DE1051970B - Verfahren zur Lokalisierung eines erdgeschlossenen Netzteiles ohne Betriebsunterbrechung in einem Wechsel- bzw. Drehstrom-Hochspannungs-Kabelnetz mit nicht starr geerdetem Nullpunkt - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Lokalisierung eines erdgeschlossenen Netzteiles ohne Betriebsunterbrechung in Wechsel- bzw. Drehstrom-Hochspannungs-Kabelnetzen mit nicht starr geerdetem Nullpunkt.

Drehstrom-Hochspannungsnetze werden vielfach mit nicht starr geerdetem Systemmittelpunkt (Sternpunkt) betrieben. Diese Betriebsweise erfolgt mit dem Ziel, den Betrieb auch dann fortsetzen zu können, wenn ein Außenstrang des Netzes Erdschluß bekommt. Bei starrer Mittelpunkterdung wäre der Betrieb nicht aufrechtzuerhalten, da der Erdschluß eines Stranges einen einphasigen Kurzschluß darstellt.

Es ist erwünscht, im Erdschlußfall den Betrieb fortzusetzen und die Energieversorgung sowohl zeitlich als auch dem Umfang nach möglichst wenig einzuschränken, während man bestrebt ist, in kurzer Zeit den Erdschlußort zu ermitteln und die Schadenstelle zu beseitigen. Die Suche des Erdschlußortes muß aus drei Gründen möglichst schnell vonstatten gehen. Die Isolation der nicht erdgeschlossenen Stränge wird mit l/F-facher Spannungshöhe gegenüber dem Normalfall beansprucht, und die Gefahr eines Doppelerdschlusses reift heran. Die einpoligen, gegen Erde geschalteten Spanungswandler des Netzes sind mit y3 -fächer Spannung erregt, wofür sie zeitlich nicht unbegrenzt geeignet sind. Bei lichtbogen- und widerstandsbehafteten Erdschlüssen besteht die Gefahr, daß sich diese Erdschlüsse in geraumer Zeit zu Kurzschlüssen entwickeln.

Die Größe des Erdschlußstromes hängt bekanntlich von der Ausdehnung (Erdkapazität) des galvanisch zusammenhängenden Netzes und der Betriebsspannung ab. Wenn nicht besondere Erdschlußsucheinrichtungen vorgesehen sind, erfolgt die Suche nach dem Erdschlußort in der Weise, daß die vermutlich erdschlußbetroffenen Netzteile nacheinander vom restlichen Netz galvanisch getrennt und über »Isoliertransformatoren« gespeist werden. Diese Methode ist aber zeitraubend und birgt die Gefahren von Fehl schaltungen mit Kurzschlüssen in sich.

Es sind Verfahren zum Aufsuchen erdschlußbehafteter Kabel oder Kabelgruppen vorgeschlagen worden, die Hochspannungsumschaltungen vermeiden oder weitgehend einschränken.

So ist z. B. ein Suchverfahren bekannt, nach dem die Kabel eines Netzes nacheinander automatisch durch eine Abfragevorrichtung kurzzeitig vom Netz abgetrennt und wieder zugeschaltet werden. Dieses Abfragespiel wird so lange fortgeführt, bis das erdschlußbehaftete Kabel durch Ansprechen eines erdschlußstrom- oder erdschlußspannungsabhängigen Gliedes gefunden ist. Eine Erdschlußsuche dieser Art hat zwangläufig unerwünschte Unterbrechungen der

Verfahren zur Lokalisierung
eines erdgeschlossenen Netzteiles

ohne Betriebsunterbrechung
in einem Wechsel- bzw. Drehstrom-

Hochspannungs-Kabelnetz
mit nicht starr geerdetem Nullpunkt

Anmelder:

Dipl.-Ing. Heinz Würz,
Berlin-Reinickendorf, Huttwiler Weg 10

Dipl.-Ing. Heinz Würz, Berlin-Reinickendorf,
ist als Erfinder genannt worden

Stromversorgung des jeweils abgefragten Kabels zur Folge und ist aus diesem Grunde für eine Verwendung in Großstadt- und Industrienetzen erfahrungsgemäß ungeeignet.

Bei einem anderen, weniger bekannten Verfahren werden die bei Erdschluß in den Leitungssträngen eines Kabels fließenden Ströme mittels Stromwandler summiert und die gebildeten Stromsummen nacheinander über einen handbetätigten Wahlschalter auf ein zentral in der Schaltanlage befindliches wattmetrisches Erdschluß relais geschaltet. Die Ortung des erdgeschlossenen Kabels erfolgt durch Ansprechen des Erdschlußrelais.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem vorigen Verfahren ist eine Erdschluß suche ohne Stromlieferungsunterbrechung. Jedoch ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten in den Fällen, in denen durch Netzumschaltung im Sinne von Netzverkleinerungen zwangläufig das Auftreten verringerter Erdschlußströme bedingt wird, die unterhalb des fest eingestellten Ansprechwertes des Erdschluß relais liegen und eine sichere Erdschlußortung unmöglich machen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren verzichtet auf eine zentrale Abfragevorrichtung und auf die Messung der Strangströme. Es beruht darauf, daß einerseits das erdschlußbehaftete Kabel den größten Strom führt und daß andererseits dieser Strom in praktisch voller Höhe auch dem Bleimantel des betroffenen Kabels und nur zu einem unbedeutenden Anteil über Erde fließt.

Um diesen Umstand auszunutzen, wird die Erdung des Kabelmantels in der speisenden oder in der zu

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speisenden Station in der Weise durchgeführt, daß eine Erdschlußsuche nicht nur bei vollem Erdschlußdas Kabelende (Kabelendverschluß) von der Erde strom, sondern auch bei verringertem Erdschlußstrom, isoliert aufgehängt wird und mittels eines besonderen vor allem auch dann, wenn ohne Wissen des Suchen-Leiters (z. B. Erdungsbandeisen) über eine Strom- den-Netzauftrennungen während der Dauer des Suchfallklappe an die Stationssammelerde angeschlossen 5 Vorganges erfolgen.

wird. Der Ansprechwert dieser Stromfallklappen ist Die Anwendungsmöglichkeit dieses neuen Ver-

so hoch bemessen, daß er zwischen dem Gesamt- fahrens ist besonders dann gegeben, wenn mehrere

erdschlußstrom des galvanisch verbundenen Netzes Kabelgruppen gleichzeitig überwacht werden müssen,

und dem Teilerdschlußstrom des in Frage stehenden wie es in verzweigten Netzen erforderlich ist.

Kabels bzw. Teilnetzes liegt. io Die Erfindung besteht nun darin, daß aus den

Diese Erdschlußfallklappen haben aber in mancher Mantelströmen aller in Richtung auf einen möglichen Hinsicht die in sie gesetzten Erwartungen nicht er- Erdschlußort speisenden, jeweils eine Kabelgruppe füllt. Die Fallklappen können durch Nullausgleich- bildenden Kabel die die Stromrichtung berücksichströme, die bei Lastschaltungen auftreten, ansprechen, tigende Stromsumme gebildet wird, indem die von ohne daß Erdschluß vorhanden war. Sie können auch 15 den einzelnen Mantelströmen der Einzelkabel an diesen an nicht betroffenen Kabeln zum Ansprechen kommen, zugeordneten Shunts hervorgerufenen Spannungswenn aussetzende und Lichtbogenerdschlüsse auf- abfalle Primärwicklungen von isolierenden Spannungstreten. Sie sprechen auch dann nicht mehr an, wenn wandlern zugeführt werden, deren Sekundärwickdurch Auftrennen des Netzes der Gesamterdschluß- lungen untereinander in Reihe geschaltet sind, und strom verringert wird. Ferner erfordern die zum Teil 20 daß bei dem Vergleich der den Summenströmen proörtlich weit voneinander entfernten Einbauorte ein portionalen Spannungen der einzelnen Kabelgruppen häufigeres, zeitraubendes Begehen der Anlage, um als Kriterium für die den erdschlußfreien Netzteil durch wiederholtes Zurückstellen falsch ausgelöster versorgenden Kabelgruppen ein nur kleiner, ihrer Fallklappen ihre Betriebsbereitschaft zu gewährleisten. eigenen Erdkapazität entsprechender Summenmantel-Schließlich ist bei parallel in Richtung Erdschluß- 25 strom und für die den erdschlußbehafteten Netzteil ort speisenden Kabeln ein Richtungsentscheid und versorgenden Kabelgruppen dagegen ein wesentlich auch ein Ansprechen unwahrscheinlich, so daß die größerer, der Erdkapazität des Gesamtnetzes ent-Anwendungsmöglichkeit solcher Erdschlußfallklappen sprechender Summenmantelstrom dient,
für verzweigte und vermaschte Netze fragwürdig ist. Das Kriterium für ein »erdschlußfreies« Netzteil Der zuletzt genannte Nachteil grenzt den Anwen- 30 bzw. für ein »erdgeschlossenes« Netzteil ist:
dungsbereich der Stromfallklappen auf einfachste Ein Netzteil wird dann eindeutig als »erdschluß-Netzgebilde (Strahlennetze) ein. frei« bewertet, wenn die für diesen Netzteil gebildete

Da sich die Arbeitsweise der Meldeeinrichtungen Stromsumme nur ebenso groß wie der der Erdkapader oben beschriebenen Art wechselnden Netzverhält- zität proportionale Erdschluß strom dieses Netzteiles nissen (Netzumschaltungen) von Fall zu Fall nicht 35 selbst ist.

ohne weiteres anpassen läßt, haben trotz des be- Der »erdgeschlossene« Netzteil dagegen weist sich

stehenden dringenden Bedürfnisses diese Einrich- dadurch aus, daß die für dieses Netzteil ermittelte

tungen nur in sehr beschränktem Umfang Eingang in Stromsumme der Erdkapazität des Gesamtnetzes ent-

die Verteilungsnetze gefunden. spricht und ebenso groß wie die Summe der Erd-

Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Verfahren zur 40 schlußströme aller erdschlußfreien Netzteile ist. Da-

Erdschlußortung in den meisten Fällen nur dann er- bei ist es für die Arbeitsweise nach dem Verfahren

folgversprechend in der Praxis anwendbar ist, wenn gemäß der Erfindung gleichgültig, ob ein Netzteil von

nachstehenden, sich aus der Praxis ergebenden For- mehreren Kabeln, d. h. einer Kabelgruppe, oder einem

derungen weitgehend Rechnung getragen wird: Einzelkabel gebildet wird.

a) Die Erdschluß suche muß ohne besondere Um- 45 Der Entscheid wird also nach der Festlegung geschaltungen im Netz oder in einer Verteilerstation troffen, daß dem »erdgeschlossenen« Netzteil der jeerfolgen. weils höchste Strom aus der Vielzahl der gemessenen

b) Es soll eine unterbrechungsfreie Energieversor- Ströme zugeordnet ist, wobei die absolute Stromhöhe gung im Netz während der Dauer des Suchvor- keinen Einfluß auf diesen Entscheid nimmt. So ist ganges gewährleistet sein. 50 eine sichere Ortung auch dann noch möglich, wenn

c) Die eindeutige Lokalisierung des erdgeschlossenen während des Suchvorgangs Netzumschaltungen zum Netzteils soll nicht nur an Einzelkabeln, sondern Zwecke von Netzauftrennungen erfolgen müssen und auch an mehreren das gleiche Netzteil parallel die absolute Stromhöhe des Gesamterdschluß Stroms speisenden Kabeln und vor allem auch in teil- sich um ein Vielfaches verringert.

vermaschten oder verzweigten Netzen möglich 55 Der Vergleich der stromsummenproportionalen

sein. Spannungen der verschiedenen Kabelgruppen wird

d) Eitfe sichere Lokalisierung des erdgeschlossenen mittels eines handbetätigten, mehrstufigen Wahlschal-Netzteils muß auch bei verringertem Erdschluß- ters bei Verwendung nur eines Spannungsmeßinstrustrom, z. B. nach Netzauftrennungen, durchführ- ments vorgenommen. Das Spannungsmeßinstrument bar sein. 60 wird über die jeweiligen Stufen des Wahlschalters an

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die Aufgabe die gebildeten einzelnen Kabelgruppen geschaltet,

der Lokalisierung eines erdgeschlossenen Netzteils Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens

ohne Betriebsunterbrechung in Wechsel- bzw. Dreh- dienen die Zeichnungen, an Hand derer die Messung

strom-Hochspannungs-Kabelnetzen mit nicht starr des Mantelstroms (Fig. 1 a, 1 b), die Summierung

geerdetem Nullpunkt bei weitgehender Erfüllung der 65 mehrerer Mantelströme (Fig. 2) und der Suchanlage

obengenannten Forderungen des praktischen Be- eines teilvermaschten Netzes (Fig. 3) beschrieben

triebes. Es bietet als wesentlichsten Vorteil gegen- werden.

über den bekannten Verfahren die Möglichkeit einer Eine Möglichkeit der Messung des Mantelstroms

eindeutigen Erdschlußlokalisierung auch in verzweig- besteht beispielsweise darin, den im Erdschlußfall

ten und teilvermaschten Netzen. Es erlaubt weiterhin 70 über den Bleimantel des Kabels fließenden Strom an

Claims (3)

einem niederohmigen Shunt 1 zu messen und den Spannungsabfall an diesem als Maß für den Mantelstrom zu verwenden. Die Größen des Shunts I (etwa 1 MOhm) ist so gewählt, daß durch das Einschleifen dieses zusätzlichen Widerstandes die Erdungsverhältnisse des Kabels nicht merklich verändert werden. Eine sehr einfache Methode der Strommessung mit Shunt 1 besteht, wie in Fig. 1 a gezeigt, darin, eine geeignete Länge des Kabelmantels 2 (bei Bleimänteln etwa 2 bis 3 m) als Shunt 1 selbst zu verwenden. Es ist auch möglich, nach Fig. Ib, in Verbindung zwischen Kabelmantel 2 und Stationssammelerde 3 einen Shunt4 entsprechender Größe (z.B. Erdungsbandeisen) einzuschleifen, wenn der Kabelmantel 2 als Meßwiderstand nicht verwendbar ist. In diesem Falle ist es jedoch notwendig, die Endverschlüsse der Kabel in der üblichen Weise gegen Erde isoliert aufzuhängen. Die auf diese Weise an dem zu den Netzteilen I, II und III hinführenden Kabel gewonnenen, den Mantelströmen proportionalen Spannungen werden, wie in Fig. 2 dargestellt, über die Summierungsübertrager 10 bis 14 der Abfrageeinrichtung 6, bestehend aus einem handbetätigten, mehrstufigen Wahlschalter und einem Spannungsmeßgerät, zugeführt. Dabei kann das Übersetzungsverhältnis der Isolierübertrager so gewählt werden, daß sie für das Instrument hochohmige Anpassung bedeuten und damit die Möglichkeit bieten, die Abfragevorrichtung an einem vom Shunt entfernten Meßort (ζ. B. der Warte in der Verteilerstation) anzuordnen, ohne daß die Instrumentenzuleitungswiderstände einen störenden Einfluß auf die Meßgenauigkeit nehmen. Ein- entscheidender Vorteil der elektrischen Summierung der den Einzelmantelströmen proportionalen Spannungen liegt darin, daß besonders in teilvermaschten Netzen eine sichere Erdschlußlokalisierung möglich ist. In derartigen Netzgebilden fließt, wie in Fig. 3 dargestellt, aus einem »erdschlußfreien« Netzteil, z. B. Netzteil I, der Erdschluß strom dieses Netzteiles (22 A), aufgeteilt in Teilströme, entweder direkt, z. B. 4 A, oder über die Speisekabel anderer erdschlußfreier Netzteile, z.B. 18A, über Netzteil II, zum erdgeschlossenen Netzteil, z. B. Netzteil III, hin. Wenn, was im allgemeinen der Fall ist, der Erdschlußort und der tatsächliche Erdschlußstrom unbekannt sind, ist nicht erkennbar, ob die Beträge 18 und 46 A zu addieren oder sinngemäß zu subtrahieren wären. Die Entscheidung hierüber wird dem Messenden durch die elektrische Summierung in der Weise abgenommen, daß nach dem Erfindungsgedanken die Meßschaltung der beschriebenen Art zwischen zu addierenden und subtrahierenden Teilströmen der Kabel unterscheidet und für »erdschlußfreie« Netzteile den Erdschlußstrom dieses Netzteiles allein als Meßwert herstellt; für das »erdgeschlossene« Teilnetz wird dagegen die Summe der Erdschlußströme aller erdschlußfreien Teilnetze gemessen. Die Meßschaltung unterscheidet im Sinne der Erdschlußstromrichtung nach positiven und negativen Beträgen. In dem angeführten Beispiel ergeben sich dann, wie in Fig. 3b dargestellt: für die Kabel zum Teilnetzl 6A +12A + 4A = 22A Teilnetz II .... 46 A-18 A =28 A Teilnetz III .... 10 A +50 A +8 A = 68 A Teilnetz IV .... 14 A+ 4 A =18 A Der größte Summenstrom ist in den Speisekabeln für Netzteil III meßbar. Damit ist Netzteil III als erdschlußbehaftet ausgewiesen. Für die Netzteile I, II, IV werden Summenströme gemessen, die ihrem Betrage nach dem Erdschlußstrom des jeweiligen erdschlußfreien Netzteiles entsprechen. Das Ziel, den Zeitverzug zwischen Erdschlußeintritt und Abtrennung des betroffenen Teilnetzes auf ein Minimum zu beschränken, kann durch eine automatisch arbeitende Abfragevorrichtung erreicht werden. Diese automatische Abfragevorrichtung besteht aus einem Schrittschaltwerk, das mit einem Wählschalter gekuppelt ist und ein Meßrelais nacheinander auf die einzelnen Meßstellen schaltet. Der Anwurf des Schrittschaltwerkes erfolgt durch die beim Erdschluß auftretende Spannung des Netzsystem-Nullpunktes gegen Erde, und das Schrittschaltwerk wird von dem Meßrelais an der Meßstelle gestoppt, an der ein voreingestellter Ansprechwert überschritten wird. Wird der voreingestellte Meßwert nicht überschritten, läuft das Schrittschaltwerk durch. Nach vollzogenem vollständigem Durchlauf wird der Ansprechwert des Relais stufenweise bei jedem weiteren Durchlauf herabgesetzt. Wird an einer abgefragten Meßstelle der auf diese Weise schrittweise reduzierte Ansprechwert des Relais überschritten, stoppt das Schrittschaltwerk, und eine der Meßstelle zugeordnete Meldeeinrichtung (Fallklappe od. dgl.) meldet das zugehörige Kabel oder die Kabelgruppe als erdschlußbetroffen. Nach Verschwinden des Erdschlusses und damit Verschwinden der Spannung des Systemnullpunktes gegen Erde läuft die automatische Abfragevorrichtung in ihre Ausgangsstellung zurück und ist für einen neuerlich auftretenden Erdschluß suchbereit. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Lokalisierung eines erdgeschlossenen Netzteils ohne Betriebsunterbrechung in einem Wechsel- bzw. Drehstrom-Hochspannungs-Kabelnetz mit nicht starr geerdetem Nullpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Mantelströmen aller in Richtung auf einen möglichen Erdschlüßort speisenden, jeweils eine Kabelgruppe bildenden Kabel die die Stromrichtung berücksichtigende Stromsumme gebildet wird, indem die von den einzelnen Mantelströmen der Einzelkabel an diesen zugeordneten Shunts hervorgerufenen Spannungsabfälle Primärwicklungen von isolierenden Spannungswandlern zugeführt werden, deren Sekundärwicklungen untereinander in Reihe geschaltet sind, und daß bei dem Vergleich der den Summenströmen proportionalen Spannungen der einzelnen Kabelgruppen als Kriterium für die den erdschlußfreien Netzteil versorgenden Kabelgruppen ein nur kleiner, ihrer eigenen Erdkapazität entsprechender Summenmantelstrom und für die den erdschlußbehafteten Netzteil versorgenden Kabelgruppen dagegen ein wesentlich größerer, der Erdkapazität des Gesamtnetzes entsprechender Summenmantel strom dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der stromsummenproportionalen Spannungen den verschiedenen Kabelgruppen mittels eines handbetätigten mehrstufigen Wahlschalters durch nur-ein Spannungsmeßinstrument vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen mehrmaligen Stromvergleich eine Wahlschalterautomatik mit Schritt-