AT503598B1 - Earth fault distance locating method for earth fault-compensated, operated three-phase-electrical power network, involves calculating distance to earth fault based on phase voltage under consideration of earth impedance - Google Patents
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- AT503598B1 AT503598B1 AT5252007A AT5252007A AT503598B1 AT 503598 B1 AT503598 B1 AT 503598B1 AT 5252007 A AT5252007 A AT 5252007A AT 5252007 A AT5252007 A AT 5252007A AT 503598 B1 AT503598 B1 AT 503598B1
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Abstract
Description
2 AT 503 598 B12 AT 503 598 B1
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernungsortung von Erdschlüssen in erdschlusskompensiert betriebenen 3-Phasen-Elektroenergienetzen mit zumindest einem Sternpunkt, welcher über eine, einen induktiven Anteil besitzende Kompensationsimpedanz mit Erde verbunden ist, wobei an zumindest einem Messort in jeder Phase ständig Strom und Spannung gemessen und überwacht werden.The invention relates to a method for the location of ground faults in ground-fault-compensated operated 3-phase electric power networks with at least one star point, which is connected via a inductive portion possessing Kompensationsimpedanz to ground, wherein at least one location in each phase constantly current and voltage be measured and monitored.
Im Betrieb auftretende Erdschlüsse sind abgesehen von damit verbundenen möglichen Betriebsunterbrechungen eines Netzabschnittes mit allen Folgeerscheinungen auch deshalb bedenklich, weil sie zu hohen Potentialdifferenzen in der Umgebung des Erdschlusses und somit eine Gefährdung für Personen und Tiere darstellen.Ground faults occurring during operation are, apart from the associated possible interruptions in operation of a network section with all the consequences also of concern, because they represent high potential differences in the vicinity of the ground fault and thus a hazard to persons and animals.
Um Erdströme bei einem Erdschluss einer Phase so weit wie möglich zu kompensieren bzw. einen auf Grund eines Erdschlusses entstandenen Lichtbogen zu löschen ist es bekannt geworden, den Sternpunkt eines Dreiphasen-Netzes über eine Induktivität, nach ihrem Erfinder auch „Petersen-Spule“ genannt, mit Erde zu verbinden. Eine solche Kompensation ist möglich, da der Strom bei einem Erdschluss weitgehend kapazitiv ist und diesem kapazitiven Strom durch die Kompensationsinduktivität ein gleich großer induktiver Strom entgegengesetzt wird. Beispielsweise ist in der WO 99/10959 ein Verfahren zum Anpassen der Kompensationsinduktivität an die Erdschlusskapazität im Sinne des Vorliegens einer Resonanzbedingung beschrieben.In order to compensate earth currents as far as possible during an earth fault of a phase or to extinguish an arc resulting from an earth fault, it has become known to call the neutral point of a three-phase network via an inductance, also called "Petersen coil", according to its inventor. to connect with earth. Such a compensation is possible because the current is largely capacitive in an earth fault and this capacitive current through the compensation inductance is opposed by an equal inductive current. For example, WO 99/10959 describes a method for adjusting the compensation inductance to the ground fault capacitance in the sense of the presence of a resonance condition.
Aus der GB 525,334 ist es bekannt geworden, parallel zu der Petersen-Spule vorübergehend einen ohmschen Widerstand zu schalten, um so die Kompensation zu verringern, den Strom über den Sternpunkt zu erhöhen und dadurch leichter den Leiter feststellen zu können, welcher erdschlussbehaftet ist.It has become known from GB 525,334 to temporarily switch an ohmic resistor parallel to the Petersen coil so as to reduce the compensation, to increase the current across the star point and thus to be able to more easily determine the conductor which is subject to earth leakage.
Das Dokument WO 02/15355 A2 beschreibt die Einspeisung einer Zusatzspannung parallel zu der Kompensationsimpedanz, um auf diese Weise die im Erdschlussfall entstehende Verlagerungsspannung zu kompensieren. Durch Auswertung der Summenströme kann auch ein fehlerbehafteter Leitungsabschnitt identifiziert werden.The document WO 02/15355 A2 describes the feeding of an additional voltage in parallel with the compensation impedance in order to compensate in this way for the residual voltage arising in the event of an earth fault. By evaluating the summation currents, a faulty line section can also be identified.
Aus der WO 99/10959 geht ein Verfahren hervor, bei welchem eine einstellbare Kompensationsimpedanz im Betrieb an die Erdimpedanz angepasst wird, wobei von bei Schaltvorgängen auftretenden Transienten ausgegangen wird.WO 99/10959 discloses a method in which an adjustable compensation impedance is adapted in operation to the earth impedance, starting from transients occurring during switching operations.
Erdschlüsse werden dadurch erkennbar, dass die Stromsumme der drei Phasenleiter im Erdschlussfall im allgemeinen deutlich von der Stromsumme im erdschlussfreien Betrieb abweicht. In kompensiert betriebenen Netzen tritt im Fehlerfall zusätzlich eine deutliche Vergrößerung der Verlagerungsspannung auf.Ground faults can be recognized by the fact that the total current of the three phase conductors in an earth fault case generally deviates significantly from the current sum in earth fault-free operation. In compensated operated networks occurs in case of failure in addition to a significant increase in the displacement voltage.
Die bekannten Verfahren zur Fehlerortbestimmung in elektrischen Energieverteilungsnetzen funktionieren nach dem Prinzip der Impedanzmessung. l + k0l£ worin bedeuten: Z gemessene Impedanz vom Messort bis zur Fehlerstelle U gemessene Phasenspannung am Messort I gemessener Phasenstrom am Messort k0 Längenunabhängiger Faktor zur Berücksichtigung von Zo („Erdimpedanz“) ΙΣ Summenstrom am Messort 3 AT 503 598 B1The known methods for fault location in electrical power distribution networks operate on the principle of impedance measurement. l + k0l £ where: Z measured impedance from location to fault U measured phase voltage at location I measured phase current at location k0 length independent factor to take into account Zo ("earth impedance") ΙΣ total current at location 3 AT 503 598 B1
Am Messort werden die Spannung und der Strom der fehlerbehafteten Phase und der Summenstrom der eigenen Leitung gemessen und zur Auswertung herangezogen.At the measuring point, the voltage and the current of the faulty phase and the total current of the own line are measured and used for the evaluation.
Dieses Prinzip funktioniert bei Erdkurzschlüssen (Erdschlüsse mit Strömen größer 1 kA) und ist in niederohmig geerdeten Netzen weit verbreitet im Einsatz.This principle works with earth short circuits (ground faults with currents greater than 1 kA) and is widely used in low-resistance grounded networks.
Seit ca. 15 Jahren werden großteils moderne, mikroprozessor-gesteuerte Einrichtungen, so genannte „Distanzschutzrelais“ verwendet, welche einen Erdkurzschluss erkennen und gegebenenfalls eine Zwangsauslösung, d.h. ein Trennen des fehlerbehafteten Kabelabschnittes von dem Netz veranlassen, wobei diese Geräte natürlich auch Kurzschlüsse zwischen Phasenleitern behandeln, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung sind. Bei gelöschten Netzen wird allerdings eine Zwangsauslösung bei Erdschlüssen bewusst unterdrückt, um nach Möglichkeit einen unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten.For about 15 years, modern, microprocessor-controlled devices, so-called "distance protection relays" have been used which detect an earth short circuit and possibly a forced release, i. cause disconnection of the faulty cable portion of the network, these devices, of course, treat short circuits between phase conductors, which are not the subject of the invention. In the case of deleted networks, however, a forced triggering in case of ground faults is intentionally suppressed in order to ensure, if possible, uninterrupted operation.
Es ist bekannt, zur Fehlerortbestimmung in gelöschten Netzen z.B. nach Auffinden der fehlerhaften Leitung durch Schalthandlungen die Leitung abzufahren und den Fehlerort zu suchen, doch erfordert dies große Erfahrung der damit betrauten Personen, einen großen Personaleinsatz und meist einen sehr hohen Zeitaufwand.It is known for fault location in erased networks, e.g. after finding the faulty line by switching operations to exit the line and to search the fault location, but this requires a great deal of experience entrusted to people, a large staff and usually a very high amount of time.
Man hat auch versucht, durch Auswertung von transienten Einschwingvorgängen beim Erdschluss den Fehlerort zu bestimmen, doch sind die transienten Vorgänge von der Netzstruktur und der momentan auftretenden Netzsituation abhängig, sodass kein allgemein gültiges Verfahren angegeben werden kann, das auf der Auswertung von Einschwingvorgängen bei Erdschlüssen beruht.Attempts have also been made to determine the location of the fault by evaluating transient transients during earth faults, but the transient processes are dependent on the network structure and the currently occurring network situation, so that no generally valid method based on the evaluation of transients during earth faults can be specified ,
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren anzugeben, das im wesentlichen mittels bereits vorhandener Schutzgeräte eine einfache und zuverlässige Entfemungsortung bei Erdschlüssen in gelöschten Netzen sowie im Bedarfsfall auch ein Abschalten von Leitungsabschnitten erlaubt.An object of the invention is to provide a method that essentially allows already existing protection devices a simple and reliable removal location in case of ground faults in deleted networks and, if necessary, a shutdown of line sections.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes der Verlagerungsspannung und bei Unterschreiten einer vorgebbaren Minimalspannung eines Phasenleiters durch Strom- und Spannungsmessung die Leitungsimpedanz in diesem Phasenleiter bis zu der Erdschlussstelle und an Hand der bekannten Leitungsimpedanz je Längeneinheit durch eine Impedanzberechnung, ausgehend von der gemessenen Phasenspannung am Messort, dem gemessenen Phasenstrom am Messort und dem Summenstrom am Messort unter Berücksichtigung der Erdungsimpendanzen am Messort und am Fehlerort die Entfernung bis zu dem Erdschluss berechnet wird.This object is achieved on the basis of a method of the type mentioned in the present invention that when exceeding a predetermined limit of the displacement voltage and falls below a predetermined minimum voltage of a phase conductor by current and voltage measurement, the line impedance in this phase conductor up to the ground fault point and on the basis of the known Line impedance per unit length is calculated by an impedance calculation, based on the measured phase voltage at the measurement location, the measured phase current at the measurement location and the summation current at the measurement location, taking into account the Erdungsimpendanzen at the measurement location and the fault location, the distance up to the ground fault.
Das Verfahren nach der Erfindung kann mit Hilfe vorhandener Distanzschutzgeräte durchgeführt werden, es müssen lediglich die Anrege- und Auslöseparameter bzw. Algorithmen an das Verfahren angepasst werden.The method according to the invention can be carried out with the aid of existing distance protection devices; only the starting and release parameters or algorithms need to be adapted to the method.
Bei einer zweckmäßigen Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Strom- und Spannungsmessung in dem erdschlussbehafteten Phasenleitern vorübergehend eine Zusatzimpedanz parallel zu der Kompensationsimpedanz des Sternpunktes geschaltet und die Strom -und Spannungsmessung zur Entfernungsbestimmung über die Leitungsimpedanz mit einem durch die Parallelschaltung erhöhten Erdstrom durchgeführt und danach die Zusatzimpedanz wieder abgeschaltet wird.In an expedient variant of the invention, it is provided that, before the current and voltage measurement in the earth-faulty phase conductors, an additional impedance is connected in parallel with the compensation impedance of the neutral point and the current and voltage measurement for distance determination via the line impedance is carried out with an earth current increased by the parallel circuit and then the additional impedance is switched off again.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein genügend hoher Messstrom zur Verfügung steht, was bei kompensierten Netzen für den Fall eines Erdschlusses nicht notwendigerweise der Fall ist, da die Kompensation theoretisch gar keinen Fehlerstrom zulässt. Auf diese Weise ist in jedem Fall eine sehr genaue Bestimmung des Fehlerortes möglich. 4 AT 503 598 B1In this way it is ensured that a sufficiently high measuring current is available, which is not necessarily the case with compensated networks in the case of a ground fault, since theoretically the compensation does not allow any fault current. In this way, a very accurate determination of the fault location is possible in any case. 4 AT 503 598 B1
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Zuschalten der Zusatzimpedanz und die mit dieser erfolgende Strom- und Spannungsmessung um zumindest eine Netzperiode verzögert erfolgt, da auf diese Weise so genannte „Erdschlusswischer“ und Einschwingvorgänge nicht in die Messung einfließen.It is expedient if the connection of the additional impedance and the taking place with this current and voltage measurement is delayed by at least one grid period, since in this way so-called "ground fault wiper" and transient processes are not included in the measurement.
In der Praxis hat es sich bewährt, dass als Zusatzimpedanz ein ohmscher Widerstand parallel zu der Kompensationsimpedanz des Sternpunktes geschaltet wird.In practice, it has been proven that, as an additional impedance, an ohmic resistance is connected in parallel to the compensation impedance of the star point.
Es ist weiters zweckmäßig, wenn die Phasenspannung UUe, der Phasenstrom lLi und der Summenstrom ΙΣ am Messort ermittelt und daraus die Impedanz Z1 bis zur Erdschlussstelle berechnet werden, wodurch sich nach Z1 =- uIt is further expedient if the phase voltage UUe, the phase current lLi and the sum current ΙΣ determined at the measuring location and from this the impedance Z1 are calculated up to the ground fault point, resulting in Z1 = - u
L1EL1E
Ili + Ις ’^O =z; -i mit Z1 = auf eine Längeneinheit bezogene Impedanz die Entfernung I bis zur Erdschlussstelle ergibt.Ili + Ις '^ O = z; -i with Z1 = impedance related to a unit of length giving the distance I up to the ground fault point.
Eine oft signifikante Verbesserung der Fehlerlokalisierung kann sich ergeben, wenn eine Berücksichtigung der Fehlerimpedanz Zfw durch Z1 =-An often significant improvement of the fault localization can result if a consideration of the fault impedance Zfw by Z1 = -
L1EL1E
'FW'FW
FWFW
In +Ις ’kI = Zrl erfolgt, wobei Ifw der Strom an der Fehlerstelle ist.In + Ις 'kI = Zrl, where Ifw is the current at the fault location.
Eine zusätzliche Erhöhung der Genauigkeit lässt sich in vielen Fällen erzielen, wenn eine Berücksichtigung der kapazitiven Ströme durch Ifw = + Uap erfolgt.An additional increase in accuracy can be achieved in many cases, if the capacitive currents are taken into account by Ifw = + Uap.
Ein weiterer, die Genauigkeit beeinträchtigender Einfluss lässt sich eliminieren, wenn die kapazitiven Ströme gemäßAnother influence affecting the accuracy can be eliminated if the capacitive currents according to
1 FW Σ +Uap u ü o mess nenn durch das Verhältnis der Verlagerungsspannung U°mess zur Nennspannung Unenn bewertet werden.1 FW Σ + Uap u ü o measurement can be evaluated by the ratio of the displacement voltage U ° mess to the rated voltage Unenn.
Es ist auch empfehlenswert vorzusehen, dass bei Vorliegen nicht plausibler Messergebnisse erneut und gleichfalls vorübergehend eine Zusatzimpedanz parallel zu der Kompensationsimpedanz des Sternpunktes geschaltet wird und die Strom- und Spannungsmessungen für die Berechnung der Erdschlussentfernung wiederholt werden.It is also advisable to provide that in the presence of non-plausible measurement results an additional impedance is switched again and also temporarily parallel to the compensation impedance of the star point and the current and voltage measurements for the calculation of the ground fault distance are repeated.
Vorteilhaftenweise kann vorgesehen sein, dass nach erfolgter Fehlerortberechnung die fehlerbehaftete Leitung ein- oder beidseitig abgeschaltet wird, nämlich dann, wenn es Qualität und/oder Quantität des Erdschlusses erforderlich scheinen lassen.Advantageously, it can be provided that, after fault location calculation, the faulty line is switched off on one or both sides, namely when quality and / or quantity of the ground fault seem necessary.
In der Praxis bewährt es sich, wenn die Strom- und Spannungsmessung mit der Grundfrequenz des Netzes durchgeführt wird, doch können zur Erhöhung der Genauigkeit auch Harmonische und/oder Zwischenharmonische von Strom und Spannung bei der Messung berücksichtigt werden. 5 AT 503 598 B1In practice, if the current and voltage measurement is carried out with the fundamental frequency of the network, it is also possible to take into account harmonics and / or interharmonics of current and voltage during the measurement in order to increase the accuracy. 5 AT 503 598 B1
Da das Verfahren hinsichtlich der Wahl des Messortes äußerst flexibel ist, kann man auch vorsehen, dass die Messung an zumindest zwei, in Abstand voneinander liegenden Messorten einer Leitung erfolgt, die mehrere, durch Schalteinrichtungen trennbare Leitungsabschnitte aufweist, und auf Basis dieser Messungen ein fehlerbehafteter Leitungsabschnitt selektiv abgetrennt wird. Auf diese Weise können weitgreifende Ausfälle eines Netzes wirksam vermieden werden.Since the method is extremely flexible with regard to the choice of the measuring location, it can also be provided that the measurement takes place at at least two, spaced measuring locations of a line which has a plurality of line sections which can be separated by switching devices, and a faulty line section on the basis of these measurements is selectively separated. In this way, extensive failures of a network can be effectively avoided.
Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigenThe invention together with further advantages is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are illustrated in the drawing. In this show
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Teil eines Elektroenergienetzes mit einer Kompensationsimpedanz bei einem Transformator-Sternpunkt,1 is a schematic representation of part of an electric power network with a compensation impedance at a transformer neutral point,
Fig. 2 in Zeigerdiagrammen die Bildung der Verlagerungsspannung bei Auftreten eines Erdschlusses,2 shows in phasor diagrams the formation of the displacement voltage when a ground fault occurs,
Fig. 3 die Anordnung mehrer Messorte und Schaltstellen in einem in Abschnitte unterteiltem Netz,3 shows the arrangement of several measuring locations and switching points in a sectioned network,
Fig. 4a und 4b an Hand von Ersatzschaltbildern eine Messung bei Verwendung einer zuschalt-baren Zusatzimpedanz mit bzw. ohne Berücksichtigung einer Fehlerimpedanz,4a and 4b with reference to equivalent circuit diagrams a measurement using a switchable additional impedance with or without consideration of an error impedance,
Fig. 5 einen vereinfachten Ausschnitt der Fig. 1 mit einer Fehlerimpedanz und5 shows a simplified section of FIG. 1 with an error impedance and
Fig. 6 in einem vereinfachten Schaltbild eines Netzausschnittes das Zustandekommen eines kapazitiven Summenstroms.Fig. 6 in a simplified circuit diagram of a network section the conclusion of a capacitive total current.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines 3-Phasen-Elektroenergienetzes, bei welchem über einen Transformator TRA mit Primärwicklungen PWI und Sekundärwicklungen SEW ein Netzabschnitt NAB angespeist wird. Diesem Abschnitt haften im Ersatzschaltbild Induktivitäten LR, Ls, LT, Kapazitäten CR1, CSi, CT1, CR2, CS2, CT2 sowie Widerstände Rr, Rs, Rt an. Mit Hilfe eines so genannten Distanzschutzgerätes DSG wird der auf den Transformator TRA folgende Leitungsabschnitt NAB auf Fehler überwacht. Insbesondere werden mit Hilfe eines Satzes STW bzw. SPW von Strom- und Spannungswandlern in jeder Phase Strom und Spannung gemessen und überwacht.1 shows a schematic diagram of a 3-phase electric power network in which a network section NAB is fed via a transformer TRA with primary windings PWI and secondary windings SEW. Inductances LR, Ls, LT, capacitances CR1, CSi, CT1, CR2, CS2, CT2 as well as resistors Rr, Rs, Rt adhere to this section in the equivalent circuit diagram. With the aid of a so-called distance protection device DSG, the line section NAB following the transformer TRA is monitored for errors. In particular, current and voltage are measured and monitored by means of a set STW or SPW of current and voltage transformers in each phase.
Der Transformatorsternpunkt STP ist in bekannter Weise über eine Kompensationsimpedanz KIP, meist Petersenspule“ genannt, mit Erde verbunden, wobei übereinen gesteuerten Schalter SWI der Impedanz KIP eine Zusatzimpedanz ZIP, hier ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet werden kann.The transformer star point STP is in a known manner via a compensation impedance KIP, usually Petersenspule called "connected to ground, with a controlled switch SWI the impedance KIP an additional impedance ZIP, here an ohmic resistance can be connected in parallel.
Der Netz- oder Leitungsabschnitt NAB kann von dem Rest des Netzes beidseitig durch Schalteinrichtungen SEA, SEB getrennt werden. Diese Schalteinrichtungen können ausgehend von der Auswertung der Messung abgeschaltet werden, was durch von dem Distanzschutzgerät zu den Schalteinrichtungen führende Leitungen angedeutet ist. Fallweise wird es jedoch eine zentrale Datenverarbeitungsstelle geben, welche die Messergebnisse bewertet und an Hand von zusätzlichen Kriterien entscheidet, ob und welche Streckenabschnitte abgeschaltet werden sollen.The network or line section NAB can be separated from the rest of the network on both sides by switching devices SEA, SEB. These switching devices can be switched off starting from the evaluation of the measurement, which is indicated by leading from the distance protection device to the switching devices lines. In some cases, however, there will be a central data processing center that will evaluate the measurement results and decide on the basis of additional criteria whether and which sections of the route should be switched off.
Tritt an einer durch ein Blitzsymbol ERD angedeuteten Fehlerstelle ein Erdschluss, beispielsweise in der Phase T, auf, so ergibt sich an der Messstelle eine Verlagerungsspannung Vo, die geringer als die Verlagerungsspannung an der Fehlerstelle ist. Die Phasenspannungen VSE und VRE erhöhen sich bis auf die verkettete Spannung. Dies ist in den beiden Diagrammen a und b der Fig. 2 gezeigt.If an earth fault, for example in phase T, occurs at a fault point indicated by a lightning symbol ERD, a displacement voltage Vo results at the measuring point which is less than the displacement voltage at the fault location. The phase voltages VSE and VRE increase up to the chained voltage. This is shown in the two diagrams a and b of FIG. 2.
Nun sieht die Erfindung vor, dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes dieser Verlagerungsspannung V0 und bei Unterschreiten einer vorgebbaren Minimalspannung eines Phasenleiters, hier VTE des Phasenleiters T durch Strom- und Spannungsmessung die Leitungsimpedanz in diesem Phasenleiter bis zu der Erdschlussstelle und an Hand der bekannten Leitungsimpedanz je Längeneinheit durch eine Impedanzberechnung, ausgehend von der 6 AT 503 598 B1 gemessenen Phasenspannung am Messort, dem gemessenen Phasenstrom am Messort und dem Summenstrom am Messort mittels geeigneter Bewertungsfaktoren die Entfernung bis zu dem Erdschluss berechnet wird.Now, the invention provides that when a predefinable limit of this shift voltage V0 and falls below a predetermined minimum voltage of a phase conductor, here VTE of the phase conductor T by current and voltage measurement, the line impedance in this phase conductor up to the ground fault point and on the basis of the known line impedance depending Length unit is calculated by an impedance calculation, based on the phase voltage measured at the measuring location, the measured phase current at the measuring location and the total current at the measuring location by means of suitable evaluation factors, the distance up to the ground fault.
In Hinblick auf den Umstand, dass der Strom in dem mit einem Erdschluss behafteten Phasenleiter, hier Leiter T wegen der Kompensation des Erdschlusses oft nur gering ist, kann es zur Sicherstellung ausreichender Messsignale zweckmäßig sein, wenn vor der Strom- und Spannungsmessung in dem erdschlussbehafteten Phasenleiter vorübergehend die Zusatzimpedanz ZIP parallel zu der Kompensationsimpedanz KIP des Sternpunktes STP geschaltet und die Strom- und Spannungsmessung zur Entfernungsbestimmung über die Leitungsimpedanz mit einem durch die Parallelschaltung erhöhten Erdstrom durchgeführt und danach die Zusatzimpedanz ZIP wieder abgeschaltet wird.In view of the fact that the current in the grounded faulty phase conductor, here conductor T is often only small because of the compensation of the ground fault, it may be expedient to ensure sufficient measurement signals if, prior to the current and voltage measurement in the faulty phase conductor temporarily, the additional impedance ZIP is connected in parallel to the compensation impedance KIP of the star point STP and the current and voltage measurement is carried out for determination of the distance via the line impedance with an earth current increased by the parallel connection and then the additional impedance ZIP is switched off again.
Die Darstellung nach Fig. 3 soll zeigen, dass eine Leitung, die hier links von einem Transformator TRA gespeist wird, wobei ein Sternpunkt STP über eine Kompensationsimpedanz (Peter-senspule) und eine zuschaltbare Impedanz ZIP an Erde liegt, mehrere Leitungsabschnitte NAB, NAB' usw. aufweisen kann. Die Abschnitte sind durch Schalteinrichtungen SEA, SEB usw. trennbar und Erdschlussmessungen im Sinne der Erfindungen können an beliebigen Orten der Leitung mit Hilfe von Distanzschutzgeräten DSG, hier sind drei eingezeichnet, durchgeführt werden. Über eine Datenverbindung DAB können alle wesentlichen Einrichtungen miteinander kommunizieren, erforderlichenfalls natürlich bidirektional. Das heißt, die Auswerteergebnisse der einzelnen Distanzschutzgeräte DSG können den anderen Distanzschutzgeräten DSG übermittelt werden, die sodann Schaltsignale selektiv an die Schalteinrichtungen SEA, SEB oder auch an den gesteuerten Schalter SWI zum Zuschalten der Impedanz ZIP sendet. Selbstverständlich können je nach den Gegebenheiten des Netzes Schaltbefehle auch unmittelbar von einem Distanzschutzgerät DSG an eine Schalteinrichtung oder den gesteuerten Schalter SWI gesendet werden.The illustration according to FIG. 3 is intended to show that a line which is fed to the left by a transformer TRA, wherein a neutral point STP is connected to earth via a compensation impedance (Peter-senspule) and an activatable impedance ZIP, has several line sections NAB, NAB '. etc. may have. The sections can be separated by switching devices SEA, SEB, etc., and earth fault measurements in the sense of the inventions can be carried out at arbitrary locations of the line with the aid of distance protection devices DSG, here three are drawn. Via a data link DAB, all essential devices can communicate with each other, if necessary, of course, bidirectionally. This means that the evaluation results of the individual distance protection devices DSG can be transmitted to the other distance protection devices DSG, which then selectively sends switching signals to the switching devices SEA, SEB or also to the controlled switch SWI for switching on the impedance ZIP. Of course, depending on the conditions of the network switching commands can also be sent directly from a distance protection device DSG to a switching device or the controlled switch SWI.
An Hand der Ersatzschaltbilder der symmetrischen Komponenten nach Fig. 4 sei eine beispielsweise Entfernungsmessung beschrieben. Tritt ein Erdschluss auf, so erhöht sich der Fehlerstrom auf der fehlerbehafteten Leitung durch die parallel geschaltete Zusatzimpedanz ZIP. Die Zusatzimpedanz ZIP wird meist als ohmscher Widerstand ausgebildet und z.B. für 200 ms der Petersenspule KIP parallel geschaltet, wobei der Widerstand so bemessen wird, dass ein zusätzlicher Strom von 10 bis 300 Ampere eingespeist werden kann.With reference to the equivalent circuit diagrams of the symmetrical components according to FIG. 4, an example of a distance measurement is described. If a ground fault occurs, the fault current on the faulty line increases due to the parallel connected additional impedance ZIP. The additional impedance ZIP is usually designed as an ohmic resistance and, e.g. for 200 ms, the Petersen coil KIP is connected in parallel, the resistance being so dimensioned that an additional current of 10 to 300 amperes can be fed in.
Man kann den Fehlerfall durch die Umrechnung in symmetrische Komponenten darstellen.One can represent the error case by the conversion into symmetrical components.
Die nachstehende Berechnung zeigt, dass trotz Laststromes eine Entfernungsmessung mit der Kenngröße Z1=ZT-I mit I...Länge durchgeführt werden kann.The following calculation shows that despite the load current, a distance measurement with the parameter Z1 = ZT-I with I ... length can be performed.
Up +Up+U° =0Up + Up + U ° = 0
UU
mess 0 -10 -Z° =0measuring 0 -10 -Z ° = 0
Mit folgt:With follows:
U mess + u 2 mess + Umes°s =(l1 +l2 )-Z1 +l° z° messU mess + u 2 mess + Umes ° s = (l1 + l2) -Z1 + l ° z ° meas
Mit 7 AT 503 598 B1With 7 AT 503 598 B1
Umess + U mess + U mess “UL1E folgt:Umess + U mess + U mess "UL1E follows:
Mit r n I1 +|2 +|° =|L1 undk0 = Z° z1 -1 J folgt: L;E=iu*3i°k0 Z1With r n I1 + | 2 + | ° = | L1 and k0 = Z ° z1 -1 J follows: L; E = iu * 3i ° k0 Z1
Mit 3 l°= ΙΣ folgt:With 3 l ° = ΙΣ follows:
UU
L1E z1 -lLi +ΙΣ -k0 z1 = uL1E z1 -lLi + ΙΣ -k0 z1 = u
L1E I L1 +ll ’k0 =zri ^DSG _ 2^z° Zi' L/1 Ü2 ^ messi'·' iß w nL1E I L1 + ll 'k0 = zri ^ DSG _ 2 ^ z ° Zi' L / 1 Ü2 ^ messi '·' i w w n
Ulie Ili ko Ις I am einem Distanzschutzgerät angezeigte Impedanz bis zur Fehlerstelle Nullimpedanz bis zur Fehlerstelle auf eine Längeneinheit bezogene Impedanz gemessene Spannung des fehlerbehafteten Leiters am Messort in symmetrischen Komponenten gemessene Phasenspannung am Messort gemessener Phasenstrom am Messort längenunabhängiger Faktor zur Berücksichtigtalg von Z0 Summenstrom am Einbauort des Messgerätes Spannung an der Fehlerstelle in symmetrischen Komponenten Entfernung bis zur FehlerstelleUlie Ili ko Ις I Impedance displayed on a distance protection device up to the fault point zero impedance up to the fault location on an impedance related unit measured voltage of the faulty conductor at the measurement location in symmetrical components measured phase voltage at the measurement location measured phase current at the measurement location length independent factor for the consideration of Z0 summation current at the installation location of the Measuring instrument voltage at the fault location in symmetrical components distance up to the fault location
Es hat sich bewährt, wenn das Zuschalten der Zusatzimpedanz und die mit dieser erfolgende Strom- und Spannungsmessung um zumindest eine Netzperiode, oft auch um zwei oder drei Netzperioden verzögert erfolgt, damit Erdschlusswischer, also vorübergehende kurzzeitige Erdschlüsse, oder Einschwingvorgänge die Messung nicht verfälschen.It has proven useful if the connection of the additional impedance and the current and voltage measurement taking place with it are delayed by at least one grid period, often by two or three grid periods, so that ground-fault wipers, ie transient short-term earth faults or transients do not distort the measurement.
In der Praxis tritt manchmal an der Fehlerstelle auch ein größerer Ubergangswiderstand auf, der nicht vernachlässigt werden darf.In practice, sometimes a larger contact resistance occurs at the fault, which must not be neglected.
In Fig. 5 ist eine solche Fehlerimpedanz Zfw dargestellt und es hat sich gezeigt, dass sich eine 8 AT 503 598 B1 signifikante Verbesserung der Fehlerlokalisierung ergeben kann, wenn bei zugeschalteter Zusatzimpedanz ein adaptierter Algorithmus verwendet wird.Such an error impedance Zfw is shown in FIG. 5 and it has been shown that an improved error localization can result if an adapted algorithm is used when the additional impedance is switched on.
Die korrigierte Formel, die Ausgangspunkt für die Berechnung ist, lautet: 71 _ U|_1E ~ ^FW~^FW _ 7' | >L1 +lZ'k0 " 1'The corrected formula that is the starting point for the calculation is: 71 _ U | _1E ~ ^ FW ~ ^ FW _ 7 '| > L1 + lZ'k0 " 1'
Die Herleitung mittels symmetrischen Komponenten lautet wie folgt:The derivation by means of symmetrical components is as follows:
Up +Up + u£ =UFWUp + Up + u £ = UFW
U 1 -I1 -Z1 +U 2-l2-Z2+U 0 -10 -Z 0 = I ZU 1 -I 1 -Z 1 + U 2 -l 2 -Z 2 + U 0 -10 -Z 0 = I Z
umess 1 umess 1 ^ u mess 1 ' FW FWumess 1 umess 1 ^ u mess 1 'FW FW
Mit Z1 = Z2 folgt:With Z1 = Z2 follows:
Ujs + Umess + U mes°s =(|1 + l2 )'Z1 +l° ·Ζ° + IFW -Z FWUjs + Umess + U mes ° s = (| 1 + l2) 'Z1 + l ° · Ζ ° + IFW -Z FW
U mess + U mess + U mess " U L1EU mess + U mess + U mess " U L1E
UliE ~ ^FW'^FW _ ^|1 + |2 ^ + |0.Z_ UL1E "ΥΖ* =|1+|2+|0.|0+,0.|! -71 7' L1 r+l2+l° = lUliE ~ ^ FW '^ FW _ ^ | 1 + | 2 ^ + | 0.Z_ UL1E " ΥΖ * = | 1+ | 2+ | 0. | 0 +, 0 | |! -71 7 'L1 r + l2 + l ° = l
Ul1E '^FW '^FW _ |0 +|0 Z z1 =L1’ z1 -l° +,° ~ = ,° Z1 Ή = l° k0 3Ul1E '^ FW' ^ FW _ | 0 + | 0 Z z1 = L1 'z1 -l ° +, ° ~ =, ° Z1 Ή = l ° k0 3
Ul1E "'fW Zpw _ 0 . Z1 - = IL1 +ΟΊ ‘K 0Ul1E " 'fW Zpw _ 0. Z1 - = IL1 + ΟΊ 'K 0
3 · l° = U3 · l ° = U
= lu +lj; kQ= lu + lj; kQ
Ul1E ~*FW 'Z PW Z1 ^1 _ Ul1e ‘IfW Zpw , z = lL1*ls*o ’ wobei bedeuten: 9 AT 503 598 B1 Z1 gemessene Impedanz bis zur Fehlerstelle Z° gemessene Nullimpedanz bis zur FehlerstelleUl1E ~ * FW 'Z PW Z1 ^ 1 _ Ul1e' IfW Zpw, z = lL1 * ls * o 'where: 9 AT 503 598 B1 Z1 measured impedance up to the fault Z ° measured zero impedance up to the fault
Zi auf einen Kilometer bezogene ImpedanzZi on a kilometer related impedance
Umess gemessene Spannung am Einbauort des MessgerätesUmess measured voltage at the installation site of the meter
Ulie gemessene Phasenspannung am Einbauort des Messgerätes lu gemessener Phasenstrom am Einbauort des MessgerätesUlie measured phase voltage at the installation site of the meter lu measured phase current at the installation of the meter
Ko Längenunabhängiger Faktor zur Berücksichtigung von Z0 ΙΣ Summenstrom am Einbauort des Messgerätes UF Spannung an der Fehlerstelle I Entfernung bis zur FehlerstelleKo Length-independent factor to take account of Z0 ΙΣ total current at the installation site of the measuring instrument UF voltage at the fault location I distance to the fault location
Zfw FehlerimpedanzZfw fault impedance
Upw Spannung, die an der Fehlerimpedanz abfälltUpw voltage dropping at the fault impedance
Ifw Strom an der FehlerstelleIfw power at the fault location
In der Praxis hat sich weiters gezeigt, dass die Fehlerimpedanz einen fast rein ohmschen Widerstand darstellt, dessen Abschätzung wie folgt erfolgen kann:In practice, it has also been shown that the fault impedance represents an almost purely ohmic resistance whose estimation can be made as follows:
Da, wie oben erwähnt, die Fehlerimpedanz als rein ohmsch betrachtet werden kann, wird von dieser nur der Realteil genommen.Since, as mentioned above, the fault impedance can be regarded as purely resistive, only the real part is taken from this.
UL1E ZFW =real(-^) 'ςUL1E ZFW = real (- ^) 'ς
Bei festgestellten Übergangswiderständen von ca. 20-30 Ohm wird empfohlen, diese Adaptierung zu verwenden.If contact resistances of approx. 20-30 ohms are detected, it is recommended to use this adaptation.
Die Ableitung dieser Formel ist leicht aus Fig. 5 nachvollziehbar, welche einen vereinfachten Ausschnitt aus Fig. 1 zeigt, bei der die Kapazität der fehlerbehafteten Leitung vernachlässigt wurde und bei der nun an der Fehlerstelle eine Impedanz eingezeichnet ist.The derivation of this formula is easily understood from Fig. 5, which shows a simplified section of Fig. 1, in which the capacity of the faulty line has been neglected and in which an impedance is now located at the fault location.
Da typische Impedanzwerte von Leitungslängen ca. 10-15 Ohm für einen Leitungsabschnitt betragen, kann man erkennen, dass der Fehlerwiderstand ab ca. 20 Ohm die Schleife dominiert und daher kann auf diesen mit sehr guter Näherung rückgeschlossen werden.Since typical impedance values of line lengths amount to approx. 10-15 ohms for one line section, it can be seen that the error resistance dominates the loop above approx. 20 ohms and therefore it can be deduced from this with a very good approximation.
Der Fehlerstrom kann nach folgender Formel abgeschätzt werden.The fault current can be estimated according to the following formula.
Ifw = Ις + Ikap lkap ist der kapazitive Strom, der nur durch den fehlerbehafteten Leitungsabschnitt hervorgerufen wird. Die Größe dieses Stromes kann durch Tabellen, Messungen, etc. im Vorfeld schon bestimmt werden, da der kapazitive Beitrag ja Längeneinheit bekannt ist. Wie Fig. 6 zeigt, liefert jeder Leitungsteil einen gewissen Beitrag. In Fig. 6 erkennt man, dass die bei jedem Distanzschutzgerät DSG eines Leitungsteils vorliegenden kapazitiven Ströme an dem Steuerpunkt summiert auftreten. Die Spule KIP ist so dimensioniert, dass der Spulenstrom gleich groß wie die Summe aller kapazitiver Ströme sein muss.Ifw = Ις + Ikap lkap is the capacitive current that is caused only by the faulty line section. The size of this stream can already be determined in advance by tables, measurements, etc., since the capacitive contribution is known per unit of length. As shown in Fig. 6, each line part provides some contribution. FIG. 6 shows that the capacitive currents present at each distance protection device DSG of a line part occur summed up at the control point. The coil KIP is dimensioned so that the coil current must be equal to the sum of all capacitive currents.
1 UL1E1 UL1E
Dann wird die bekannte Formel: Z = ---—— um den Term: -Ipv/Zpw erweitert, wobei die lLi +l£ k0 kapazitiven Ströme mit dem Verhältnis der Verlagerungsspannung zur Nennspannung bewertet werden müssen, da sich bei veränderter Verlagerungsspannung auch die damit verbundenenThen the well-known formula: Z = ----- is extended by the term: -Ipv / Zpw, where the lLi + l £ k0 capacitive currents must be evaluated with the ratio of the displacement voltage to the rated voltage, since the displacement voltage also changes associated
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DRUML, GERNOT ''D.2. ERKENNUNG VON HOCHOHMIGEN ERDSCHLÜSSEN ....'' (URL: HTTP://WWW.A-EBERLE.DE/PDF/ADMITTANZ.PDF) * |
SIEMENS ''ZEITSTAFFELSCHUTZ ABZWEIGUNGSSCHUTZ SIPROTEC 7SA511 (VERSION3)'' URL: HTTP://WWW.FBEIT.HTWK-LEIPZIG.DE/FB/-FGEET/LABOR/7SA511KATALOGBLATT.PDF * |
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