski coils to which data concentrator is connected.
  • Some unconventional converters already provide digital readings on the output side, so that in such a case an additional analog-to-digital converter would be omitted.
  • an internal timer be provided, which is connected to the data processing device.
  • the internal timer is connected to a receiving device for receiving an external time signal.
  • an external time signal can be derived, for example, from a GPS satellite signal or a real-time Ethernet synchronization signal.
  • the data processing device is also set up to calculate pointer measured values from the acquired measured values.
  • additional information can be transmitted with the measured values, namely information about the amplitude and phase position of the respective measured values.
  • the data concentrator in this embodiment can also be used as a pointer measuring device (English: "Phasor Measurement Unit") .
  • pointer measured values can also be supplied to further automation devices for monitoring the electrical power supply network.
  • a further advantageous embodiment of the data concentrator according to the invention provides that the data Processing device is also set up to perform a power quality function for the electrical power grid using at least some of the detected measurements.
  • the data Processing device is also set up to perform a power quality function for the electrical power grid using at least some of the detected measurements.
  • an additional device for detecting and monitoring the electrical energy quality of the electrical energy supply network can be replaced by the data concentrator according to the invention.
  • the above-mentioned object is achieved by a protection system of the type mentioned above, wherein the data concentrator is designed according to one of the embodiments described above and the data concentrator and the electrical protection device are set up such that they have their respective protection function for the same protection object carry out.
  • the data concentrator can be used as main protection device and the electrical protection device as backup protection device or vice versa.
  • An additional separate electrical protection device can thus be saved.
  • an advantageous embodiment also provides that a second electrical protection device is provided in the protection system which receives the data telegram or another data telegram generated by the data concentrator and a protective function for at least some of the measured values contained in the received data telegram performs a second protection object in the electrical energy supply network, and that the data concentrator is also designed to perform a protection function for the second protection object.
  • the data concentrator can be used, for example, as a redundant protection device for two protection objects, each with its own main protection device become. This reduces the number of protection devices needed again.
  • the above-mentioned object is achieved by a method of the type mentioned above, in which the data processing device of the data concentrator also performs a protective function for the protected object using at least a part of the measured values.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a redundant protection system for a protected object
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a data concentrator used in a redundant protection system
  • FIG. 3 shows another embodiment of a redundant protection system with three protective objects
  • Figure 4 shows another embodiment of a redundant protection system to protect multiple panels.
  • a section 10 of an electrical power supply line is shown by way of example as a protective object by way of example.
  • protective objects can also be used for other components of an electrical energy supply network, such as e.g. Transformers, generators, motors, cables, busbars, feeders or converters.
  • a transducer in the form of a current transformer 11 is provided.
  • the transducer is shown in FIG. 1 by way of example only as a current transformer 11. Instead, voltage transformers or other sensors may be provided.
  • the current transformer 11 is connected on the output side to a data concentrator 12.
  • the data concentrator 12 itself is on the output side with a communication bus 13, for example an Ethernet bus in connection.
  • the communication bus 13, for example, as indicated in Figure 1 by dashed lines, be designed as an annular communication bus.
  • there are other common bus topologies e.g., star, tree,
  • An electrical protection device 14 is also connected to the communication bus 13. Another communication link exists between the communication Bus 13 and an electronic drive unit 15a of an electrical circuit breaker 15th
  • the protected object in the form of the section 10 of the electrical power supply line is to be protected in a redundant manner against impermissible operating states.
  • measurements are taken at the section 10 of the electrical power supply line via the current transformer 11, which indicate the current flowing on the line section current. These measured values are supplied to the data concentrator 12.
  • the data concentrator 12 receives the measured values and generates a data telegram which comprises at least part of the received measured values.
  • the data telegram is then delivered to the communication bus 13.
  • the protective device 14 receives the data telegram via the communication bus 13 and extracts from this the embedded measured values.
  • the protection device 14 uses at least a portion of the extracted measurements to perform a check as to whether the portion 10 of the electrical power supply line is in an allowable or improper operating condition.
  • An impermissible operating state is present, for example, if, due to a short circuit occurring on the section 10, the flowing current exceeds a maximum permissible current threshold. If the digital protection device 14 detects an impermissible operating state, it generates a so-called "trip signal" and feeds this to the communication bus 13.
  • the trip signal is supplied to the drive unit 15a of the power switch 15 via the communication bus 13, which is then used to open its Switching contacts is initiated and separates the faulty portion 10 of the electrical energy supply network from the rest of the power grid.
  • the transmission of the trip signal takes place here with high priority, so that on the communication bus 13 no transmission delays of the trip signal and the circuit breaker 15 is opened as soon as possible.
  • a direct connection between the protection device 14 and the drive unit 15a of the power switch 15 may also be provided in order to preclude transmission delays from the outset.
  • the trip signal according to FIG. 1 is transmitted via the communication bus 13 to the drive unit 15 a of the power switch 15.
  • a direct connection between the data concentrator 12 and the drive unit 15a of the circuit breaker 15 is also conceivable here.
  • the data concentrator 12 can be used as a main or backup protection device.
  • an electrical protection device 14 tailored specifically to protection tasks will be more efficient in performing protective tasks and therefore used as the main protection device.
  • the data concentrator 12 would be used as a backup protection device, and - if the main protection device 14 fails or an inadmissible operating state of the section 10 too late or not at all - take over its protective tasks.
  • the data processing device of the data concentrator 12 is capable of adequate performance
  • the reverse task distribution is also conceivable, ie, the data con- Center 12 is used as the main protection device and the electrical protection device 14 as a backup protection device for the section 10 of the electrical energy supply network. The operation described above is reversed in this case accordingly.
  • the data processing device of the data concentrator 12 is exploited, as it were twice, in an advantageous manner, namely on the one hand for generating the data telegram and on the other hand for carrying out a
  • FIG. 2 shows a more detailed view of a data concentrator 20 in a schematic representation.
  • the data concentrator 20 shown in FIG. 2 has a first measuring input 21a and a second measuring input 21b.
  • Current measuring values i of a current transformer 22a which is arranged at a measuring point of the protected object, which is shown in FIG. 2 for the sake of simplicity as line section 23, are detected via the measuring input 21a.
  • the second measuring input 21b is supplied with voltage measurement values u, which have been detected by a voltage converter 22b.
  • the data concentrator 20 can have a third measuring input 21c, via which further measured values x, which have been detected on the line section 23 with an unconventional converter 22c, such as a Hall probe or a Rogowski coil, are detected.
  • the further measured values of the unconventional converter 22c may be current measured values, voltage measured values, frequency measured values or Any other, a state of the protected object descriptive act measurements.
  • any number of measuring inputs 21a, 21b, 21c can be provided, in terms of their number and mode of operation, via which the data concentrator 20 acquires measured values.
  • the measured current values i detected via the measuring input 21a are converted into corresponding digital measured values by means of a first analog-to-digital converter 24a.
  • the measured voltage values u detected via the measuring input 21b are converted into corresponding digital measured values by means of a second analog-digital converter 24b.
  • the further measuring input 21c can likewise be assigned an analogue digital converter 24c or another device for preprocessing the further measured values x.
  • the digital measured values are supplied to a data processing device 25 of the data concentrator 20.
  • the data processing device 25 of the data concentrator 20 generates a data telegram which contains at least part of the digitized measured values received via the respective measuring inputs 21a, 21b, 21c.
  • This data telegram is supplied to a communication device 26 of the data concentrator and finally transmitted via a data output 27 of the data concentrator to a communication bus 28, for example an Ethernet bus.
  • further devices such as protective devices, control center devices or circuit breakers can be connected to the communication bus 28.
  • the data processing device 25 of the data concentrator 20 also uses at least a portion of the measured values received via the measurement inputs to perform its own protection function for the line section 23.
  • the data processing device 25 can perform, for example, an overcurrent time protection function or a distance protection function.
  • a differential protection function may also be performed.
  • the data processing device 25 of the data concentrator 20 detects an impermissible operating state at the line section 23, it sends a trip signal via the communication device 26 to the communication bus 28, which causes a circuit breaker in communication with the communication bus 28 to open its switching contacts.
  • a direct hard wiring can also be provided exist between the data concentrator 20 and a drive unit of a circuit breaker.
  • the data concentrator 20 also has an internal timer 29, which receives and evaluates an external time signal, such as a time signal embedded in a GPS signal, via an antenna, for example, to adapt the internal time clock of the data concentrator 20 to an external timer.
  • the internal timer 29 can then output to the data processing device 25 an exact time signal which the data processing device 25 can use, for example, to assign a respective time stamp to the respective measured values before outputting them to the communication bus 28. In this way, each measured value can be assigned the exact time of detection.
  • the data processing device 25 can also carry out a calculation of pointer measured values from the respective received measured values, which each contain information about the amplitude and phase of the respective measured value and for current vector measured values, for example according to the form
  • i 0 represents a respective amplitude of the current measurement value
  • cot represents the phase angle dependent on the time t.
  • the data processing device 25 can in this way have a redundant protective function either as the main or backup protection device for the Protective object, for example, perform the line section shown in Figure 2.
  • the data processing device 25 of the data concentrator 20 a so-called "power quality function", so for example, a detection and evaluation of frequency irregularities, voltage swings and lowering and other characteristics of the electrical energy quality, perform.
  • FIG. 3 shows a redundant protection system 30 with a busbar 31a, a feed line 31b, and two outlets 31c and 3Id.
  • a data concentrator 33 acquires measured values in the manner already described and generates a data telegram. which contains at least part of the received measured values.
  • the measured values of all current transformers 32a, 32b, 32c can be written into a single data telegram, but separate data telegrams can also be generated for the measured values of each current transformer 32a, 32b, 32c.
  • the data telegram or the data telegrams are delivered to a communication bus 34.
  • electrical protection devices 35a, 35b and 35c are in communication with the communication bus 34, which each have protective functions assigned to them
  • the protective devices 35a, 35b, 35c each receive one or more data telegrams which contain relevant measured values.
  • the protection device 35a performs a protection function for the bus bar lead 31b. If the protective device 35a detects a fault on the busbar feed line 31b, it sends a trip signal to a corresponding power switch 36a in order to disconnect the feed line 31b from the busbar. Rail 31a and the outlets 31c and 31d to separate. Accordingly, by controlling a circuit breaker 36b, the protection device 35b performs a protective function for the branch 31c and the protection device 35c by activating the power switch 36c to perform a protective function for the branch 31d.
  • the data concentrator 33 performs a main protection function for the three protective objects, namely the busbar feeder 31b and the two branches 31c and 3Id, while the electrical protection devices 35a, 35b and 35c each form a backup protection device in the event of a defect or malfunction of the protection function of the data concentrator 33.
  • FIG. 4 shows a further redundant protection system 40, with which several switching screens, of which the two switching fields 41a and 41b are shown by way of example in FIG. 4, are monitored for inadmissible operating states.
  • each switching field 41a, 41b has one or more protective objects 42a, 42b, of which via measuring transducers 43a, 43b measured values are received and fed to a respective in-field data concentrator 44a, 44b.
  • the respective switch-internal data concentrator 44a, 44b generates data telegrams from the measured values in the manner already described and feeds them to a communication field 45a, 45b internal to the switching field, with which electrical protection devices 46a, 46b are also connected.
  • the respective protective devices 46a, 46b and the data concentrators 44a, 44b carry out redundant protective functions for the protective objects 42a, 42b, as has already been described with reference to the previous figures.
  • the respective protected object 42a, 42b can be disconnected from the rest of the energy supply network in the event of a fault.
  • a further data concentrator 48 receives measured values on the protective objects 42a, 42b via further measuring transducers 43c and 43d and in turn generates a data telegram from at least some of these measured values.
  • compounds 49zu not shown transducers further (not shown) switch panels are indicated.
  • the overlapping data concentrator 48 feeds the data telegram generated by it onto an overarching communication bus 50, from which, for example, the comprehensive protection device 51 can receive the data telegram and extract the measured values from it.
  • the cross-data concentrator 48 and the overarching protection device 51 each additionally perform redundant protection functions for the
  • Protective objects 42a and 42b so that a total of three times redundancy exists for each protected object.
  • the first redundancy is achieved by the respective switch-internal redundant protection system from the respective data concentrator 44a, 44b and the respective protection device 46a, 46b.
  • these receive a second redundancy by the data concentrator 48 with integrated protection function and a third redundancy by the overarching protection device 51.
  • Both the overall data concentrator 48 and the overarching protection device 51 can act on the respective power switches 47a, 47b and these via trip signals for Open their respective switch contacts to separate the faulty protection object from the rest of the power grid.
  • the overall protection system consisting of the data concentrator 48 and the protection device 51, only after a predetermined staggering time a trip signal to the respective power switch 47a, 47b outputs to the switching field internal protection system the possibility of a faster response to give. It is not necessary to intervene in the field-wide protection system until the complete in-circuit protection system fails or malfunctions.

Landscapes

  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Datenkonzentrator, redundantes Schutzsystem und Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes in einem elektrischen Energieversorgungsnetz Die Erfindung betrifft einen Datenkonzentrator (20) mit zu mindest einem Messwerteingang (21a) zum Erfassen von Messwerten eines Messwandlers (22a) in einem elektrischen Energie Versorgungsnetz, einer Datenverarbeitungseinrichtung (25), die zum Erzeugen eines Datentelegramms eingerichtet ist, das zumindest einen der erfassten Messwerte beinhaltet, und einem Datenausgang (27) zum Übertragen des Datentelegramms an einen Kommunikationsbus (28). Um einen Datenkonzentrator (20) anzugeben, mit dem der Aufbau eines redundanten Schutzsystems einfacher und kostengünstiger gestaltet werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (25) auch zur Durchführung einer Schutzfunktion für ein Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz unter Verwendung von zumindest einem der erfassten Messwerte eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein redundantes Schutzsystem und ein Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes.

Description

Beschreibung
Datenkonzentrator, redundantes Schutzsystem und Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes in einem elektrischen Ener- gieversorgungsnetz
Die Erfindung betrifft einen Datenkonzentrator mit zumindest einem Messwerteingang zum Erfassen von Messwerten eines Mess- wandlers in einem elektrischen Energieversorgungsnetz, einer Datenverarbeitungseinrichtung, die zum Erzeugen eines Datentelegramms eingerichtet ist, das zumindest einen der erfass- ten Messwerte beinhaltet, und einem Datenausgang zum Übertragen des Datentelegramms an einen Kommunikationsbus.
Die Erfindung betrifft auch ein redundantes Schutzsystem zur Überwachung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, mit einem Datenkonzentrator, der Messwerte zumindest eines Mess- wandlers in dem elektrischen Energieversorgungsnetz erfasst und ein die Messwerte beinhaltendes Datentelegramm an einen Kommunikationsbus abgibt, und einem elektrischen Schutzgerät, das das Datentelegramm empfängt und unter Verwendung zumindest einiger in dem Datentelegramm enthaltener Messwerte eine Schutzfunktion für ein Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durchführt.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes in einem elektrischen Energieversorgungsnetz, bei dem einen Zustand des Schutzobjektes beschreibende Messwerte mittels eines Messwandlers erzeugt und an einen Datenkonzentrator übertragen werden, mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators ein Datentelegramm erzeugt wird, das zumindest einen Teil der Messwerte beinhaltet, und das Datentelegramm an ein elektrisches Schutzgerät übertragen wird, das unter Verwendung zu- mindest eines Teils der in dem Datentelegramm enthaltenen Messwerte eine Schutzfunktion für das Schutzobjekt durchführt .
Zur Überwachung von Schutzobjekten in elektrischen Energieversorgungsnetzen, wie beispielsweise elektrischen Energieversorgungsleitungen, Generatoren, Motoren, Transformatoren, Sammelschienen und Abzweigen, werden üblicherweise elektrische Schutzgeräte eingesetzt. Solche elektrischen Schutzge- rate erfassen Messwerte, die einen Zustand des jeweiligen Schutzobjektes charakterisieren, wie z. B. Strom und Span- nungsmesswerte . Diese Messwerte werden mittels geeigneter Messwandler an Messstellen des entsprechenden Schutzobjektes abgegriffen. Anhand der erfassten Messwerte führte das jewei- lige elektrischen Schutzgerät unter Verwendung so genannter Schutzalgorithmen eine Schutzfunktion für das Schutzobjekt durch. Hierbei wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob sich das Schutzobjekt in einem zulässigen oder einem unzulässigen Betriebszustand befindet. Ein unzulässiger Betriebszu- stand liegt beispielsweise bei einem von einem Kurzschluss betroffenen Schutzobjekt vor. Um ein von einem solchen Fehler betroffenes Schutzobjekt vor Überlastungen oder sogar ernsten Beschädigungen zu bewahren, steuert das jeweilige elektrische Schutzgerät entsprechende Leistungsschalter an, die durch Un- terbrechung des Stromflusses das fehlerbehaftete Schutzobjekt aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz abtrennen.
Um ein Schutzobjekt auch dann sicher vor den Auswirkungen eines Fehlers bewahren zu können, wenn das elektrische Schutzgerät selbst einen Defekt oder eine Fehlfunktion aufweist und daher den in dem Schutzobjekt aufgetretenen Fehler nicht erkennt, werden zusätzlich zu einem Hauptschutzgerät üblicherweise so genannte Reserveschutzgeräte vorgesehen, die im Falle eines Versagens des Hauptschutzgerätes die Schutzfunktion für das betroffene Schutzobjekt übernehmen. In herkömmlichen Schutzsystemen findet außerdem üblicherweise eine so genannte „Punkt-zu-Punkt-Verbindung" zwischen den am elektrischen Energieversorgungsnetz angeordneten Messwandlern und den entsprechenden Messeingängen des jeweiligen elektrischen Schutzgerätes statt. Demnach ist hierbei jeder Stromwandler und jeder Spannungswandler über jeweils eine separate Leitungsverbindung mit dem jeweiligen Schutzgerät verbunden.
Neuere Bestrebungen haben die Einrichtung eines Kommunikationsbusses in Form eines so genannten „Prozessbusses" zum Ergebnis, in den die mittels der Messwandler empfangenen Messwerte in digitaler Form eingespeist werden und an die ebenfalls an den Prozessbus angeschlossenen digitalen Schutzgeräte übertragen werden. Hierzu werden die aufgenommenen Messwerte von dem jeweiligen Messwandler über Punkt-zu-Punkt- Verbindungen an einen so genannten „Datenkonzentrator" (im englischen Sprachgebrauch auch als „Merging Unit" bezeichnet) übertragen, der die Messwerte erfasst, gegebenenfalls analoge
Messwerte in digitale Messwerte überführt und zumindest einen Teil der Messwerte in ein Datentelegramm einfügt. Dieses Datentelegramm wird anschließend an den Prozessbus abgegeben und in digitaler Form an ein elektrisches Schutzgerät oder weitere Automatisierungsgeräte zum Steuern und Überwachen des elektrischen Energieversorgungsnetzes übertragen. Ein mit dem Prozessbus verbundenes elektrisches Schutzgerät empfängt das Datentelegramm und extrahiert die darin enthaltenen Messwerte. Unter Verwendung dieser Messwerte führt das elektri- sehe Schutzgerät seine Schutzfunktion zur Überwachung des
Schutzobjektes durch. Ein solcher Prozessbus und ein entsprechender Datenkonzentrator sind beispielsweise in der Norm IEC 61850 beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Datenkon- zentrator anzugeben, mit dem der Aufbau eines redundanten Schutzsystems einfacher und kostengünstiger gestaltet werden kann. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein re- dundantes Schutzsystem und ein Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes in einem elektrischen Energieversorgungsnetz anzugeben, die einen möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau des Schutzsystems erlauben.
Bezüglich des Datenkonzentrators wird diese Aufgabe durch einen Datenkonzentrator der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung auch zur Durchführung einer Schutzfunktion für ein Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz unter Verwendung von zu- mindest einem Teil der erfassten Messwerte eingerichtet ist. Bei der Erfindung wird vorteilhaft die Tatsache ausgenutzt, dass eine ohnehin in einem Datenkonzentrator vorhandene Datenverarbeitungseinrichtung, die bisher lediglich mit der Aufgabe der Erzeugung eines Datentelegramms aus den jeweili- gen Messwerten betraut war, bei entsprechender Leistungsfähigkeit auch zur Durchführung einfacher oder sogar komplexer Schutzfunktionen für ein Ξchutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz herangezogen werden kann. Durch die auf diese Weise erreichte Doppelausnutzung des Datenkon- zentrators - nämlich zur Erzeugung des Datentelegramms und zur Durchführung einer Schutzfunktion - lässt sich ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges redundantes Schutzsystem erreichen, da die bisher üblicherweise vorhandenen zusätzlichen Reserveschutzgeräte weitgehend wegfallen können und auf diese Weise sowohl Kosten als auch zusätzlicher Aufwand beim Anschließen und Einrichten dieser Schutzgeräte fortfällt. Konkret kann bei dem erfindungsgemäßen Datenkonzentrators vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung zur Durchführung einer Überstrom-Zeit-Schutzfunktion, einer Distanzschutzfunktion oder einer Differentialschutzfunktion ein- gerichtet ist. Solche Schutzfunktionen haben sich seit langer Zeit zum Schutz von Schutzobjekten in elektrischen Energieversorgungsnetzen bewährt; die entsprechenden Schutzalgorithmen sind dem Fachmann bekannt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenkonzentrators ist dadurch gegeben, dass zum Erfassen der Messwerte zumindest ein Messeingang zum Erfassen von Strommesswerten eines konventionellen Stromwandlers und zumindest ein Messeingang zum Erfassen von Spannungsmesswerten eines konventionellen Spannungswandlers vorgesehen sind. Auf diese Weise können in vorteilhafter Weise sowohl analoge Strom- als auch Spannungsmesswerte mit dem Datenkonzentrator erfasst werden.
Um analoge Strom- und Spannungsmesswerte möglichst einfach in digitale Messwerte umzusetzen, kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass für den zumindest einen Messeingang zum Erfassen von Strommesswerten eines konventionellen Stromwandlers und den zumindest einen Messeingang zum Erfassen von Spannungsmesswerten eines konventionellen Spannungswandlers
Analog-Digital-Umsetzer zum Umwandeln analoger Messwerte in digitale Messwerte vorgesehen sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Datenkonzentrators sieht außerdem vor, dass zumindest ein Messeingang vorgesehen ist, der zum Erfassen von mittels eines unkonventionellen Wandlers erzeugten Messwerten eingerichtet ist . Auf diese Weise können auch so genannte unkonventionelle Wandler, wie beispielsweise Hall -Sensoren oder Rogowskispulen, mit dem Datenkonzentrator verbunden werden. Einige unkonventionelle Wandler stellen ausgangsseitig bereits digitale Messwerte bereit, so dass in einem solchen Fall ein zusätzlicher Analog-Digitalwandler fortfallen würde.
Um eine Zeitstempelung der empfangenen Messwerte mit der Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators vornehmen zu können, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass ein interner Zeitgeber vorgese- hen ist, der mit der Datenverarbeitungseinrichtung in Verbindung steht .
In diesem Zusammenhang kann zudem vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der interne Zeitgeber mit einer Empfangsein- richtung zum Empfangen eines externen Zeitsignals in Verbindung steht. Ein solches externes Zeitsignal kann beispielsweise aus einem GPS-Satellitensignal oder einem Real-Time- Ethernet Synchronisiersignal abgeleitet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung auch zur Berechnung von Zeigermesswerten aus den erfassten Messwerten eingerichtet ist. Auf diese Weise können zusätzliche Informationen mit den Messwerten übertragen werden, nämlich Informa- tionen über Amplitude und Phasenlage der jeweiligen Messwerte. Auf diese Weise kann der Datenkonzentrator in dieser Ausführung auch als Zeigermessgerät (englisch: „Phasor Measurement Unit") eingesetzt werden. Solche Zeigermesswerte können neben elektrischen Schutzgeräten auch weiteren Automa- tisierungsgeräten zur Überwachung des elektrischen Energieversorgungsnetzes zugeführt werden.
Schließlich sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenkonzentrators vor, dass die Daten- Verarbeitungseinrichtung auch zum Durchführen einer Power- Quality-Funktion für das elektrische Energieversorgungsnetz unter Verwendung zumindest einiger der erfassten Messwerte eingerichtet ist. Auf diese Weise kann auch eine zusätzliches Gerät zur Erfassung und Überwachung der Elektroenergiequalität des elektrischen Energieversorgungsnetzes durch den erfindungsgemäßen Datenkonzentrator ersetzt werden.
Hinsichtlich des redundanten Schutzsystems wird die oben ge- nannte Aufgabe durch ein Schutzsystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Datenkonzentrator gemäß einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist und der Datenkonzentrator und das elektrische Schutzgerät derart eingerichtet sind, dass sie ihre jeweilige Schutzfunktion für dasselbe Schutzobjekt durchführen. Auf diese Weise kann entweder der Datenkonzentrator als Hauptschutzgerät und das elektrische Schutzgerät als Reserveschutzgerät oder umgekehrt eingesetzt werden. Ein zusätzliches separates elektrisches Schutzgerät kann somit eingespart werden.
Hinsichtlich des redundanten Schutzsystems sieht eine vorteilhafte Ausführungsform zudem vor, dass ein zweites elektrisches Schutzgerät in dem Schutzsystem vorgesehen ist, das das Datentelegramm oder ein weiteres von dem Datenkon- zentrator erzeugtes Datentelegramm empfängt und unter Verwendung zumindest einiger in dem empfangenen Datentelegramm enthaltener Messwerte eine Schutzfunktion für ein zweites Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durchführt, und dass der Datenkonzentrator auch dazu einge- richtet ist, eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchzuführen. Auf diese Weise kann der Datenkonzentrator beispielsweise als redundantes Schutzgerät für zwei Schutzobjekte mit jeweils einem eigenen Hauptschutzgerät eingesetzt werden. Hierdurch reduziert sich die Anzahl der benötigten Schutzgeräte nochmals.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Überwachen eines Schutzobjek- tes wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem auch die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators unter Verwendung zumindest eines Teils der Messwerte eine Schutzfunktion für das Schutzobjekt durchführt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht in diesem Zusammenhang vor, dass einen Zustand eines zweiten Schutzobjektes beschreibende zweite Messwerte mittels eines zweiten Messwandlers erzeugt und an den Datenkonzentrator übertragen werden, die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators zumindest einen Teil der zweiten Messwerte in das Datentele- gramm oder ein weiteres Datentelegramm einfügt, das Datentelegramm oder das weitere Datentelegramm an ein zweites elektrisches Schutzgerät übertragen werden, das unter Verwendung zumindest eines Teils der in dem Datentelegramm oder in dem weiteren Datentelegramm enthaltenen zweiten Messwerte eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchführt, und dass auch die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators unter Verwendung zumindest eines Teils der zweiten Messwerte eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchführt .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Hierzu zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines redundanten Schutzsystems für ein Schutzobjekt, Figur 2 eine genauere Darstellung eines in einem redundanten Schutzsystem verwendeten Datenkonzentrators,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines redundanten Schutzsystems mit drei Schutzobjekten und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines redundanten Schutzsystems zum Schutz mehrerer Schaltfelder.
In Figur 1 ist in schematischer Weise als Schutzobjekt beispielhaft ein Abschnitt 10 einer elektrischen Energieversorgungsleitung gezeigt. Alternativ können Schutzobjekte aber auch andere Komponenten eines elektrischen Energieversor- gungsnetzes, wie z.B. Transformatoren, Generatoren, Motoren, Kabel, Sammelschienen, Abzweige oder Umrichter, sein.
An dem Abschnitt 10 ist ein Messwandler in Form eines Stromwandlers 11 vorgesehen. Der Messwandler ist in Figur 1 ledig- lieh beispielhaft als Stromwandler 11 dargestellt. Stattdessen können auch Spannungswandler oder andere Messaufnehmer vorgesehen sein. Der Stromwandler 11 ist ausgangsseitig mit einem Datenkonzentrator 12 verbunden.
Der Datenkonzentrator 12 steht selbst ausgangsseitig mit einem Kommunikationsbus 13, beispielsweise einem Ethernetbus in Verbindung. Der Kommunikationsbus 13 kann beispielsweise, wie in Figur 1 durch gestrichelte Darstellung angedeutet ist, als ringförmiger Kommunikationsbus ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere gängige Bustopologien (z.B. Stern, Baum,
Linie) denkbar. Mit dem Kommunikationsbus 13 steht außerdem ein elektrisches Schutzgerät 14 in Verbindung. Eine weitere Kommunikationsverbindung besteht zwischen dem Kommunikations- bus 13 und einer elektronischen Ansteuereinheit 15a eines elektrischen Leistungsschalters 15.
Mit dem in Figur 1 darstellten Schutzsystem soll in redundan- ter Weise das Schutzobjekt in Form des Abschnitts 10 der elektrischen Energieversorgungsleitung vor unzulässigen Be- triebszuständen geschützt werden. Hierzu werden an dem Abschnitt 10 der elektrischen Energieversorgungsleitung über den Stromwandler 11 Messwerte abgegriffen, die den auf dem Leitungsabschnitt fließenden Strom angeben. Diese Messwerte werden dem Datenkonzentrator 12 zugeführt . Der Datenkon- zentrator 12 empfängt die Messwerte und erzeugt ein Datentelegramm, das zumindest einen Teil der empfangenen Messwerte umfasst. Das Datentelegramm wird danach an den Kommunika- tionsbus 13 abgegeben. Über den Kommunikationsbus 13 empfängt das Schutzgerät 14 das Datentelegramm und extrahiert aus diesem die eingebetteten Messwerte. Unter Verwendung zumindest eines Teils der extrahierten Messwerte führt das Schutzgerät 14 eine Überprüfung daraufhin durch, ob sich der Abschnitt 10 der elektrischen Energieversorgungsleitung in einem zulässigen oder unzulässigen Betriebszustand befindet. Ein unzulässiger Betriebszustand liegt beispielsweise dann vor, wenn aufgrund eines auf dem Abschnitt 10 aufgetretenen Kurzschlusses der fließende Strom eine maximal zulässige Stromschwelle überschreitet. Erkennt das digitale Schutzgerät 14 einen unzulässigen Betriebszustand, so erzeugt es ein so genanntes „Tripsignal" (Auslösesignal) und speist dieses auf den Kommunikationsbus 13 ein. Über den Kommunikationsbus 13 wird das Tripsignal der Ansteuereinheit 15a des Leistungsschalters 15 zugeführt, der daraufhin zum Öffnen seiner Schaltkontakte veranlasst wird und den fehlerbehafteten Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes vom übrigen Energieversorgungsnetz abtrennt. Die Übertragung des Tripsignals erfolgt hierbei mit hoher Priorität, damit auf dem Kommunikationsbus 13 keine Übertragungsverzögerungen des Tripsignals entstehen und der Leistungsschalter 15 möglichst umgehend geöffnet wird. Alternativ zu einer Übertragung des Tripsignals über den Kommunikations- bus 13 kann auch eine Direktverbindung zwischen dem Schutzgerät 14 und der Ansteuereinheit 15a des Leistungsschalters 15 vorgesehen sein, um Übertragungsverzögerungen von vornherein auszuschließen .
Um hinsichtlich der Überwachung des Abschnitts 10 eine Redundanz zu erzeugen, ist eine in dem Datenkonzentrator 12 vorhandene Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, auch eine Schutzfunktion für den Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes durchzuführen. Hierzu wertet auch die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators die von dem Messwandler 11 empfangenen Messwerte mit einem entsprechenden Schutzalgorithmus aus und erzeugt ein Tripsignal, wenn sie einen unzulässigen Betriebszustand des Abschnitts 10 erkennt. Bei dem von der Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators 12 durchgeführten Schutzalgorithmus kann es sich um denselben Schutzalgorithmus handeln, der auch von dem elektrischen Schutzgerät 14 durchgeführt wird. Es kann von dem Datenkonzentrator aber auch ein anderer Schutzalgo- rithmus verwendet werden.
Wie bei dem elektrischen Schutzgerät 14 wird das Tripsignal gemäß Figur 1 über den Kommunikationsbus 13 zur Ansteuereinheit 15a des Leistungsschalters 15 übertragen. Alternativ dazu ist auch hier eine Direktverbindung zwischen dem Datenkonzentrator 12 und der Ansteuereinheit 15a des Leistungsschalters 15 denkbar. Je nach Leistungsfähigkeit der Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators 12 kann der Datenkonzentrator 12 als Haupt- oder Reserveschutzgerät eingesetzt werden. Üblicherweise wird ein speziell auf Schutzaufgaben zugeschnittenes elektrisches Schutzgerät 14 leistungsfähiger bei der Durchführung von Schutzaufgaben sein und daher als Hauptschutzgerät eingesetzt werden. In diesem Fall würde der Datenkonzentrator 12 als Reserveschutzgerät eingesetzt werden, und - falls das Hauptschutzgerät 14 ausfällt oder einen unzulässi- gen Betriebszustand des Abschnitts 10 zu spät oder gar nicht erkennt - dessen Schutzaufgaben übernehmen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der als Reserveschutzgerät eingesetzte Datenkonzentrator 12 in regelmäßigen Abständen eine Anfrage an das Schutzgerät 14 sendet, um zu überprüfen, ob dieses noch funktionsbereit ist. Unterbleibt eine Antwort des elektrischen Schutzgerätes 14 auf diese Anfragen, so schließt der Datenkonzentrator 12 in diesem Fall daraus, dass das Schutzgerät 14 ausgefallen ist und übernimmt dessen Schutzaufgaben. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Datenkonzentrator 12 mit einer vorgegebenen Staffelungszeit eingestellt ist und nach Erkennen eines unzulässigen Betriebszustandes auf dem Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes zunächst eine bestimmte Zeitdauer (beispielsweise 200 ms) abwartet, um dem elektri- sehen Schutzgerät 14 die Möglichkeit zu geben, ein Tripsignal an den elektrischen Leistungsschalter 15 abzugeben. Bleibt das Tripsignal des Schutzgerätes 14 aus, so wird der Leistungsschalter 15 durch ein verzögert abgegebenes Tripsignal des Datenkonzentrators 12 zum Öffnen seiner Schaltkontakte veranlasst.
Bei entsprechender Leistungsfähigkeit der Datenverarbeitungs- einrichtung des Datenkonzentrators 12 ist jedoch auch die umgekehrte Aufgabenverteilung denkbar, d. h. , der Datenkon- zentrator 12 wird als Hauptschutzgerät und das elektrische Schutzgerät 14 als Reserveschutzgerät für den Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes eingesetzt. Die oben beschriebene Funktionsweise kehrt sich in diesem Fall entsprechend um.
In der beschriebenen Weise wird die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators 12 in vorteilhafter Weise sozusagen doppelt ausgenutzt, nämlich einerseits zur Erzeugung des Datentelegramms und andererseits zur Durchführung einer
Schutzfunktion für den Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes. Hierdurch wird ein zusätzliches separates Schutzgerät neben dem elektrischen Schutzgerät 14 eingespart, wodurch der Aufbau des Schutzsystems einfacher und kosten- günstiger wird.
Figur 2 zeigt eine genauere Ansicht eines Datenkonzentrators 20 in schematischer Darstellung. Der in Figur 2 dargestellte Datenkonzentrator 20 weist einen ersten Messeingang 21a und einen zweiten Messeingang 21b auf. Über den Messeingang 21a werden Strommesswerte i eines Stromwandlers 22a erfasst, der an einer Messstelle des Schutzobjektes angeordnet ist, das in Figur 2 der Einfachheit halber als Leitungsabschnitt 23 gezeigt ist. Dem zweiten Messeingang 21b werden Spannungsmess- werte u zugeführt, die von einem Spannungswandler 22b erfasst worden sind. Außerdem kann der Datenkonzentrator 20 einen dritten Messeingang 21c aufweisen, über den weitere Messwerte x erfasst werden, die mit einem unkonventionellen Wandler 22c, wie beispielsweise einer Hallsonde oder einer Rogowski - spule, an dem Leitungsabschnitt 23 erfasst worden sind. Bei den weiteren Messwerten des unkonventionellen Wandlers 22c kann es sich je nach Art des unkonventionellen Wandlers 22c um Strommesswerte, Spannungsmesswerte, Frequenzmesswerte oder beliebige andere, einen Zustand des Schutzobjektes beschreibende Messwerte handeln.
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung hinsieht- lieh ihrer Anzahl und Funktionsweise beliebig viele Messeingänge 21a, 21b, 21c vorgesehen sein, über die der Datenkon- zentrator 20 Messwerte erfässt.
Die über den Messeingang 21a erfassten Strommesswerte i wer- den mittels eines ersten Analog-Digitalwandlers 24a in entsprechende digitale Messwerte umgesetzt. In entsprechender Weise werden die über den Messeingang 21b erfassten Span- nungsmesswerte u mittels eines zweiten Analog-Digitalwandlers 24b in entsprechende digitale Messwerte umgesetzt. Je nach Ausgestaltung des unkonventionellen Wandlers 22c und der Art der von diesem übertragenen Messwerte an den Datenkonzentra- tor 20, kann dem weiteren Messeingang 21c ebenfalls ein Ana- log-Digitalwandler 24c oder eine andere Einrichtung zur Vorverarbeitung der weiteren Messwerte x zugeordnet sein.
An dieser Stelle sei zudem auch erwähnt, dass eine Analog-Di- gitalumsetzung nicht zwangläufig innerhalb des Datenkon- zentrators 20 stattfinden muss. Es ist ebenso möglich, eine solche Analog-Digitalumsetzung der entsprechenden Messwerte auch außerhalb des Datenkonzentrators 20 vorzunehmen, beispielsweise in einer dem jeweiligen Messwandler 22a, 22b, 22c zugeordneten Elektronikeinheit . In diesem Fall würden bereits digitale Messwerte von dem entsprechenden Messwandler an den Datenkonzentrator 20 übertragen werden, so dass keine Notwen- digkeit von internen Analog-Digitalwandlern 24a, 24b, 24c bestünde .
Die digitalen Messwerte werden einer Datenverarbeitungseinrichtung 25 des Datenkonzentrators 20 zugeführt. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, erzeugt die Datenverarbeitungseinrichtung 25 des Datenkonzentrators 20 ein Datentelegramm, das zumindest einen Teil der über die jeweiligen Messeingänge 21a, 21b, 21c empfangenen digitalisierten Messwerte enthält. Dieses Datentelegramm wird einer Kommunikationseinrichtung 26 des Datenkonzentrators zugeführt und schließlich über einen Datenausgang 27 des Datenkonzentrators an einen Kommunikationsbus 28, beispielsweise einen Ethernet- bus, übertragen. Mit dem Kommunikationsbus 28 können, wie be- reits zu Figur 1 beschrieben, weitere Geräte wie Schutzgeräte, Leitstellengeräte oder Leistungsschalter verbunden sein.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 25 des Datenkonzentrators 20 verwendet außerdem zumindest einen Teil der über die Messeingänge empfangenen Messwerte zum Durchführen einer eigenen Schutzfunktion für den Leitungsabschnitt 23. Hierbei kann die Datenverarbeitungseinrichtung 25 beispielsweise eine Überstrom-Zeit-Schutzfunktion oder eine Distanzschutzfunktion durchführen. In Zusammenarbeit mit einem entfernten Schutzgerät oder einem entfernten entsprechenden Datenkonzentrator kann auch beispielsweise eine Differenzialschutzfunktion durchgeführt werden.
Erkennt die Datenverarbeitungseinrichtung 25 des Datenkonzentrators 20 einen unzulässigen Betriebszustand bei dem Leitungsabschnitt 23, so gibt sie über die Kommunikationseinrichtung 26 an den Kommunikationsbus 28 ein Tripsignal ab, das einen mit dem Kommunikationsbus 28 in Verbindung stehen- den Leistungsschalter zum Öffnen seiner Schaltkontakte veran- lasst. Wie bereits zu Figur 1 beschrieben, kann anstelle der Abgabe des Tripsignals über die Kommunikationseinrichtung 26 an den Kommunikationsbus 28 auch eine direkte Festverdrahtung zwischen dem Datenkonzentrator 20 und einer Ansteuereinheit eines Leistungsschalters bestehen.
Der Datenkonzentrator 20 weist außerdem einen internen Zeit- geber 29 auf, der beispielsweise über eine Antenne ein externes Zeitsignal, wie beispielsweise ein in ein GPS-Signal eingebettetes Zeitsignal, empfängt und auswertet, um den internen Zeittakt des Datenkonzentrators 20 an einen externen Zeitgeber anzupassen. Der interne Zeitgeber 29 kann dann an die Datenverarbeitungseinrichtung 25 ein exaktes Zeitsignal abgeben, das die Datenverarbeitungseinrichtung 25 beispielsweise dazu verwenden kann, den jeweiligen Messwerten einen Zeitstempel zuzuordnen, bevor sie diese auf den Kommunikationsbus 28 abgibt. Auf diese Weise kann jedem Messwert der genaue Erfassungszeitpunkt zugeordnet werden.
Mit Hilfe des internen Zeitgebers 29 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 25 außerdem auch eine Berechnung von Zeigermesswerten aus den jeweiligen empfangenen Messwerten durch- führen, die jeweils eine Information über Amplitude und Phase des jeweiligen Messwertes beinhalten und für Stromzeigermess- werte beispielsweise gemäß der Form
i(t) = io-e-jωt
notiert werden können. Hierbei bedeutet i0 eine jeweilige Amplitude des Strommesswertes, während cot den von der Zeit t abhängigen Phasenwinkel darstellt.
Wie bereits zu Figur 1 beschrieben, kann die Datenverarbeitungseinrichtung 25 auf diese Weise eine redundante Schutzfunktion entweder als Haupt- oder Reserveschutzgerät für das Schutzobjekt , beispielsweise den in Figur 2 dargestellten Leitungsabschnitt, durchführen.
Außerdem kann die Datenverarbeitungseinrichtung 25 des Daten- konzentrators 20 eine so genannte „Power-Quality-Funktion", also beispielsweise eine Erfassung und Auswertung von Frequenzunregelmäßigkeiten, Spannungshüben und -Senkungen sowie anderen Kenngrößen der Elektroenergiequalität, durchführen.
Figur 3 zeigt ein redundantes Schutzsystem 30 mit einer Sammelschiene 31a, einer Zuleitung 31b sowie zwei Abgängen 31c und 3Id. Über an der Zuleitung 31b und den Abgängen 31c und 3Id vorhandene Messwandler, von denen der Einfachheit halber in Figur 3 jeweils nur ein Stromwandler 32a, 32b und 32c dar- gestellt ist, erfasst ein Datenkonzentrator 33 in bereits beschriebener Weise Messwerte und erzeugt ein Datentelegramm, das zumindest einen Teil der empfangenen Messwerte enthält. Hierbei können die Messwerte aller Stromwandler 32a, 32b, 32c in ein einziges Datentelegramm geschrieben werden, es können aber auch für die Messwerte jedes Stromwandlers 32a, 32b, 32c jeweils eigene Datentelegramme erzeugt werden. Das Datentelegramm bzw. die Datentelegramme werden an einen Kommunikationsbus 34 abgegeben. Mit dem Kommunikationsbus 34 stehen außerdem elektrische Schutzgeräte 35a, 35b und 35c in Verbin- düng, die jeweils Schutzfunktionen für ihnen zugeordnete
Schutzobjekte durchführen. Hierzu empfangen die Schutzgeräte 35a, 35b, 35c jeweils ein oder mehrere Datentelegramme, die für sie relevante Messwerte beinhalten.
So führt beispielsweise das Schutzgerät 35a eine Schutzfunktion für die Sammelschienenzuleitung 31b aus. Erkennt das Schutzgerät 35a einen Fehler auf der Sammelschienenzuleitung 31b, so sendet sie ein Tripsignal an einen entsprechenden Leistungsschalter 36a, um die Zuleitung 31b von der Sammel- schiene 31a und den Abgängen 31c und 31d zu trennen. Entsprechend führen das Schutzgerät 35b durch Ansteuerung eines Leistungsschalters 36b eine Schutzfunktion für den Abzweig 31c und das Schutzgerät 35c durch Ansteuerung des Leistungs- Schalters 36c eine Schutzfunktion für den Abzweig 31d durch.
Bei der Konfiguration des redundanten Schutzsystems 30 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die jeweiligen elektrischen Schutzgeräte 35a, 35b und 35c jeweils als Hauptschutz- gerate für ihr zugeordnetes Schutzobjekt fungieren, während die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators 33 eine Reserveschutzfunktion für jedes der Schutzobjekte der jeweiligen Schutzgeräte 35a, 35b und 35c durchführt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion des Schutzgerätes 35c der Datenkonzentra- tor 33 die Schutzfunktion für den Abzweig 3Id übernimmt und im Fehlerfalle den Leistungsschalter 36c ansteuert.
Bei entsprechender Leistungsfähigkeit der Datenverarbeitungs- einrichtung des Datenkonzentrators 33 kann auch vorgesehen sein, dass der Datenkonzentrator 33 eine Hauptschutzfunktion für die drei Schutzobjekte, nämlich den Sammelschienenzufüh- rung 31b und die beiden Abzweige 31c und 3Id durchführt, während die elektrischen Schutzgeräte 35a, 35b und 35c jeweils ein Reserveschutzgerät für den Fall eines Defekts oder einer Fehlfunktion der Schutzfunktion des Datenkonzentrators 33 bilden.
Figur 4 zeigt schließlich ein weiteres redundantes Schutzsys- tem 40, mit dem mehrere Schaltfeider, von denen in Figur 4 beispielhaft die beiden Schaltfelder 41a und 41b gezeigt sind, auf unzulässige Betriebszustände überwacht werden. Hierbei weist jedes Schaltfeld 41a, 41b ein oder mehrere Schutzobjekte 42a, 42b auf, von denen über Messwandler 43a, 43b Messwerte aufgenommen und einem jeweiligen schaltfeldinternen Datenkonzentrator 44a, 44b zugeführt werden. Der jeweilige schaltfeidinterne Datenkonzentrator 44a, 44b erzeugt in bereits beschriebener Weise aus den Messwerten Datentele- gramme und speist diese auf einen schaltfeldinternen Kommunikationsbus 45a, 45b ein, mit dem auch elektrische Schutzgeräte 46a, 46b in Verbindung stehen. Die jeweiligen Schutzgeräte 46a, 46b und die Datenkonzentratoren 44a, 44b führen hierbei redundante Ξchutzfunktionen für die Schutzobjekte 42a, 42b durch, wie bereits zu den vorigen Figuren beschrieben worden ist. Durch Ansteuerung eines jeweiligen Leistungsschalters 47a, 47b kann das jeweilige Schutzobjekt 42a, 42b im Fehlerfalle vom übrigen Energieversorgungsnetz getrennt werden.
Übergreifend über alle Schaltfelder 41a, 41b nimmt ein weiterer Datenkonzentrator 48 über weitere Messwandler 43c und 43d Messwerte an den Schutzobjekten 42a, 42b auf und erzeugt aus zumindest einem Teil dieser Messwerte wiederum ein Datentele- gramm. In Figur 4 sind außerdem Verbindungen 49zu nicht dargestellten Messwandlern weiterer (nicht dargestellter) Schaltfelder angedeutet.
Der übergreifende Datenkonzentrator 48 speist das von ihm er- zeugte Datentelegramm auf einen übergreifenden Kommunikationsbus 50 ein, von dem beispielsweise das übergreifende Schutzgerät 51 das Datentelegramm empfangen kann und aus diesem die Messwerte extrahieren kann. Der übergreifende Datenkonzentrator 48 und das übergreifende Schutzgerät 51 führen jeweils zusätzlich redundante Schutzfunktionen für die
Schutzobjekte 42a und 42b aus, so dass insgesamt eine dreifache Redundanz für jedes Schutzobjekt besteht. Die erste Redundanz wird durch das jeweilige schaltfeidinterne redundante Schutzsystem aus dem jeweiligen Datenkonzentrator 44a, 44b und dem jeweiligen Schutzgerät 46a, 46b gebildet. Zusätzlich erhalten diese eine zweite Redundanz durch den Datenkon- zentrator 48 mit integrierter Schutzfunktion und eine dritte Redundanz durch das übergreifende Schutzgerät 51. Sowohl der übergreifende Datenkonzentrator 48 als auch das übergreifende Schutzgerät 51 können auf die jeweiligen Leistungsschalter 47a, 47b einwirken und diese über Tripsignale zum Öffnen ihrer jeweiligen Schaltkontakte veranlassen, um das fehlerbehaftete Schutzobjekt vom übrigen Energieversorgungsnetz zu trennen.
Bei der Konfigurierung des Schutzsystems kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das übergreifende Schutzsystem, bestehend aus dem Datenkonzentrator 48 und dem Schutzgerät 51, erst nach einer vorbestimmten Staffelungszeit ein Tripsignal an den jeweiligen Leistungsschalter 47a, 47b abgibt, um dem schaltfeldinternen Schutzsystem die Möglichkeit einer schnelleren Reaktion zu geben. Erst bei Ausfall oder Fehlfunktion des kompletten schaltfeldinternen Schutzsystems ist das Ein- greifen des feldübergreifenden Schutzsystems notwenig.

Claims

Patentansprüche
1. Datenkonzentrator (20) mit !
- zumindest einem Messwerteingang (21a) zum Erfassen von Messwerten eines Messwandlers (22) in einem elektrischen
Energieversorgungsnetz;
- einer Datenverarbeitungseinrichtung (25) , die zum Erzeugen eines Datentelegramms eingerichtet ist, das zumindest einen der erfassten Messwerte beinhaltet; und - einem Datenausgang (27) zum Übertragen des Datentelegramms an einen Kommunikationsbus (28) ; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Datenverarbeitungseinrichtung (25) auch zur Durchführung einer Schutzfunktion für ein Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz unter Verwendung von zumindest einem Teil der erfassten Messwerte eingerichtet ist.
2. Datenkonzentrator (20) 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 - die Datenverarbeitungseinrichtung (25) zur Durchführung einer Überstrom-Zeit-Schutzfunktion, einer Distanzschutzfunktion oder einer Differentialschutzfunktion eingerichtet ist.
3. Datenkonzentrator (20) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- zum Erfassen der Messwerte zumindest ein Messeingang (21) zum Erfassen von Strommesswerten eines konventionellen Stromwandlers (22a) und zumindest ein Messeingang (21b) zum Erfassen von Spannungsmesswerten eines konventionellen Spannungs- wandlers (22b) vorgesehen sind.
4. Datenkonzentrator (20) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - für den zumindest einen Messeingang (21a) zum Erfassen von Strommesswerten eines konventionellen Stromwandlers (22a) und den zumindest einen Messeingang (21b) zum Erfassen von Spannungsmesswerten eines konventionellen Spannungswandlers (22b) Analog-Digital-Umsetzer (24a, 24b) zum Umwandeln analoger Messwerte in digitale Messwerte vorgesehen sind.
5. Datenkonzentrator (20) 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, dass
- zumindest ein Messeingang (21c) vorgesehen ist, der zum Erfassen von mittels eines unkonventionellen Wandlers (22c) erzeugten Messwerten eingerichtet ist .
6. Datenkonzentrator (20) 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, dass
- ein interner Zeitgeber (29) vorgesehen ist, der mit der Datenverarbeitungseinrichtung (25) in Verbindung steht.
7. Datenkonzentrator (20) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der interne Zeitgeber (29) mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines externen Zeitsignals in Verbindung steht.
8. Datenkonzentrator (20) 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, dass
- die Datenverarbeitungseinrichtung (25) auch zur Berechnung von Zeigermesswerten aus den erfassten Messwerten eingerichtet ist.
9. Datenkonzentrator (20) 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, dass
- die Datenverarbeitungseinrichtung (25) auch zum Durchführen einer Power-Quality-Funktion für das elektrische Energieversorgungsnetz unter Verwendung zumindest einiger der erfassten Messwerte eingerichtet ist.
10. Redundantes Schutzsystem (30) zur Überwachung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, mit
- einem Datenkonzentrator (33) , der Messwerte zumindest eines Messwandlers (32a) in dem elektrischen Energieversorgungsnetz erfasst und ein die Messwerte beinhaltendes Datentelegramm an einen Kommunikationsbus (34) abgibt; und
- einem elektrischen Schutzgerät (35a) , das das Datentelegramm empfängt und unter Verwendung zumindest einiger in dem Datentelegramm enthaltener Messwerte eine Schutzfunktion für ein Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durchführt ; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Datenkonzentrator (33) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist; und
- der Datenkonzentrator (33) und das elektrische Schutzgerät (35a) derart eingerichtet sind, dass sie ihre jeweilige Schutzfunktion für dasselbe Schutzobjekt durchführen.
11. Redundantes Schutzsystem (33) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- ein zweites elektrisches Schutzgerät (35b) in dem Schutzsystem vorgesehen ist, das das Datentelegramm oder ein weiteres von dem Datenkonzentrator (33) erzeugtes Datentelegramm empfängt und unter Verwendung zumindest einiger in dem empfangenen Datentelegramm enthaltener Messwerte eine Schutzfunktion für ein zweites Schutzobjekt in dem elektrischen Energieversorgungsnetz durchführt; und - der Datenkonzentrator (33) auch dazu eingerichtet ist, eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchzuführen.
12. Verfahren zum Überwachen eines Schutzobjektes in einem elektrischen Energieversorgungsnetz, bei dem
- einen Zustand des Schutzobjektes beschreibende Messwerte mittels eines Messwandlers (32a) erzeugt und an einen Datenkonzentrator (33) übertragen werden;
- mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkon- zentrators (33) ein Datentelegramm erzeugt wird, das zumindest einen Teil der Messwerte beinhaltet; und
- das Datentelegramm an ein elektrisches Schutzgerät (35a) übertragen wird, das unter Verwendung zumindest eines Teils der in dem Datentelegramm enthaltenen Messwerte eine Schutz- funktion für das Schutzobjekt durchführt; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- auch die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentra- tors (33) unter Verwendung zumindest eines Teils der Messwerte eine Schutzfunktion für das Schutzobjekt durchführt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- einen Zustand eines zweiten Schutzobjektes beschreibende zweite Messwerte mittels eines zweiten Messwandlers (32b) er- zeugt und an den Datenkonzentrator (33) übertragen werden,-
- die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentrators (33) zumindest einen Teil der zweiten Messwerte in das Datentelegramm oder ein weiteres Datentelegramm einfügt;
- das Datentelegramm oder das weitere Datentelegramm an ein zweites elektrisches Schutzgerät (35b) übertragen werden, das unter Verwendung zumindest eines Teils der in dem Datentelegramm oder in dem weiteren Datentelegramm enthaltenen zweiten Messwerte eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchführt ; und - auch die Datenverarbeitungseinrichtung des Datenkonzentra- tors (33) unter Verwendung zumindest eines Teils der zweiten Messwerte eine Schutzfunktion für das zweite Schutzobjekt durchführt .
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