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Dokumentenidentifikation DE10106279A1 29.08.2002
Titel Verfahren zum Erzeugen eines Auslösesignals nach demStromdifferentialschutzprinzip und Stromdifferentialschutzanordnung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Mahnert, Hartmut, Dr., 90471 Nürnberg, DE;
Nibler, Josef, 92367 Pilsach, DE
DE-Anmeldedatum 05.02.2001
DE-Aktenzeichen 10106279
Offenlegungstag 29.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.08.2002
IPC-Hauptklasse H02H 3/26
IPC-Nebenklasse H02H 7/26   G01R 19/10   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Erzeugen eines Auslösesignals nach dem Stromdifferentialschutzprinzip bei einem Fehler auf einem Abschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, bei dem Differenzstromwerte und Stabilisierungsstromwerte erfasst und auf Überschreiten von Grenzwerten überwacht werden; es wird ein Auslösesignal erzeugt, wenn positive Ergebnisse der Überwachungen vorliegen.
Um bei einem solchen Verfahren zuverlässig und sicher bei einem Fehler auf dem Abschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes ein Auslösesignal zu gewinnen, werden erfindungsgemäß die Differenzstromwerte (id) und die Stabilisierungsstromwerte (is) mit Momentanwerten der erfassten Netzströme als Momentanwerte errechnet. Es wird eine dem Differentialquotienten des Stabilisierungsstromes (is) nach der Zeitproportionale erste Messgröße (isd) sowie eine dem Differentialquotienten des Differenzstromes (id) nach der Zeitproportionale zweite Messgröße (idd) gebildet und es wird mittels Auswertung überprüft, ob die beiden Messgrößen (isd, idd) einen vorgegebenen Grenzwert des Differentialquotienten des Differenzstromes nach der Zeit (igd) überschreiten. Wenn die Auswertungen und die Überwachungen positive Ergebnisse erbringen, wird das Auslösesignal (A) erzeugt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Auslösesignals nach dem Stromdifferentialschutzprinzip bei einem Fehler auf einem Abschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, bei dem Differenzstromwerte auf Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwertes des Differenzstromes (Differenzstromgrenzwert)sowie auf Überschreiten mit einem Kennlinienfaktor bewerteter Stabilisierungsstromwerte überwacht werden und das Auslösesignal erzeugt wird, wenn gleichzeitig positive Ergebnisse beider Überwachungen vorliegen.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Patentschrift DE 44 36 254 C1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden mittels Stromwandlern Ströme an den Enden eines Abschnittes eines elektrischen Energieversorgungsnetzes erfasst, der auf das Auftreten eines inneren Fehlers zu überwachen ist. Die mittels der Stromwandler gewonnenen Ströme werden bei dem bekannten Verfahren in einer Messwertvorverarbeitungseinrichtung in effektivwertproportionale Messgrößen umgewandelt, mit denen Differenz- und Stabilisierungsstromwerte gewonnen werden. Um einen Fehler auf dem zu überwachenden Abschnitt eines Energieversorgungsnetzes zu erfassen, werden Differenzstromwerte auf Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwertes des Differenzstromes (Differenzstromgrenzwert) sowie auf Überschreiten mit einem Kennlinienfaktor bewerteter Stabilisierungsstromwerte überwacht; es wird das Auslösesignal erzeugt, wenn gleichzeitig positive Ergebnisse beider Überwachungen vorliegen.

Besondere Vorkehrungen müssen bei dem bekannten Verfahren gegen Fehlauslösungen infolge von Sättigungserscheinungen in den Stromwandlern getroffen werden. Stromwandler übertragen nämlich unter Umständen nur für jeweils einen begrenzten kurzen Zeitraum jeder Periode die Messwerte einwandfrei, weil sie bei größeren Stromwerten in Sättigung gehen. Durch die Sättigungserscheinungen in den Stromwandlern können an sich bezüglich des zu überwachenden Abschnittes außenliegende Fehler irrtümlicherweise als innere Fehler eingestuft werden, was dann zu unerwünschten Auslösungen führen kann. Um dem vorzubeugen, ist bei dem bekannten Verfahren nach dem Stromdifferentialschutzprinzip dafür gesorgt, dass nach Feststellen eines außen liegenden Fehlers im Zustand ungesättigter Stromwandler die Ausgabe eines Auslösesignals blockiert wird. Das Blockieren wird dabei nicht für eine fest vorgegebene Zeit vorgenommen, sondern erfolgt von einem von den jeweiligen Verhältnissen abhängigen Zeitpunkt an für eine vorgegebene Zeitdauer. Nach Ablauf dieser Zeitdauer kann das bekannte Verfahren dann wieder auf einen inneren Fehler ansprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines Auslösesignals nach dem Stromdifferentialschutzprinzip vorzuschlagen, mit dem bei einem inneren Fehler schnell und zuverlässig - unter Vermeidung von Fehlauslösungen bei äußeren Fehlern mit Wandlersättigung - ein Auslösesignal erzeugt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die Differenzstromwerte und die Stabilisierungsstromwerte Stabilisierungsstrommomentanwerte mit Momentanwerten der am elektrischen Energieversorgungsnetz erfassten Ströme errechnet, und es wird eine dem Differentialquotienten des Stabilisierungsstromes nach der Zeit proportionale erste Messgröße gebildet und in einem Auswertungsvorgang überprüft, ob diese erste Messgröße einen vorgegebenen Grenzwert des Differentialquotienten des Differenzstromes nach der Zeit (Differenzstromquotientengrenzwert) überschreitet; es wird ferner eine dem Differentialquotienten des Differenzstromes nach der Zeit proportionale zweite Messgröße gebildet und in einem weiteren Auswertungsvorgang überprüft, ob die zweite Messgröße den Differenzstromquotientengrenzwert übersteigt, und es wird das Auslösesignal erzeugt, wenn beide Auswertungsvorgänge gleichzeitig mit den beiden Überwachungen positive Ergebnisse erbringen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass durch die Verarbeitung von Momentanwerten der am elektrischen Energieversorgungsnetz erfassten Ströme zunächst einmal der Rechenaufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann. Dies wird noch dadurch gefördert, dass die Auswertungsvorgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren relativ einfach ablaufen, so dass insgesamt der Rechenaufwand vergleichsweise gering ist. Andererseits besteht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die vorteilhafte Möglichkeit, die Rechenoperationen in vergleichsweise kurzen Abständen durchführen zu können, ohne eine relativ große Datenverarbeitungseinrichtung einsetzen zu müssen.

Um mit besonders hoher Sicherheit Fehlauslösungen bei äußeren Fehlern mit einhergehender Sättigung der Stromwandler auszuschließen, wird bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft, ob die erste Messgröße größer als die zweite Messgröße ist, und ggf. das Auslösesignal erzeugt.

Ferner hat es sich zur weiteren Steigerung der Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft herausgestellt, wenn überprüft wird, ob die zweite Messgröße die mit dem Kennlinienfaktor bewertete erste Messgröße überschreitet; ggf. wird das Auslösesignal erzeugt.

Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verhindern, dass aufgrund von Impedanzunterschieden der Einspeisungen bei einem Fehler auf dem zu überwachenden Abschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes ein scheinbarer Fehlerort außerhalb des Abschnittes erkannt wird, wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils in einem Zeitbereich, in dem die erste Messgröße kleiner als Null wird, der kleinste Wert des Stabilisierungsstroms bestimmt wird, und jeweils in einem Zeitbereich, in dem die erste Messgröße größer als Null wird, ihr größter Wert bestimmt wird; es wird überprüft, ob der Stabilisierungsstrom größer als das KMIN-Fache des kleinsten Wertes des Stabilisierungsstroms ist mit 1 < KMIN < √2 sowie des 0,5fachen Wertes des größten Wertes ist und gegebenenfalls das Auslösesignal erzeugt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Auslösesignal erzeugt, wenn bei den Auswertungsvorgängen und den Überwachungen Ns-Mal hintereinander positive Ergebnisse erzielt worden sind, wobei Ns frei wählbar ist. Damit lässt sich eine Schnellauslösung bewirken, wenn Ns sehr klein, z. B. Ns = 1 oder Ns = 2 gewählt wird.

Lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Schnellauslösung erreichen, dann wird vorteilhafterweise beim Ausbleiben von Ns-Ergebnissen das Auslösesignal dann erzeugt, wenn mindestens die Überwachungen Nz-Mal positive Ergebnisse erbracht haben mit Ns << Nz.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es zur Vermeidung von Fehlauslösungen ferner als vorteilhaft angesehen, wenn beim Ausbleiben eines Auslösesignals ein internes Sperrsignal erzeugt wird, wenn die erste Messgröße größer ist als der Grenzwert dieser Größe, ferner die zweite Messgröße kleiner ist als der mit dem k-Faktor bewertete Momentanwert der ersten Messgröße und dabei der Momentanwert des Stabilisierungsstroms größer ist als ein Grenzwert, ein erster umbewerteter Grenzwert, ein zweiter umbewerteter Grenzwert und ein als Mittelwert aus vorangehenden Werten berechneter Vergleichswert.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Stromdifferentialschutzanordnung für einen Abschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes mit einer Messwertvorverarbeitungseinrichtung, in der aus an den Enden des Abschnittes erfassten Strömen fortlaufend jeweils Differenzstromwerte und diesen jeweils zugeordnete Stabilisierungsstromwerte gebildet werden, mit einer der Messwertvorverarbeitungseinrichtung nachgeordneten Auswerteeinrichtung, in der der Differenzstrom darauf geprüft wird, ob er einen vorgegebenen Differenzstromgrenzwert überschreitet, und mit einer Logikschaltung, die eingangsseitig an die Auswerteeinrichtung angeschlossen ist und einen Ausgang zur Abgabe eines Auslösesignals aufweist. Eine solche Stromdifferentialschutzanordnung ist in der eingangs bereits behandelten deutschen Patentschrift DE 44 36 254 C1 beschrieben.

Um mit einer solchen Stromdifferentialschutzanordnung schnell und zuverlässig Auslösesignale bei einem inneren Fehler auf den zu überwachenden Abschnitt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes gewinnen zu können, ist erfindungsgemäß die Messwertvorverarbeitungseinrichtung so ausgebildet, dass sie Differenzstrommomentanwerte und Stabilisierungsstrommomentanwerte erzeugt; ferner ist einem mit Stabilisierungsstrommomentanwerten beaufschlagten ersten Differenzierer eine erste Grenzwertstufe nachgeordnet, die eingangsseitig auch an einen Differenzstromquotientengrenzwert-Geber angeschlossen; es ist auch einem mit Differenzstrommomentanwerten beaufschlagten zweiten Differenzierer eine zweite Grenzwertstufe nachgeordnet, die eingangsseitig auch an den Differenzstromquotienten- Geber angeschlossen ist, und den Grenzwertstufen ist die Logikschaltung nachgeordnet, die beim Vorliegen von Ausgangssignalen der Grenzwertstufen das Auslösesignal erzeugt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Stromdifferentialschutzanordnung ergeben sich aus den Ansprüchen 9 bis 13, wobei darauf hinzuweisen ist, dass der Aufbau der erfindungsgemäßen Stromdifferentialschutzanordnung insgesamt zweckmäßigerweise durch eine Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Stromdifferentialschutzanordnung ist in der

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Beschreibung des Ablaufs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und in

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Logikschaltung des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1

wiedergegeben.

Die Fig. 1 zeigt einen auf Fehler zu überwachenden Abschnitt E eines Energieversorgungsnetzes N, der von Stromwandlern W1 und W2 begrenzt ist. Mittels der Stromwandler W1 und W2 werden den Strömen durch die Primärwicklungen dieser Wandler proportionale Sekundärströme i1 und i2 gewonnen, die einer Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV mit nachgeordneter Auswerteeinrichtung AW zugeführt werden.

In dieser Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV sind u. a. Tiefpässe vorhanden, mit denen beispielsweise durch äußere elektromagnetische Beeinflussung verursachte Veränderungen der Ströme i1 und i2 eliminiert werden. Ferner werden in der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV Differenzstrommomentanwerte id gemäß der nachstehenden Gleichung (1) gebildet.



id = |Σ(i1, i2)| (1)

In der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV werden auch Stabilisierungsstrommomentanwerte is gemäß der nachstehenden Gleichung (2) erzeugt.



is = Σ|i1||i2| (2)

Der Theorie nach lässt sich durch Betrachtung der Ströme id und is auf einen fehlerfreien Abschnitt E schließen, wenn der Differenzstrom id Null ist; ein Fehler auf dem Abschnitt E ist dann gegeben, wenn der Differenzstrom id genauso groß wie der Stabilisierungsstrom is ist. In der Praxis sind die Verhältnisse jedoch erheblich komplizierter, weil bei der Erfassung der Sekundärströme i1 und i2 Messfehler durch den Einsatz der Stromwandler W1 und W2 auftreten. Diese Messfehler sind dann besonders groß, wenn die Stromwandler W1 und W2 in die Sättigung gelangen, was bei einem Kurzschluss im Energieversorgungsnetz N mit einhergehenden Kurzschlussströmen der Fall sein kann.

In der Praxis wird deshalb im Falle eines Fehlers auf dem Abschnitt E angenommen, dass dann



id > idg (5)



id > K.is (6)

Dabei ist mit idg ein Grenzwert des Differenzstromes id gemeint. Mit K ist ein Kennlinienfaktor bezeichnet, der in bekannter Weise in seiner Größe zwischen Null und 1 liegt. Mit diesem Kennlinienfaktor K wird berücksichtigt, dass Messfehler bei der Erfassung der Ströme i1 und i2 mit wachsendem Strom auf dem Abschnitt E größer werden können, dass über den Abschnitt E fließende normale Lastströme dem Fehlerstrom überlagert sein können und unterschiedliche Impedanzen angeschlossener Leitungen Phasenunterschiede bewirken können. Unter den üblichen Betriebsverhältnissen der Netze kann eine ausreichende Stabilität einer mit diesen Kriterien arbeitenden Stromdifferentialschutzanordnung erreicht werden, wenn der Differenzstromgrenzwert idg und der Kennlinienfaktor K hoch genug eingestellt werden; dabei ist aber zu beachten, dass eine für den Anwendungsfall befriedigende Empfindlichkeit gesichert sein muss, indem diese Größen niedrig genug eingestellt werden.

Den Gleichungen (5) und (6) ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch Rechnung getragen, dass an einen Differenzstrommomentanwerte id führenden Ausgang A1 der Messvorverarbeitungseinrichtung MV mit einem Eingang eine Vergleichsanordnung VA1 der Auswerteeinrichtung AW angeschlossen ist; mit ihrem anderen Eingang ist die Vergleichsanordnung VA1 an einen Grenzwertgeber G1 g angeschlossen, der an seinem Ausgang eine dem Differenzstromgrenzwert igd proportionale Messgröße abgibt. Außerdem ist an den Ausgang A1 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV eine weitere Vergleichsanordnung VA2 mit ihrem einen Eingang angeschlossen; ein weiterer Eingang dieser weiteren Vergleichsanordnung VA2 ist über eine Bewertungsstufe B mit einem weiteren Ausgang A2 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV verbunden; an diesem Ausgang A2 treten Stabilisierungsstrommomentanwerte is auf.

Ist die Gleichung (5) erfüllt, dann wird von der Vergleichsanordnung VA1 ein Betätigungssignal an einen Eingang E1 einer Logikschaltung L abgegeben, die der Auswerteeinrichtung AW nachgeordnet ist. Ist die Gleichung (6) erfüllt, dann liefert die weitere Vergleichsanordnung VA2 ein Betätigungssignal an einen Eingang E2 der Logikschaltung L.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird von der Logikschaltung L, deren Funktion später noch im einzelnen beschrieben wird, nicht bereits dann ein Auslösesignal A erzeugt, wenn an beiden Eingängen E1 und E2 Betätigungssignale der Vergleichsanordnungen VA1 und VA2 anstehen, sondern es müssen zur Ausgabe des Auslösesignals A noch weitere - unten näher beschriebene - Bedingungen erfüllt sein.

Zur Überprüfung der weiteren Bedingungen ist an den weiteren Ausgang A2 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV ein erster Differenzierer DS angeschlossen, der an seinem Ausgang eine dem Differentialquotienten des Stabilisierungsstromes is nach der Zeit proportionale erste Messgröße isd erzeugt. Diese erste Messgröße isd wird einem Eingang einer ersten Grenzwertstufe Gs zugeführt, die mit ihrem anderen Eingang an einem Differenzstromquotientengrenzwert-Geber G1 liegt. Mit diesem Geber G1 wird ein Grenzwert des Differentialquotienten des Differenzstromes id nach der Zeit vorgegeben, der im Folgenden kurz mit Differenzstromquotientengrenzwert igd1 bezeichnet wird. Ist die erste Messgröße isd größer als der Differenzstromquotientengrenzwert igd1, gilt also die Beziehung (7)



isd > igd1 (7)



dann wird von der ersten Grenzwertstufe Gs ausgangsseitig an einen Eingang E3 der Logikschaltung L ein weiteres Betätigungssignal abgegeben.

Auch dem einen Ausgang A1 der Messvorverarbeitungseinrichtung MV ist ein zweiter Differenzierer Dd nachgeordnet, der an seinem Ausgang eine zweite Messgröße idd erzeugt, die dem Differentialquotienten des Differenzstromes id nach der Zeit entspricht. Diese zweite Messgröße idd liegt an einem Eingang einer zweiten Grenzwertstufe Gd, deren anderer Eingang ebenfalls mit dem einen Geber G1 verbunden ist. Ist die zweite Messgröße idd größer als der Differenzstromgrenzwert igd1, gilt also die nachstehende Gleichung (8)



idd > igd1 (8)



dann wird von dieser zweiten Grenzwertstufe Gd an einen Eingang E4 der Logikschaltung L ein zusätzliches Betätigungssignal abgegeben.

Durch die zusätzlichen Signale an den Eingängen E3 und E4 ist das erfindungsgemäße Verfahren schon vergleichsweise sicher in Bezug auf unerwünschte Fehlauslösungen geworden, es lässt sich jedoch in seiner Funktionsweise im Hinblick auf die Vermeidung von Fehlauslösungen noch sicherer gestalten, wenn eine weitere Beziehung (9) berücksichtigt wird, die nachstehend aufgeführt ist.



isd > idd (9)

In der Fig. 1 ist dazu ein erster Komparator K1 vorgesehen, der mit seinem einen Eingang an dem Ausgang des zweiten Differenzierers Dd liegt und somit mit der zweiten Messgröße idd beaufschlagt ist; ein weiterer Eingang des ersten Komparators K1 ist an den Ausgang des einen Differenzierers Ds angeschlossen und daher mit der einen Messgröße isd beaufschlagt. Ist die obige Beziehung (9) erfüllt, dann gibt der eine Komparator K1 ein zusätzliches Betätigungssignal an einen Eingang E5 der Logikschaltung L ab.

An einen weiteren Eingang E6 der Logikschaltung L liegt mit seinem Ausgang ein zweiter Komparator K2, der zur Auswertung der nachstehenden Beziehung (10) dient.



idd > K.isd (10)

Zu diesem Zweck ist der zweite Komparator K2 mit einem Eingang an den Ausgang des zweiten Differenzierers Dd angeschlossen. Ein weiterer Eingang des zweiten Komparators K2 ist über eine Umwertungsstufe U1 an den Ausgang des ersten Differenzierers Ds angeschlossen. Ist die Bedingung (10) erfüllt, dann gibt der zweite Komparator K2 ein Betätigungssignal an den Eingang E6 der Logikschaltung L ab.

Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Prüfschaltung P vorgesehen, die mit ihrem Eingang am Ausgang des zweiten Differenzierers Dd liegt und überprüft, ob die zweite Messgröße idd größer als Null ist. Ist dies der Fall, dann gibt sie einen Impuls an einen Eingang E7 der Logikschaltung L ab. Ein weiterer Eingang E8 der Logikschaltung L ist mit einem Ausgang einer Vergleicherstufe V5 verbunden. Diese ist an einem Eingang mit dem Stabilisierungsstrom is beaufschlagt, während ihr anderer Eingang über eine Bewertungseinrichtung BE mit einer Ermittlungseinrichtung U verbunden ist; diese ist eingangsseitig mit dem Stabilisierungsstrom is beaufschlagt und stellt den aktuell kleinsten Wert ismin und des größten Wertes ismax des Stabilisierungsstroms is fest. Ist die nachstehende Beziehung (11) erfüllt,



0,5ismax < is > KMIN.ismin (11)



dann wird von der Vergleichsstufe VS ein Signal über den Eingang E8 an die Logikschaltung L abgegeben.

Die Logikschaltung L weist außerdem Eingänge E11, E12, E13, E14 und E15 auf. An den Eingang E11 ist eine erste Vergleicherstufe V1 angeschlossen, die eingangsseitig an den Ausgang A2 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV und einen zweiten Grenzwertgeber G2g angeschlossen ist. Die Vergleicherstufe V1 überprüft, ob die Beziehung (12) eingehalten ist:



is > ish (12)

Ist dies der Fall, dann wird ein Sperrsignal an den Eingang E11 abgegeben.

An den Eingang E12 ist eine zweite Vergleichsstufe V2 mit ihrem Ausgang angeschlossen; mit ihrem einen Eingang ist die zweite Vergleichsstufe V2 über eine Umwertungsstufe U2 (Faktor 1/K)an den Grenzwertgeber G1g für den Differenzstromquotientengrenzwert idg angeschlossen, während der andere Eingang direkt mit dem Stabilisierungsstrom is beaufschlagt ist. Es wird somit mit der zweiten Vergleichsstufe V2 anhand eines ersten umbewerteten Grenzwertes idg/K die folgende Bedingung (13) überprüft:



is > idg/K (13)

Ist diese Bedingung und gleichzeitig mit einem zweiten umbewerteten Grenzwert 1,5.idg die Bedingung is > 1,5.idg erfüllt, dann tritt am Eingang E12 der Logikschaltung L ein Sperrsignal auf.

Eine dritte Vergleichsstufe V3 ist eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des ersten Differenzierers DS und andererseits mit dem Ausgang des zweiten Gebers G2 verbunden; ausgangsseitig ist die dritte Vergleicherstufe V3 mit dem Eingang E13 der Logikschaltung L verbunden und gibt an diese ein Sperrsignal dann ab, wenn die folgende Bedingung (14) erfüllt ist:



isd > igd2 (14)

Eine vierte Vergleichsstufe V4 ist eingangsseitig einerseits über eine weitere Umwertungsstufe U3 (Faktor KA) mit dem weiteren Ausgang A2 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV verbunden sowie andererseits direkt mit dem einen Ausgang A1 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV. Ausgangsseitig ist die vierte Vergleichsstufe V4 mit einem Eingang E14 der Logikschaltung L verbunden und gibt an diesen Eingang ein Sperrsignal ab, wenn die folgende Beziehung (15) erfüllt ist:



id < KA.is (15)

Schließlich wird mittels einer Vergleichereinrichtung VE überprüft, ob die nachstehenden Beziehungen (16) und (17) erfüllt ist:



is > KMIN.ismin (16)



is > 0,5.ismax (17)

Zu diesem Zwecke ist die Vergleichseinrichtung VE eingangsseitig direkt mit dem Ausgang A2 der Messwertvorverarbeitungseinrichtung MV verbunden; ausgangsseitig ist die Vergleichseinrichtung VE mit dem Eingang E15 der Logikschaltung L verbunden. In der Vergleichereinrichtung wird ein berechneter Vergleichswert ermittelt, indem von dem Effektivwert des Stabilisierungsstromes iseff ein Vergleichswert subtrahiert wird. Der berechnete Vergleichswert wird mit dem Momentanwert des Stabilisierungsstromes is verglichen.

Wie die Fig. 2 erkennen lässt, weist die der Auswerteeinrichtung AW nachgeordnete Logikschaltung L eingangsseitig mehrere UND-Glieder UG1 bis UG5 auf, die in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise eingangsseitig mit den Eingängen E1 bis E14 der Logikschaltung verbunden sind. Ist die erste Messgröße isd kleiner als der vorgegebene Differenzstromquotientengrenzwert igd1, und kleiner als die zweite Messgröße idd und übersteigt auch die zweite Messgröße idd diesen Grenzwert nicht und ist sie kleiner als die mit dem Kennlinienfaktor k bewertete erste Messgröße isd, dann wird am Ausgang des UND- Gliedes UG5 ein Sperrglied B erzeugt, wenn die Bedingungen



isd > igd2



idd > k.isd



gegeben sind und gleichzeitig für den Momentanwert des Stabilisierungsstromes is gilt:



is > ish



is > idg/k



is > 1,5.idg



is > im

Dabei bezeichnet im einen Vergleichswert, der aus vorangehenden Effektivwerten des Stabilisierungsstromes is zuzüglich einem Schwellwert berechnet wird. Das Sperrsignal B trifft also bei einem äußeren Fehler bezüglich des zu überwachenden Abschnitts E des Energieversorgungsnetzes N auf.

Mit dem Sperrsignal B wird einerseits ein weiteres UND-Glied UG6 und andererseits ein eine Schnellstufe bildender Zähler Z1 an seinem Rücksetzeingang beaufschlagt, so dass beim Auftreten des Sperrsignals B und einem Signal am Empfang E15 ein Zeitgeber ZG zurückgesetzt wird und auch der Zähler Z1 zurückgesetzt wird. Es wird damit ein weiterer Zähler Z2 wirksam, der als Zeitstufe wirkt und bei einem Zählerstand größer als der von einem Geber GZ2 vorgegebene Zählwert Nz über einen Vergleicher VZ2 und ein zusätzliches UND-Glied UG7 ein Signal an ein ODER-Glied OG abgibt.

Die Schnellstufe mittels des Zählers Z1 wird wirksam, wenn in einem nachgeschalteten Vergleicher VZ1 ermittelt wird, dass im Zähler Z1 ein Zählerstand erreicht ist, der größer als ein vorgegebener Zählwert Ns eines weiteren Gebers GZ1 ist. Ns ist dabei erheblich kleiner als Nz gewählt. Ist der Zählerstand des Zählers Z1 größer als Ns, wird das Auslösesignal A erzeugt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Erzeugen eines Auslösesignals (A) nach dem Stromdifferentialschutzprinzip bei einem Fehler auf einem Abschnitt (E) eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, bei dem

    Differenzstromwerte (id) auf Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwertes des Differenzstromes (id) (Differenzstromgrenzwert (igu))sowie auf Überschreiten mit einem Kennlinienfaktor (K) bewerteter Stabilisierungsstromwerte (is) überwacht werden und

    das Auslösesignal (A) erzeugt wird, wenn gleichzeitig positive Ergebnisse beider Überwachungen vorliegen,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Differenzstromwerte (id) und die Stabilisierungsstromwerte (is) mit Momentanwerten der an dem Abschnitt (E) des elektrischen Energieversorgungsnetzes erfassten Ströme (i1, i2) als Momentanwerte errechnet werden,

    eine dem Differentialquotienten des Stabilisierungsstromes (is)nach der Zeit proportionale erste Messgröße (isd) gebildet und in einem Auswertungsvorgang überprüft wird, ob diese erste Messgröße (isd) einen vorgegebenen Grenzwert des Differentialquotienten des Differenzstromes nach der Zeit (Differenzstromquotientengrenzwert (igd1) überschreitet,

    eine dem Differentialquotienten des Differenzstromes (id) nach der Zeit proportionale zweite Messgröße (idd) gebildet und in einem weiteren Auswertungsvorgang überprüft wird, ob die zweite Messgröße (idd) den Differenzstromquotientengrenzwert (igd1) übersteigt, und

    das Auslösesignal (A) erzeugt wird, wenn beide Auswertungsvorgänge gleichzeitig mit den beiden Überwachungen positive Ergebnisse erbringen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob die erste Messgröße (isd) größer als die zweite Messgröße (idd) ist, und gegebenenfalls das Auslösesignal (A) erzeugt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob die zweite Messgröße (idd) die mit dem Kennlinienfaktor (K) bewertete erste Messgröße (isd) überschreitet, und gegebenenfalls das Auslösesignal (A) erzeugt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

    jeweils in einem Zeitbereich, in dem die erste Messgröße (isd) kleiner als Null wird, der kleinste Wert (ismin) des Stabilisierungsstroms (is) bestimmt wird,

    jeweils in einem Zeitbereich, in dem die erste Messgröße (isd) größer als Null wird, ihr größter Wert (ismax) bestimmt wird, und

    überprüft wird, ob der Stabilisierungsstrom (is) größer als das KMIN-fache des kleinsten Wertes (ismin) mit 1 < KMIN < √2 sowie des 0,5fachen Wertes des größten Wertes (ismax) ist und

    gegebenenfalls das Auslösesignal (A) erzeugt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal (A) erzeugt wird, wenn bei den Auswertungsvorgängen und den Überwachungen Ns-Mal hintereinander positive Ergebnisse erzielt worden sind, wobei Ns frei wählbar ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbleiben von Ns-Ergebnissen das Auslösesignal (A) dann erzeugt wird, wenn mindestens die Überwachungen Nz- Mal positive Ergebnisse erbracht haben mit Ns << Nz.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbleiben eines Auslösesignals (A) ein internes Sperrsignal (B) erzeugt wird, wenn

    die erste Messgröße (isd) größer ist als der Grenzwert dieser Größe (igd2),

    ferner die zweite Messgröße (idd) kleiner ist als der mit dem k-Faktor bewertete Momentanwert der ersten Messgröße (k.isd) und dabei der Momentanwert des Stabilisierungsstroms (is) größer ist als

    ein Grenzwert (ish),

    ein erster umbewerteter Grenzwert (idg/k),

    ein zweiter umbewerteter Grenzwert (1,5.idg) und

    ein als Mittelwert aus vorangehenden Werten berechnete Vergleichswert (iseff-Vergleichswert).
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen eines Sperrsignals ein Auslösesignal erst dann erzeugt wird, wenn mindestens Nz-Mal die Überwachungen und/oder die Auswertungen ein positives Ergebnis erbracht haben.
  9. 9. Stromdifferentialschutzanordnung für einen Abschnitt (E) eines elektrischen Energieversorgungsnetzes mit

    einer Messwertvorverarbeitungseinrichtung (MV), in der aus an den Enden des Abschnittes (E) erfassten Strömen (11, 12) fortlaufend jeweils Differenzstromwerte (id) und diesen jeweils zugeordnete Stabilisierungsstromwerte (is) gebildet werden, mit

    einer der Messwertvorverarbeitungseinrichtung (MV) nachgeordneten Auswerteeinrichtung (AW),

    in der der Differenzstrom (id) darauf geprüft wird, ob er einen vorgegebenen Differenzstromgrenzwert (idg) überschreitet, und mit

    einer Logikschaltung (L1), die eingangsseitig an die Auswerteeinrichtung (AW) angeschlossen ist und einen Ausgang zur Abgabe eines Auslösesignals (A) aufweist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Messwertvorverarbeitungseinrichtung (MV) so ausgebildet ist, dass sie Differenzstrommomentanwerte und Stabilisierungsstrommomentanwerte (is) erzeugt,

    einem mit Stabilisierungsstrommomentanwerten (is)beaufschlagten ersten Differenzierer (Ds)eine erste Grenzwertstufe (Gs) nachgeordnet ist, die eingangsseitig auch an einen Differenzstromquotientengrenzwert-Geber (G1) angeschlossen ist,

    einem mit Differenzstrommomentanwerten beaufschlagten zweiten Differenzierer (Dd) eine zweite Grenzwertstufe (Gd) nachgeordnet ist, die eingangsseitig auch an den Differenzstromquotienten-Geber (G19) angeschlossen ist, und

    den Grenzwertstufen die Logikschaltung (L1) nachgeordnet ist, die beim Vorliegen von Ausgangssignalen der Grenzwertstufen das Auslösesignal (A) erzeugt.
  10. 10. Stromdifferentialschutzanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die beiden Differenzierer (Dd, Ds) ein erster Komparator (K1) angeschlossen ist, der ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist.
  11. 11. Stromdifferentialschutzanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Differenzierer (Ds) über eine Umwertungsstufe (U1) und dem zweiten Differenzierer (Dd) mittelbar ein zweiter Komparator (K2) nachgeordnet ist, der ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist.
  12. 12. Stromdifferentialschutzanordnung und einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass

    eine Ermittlungseinrichtung (U) für den kleinstensten Wert (ismin) des Stabilisierungsstroms (is) vorgesehen ist,

    an die Ermittlungseinrichtung (U) eine Bewertungseinrichtung (BE) angeschlossen ist und

    der Bewertungseinrichtung (BE) eine Vergleichsstufe (VS) nachgeordnet ist, die eingangsseitig auch mit den Stabilisierungsstrommomentanwerten (is) beaufschlagt ist und ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist.
  13. 13. Stromdifferentialschutzanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass

    einem Geber (G1g) für den Differenzstromquotientgrenzwert (idg) und einem zweiten Geber (G2) für den Stabilisisierungsquotientengrenzwert (igs) eine Vergleichsstufe (V1) nachgeordnet ist, die ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist,

    eine weitere Vergleichsstufe (V2) eingangsseitig einerseits mit dem Eingang des ersten Differenzierers (Ds) und andererseits über eine weitere Umwertungsstufe (U2) mit einem Geber (G1g) für den Grenzwert (idg) des Differenzstromes (id) verbunden ist und ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist,

    eine dritte Vergleichsstufe (V3) eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des ersten Differenzierers (Ds) und andererseits mit dem Ausgang des weiteren Gebers (G2) verbunden ist und ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist,

    eine vierte Vergleichsstufe (V4) eingangsseitig einerseits an den Eingang des zweiten Differenzierers (Dd) und andererseits über eine dritte Umwertungsstufe (U3) an den Eingang des einen Differenzierers (Ds) angeschlossen ist und ausgangsseitig mit der Logikschaltung (L1) verbunden ist und

    eine fünfte Vergleichsstufe (V5) eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des zweiten Differenzierers (Dd) und andererseits über eine vierte Umwertungsstufe (U3) mit dem Ausgang des ersten Differenzierers (Ds) verbunden ist und ausgangsseitig an die Logikschaltung (L1) angeschlossen ist.






IPC
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