WO2008025308A1 - Method for producing an error signal that indicates an error in a capacitor arrangement and electric protection device for carrying out said method - Google Patents

Method for producing an error signal that indicates an error in a capacitor arrangement and electric protection device for carrying out said method Download PDF

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WO2008025308A1
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capacitor
voltage
value
arrangement
transfer function
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Andreas Jurisch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors

Definitions

  • the invention relates to a method for generating an error signal, which indicates an error in a capacitor arrangement in an electrical energy supply network. Moreover, the invention relates to an electrical protection device for carrying out the method.
  • capacitor arrays are often used in the form of so-called capacitor banks or capacitor banks. These are mostly connected in series and / or parallel circuits individual capacitors, which form the capacitor arrangement in their entirety.
  • capacitor arrays are often used to stabilize the power supply or a required quality of electrical energy.
  • capacitor arrangements are used, for example, for targeted reactive power compensation, wherein the capacitor arrangement counteracts a shift in the phase angle between current and voltage resulting from inductive loads in the energy supply network by controlled connection of the capacitive capacitor arrangement.
  • capacitor arrangements in electrical DC power supply networks are also used for energy storage.
  • the capacitor arrangements represent sensitive elements of the respective energy supply network, so that the individual individual capacitors of the capacitor arrangement against overcurrent and overvoltage, ie currents and voltages that could cause damage or even destruction of the individual capacitors must be protected.
  • a disadvantage of this method is that the capacitors or groups of capacitors on which the voltage is measured, must match as closely as possible in terms of their capacitance values in order to achieve protection of the entire capacitor assembly with sufficient sensitivity can.
  • the individual capacitors often have different capacitance values, so that in practice it is not possible to assume exactly matching capacitance values.
  • Such deviating capacitance values of individual capacitors are also referred to as so-called "asymmetry" of the capacitor arrangement.)
  • the threshold value used in the voltage comparison contactor must be set relatively high comparatively low. The invention is therefore based on the object to provide a method and a corresponding protective device to achieve the most sensitive protection of capacitor assemblies.
  • the invention proposes a method for generating an error signal that indicates a fault in a capacitor arrangement in an electrical energy supply network, in which the following steps are carried out:
  • the method according to the invention has the advantage that due to the mathematical description or simulation of the capacitor arrangement via a transfer function, the error signal can be carried out independently of possible asymmetries of the capacitor arrangement even with high sensitivity.
  • the transfer function in fact, the real conditions of the capacitor arrangement, such as the declaration on the capacitor nameplate due to manufacturing tolerances or Al deviating capacity values.
  • the transfer function can be determined, for example, by measurements on the actual capacitor arrangement. Since a transfer function that describes the real capacitor arrangement with high accuracy is determined, the predetermined threshold value can be set comparatively low, so that the overall sensitivity of the protection method increases.
  • the capacitor current measured value be measured as a complex current vector and the capacitor voltage measured value as a complex voltage vector, and the model voltage value be calculated as a complex voltage vector.
  • the capacitor current reading and the capacitor voltage reading can be considered both in amplitude and in phase, further increasing the accuracy of the method.
  • the predetermined threshold value represents a function which is calculated as a function of the capacitor current measurement value.
  • a characteristic curve for the threshold value can be preset which, for example, provides a correspondingly larger threshold value for high capacitor currents than for low capacitor currents.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention also proposes that the transfer function is continuously adapted to the state of the capacitor arrangement.
  • the transfer function is continuously adapted to the state of the capacitor arrangement.
  • the adaptation of the transfer function can be monitored, for example, by a logging function of a protective device, and a check can take place which gives the operator of the capacitor arrangement an automatic indication if the overall adjustments made are above a critical limit. From such an indication, the operator of the capacitor arrangement can derive, for example, a maintenance requirement of the individual capacitors.
  • the transfer function is also regarded as an advantageous development of the method according to the invention if at least one parameter of the transfer function containing the electrical capacitance of the capacitor arrangement is determined to adapt the transfer function by means of a parameter estimation method using the detected capacitor current and the detected capacitor voltage, and the transfer function is calculated using the estimated parameter.
  • the parameter estimation method should have the largest possible time constant in order to actually only slow changes in the capacitor arrangement, such as creeping aging processes of the individual capacitors, to be incorporated into the model.
  • the dielectric resistance of the capacitor arrangement is also determined in order to adapt the transfer function by means of the parameter estimation method.
  • the transfer function of the capacitor arrangement can be determined comparatively accurately.
  • G (j ⁇ ) transfer function
  • Capacitor arrangement C: Capacitance of the capacitor arrangement
  • capacitor arrangement derived therefrom eg a time disassembly derived therefrom.
  • crete mathematical representation which is suitable for use with digital filters
  • the proposed transfer function allows with sufficient accuracy a description of the capacitor arrangement using only two parameters to be determined, namely the capacitance C and the dielectric resistance R D of the capacitor arrangement.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention also provides that the error signal is also generated when the capacitor current measured value exceeds a predetermined maximum current value. In this way, the capacitor arrangement can additionally be safely protected against overflow.
  • the method described can be used both in single-phase and in multiphase systems.
  • the capacitor currents and capacitor voltages would have to be replaced by currents and voltages corresponding to all phases (for example, negative sequence currents and common system voltages or common system currents and positive sequence voltages in a three-phase system).
  • a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention provides that, in the case of a multi-phase energy supply network, the method is carried out in each case for each phase.
  • the described method is consequently carried out separately for each of the three phases of the capacitor arrangement.
  • a measured value detecting means for detecting Kondensatorsstrommess pronounce that indicate the current flowing through the capacitor assembly current, and For detecting capacitor voltage measurements that indicate the voltage applied to the capacitor assembly voltage, wherein
  • the electrical protection device has a processing device which calculates a corresponding mode voltage value from each detected capacitor current measured value by means of a transfer function describing the capacitor arrangement and generates an error signal if the difference between the mode voltage value and the detected capacitor voltage measured value exceeds a predetermined threshold value.
  • Figure 1 is a schematic view of a protective device for
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram for explaining the mode of operation of an electrical protection device according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a phase of a capacitor arrangement
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram for explaining the operation of an electrical protection device according to a second embodiment
  • Figure 5 is a characteristic curve for stabilizing a threshold used in the second embodiment.
  • FIG. 1 shows an electrical protection device 10, which is connected to a section 11 of a three-phase electrical power supply network in terms of measurement and control technology.
  • the section 11 terminates in a capacitor arrangement 12, which is used in the electrical energy supply network, for example, for purposes of reactive power compensation.
  • the electrical protection device 10 is connected by means of current transformers 13a, 13b and 13c and via voltage transformers 14a, 14b and 14c by measurement to the section 11 of the electrical energy supply network.
  • the electrical protection device 10 is connected in terms of control technology with circuit breakers of the individual phases of the section 11 of the electrical energy supply network in order to be able to disconnect the capacitor arrangement 12 in the event of a fault from the energy supply network.
  • this control connection is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity; however, they will be discussed later in the description of FIG. 2.
  • the electrical protection device 10 detects current measured values, which are referred to below as capacitor current measured values, since they are the current indicate that flows through the capacitor assembly 12 per phase.
  • the electrical protection device 10 also detects voltage measurement values at the section 11 of the electrical power supply network, which are referred to below as capacitor voltage measurement values, since they indicate the voltage applied to the capacitor arrangement per phase.
  • the three phases of the capacitor arrangement 12 are interconnected in a common star point 15.
  • the capacitor arrangement 12 consists of separate individual capacitors 16. Per phase of the electrical power supply network, at least one capacitor 16 is provided in the capacitor arrangement 12. According to FIG. 1, in each case four individual capacitors 16 are connected in series per phase of the electrical energy supply network in the capacitor arrangement 12. Of course, instead of the series connection of four capacitors, it is possible for any number of capacitors per phase to be connected both in series and in parallel or in a mixed series and parallel connection.
  • a first exemplary embodiment of the electrical protection device 10 (see FIG. 1) will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 also shows a phase conductor 20 of the section 11 of the electrical energy supply network shown in FIG.
  • the phase conductor 20 leads to a phase 21 of the capacitor arrangement 12 (see FIG. 1), which according to FIG. 2 is merely indicated by a single capacitor as a substitute.
  • any number of capacitors can be connected in series and / or in parallel per phase of the capacitor arrangement.
  • the method explained in FIG. 2 for a phase conductor 20 can also be used correspondingly for the further phase conductors.
  • the phase conductor 20 of the electrical energy supply network can be interrupted by the protective device 100 by driving a circuit breaker 22 by means of a trigger signal A, if an error has been detected in the capacitor arrangement for this phase conductor 20.
  • a shutdown of all phases of the capacitor arrangement by correspondingly existing further switch in the other phase conductors is conceivable.
  • the electrical protection device 100 detects the capacitor current I c via the current transformer 13 a and the capacitor voltage U 0 via the voltage converter 14 a.
  • the capacitor current I c and the capacitor voltage U c are applied to a measured value detection device 23 of the electrical protection device 100.
  • the capacitor current I c and can the capacitor voltage U 0 can be reduced in terms of their current or voltage level of an internal instrument transducer means again.
  • Capacitor current I c and the capacitor voltage U c instead.
  • Other preprocessing steps may also be used, such as automatic filtering to smooth the condensate. torstrom I c and the capacitor voltage U c are made.
  • the respective measured values are preferably detected in the complex plane, that is to say in terms of their amplitude and their phase angle. Further processing of the measured values takes place in the complex level.
  • the measured value detection device 23 outputs digitized capacitor current measured values ⁇ and digitized capacitor voltage measured values Ü.
  • the capacitor current measured values I are fed to a processing device 24, which converts the capacitor current measured values ⁇ into model voltage values Ü M using a transfer function G.
  • the processing device 24 uses a transfer function G, which mathematically simulates the relationship between capacitor current and capacitor voltage for the phase 21 of the capacitor arrangement. Consequently, in the case of a fault-free phase 21 of the capacitor arrangement, the capacitor voltage measured values U detected and digitized via the voltage converter 14a must almost coincide with the model voltage values Ü calculated from the capacitor current measured values I detected and digitized via the current transformer 13a.
  • the capacitor voltage measured values Ü and the model voltage values Ü M are then supplied to a comparison device 25 in such a way that the respective pairs of voltage values Ü M and capacitor voltage values Ü are supplied in pairs to the comparison device 25, which are based on capacitor currents I c and capacitor voltages Uc detected at the same instant ,
  • These respective temporally related model voltage values Ü M and capacitor voltage measured values Ü are compared by the comparison device 25 in such a way that the difference between the capacitor voltage measurement value Ü and the model voltage value Ü M is formed. If this difference exceeds a value which can be set in the electrical protection device 100 as a parameter
  • Threshold value an error signal is generated by the comparison device, whereby the electrical protection device 100 detects an error in the phase 21 of the capacitor arrangement.
  • the electrical protection device 100 generates a trigger signal A, which is output via a command output 26 of the electrical protection device 100 to the circuit breaker 22.
  • the trigger signal A the power switch 22 is caused to open its switch contacts, so that the phase 21 of the capacitor assembly is disconnected from the electrical power grid.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram 31 for this purpose.
  • the equivalent circuit diagram 31 shows a capacitor C which combines the capacitive components of all the capacitors connected together in the corresponding phase of the capacitor arrangement.
  • a dielectric resistor R D is shown, which represents the ohmic components of the internal resistances of the interconnected individual capacitors.
  • a loss resistor R v is connected, which represents the ohmic resistance components present, for example, by line resistances in the capacitor arrangement.
  • the capacitor current I c flows through the entire phase of the capacitor arrangement, while the capacitor voltage U c drops at the arrangement.
  • the transfer function G of one phase of the capacitor arrangement that is to say the mathematical relationship between capacitor voltage U c and capacitor current I c, can be represented as follows according to this substitute circuit:
  • G (j ⁇ ): transfer function; j: imaginary unit, where J V-I; ⁇ : angular frequency;
  • Uc (j ⁇ ) complex capacitor voltage
  • Ic (j ⁇ ) complex capacitor current
  • R 0 dielectric resistance of the respective phase of the capacitor array
  • R v loss resistance of the respective phase of the capacitor arrangement
  • C capacity of each phase of the
  • This equation can be used as a transfer function for the processing device 24 (FIG. 2) of the protective device 10 in order to convert the measured and digitized capacitor current measured values into model voltage values.
  • the advantage of the simplified transfer function is that only two parameters, namely the capacitance C and the dielectric resistance R P, must be known for each phase of the capacitor arrangement.
  • the transmission function G (j ⁇ ) arranged in the continuous-time region must be converted into the time-discrete region according to equation (2).
  • the transfer function takes the form:
  • T digitized capacitor voltage measurement
  • ⁇ digitized capacitor current measurement
  • f A sampling frequency
  • the digitized capacitor current measured values I can be converted into the model voltage values Ü M. If the capacitance C and the dielectric resistance R D are known at a given sampling frequency f A , this results in a connection between a digitized capacitor current measurement value ⁇ and a digitized capacitor voltage measurement value 0 valid for the faultless phase of the capacitor arrangement, such that the voltage in the processing device 24 model voltage value U M calculated from the capacitor current measurement value ⁇ would almost have to match the capacitor voltage measurement value Ü in the error-free case.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a protective device for protecting a capacitor arrangement.
  • the protective device 110 shown in FIG. 4 has in essential components a functionality corresponding to the protective device 100 according to FIG.
  • a measured value detection device 23 is present, which function according to the description of FIG. 2.
  • the protective device 110 according to FIG. 4 has two additional functionalities which will be explained below. These additional functionalities, as shown in FIG. 4, can be present at the same time in each case, but also different from each, only individually in a protective device.
  • the first additional functionality is that the transfer function in the processing device 24 now requires no fixed values for the capacitance C and the dielectric resistance R 0 .
  • the parameter estimator 41 uses the capacitor current measurements I and the capacitor voltage measurement values U. Knowing the basic form of the transfer function, which indicates the relationship between the capacitor current measurement values ⁇ and the capacitor voltage measurement values U (for example according to equation (3)), the parameter estimator 41 can use the parameter estimation method in a manner known to the person skilled in the art, For example, using the least squares method, estimate the missing parameters C and R D and provide them to the processing means 24 to compute the model voltage values Ü M. If the estimation is according to the transfer function of Equation 3 , the parameters a x and b x are first estimated, from which the values C and R 0 can then be calculated for a given sampling frequency f A.
  • the parameter estimator 41 is fed back the mode voltage values Ü M calculated from the capacitor current measured values ⁇ . For deviations due to inaccurately estimated values of C and R D , the parameter estimator can adjust its estimate.
  • the repeated estimation of the values of C and R D has the great advantage that the transfer function used in the processor 24 is continuously changing the phase of the capacitor array can adapt, for example, by aging of the individual capacitors of the capacitor device occur. Different changes in the individual capacitance values of the capacitors due to aging lead to a so-called asymmetry of the capacitor arrangement and, if the threshold value is set sensitively in the comparison device 25, can lead to an error signal and thus to an unwanted release of a trigger signal A.
  • the time constant with which the parameter estimator 41 estimates the values of C and R D and provides the means 24 for adapting the transfer function to the processing means 24 should be chosen to be comparatively slow to only change the slow changes in capacitance values due to To incorporate aging processes into changes in the values of C and R D. It can be avoided that spontaneously occurring changes in the values C and R D of the capacitor device, which indicate an actual error in the capacitor device, lead to an adaptation of the transfer function.
  • the parameter estimator must not provide the transfer function processing means 24 with adjusted values for C and R D since the deviation between the capacitor voltage readings Ü and the model voltage values Ü M is due to an actual error in the capacitor means and thus represents a desired deviation, which serves the comparison device 25 as the basis for a decision on the delivery of an error signal and thus also a release signal A to the circuit breaker 22.
  • the second introduced additional function of the protective device 100 consists in an automatic adjustment of the Equivalent 25 threshold used to the Kondensatorstrommesswert ⁇ .
  • the deviation between model voltage values Ü M and capacitor voltage measured values U increases.
  • a characteristic block 42 is provided to the comparison device 25 as a function of the respectively present capacitor current measured value ⁇ a correspondingly designed characteristic from a threshold.
  • the comparison device 25 makes a statement as to whether or not the deviation between the model voltage values U M and the capacitor voltage measurement values U indicates an error in the capacitor arrangement.
  • FIG. 5 shows a possible characteristic curve for stabilizing the protection of the capacitor arrangement at high levels
  • Capacitor currents shown. It can be seen that at low capacitor currents a constant threshold SW is fixed. From a definable capacitor current, the characteristic assumes a linearly increasing shape in order to achieve a stabilization of the threshold value SW, even at high capacitor currents.
  • This threshold value SW may not exceed the difference between the model voltage value Ü M and the capacitor voltage measurement value U, so that, for the error - free case, the
  • the comparison device 25 If this inequality (4) is not fulfilled, the comparison device 25 generates an error signal which causes the protective device to emit a trigger signal A to the power switch 22.
  • the characteristic breaks off at a maximum allowable capacitor current I max , so that at all capacitor currents above I max a trigger signal A is delivered to the circuit breaker 22.
  • the hatched area in the characteristic diagram according to FIG. 5 indicates the so-called triggering area; If the difference of a value pair of model voltage value Ü M and capacitor voltage value Ü falls within the range of the hatched triggering field, then a trigger signal A is output from the protective device to the power switch 22.

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Abstract

The invention relates to a method that enables a capacitor arrangement to be monitored in a relatively sensitive manner in relation to errors in an electric supply network. Said method consists of the following steps a) a capacitor flow measured value (Î) that indicates the current that flows through the capacitor arrangement (12) is measured, b) a model voltage value (ÛM) belonging to the capacitor flow measured value (Î) is calculated by multiplying said capacitor flow measured value (Î) with a transfer function describing the capacitor arrangement (12), c) a capacitor voltage measured value (Û) which indicates the voltage applied to the capacitor arrangement (12) is measured, d) the capacitor voltage measured value (Û) is compared to the model voltage value (ÛM), and e) an error signal is produced when the difference between the capacitor voltage measured value (Û) and the model voltage value (ÛM) exceeds a predetermined threshold value.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler in einer Kondensatoranordnung angibt und elektrisches Schutz- gerät zur Durchführung des VerfahrensMethod for generating an error signal indicating an error in a capacitor arrangement and an electrical protection device for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler in einer Kondensatoranordnung in einem elektrischen Energieversorgungsnetz angibt. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrisches Schutzgerät zur Durchführung des Verfahrens .The invention relates to a method for generating an error signal, which indicates an error in a capacitor arrangement in an electrical energy supply network. Moreover, the invention relates to an electrical protection device for carrying out the method.
In elektrischen Energieversorgungsnetzen werden häufig Kondensatoranordnungen in Form so genannter Kondensatorbänke bzw. Kondensatorbatterien eingesetzt. Hierbei handelt es sich zumeist um in Reihen- und/oder Parallelschaltungen geschaltete Einzelkondensatoren, die in ihrer Gesamtheit die Kondensatoranordnung bilden. In elektrischen Energieversorgungsnetzen werden Kondensatoranordnungen häufig zur Stabilisierung der Energieversorgung bzw. einer geforderten Qualität der Elektroenergie eingesetzt. So werden in elektrischen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen Kondensatoranordnungen beispielsweise zur gezielten Blindleistungskompensation eingesetzt, wobei durch die Kondensatoranordnung einer durch in- duktive Lasten in dem Energieversorgungsnetz entstehenden Verschiebung des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung durch gesteuertes Zuschalten der kapazitiven Kondensatoranordnung entgegengewirkt wird. Außerdem werden Kondensatoranordnungen in elektrischen Gleichspannungs-Energieversorgungs- netzen auch zur Energiespeicherung eingesetzt.In electrical energy supply networks capacitor arrays are often used in the form of so-called capacitor banks or capacitor banks. These are mostly connected in series and / or parallel circuits individual capacitors, which form the capacitor arrangement in their entirety. In electrical energy supply networks capacitor arrays are often used to stabilize the power supply or a required quality of electrical energy. Thus, in electrical AC power supply networks, capacitor arrangements are used, for example, for targeted reactive power compensation, wherein the capacitor arrangement counteracts a shift in the phase angle between current and voltage resulting from inductive loads in the energy supply network by controlled connection of the capacitive capacitor arrangement. In addition, capacitor arrangements in electrical DC power supply networks are also used for energy storage.
Die Kondensatoranordnungen stellen sensible Elemente des jeweiligen Energieversorgungsnetzes dar, so dass die einzelnen Einzelkondensatoren der Kondensatoranordnung gegen Überstrom und Überspannung, d.h. Ströme und Spannungen, die eine Beschädigung oder sogar Zerstörung der Einzelkondensatoren hervorrufen könnten, geschützt werden müssen.The capacitor arrangements represent sensitive elements of the respective energy supply network, so that the individual individual capacitors of the capacitor arrangement against overcurrent and overvoltage, ie currents and voltages that could cause damage or even destruction of the individual capacitors must be protected.
Zum Schutz von Kondensatoranordnungen schlägt beispielsweise das Fachbuch „Schutztechnik in Elektroenergiesystemen" (H. Clemens, K. Rothe; VDE Verlag, 3. Auflage, 1991) im Abschnitt 12.1. „Schutz von Kondensatorenbatterien" die Verwendung eines so genannten Spannungsvergleichsschutzes vor, bei dem pro Phase des Energieversorgungsnetzes jeweils die an zwei gleichartigen Einzelkondensatoren oder gleichartigen Gruppen von Einzelkondensatoren anliegende Spannung gemessen wird. Die gemessenen Spannungen werden miteinander verglichen, und es wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz der ge- messenen Spannungen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet .For protection of capacitor arrangements, for example, the textbook "Schutztechnik in Elektroenergiesystemen" (H. Clemens, K. Rothe, VDE Verlag, 3rd edition, 1991) proposes in section 12.1. "Protection of Capacitor Batteries" the use of a so-called voltage comparison protection, in which in each case the voltage applied to two identical individual capacitors or similar groups of individual capacitors is measured per phase of the energy supply network. The measured voltages are compared with each other and an error signal is generated when the difference in the measured voltages exceeds a predetermined threshold.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Kondensatoren oder Gruppen von Kondensatoren, an denen die Spannung gemessen wird, hinsichtlich ihrer Kapazitätswerte möglichst genau übereinstimmen müssen, um einen Schutz der gesamten Kondensatorenanordnung mit ausreichender Empfindlichkeit erreichen zu können. Häufig besitzen die Einzelkondensatoren aufgrund von Fertigungstoleranzen, Alterung und kleineren De- fekten allerdings voneinander abweichende Kapazitätswerte, so dass in der Praxis nicht von genau übereinstimmenden Kapazitätswerten ausgegangen werden kann. Solche voneinander abweichenden Kapazitätswerte von Einzelkondensatoren werden auch als so genannte „Unsymmetrie" der Kondensatoranordnung be- zeichnet. Damit solche Unsymmetrien nicht zu einem ungewollten Ansprechen der Schutzeinrichtungen führen, muss der bei dem Spannungsvergleichsschütz verwendete Schwellenwert relativ hoch angesetzt werden. Die Empfindlichkeit des Schutzgerätes ist demnach vergleichsweise gering. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein entsprechendes Schutzgerät zur Erreichung eines möglichst empfindlichen Schutzes von Kondensatoranordnungen anzugeben.A disadvantage of this method, however, is that the capacitors or groups of capacitors on which the voltage is measured, must match as closely as possible in terms of their capacitance values in order to achieve protection of the entire capacitor assembly with sufficient sensitivity can. However, because of manufacturing tolerances, aging and smaller defects, the individual capacitors often have different capacitance values, so that in practice it is not possible to assume exactly matching capacitance values. Such deviating capacitance values of individual capacitors are also referred to as so-called "asymmetry" of the capacitor arrangement.) In order for such asymmetries not to lead to an undesired response of the protective devices, the threshold value used in the voltage comparison contactor must be set relatively high comparatively low. The invention is therefore based on the object to provide a method and a corresponding protective device to achieve the most sensitive protection of capacitor assemblies.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, dass einen Fehler in einer Kondensatoranordnung in einem elektrischen Energieversor- gungsnetz angibt, vorgeschlagen, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:To achieve this object, the invention proposes a method for generating an error signal that indicates a fault in a capacitor arrangement in an electrical energy supply network, in which the following steps are carried out:
- Messen eines Kondensatorstrommesswertes, der den Strom angibt, der durch die Kondensatoranordnung fließt;- measuring a capacitor current reading indicative of the current flowing through the capacitor array;
- Berechnen eines zu dem Kondensatorstrommesswert gehörenden Modellspannungswertes durch Multiplikation des Kondensatorstrommesswertes mit einer die Kondensatoranordnung beschreibenden Übertragungsfunktion,Calculating a model voltage value belonging to the capacitor current measured value by multiplying the capacitor current measured value by a transfer function describing the capacitor arrangement,
- Messen eines Kondensatorspannungsmesswertes, der die an der Kondensatoranordnung anliegende Spannung angibt; - Vergleichen des Kondensatorspannungsmesswertes mit dem Model1spannungswert ; und- measuring a capacitor voltage reading indicative of the voltage applied to the capacitor array; Comparing the capacitor voltage measurement value with the model voltage value; and
- Erzeugen des Fehlersignals, wenn die Differenz zwischen dem Kondensatorspannungsmesswert und dem Mode11Spannungswert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet .Generating the error signal when the difference between the capacitor voltage reading and the mode 11 voltage value exceeds a predetermined threshold.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass aufgrund der mathematischen Beschreibung bzw. Nachbildung der Kondensatoranordnung über eine Übertragungsfunktion das Fehlersignal unabhängig von möglichen Unsymmetrien der Kondensatoran- Ordnung auch mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden kann. Bei der Festlegung der Übertragungsfunktion werden nämlich bereits die realen Gegebenheiten der Kondensatorsanordnung, wie beispielsweise von der Deklaration auf dem Kondensator-Typenschild aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Al- terungseffekten abweichende Kapazitätswerte, berücksichtigt. Die Übertragungsfunktion kann hierzu beispielsweise durch Messungen an der tatsächlichen Kondensatoranordnung bestimmt wird. Da hierbei eine Übertragungsfunktion ermittelt wird, die die reale Kondensatoranordnung mit hoher Genauigkeit beschreibt, kann der vorgegebene Schwellenwert vergleichsweise niedrig angesetzt werden, so dass die Empfindlichkeit des Schutzverfahrens insgesamt steigt.The method according to the invention has the advantage that due to the mathematical description or simulation of the capacitor arrangement via a transfer function, the error signal can be carried out independently of possible asymmetries of the capacitor arrangement even with high sensitivity. When determining the transfer function, in fact, the real conditions of the capacitor arrangement, such as the declaration on the capacitor nameplate due to manufacturing tolerances or Al deviating capacity values. For this purpose, the transfer function can be determined, for example, by measurements on the actual capacitor arrangement. Since a transfer function that describes the real capacitor arrangement with high accuracy is determined, the predetermined threshold value can be set comparatively low, so that the overall sensitivity of the protection method increases.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Kondensator- strommesswert als komplexer Stromzeiger und der Kondensator- spannungsmesswert als komplexer Spannungszeiger gemessen werden und der Modellspannungswert als komplexer Spannungszeiger berechnet wird. Auf diese Weise kann der Kondensatorstrom- messwert und der Kondensatorspannungsmesswert sowohl hinsichtlich ihrer Amplitude als auch hinsichtlich ihrer Phase betrachtet werden, wodurch die Genauigkeit des Verfahrens weiter steigt.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is proposed that the capacitor current measured value be measured as a complex current vector and the capacitor voltage measured value as a complex voltage vector, and the model voltage value be calculated as a complex voltage vector. In this way, the capacitor current reading and the capacitor voltage reading can be considered both in amplitude and in phase, further increasing the accuracy of the method.
Um eine Stabilisierung des Schutzverfahrens auch bei bestimmten Kondensatorströmen zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der vorgegebene Schwellenwert eine Funktion darstellt, die in Abhängigkeit von dem Kondensatorstrom- messwert berechnet wird. Hierdurch kann eine Kennlinie für den Schwellenwert vorgegeben werden, die beispielsweise bei hohen Kondensatorströmen ein entsprechend größerer Schwellenwert vorsieht als bei niedrigen Kondensatorströmen.In order to achieve a stabilization of the protection method even with certain capacitor currents, it is proposed according to the invention that the predetermined threshold value represents a function which is calculated as a function of the capacitor current measurement value. In this way, a characteristic curve for the threshold value can be preset which, for example, provides a correspondingly larger threshold value for high capacitor currents than for low capacitor currents.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt zudem vor, dass die Übertragungsfunktion fortlaufend an den Zustand der Kondensatoranordnung angepasst wird. Hierdurch können in dynamischer Weise Veränderungen der Kondensatoranordnung, die z.B. auf mit der Zeit auftretende Alterungseffekte der Einzelkondensatoren zurückzuführen sind, in die Übertragungsfunktion übernommen werden, so dass die Übertragungsfunktion immer eine mathematische Beschreibung des tatsächlichen Zustandes der Kondensatoranord- nung angibt. Hierdurch kann die Empfindlichkeit des Schutzverfahrens noch weiter gesteigert werden, da alterungsbedingte Veränderungen der Einzelkondensatoren nicht durch die Wahl eines entsprechend hohen Schwellenwertes kompensiert werden müssen.A further advantageous embodiment of the method according to the invention also proposes that the transfer function is continuously adapted to the state of the capacitor arrangement. As a result, in a dynamic manner, changes in the capacitor arrangement, for example, on over time occurring aging effects of the individual capacitors are taken into the transfer function, so that the transfer function always indicates a mathematical description of the actual state of the capacitor arrangement. As a result, the sensitivity of the protection method can be further increased because aging-related changes in the individual capacitors need not be compensated by the choice of a correspondingly high threshold value.
Außerdem kann die Anpassung der Übertragungsfunktion beispielsweise durch eine Protokollierungsfunktion eines Schutzgerätes beobachtet werden, und es kann eine Überprüfung stattfinden, die dem Betreiber der Kondensatoranordnung einen automatischen Hinweis gibt, wenn die insgesamt vorgenommenen Anpassungen über einer kritischen Grenze liegen. Aus einem solchen Hinweis kann der Betreiber der Kondensatoranordnung beispielsweise einen Wartungsbedarf der Einzelkondensatoren ableiten.In addition, the adaptation of the transfer function can be monitored, for example, by a logging function of a protective device, and a check can take place which gives the operator of the capacitor arrangement an automatic indication if the overall adjustments made are above a critical limit. From such an indication, the operator of the capacitor arrangement can derive, for example, a maintenance requirement of the individual capacitors.
Hinsichtlich der automatischen Anpassung der Übertragungsfunktion wird es zudem als vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen, wenn zur Anpassung der Übertragungsfunktion mittels eines Parameterschätzverfahren unter Verwendung des erfassten Kondensatorstromes und der er- fassten Kondensatorspannung zumindest ein die elektrische Kapazität der Kondensatoranordnung enthaltender Parameter der Übertragungsfunktion bestimmt wird und die Übertragungsfunktion unter Verwendung des geschätzten Parameters berechnet wird. Dies hat den Vorteil, dass die Übertragungsfunktion sozusagen durch kontinuierliches Vermessen der Kondensatoranordnung an den tatsächlichen Zustand der Kondensatoranordnung angepasst wird. Hierbei sollte das Parameterschätzverfahren eine möglichst große Zeitkonstante aufweisen, um tatsächlich nur langsame Veränderungen der Kondensatoranordnung, wie beispielsweise schleichende AlterungsVorgänge der Einzelkondensatoren, in das Modell einfließen zu lassen. So kann verhindert werden, dass plötzlich auftretende Defekte, die zu einer Fehlersignalerzeugung führen müssen, ungewollt von dem Parameterschätzer in die Übertragungsfunktion eingearbeitet werden.With regard to the automatic adaptation of the transfer function, it is also regarded as an advantageous development of the method according to the invention if at least one parameter of the transfer function containing the electrical capacitance of the capacitor arrangement is determined to adapt the transfer function by means of a parameter estimation method using the detected capacitor current and the detected capacitor voltage, and the transfer function is calculated using the estimated parameter. This has the advantage that, as it were, the transfer function is adapted to the actual state of the capacitor arrangement by continuously measuring the capacitor arrangement. In this case, the parameter estimation method should have the largest possible time constant in order to actually only slow changes in the capacitor arrangement, such as creeping aging processes of the individual capacitors, to be incorporated into the model. Thus, it can be prevented that suddenly occurring defects, which must lead to an error signal generation, are inadvertently incorporated by the parameter estimator into the transfer function.
Außerdem wird in diesem Zusammenhang als vorteilhaft ange.se- hen, dass zur Anpassung der Übertragungsfunktion mittels des Parameterschätzverfahrens auch der dielektrische Widerstand der Kondensatoranordnung bestimmt wird. Durch die zusätzliche Bestimmung des dielektrischen Widerstandes der Kondensatoranordnung, also des ohmschen Anteil des Innenwiderstandes der Kondensatoren, kann die Übertragungsfunktion der Kondensatoranordnung vergleichsweise genau bestimmt werden.In addition, it is considered to be advantageous in this connection that the dielectric resistance of the capacitor arrangement is also determined in order to adapt the transfer function by means of the parameter estimation method. As a result of the additional determination of the dielectric resistance of the capacitor arrangement, that is to say the ohmic component of the internal resistance of the capacitors, the transfer function of the capacitor arrangement can be determined comparatively accurately.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt zudem vor, dass als Übertragungsfunktion die FunktionAn advantageous embodiment of the method according to the invention also proposes that the transfer function is the function
G(Ja) =RD l+jωRDCG (Yes) = R D l + jω R D C
mit G(jω) : Übertragungsfunktion; j: imaginäre Einheit, wobei J-=V-I; 00: Kreisfrequenz;with G (jω): transfer function; j: imaginary unit, where J- = V-I; 00: angular frequency;
RD: dielektrischer Widerstand derR D : Dielectric resistance of the
Kondensatoranordnung; C: Kapazität der KondensatoranordnungCapacitor arrangement; C: Capacitance of the capacitor arrangement
oder eine hiervon abgeleitete mathematische Beschreibung der Kondensatoranordnung (z.B. eine hiervon abgeleitete zeitdis- krete mathematische Darstellung, die zur Anwendung bei digitalen Filtern geeignet ist) verwendet wird.or a mathematical description of the capacitor arrangement derived therefrom (eg a time disassembly derived therefrom). crete mathematical representation, which is suitable for use with digital filters) is used.
Die vorgeschlagene Übertragungsfunktion ermöglicht mit hin- reichender Genauigkeit eine Beschreibung der Kondensatoranordnung unter Verwendung lediglich zweier zu bestimmender Parameter, nämlich der Kapazität C und des dielektrischen Widerstandes RD der Kondensatoranordnung.The proposed transfer function allows with sufficient accuracy a description of the capacitor arrangement using only two parameters to be determined, namely the capacitance C and the dielectric resistance R D of the capacitor arrangement.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht außerdem vor, dass das Fehlersignal auch erzeugt wird, wenn der Kondensatorstrommesswert einen vorgegebenen Maximalstromwert überschreitet. Auf diese Weise kann die Kondensatoranordnung zusätzlich sicher vor Überströ- men geschützt werden.A further advantageous embodiment of the method according to the invention also provides that the error signal is also generated when the capacitor current measured value exceeds a predetermined maximum current value. In this way, the capacitor arrangement can additionally be safely protected against overflow.
Prinzipiell kann das beschriebene Verfahren sowohl in einphasigen als auch in mehrphasigen Systemen Verwendung finden. In mehrphasigen Systemen müssten die Kondensatorströme und Kon- densatorspannungen durch entsprechend alle Phasen beschreibenden Ströme und Spannungen (z.B. Gegensystemströme und Ge- gensystemspannungen oder Mitsystemströme und Mitsystemspan- nungen in einem dreiphasigen System) ersetzt werden.In principle, the method described can be used both in single-phase and in multiphase systems. In multiphase systems, the capacitor currents and capacitor voltages would have to be replaced by currents and voltages corresponding to all phases (for example, negative sequence currents and common system voltages or common system currents and positive sequence voltages in a three-phase system).
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht jedoch vor, dass bei einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz das Verfahren jeweils für jede Phase durchgeführt wird. Bei einem dreiphasigen Energieversorgungsnetz und einer daraus resultierenden dreiphasigen Kondensatoranordnung wird das beschriebene Verfahren folglich für jede der drei Phasen der Kondensatoranordnung separat durchgeführt. Hierdurch kann eine höhere Empfindlichkeit des Schutzverfahrens im Vergleich zur Verwendung von das mehrpha- sige Gesamtsystem beschreibenden Kondensatorströmen und Kondensatorspannungen erreicht werden.However, a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention provides that, in the case of a multi-phase energy supply network, the method is carried out in each case for each phase. In a three-phase power supply network and a resulting three-phase capacitor arrangement, the described method is consequently carried out separately for each of the three phases of the capacitor arrangement. As a result, a higher sensitivity of the protection method compared to the use of the multi-phase sige overall system descriptive capacitor currents and capacitor voltages can be achieved.
Die oben genannte Aufgabenstellung wird auch durch ein elekt- risches Schutzgerät zum Schutz einer Kondensatoranordnung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes gelöst mitThe abovementioned task is also solved by an electrical protection device for protecting a capacitor arrangement of an electrical energy supply network
- einer Messwerterfassungseinrichtung zum Erfassen von Kon- densatorstrommesswerten, die den durch die Kondensatoranordnung fließenden Strom angeben, und Zum Erfassen von Kondensatorspannungsmesswerten, die die an der Kondensatoranordnung anliegende Spannung angeben, wobei- A measured value detecting means for detecting Kondensatorsstrommesswerten that indicate the current flowing through the capacitor assembly current, and For detecting capacitor voltage measurements that indicate the voltage applied to the capacitor assembly voltage, wherein
- das elektrische Schutzgerät eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, die aus jedem erfassten Kondensatorstrommesswert mittels einer die Kondensatoranordnung beschreibenden Über- tragungsfunktion einen entsprechenden Mode11spannungswert berechnet und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Mode11spannungswert und dem erfassten Kondensator- spannungsmesswert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.the electrical protection device has a processing device which calculates a corresponding mode voltage value from each detected capacitor current measured value by means of a transfer function describing the capacitor arrangement and generates an error signal if the difference between the mode voltage value and the detected capacitor voltage measured value exceeds a predetermined threshold value.
Wie bereits zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, kann mit einem solchen Schutzgerät ein vergleichsweise empfindlicher Schutz der Kondensatoranordnung erfolgen.As already explained for the method according to the invention, a comparatively sensitive protection of the capacitor arrangement can take place with such a protective device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show this
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Schutzgerätes zumFigure 1 is a schematic view of a protective device for
Schutz einer Kondensatoranordnung in einem elektri- sehen Energieversorgungsnetz,Protection of a capacitor arrangement in an electrical power supply network,
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise eines elektrischen Schutzgerätes gemäß einer ersten Ausführungsform, Figur 3 ein Ersatzschaltbild einer Phase einer Kondensatoranordnung,FIG. 2 shows a schematic block diagram for explaining the mode of operation of an electrical protection device according to a first embodiment, FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a phase of a capacitor arrangement,
Figur 4 ein schematisch.es Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise eines elektrischen Schutzgerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform und4 shows a schematic block diagram for explaining the operation of an electrical protection device according to a second embodiment and
Figur 5 eine Kennlinie zur Stabilisierung eines bei der zweiten Ausführungsform verwendeten Schwellenwertes .Figure 5 is a characteristic curve for stabilizing a threshold used in the second embodiment.
Figur 1 zeigt ein elektrisches Schutzgerät 10, das mess- und steuerungstechnisch mit einem Abschnitt 11 eines dreiphasigen elektrischen Energieversorgungsnetzes verbunden ist. Der Abschnitt 11 mündet in einer Kondensatoranordnung 12, die in dem elektrischen Energieversorgungsnetz beispielsweise zu Zwecken der Blindleistungskompensation verwendet wird. Das elektrische Schutzgerät 10 ist über Stromwandler 13a, 13b und 13c sowie über Spannungswandler 14a, 14b und 14c messtechnisch mit dem Abschnitt 11 des elektrischen Energieversor- • gungsnetzes verbunden. Außerdem ist das elektrische Schutzgerät 10 steuerungstechnisch mit Leistungsschaltern der einzelnen Phasen des Abschnittes 11 des elektrischen Energieversor- gungsnetzes verbunden, um die Kondensatoranordnung 12 im Fehlerfall von dem Energieversorgungsnetz abtrennen zu können. Diese steuerungstechnische Anbindung ist in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht gezeigt; auf sie wird jedoch später bei der Beschreibung von Figur 2 näher einge- gangen.FIG. 1 shows an electrical protection device 10, which is connected to a section 11 of a three-phase electrical power supply network in terms of measurement and control technology. The section 11 terminates in a capacitor arrangement 12, which is used in the electrical energy supply network, for example, for purposes of reactive power compensation. The electrical protection device 10 is connected by means of current transformers 13a, 13b and 13c and via voltage transformers 14a, 14b and 14c by measurement to the section 11 of the electrical energy supply network. In addition, the electrical protection device 10 is connected in terms of control technology with circuit breakers of the individual phases of the section 11 of the electrical energy supply network in order to be able to disconnect the capacitor arrangement 12 in the event of a fault from the energy supply network. However, this control connection is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity; however, they will be discussed later in the description of FIG. 2.
Über die Stromwandler 13a bis 13c erfasst das elektrische Schutzgerät 10 Strommesswerte, die im Folgenden als Kondensa- torstrommesswerte bezeichnet werden, da sie denjenigen Strom angeben, der jeweils pro Phase durch die Kondensatoranordnung 12 fließt. Mittels der Spannungswandler 14a bis 14c erfasst das elektrische Schutzgerät 10 zudem Spannungsmesswerte an dem Abschnitt 11 des elektrischen Energieversorgungsnetzes, die im Folgenden als Kondensatorspannungsmesswerte bezeichnet werden, da sie diejenige Spannung angeben, die pro Phase an der Kondensatoranordnung anliegt . Die drei Phasen der Kondensatoranordnung 12 sind in einem gemeinsamen Sternpunkt 15 zusammengeschaltet .Via the current transformers 13a to 13c, the electrical protection device 10 detects current measured values, which are referred to below as capacitor current measured values, since they are the current indicate that flows through the capacitor assembly 12 per phase. By means of the voltage transformers 14a to 14c, the electrical protection device 10 also detects voltage measurement values at the section 11 of the electrical power supply network, which are referred to below as capacitor voltage measurement values, since they indicate the voltage applied to the capacitor arrangement per phase. The three phases of the capacitor arrangement 12 are interconnected in a common star point 15.
Die Kondensatoranordnung 12 besteht aus separaten Einzelkondensatoren 16. Pro Phase des elektrischen Energieversorgungs- netzes ist in der Kondensatoranordnung 12 mindestens ein Kondensator 16 vorgesehen. Gemäß Figur 1 sind zwar pro Phase des elektrischen Energieversorgungsnetzes in der Kondensatoranordnung 12 jeweils vier Einzelkondensatoren 16 in Reihe geschaltet. Anstelle der Reihenschaltung von vier Kondensatoren können pro Phase aber selbstverständlich beliebige Anzahlen von Kondensatoren sowohl in Reihe als auch parallel oder in einer gemischten Reihen- und Parallelschaltung geschaltet sein.The capacitor arrangement 12 consists of separate individual capacitors 16. Per phase of the electrical power supply network, at least one capacitor 16 is provided in the capacitor arrangement 12. According to FIG. 1, in each case four individual capacitors 16 are connected in series per phase of the electrical energy supply network in the capacitor arrangement 12. Of course, instead of the series connection of four capacitors, it is possible for any number of capacitors per phase to be connected both in series and in parallel or in a mixed series and parallel connection.
Anhand von Figur 2 soll ein erstes Ausführungsbeispiel des elektrischen Schutzgerätes 10 (siehe Figur 1) beschrieben werden.A first exemplary embodiment of the electrical protection device 10 (see FIG. 1) will be described with reference to FIG.
Hierzu sind in einem elektrischen Schutzgerät 100 einzelne Funktionsblöcke dargestellt, die zur Erläuterung der Funktionsweise dienen sollen. Die Funktionsblöcke müssen keine separaten Bauteile darstellen; sie können beispielsweise in eine gemeinsame Hard- und Software des elektrischen Schutzgerätes 100 integriert sein. Figur 2 zeigt außerdem einen Phasenleiter 20 des in Figur 1 gezeigten Abschnittes 11 des elektrischen Energieversorgungsnetzes. Der Phasenleiter 20 führt zu einer Phase 21 der Kondensatoranordnung 12 (siehe Figur 1) , die gemäß Figur 2 lediglich ersatzweise durch einen einzelnen Kondensator angedeutet ist. Wie bereits erwähnt können pro Phase der Kondensatoranordnung beliebig viele Kon- densatoren in Reihe und/oder parallel geschaltet sein. Das in Figur 2 für einen Phasenleiter 20 erläuterte Verfahren ist entsprechend auch für die weiteren Phasenleiter anwendbar.For this purpose, 100 individual functional blocks are shown in an electrical protection device, which are to serve to explain the operation. The function blocks do not have to be separate components; For example, they can be integrated into common hardware and software of the electrical protection device 100. FIG. 2 also shows a phase conductor 20 of the section 11 of the electrical energy supply network shown in FIG. The phase conductor 20 leads to a phase 21 of the capacitor arrangement 12 (see FIG. 1), which according to FIG. 2 is merely indicated by a single capacitor as a substitute. As already mentioned, any number of capacitors can be connected in series and / or in parallel per phase of the capacitor arrangement. The method explained in FIG. 2 for a phase conductor 20 can also be used correspondingly for the further phase conductors.
Der Phasenleiter 20 des elektrischen Energieversorgungsnetzes kann von dem Schutzgerät 100 durch Ansteuerung eines Leistungsschalters 22 mittels eines Auslösesignals A unterbrochen werden, wenn in der Kondensatoranordnung für diesen Phasenleiter 20 ein Fehler erkannt worden ist. Auch eine Abschaltung aller Phasen der Kondensatoranordnung durch entsprechend vorhandene weitere Schalter in den weiteren Phasenleitern ist denkbar .The phase conductor 20 of the electrical energy supply network can be interrupted by the protective device 100 by driving a circuit breaker 22 by means of a trigger signal A, if an error has been detected in the capacitor arrangement for this phase conductor 20. A shutdown of all phases of the capacitor arrangement by correspondingly existing further switch in the other phase conductors is conceivable.
Zur Erkennung eines Fehlers in der Phase 21 der Kondensatoranordnung erfasst das elektrische Schutzgerät 100 über den Stromwandler 13a den Kondensatorstrom Ic und über den Spannungswandler 14a die Kondensatorspannung U0. Der Kondensatorstrom Ic und die Kondensatorspannung Uc liegen an einer Mess- werterfassungseinrichtung 23 des elektrischen Schutzgerätes 100 an. Mit der Messwerterfassungseinrichtung 23 können der Kondensatorstrom Ic bzw. die Kondensatorspannung U0 hinsichtlich ihres Strom- bzw. Spannungspegels über geräteinterne Wandlereinrichtungen nochmals reduziert werden, um eine gefahrlose Verarbeitung des Kondensatorstromes Ic und der Kondensatorspannung Uc im elektrischen Schutzgerät 100 zu ge- währleisten. Ferner findet eine Analog/Digital-Wandlung desIn order to detect a fault in the phase 21 of the capacitor arrangement, the electrical protection device 100 detects the capacitor current I c via the current transformer 13 a and the capacitor voltage U 0 via the voltage converter 14 a. The capacitor current I c and the capacitor voltage U c are applied to a measured value detection device 23 of the electrical protection device 100. With the data acquisition device 23, the capacitor current I c and can the capacitor voltage U 0 can be reduced in terms of their current or voltage level of an internal instrument transducer means again In order to guarantee a safe processing of the capacitor current I c and the capacitor voltage U c in the electrical protection device 100 , Further, an analog-to-digital conversion of the
Kondensatorstroms Ic und der Kondensatorspannung Uc statt . Es können auch weitere Vorverarbeitungsschritte, wie beispielsweise eine automatische Filterung zur Glättung des Kondensa- torstroms Ic und der Kondensatorspannung Uc vorgenommen werden.Capacitor current I c and the capacitor voltage U c instead. Other preprocessing steps may also be used, such as automatic filtering to smooth the condensate. torstrom I c and the capacitor voltage U c are made.
Bei der Erfassung von Kondensatorströmen Ic und Kondensator- Spannungen Ic werden die jeweiligen Messwerte bevorzugt in der komplexen Ebene, also hinsichtlich ihrer Amplitude und ihres Phasenwinkels erfasst. Eine weitere Verarbeitung der Messwerte erfolgt in der komplexen Ebene.During the detection of capacitor currents I c and capacitor voltages Ic, the respective measured values are preferably detected in the complex plane, that is to say in terms of their amplitude and their phase angle. Further processing of the measured values takes place in the complex level.
An ihrem Ausgang gibt die Messwerterfassungseinrichtung 23 digitalisierte KondensatorStrommesswerte ϊ und digitalisierte Kondensatorspannungsmesswerte Ü ab. Die Kondensatorstrommess- werte I werden einer Verarbeitungseinrichtung 24 zugeführt, die unter Verwendung einer Übertragungsfunktion G die Konden- satorstrommesswerte ϊ in Modellspannungswerte ÜM umrechnet. Hierzu verwendet die Verarbeitungseinrichtung 24 eine Übertragungsfunktion G, die für die Phase 21 der Kondensatoranordnung den Zusammenhang zwischen Kondensatorstrom und Kondensatorspannung mathematisch nachbildet. Bei einer fehler- ■ freien Phase 21 der Kondensatoranordnung müssen folglich die über den Spannungswandler 14a erfassten und digitalisierten Kondensatorspannungsmesswerte Ü mit den aus den über den Stromwandler 13a erfassten und digitalisierten Kondensator- strommesswerten I berechneten Modellspannungswerten Ü nahezu übereinstimmen.At its output, the measured value detection device 23 outputs digitized capacitor current measured values ϊ and digitized capacitor voltage measured values Ü. The capacitor current measured values I are fed to a processing device 24, which converts the capacitor current measured values ϊ into model voltage values Ü M using a transfer function G. For this purpose, the processing device 24 uses a transfer function G, which mathematically simulates the relationship between capacitor current and capacitor voltage for the phase 21 of the capacitor arrangement. Consequently, in the case of a fault-free phase 21 of the capacitor arrangement, the capacitor voltage measured values U detected and digitized via the voltage converter 14a must almost coincide with the model voltage values Ü calculated from the capacitor current measured values I detected and digitized via the current transformer 13a.
Die Kondensatorspannungsmesswerte Ü und die Modellspannungs- werte ÜM werden daraufhin einer Vergleichseinrichtung 25 derart zugeführt, dass immer jeweils paarweise diejenigen Mo- de11spannungswerte ÜM und Kondensatorspannungsmesswerte Ü der Vergleichseinrichtung 25 zugeführt werden, die auf zu demselben Zeitpunkt erfasste Kondensatorströme Ic und Kondensatorspannungen Uc zurückgehen. Diese jeweils zeitlich zueinander gehörenden Modellspannungswerte ÜM und Kondensatorspannungs- messwerte Ü werden von der Vergleichseinrichtung 25 in der Weise miteinander verglichen, dass die Differenz zwischen dem Kondensatorspannungsmesswert Ü und dem Modellspannungswert ÜM gebildet wird. Übersteigt diese Differenz einen in dem elektrischen Schutzgerät 100 als Parameter einstellbarenThe capacitor voltage measured values Ü and the model voltage values Ü M are then supplied to a comparison device 25 in such a way that the respective pairs of voltage values Ü M and capacitor voltage values Ü are supplied in pairs to the comparison device 25, which are based on capacitor currents I c and capacitor voltages Uc detected at the same instant , These respective temporally related model voltage values Ü M and capacitor voltage measured values Ü are compared by the comparison device 25 in such a way that the difference between the capacitor voltage measurement value Ü and the model voltage value Ü M is formed. If this difference exceeds a value which can be set in the electrical protection device 100 as a parameter
Schwellenwert, so wird von der Vergleichseinrichtung ein Fehlersignal erzeugt, wodurch das elektrische Schutzgerät 100 einen Fehler in der Phase 21 der Kondensatoranordnung erkennt. In diesem Fall erzeugt das elektrische Schutzgerät 100 ein Auslösesignal A, das über einen Kommandoausgang 26 des elektrischen Schutzgerätes 100 an den Leistungsschalter 22 abgegeben wird. Durch das Auslösesignal A wird der Leistungsschalter 22 dazu veranlasst, seine Schaltkontakte zu öffnen, so dass die Phase 21 der Kondensatoranordnung aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz abgetrennt wird.Threshold value, an error signal is generated by the comparison device, whereby the electrical protection device 100 detects an error in the phase 21 of the capacitor arrangement. In this case, the electrical protection device 100 generates a trigger signal A, which is output via a command output 26 of the electrical protection device 100 to the circuit breaker 22. By the trigger signal A, the power switch 22 is caused to open its switch contacts, so that the phase 21 of the capacitor assembly is disconnected from the electrical power grid.
Anhand von Figur 3 soll im Folgenden die zur mathematischen Nachbildung jeweils einer Phase der Kondensatoranordnung 12 (Figur 1) verwendete Übertragungsfunktion G erläutert werden. Figur 3 zeigt hierzu ein Ersatzschaltbild 31. Das Ersatzschaltbild 31 zeigt einen Kondensator C, der die kapazitiven Anteile aller in der entsprechenden Phase der Kondensatoranordnung zusammen geschalteter Kondensatoren zusammenfasst . Parallel hierzu ist ein dielektrischer Widerstand RD gezeigt, der die ohmschen Anteile der Innenwiderstände der zusammen geschalteten Einzelkondensatoren wiedergibt. In Reihe zur Parallelschaltung aus Kondensator C und dielektrischem Widerstand RD ist ein Verlustwiderstand Rv geschaltet, der die beispielsweise durch Leitungswiderstände in der Kondensator- anordnung vorhandenen ohmschen Widerstandsanteile darstellt. Durch die gesamte Phase der Kondensatoranordnung fließt der Kondensatorstrom Ic, während an der Anordnung die Kondensatorspannung Uc abfällt. Die Übertragungsfunktion G einer Phase der Kondensatoranordnung, also der mathematische Zusammenhang zwischen Kondensatorspannung Uc und Kondensatorstrom Ic kann gemäß dieser Er- satzschaltung wie folgt dargestellt werden:The transfer function G used for the mathematical simulation of one phase of the capacitor arrangement 12 (FIG. 1) will be explained below with reference to FIG. FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram 31 for this purpose. The equivalent circuit diagram 31 shows a capacitor C which combines the capacitive components of all the capacitors connected together in the corresponding phase of the capacitor arrangement. Parallel thereto, a dielectric resistor R D is shown, which represents the ohmic components of the internal resistances of the interconnected individual capacitors. In series with the parallel circuit of capacitor C and dielectric resistor R D , a loss resistor R v is connected, which represents the ohmic resistance components present, for example, by line resistances in the capacitor arrangement. The capacitor current I c flows through the entire phase of the capacitor arrangement, while the capacitor voltage U c drops at the arrangement. The transfer function G of one phase of the capacitor arrangement, that is to say the mathematical relationship between capacitor voltage U c and capacitor current I c, can be represented as follows according to this substitute circuit:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Hierin bedeuten:Herein mean:
G(jω) : Übertragungsfunktion; j: imaginäre Einheit, wobei J=V-I; ω : Kreisfrequenz ;G (jω): transfer function; j: imaginary unit, where J = V-I; ω: angular frequency;
Uc (jω): komplexe Kondensatorspannung; Ic (jω): komplexer Kondensatorstrom; R0: dielektrischer Widerstand der jeweiligen Phase der Kondensatoranordnung;Uc (jω): complex capacitor voltage; Ic (jω): complex capacitor current; R 0 : dielectric resistance of the respective phase of the capacitor array;
Rv: Verlustwiderstand der jeweiligen Phase der Kondensatoranordnung; C: Kapazität der jeweiligen Phase derR v : loss resistance of the respective phase of the capacitor arrangement; C: capacity of each phase of the
Kondensatoranordnung .Capacitor arrangement.
Im Bereich üblicher Abtastfrequenzen fA von Schutzgeräten, mit denen Kondensatorströme und Kondensatorspannungen erfasst werden, zeigt sich, dass der Verlustwiderstand Rv in Gleichung (1) vernachlässigt werden kann, so dass sich folgende vereinfachte Übertragungsfunktion G für die Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Kondensatorstrom Ic und Kondensatorspannung Uc einer Phase der Kondensatoranordnung ergibt :In the range of common sampling frequencies f A of protective devices with which capacitor currents and capacitor voltages are detected, it can be seen that the loss resistance R v in equation (1) can be neglected, so that the following simplified transfer function G for the description of the relationship between capacitor current I c and capacitor voltage Uc of one phase of the capacitor array gives:
Figure imgf000016_0002
Diese Gleichung kann als Übertragungsfunktion für die Verarbeitungseinrichtung 24 (Figur 2) des Schutzgerätes 10 verwendet werden, um die gemessenen und digitalisierten Kondensa- torstrommesswerte in Modellspannungswerte umzurechnen. Der Vorteil der vereinfachten Übertragungsfunktion liegt darin, dass lediglich zwei Parameter, nämlich die Kapazität C und der dielektrische Widerstand RP für jede Phase der Kondensatoranordnung bekannt sein müssen.
Figure imgf000016_0002
This equation can be used as a transfer function for the processing device 24 (FIG. 2) of the protective device 10 in order to convert the measured and digitized capacitor current measured values into model voltage values. The advantage of the simplified transfer function is that only two parameters, namely the capacitance C and the dielectric resistance R P, must be known for each phase of the capacitor arrangement.
Da heutzutage übliche Schutzgeräte mit digitalen Verarbeitungsalgorithmen arbeiten, muss für die praktische Funktion des Schutzgerätes 100 die im zeitkontinuierlichen Bereich angeordnete Übertragungsfunktion G(jω) nach Gleichung (2) in den zeitdiskreten Bereich umgewandelt werden. Hierzu bietet sich beispielsweise die Verwendung der so genannten BiIi- neartransformation an, mit der in für den Fachmann an sich bekannter Weise Übertragungsfunktionen analoger Filtereinrichtungen in Übertragungsfunktionen zeitdiskreter digitaler Filter umgesetzt werden können. Nach Anwendung der BiIi- neartransformation auf Gleichung (2) nimmt die Übertragungsfunktion folgende Gestalt an:Since today's conventional protection devices work with digital processing algorithms, for the practical function of the protection device 100, the transmission function G (jω) arranged in the continuous-time region must be converted into the time-discrete region according to equation (2). For this purpose, for example, the use of the so-called bi-directional transformation, with which transfer functions of analog filter devices in transfer functions of time-discrete digital filters can be implemented in a manner known per se to those skilled in the art. After applying the bi-directional transformation to equation (2), the transfer function takes the form:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
mit: Ü: digitalisierter Kondensatorspannungsmesswert; ϊ: digitalisierter Kondensatorstrommesswert ; fA: Abtastfrequenz;with: T: digitized capacitor voltage measurement; ϊ: digitized capacitor current measurement; f A : sampling frequency;
undand
z = ejωT, wobei T =— ;z = e jωT , where T = -;
JA
Figure imgf000018_0001
YES
Figure imgf000018_0001
Unter Anwendung dieser Gleichung kann im zeitdiskreten Raum einer digitalen Filteranordnung eine Umrechnung der digitalisierten Kondensatorstrommesswerte I in die Modellspannungs- werte ÜM erfolgen. Wenn bei gegebener Abtastfrequenz fA die Kapazität C und der dielektrische Widerstand RD bekannt sind, ergibt sich hieraus ein für die fehlerfreie Phase der Konden- satoranordnung geltender Zusammenhang zwischen einem digitalisierten Kondensatorstrommesswert ϊ und einem digitalisierten Kondensatorspannungsmesswert 0, so dass der in der Verarbeitungseinrichtung 24 aus dem Kondensatorstrommesswert ϊ berechnete Modellspannungswert UM im fehlerfreien Fall mit dem Kondensatorspannungsmesswert Ü nahezu übereinstimmen müsste.Using this equation, in the discrete-time space of a digital filter arrangement, the digitized capacitor current measured values I can be converted into the model voltage values Ü M. If the capacitance C and the dielectric resistance R D are known at a given sampling frequency f A , this results in a connection between a digitized capacitor current measurement value ϊ and a digitized capacitor voltage measurement value 0 valid for the faultless phase of the capacitor arrangement, such that the voltage in the processing device 24 model voltage value U M calculated from the capacitor current measurement value ϊ would almost have to match the capacitor voltage measurement value Ü in the error-free case.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schutzgerätes zum Schutz einer Kondensatoranordnung gezeigt. Das in Figur 4 dargestellte Schutzgerät 110 weist in wesentlichen Bestandteilen eine dem Schutzgerät 100 gemäß Figur 2 entsprechende Funktionalität auf. So sind auch in dem Schutzgerät 110 eine Messwerteerfassungseinrichtung 23, eine Verarbeitungseinrichtung 24 sowie eine Vergleichseinrichtung 25 vorhanden, die entsprechend der Beschreibung von Figur 2 funk- tionieren. Das Schutzgerät 110 gemäß Figur 4 weist jedoch zwei zusätzliche Funktionalitäten auf, die im Folgenden erläutert werden sollen. Diese zusätzlichen Funktionalitäten können wie in Figur 4 gezeigt gleichzeitig, aber auch abweichend davon jeweils nur einzeln in einem Schutzgerät vorhan- den sein. Die erste zusätzliche Funktionalität besteht darin, dass die Übertragungsfunktion in der Verarbeitungseinrichtung 24 nunmehr keiner fest vorgegebener Werte für die Kapazität C und den dielektrischen Widerstand R0 bedarf. Diese Werte C und RD werden gemäß Figur 4 nunmehr von einem Parameterschätzer 41 unter Anwendung eines Parameterschätzverfahrens kontinuierlich geschätzt und der Verarbeitungseinrichtung 24 als Grundlage zur Anwendung der Übertragungsfunktion übermittelt. Zur Durchführung der Parameterschätzung verwendet der Parameter- Schätzer 41 die Kondensatorstrommesswerte I und die Kondensa- torspannungsmesswerte Ü. Bei Kenntnis der grundlegenden Form der Übertragungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen den Kondensatorstrommesswerten ϊ und den Kondensatorspannungs- messwerten Ü (beispielsweise gemäß Gleichung (3) ) angibt, kann der Parameterschätzer 41 unter Verwendung des Parameter- schätzverfahrens in für den Fachmann an sich bekannter Weise, z.B. unter Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate („Least-Square-Methode") die fehlenden Parameter C und RD schätzen und der Verarbeitungseinrichtung 24 zur Berech- nung der Modellspannungswerte ÜM zur Verfügung stellen. Erfolgt die Schätzung gemäß der Übertragungsfunktion nach Gleichung 3, so werden zunächst die Parameter ax und bx geschätzt, aus denen sich dann bei gegebener Abtastfrequenz fA die Werte C und R0 berechnen lassen.FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a protective device for protecting a capacitor arrangement. The protective device 110 shown in FIG. 4 has in essential components a functionality corresponding to the protective device 100 according to FIG. Thus, also in the protection device 110, a measured value detection device 23, a processing device 24 and a comparison device 25 are present, which function according to the description of FIG. 2. However, the protective device 110 according to FIG. 4 has two additional functionalities which will be explained below. These additional functionalities, as shown in FIG. 4, can be present at the same time in each case, but also different from each, only individually in a protective device. The first additional functionality is that the transfer function in the processing device 24 now requires no fixed values for the capacitance C and the dielectric resistance R 0 . These values C and R D are now continuously estimated by a parameter estimator 41 using a parameter estimation method and transmitted to the processing means 24 as a basis for applying the transfer function. To perform the parameter estimation, the parameter estimator 41 uses the capacitor current measurements I and the capacitor voltage measurement values U. Knowing the basic form of the transfer function, which indicates the relationship between the capacitor current measurement values ϊ and the capacitor voltage measurement values U (for example according to equation (3)), the parameter estimator 41 can use the parameter estimation method in a manner known to the person skilled in the art, For example, using the least squares method, estimate the missing parameters C and R D and provide them to the processing means 24 to compute the model voltage values Ü M. If the estimation is according to the transfer function of Equation 3 , the parameters a x and b x are first estimated, from which the values C and R 0 can then be calculated for a given sampling frequency f A.
Zur Überprüfung der ParameterSchätzung erhält der Parameterschätzer 41 die aus den Kondensatorstrommesswerten ϊ berechneten Mode11spannungswerte ÜM zurückgekoppelt. Bei Abweichungen, die auf ungenau geschätzte Werte von C und RD zurückge- hen, kann der Parameterschätzer eine Anpassung seiner Schätzung vornehmen. Die wiederholte Schätzung der Werte von C und RD hat den großen Vorteil, dass sich die verwendete Übertragungsfunktion in der Verarbeitungseinrichtung 24 kontinuierlich Veränderungsprozessen der Phase der Kondensatoranordnung anpassen kann, die beispielsweise durch Alterung der Einzel- kondensatoren der Kondensatoreinrichtung auftreten. Unterschiedliche Änderungen der einzelnen Kapazitätswerte der Kondensatoren aufgrund von Alterung führen zu einer so genannten Unsymmetrie der Kondensatoranordnung und können bei empfindlicher Einstellung des Schwellenwertes in der Vergleichseinrichtung 25 zu einem Fehlersignal und damit zu einer ungewollten Abgabe eines Auslösesignals A führen. Eine Nachführung der Übertragungsfunktion zur Anpassung an Alterungsvor- gänge in der Kondensatoranordnung ist somit von großem Vorteil. Es muss jedoch beachtet werden, dass die Zeitkonstante, mit der der Parameterschätzer 41 die Werte von C und RD schätzt und der Verarbeitungseinrichtung 24 zur Anpassung der Übertragungsfunktion zur Verfügung stellt, vergleichsweise langsam gewählt werden sollte, um nur die langsamen Änderungen der Kapazitätswerte aufgrund von Alterungsprozessen in Änderungen der Werte von C und RD einfließen zu lassen. Do kann vermieden werden, dass spontan auftretende Änderungen der Werte C und RD der Kondensatoreinrichtung, die auf einen tatsächlichen Fehler in der Kondensatoreinrichtung schließen lassen, zu einer Anpassung der Übertragungsfunktion führen. In einem fehlerbehafteten Fall darf der Parameterschätzer der Verarbeitungseinrichtung 24 für die Übertragungsfunktion nämlich keine angepassten Werte für C und RD zur Verfügung stel- len, da die Abweichung zwischen den Kondensatorspannungsmess- werten Ü und den Modellspannungswerten ÜM auf einen tatsächlichen Fehler in der Kondensatoreinrichtung zurückzuführen ist und somit eine gewollte Abweichung darstellt, die der Vergleichseinrichtung 25 als Grundlage für eine Entscheidung über die Abgabe eines Fehlersignals und damit auch eines Aus- lösesignals A an den Leistungsschalter 22 dient.In order to check the parameter estimation, the parameter estimator 41 is fed back the mode voltage values Ü M calculated from the capacitor current measured values ϊ. For deviations due to inaccurately estimated values of C and R D , the parameter estimator can adjust its estimate. The repeated estimation of the values of C and R D has the great advantage that the transfer function used in the processor 24 is continuously changing the phase of the capacitor array can adapt, for example, by aging of the individual capacitors of the capacitor device occur. Different changes in the individual capacitance values of the capacitors due to aging lead to a so-called asymmetry of the capacitor arrangement and, if the threshold value is set sensitively in the comparison device 25, can lead to an error signal and thus to an unwanted release of a trigger signal A. Tracking the transfer function to adapt to aging processes in the capacitor arrangement is thus of great advantage. It should be noted, however, that the time constant with which the parameter estimator 41 estimates the values of C and R D and provides the means 24 for adapting the transfer function to the processing means 24 should be chosen to be comparatively slow to only change the slow changes in capacitance values due to To incorporate aging processes into changes in the values of C and R D. It can be avoided that spontaneously occurring changes in the values C and R D of the capacitor device, which indicate an actual error in the capacitor device, lead to an adaptation of the transfer function. In a faulty case, the parameter estimator must not provide the transfer function processing means 24 with adjusted values for C and R D since the deviation between the capacitor voltage readings Ü and the model voltage values Ü M is due to an actual error in the capacitor means and thus represents a desired deviation, which serves the comparison device 25 as the basis for a decision on the delivery of an error signal and thus also a release signal A to the circuit breaker 22.
Die zweite eingeführte zusätzliche Funktion des Schutzgerätes 100 besteht in einer automatischen Anpassung des für die Ver- gleichseinrichtung 25 verwendeten Schwellenwertes an den Kon- densatorstrommesswert ϊ. Es zeigt sich nämlich, dass bei erhöhten Kondensatorstrommesswerten ϊ selbst bei fehlerfreien Kondensatoranordnungen die Abweichung zwischen Modellspan- nungswerten ÜM und Kondensatorspannungsmesswerten U zunimmt. Um dennoch bei hohen Kondensatorstrommesswerten ϊ eine Auslösung zu verhindern und bei niedrigen Kondensatorstrommesswerten ϊ weiterhin einen möglichst empfindlichen Schutz durch Verwendung eines niedrigen Schwellenwertes erreichen zu kön- nen, gibt gemäß Figur 4 ein Kennlinienbaustein 42 in Abhängigkeit des jeweils anstehenden Kondensatorstrommesswertes ϊ an die Vergleichseinrichtung 25 anhand einer entsprechend ausgestalteten Kennlinie einen Schwellenwert ab. Anhand dieses dynamisch angepassten Schwellenwertes trifft die Ver- gleichseinrichtung 25 eine Aussage darüber, ob die Abweichung zwischen den Modellspannungswerten UM und den Kondensatorspannungsmesswerten Ü auf einen Fehler in der Kondensatoranordnung hinweist oder nicht . In Figur 5 ist beispielhaft eine mögliche Kennlinie zur Sta- bilisierung des Schutzes der Kondensatoranordnung bei hohenThe second introduced additional function of the protective device 100 consists in an automatic adjustment of the Equivalent 25 threshold used to the Kondensatorstrommesswert ϊ. In fact, it can be seen that with increased capacitor current measured values ϊ, even with faultless capacitor arrangements, the deviation between model voltage values Ü M and capacitor voltage measured values U increases. In order nevertheless to prevent triggering at high capacitor current measured values und and to be able to achieve the most sensitive protection possible by using a low threshold value at low capacitor current measurements,, a characteristic block 42 is provided to the comparison device 25 as a function of the respectively present capacitor current measured value ϊ a correspondingly designed characteristic from a threshold. On the basis of this dynamically adjusted threshold value, the comparison device 25 makes a statement as to whether or not the deviation between the model voltage values U M and the capacitor voltage measurement values U indicates an error in the capacitor arrangement. By way of example, FIG. 5 shows a possible characteristic curve for stabilizing the protection of the capacitor arrangement at high levels
Kondensatorströmen gezeigt. Man erkennt, dass bei niedrigen Kondensatorströmen ein konstanter Schwellenwert SW festgelegt ist. Ab einem festlegbaren Kondensatorstrom nimmt die Kennlinie eine linear steigende Form an, um eine Stabilisierung des Schwellenwertes SW auch bei hohen Kondensatorströmen zu erreichen.Capacitor currents shown. It can be seen that at low capacitor currents a constant threshold SW is fixed. From a definable capacitor current, the characteristic assumes a linearly increasing shape in order to achieve a stabilization of the threshold value SW, even at high capacitor currents.
Diesen Schwellenwert SW darf die Differenz zwischen dem Modellspannungswert ÜM und dem Kondensatorspannungsmesswert U nicht überschreiten, so dass für den fehlerfreien Fall derThis threshold value SW may not exceed the difference between the model voltage value Ü M and the capacitor voltage measurement value U, so that, for the error - free case, the
Kondensatoranordnung gilt :Capacitor arrangement applies:
SW≥ Uu-U14 (4) Ist diese Ungleichung (4) nicht erfüllt so wird von der Vergleichseinrichtung 25 ein Fehlersignal erzeugt, dass das Schutzgerät zur Abgabe eines Auslösesignals A an den Leis- tungsschalter 22 veranlasst.SW ≥ Uu-U 14 (4) If this inequality (4) is not fulfilled, the comparison device 25 generates an error signal which causes the protective device to emit a trigger signal A to the power switch 22.
Um die Kondensatoranordnung außerdem vor unzulässig hohen Kondensatorströmen zu schützen, bricht die Kennlinie bei einem maximal zulässigen Kondensatorstrom Imax ab, so dass bei allen Kondensatorströmen oberhalb von Imax ein Auslösesignal A an den Leistungsschalter 22 abgegeben wird.In order to protect the capacitor assembly also against impermissibly high capacitor currents, the characteristic breaks off at a maximum allowable capacitor current I max , so that at all capacitor currents above I max a trigger signal A is delivered to the circuit breaker 22.
Die schraffierte Fläche in dem Kennliniendiagramm gemäß Figur 5 zeigt den so genannten Auslösebereich an; fällt die Diffe- renz eines Wertepaares aus Modellspannungswert ÜM und Kondensatorspannungswert Ü in den Bereich des schraffierten Auslösefeldes, so wird ein Auslösesignal A von dem Schutzgerät an den Leistungsschalter 22 abgegeben. The hatched area in the characteristic diagram according to FIG. 5 indicates the so-called triggering area; If the difference of a value pair of model voltage value Ü M and capacitor voltage value Ü falls within the range of the hatched triggering field, then a trigger signal A is output from the protective device to the power switch 22.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen Fehler in einer Kondensatoranordnung (12) in einem elektrischen Energieversorgungsnetz angibt, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:A method of generating an error signal indicative of an error in a capacitor array (12) in an electrical power grid, comprising the steps of:
- Messen eines Kondensatorstrommesswertes (ϊ) , der den Strom angibt, der durch die Kondensatoranordnung (12) fließt;- measuring a Kondensatorstrommesswertes (ϊ), which indicates the current flowing through the capacitor assembly (12);
- Berechnen eines zu dem Kondensatorstrommesswert (I) gehö- renden Modellspannungswertes (ÜM) durch Multiplikation desCalculating a model voltage value (Ü M ) belonging to the capacitor current measured value (I) by multiplying the
Kondensatorstrommesswertes (ϊ) mit einer die Kondensatoranordnung (12) beschreibenden Übertragungsfunktion,Capacitor current measured value (ϊ) with a transfer function describing the capacitor arrangement (12),
- Messen eines Kondensatorspannungsmesswertes (Ü) , der die an der Kondensatoranordnung (12) anliegende Spannung angibt; - Vergleichen des Kondensatorspannungsmesswertes (0) mit dem Modellspannungswert (0M) ; und- measuring a capacitor voltage measurement value (Ü) indicating the voltage applied to the capacitor arrangement (12); Comparing the capacitor voltage measurement value (0) with the model voltage value (0 M ); and
- Erzeugen des Fehlersignals, wenn die Differenz zwischen dem Kondensatorspannungsmesswert (U) und dem ModellspannungswertGenerating the error signal when the difference between the capacitor voltage reading (U) and the model voltage value
(ÜM) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.(Ü M ) exceeds a predetermined threshold.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass2. Method according to claim 1, characterized in that
- der Kondensatorstrommesswert (I) als komplexer Stromzeiger und der Kondensatorspannungsmesswert (U) als komplexer Span- nungszeiger gemessen werden und der Modellspannungswert (ÜM) als komplexer Spannungszeiger berechnet wird.- The capacitor current measurement (I) is measured as a complex current vector and the capacitor voltage measurement (U) as a complex voltage vector and the model voltage value (Ü M ) is calculated as a complex voltage vector.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - der vorgegebene Schwellenwert eine Funktion darstellt, die in Abhängigkeit von dem Kondensatorstrommesswert (ϊ) berechnet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that - the predetermined threshold value represents a function which is calculated in dependence on the Kondensatorstrommesswert (ϊ).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
- die Übertragungs funkt ion fortlaufend an den Zustand der Kondensatoranordnung (12) angepasst wird.- The transmission func ion is continuously adapted to the state of the capacitor arrangement (12).
5. Verfahren nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass5. The method of claim 4, wherein a
- zur Anpassung der Übertragungsfunktion mittels eines Para- meterschätzverfahrens unter Verwendung des erfassten Konden- satorstrommesswertes (ϊ) und des erfassten Kondensatorspan- nungsmesswertes (U) zumindest ein die elektrische Kapazität (C) der Kondensatoranordnung (12) enthaltender Parameter der Übertragungsfunktion bestimmt wird und die Übertragungsfunk- tion unter Verwendung des geschätzten Parameters berechnet wird.for the adaptation of the transfer function by means of a parameter estimation method using the detected capacitor current measurement value (ϊ) and the detected capacitor voltage measurement value (U), at least one parameter of the transfer function containing the electrical capacitance (C) of the capacitor arrangement (12) is determined; Transfer function is calculated using the estimated parameter.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass6. The method according to claim 5, characterized in that a
- zur Anpassung der Übertragungsfunktion mittels des Pararae- terschätzverfahrens auch der dielektrische Widerstand (RD) der Kondensatoranordnung (12) bestimmt wird.- Also, the dielectric resistance (R D ) of the capacitor arrangement (12) is determined to adapt the transfer function by means of Parara- terschätzverfahrens.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - als Übertragungsfunktion die Funktion7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that - as a transfer function, the function
GUco) = RD -GUco) = R D -
U D l+jωRDC mit G(jω) : Übertragungsfunktion; j: ' imaginäre Einheit, wobei y=V—1 ; eo: Kreisfrequenz; RD : dielektrischer Widerstand der UD l + jωR D C with G (jω): transfer function; j: ' imaginary unit, where y = V-1; eo: angular frequency; R D : Dielectric resistance of the
Kondensatoranordnung; C : Kapazität der Kondensatoranordnung oder eine hiervon abgeleitete mathematische Beschreibung der Kondensatoranordnung (12) verwendet wird.Capacitor arrangement; C: Capacitance of the capacitor arrangement or a mathematical description of the capacitor arrangement (12) derived therefrom is used.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass8. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h e c e n e c e in that e
- das Fehlersignal auch erzeugt wird, wenn der Kondensator- strommesswert (ϊ) einen vorgegebenen Maximalstromwert überschreitet.- The error signal is also generated when the capacitor current measurement (ϊ) exceeds a predetermined maximum current value.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass9. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h e c e n e c e in that e
- bei einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz das Verfahren jeweils für jede Phase (z.B. 21) der Kondensatoranordnung (12) durchgeführt wird.in the case of a multi-phase power supply network, the process is carried out in each case for each phase (for example 21) of the capacitor arrangement (12).
10. Elektrisches Schutzgerät (100, 110) zum Schutz einer Kondensatoranordnung (12) eines elektrischen Energieversorgungs- netzes mit - einer Messwerterfassungseinrichtung (23) zum Erfassen von10. Electrical protection device (100, 110) for protecting a capacitor arrangement (12) of an electrical power supply network with - a measured value detection device (23) for detecting
Kondensatorstrommesswerten (I) , die den durch die Kondensatoranordnung (12) fließenden Strom angeben, und zum Erfassen von Kondensatorspannungsmesswerten (U) , die die an der Kondensatoranordnung (12) anliegende Spannung angeben; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dassCapacitor current readings (I) indicative of the current flowing through the capacitor array (12) and for sensing capacitor voltage readings (U) indicative of the voltage applied to the capacitor array (12); d a d u r c h e c e n c i n e s that
- das elektrische Schutzgerät (100, 110) eine Verarbeitungs- einrichtung (24) aufweist, die aus jedem erfassten Kondensa- torstrommesswert (I) mittels einer die Kondensatoranordnung (12) beschreibenden Übertragungsfunktion einen entsprechenden Mode11spannungswert (ÜM) berechnet und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Modellspannungswert (UM) und dem erfassten Kondensatorspannungsmesswert (U) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. the electrical protection device (100, 110) has a processing device (24) which calculates a corresponding mode voltage value (Ü M ) from each detected capacitor current measured value (I) by means of a transfer function describing the capacitor arrangement (12) and generates an error signal, when the difference between the model voltage value (U M ) and the detected capacitor voltage measurement (U) exceeds a predetermined threshold.
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