NO332685B1 - Fremgangsmate og innretning for lokalisering av enpolede jordfeil - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for pålitelig lokalisering med enkle midler av enpolede jordfeil i en avgrening eller et ledningsavsnitt i et stjernepunktkompensert eller stjernepunktisolert, elektrisk forsyningsnett, ved hvilken det måles en stjernepunkt-støttespenning mellom forsyningstransformatorens stjernepunkt og jord og en nullstrøm for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes. Denne oppgave løses hovedsakelig ved at måleverdiene av stjernepunkt-støttespenningen og nullstrømmene digitaliseres ved forutbestemte tidspunkter, og måleverdiene i digital form lagres i minst ett elektronisk lager, og ved at de lagrede måleverdier for minst en måling før og minst en måling etter en feilinntredelse med en egnet matematisk metode vurderes for lokalisering av enpolede jordfeil.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning for utførelse av fremgangsmåten for lokalisering av enpolede jordfeil i en avgrening eller et ledningsavsnitt i et stjernepunktkompensert eller stjernepunktisolert, elektrisk forsyningsnett, ved hvilken en stjernepunkt-støttespenning (tysk: Sternpunkt-Verlagerungsspannung) mellom stjerne-punktet for forsyningstransformatoren og jord, henholdsvis en med stjernepunkt-støttespenningen proporsjonal målestørrelse, og en nullstrøm henholdsvis en med null-strømmen proporsjonal målestørrelse, måles på en passende måte for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes.

Det er kjent noen fremgangsmåter for lokalisering av enpolede jordfeil i mellom-og høyspenningsnett. De fleste av disse fremgangsmåter benytter de ohmske komponenter av nullstrømmen, dvs. komponentene av nullstrømvektoren i retning av stjernepunkt-støttespenningen, for lokalisering av jordfeil, da de kapasitive nullstrømkomponenter som forårsakes av avgreningens enkelte fase-jordkapasiteter, i den stasjonære, dvs. inn-svingede systemtilstand ikke lenger kan skjelnes fra de kapasitive hhv. induktive komponenter av den eventuelt i nullstrømmen inneholdte feilstrøm. Riktig nok er disse ohmske komponenter meget små i forhold til de kapasitive og induktive andeler, med hvilke det blir vanskelig å detektere høyohmige jordfeil på en sikker måte, på grunn av de meget små ohmske nullstrømandeler. Andre fremgangsmåter benytter faseforholdet mellom nullstrøm og stjernepunkt-støttespenning for lokalisering av jordfeil, slik som eksempelvis EP 963 025. Her måles nullstrømmene for hver avgrening som skal overvåkes, og stjernepunkt-støttespenningen, og på grunnlag av fasestillingen av de målte størrelser fastslås det om en avgrening er feilaktig eller feilfri.

Oppfinnelsen har som formål å tilveiebringe en fremgangsmåte av den innled-ningsvis angitte type, som med enkle midler på pålitelig måte kan lokalisere jordfeil i mellom- og høyspenningsnett.

For fremgangsmåten oppnås dette formål slik det er angitt i krav 1. Måleverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>) digitaliseres ved forutbestemte tidspunkter, og måleverdiene i digital form lagres i minst ett elektronisk lager, og at de lagrede måleverdier av minst én måling før og minst én måling etter en feilinntredelse vurderes med en egnet matematisk metode for lokalisering av enpolede jordfeil.

For innretningen oppnås det angitte formål slik et er angitt i krav 19, ved at det er anordnet minst én analog/digital-omformer som omformer måleverdiene ved bestemte tidspunkter til en digital form, at det er anordnet minst ett elektronisk lager for lagring av de digitaliserte måleverdier, og at det er anordnet en beregningsenhet som er egnet for utførelse av en egnet, matematisk fremgangsmåte for lokalisering av enpolede jordfeil på grunnlag av måleverdier av minst én måling før og minst én måling etter en feilinntredelse.

Ved at måleverdiene foreligger og lagres i digital form, er det mulig å analysere den transiente innsvingningsoppførsel til nullstrømmen og stjernepunkt-støttespenningen etter inntredelse av en jordfeil. Denne fremgangsmåte er i stand til å atskille de kapasitive fra de induktive andeler av nullstrømmene i nettets avgreninger eller ledningsavsnitt, og er på grunn av denne egenskap i stand til å gjennomføre utsagn om feilaktigheten i forbindelse med enpolede jordfeil på avgreninger eller ledningsavsnitt. Da disse kapasitive og induktive nullstrømandeler er svært mye større enn de ohmske nullstrøm-andeler, tillater denne metode en særlig følsom og pålitelig lokalisering av jordfeil.

Det har vist seg å være ganske særlig fordelaktig når den funksjonelle sammenheng mellom oppførselen til nullstrømmen i0(<i>) for hver avgrening ved hvert ledningsavsnitt k i nettet som skal overvåkes, og til stjernepunkt-støttespenningen Unebåde for tilfellet med feilfrihet og for feiltilfellet beskrives ved hjelp av en lineær differensiallikning eller differanselikning av andre eller høyere orden, henholdsvis ved hjelp av dens tilhørende ekvivalente likning i integralform, fortrinnsvis på dens numeriske skrivemåte Si(n) = aiSi(n) + a2S2(n) + a3S3(n) [+...+amSm(n)]. Ved at feiltilfellet er forskjellig fra tilfellet med feilfrihet bare ved differensiallikningens koeffisienter, kan en feilaktig avgrening lokaliseres meget enkelt ved bestemmelse av disse koeffisienter.

Fremgangsmåten kan forenkles idet stjernepunkt-støttespenningen Uneog null-strømmene i0(<i>) måles ved ekvidistante tidspunkter T, svarende til en forutbestemt avsøkingsfrekvens fA, med T = —, og avsøkingsfrekvensen fA velges slik at den svarer til et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN.

Det er særlig fordelaktig for den videre fremgangsmåte at det ut fra de momentane måleverdier, ved tidspunktet nT, og ut fra de tilsvarende lagrede måleverdier av et heltallig antall j av forutgående nettperioder av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene io(i) dannes en respektiv differanseverdi for nullstrømmen Ai(<k>)(n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes, og stjernepunkt-støtte-spenningen Au(n), og disse differanseverdier lagres i digital form i elektroniske lagre, da disse differanseverdier da kan stilles til disposisjon for en ytterligere anvendelse. Denne differansedannelse har som formål å trekke fra den stasjonære signalandel før feilinntredelse fra de i feiltilfellet oppstående, transiente signaler.

En forenklet fremgangsmåte sørger for at differanseverdien for nullstrømmen Ai(<k>)(n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes, og/eller differanseverdien for stjernepunkt-støttespenningen Au(n), settes lik de momentane måleverdier av nullstrømmene i0(i) hhv. av stjernepunkt-støttespenningen Uneved tidspunktet nT. Derved synker riktignok nøyaktigheten av fremgangsmåten, slik at denne forenklede fremgangsmåte er mindre godt egnet for lokalisering av høyohmige jordfeil. I tilfelle av en jordfeil er likevel den stasjonære signalandel forholdsvis liten i forhold til den momentane måleverdi, slik at det fremfor alt for lokalisering av lavohmige eller middel-ohmige jordfeil kan bortses fra en subtraksjon av den stasjonære signalandel. Ved anvendelsen av denne forenklede fremgangsmåte er det heller ikke lenger tvingende nødvendig å velge avsøkingsfrekvensen fA som et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN. Ved behandlingen av differanseverdier i det følgende er derfor både den lenger foran beskrevne fremgangsmåte og den forenklede fremgangsmåte omfattet av den aktuelle definisjon av differanseverdiene.

Dersom absoluttbeløpene av momentanverdiene av differanseverdiene Ai^V) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt som skal overvåkes, og Au(n) sammenliknes med forhåndsdefinerte utløserterskler, kan en feiltilstand i nettet meget enkelt gjenkjennes når den tilhørende terskelverdi på grunn av ett eller flere av absoluttbeløpene av differanseverdiene suksessivt overskrides for et forhåndsdefinert antall, og/eller absoluttbeløpene av momentanverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Une(n) overskrider en forhåndsdefinert utløserterskel suksessivt for et forhåndsdefinert antall. Det er særlig fordelaktig å fremvise denne feilinntredelse på en utmatingsenhet, eksempelvis en utmatingskontakt eller et elektronisk display.

Beregningen av differensiallikningen kan meget enkelt utføres på numerisk måte, når verdifølgene Si(n), Si(n), S2(n) og S3(n), hvor indeksen n betegner verdien av den aktuelle verdifølge ved tidspunktet nT og indeksen 0 betegner tidspunktet for feilinntredelsen, til de fire funksjoner Sj(t), Si(t), S2(t) og S3(t) fastlegges eller bestemmes ut fra de lagrede differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) ved hjelp av en vilkårlig numerisk integrasjonsmetode, eksempelvis trapesregelen, Simpsonregelen eller en numerisk integrasjonsmetode av høyere orden. Disse beregnede verdifølger lagres på fornuftig måte for den videre anvendelse.

Analysen av nettets feiltilstand lar seg særlig enkelt gjennomføre ved hjelp av denne lineære differensiallikning hhv. differanselikning av andre orden ved bestemmelse av dennes konstante koeffisienter ai, a2og a3, opp til eventuelt am, når man ved hjelp av en vilkårlig metode, fortrinnsvis ved hjelp av en metode i tidsområdet, eller i bildeområdet til en vilkårlig transformasjon, eksempelvis Z-transformasjonen, bestemmer koeffisientene ai, a2og a3på en slik måte at differensiallikningen eller differanselikningen hhv. en ekvivalent likning i integralform oppfylles på best mulig måte for den funksjonelle sammenheng mellom nullstrøm i0(<k>) for en overvåket avgrening eller et ledningsavsnitt k og stjernepunkt-støttespenningen Une. En særlig enkel og raskt gjennomførbar fremgangsmåte oppnås når koeffisientene at, a2og a3for minst én avgrening eller minst ett ledningsavsnitt av nettet som skal overvåkes, beregnes ut fra et lineært likningssystem av tredje orden, C • a = b.

Særlig enkle og raskt gjennomførbare feilgjenkjennelseskriterier fremkommer ved analyse av koeffisientene på en slik måte at et overvåket ledningsavsnitt eller en overvåket avgrening gjenkjennes som feilaktig når de tilhørende koeffisienter ai og/eller a2er negative eller mindre enn en forhåndsdefinert terskel, og gjenkjennes som feilfrie når de tilhørende koeffisienter ai og/eller a2er positive eller større enn en forhåndsdefinert terskel, og at a3blir null i et stjernepunktisolert nett. Dessuten kan meget enkelt en koplingshandling som på uriktig måte er detektert som feil, gjenkjennes som en tilkopling eller bortkopling av en avgrening eller et ledningsavsnitt av nettet, når alle måleverdier Uneog io(<i>) for denne avgrening eller dette ledningsavsnitt før eller etter tidspunktet for koplingshandlingen i det vesentlige er lik null.

Slutten av feiltilstanden i nettet kan meget enkelt gjenkjennes når effektivverdien eller absoluttbidraget av stjernepunkt-støttespenningen Une underskrider en forhåndsdefinert feilfri-terskel i en forutbestemt tid, og det er fordelaktig å fortsette fremgangsmåten etter gjenkjennelsen av slutten av feiltilstanden.

En vesentlig forenkling av fremgangsmåten fremkommer når de digitaliserte måleverdier av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<i>) lagres sekvensielt i et respektivt, fortrinnsvis ringformet organisert, elektronisk lager med lengde M, da bestemte måleverdier da særlig enkelt kan oppkalles på nytt. Ved hjelp av det ringformede lager lagres dessuten bare et begrenset antall av måleverdier, slik at lager-plass innspares. Dersom dessuten også lengden M av det ringformede lager velges slik at den svarer til et heltallig multiplum av kvotienten mellom avsøkingsfrekvensen fA og nettfrekvensen fN, kan måleverdiene for forangående perioder gjenfinnes meget lett i lageret.

Den videre anvendelse av de beregnede differanseverdier forenkles når de beregnede differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) lagres sekvensielt i fortrinnsvis ringformet organiserte, elektroniske lagre med lengde N, og lengden N velges mindre enn eller lik lengden M, da bestemte differanseverdier da på nytt kan gjenfinnes meget lett.

Beregningen av måleverdiene og differanseverdiene forenkles når det etter gjen-kjenningen av en feiltilstand heretter bare dannes og lagres nøyaktig N differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) av stjernepunkt-støttespenningen Une og nullstrømmene io(<i>), og deretter måleverdiregistreringen og differanseverdidannelsen avbrytes frem til gjenkjennelsen av slutten av feiltilstanden. Derved sikrer man at de transiente endringer av de målte størrelser etter en feilinntredelse ikke overskrides, altså forblir lagret og således muliggjør en analyse av feiltilstanden.

Dersom man benytter en mikroprosessor som beregningsenhet, oppnår man en særlig fleksibel utførelsesvariant. Derved kan metoden for lokalisering av jordfeil meget enkelt tilpasses eller til og med endres.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere på grunnlag av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de ledsagende, eksemplifiserende og ikke begrensende tegninger, der

fig. 1 viser det elektriske, ekvivalente koplingsskjema av nullsystemet og en avgrening i et stjernepunktkompensert nett, og

fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av en måleverdiregistrering og måleverdiberegning.

På fig. 1 er vist det kjente elektriske, ekvivalente koplingsskjema for et ledningsavsnitt i et stjernepunktkompensert, elektrisk forsyningsnett. Mellom transformatorstjernepunktet og jordingspunktet befinner det seg en slokkespole 1 som beskrives ved en ohmsk konduktans eller ledeverdi gL og en induktivitet L. I tilfelle av et stjernepunktisolert nett er gL og den resiproke verdi av L lik null. Spredningsinduktivitetene så vel som de ohmske motstander i matetransformatorens sekundærvikling er representert ved langsimpedansene ZLT som er antatt like store for alle tre faser. I nettet, som her består av bare ett ledningsavsnitt, innmates fase spenningene Ui, U2og U3, og fase-strømmene ii, i2og i3flyter i nettet. Mellom de tre faser og jord ligger fase-jord-spenningene Um, U2Eog U3E.

Slik det er tillatelig for det betraktede frekvensområde på mindre enn 100 Hz, beskrives et ledningsavsnitt ved hjelp av ledningslangsimpedanser ZLL, bestående av et ohmsk og et induktivt ledd, og ledningsavledningsadmittanser YA1, YA2og Y^, bestående av et ohmsk og et kapasitivt ledd. Avledningsstrømmene iAi, i^ og i^ flyter over ledningsavledningsadmittansene YAi, Y^ og Y^. Et feilsted 8 er representert ved en ohmsk motstand RF, og det flyter en feilstrøm iF. Avledningsstrømmene iAi, iA2og iA3og feilstrømmen iF flyter som nullstrøm i0for dette ledningsavsnitt i det stjernepunkt-kompenserte tilfelle via slokkespolen tilbake til transformatorstjernepunktet, mens avledningsstrømmene i tilfellet med den stjernepunktisolerte nettdrift må flyte tilbake via feilstedet. I jordingspunktet for slokkespolen forenes nullstrømmene for alle tilstede-værende ledningsavsnitt til summen av nullstrømmene ios- På forbrukersiden, representert ved forbrukerimpedansene Zv, flyter forbruker strømmene iVi, iv2og iv3-

Dette ekvivalente koplingsskjema benyttes for utledning av forbindelser som er viktige for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Til den følgende beskrivelse skal det på forhånd bemerkes at de etterfølgende formler, når ikke noe annet er bemerket, refererer seg til de Laplacetransformerte av de aktuelle elektriske størrelser, men at de forekommende elektriske størrelser med henblikk på forenkling av beskrivelsen imidlertid ikke skrives eksplisitt som funksjoner av den komplekse frekvensvariable s. Altså betegnes eksempelvis Une(s) med Une.

Slik det kan innses av det elektriske ekvivalentskjema på fig.l, fremkommer null-strømmen i0i en vilkårlig avgrening som en meget god tilnærmelse ut fra relasjonen

med jordadmittansen Y = (YAi+ YA2+ YA3), forskyvnings- eller støttestrømmen (tysk: Verlagerungsstrom), hhv. usymmetristrømmen, iv = (Ui • AYA1+ U2• AYA2+ U3• AY^), hvor leddene AYAibeskriver jordadmittansens usymmetri, og den i feiltilfellet tilstede-værende feilstrøm if. For jordadmittansen Y til en avgrening eller et ledningsavsnitt k er det i det betraktede frekvensområde (< 100 Hz) tilstrekkelig for tilstrekkelig nøyaktighet å

representere Y ved en parallellkopling av summen av de enkelte fase-jordkapasiteter C og summen av de ohmske ledeverdier g for de tre faser mot jord:

For summen av nullstrømmene i alle avgreninger i0sgjelder da, under forutsetning av at en feilstrøm er til stede bare i en av avgreningene, at hvor Ysbetegner summen av jordadmittansene i alle avgreninger, og ivS betegner summen av forskyvnings- eller støttestrømmene i alle avgreninger. Ifølge forbindelsen for jordadmittansen Y for en avgrening får man ved sumdannelse med sumledeverdien gs for alle avgreninger og sumkapasiteten CLfor alle avgreninger:

Nullstrømmene for alle avgreninger ios flyter derved i den stjernekompenserte nettdrift via slokkespolen tilbake til transformatorstjernepunktet, slik at følgende forbindelse kan oppstilles:

YLer admittansen fra slokkespolens jordingspunkt frem til transformatorstjernepunktet og er sammensatt av en ohmsk ledeverdi gL og slokkespolens induktivitet L. I tilfellet med den stjernepunktisolerte nettilstand er YLlik null:

Ved å sette ovenstående likninger for sumnullstrømmen i0slike hverandre, får man en relasjon for stjernepunkt-støttespenningen Une:

Dersom nå totalnettet pr. definisjon er feilfritt ved det med indeksen (1) kjennetegnede tidspunkt, og jordfeiltilfellet er kjennetegnet ved indeksen (2), da gjelder, under forutsetning av at de ohmske avledninger, kapasitetene og slokkspolens 1 induktivitet under disse to målesykluser ikke har endret seg og dessuten de naturlige støttestrømmer for alle avgreninger er forblitt de samme, og under hensyntagen til ovenstående utledninger, følgende relasjoner for stjernepunkt-støttespenningen og null-strømmene for en avgrening eller et ledningsavsnitt i nettet:

Ved elementær omforming av disse likninger får man umiddelbart en sammenheng mellom differansene mellom stjernepunkt-støttespenninene og nullstrømmene før og etter et feiltilfelle i en vilkårlig avgrening k:

Overføringsfunksjonen F(s) er derved for en feilaktig avgrening gitt ved og er for en feilfri avgrening gitt ved

Ved hjelp av tilsvarende andre antakelser og utvidelser av modellen ved utled-ningen av ovenstående sammenheng er det selvsagt også mulig å oppnå differensial- hhv differanselikninger av høyere orden, henholdsvis i ekvivalent integralform Sj(n) = aiSi(n) + a2S2(n) + a3S3(n) +...+ amSm(n), og å utføre de videre beregninger på grunnlag av disse likninger.

Slik man ser, er overføringsfunksjonen F(s) for det feilfrie tilfelle forskjellig fra feiltilfellet bare ved koeffisientene ai, a2og a3. Derved er det mulig på grunnlag av verdiene av koeffisientene ai, a2 og a3 å treffe utsagn om hvorvidt et avsnitt k av nettet er feilfritt eller feilbeheftet, da direkte innsiktsmessig følgende må gjelde: ai, a2< 0 => det betraktede avsnitt k av nettet er feilaktig, da det fra den avgreningsspesifikke ledeverdi g^ og den avgreningsspesifikke kapasitet C^ fratrekkes i det minste verdiene for totalnettet.

ai, a2> 0 => det betraktede avsnitt k av nettet er feilfritt, da bare den avgreningsspesifikke ledeverdi g(<k>) og den avgreningsspesifikke kapasitet Cw forekommer.

a3 = 0 => nettet drives stjernepunktisolert.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for lokalisering av en enpolet jordfeil reduserer seg altså til bestemmelsen av koeffisientene ai, a2 og a3 ut fra likningssystemet

Ved kjennskap til stjernepunkt-støttespenningsdifferansen Au og nullstrøm-differansen Ai som funksjon av tiden kan man nå med en passende koeffisient-vurderingsmetode bestemme de tre koeffisienter ai, a2og a3på en slik måte at likningsfeilen for ovenstående, til tidsområdet tilbaketransformerte likning med henblikk på den beste tilnærmelse av summen av likningsfeilene over et antall sampler minimeres i kvadratisk middelverdi. Denne oppgave kan også løses ved anvendelse av metoder i bilde- eller frekvensområdet, så som f.eks. passende parametervurderingsmetoder på grunnlag av Z-transformasjonen eller bilineærtransformasjonen. Alle disse metoder kan selvsagt også bringes til anvendelse på integralformer av ovenstående likninger. Spesielt fremsettes her stedfortredende en metode for bestemmelse av koeffisientene ai, a2 og a3.

Forbindelsen mellom nullstrømdifferansene og stjernepunkt-støttespennings-differansene henholdsvis mellom nullstrømmene og støttespenningen før og etter inn-treden av en jordfeil ifølge ovenstående likning, multipliseres først med den resiproke verdi av den komplekse frekvensvariable s, og tilbaketransformeres deretter til tidsområdet, hvorved følgende sammenheng fremkommer i tidsområdet:

Ved anvendelse av likninger av høyere orden fremkommer tilsvarende ytterligere funksjoner S4(t),....,Sm(t) og tilhørende koeffisienter a4,...,am, som må vurderes tilsvarende for analyse av feiltilstanden.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal i det følgende beskrives på grunnlag av den som eksempel gitte fig. 2. På grunn av fremgangsmåtens numeriske funksjonsmåte er det nødvendig å digitalisere tidsfunksjonene for stjernepunkt-støttespenningen Une(t) så vel som for nullstrømmen i0(t) for hver avgreningen eller hvert ledningsavsnitt av nettet som skal overvåkes, ved ekvidistante tidspunkter, svarende til en avsøkingstid T = l/fAmed avsøkningsfrekvensen fA, og å lagre tidsfunksjonene i form av måleverdifølger Une(nT), eller på enklere skrivemåte Une(n), og io(nT), eller på enklere skrivemåte io(n), i et lager 7. For dette formål måles stjernepunkt-støttespenningen Une(n), hhv. en med stjerenpunkt-støttespenningen proporsjonal målestørrelse, og nullstrømmen i0(n) for hver avgrening eller ledningsavsnitt som skal overvåkes, med en spenningsmåleenhet 2 henholdsvis med strømmåleenheter 3, og digitaliseres ved hjelp av analog/digital-omformere 4. Avsøkingsrfekvensen fA velges derved fortrinnsvis som et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN. Ut fra disse måleverdifølger kan det nå på enkel måte dannes måleverdidifferanser, hvorved den lagrede måleverdi for et heltallig multiplum av forutgående nettfrekvensperioder alltid fratrekkes fra den momentane måleverdi, altså i feiltilfellet måleverdien før inntredelsen av feilen fratrekkes fra måleverdien i feiltilfellet, i overensstemmelse med de foran anførte relasjoner, og de således oppstående måleverdi-differansefølger Au(n) og Ai(n) likeledes lagres. Det er her gunstig at lagrene 7 organiseres som ringformede lagre, og at lengden av måleverdilageret M svarer nøyaktig til et heltallig multiplum av kvotienten mellom avsøkingsfrekvens fA og nettfrekvens fN, da det da er meget enkelt å finne måleverdien for et heltallig multiplum for en forutgående periode. Denne måleverdiregistrering gjennomføres kontinuerlig inntil en jordfeil 8 gjenkjennes. Denne feilinntredelse kan gjenkjennes ved en plutselig endring av Au(t) og/eller Ai(t), da begge størrelser må være tilnærmet lik null i den feilfrie, stasjonære tilstand av nettet. For gjenkjennelse av lavohmige eller mellomohmige jordfeil kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i stedet for med differanseverdiene Au(t) og Ai(t) også gjennomføres med selve måleverdiene for stjernepunkt-støttespenning Une(n) og nullstrøm i0(n). Avsøkingsfrekvensen fA må da ikke lenger nødvendigvis tilsvare et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN.

Når en feil inntreffer, sammenliknes måleverdidifferansene med forhåndsdefinerte utløserterskler og fremvises på en indikatoranordning 6, når et forutbestemt antall av absoluttbeløpene av differansene fortløpende overskrider de tilhørende utløserterskler, og/eller absoluttbeløpene av momentanverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Une(n) overskrider en forhåndsdefinert utløserterskel fortløpende for et forhåndsdefinert antall. Etter gjenkjennelsen av en jordfeil 8 blir deretter nøyaktig N differanser av måleverdier dannet og lagret, hvorved N < M gjelder.

Ut fra disse N måleverdidifferanser kan de tilhørende integraler som funksjon av tiden ved hjelp av numerisk integrasjon, f.eks. ved hjelp av trapes- eller Simpsonregelen, på enkel måte beregnes i beregningsenheten 5. Man begynner med de numeriske inte-grasjoner ved tidspunktet t = 0, altså ved feilinntredelse. Således reduseres det matematiske problem til, ved hjelp av de nå kjente funksjoner Si(t), S2(t), S3(t) og Si(t), hhv. disses numerisk bestemte verdifølger Si(n), S2(n), S3(n) og Si(n), under anvendelse av differensiallikningen hhv. differanselikningen av andre orden i dennes integralform for hver overvåket avgrening eller ledningsavsnitt av nettet, å bestemme de fremdeles ukjente koeffisienter ai, a2og a3på en slik måte at likheten av den venstre og høyre side av ovenstående likning oppfylles på best mulig måte over et forutbestemt antall sampler. Det kan vises at koeffisientene at, a2 og a3 lar seg bestemme ut fra et lineært likningssystem av tredje orden, og de således bestemte koeffisienter er den beste tilnærmelse med hensyn til minimering av summen av likningsfeilenes feilkvadrater. Ved hjelp av løsning av det lineære likningssystem

med en av de tre koeffisienter ai, a2og a3bestående løsningsvektor a, en 3x3-matrise Cog en tredimensjonal vektor b, hvis elementer bestemmes ved hjelp av følgende relasjoner,

kan nå de tre koeffisienter ai, a2 og a3 bestemmes.

Løsning av dette lineære likningssystem av 3. orden, for hver overvåket avgrening eller ledningsavsnitt av nettet, kan igjen finnes med hver vilkårlig, kjent fremgangsmåte, og leverer de tre koeffisienter ai, a2og a3som deretter kan utnyttes i overensstemmelse med de generelle, ovenfor angitte forklaringer. Dessuten kan koplings-handlinger i nettet, altså tilkopling eller bortkopling av en avgrening eller et ledningsavsnitt, fastslås meget enkelt, da alle måleverdier direkte innlysende før eller etter en koplingshandling i det vesentlige må være null før eller etter. I dette tilfelle skal selvsagt ingen feiltilstand indikeres.

Etter lokaliseringen av jordfeilen 8 hhv. en koplingshandling, altså tilordningen til en bestemt avgrening eller et bestemt ledningsavsnitt av nettet, i overensstemmelse med de tilhørende koeffisienter at, a2og a3, avventes slutten på feiltilstanden og måleverdiregistreringen startes på nytt. Slutten på feiltilstanden gjenkjennes ved måling og overvåking av stjernepunkt-støttespenningen, hvorved feilmeldingen tas tilbake når stjernepunkt-støttespenningen underskrider en forhåndsdefinert feilfri-terskel.

Beskrivelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utgjør bare et eksempel og er på ingen måte begrensende. Spesielt kan alle for en fagmenn kjente metoder for bestemmelse av koeffisientene ai, a2 og a3 anvendes på ekvivalent måte.

På grunn av den tekniske dimensjonering av slokkespolen er det mulig at det under den transiente innsvinging av totalnettet etter opptreden av en jordfeil i slokkespolen opptrer magnetiske metningseffekter som det imidlertid ikke tas hensyn til i ovenstående matematiske modell. Slik det lett kan vises, kan slokkespolens magnetiske metningstilstand rekonstrueres ved hjelp av funksjonen Si(t) hhv. Si(n), da det på grunn av induksjonsloven består en proporsjonalitet mellom den første avledning av den magnetiske fluks som funksjon av tiden og spolespenningen, altså forskyvnings- eller støtte-spenningen. Selvsagt blir denne proporsjonalitet med unntak av en additiv konstant også opprettholdt for tidsintegralene av de to størrelser. Man kan altså gå ut fra at endringen av den magnetiske fluks fra tidspunktet for feilinntredelsen er proporsjonal med endringen av støttespenningsintegralet, altså tilnærmet proporsjonal med funksjonen Si(t) hhv. Si(n). Dersom nå approksimasjonsprosessen, med begynnelse ved tidspunktet null, altså ved feilinntredelse, utføres bare frem til det tidspunkt ved hvilket absoluttbidraget til funk sjonen Si(t) hhv. Si(n) blir større enn en forhåndsdefinert metningsterskel, kan man gå ut fra at bare måleverdiene for de prosesstilstander kommer til anvendelse ved hvilke det er sikret at slokkespolen ikke er magnetisk mettet og den understilte matematiske modell derfor er korrekt.

Det ligger dessuten innenfor oppfinnelsens område i stedet for en lokal måle-verdiregistering og måleverdiberegning for hvert ledningsavsnitt, som vist på fig. 2, å anordne disse sentralt på et vilkårlig sted i nettet, dvs. det er bare anordnet én beregningsenhet, ett lager og ett display. Derved måles stjernepunkt-støttespenningen Une(t) for eksempel i matetransformatorens stjernepunkt mot jord eller ved sumdannelse av de tre fase-jordspenninger, og tilføres til beregningsenheten i digitalisert form. Nullstrømmene måles som før for hvert ledningsavsnitt og overføres eksempelvis digitalt til beregningsenheten. Beregningen av tilstanden til hvert enkelt, registrert ledningsavsnitt skjer da ifølge den foran beskrevne fremgangsmåte i beregningsenheten. Likeledes er selvsagt også vilkårlige kombinasjoner mellom lokal og sentral måleverdiregistrering og måleverdiberegning omfattet av oppfinnelsen.

Videre ligger anordningen og antallet av de benyttede A/D-omformere innenfor kompetansen til en fagmann. Spesielt er det også tenkelig å benytte mikrocomputere med allerede integrerte A/D-omformere.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for lokalisering av enpolede jordfeil i en avgrening eller et ledningsavsnitt i et stjernepunktkompensert eller stjernepunktisolert, elektrisk forsyningsnett, ved hvilken en stjernepunkt-støttespenning Une, henholdsvis en med stjernepunkt-støttespenningen Uneproporsjonal målestørrelse, og en nullstrøm i0(<k>) henholdsvis en med nullstrømmen i ^proporsjonal målestørrelse, måles på en passende måte for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt k i nettet som skal overvåkes,karakterisert vedat måleverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>) digitaliseres ved forutbestemte tidspunkter, og måleverdiene i digital form lagres i minst ett elektronisk lager, og at de lagrede måleverdier av minst én måling før og minst én måling etter en feilinntredelse vurderes med en egnet matematisk metode for lokalisering av enpolede jordfeil.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den funksjonelle sammenheng mellom oppførselen til avgrenings- hhv. ledningsavsnitt-nullstrømmen io(<k>) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt k i nettet som skal overvåkes, og stjernepunkt-støttespenningen Unebåde for tilfellet med feilfrihet og for feiltilfellet beskrives ved hjelp av en lineær differensiallikning eller differanselikning av andre eller høyere orden, henholdsvis ved hjelp av dens tilhørende ekvivalente likning i integralform, Sj(n) = aiSi(n) + a2S2(n) + a3S3(n) [+...+ amSm(n)], og at feiltilfellet atskiller seg fra tilfellet med feilfrihet bare ved koeffisienter ai, a2 og a3 opp til eventuelt am.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>) måles ved ekvidistante tidspunkter T, i overensstemmelse med en forutbestemt avsøkingsfrekvens fA,

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat avsøkingsfrekvensen fA velges slik at den svarer til et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4,karakterisert vedat det kontinuerlig, ut fra de momentane måleverdier, ved tidspunktet nT, og de tilsvarende lagrede måleverdier for et heltallig antall J av foregående nettperioder, av stjernepunkt-støttespenning Uneog nullstrømmene i</<k>) ifølge relasjonene

dannes en respektiv differanseverdi for nullstrømmen Ai^n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt av nettet som skal overvåkes, og av stjernepunkt-støttespenningen Au(n), og at disse differanseverdier lagres i digital form i elektroniske lagre.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat absoluttbeløpene av momentanverdiene av differanseverdiene Ai^n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt som skal overvåkes, og Au(n) sammenliknes med forhåndsdefinerte utløserterskler, og en feiltilstand i nettet gjenkjennes når den tilhørende terskelverdi på grunn av ett eller flere av absoluttbeløpene av differanseverdiene suksessivt overskrides for et forhåndsdefinert antall, og/eller absoluttbeløpene av momentanverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Une(n) overskrider en forhåndsdefinert utløserterskel suksessivt for et forhåndsdefinert antall, og at denne feilinntredelse fremvises på en utmatingsenhet, eksempelvis en utmatingskontakt eller et elektronisk display.

1. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6,karakterisert vedat verdifølgene Si(n), Si(n), S2(n) og S3(n), opp til eventuelt Sm(n), hvor indeksen n betegner den aktuelle verdifølge ved tidspunktet nT og indeksen 0 betegner tidspunktet for feilinntredelsen, for funksjonene Si(t), Si(t), S2(t) og S3(t) i overensstemmelse med relasjonene

bestemmes og lagres ut fra de lagrede differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) ved hjelp av en vilkårlig numerisk integrasjonsmetode.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 2-7,karakterisert vedat koeffisientene ai, a2og a3, opp til eventuelt am, ved hjelp av en vilkårlig metode, fortrinnsvis ved hjelp av en metode i tidsområdet, eller i bildeområdet for en vilkårlig transformasjon, eksempelvis Z-transformasjonen, bestemmes på en slik måte at differensiallikningen eller differanselikningen, hhv. den med denne ekvivalente likning i integralform, for den funksjonelle sammenheng mellom nullstrøm i0(<k>) for en overvåket avgrening eller ledningsavsnitt k og stjernepunkt-støttespenningen Uneoppfylles på best mulig måte for et forutbestemt antall sampler, og at verdiene av de fastlagte koeffisienter ai, a2og a3, opp til eventuelt am, benyttes som feilgjenkjennelseskriterier for den tilsvarende overvåkede avgrening eller ledningsavsnitt.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat koeffisientene ab a2og a3for minst én avgrening eller minst ett ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes, beregnes ut fra et lineært likningssystem av 3. orden,

med en av de tre koeffisienter ai, a2 og a3 bestående løsningsvektor a, en 3x3-matrise C og en tredimensjonal vektor b, hvis elementer bestemmes ut fra de beregnede og lagrede verdifølger Sj(n), Si(n), S2(n) og S3(n) ved hjelp av følgende relasjoner

og at verdiene av de således bestemte koeffisienter ai, a2og a3benyttes som feilgjenkjennelseskriterier for den tilsvarende overvåkede avgrening eller ledningsavsnitt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9,karakterisert vedat et overvåket ledningsavsnitt eller avgrening gjenkjennes som feilaktig når de tilhørende koeffisienter ai, og/eller a2er negative eller mindre enn en forhåndsdefinert terskel, og gjenkjennes som feilfritt når de tilhørende koeffisienter ai og/eller a2er positive eller større enn en forhåndsdefinert terskel, og at a3i et stjernepunktisolert nett blir null.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat den detekterte feiltilstand gjenkjennes som en tilkopling eller bortkopling av denne avgrening eller dette ledningsavsnitt av nettet, når alle måleverdier Uneog i</k) for denne avgrening eller dette ledningsavsnitt k før henholdsvis etter tidspunktet for koplingshandlingen er i det vesentlige lik null, og at ingen feiltilstand indikeres i dette tilfelle.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 5-11,karakterisert vedat differanseverdien for nullstrømmen Ai(<k>)(n) for hver avgrening og hvert ledningsavsnitt av nettet som skal overvåkes, og/eller differanseverdien for stjernepunkt-støttespenningen Au(n) settes lik de momentane måleverdier av nullstrømmene io^ hhv. stjernepunkt-støttespenningen Uneved tidspunktet nT.

13. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-12,karakterisert vedat slutten på feiltilstanden i nettet gjenkjennes når effektivverdien eller absoluttbeløpet av stjernepunkt-støttespenningen Uneunderskrider en forhåndsdefinert feilfri terskel i en forutbestemt tid.

14. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-13,karakterisert vedat de digitaliserte måleverdier av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>) lagres sekvensielt i et respektivt, elektronisk lager med lengde M.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedat lengden M av det ringformede lager velges slik at den svarer til et heltallig multiplum av kvotienten mellom avsøkingsfrekvensen fA og nettfrekvensen fN.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14 eller 15,karakterisert vedat de beregnede differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) lagres sekvensielt i, elektroniske lagre med lengde N, og lengden N velges mindre enn eller lik lengden M.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisert vedat det etter gjenkjennelsen av en feiltilstand fortsatt dannes og lagres nøyaktig N differanseverdier Ai(<k>)(n)°g Au(n) av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisert vedat det etter gjenkjennelsen av en feiltilstand fortsatt dannes og lagres nøyaktig N differanseverdier Ai(<k>)(n) og Au(n) av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmen i0(<k>), og måleverdiregistreringen og differanseverdidannelsen deretter avbrytes frem til gjenkjennelsen av slutten på feiltilstanden, og at fremgangsmåten fortsettes på nytt etter gjenkjennelsen av slutten på feiltilstanden.

19. Innretning for lokalisering av enpolede jordfeil i en avgrening eller et ledningsavsnitt i et stjernepunktkompensert eller stjernepunktisolert, elektrisk forsyningsnett, bestående av en spenningsmåleenhet for kontinuerlig måling av stjernepunkt-støttespenning Une, henholdsvis en med stjernepunkt-støttespenningen Uneproporsjonal målestørrelse, så vel som en strømmåleenhet for kontinuerlig måling av den aktuelle nullstrøm io^, henholdsvis en med nullstrømmen i0(<k>) proporsjonal målestørrelse, for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt k i nettet som skal overvåkes,karakterisertved at det er anordnet minst én analog/digital-omformer som omformer måleverdiene ved bestemte tidspunkter til en digital form, at det er anordnet minst ett elektronisk lager for lagring av de digitaliserte måleverdier, og at det er anordnet en beregningsenhet som er egnet for utførelse av en egnet, matematisk fremgangsmåte for lokalisering av enpolede jordfeil på grunnlag av måleverdier av minst én måling før og minst én måling etter en feilinntredelse.

20. Innretning ifølge krav 19,karakterisert vedat koeffisientene ai, a2og a3, opp til eventuelt am, i en lineær differensiallikning eller differanselikning av andre eller høyere orden for den funksjonelle sammenheng mellom nullstrøm iq® for denne avgrening eller dette ledningsavsnitt og stjernepunkt-støttespenningen Une, henholdsvis dennes ekvivalente likning i integralform, S, in) = alSlin) + a2S2( n) + a3S3( n) |-... + amSm ( n) ", i beregningsenheten for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt k i nettet som skal overvåkes, kan beregnes ved hjelp av en vilkårlig metode, i tidsområdet eller i bildeområdet for en vilkårlig transformasjon, eksempelvis Z-transformasjonen, og at den feilaktige avgrening eller det feilaktige ledningsavsnitt i nettet kan bestemmes med disse koeffisienter.

21. Innretning ifølge krav 19 eller 20,karakterisert vedat spennings- og strøm-måleenehetene er anordnet for utførelse av målinger ved ekvidistante tidspunkter T, med en forutbestemt avsøkingsfrekvens fA og T = l/fA.

22. Innretning ifølge krav 21,karakterisert vedat det i spennings- og strømmåleenhetene som avsøkingsfrekvens fA kan velges et heltallig multiplum av nettfrekvensen fN.

23. Innretning ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat det ut fra de momentane måleverdier, ved tidspunktet nT, og de tilsvarende lagrede måleverdier for et heltallig antall j av forutgående nettperioder av stjernepunkt-støttespenningen Uneog nullstrømmene i0(<k>) ifølge relasjonene

i beregningsenheten kan beregnes differanseverdier for nullstrømmene Ar ;(n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt av nettet som skal overvåkes, og stjernepunkt-støttespenningen Au(n), og at disse differanseverdier kan lagres i digital form i minst ett elektronisk lager.

24. Innretning ifølge krav 23,karakterisert vedat en feiltilstand i nettet kan gjenkjennes ved hjelp av beregningsenheten og kan fremvises på en indikatorenhet, eksempelvis en utmatingskontakt eller et elektronisk display, når absoluttbeløpene av momentanverdiene av differanseverdiene Ai^n) og Au(n) overskrider forhåndsdefinerte utløserterskler suksessivt for et forhåndsdefinert antall, og/eller dessuten absoluttbeløpene av momentanverdiene av stjernepunkt-støttespenningen Une(n) underskrider en forhåndsdefinert uløserterskel suksessivt for et forhåndsdefinert antall.

25. Innretning ifølge krav 23 eller 24,karakterisert vedat verdifølgene Si(n), Si(n), S2(n) og S3(n) opp til eventuelt Sm(n), hvor indeksen n betegner verdien av den aktuelle verdifølge ved tidspunktet nT og indeksen 0 betegner tidspunktet for feilinntredelsen, av funksjonene Sj(t), Si(t), S2(t) og S3(t) i overensstemmelse med relasjonene

kan beregnes og lagres i beregningsenheten ut fra de lagrede differanseverdier Ai^n) og Au(n) ved hjelp av en vilkårlig numerisk integrasjonsmetode.

26. Innretning ifølge krav 25,karakterisert vedat koeffisientene ai, a2 og a3for minst én avgrening eller minst ett ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes, kan beregnes i beregningsenheten ut fra et lineært likningssystem av 3. orden, C- a=b med en av de tre koeffisienter ai, a2og a3bestående løsningsvektor a, en 3x3-matrise Cog en tredimensjonal vektor b, hvis elementer kan bestemmes ut fra de lagrede verdifølger Sj(n), Si(n), S2(n) og S3(n) ved hjelp av følgende relasjoner

og at den feilaktige avgrening eller det feilaktige ledningsavsnitt i nettet kan bestemmes med disse koeffisienter.

27. Innretning ifølge krav 20 eller 26,karakterisert vedat en avgrening eller et ledningsavsnitt i nettet kan gjenkjennes som feilaktig i beregningsenheten når de tilhørende koeffisienter ai og/eller a2 er negative eller mindre enn en forutbestemt terskel, og kan gjenkjennes som feilfrie når de tilhørende koeffisienter at og/eller a2er positive eller større enn en forutbestemt terskel.

28. Innretning ifølge krav 27,karakterisert vedat en tilkopling eller bortkopling av en avgrening eller et ledningsavsnitt i nettet kan gjenkjennes i beregningsenheten når alle måleverdier Uneog i0(<k>) for denne avgrening eller dette ledningsavsnitt er i det vesentlige lik null før henholdsvis etter tidspunktet for koplingshandlingen.

29. Innretning ifølge ett av kravene 23-28,karakterisert vedat differanseverdien for nullstrømmen Ai^n) for hver avgrening eller hvert ledningsavsnitt i nettet som skal overvåkes, og/eller differanseverdien for stjernepunkt-støttespenningen Au(n) er lik de momentane måleverdier av nullstrømmene \ q® hhv. stjernepunkt-støttespenningen Uneved tidspunktet nT.

30. Innretning ifølge ett av kravene 19-29,karakterisert vedat slutten på en feiltilstand kan gjenkjennes i beregningsenheten når effektivverdien eller absoluttbeløpet av stjernepunkt-støttespenningen Uneunderskrider en forhåndsdefinert feilfri-terskel.

31. Innretning ifølge ett av kravene 19-30,karakterisert vedat det for minst én størrelse som skal måles, er anordnet et elektronisk lager med lengde M for sekvensiell lagring av de digitaliserte måleverdier, og at det som lengde M av lageret kan velges et heltallig multiplum av kvotienten mellom avsøkingsfrekvensen fA og nettfrekvensen fN.

32. Innretning ifølge ett av kravene 23-31,karakterisert vedat det for differanseverdiene for minst én størrelse som skal måles, er anordnet et elektronisk lager med lengde N for sekvensiell lagring av differanseverdiene.

33. Innretning ifølge ett av kravene 19-32,karakterisert vedat beregningsenheten er en mikroprosessor.