DD201052A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erdschlussselektivierung in elektrischen energieuebertragungsnetzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdschlusselektivierung in elektrischen Energieuebertragungsanlagen und eine Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens. Die Erfindung ist mit der Voraussetzung in Netzen mit Resonanzsternpunkterdung anwendbar, dass Stichbetrieb vorliegt bzw. waehrend der Eingrenzung hergestellt wird. Erfindungsgemaess ist ein am erdschlussbehafteten Leitungsabgang auftretender Nullstromanstieg mittels eines Stromsteigerungsrelais messtechnisch erfassbar und schutztechnisch verarbeitbar. Der erste mit dem Erdschlusseintritt verbundene Nullstromanstieg wird eliminiert, der durch eine Uberkompensation erzeugte zweite Nullstromanstieg wird am erdschlussbehafteten Leitungsabgang messtechnisch erfasst. Fig. 2

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erdschlußselektivierung in elektrischen Energieübertragungsnetzen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdschlußselektivierung in elektrischen Energieübertragungsnetzen und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung kann in Hetzen mit Resonanzsternpunkt erdung angewendet werden vorausgesetzt, daß Stichbetrieb vorliegt bzw. während der Singrenzung vorübergehend hergestellt wird*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In Hetzen mit Resonanz-Sternpunkterdung kann eine selektive Erdschlußerfassung über den Wirkreststrom, über Ober-Schwingungserfassung oder mittels Auswertung von Einschwingungsvorgängen (DD-WP 31529, DD-WP 33992, DE-OS 2716839) erfolgen.

In Netzen mit Strahlenform oder offenen Ringen wird zur Erdschlußselektivierung auch die Erfassung der Größe eines vorübergehend zusätzlich aufgeprägten Fehlerstromes genutzt. Der Fehlerstrom wird erzeugt, indem ein niederohmiger Sternpunktwiderstand über ein einpoliges Schaltgerät nach Erdschlußeintritt der Löschspule kurzzeitig parallelgeschaltet wird.

Die Erdschlußselektivierung über diese kurzzeitige niederohmige Sternpunkt erdung (KIiOSPE) ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Die Empfindlichkeit bezüglich der erfaßbaren Pehlerimpedanzen Z- ist relativ gering.

Die Wirksamkeit -und die erreichbare Empfindlichkeit sind ' unmittelbar abhängig von der Teilerdschlußstromgröße und -verteilung und damit vom jeweiligen Schalt- und Ausbauzustand des Netzes. Die Sternpunkt-Hochspannungswiderstände erfordern in den Umspannwerken einen zusätzlichen Platzbedarf und sind in der Anschaffung kostenintensiv,.

Die bei niederohmigen Fehlern über einen relativ langen Zeitraum wirkende Zusatzbeanspruchung der Fehlerstelle sowie der Erdungsanlage am Aufstellungsort des Hochspannungswiderstandes kann zu einer Erhöhung der Gefährdung' von Menschen und Nutztieren führen- Der für die Fehlerortung erforderliche Wirkleistungsverbrauch, der im Hochspannungswiderstand in Wärme umgesetzt werden muß, ist relativ groß· Die für die kurzzeitige niederohmige Sternpunkterdung erforderliche Steuerautomatik erfordert einen hohen Aufwand* HauptUrsache für die relativ geringe Empfindlichkeit sowie für die damit verbundenen Abhängigkeiten von der jeweiligen Netzkonstellation beim Verfahren KHOSPS ist der Umstand, daß zur Bestimmung des ' Fehlerort es'die Größe eines zusätzlich aufgeprägten Wirk- - stromes meßtechnisch erfaßt und ausgewertet wird. Dabei wird die größte erreichbare Empfindlichkeit der messenden Relais bestimmt durch die Teilerdschlußströme der einzelnen leitungen, welche nicht zur Anregung der für die Nullstromerfassung vorgesehenen zusätzliphen Überstromrelais in den Leitungsabgängen führen dürfen. Die maximal auftretenden Teilerdschlußströme verändern sich mit der Art und Länge der jeweils angeschlossenen Leitungen·

Der zusätzliche Nullstrom selbst kann nicht beliebig gesteigert werden· Seine Größe ist nicht nur abhängig von der Resistanz des verwendeten Hochspannungswiderstandes und der Fehlerortentfernung, sondern wird in erster Linie bestimmt vom Fehlerwiderstand Rj₁ an der Erdschlußstelle. Damit liegt die größte, praktisch realisierbare Empfindlichkeit der messenden Relais im 20 kV-Netz bei Yerwendung von derzeitig lieferbaren 200 A-Widerstanden bei ^Rj a 100 bis 200 0hm· Nachteilig wirkt sich insbesondere

bei großen Fehlerwiderständen auch der mit der Sternpunktwiderstand-Einschaltung verbundene Rückgang der Sternpunktverlagerungsspannung aus, welcher zu einer fortwährenden erfolglosen Ein- und Ausschaltung des Sternpunktwiderstandes führen kann, der dadurch thermisch überbelastet und in hohem Maße gefährdet wird»

Bei vorliegender Überkompensation kann es weiterhin bereits beim Erdschlußeintritt (vor der Erdschlußmeldung und R-p^-Binschaltung) zur Leitungsabschaltung bzw, Signa !ausgabe kommen.

Bekannt sind auch Verfahren, bei denen ein Zusatzstrom durch zeitweiliges Anschalten eines Widerstandes an die Hilfswicklung von Erdschlußspulen erzeugt wird (DD-WP 80100). Wegen der begrenzten thermischen Belastbarkeit dieser Wicklungen können dabei jedoch nur verhältnismässig geringe Zusatzströme aufgebracht werden, die eine wirksame Selektivierung mittels einfacher überstromre-Iais, wie sie beim Verfahren KIJOSPE zum Einsatz kommen, ausschließen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der derzeitig bei der selektiven Erdschlußerfassung erreichbaren Erfolgsquote durch größere Funktionssicherheit bei gleichzeitiger Erhöhung der erfaßbaren Fehlerwiderstände sowie in der Einsparung von Investitionsmitteln.

Gegenüber dem Verfahren OOSPE sollen außerdem der zusätzliche Wirkleistungsverbrauch reduziert, der Funktionsablauf zur Herstellung des für die Selektivierung des Fehlerortes erforderlichen Zustandes vereinfacht und eine erhebliche Verminderung der Zusatzbeanspruchung der Feh-' !erstelle und der damit verbundenen Gefährdung erreicht werden.

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ι Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu diesem Verfahren anzugeben, das die Erkennung des erdschlußbehafteten Leitungsabschnittes nach Eintritt eines Dauererdschlußfalles ohne zusätzliche Hochspannungsgeräte zur Zusatzstromerzeugung relativ sicher ermöglicht·

Die Aufgabe wird gelöst durch die meßtechnische Erfassung eines nur im erdschlußbehafteten Leitungsabgang auftretenden ITuI 1stromanstieges mittels eines empfindlichen Stromsteigerungsrelais. Der Nullstromanstieg wird dabei durch eine kurzzeitige Überkompensation hervorgerufen, die über eine an die Hilfswicklung der Erdschlußspule geschaltete Sekundärreaktanz realisiert wird« Die Wirkung des vorangehenden ersten Nullstromangtieges, der mit dem Eintritt des Erdschlußfalles im gesamten Hetz auftritt, wird schaltungstechnisch eliminiert.

Mit dem Schließer des einem Erdschlußmelderelais nachgeschalteten Verzögerungsrelais ist die Betätigungsspule eines zentralen Steuerrelais verbunden, das über einen seiner Schließer in eine von der Dauer des Erdschlußzustandes abhängige.Selbsthaltung geht. Über einen zweiten Schließer dieses Steuerrelais wird eine Hilfsspannung an eine Ringleitung gelegt, die über die Schließer der in den Leitungsabgängen vorgesehenen Hullstromsteigerungsrelais mit den Betätigungsspulen der ebenfalls abgangsgebundenen neutralen Ausgaberelais verbunden ist.

Über einen weiteren dritten Schließer des zentralen Steuerrelais wird die Einschaltung eines Mederspan-' nungs-Leistungsschalters eingeleitet, mit dem die Parallelreaktanz an die Hilfswicklung der Erdschlußspule geschaltet wird. Mit dem Motorantrieb des Leistungsschalters ist weiterhin ein Öffner des zentralen Steuerrelais verbunden, über den der Befehl für die Wiederbereitmachung zur nächsten Einschaltung nach dem Abfall des Erdschlußmeldereiais erteilt wird. Ein Schließer

des dem Leistungsschalter zugeordneten Meldeschalters ist mit der Betätigungsspule eines weiteren Verzögerungsrelais verbunden, über dessen Öffner die Unterspannungsauslösung des Leistungsschalters herbeigeführt wird·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nächst"ehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: die Summen-Hu 11 ströme in Hetzen mit Resonanz-Sternpunkt erdung im normal- und überkompensierten Zustand bei einem Fehlerwiderstand von 0 Ohm

Fig· 2: die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

Wie aus Fig.1 ersichtlich, ist mit einer kurzzeitigen Überkompensation des erdschlußbehafteten Uetzes ein zusätzlicher induktiver Strom erzeugbar, der vom Aufstellungsort der Srdschluß-Löschspule 12 zur Fehlerstelle fließt* Dieser zusätzliche Kompensationsstrom hat beim Fehlerwideratand "Hull" dieselbe Richtung wie die resultierenden Teilladeströme in den Leitungaabgängen und führt nur im fehlerbehafteten Abgang 7 zum Anstieg de3 Hullatromes. Die bei größeren Fehlerwiderständen entstehende Richtungsabweichung infolge des'wachsenden ohmschen Widerstandsanteiles bestimmt die Größe der zur Erzielung einer optimalen Wirkung erforderlichen Parallelreaktanz 13 und damit auch die Höhe des maximal auftretenden Zusatzstromes, welcher im vorliegenden Fall 50 A nicht überschreiten soll· Der aus dem Zusatzstrom resultierende Uullstromanstieg ist mittels eines Stromsteigerungsrelais 6 im Summenstrorakreis der Stromwandlder meßtechnisch erfaßbar und schutztechnisch verarbeitbar·

Die Funktion des an sich bekannten Stromsteigerungsrelais 6 (dj /dt-Relais) beruht auf die Aufladung eines entsprechend bemessenen Kondensators durch die gleichgerichtete und geglättete Meßgröße, wobei der Ladestrom mittels eines hochempfindlichen gepolten Relais über-

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Ί70 wacht wird·

Ein weiteres Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß der erste, durch den Erdschlußeintritt verursachte Bullstromanstieg in den Leitungsabgängen 7 durch die zeitlich, verzögerte Bereitstellung der Relaisbetätigimgsspannung für die neutralen Ausgaberelais 5 eliminiert wird· Erst der zeite Uullstromanstieg, der mit der Einschaltung des zusätzlichen Kompensationsstromes einsetzt, wird schutztechnisch weiterverarbeitet. Dadurch werden die störenden Einflüsse der einzelnen Teilladeströme unterdrückt.

Pig.2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit dem Eintritt des Erdschlußfehlers im elektrischen Snergieverteilungsnetz wird ein Erdschlußmelderelais 1 angeregt. Gleichzeitig kann es infolge der Hullkomponentenbildung durch die Teilladeströme zum Erstansprechen einzelner oder auch aller vorhandenen Strossteigerungsrelais 6, die über eine Parallelimpedanz 15 den Leitungsabgängen 7 zugeordnet sind, kommen. Sine Anregung der Be- fehls- bzw. Meldung3ausgaberelais 5 erfolgt dabei nicht, weil zu diesem Zeitpunkt die dafür erforderliche Betätigungsspannung über die Ringleitung S noch nicht zur Verfugung steht. Diese wird erst nach Ablauf der Verzögerungszeit des Zeitrelais 2, das zur Unterdrückung von Erdschlußwischermeldungen in allen Umspannwerken mit dem Erdschlußmelderelais 1 bereits vorhanden ist, über dessen Schließer 2.1 bereitgestellt. Während dieser Zeit ist die in dem Stromsteigerungsrelais 6 durch die Teilerdschlußatröme bewirkte erste Kondensatoraufladung sicher beendet und alle gepolten Relais sind, soweit ein Ansprechen vorlage, in die Ruhelage zurückgekehrt.

Zeitgleich mit der Bereitstellung der Betätigungsspannung für alle Ausgaberelais 5 über die Ringleitung 8 und den Schließer 3«1 eines Steuerrelais 3, dessen Betätigungsspule mit dem Schließer 2.1 des Verzögerungsrelais 2 verbunden ist, wird über.einen zweiten Schließer 3·3 und

eine Einschalt einrichtung 16 der Einsehe It bef eh 1 an einen' motorbetätigten Mederspannungsleistungsschalter 9 erteilt. Über den Schalter 9.1 des Hiederspannungsleistungsschalters 9, der mit einem Anschluß der Mederspannungs-Hilfswicklung 13 der Tauchkern-Erdschlußspule 12 und der Parallelreaktanz 14 verbunden ist, wird Letztere eingeschaltet. Damit wird eine schlagartige Überkompensation eingeleitet. Der zusätzliche !Compensationsstrom fließt vom Aufstellungsort der Erdschluß-Löschspule 12 zur Fehlerstelle und kann nur ziam Ansprechen der im jeweiligen Leitungsverlauf befindlichen Stromsteigerungarelais β im Bereich zwischen dem speisenden Umspannwerk und der Fehlerstelle führen. Alle anderen im Hetz befindlichen Stromsteigerungsrelais 6 verbleiben dabei in der Ruhelage* Der Hiederspannungsleistungsschalter 9 wird bereits nach ca 0,1 Sekunden über ein anzugsverzögertes Relais 4 und einen in der Regel zum Mederspannungsleistungsschalter 9 gehörenden Unterspannungsauslöser 11 wieder ausgeschaltet. Außerhalb des speisenden Umspannwerkes muß die Betätigungsspannung für die Ausgaberelais 5 bereits kurz

vor der Einschaltung des induktiven Zusatzfehlerstromes erfolgen, damit sie beim Einsetzen des zu erfassenden Uullstromanstieges mit Sicherheit zur Verfügung steht.

Das Steuerrelais 3 ist hier nicht erforderlich.

Der Niederspannungsleistungsschalter 9 und das anzugsverzögerte Relais 4 werden in jedem Umspannwerk nur einmal und das Steuerrelais 3 je Teilnetz einmal benötigt.

Ist nur eine Vorortanzeige vorgesehen, so ist keine weitere Beschaltung des Ausgaberelais 5, das mit einer Fallklappe versehen ist, notwendig. Andernfalls kann über das Relais 5 eine Fernsignalisierung erfolgen und/oder die Ausschaltung des jeweiligen Hochspannungs-Leistungsschalters nach der für die Kurzschlußabschaltung vorgesehenen Relaislaufzeit eingeleitet werden.

Wird auf Ausschaltung des fehlerbehafteten Abgangs orientiert, so muß für das Befehlsausgabe- und Melderelais 5 eine Selbsthaltung über dessen Schließer 5.1 realisiert

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werden, die mit dem Wegbleiben der Erdschlußmeldung selbsitätig wieder aufgehoben wird - Abfall Erdschlußmelderelais 1, Zeitrelais 2 und Steuerrelais 3- Mit dem Abfall des Relais 3 erfolgt über dessen Öffner 3*2 die Wiederbereitmachung der Schaltautomat^« Durch die Anregung einer Ausschalt einrichtung 17 wird ein Ausschaltbefehl an den Motorantrieb 10 des Mederspannungs~Leistungsschalters 9 erteilt, wodurch die nächstfolgende Einschaltung ermöglicht wird.

Der Einsatz der AWE zur Erdfehlerbeseitigung ist ohne weitere Zusätze oder Veränderungen an der Schaltautomatik möglieh* Voraussetzung ist nur, daß die Kondensatoren im Stromsteigerungsrelais 6 über entsprechend dimensionierte Entladewiderstände bis zur zweiten Einschaltung des zusätzlichen Kompensationsstromes nach ca 5 - 10 s genügend weit entladen werden»

Weil der vorstehend beschriebene Funktionsablauf eine weitgehende Unabhängigkeit von der jeweiligen Teilerdschlußstromgröße und -verteilung im Hetz und damit auch vom Schalt- und Ausbauzustand gewährleistet, sind keinerlei Anpassungen an örtliche Gegebenheiten notwendig· Einstel1- möglichkeiten am Stromsteigerungsrelais 6 zur nachträglichen Regulierung der Anregeströme können deshalb entfallen» Die Meßanordnungen können mit einer vom Hersteller fest vorgegebenen Ansprechempfindlichkeit überall eingesetzt werden.

Claims (2)

- 9 - LJJ^JJ +j Erfindungsanapruch

1. Verfahren zur Erdschlußselektivierung in elektrischen Energieübertragungsnetzen mit Resonanz-Sternpunkterdung, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach der Eliiainierung des mit dem Eintritt des Erdschlußzustandes verbundenen Sullstromanstieges und Ablauf einer vorgebbaren zeitlichen Verzögerung ein induktiver Zusatzstrom kurzzeitig im Hullstromkreis erzeugt, gleichzeitig der damit verbundene zweite Sullstromanstieg im erdschlußbehafteten Leitu.nggabgang (7) mittels eines Stromsteigerungsrelais (6) meßtechnisch erfaßt und mittels weiterer Relais schutztechnisch verarbeitet wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, mit den Leitungsabgängen zugeordneten Melde- und Befehlsausgaberelais some mit einem Srdschlußmelderelais und nachgeschalt et em Verzögerungsrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließer (2,1) des Verzögerungsrelais (2) mit der Betätigungsspule eines Steuerrelais (3) verbunden ist, dessen Schließer (3·1) über eine Ringleitung (8) und die Schließer (6*1) der den Leitungsabgängen (7) über Parallelimpedanzen (15) zugeordneten Uullstromsteigerungsrelais (6) an die Betätigungsspulen der jeweils nachgeschalteten Melde- und Befehlsausgaberelais (5) anschaltbar ist, der Schliesser (3*3) des Steuerrelais (3) mit der Einschalteinrichtung (16) und der Öffner (3-2) des Steuerrelais (3) mit der Ausschalteinrichtung (17) des Motorantriebes (10) eines liederspannungsleistungsschalters (9) verbunden ist, über dessen Schließer (9.1) die Hilfswicklung (13) einer Erdschluß-Löschspule (12) induktiv belastet wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnung