DE69308446T2 - Einrichtung zum Feststellen von Fehlern auf einem unterirdischen elektrischen Energieverteilungsnetz - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die unterirdischen Netze zum Verteilen von elektrischer Energie, insbesondere die Netze, die HTA genannt werden, das heißt, deren Spannung kleiner oder gleich 50 kV ist.
• Eine neue Nulleiternorm wird auf diesem Netztyp verwendet, um die fehlerhaften Ströme auf Werte zu begrenzen, die viel weniger hoch sind. Aus diesem Grund können die gegenwärtig verwendeten Detektoren für Fehler, basierend auf einem einzig ampèremetrischen Prinzip, nicht mehr die Fehler zur Erde erfassen.
• Man kennt insbesondere Detektorvorrichtungen für Fehler des wattmetrischen Typs, bei denen man die gleichpolige Leistung der zu überwachenden Leitung mißt und überwacht. Für diese Vorrichtungen ist es nötig, daß sie über präzise und zuverlässige Aufnehmer (die Präzision muß in der Größenordnung des Grades liegen, was die Phase betrifft) und mit großer Bandbreite (zum Beispiel von 25 bis 1000 Hz) versorgt werden. Daraus folgt, daß diese wattmetrischen Vorrichtungen nur in zuverlässiger Weise verwendet werden können, wenn sie von sehr zuverlässigen und präzisen Aufnehmern versorgt werden, die man im Netz im allgemeinen nicht antrifft.
• Man kennt im übrigen (EP-A-267 500) Vorrichtungen zum Erfassen von Fehlern, die eine elektronische Schaltung aufweisen, welche ein Signal, das repräsentativ für die gleichpolige Spannung ist, und ein Signal, das repräsentativ für den gleichpoligen Strom der zu überwachenden Leitung ist, empfängt und welche eine Richtungserfassung von Fehlern durchführt, indem die Durchgangsänderungen des gleichpoligen Stromes und der gleichpoligen Spannung (ihr Vorzeichen) analysiert werden.
• Tatsächlich hat beim Beginn des Fehlers der gleichpolige Durchgangsstrom ein Vorzeichen, das entgegengesetzt den gleichpoligen Durchgangsströmen aus unbeschädigten Anfangsorten ist. Weiterhin entwickelt sich die Momentanänderung der gleichpoligen Spannung im selben Sinne wie die Stromänderung bei unbeschädigten Anfangsorten. Da die Erfassung bei Durchgangsverbindungen durchgeführt wird, führt man eine Filterung durch, um die Hauptkomponente bei 50 Hz des gleichpoligen Stromes auszuschalten.
• Diese Detektoren des Typs, daß der gleichpolige Durchgangsstrom erfaßt wird, werden von Transformatoren und von Toroidspulen versorgt, die den gleichpoligen Strom liefern. Dies zieht einen großen Verlust nach sich, insbesondere was die Spannungstransformatoren betrifft, welche die gleichpolige Spannung liefern.
• Man hat versucht, ein Signal zu erhalten, das die gleichpolige Spannung anzeigt, indem man kapazitive Teiler verwendet hat, die bereits im Netz benutzt worden sind, um die Erfassung des Vorliegens der Spannung durchzuführen, und die beispielsweise Neonleuchten versorgen. Die erhaltene Spannung ist ziemlich wenig genau und erlaubt nicht die Verwendung wattmetrischer Detektoren.
• Tatsächlich, wenn man einen kapazitiven Teiler für jede der Phasen verwendet, kann der Fehler, was die Spannung betrifft, zwischen -40 und +50 % variieren; weiterhin stellt sich ein Problem der Anpassung der Impedanz.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einem unterirdischen Netz zur Verteilung elektrischer Energie, die in Netzen verwendet werden kann, welche eine neue Nulleiternorm zur Begrenzung des gleichpoligen Stromes haben, die monophasische Fehler erfassen kann und die in zuverlässiger Weise arbeitet, ohne teure Vorrichtungen zu benötigen.
• Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einem unterirdischen Netz zur Verteilung elektrischer Energie zum Gegenstand, welche eine elektronische Schaltung aufweist, die ein Signal, das für die gleichpolige Spannung repräsentativ ist (gegebenenfalls sehr ungenau) und ein Signal, das für den gleichpoligen Strom der zu überwachenden Leitung repräsentativ ist, empfängt, wobei die elektronische Schaltung eine Erfassung von Durchgangsvariationen des gleichpoligen Stromes bewirkt, indem das Vorzeichen des gleichpoligen Stromes mit dem der gleichpoligen Spannung verglichen wird und wobei der Aufnehmer für gleichpoligen Strom aus einer oder mehreren Toroidspulen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsaufnehmer durch einen Kondensator gebildet ist, der zwischen dem gemeinsamen Anschluß der kapazitiven Teiler, welche auf jede Phase verteilt sind, und der Erde verzweigt ist.
• Man hat festgestellt, daß an den Anschlüssen des Kondensators, der zwischen dem gemeinsamen Anschluß der Kondensatoren eines kapazitiven Teilers mit einem Kondensator für jede Phase und der Erde verzweigt ist, man eine Spannung in der Größenordnung von 1 bis 2 V erhält, die ausreichend repräsentativ für die gleichpolige Spannung ist und die in einer Erfassungsschaltung verwendet werden kann, die auf der Basis der Überwachung der Durchgangsänderung des gleichpoligen Stromes arbeitet.
• Vorteilhaft sieht man zwei Schwellenschaltungen vor, die den gleichpoligen Strom aufnehmen und jede ein Signal liefern, das die Fehler angibt. Die Schwelle der zweiten Schaltung ist höher als die erste und dient dazu, ein Signal zu liefern, das ein Indikator für einen monophasischen doppelten Fehler ist, für den der Wert des fehlerhaften Stromes höher ist (cross country fault)
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungsvorrichtung für Fehler einen Detektor für die Spannung des Netzes auf, der die Fehlersignale der elektronischen Schaltung ausschaltet, bis die Spannung des Netzes wieder auftritt.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Beispieles zur Ausführung der Erfindung hervorgehen, die gemacht wurde, indem man sich auf die beigefügte Figur bezieht, die ein synoptisches Schema einer Ausführungsform der Erfindung ist.
• Man sieht in dieser Figur ein elektrisches Kabel 1, um das eine erste Toroidspule 2 gelegt ist, die ein Signal liefert, welches repräsentativ für den gleichpoligen Strom ist. Das von dieser Toroidspule 2 gelieferte Signal wird auf eine erste Schwellenschaltung 3 gelegt; die dazu bestimmt ist, an ihrem Ausgang ein Signal zu liefern, welches einen monophasischen Fehler zur Erde anzeigt.
• Das Ausgangssignal der Toroidspule 2 wird gleichermaßen zu einer zweiten Schwellenschaltung 4 geliefert, die auf eine Schwelle eingestellt ist, die höher liegt, und die ein Signal liefert, welches einen monophasischen doppelten Fehler anzeigt (cross country fault).
• Das Ausgangssignal der Toroidspule 2 wird gleichermaßen an einen Verstärker 5 gegeben, dessen Ausgangssignal einer Schaltung 6 zum Erfassen von Fehlern durch Überwachen der Durchgangsänderung des gleichpoligen Stromes aufgegeben wird.
• Auf der Leitung des Kabels 1 sind jeweils drei Kondensatoren 7 dargestellt, die den kapazitiven Teiler bilden und einen gemeinsamen Anschluß 8 aufweisen. Zwischen der Erde und diesem gemeinsamen Anschluß 8 ist ein Kondensator 9 verzweigt. Es ist festgestellt worden, daß man an den Anschlüssen dieses Kondensators 9 eine Spannung gewinnen kann, deren Wert in der Größenordnung von 1 bis 2 V liegt und die ausreichend repräsentativ für die gleichpolige Spannung ist, so daß es der Schaltung 6 zum Überwachen des gleichpoligen Durchgangsstromes möglich ist, in zuverlässiger Weise zu arbeiten. Diese Spannung wird durch Zwischenschaltung eines Operationsverstärkers 11 übertragen.
• Der Betrieb der Schaltung 6 wird durch die Ausgangssignale der beiden Schwellenschaltungen 3 und 4 gesteuert, das heißt, daß beim Auftreten eines Fehlers diese Schaltung einen Vergleich der Nulldurchgänge des gleichpoligen Stromes und der gleichpoligen Spannung auf der Leitung durchführt. Die elektronische Schaltung 6 empfängt gleichermaßen bei 13 eine Information, die das Wiederauftreten der Spannung des Netzes anzeigt. Diese Spannung kann beispielsweise auf einer Phase der Leitung genommen werden, und bis sie eine bestimmte Schwelle erreicht, wirkt sie auf den Detektor 6, um das Signal zum Anzeigen der Fehler zu unterdrücken.
• Die Gültigkeit der Erfassung wird durch das Vorliegen, zum Beispiel 100 ms nach dem Durchlaufen der Schwelle des Durchgangsstromes, einer gleichpoligen Spannung bestätigt, die größer ist als eine Schwelle, die einstellbar sein kann, zum Beispiel zwischen 5 und 50 % des Wertes der einfachen Spannung des Netzes.
• Eine solche Erfassungsschaltung vom Durchgangstyp kann mit weniger genauen Aufnehmern arbeiten, insbesondere mit Aufnehmern, wie sie weiter oben beschrieben worden sind.
• Die Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern gemäß der Erfindung kann selbständig aufgebaut sein und eine selbständige Versorgung aufweisen, die beispielsweise durch Lithiumelemente gebildet ist, die ihr eine Autonomie von mehreren Jahren verleihen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern in einem unterirdischen Netz (1) zum Verteilen elektrischer Energie, mit einer elektronischen Schaltung (6), die ein Signal, das für die gleichpolige Spannung repräsentativ ist, und ein Signal, das für den gleichpoligen Strom der zu überwachenden Leitung repräsentativ ist, empfängt, wobei die elektronische Schaltung eine Erfassung von Durchgangsänderungen des gleichpoligen Stromes durchführt, indem das Vorzeichen des gleichpoligen Stromes mit dem der gleichpoligen Spannung verglichen wird, und wobei der Aufnehmer für den gleichpoligen Strom durch eine oder mehrere Toresspuren (2) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsaufnehmer durch einen Kondensator (9) gebildet ist, der zwischen dem gemeinsamen Anschluß (8) der Kondensatoren (7) eines kapazitiven Teilers, die auf jede Phase verzweigt sind, und der Erde verzweigt ist.

2. Vorrichtung zur Fehlererfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Schwellenschaltung (3) aufweist, die die gleichpoligen Ströme empfängt und ein Signal liefert, das Fehler anzeigt.

3. Vorrichtung zur Fehlererfassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Schwellenschaltung (4) aufweist, deren Schwelle höher liegt als die erste, für die Erfassung von polyphasischen Fehlern.

4. Vorrichtung zur Fehlererfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Detektor für die Spannung des Netzes (13) aufweist, der das Signal der elektronischen Schaltung ausschaltet, bis die Spannung des Netzes wieder auftritt.