DE3636367C2

DE3636367C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Entfernung und der Richtung von Erdschlüssen in isolierten und kompensierten Starkstromnetzen

Info

Publication number: DE3636367C2
Application number: DE19863636367
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Prof Dr Koglin; Peter Dipl Ing Schegner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Areva Energietechnik GmbH
Priority date: 1986-10-25
Filing date: 1986-10-25
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2006-10-26
Also published as: DE3636367A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung der Entfernung und der Richtung von Erdschlüssen in isolierten oder kompensierten Starkstromnetzen vom Ort einer Meßeinrichtung aus und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die heute in isolierten oder kompensierten Netzen eingesetzten Erdschlußrelais liefern für jede Leitung getrennt nur einen Richtungsentscheid (Fehler leitungsseitig oder Fehler sammelschienenseitig). Im Erdschlußfall werden die Richtungsentscheidungen aller Relais zur Netzleitstelle gemeldet und dort ausgewertet. Dieses sehr aufwendige und zeitintensive Verfahren ist erforderlich, da die Anzeige aller bisher verwendeten Erdschlußrelais nur unzureichend zuverlässig ist. Die in der Netzwarte vorhandenen Informationen über die Richtungsentscheide aller Erdschlußrelais können nur bedingt von Rechnern ausgewertet werden, da die Richtungsentscheide der Relais oft widersprüchlich sind. Häufig kann nur ein erfahrener Betriebsmann mit Hilfe der in der Warte vorhandenen Information auf die fehlerbetroffene Leitung schließen. Aufgrund dieser Tatsachen wird bisher, bis auf wenige Ausnahmen, kein Erdschlußrelais als echtes Schutzrelais mit Schaltbefugnis eingesetzt.

Bekannt ist ein Verfahren zur Fehlerortseingrenzung auf Leitungen, bei dem der Zeitverlauf der Augenblickswerte von Strom und Spannung am Meßort im Bereich der sich an einen Fehlereintritt anschließenden Ausgleichs- und Ausbreitungsvorgänge ausgewertet wird. Jede Meßwerterfassung erstreckt sich über ein Zeitintervall, das der doppelten Wellenlaufzeit zwischen dem Meßort und dem jeweiligen Auswertungsort entspricht und umfaßt mindestens zwei Paare von gleichzeitigen Strom- und Spannungswerten am Meßort. Für jeden Auswertungsort wird aus den Leitungsgleichungen unter Verwendung der Meßgrößen eine Bewertungsfunktion gebildet, die zur Auslösung eines Fehlersignals mit mindestens einem Bezugswert verglichen wird (DE 23 08 489 B2). Es ist auch eine Anordnung zur Fehlerortsbestimmung bekannt, mit der die Ströme und Spannungen vor und nach dem Auftreten eines Fehlers gemessen und zur Bestimmung des Fehlerorts ausgewertet werden.

Aus diesen Meßwerten und aus der Ausbreitungskonstante der Übertragungsleitung sowie einer weiteren Charakteristik der Übertragungsleitung wird der Abstand zwischen dem Ende der Übertragungsleitung und dem Fehlerort berechnet. Die bekannte Anordnung ist jedoch nicht für die Feststellung von Fehlerorten und Fehlerrichtungen in isolierten und kompensierten Netzen bestimmt und geeignet (DE 29 32 929 C2).

Weiterhin ist ein Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung bekannt, bei dem nach Eintritt eines Fehlers die Ströme und Spannungen durch Abtastung im Kilohertzbereich gemessen und digitalisiert werden. Dabei werden die nach Eintritt eines Fehlers auf der Leitung entstehenden Wanderwellen durch je drei innerhalb einer Viertelperiode gemessene Strom- und Spannungswerte erfaßt und zur Bestimmung von Ort und Richtung des Fehlers ausgenutzt (DE 32 39 239 A1).

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Feststellung von Fehlern in geerdeten Übertragungsnetzen werden Ströme und Spannungen beiderseits eines überwachten Leitungsabschnitts gemessen und nach Ablauf einer Verzögerungszeit miteinander verglichen, um daraus einen Rückschluß auf einen Fehler zu ziehen (US 3 590 368).

Schließlich ist ein Verfahren zur Feststellung des Fehlerorts auf einer Übertragungsleitung bekannt, mit dem der Strom bereits in fehlerfreien Zustand der Übertragungsleitung gemessen und von dem im Fehlerfalle auftretenden Strom subtrahiert wird. Das Verfahren ist für Netze mit geerdetem Sternpunkt geeignet. Die Ströme und Spannungen werden abgetastet und mit einem Analog/Digital-Umsetzer digitalisiert (US 4 314 199).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Feststellung der Richtung und der Entfernung von Erdschlüssen in isolierten oder kompensierten Starkstromnetzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen bzw. durch die im Anspruch 12 angegebene Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 und 13, 14 angegeben.

Das in Anspruch 1 angegebene digitale Erdschlußdistanzschutzverfahren für isolierte und kompensierte Netze bestimmt im Fehlerfall die Fehlerrichtung und -entfernung. Dadurch läßt sich mit diesem Verfahren ähnlich wie beim Distanzschutz vorteilhafterweise ein Staffelschutz aufbauen.

Die Parameter der erdschlußbehafteten Leitung werden auf der Basis eines Leistungsmodells des Starkstromnetzes bestimmt, für die Ermittlung der Fehlerentfernung ausgewertet und mit der Länge einer zu schützenden Leitung verglichen.

Der Erdschluß befindet sich innerhalb der zu schützenden Leitungsstrecke, wenn die Parameter kleiner als die Länge der Leitung sind. Es können statt der Leiterströme und der Leitererdspannungen der Nullstrom und die Nullspannung gemessen werden. Es wird vorzugsweise die Nullspannung überwacht und mit einem Schwellwert verglichen, der mindestens auf 25% der Nennspannung des Starkstromnetzes eingestellt ist. Bei einem Erdschluß steigt die Nullspannung stark an, wobei der Schwellenwert überschritten wird. Zweckmäßigerweise werden eine Reihe aufeinanderfolgender Überschreitungen des Schwellwertes als Charakteristikum für einen Erdschluß ausgewertet. Sobald ein Erdschluß erkannt ist, wird die Datenspeicherung so gesteuert, daß nicht nur Meßwerte vor sondern auch Meßwerte nach dem Erdschluß gespeichert werden, die danach ausgewertet werden. Die vorgegebene Zeitspanne ist zweckmäßigerweise kleiner als eine Sekunde. Diese Zeit reicht aus, um aus den Meßwerten die Fehlerentfernung und die Richtung des Fehlers bestimmen zu können.

Der Erdschluß befindet sich innerhalb der zu schützenden Leitungsstrecke, wenn die Parameter kleiner als die Länge der Leitung sind.

Vorzugsweise werden für die Fehlerfeststellung diejenigen Ausgleichsvor gänge herangezogen, bei der der Umladung des Nullsystems bei Erdschluß auftreten. Durch die oben erwähnte hochfrequente Abtastung sind bei einem Erdschluß die Ausgleichsvorgänge aus den Meßwerten der Leiterströme und Leitererdspannungen bzw. des Nullstroms und der Nullspannung herleitbar. Die Abtastfrequenz liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 5 und 10 kHz. Durch die hohe Abtastfrequenz und eine entsprechende Länge der vorgegebenen Zeitspanne lassen sich die gesamten Ausgleichvorgänge aus werten. Erdschlüsse können hierdurch eindeutiger erkannt werden als mit dem Erdschlußwischerrelais, das die erste Aufladeschwingung der Null systemgrößen bestimmt und keine Information über die Entfernung zwischen Meßort und Erdschlußstelle erzeugt.

Die Spannungswandler brauchen nicht für die Abtastfrequenz, sondern für das Frequenzspektrum der Ausgleichsschwingungen ausgelegt sein. Durch die hochfrequente Abtastung wird die Möglichkeit der Protokollierung von Feh lern erst wirklich realisiert, da erst mit einem bei dieser Abtastfre quenz gewonnenen Datensatz eine exakte Analyse der Messung durchgeführt werden kann.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß aus den auf den Sekundärseiten von Strom- und Spannungswandlern erfaßten Meß werten mittels der Wandlerübertragungsfunktionen die primärseitigen Ströme und Spannungen bestimmt werden, die für die Feststellung der Ent fernung und Richtung des Fehlerorts weiterverarbeitet werden. Das oben beschriebene Verfahren läßt sich auch mit Hilfe von z. Zt. üblichen Strom- und Spannungswandlern ausführen, die für höhere Frequenzen eine un günstige Übertragungscharakteristik aufweisen. Die Wandlerübertragungs funktion für den jeweiligen Strom- oder Spannungswandler ist beispiels weise durch eine Messung bekannt.

Die Meßwerte können in einem digitalen Tiefpaßfilter verarbeitet werden, dessen Eckfrequenz auf die Ausgleichsvorgänge bei Erdschlüssen im Stark stromnetz ausgelegt ist. Es ist auch möglich, die Meßwerte in einem digi talen Bandpaß zu verarbeiten, dessen Bandbreie auf die Ausgleichsvorgänge bei Erdschlüssen im Starkstromnetz ausgelegt ist.

Ein Problem stellt unter Umständen die benötigte Auflösung der A/D-Wandlung dar. Besonders kritisch, von der meßtechnischen Seite, sind die beim Erdschluß auftretenden Spannungen. Da zur Berechnung der Parameter das Spannungssignal des fehlerbetroffenen Leiters benutzt wird, muß gewähr leistet sein, daß dieses Signal auch im Bereich ±10 Prozent der Nenn spannung mit einer genügend großen Auflösung gemessen wird.

Eine bevorzugte Lösung für dieses Problem ist der Einsatz von 12-Bit- A/D-Wandlern, die in diesem Spannungsbereich auch dann noch mit einer genügend großen Auflösung arbeiten, wenn gleichzeitig in den fehlerfreien Leitern noch die -fache Nennspannung erfaßt werden soll.

Sollen aber aus Kostengründen bei der Spannungsmessung 8-Bit-Wandler eingesetzt werden, so kann der Spannungsmeßkreis z. B. für einen Bereich ±50% Nennspannung ausgelegt werden. Dadurch ist gewährleistet, daß das Spannungssignal im interessierenden Bereich mit einer genügend großen Auflösung gemessen wird, allerdings werden die Spannungen der fehlerfreien Leiter nicht mehr erfaßt.

Das oben beschriebene Erdschlußdistanzschutzverfahren ermöglicht im Gegen satz zu allen bisher in isolierten oder kompensierten Netzen eingesetzten Erdschlußrelais eine echte Schutzeinrichtung mit automatischer Schalter auflösung. Es unterscheidet sich von seiner Konzeption und von seinem funktionalen Aufbau prinzipiell von allen bisher bekannten Erdschluß relais.

Das Schutzverfahren arbeitet mit einer Anregung. Das heißt, bestimmte Funktionen und Abläufe werden erst nach Eintreten einer Anregebedingung aktiviert. Dieses Verfahren ist für den Erdschlußschutz in kompensierten Netzen aus folgendem Grund günstig. Im Gegensatz zu starr geerdeten Netzen, in denen jeder Erdschluß ein Kurzschluß darstellt, der eine so fortige Beseitigung des Fehlers erfordert, sind hier Sofortmaßnahmen (mit Auslösezeiten kleiner einer Sekunde) nicht unbedingt erforderlich, ja sogar unerwünscht.

Die Arbeitsweise des neuen Erdschlußdistanzschutzverfahrens läßt sich in drei wesentliche Teilmerkmale gliedern:

- Das erste Merkmal ist einem Transientenrekorder vergleichbar, das heißt, es handelt sich hierbei um eine reine Datenerfassungsfunktion, bei der noch keine Auswertung vorgenommen wird. Dadurch ist es möglich, die benötigten Signale mit einer relativ hohen Abtastfrequenz zu messen. Diese Funktion des Schutzes ist im Normalbereich ständig aktiv. Genauso wie in einem Transientenrekorder wird ein bestimmter Speicherbereich zyklisch überschrieben, bis diese Funktion gezielt gestoppt wird.
- Das zweite Merkmal entspricht einer Triggerfunktion. Dieses Merkmal liefert das Anregesignal, das das erste Merkmal definiert anhält und das dritte Merkmal aktiviert. Dieses Merkmal kann sowohl softwaremäßig z. B. durch Überprüfen einer Triggerbedingung anhand der erfaßten Meßwerte, als auch hardwaremäßig realisiert werden. Es ist auch eine Kombination dieser Varianten möglich.
- Das dritte Merkmal beinhaltet die Parameteridentifikation. Innerhalb dieses Merkmals wird die Analyse der erfaßten Daten durchgeführt. Das neue an diesem Konzept ist, daß die Auswertung erst nach vollständiger und abgeschlossener Erfassung der Daten durchgeführt wird (Post mor tem-Analyse). Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß ein abge schlossener, fest vorgegebener und definierter Datensatz auf verschie dene Art und Weise und unter Berücksichtigung der Ergebnisse vorher gehender Berechnungen analysiert werden kann. Erst dadurch ist es mög lich, die in einem zeitlichen Verlauf enthaltenen Informationen voll ständig zu entschlüsseln.

Durch die vorgestellten Verfahrensschritte können völlig unterschiedliche und von der Messung unabhängige Identifikationsverfahren zur Fehlerlokali sation eingesetzt werden, so daß sich die Ergebnisse miteinander vergleichen lassen. Die Analyse kann auf verschiedenen Methoden zur Parameter identifikation beruhen. Vorteilhaft ist es, wenn verschiedene Leitungs modelle zugrundegelegt werden, die nebeneinander eingesetzt werden. All diesen möglichen Identifikationsverfahren gemeinsam ist, daß auf Grund der gemessenen zeitlichen Verläufe von Strömen und Spannungen am Einbauort der Schutzeinrichtung die Parameter eines zunächst beliebigen Leitungsmodells identifiziert werden. Die zur Bestimmung der Fehlerentfernung herange zogenen Parameter können zum Beispiel die Leitungsinduktivität, die Kapa zitäten oder eine andere Leitungskonstante sein. Aufwendige Identifika tionsverfahren sind anwendbar, da ein Erdschluß in isolierten oder kom pensierten Netzen nicht zeitkritisch ist und Reaktionszeiten im Sekunden bereich zulässig sind. Auf diese Weise kann die Entfernung bis zum Fehler ort genau bestimmt werden.

Durch das erfindungsgemäße Konzept ist es zum erstenmal möglich, in iso lierten oder kompensierten Netzen nach dem Eintreten eines Erdschlusses nicht nur die Richtung, sondern auch die Fehlerentfernung zu bestimmen. Ein besonderer Vorteil ist, daß auch bei Erdschlußwischern nicht nur ein Richtungsentscheid, sondern auch eine Fehlerentfernung bestimmt werden kann, so daß es möglich ist, sich langsam abzeichnende Schwachstellen im Netz zu lokalisieren, bevor es zu einem stehenden Erdschluß oder Kurz schluß an dieser Stelle kommt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11 besteht erfindungsgemäß darin, daß Strom- und Spannungswandler vor einem zu schützenden Leitungsabschnitt sekundärseitig mit einer Abtast- und Halteschaltung verbunden sind, deren Ausgang über einen Multiplexer an einen Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen ist, der mit einem Bus eines Mikrocomputers verbunden ist, der über eine Eingabe-, Ausgabeschaltung mit einer eine Entfernungsanzeige aufweisenden Meldeein richtung und/oder mit wenigstens einem im Zuge der zu schützenden Leitung angeordneten Schalter verbunden ist.

Ausgestaltungen und Weiterbildung der Vorrichtung sind in den An sprüchen 13 und 14 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines Starkstomnetzes,

Fig. 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines erdschlußbehafteten Leiters,

Fig. 3 ein Diagramm der für die Erzeugung eines Erdschlußdistanzschutzes vorgesehene Verfahrensschritte

Fig. 4 ein Zeitdiagramm mit der Fehlerentfernung in Ordinatenrichtung und der Feststellungszeit in Abszissenrichtung für einen simu lierten Datensatz,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm mit der Fehlerentfernung in Ordinatenrichtung und der Feststellungszeit in Abszissenrichtung für einen ge messenen Datensatz,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm mit der Fehlerentfernung in Ordinatenrichtung und der Feststellungszeit in Abszissenrichtung für zwei, an unterschiedlichen Stellen im Netz auftretende Fehler,

Fig. 7 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Feststellung der Entfernung und der Richtung von Erdschlüssen in isolierten und kompensierten Starkstromnetzen,

Fig. 8 ein Schaltbild einer mehrere Leitungsabschnitte aufweisenden Anordnung, wobei die Leitungsabschnitte am Beginn je einen Schalter aufweisen.

Um die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nachzuweisen, wurden die Ausgleichsvorgänge beim Erdschlußeintritt sowohl mit einem Simulationsprogramm berechnet als auch an einem Drehstromdemonstrations modell gemessen. Die hieraus gewonnenen Datensätze wurden für die Unter suchungen ausgewertet.

Die Fig. 1 zeigt für ein Drehstromnetz das Ersatzschaltbild mit den Resistanzen R und den Reaktanzen L und C, die, da ein Fehler im Abstand x bzw. z von Schutzeinrichtungen angenommen wurde, mit x und z bezeichnet wird.

Der erdschlußbehaftete Leiter kann ohne Berücksichtigung der Kapazitäten vereinfacht durch Fig. 2 dargestellt werden.

Aus Fig. 2 ergibt sich für die Impedanz bis zum Fehlerort folgender Zu sammenhang:

wobei die mit einem Strich versehenen Größen längenbezogen sind, während x den Abstand zwischen Meßstelle und Fehlerort bezeichnet.

Die Ausgleichsvorgänge erdschlußbehafteter Leiter können nach Bild Fig. 2 durch eine Differentialgleichung 1. Ordnung nach Gl. (3.1) beschrieben werden.

Der Index A weist darauf hin, daß für die Berechnung die Werte der mittel frequenten Ausgleichsschwingungen verwendet werden.

Die tatsächlich während eines Erdschlusses gemessenen Ausgleichsvorgänge enthalten neben den mittelfrequenten Ausgleichsschwingungen einen Gleichan teil, eine 50 Hz Komponente und höherfrequente Ausgleichsschwingungen. Da die Differentialgleichung durch Integration gelöst wird, wirkt sich bei diesem gewählten Verfahren ein Gleichanteil störend aus. Mit Hilfe der folgenden Methode soll das störende Gleichglied während der Impedanzbe rechnung eliminiert werden.

Die Differentialgleichung wird bei diesem Verfahren durch die Integration über vier aufeinanderfolgende gleich große Zeitintervalle t₁ bis t₂ bis t₃ bis t₄ und t₄ bis t₅ gelöst. Für die Augenblickswerte der mittelfrequenten Ausgleichsschwingung kann unter Berücksichtigung des Gleichgliedes ge schrieben werden.

u_A = u_M - u_GL (3.2)

i_A = i_M - i_GL (3.3)

Dadurch ergeben sich die Gln. (3.4) bis (3.7)

Die Integrale über die Gleichanteile sind in allen Integrationsintervallen gleich groß. Durch Substraktion von Gl. (3.6) und Gl. (3.7) von Gl. (3.5) ergibt sich:

Die Resistanz R und die Induktivität L lassen sich aus den Gl. (3.8) und (3.9) wie folgt berechnen:

Die Integrale lassen sich nach der Trapezregel lösen, wobei es sich ge zeigt hat, daß es bei einer Abtastfrequenz von 5-10 kHz genügt, etwa 4 bis 6 Meßwerte zu einem Integral zusammenzufassen. Die Richtung des Fehler orts ergibt sich aus dem Vorzeichen, d. h. bei einem negativen Vor zeichen befindet sich der Fehlerort vor der Meßstelle (in Richtung der Energiequelle). Es können auch Leitungsmodelle verwendet werden, denen T- oder π- oder kompliziertere Ersatzschaltbilder zugrunde gelegt sind.

Durch Meßungenauigkeiten bei der A/D-Wandlung und durch die höherfre quenten Ausgleichsschwingungen treten bei der Impedanzberechnung Fehler auf. Mit Hilfe eines Bandpasses ist es möglich, diese Störungen herauszu filtern. Da die Frequenz der Ausgleichsschwingungen je nach Netzgröße zwischen 70 Hz und 4 kHz schwankt, sind die Kennwerte des Bandpasses dem jeweiligen Netz anzupassen.

Dagegen sind digitale Tiefpaßfilter relativ einfach durch Parameterände rung für verschiedene Eckfrequenzen auszulegen. Nach der Tiefpaßfilterung besteht das gemessene Signal im wesentlichen nur noch aus Anteilen, die sich gut für die Weiterverarbeitung eignen.

Das oben beschriebene Erdschlußdistanzschutzverfahren, das auf dem ein fachen Leitungsmodell 1. Ordnung beruht (Gleichung 2.2), wurde mit Hilfe ver schiedener Datensätze getestet. Es wurden dabei sowohl Ergebnisse aus Simulationsrechnungen als auch Messungen an einem Drehstromdemonstra tionsmodell verwendet.

In den ersten beiden Beispielen werden für das gleiche Netz, mit dem gleichen Fehler, die Ergebnisse der Fehlerentfernungsberechnung gezeigt, wobei im ersten Fall der Datensatz aus einer Simulation und im zweiten Fall aus einer Messung stammt. Das Ergebnis des zweiten Falls ist um so erstaunlicher, als bei der Spannungsmessung in diesem Bereich nur noch das letzte Bit ausgesteuert war. Das dritte Beispiel zeigt die Ergebnisse der Distanzberechnung für zwei unterschiedliche Fehlerorte auf einer Doppel leitung. Diese Datensätze stammen aus Messungen.

Dargestellt sind jeweils die Ergebnisse des oben erläuterten vorgestellten Verfahrens, die zeitliche Entwicklung des Mittelwertes und die tatsäch liche Fehlerentfernung.

Gemäß Fig. 3 läuft eine Meßwerterfassungsroutine ab, durch die insbe sondere ein Speicher zyklisch mit den bei einer Abtastfrequenz von z. B. 8 kHz gewonnenen Meßwerten der Leiterströme und der Leitererdspannungen gefüllt wird. Die bereits gespeicherten Werte werden durch die aktuellen Werte überschrieben. Die Meßwerte werden mit der Triggerbedingung ver glichen, d. h. bei einer Nullspannung von mehr als 25% der Nenn spannung wird der Vergleich vorzugsweise über einige Abtastperiodenzeiten fortgeführt, wobei die Zahl der aufeinanderfolgenden Schwellwertüber schreitungen vorgebbar ist. Wird die festgelegte Zahl von Schwellwert überschreitungen erkannt, dann wird die Meßwerterfassung und Meßwert speicherung unterbrochen. Es schließt sich die Erdschlußdistanzbestimmung an, die z. B. auf der oben angegebenen Gleichung 3.1 aufbaut. Die Erd schlußdistanzbestimmung liefert eine Zahl, deren Wert die Entfernung des Fehlerorts von der Meßstelle und deren Vorzeichen die Richtung angibt. Bei einem Fehler in Rückwärtsrichtung, d. h. einem Fehlerort vor dem Meßort, ist das Vorzeichen negativ. In diesem Fall wird nur eine Meldung erzeugt. Liegt ein Fehler nach dem Meßort vor, dann werden die Staffelzeiten auf grund der Fehlerentfernung bestimmt. Wenn die Staffelzeit bestimmt ist, wird der oben erläuterte Vorgang wiederholt, bis die Staffelzeit abgelaufen oder der Erdschluß nicht mehr vorhanden ist. Ergibt sich aus den Daten am Ende der Staffelzeit, daß der Erdschluß noch vorhanden ist, wird ein Schalter vor der Fehlerstelle geöffnet. Ist kein Erdschluß mehr vorhanden, wird eine Meldung erzeugt.

Eine in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des oben be schriebenen Verfahrens enthält einen mit 1 bezeichneten, zu schützenden Leitungsabschnitt, dem ein Leistungsschalter 2 vorgeschaltet ist. Nach dem Leistungsschalter 2 sind im Zuge der Leitung 1 Spannungswandler 3 und Stromwandler 4 vorgesehen.

Die Spannungswandler liefern auf ihrer Sekundärseite Meßwerte der Leiter erdspannungen der drei Phasen des Netzes, nämlich U_R, U_S, U_T und die Null spannung U₀ auf Kanälen 5, 6, 7 und 8. Die Stromwandler 4, die ebenso wie die Spannungswandler nur einphasig gezeichnet sind, liefern auf der Sekun därseite Meßwerte der Leiterströme der drei Phasen i_R, i_S, i_T und den Nullstrom i₀ auf Kanälen 9, 10, 11 und 12.

Die Kanäle 5 bis 12 sind je an einen Eingang einer Abtast- und Halte schaltung 13 gelegt, die z. B. mit 8 kHz die Signale je auf den Kanälen 8 bis 12 abtastet. Die Ausgänge der Abtast- und Halteschaltung 13 sind mit Eingängen eines Multiplexers 14 verbunden, dem ein Analog-Digital-Um setzer 15 nachgeschaltet ist. Der Analog-Digital-Umsetzer 15 ist an einen Bus 16 eines Mikrocomputers 17 angeschlossen, der z. B. ein ROM 18 für das Programm, ein RAM 19 und eine CPU 20 sowie Eingabe-, Ausgabeschal tungen 21 enthält. Es ist ferner ein Taktgeber 22 vorgesehen, der die Abtast- und Halteschaltung 13, den Muliplexer 14 ebenso wie den Mikro computer 17 steuert. Der Kanal 8 ist an einen Komparator 23 angeschlossen dem an einem zweiten Eingang ein Schwellwert, der z. B. 25% der Nenn spannung entspricht, zugeführt wird. Der Ausgang des Komparators 23 ist an die Eingabe-, Ausgabeschaltung 21 angeschlossen, über die auch der Leistungsschalter 2 gesteuert wird.

Gemäß Fig. 8 sind für drei Leitungsabschnitte 24, 25, 26 jeweils Lei stungsschalter 27, 28, 29 vorgesehen, die gemeinsam an eine Erdschluß distanzschutzvorrichtung 30 angeschlossen sind, die den in Fig. 7 dar gestellten Aufbau hat, jedoch über drei Ausgänge mit Leistungsschaltern verbunden ist. Für die Leistungsschalter 27, 28, 29 sind unterschiedliche Staffelzeiten vorgesehen.

Zahlreiche der zur Zeit in Netzen vorhandenen Strom- und Spannungswandler rufen aufgrund ihres Übertragungsverhaltens Verzerrungen der höherfre quenten Anteile der Ströme bzw. Spannungen auf der Sekundärseite hervor. Die Übertragungsfunktion dieser Strom- und Spannungswandler ist bekannt oder kann durch Messungen festgestellt werden. Im Mikrocomputer 17 sind die Übertragungsfunktionen der Strom- und Spannungswandler 4, 3 gespeichert. Sobald die Triggerbedingung erfüllt ist, werden zuerst mittels der Übertragungsfunktionen der Wandler die unverzerrten primären Leiterströme und Leitererdspannungen bzw. die Nullspannung und der Nullstrom bestimmt. Der Erdschlußdistanzbestimmung werden dann diese Größen zugrunde gelegt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß übliche, kostengünstige Wandler verwendet werden können. Es ist daher möglich, die Erdschlußdistanzbe stimmungsvorrichtung in bestehenden Anlagen an die vorhandenen Wandler anzuschließen.

Die Triggerbedingung ist so zu verstehen, daß im Erdschlußfall die Ein gabe von Meßwerten in den Speicher im Sinne eines Abbilds der Ströme und Spannungen vor und nach dem Zeitpunkt des Erdschlusses gesteuert wird. Der Meßwertspeicher enthält im Erdschlußfall z. B. 80% Meßwerte, die nach dem Eintritt des Erdschlusses festgestellt werden. An Hand dieser Meßwerte lassen sich die mittelfrequenten Vorgänge bestimmen, aus denen die Fehlerdistanz und die Fehlerrichtung gewonnen werden. Die mittelfre quenten Ausgleichsvorgänge gehen in relativ kurzer Zeit in stationäre Werte über.

Claims

1. Verfahren zur Feststellung der Entfernung und der Richtung von Erdschlüssen in isolierten oder kompensierten Starkstromnetzen vom Ort einer Meßeinrichtung aus, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterströme und Leitererdspannungen des Netzes durch schnelle Abtastung im Kilohertzbereich fortlaufend gemessen, digitalisiert und über eine vorgegebene Zeitspanne gespeichert werden, daß die Meßwerte mit vorgegebenen, für einen Erdschluß charakteristischen Werten verglichen werden, daß bei einem positiven Vergleichsergebnis die Messung unterbrochen wird und daß danach mit den in der letzten Zeitspanne vor der Untersuchung gespeicherten Meßwerte Ausgleichsvorgänge erfaßt und für die Feststellung der Entfernung und Richtung des Fehlerorts derart ausgewertet werden, daß auf der Basis eines Leitungsmodells des Starkstromnetzes Parameter der erdschlußbehafteten Leitung bestimmt werden, deren Vorzeichen die Fehlerrichtung angegeben und die zur Fehlerentfernungsfeststellung mit der Länge einer zu schützenden Leitung verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullstrom und die Nullspannung statt der Leiterströme und der Leitererdspannung gemessen, gespeichert und weiterverarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristischer Wert die Nullspannung auf eine Schwelle von mindestens 25% der Nennspannung des Starkstromnetzes eingestellt ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitspanne kleiner als oder gleich einer Sekunde ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Parameter der erdschließbehafteten Leitung die Impedanz L und die Reaktanz R nach folgenden Gleichungen bestimmt werden: worin mit t₁ bis t₂, t₂ bis t₃, t₃ bis t₄ und t₄ bis t₅ vier aufeinanderfolgende gleich große Zeitintervalle, mit i₁, i₂, i₃, i₄ die gemessenen Leiterströme zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄ mit u_M die gemessenen Leiterspannungen und mit i_M gemessenen Leiterströme während der entsprechenden Zeitintervalle bezeichnet sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fehlerentfernungsfeststellung diejenigen Ausgleichsvor gänge herangezogen werden, die bei der Umladung des Nullsystems bei Erdschlußeintritt auftreten.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz 5 bis 10 kHz beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den auf den Sekundärseiten von Strom- und Spannungswand lern erfaßten Meßwerten mittels der Wandlerübertragungsfunktionen die primärseitigen Ströme und Spannungen bestimmt werden, die für die Feststellung der Entfernung und Richtung des Fehlerorts weiter verarbeitet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in einem digitalen Tiefpaßfilter verarbeitet werden, dessen Eckfrequenz auf die Ausgleichvorgänge bei Erd schlüssen im Starkstromnetz ausgelegt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in einem digitalen Bandpaßfilter verarbeitet werden, dessen Bandbreite auf die Ausgleichvorgänge bei Erd schlüssen im Starkstromnetz ausgelegt ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbreite der Analog-Digital-Wandlung 12 bit beträgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strom- und Spannungswandler vor einem zu schützenden Leitungsabschnitt sekundärseitig mit einer Abtast- und Halte schaltung verbunden sind, deren Ausgang über einen Multiplexer an einen Analog-Digital-Umsetzer (15) angeschlossen ist, der mit einem Bus (16) eines Mikrocomputers (17) verbunden ist, der über eine Eingabe-, Ausgabeschaltung mit einer eine Entfernungsanzeige aufweisenden Meldeeinrichtung und/oder mit wenigstens einem im Zuge der zu schützenden Leitung angeordneten Schalter (2) ver bunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die am Spannungswandler (3) abgenommene Nullspannung einen Eingang eines Komparators (23) beaufschlagt, dessen anderer Ein gang mit einem einstellbaren Schwellwert gespeist wird, und daß der Ausgang des Komparators an einen Eingang der Eingabe-, Aus gabeschaltung (21) des Mikrocomputors (17) angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingabe-, Ausgabeschaltung mehrere, in unterschiedlichen Entfernungen zum Meßort im Zuge der zu schützenden Leitung angeordnete Schalter (27, 28, 29) angeschlossen sind.