DE10307668B3

DE10307668B3 - Verfahren zur Bestimmung der Parameter eines gelöschten Netzes

Info

Publication number: DE10307668B3
Application number: DE2003107668
Authority: DE
Inventors: Gernot Druml; Andreas Dr. Kugi
Original assignee: EDC GmbH
Current assignee: EDC GmbH
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: AT500031A2; ITVR20040021A1; AT500031B1

Abstract

Mit dem neuen Verfahren wird bei einer von 50 Hz unterschiedlichen Frequenz gemessen. Die 50 Hz Komponenten werden herausgefiltert und wirken sich nicht auf die Ermittlung der Parameter aus. Durch eine Parametrierung können Maximalwerte für die Änderung der Verlagerungsspannung U¶0¶, verursacht durch die Stromquelle, bzw. maximale Stromwerte für die Stromquelle vorgegeben werden. DOLLAR A Durch die gleichzeitige Einspeisung von zwei Strömen mit zwei unterschiedlichen Frequenzen und gleichzeitiger Auswertung der Messung erfolgt die Berechnung sehr schnell und zur gleichen Zeit. Es müssen nicht aufeinander folgende Messwerte bzw. Netzzustände verglichen werden. DOLLAR A Durch Überwachung der Verlagerungsspannung wird die Größe der eingespeisten Ströme so eingestellt, dass einerseits eine genügend große Verlagerungsspannung bei großen Verstimmungen entsteht bzw. andererseits bei sehr kleinen Netzen die Grenzwerte für U¶0¶ nicht überschritten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Parameter eines gelöschten Netzes ohne Verstimmung der Petersen-Spule, das auch für sehr symmetrische Netze geeignet ist. Diese ermittelten Netz-Parameter können unter Einhaltung von vorgegeben Parametern zur Nachregelung einer Petersenspule verwendet werden.

Durch die Erdschlusslöschung wird der Strom über die Fehlerstelle im Falle eines einpoligen Erdschlusses stark reduziert. Wird das Netz von Bild 1 mit Hilfe der symmetrischen Komponenten beschrieben, so erfolgt durch die Unsymmetrie eine Kopplung der Komponentensysteme, wie es in Bild 2 vereinfacht dargestellt ist. Der Vorteil dieser Darstellung ist, dass Bild 2 sowohl für den gesunden als auch für den einpoligen Fehlerfall gültig ist. Durch Vernachlässigung der Längsimpedanz der Leitungen und Zusammenfassung der Erdkapazitäten erhält man Bild 3. Meist wird auch die Nullimpedanz des Transformators in Bild 3 vernachlässigt. Aus dem Bild 3 ist erkennbar, dass der Strom über die Fehlerstelle minimal wird, wenn die Petersen-Spule so eingestellt wird, dass sich die Blindanteile bestehend aus der Serienschaltung der Petersen-Spule und der meist vernachlässigten Trafoimpedanz mit der Leiter-Erdekapazität kompensieren. Das Netz wird quasi auf Resonanz abgestimmt ist. Der verbleibende Strom über die Fehlerstelle wird im wesentlichen durch den Ersatzwiderstand Rp begrenzt. Dieser Ersatzwiderstand beinhaltet die gesamten Verluste des Nullsystems d.h. die Verluste der Petersen-Spule, die Verluste des Trafos im Nullsystem, die Verluste der Längs impedanzen der Leitung sowie die Ableitverluste gegen Erde. Die Praxis hat gezeigt, dass die Verluste der Petersen-Spule nur etwa 40% der Gesamtverluste ausmachen. Da die Petersen-Spule zur Kompensation des kapazitiven Stromes über C_E verwendet wird, wird die Petersen-Spule in der Praxis nicht in H sonder in A angegeben, wobei für die Angabe die Strang-Nennspannung U₁ des Netzes verwendet wird. Diese liegt im Falle eines satten Erdschlusses an der Petersen-Spule. Bei Beschreibung des Netzes mit symmetrischen Komponenten und dem komplexen Drehoperator a = e^j2π/3 entspricht U₁ der Spannung des unbelasteten Mitsystems.

Die Petersen-Spule kann direkt an den Sternpunkt eines Transformators oder über einen Erdungstransformator angeschlossen werden. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Wirkverluste über die Leitungen reduziert werden, wenn die Petersen-Spule in der Nähe von Kabelnetzen aufgestellt wird, die je km Leitungslänge einen fast 50 fachen kapazitiven Strom im Vergleich zu Freileitung liefern. Anderseits werden heute sehr oft Löschbezirke zusammengelegt, sodass in heutigen Netzen in einem Löschbezirk nicht mehr nur mit einer zentralen Petersen-Spule, sondern mit mehren und im gesamten Löschbezirk verteilt aufgestellten Petersen-Spulen gerechnet werden muss. Für die Regelung wird dabei üblicherweise nur eine Spule verwendet und die restlichen Spulen fest eingestellt. Eine Informationsübertragung zum Regler über Anzahl und Größe der verteilt aufgestellten und fest eingestellten Petersen-Spulen existiert üblicherweise nicht. Aus diesem Grunde hat sich bereits mit Einführung des Reglers EFC30 im Jahre 1991 die absolute Kompensation in A als neuer Standard entwickelt, da in diesem Fall keine Information über die im Löschbezirk verteilt aufgestellten Petersen-Spulen erforderlich sind. Der Strom über die Fehlerstelle im Falle eines satten Erdschlusses kann aber vollständig berechnet werden, da sich dieser aus der geometrischen Summe des Wirkstromes und der absoluten Verstimmung der Petersen-Spule ergibt. I U = IRp + j(ICE – ILP) (17)

Die absolute Verstimmung in A ergibt sich somit zu ν50Hz = ILP – ICE (18)

Mit positiven Werten, wenn der Strom durch die Petersen-Spule größer als der kapazitive Strom ist.

Dieser Strom ist für die Ermittlung der Gefährdung durch Schrittspannung und Berührspannung an der Fehlerstelle wesentlich. Dieser Strom wurde bisher immer unter Verwendung der Skalierung der Petersen-Spule und unter Vernachlässigung der Nullimpedanz des Transformators ermittelt. Durch die heute verwendeten Netzgrößen erreicht die Trafo-Nullimpedanz allerdings bereits Werte von 10% bis 20% der Impedanz der abgestimmten Petersen-Spule und ist daher für die Ermittlung des Löschstromes nicht mehr vernachlässigbar. Durch die Serienschaltung der Impedanzen ist der tatsächlich Löschstrom wesentlich kleiner als der nur mit Hilfe der Skalierung der Petersen-Spule angegebene.

Aus Bild 2 ist ersichtlich dass für die Erkennung einer Schalthandlung bzw. zur Ermittlung der Abstimmung eine Mindest-Unsymmetrie des Netzes benötigt wird. Bei den heutigen Kabelnetzen ist dies sehr oft nicht mehr gegeben, sodass ein Erkennen einer Schalthandlung bzw. eine korrekte Abstimmung der Petersen-Spule schwierig oder unmöglich ist. Außerdem erschweren gerade bei kleinen Verlagerungsspannungen die Einstreuungen durch Lastströme die korrekte Erkennung von Schalthandlungen und die korrekte Abstimmung durch die Petersen-Spule, wie bereits im Artikel "Control of Petersen Coils, ISTEE 2001" beschrieben wird.

Verfahren zur Abstimmung einer Erdschlusslöschspule auf Resonanz oder auf einen gewünschten Kompensationswert sind derzeit hautsächlich für gesunde Netze bekannt. Einige Verfahren, die nach dem Resonanzverfahren arbeiten benötigen hierzu eine ausreichende Verlagerungsspannung U ₀ z.B. EZR2 der Firma Spezielektra oder der EFC30 der Firma Trench. Bei den heute üblichen Kabelnetzen ist durch den symmetrischen Aufbau der Kabel bzw. durch die Verdrillung der Leiter dies meist nicht gegeben. Außerdem wird für einen Berechnungszyklus eine Verstellung der Petersen-Spule erforderlich. Durch die notwendige Verstellung der Petersen-Spule kann dieser Berechnungszyklus bis zu einigen Minuten dauern und setzt konstante Netzverhältnisse während der Berechnung voraus. Als Auslösevorgang für den Abstimmversuch, der eine Verstellung der Petersen-Spule bewirkt ist eine Änderung in der Verlagerungsspannung. Ist die Ursache für die Änderung der Verlagerungsspannung nicht eine Änderung der Netzgröße, so verlässt die Petersen-Spule während des Suchvorganges den Abgestimmt – Zustand für längere Zeit. Tritt während dieses Suchvorganges ein Erdschluss auf, so ist das Netz nicht optimal kompensiert.

Die anderen Verfahren, wie z.B. nach WO 86/03350 bzw. US 5 559 439 arbeiten nach einem reduzierten Schaltbild, sodass die Abstimmung der Erdschlusslöschspule im gesunden Netz für kleine Verlagerungsspannungen erfolgreich ist. Beim Verfahren nach dem Patent US 5 559 439 wird die Nullimpedanz des Netzes inklusive der Erdschlusslöschspule im gesunden Zustand gemessen. Dieses Verfahren wurde auch von Leitloff,V Bergeal,J,[u.a.] im Artikel "Messung der Parameter eines kompensierten Netzes durch Injektion eines Stromes in den Sternpunkt" in Elektrizitätswirtschaft Jg. 93 (1994) Heft 22 beschrieben. Durch die Messung wird die Abweichung von der Vollkompensation ermittelt. Zur Bestimmung der Parameter des Netzes ist zusätzlich die aktuelle Größe der Petersen-Spule erforderlich. Sind zusätzliche Petersen-Spulen im gleichen Netz vorhanden, so ist es schwierig diese zu erfassen und für die Berechnung der Netzparameter zu berücksichtigen. Die Praxis hat gezeigt, dass bestimmte Stromgrößen zu Einschwingzeiten im Minuten-Bereich führen. Außerdem fehlt bei symmetrischen Netzen ein Anregekriterium für die Überprüfung der aktuellen Abstimmung. Des weiteren ist die Berechnung bei großen Verstimmungen sehr ungenau. Außerdem wird während des Messzyklusses bestehend aus einem Zeitraum ohne Stromeinspeisung und einem Zeitraum mit Stromeinspeisung eine konstante Verlagerungsspannung bzw. Unsymmetrie des Netzes gefordert, was bei vielen Netzen nicht der Fall ist. Wie im Artikel "Control of Petersen Coils, ISTEE 2001" beschrieben wird, erfolgt ein lastabhängiges Übersprechen des Mitsystems auf das Nullsystem. In einigen Netzen ist aus diesem Grunde auch durch Mittelwertbildung über einige Minuten eine Bestimmung der aktuellen bzw. notwendigen Abstimmung nicht möglich.

Im Patent US 5 559 439 wird ein konstant eingestellter Strom geschaltet. Durch die Schalthandlungen im Netz können sich allerdings die Netzparameter stark verändern. Der einspeisende Strom kann dadurch bei kleinen Netzen zu nicht erlaubten Unsymmetriespannungen führen, bzw. liefert bei großen Netzen eine zu geringe Änderung der Verlagerungsspannung.

In der EP 0 823 057 B1 wird nur ein Verfahren beschrieben, mit dem eine Schalthandlung im Netz in sehr symmetrische Netze erkennbar wird. Dieses Verfahren selbst kann nicht zur Abstimmung der Petersen-Spule verwendet werden und dient nur als Ergänzung zu anderer Verfahren. Ebenso wird die Einspeisung mit einer von 50 Hz abweichenden Frequenz nur zur Erkennung einer Schalthandlung verwendet aber nicht zur Ermittlung der Netzparameter bzw. der notwendigen Nachstellung der Petersen-Spule.

Ähnliches gilt für das Verfahren nach Patent WO 86/03350, bei welchem davon ausgegangen wird, dass die größte Verlagerungsspannung im Resonanzpunkt ist. Das Verfahren erfordert eine Mindest-Verlagerungsspannung und funktioniert nicht bei symmetrischen Netzen, wie Sie bei Kabelnetzen üblicherweise anzufinden sind.

In der Patentschrift DE 195 25 417 C2 ist eine Kombination aus einer stufig geschaltenen Erdschlusslöschspule in Verbindung mit einem Hilfstrafo aufgeführt. Diese Kombination erlaubt durch die Erzeugung eines "Kompensationsstromes" sowohl eine Kompensation des Blindanteiles als auch des üblicherweise verbleibenden ohmschen Wirkstromes über die Fehlerstelle. Die Einstellung des "Kompensationsstromes" erfolgt unter Anwendung bekannter Verfahren zur Berechnung der notwendigen Parameter im "gesunden Netz". Es wird nur die Möglichkeit der vollkommen Kompensation an der Fehlerstelle beschrieben, nicht jedoch wie der "Kompensationsstrom" aus den verfügbaren Messungen im Umspannwerk im Falle eines Erdschlusses eingestellt wird. Eine notwendige Nachregelung des "Kompensationsstromes" infolge von Abschaltung von Netzteilen während eines Erdschlusses ist nicht beschrieben.

Im der WO 02/15355 A2 wird ein Verfahren zur Ermittlung der Verstimmung durch Einspeisung einer Frequenz ungleich 50 Hz verwendet. Es wird dabei allerdings angenommen, dass keine im Netz verteilten Petersen-Spulen vorhanden sind. Die gesamte induktive Blindleistung wird zentral und als bekannt angenommen. Das Rückrechnen auf 50 Hz liefert völlig falsche Werte wenn diese Annahme nicht zutrifft. Es wird zwar erwähnt dass die Messung bei unterschiedlichen Frequenzen wiederholt wird, aber nur um einen Mittelwert im Sinne der bestmöglichen Approximation zu ermitteln. Es wird immer nur mit der bekannten Spuleninduktivität gerechnet. Ebenso erfolgt keine Berücksichtigung der Transformator-Nullimpedanz

Die Regelung einer Petersenspule ist eine Präventivmaßnahme für den Fall eines einpoligen Erdschlusses. Durch eine korrekte Kompensation wird der Strom über die Fehlerstelle reduziert. Dadurch wird einerseits die Zerstörungen an der Fehlerstelle reduziert und anderseits die Schritt- und Berührspannungen im Bereich der Fehlerstelle stark reduziert. Durch die zunehmende Verkabelung und Ausbau der Löschbezirke erreichen die kapazitiven Ströme Werte bis zu 1000A, sodass Maßnahmen zur Reduktion der Ströme über die Fehlerstelle immer wichtiger werden.

Durch das Abschalten von Leitungssegmenten wird die zu löschende Leitungskapazität verändert. Dadurch wird der Strom über die Fehlerstelle im Falle eines Erdschlusses verändert und kann vorgegebene Grenzwerte überschreiten. Meist wird unter anderem auch die Löschgrenze nach VDE 228 überschritten.

Die bekannten Verfahren erkennen Änderungen im Netz nur wenn eine genügend hohe Verlagerungsspannung vorhanden ist und wenn die Verlagerungsspannung während des Berechnungszyklusses einigermaßen konstant ist. Für die Berechnung wird für einige Minuten die Petersenspule aus dem letzten Abstimmpunkt verstellt. Da eine Unterscheidung zwischen einer tatsächlichen Schalthandlung und einem lastabhängigen Übersprechen aus dem Mitsystem nur durch Messung der Verlagerungsspannung nicht möglich ist, erfolgt eine Berechnung auch, wenn sich die Verlagerungsspannung durch lastabhängiges Übersprechen aus dem Mitsystem ändert. Ein anderer Grund für eine Änderung der Verlagerungsspannung ohne Änderung der zu kompensierenden Leiter-Erde Kapazität sind Schalthandlungen in parallel geführten Systemen, die durch kapazitive Kopplungen die Nullspannung beeinflussen.

Aus diesen Gründen sollte eine Änderung der Leitungslänge, bereits vor einem anstehenden Erdschluss, so schnell wie möglich erkannt und die Petersen-Spule so schnell wie möglich nachgestimmt werden.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Bestimmung der Parameter eines gelöschten Netzes ohne Verstimmung der Petersen-Spule, das auch geeignet ist für sehr symmetrische Netze, durch die folgenden Schritte gekennzeichnet

a. Einspeisen eines zusammengesetzten Stromes in das Nullsystem des gelöschten Netzes,
b. Wobei sich der Strom aus der Überlagerung des Stromes mit der Amplitude Î_f1 und der Frequenz f₁ und des zweiten Stromes mit der Amplitude Î_f2 und der Frequenz f₂ zusammensetzt.
c. Messen der Spannungen U _{NE_f1} und U _{NE_f2} nach bekannten Verfahren nach Betrag und Winkel für die beiden Frequenzen. Der Winkel bezieht sich auf den zugehörigen Einspeisestrom.
d. Ermitteln der Admittanz für beide Frequenzen:
e. Mit Berücksichtigung der Trafo-Nullinduktivität kann mit Schritt k. fortgesetzt werden.
f. Ohne Berücksichtigung der Trafo-Nullinduktivität ist die Nulladmittanz für die Frequenz f₁ bzw. f₂:
g. Der Wirkanteil Rp der Ersatzschaltung ergibt sich unmittelbar aus dem Realteil der Nulladmittanz.
h. Berechnung der Erdkapazität C_E des Netzes und die Gesamtinduktivität der Petersenspule L_P inklusive den vorhandenen Fixspulen aus den beiden Imaginärteilen durch Umformung
i. Berechnung der absoluten Verstimmung ν_50Hz in A für 50 Hz unter Berücksichtigung der Spannung U₁ des Mitsystems
j. Weiter mit Schritt p.
k. Aufstellen der folgenden Relation durch die Messung der Verlagerungsspannung U _{0_fx} mit der Frequenz x an den Klemmen des Trafos für die Frequenz x:
l. Die Nulladmittanz für die Frequenz x ergibt sich mit:
m. Der Wirkanteil ist direkt aus dem Realteil der Nulladmittanz ablesbar:
n. Durch Umformen erhält man analog zu Gleichung (5) aus den Imaginärteilen der Gleichung (10) für die Frequenzen f₁ und f₂ unter Berücksichtigung des Spannungsverhältnisses K _fx:
o. Berechnung der absoluten Verstimmung ν_50Hz in A für 50 Hz unter Berücksichtigung der Spannung U₁ des Mitsystems:
p. Anzeigen der ermittelten Netz-Parameter.

Wiederholen der Punkte a. bis p.

Mit dem neuen Verfahren wird bei einer von 50 Hz unterschiedlichen Frequenz gemessen. Die 50 Hz Komponenten werden herausgefiltert und wirken sich nicht auf die Ermittlung der Parameter aus. Durch eine Parametrierung können Maximalwerte für die Änderung der Verlagerungsspannung U ₀ verursacht durch die Stromquelle bzw. maximale Stromwerte für die Stromquelle vorgegeben werden.

Durch die gleichzeitige Einspeisung von zwei Strömen mit zwei unterschiedlichen Frequenzen und gleichzeitiger Auswertung der Messung erfolgt die Berechnung sehr schnell und zur gleichen Zeit. Es müssen nicht aufeinander folgende Messwerte bzw. Netzzustände verglichen werden.

Durch Überwachung der Verlagerungsspannung wird die Größe der eingespeisten Ströme so eingestellt, dass einerseits eine genügend große Verlagerungsspannung bei großen Verstimmungen entsteht bzw. anderseits bei sehr kleinen Netzen die Grenzwerte für U ₀ nicht überschritten wird.

Als Auslösekriterium für einen Berechnungsgang kann eine Änderung der 50Hz-Verlagerungsspannung sein.

Bei symmetrischen Netzen muss eine Änderung des Netzes nicht zwangsweise zu einer Änderung der Verlagerungsspannung führen. In diesem Fall wird ständig ein Mischstrom eingespeist und die Überwachung der Netzparameter erfolgt ständig. Eine Änderung der Netzparameter führt zu einem Berechnungsgang und bei Bedarf zum Nachregeln der Petersen-Spule.

Die Petersen-Spule ist üblicherweise in Ampere geeicht. Bei den heute üblichen Verfahren der Abstimmung von Petersen-Spulen wird die Null-Induktivität des Trafos nicht berücksichtigt. Die Folge ist ein zu groß angezeigter kapazitiver Strom. Durch Messung der Spannung U ₀ an den Sekundär-Klemmen des Trafos und der Verlagerungsspannung U _NE kann während des Betriebes auch die Nullinduktivität des Trafos ermittelt und berücksichtigt werden. Die Nullinduktivität ist außerdem bei Stufentransformatoren auch von der aktuellen Stufenstellung des Trafos abhängig.

Durch das neue Messverfahren werden auch die Nachteile der Messung mit dem offenen Dreieck beseitigt. Durch die Summenbildung von drei großen Werten ist diese Messung für Regler mit einer Suche nach einem Resonanzmaximum nicht geeignet. Der Fehlervektor von U ₀ kann zu einem vollkommen falschen Regelverhalten führen. Durch die Einspeisung im Nullsystem haben alle drei Spannungen am Wandler die gleiche Richtung. Toleranzen der Spannungswandler wirken sich daher nicht mehr so stark aus.

Die Einspeisung kann über eine Leistungshilfswicklung der Petersen-Spule oder über einen Hilfstrafo erfolgen. Die Spannung U _NE kann direkt an der Einspeisung oder über die Spannungsmesswicklung der Petersen-Spule erfolgen. Die Messung der Nullspannung U ₀ kann mit den bekannten Verfahren der offenen Dreieckswicklung am Trafo oder an der Sammelschiene erfolgen. Die Nullströme können entweder zwischen der Petersen-Spule und der Erde oder am Transformator mit Hilfe von Kabelumbauwandler oder mit Hilfe der Holmgreenschaltung gemessen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der folgenden Schaltbilder beispielhaft näher beschrieben:

Bild 1: Ein gelöschtes Drehstromnetz mit einem Abgang mit zwei Leitungssegmenten. Die natürliche kapazitive Unsymmetrie des Netzes ist vereinfacht als konzentriertes Element zwischen den beiden Leitungsabschnitten dargestellt.
Bild 2: Darstellung des obigen Netzes mit Hilfe der Symmetrischen Komponenten.
Bild 3: Reduktion des Bildes 2 auf die für die Bestimmung der Netzparameter und Regelung wesentlichen Komponenten

Der Regler wertet die Messung der Sternpunkt-Erde Spannung U _NE, die Verlagerungsspannung U ₀ an den Klemmen des Trafos, sowie den Strom der Stromquelle I _SQ aus. Für zusätzliche Auswertungen kann der Nullstrom direkt mit einem Kabelumbauwandler am Trafo, an der Petersen-Spule oder über die Holmgreenschaltung gemessen werden.
Im Bild 1 ist ein Drehstromnetz mit einem Abgang dargestellt. Es wurde für die Ströme und Spannungen die ältere Bezeichnung verwendet um eine bessere Abgrenzung zu den symmetrischen Komponenten zu erhalten. Die Versorgung des Netzes erfolgt über einen Transformator. Die Stromeinspeisung erfolgt über den Sternpunkt des Einspeisetransformators oder mit Hilfe eines Sternpunktbildners. Die Ankopplung kann alternativ über einen Hilfstrafo oder über die Leistungshilfswicklung der Petersen-Spule erfolgen.
Das Verfahren dient zur Bestimmung des Stromes über die Fehlerstelle im Falle eines einpoligen niederohmigen Erdschlusses und somit zur Ermittlung der notwendigen Verstellung der Erdschlusslöschspule als Präventivmaßnahme. Die Messung kann jederzeit wiederholt werden.
Im Bild 2 ist das Ergebnis der Umformung des oben beschriebene Netzes mit Hilfe der "Symmetrischen Komponenten" dargestellt. Die Umformung erfolgt nach den bekannten Regeln und wird hier nicht beschrieben. Im Bild ist die Kopplung der Systeme durch die konzentriert gedachte Unsymmetrie des Netzes dC bereits eingezeichnet. Im gesunden Betrieb ist die Unsymmetrie üblicherweise die kapazitive Unsymmetrie der Leiter gegen Erde des Netzes.
Für die weiteren Betrachtungen werden für das Bild 3 die folgenden Vereinfachungen getroffen

– Die Impedanz der Last ist üblicherweise um mindestens den Faktor 10 höher als die Längsimpedanzen des Trafos und der Leitung, und kann in erster Näherung vernachlässigt werden.
– Die Impedanz der kapazitiven Unsymmetrie dC ist wesentlich größer als die Impedanz Z _1Tr, Z _1A1, Z _2Tr, Z _2A2
– Die Spannung U ₁ und die verbleibende Innenimpedanz bestehend aus Z _1Tr, Z _1A1, Z _2Tr, Z _2A2 und dC können durch die Hochohmigkeit der kapazitiven Unsymmetrie auch als Stromquelle mit einer Frequenz von 50 Hz betrachtet werden.
– Im Nullsystem sind die Leitungsimpedanzen vernachlässigbar, sodass alle Kapazitäten zu einer Leiter-Erde Kapazität C_E zusammengefasst werden können.
– Die ohmschen Verluste der Trafo-Nullimpedanz sind vernachlässigbar im Vergleich zur Null-Induktivität des Trafos
– Sämtliche Verluste des Nullsystems werden im Widerstand R_P zusammengefasst.
– Die Stromeinspeisung in das Nullsystem wird als einstellbare Stromquelle realisiert. Mit der Stromquelle können gleichzeitig Ströme mit unterschiedlicher Amplitude, Frequenz und Phasenlage erzeugt werden.

Im Regler werden die Spannungen U _Re, U _SE, U _TE und U _NE gegen Erde und die drei Leiterströme I _R, I _S und I _T gemessen. Aus diesen können nach den bekannten Verfahren die symmetrischen Komponenten U ₁, U ₂, U ₀ sowie I ₁, I ₂, und I ₀ berechnet werden. Die Nullspannung U ₀ und der Nullstrom I ₀ können alternativ auch mit Hilfe der bekannten Verfahren auch direkt gemessen werden.
Die Vorteile des Verfahrens sind:

– Die Messung kann jederzeit wiederholt und auf Plausibilität überprüft werden.
– Durch Einspeisung von Strömen und Auswertung der Ströme und Spannungen mit einer von 50 Hz unterschiedlichen Frequenz wird der "Störeinfluss" der Unsymmetrie beseitigt.
– Die Messung der Spannungen für die von 50 Hz abweichenden Frequenzen über das offene Dreieck ist wesentlich genauer, da eine Summenbildung von drei großen Werten, wie es beim 50Hz Drehstromsystem erfolgt, nicht statt findet.
– Die Messung kann kontinuierlich erfolgen.
– Der Messzyklus ist im wesentlichen nur vom verwendeten Filteralgorithmus abhängig.
– Die Messung kann auch auf Anforderung, z.B. nach Änderung der 50 Hz Verlagerungsspannung oder in zyklischen Zeitabständen z.B. 1h erfolgen.
– Die Messung liefert die Netzparameter auch für vollkommen symmetrische Netze.
– Schalthandlungen werden mit diesem Messverfahren auch in symmetrischen Netzen erkannt.
– Lastabhängiges Übersprechen aus dem 50 Hz Drehstromsystem auf das Nullsystem werden unterdrückt.
– Die Messung erfasst alle im gelöschten Netz installierten Petersen-Spulen, eine komplizierte Berücksichtigung von verteilten Petersen-Spulen ist nicht notwendig.
– Durch Auswertung der 50 Hz Komponenten kann auch die Aufteilung der Unsymmetrie zu den einzelnen Leitern erfolgen.
– Durch die einstellbare Stromamplitude können geforderte Grenzwerte in Be zug auf maximale Änderung der Verlagerungsspannung eingehalten werden.
– Durch die einstellbare Stromamplitude können benötigte Spannungsamplituden für eine ausreichend genaue Messung der Admittanzen auch bei stark verstimmten Netzen erreicht werden.
– Es können auch über mehrere Messungen statistische Mittelwerte durchgeführt werden.
– Für die Berechnung der tatsächlichen Leiter-Erde Kapazität kann die Null-Induktivität, die üblicherweise unbekannt ist, durch eine zusätzliche Messung der Nullspannung U ₀ an den Trafo-Klemmen oder an der Sammelschiene berücksichtigt werden.
– Die Messung erfolgt, ohne einer Verstellung der Petersen-Spule, wodurch die mechanische Beanspruchung der Petersen-Spule stark reduziert wird. Diese kann vor allem in Netzen mit Übersprechen des Laststromes auf das Nullsystem sehr groß sein, da bei jeder Laständerung ein Suchlauf gestartet wird.
– Während der Messung wird die Petersen-Spule nicht verstellt, sodass die geforderte Kompensation bei den meisten Messaufgaben beibehalten wird. Zum Vergleich wird beim Resonanzverfahren bei symmetrischen Netzen der gesamte Verstellbereich der Petersen-Spule mehrfach nach einem Resonanzmaximum abgesucht.
– Die Frequenzen können bei großer Verstimmung so gewählt werden, dass in der Nähe der Eigenfrequenz des Netzes gemessen wird. Dadurch wird auch für stark verstimmte Netze eine genaue Messung erreicht.
– Durch die schnelle Erfassung der Änderung der Abstimmung des Netzes kann eine schnelle und zielgerichtete Abstimmung der Petersen-Spule erfolgen.
– Bei der Bestimmung der Kapazität C_E nach Gleichung (15) wirken sich die Fehler der Holmgreenschaltung nicht so stark aus, da nicht die Summe von drei großen Strömen gebildet und bewertet werden muss.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Parameter eines gelöschten Netzes ohne Verstimmung der Petersen-Spule gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Einspeisen eines zusammengesetzten Stromes in das Nullsystem des gelöschten Netzes b. Wobei sich der Strom aus der Überlagerung des Stromes mit der Amplitude Î_f1 und der Frequenz f₁ und des zweiten Stromes mit der Amplitude Î_f2 und der Frequenz f₂ zusammensetzt. c. Messen der Spannungen U_{NE_f1} und U_{NE_f2} nach Betrag und Winkel für die beiden Frequenzen. Der Winkel bezieht sich auf den zugehörigen Einspeisestrom. d. Ermitteln der Admittanz für beide Frequenzen:
e. Mit Berücksichtigung der Trafo-Nullinduktivität kann mit Schritt k. fortgesetzt werden. f. Ohne Berücksichtigung der Trafo-Nullinduktivität ist die Nulladmittanz für die Frequenz f₁ bzw. f₂:

g. Der Wirkanteil Rp der Ersatzschaltung ergibt sich unmittelbar aus dem Realteil der Nulladmittanz.
h. Berechnung der Erdkapazität C_E des Netzes und die Gesamtinduktivität der Petersenspule L_P inklusive den vorhandenen Fixspulen aus den beiden Imaginärteilen durch Umformung
i. Berechnung der absoluten Verstimmung ν_50Hz in A für 50 Hz unter Berücksichtigung der Spannung U₁ des Mitsystems
j. Weiter mit Schritt p. k. Aufstellen der folgenden Relation durch die Messung der Verlagerungsspannung U _{0_fx} mit der Frequenz x an den Klemmen des Trafos für die Frequenz x:
l. Die Nulladmittanz für die Frequenz x ergibt sich mit:
m. Der Wirkanteil ist direkt aus dem Realteil der Nulladmittanz ablesbar:
n. Durch Umformen erhält man analog zu Gleichung (5) aus den Imaginärteilen der Gleichung (10) für die Frequenzen f₁ und f₂ unter Berücksichtigung des Spannungsverhältnisses K _fx:
o. Berechnung der absoluten Verstimmung ν_50Hz in A für 50 Hz unter Berücksichtigung der Spannung U₁ des Mitsystems:
p. Anzeigen der ermittelten Netz-Parameter. – Wiederholen der Punkte a. bis p.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinspeisung im Sternpunkt des Speise-Transformators erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinspeisung im Sternpunkt eines Nullpunktsbildners erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung der Stromeinspeisung über einen Hilfstrafo oder über eine Leistungshilfswicklung der Petersen-Spule erfolgt
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Bestimmung der Parameter des gelöschten Netzes für die Abstimmung der Petersen-Spule verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrischen Netzen die Messung dauernd erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der 50 Hz-Verlagerungsspannung einen oder mehrere Messzyklen zur Bestimmung der Parameter des gelöschten Netzes auslösen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein externes Signal ein oder mehrere Messzyklen zur Bestimmung der Parameter des gelöschten Netzes ausgelöst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen so gewählt werden, dass diese in der Nähe der Resonanzfrequenz des Netzes liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Berücksichtigung der 50 Hz Messungen auch eine Aufteilung der Unsymmetrie zu den einzelnen Leitern erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe einer maximalen Änderung der Verlagerungsspannung der Einspeisestrom bis auf einen zugehörigen maximalen Wert geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe einer minimalen Spannungsänderung der Einspeisestrom bis auf einen maximal vorgegebenen Wert geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei verrauschten Netzen eine Mittelwertbildung über mehrere Messungen erfolgt
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Leiter-Erdkapazität direkt aus der Messung der Verlagerungsspannung U ₀ und des Stromes I ₀ bei der Frequenz x erfolgt: