Betriebliche Nullgrößen

Für die Verfahren zur Erdschlussortung sind kreisende betriebliche Nullströme in vermaschten Netzen oder geschlossenen Ringen ein Problem. Sie werden aus Unsymmetrien der Phasenimpedanzen oder durch parallele Systeme hervorgerufen und verfälschen die Phasenlage des Fehlerstroms. Sie gehen in die Berechnung der Wirkenergie im Nullsystem ein. Dabei steht die Richtung dieser Ströme in keinem Zusammenhang zum Fehlerstrom. Folglich kann das Ergebnis der Richtungsbestimmung verfälscht werden. Für eine korrekte Richtungsentscheidung ist daher die Eliminierung dieser Ströme notwendig. Dies wurde in dem neuen Verfahren umgesetzt. Bild 4 zeigt die Berechnung der Wirkenergie im Nullsystem für den in Bild 2 gezeigten hochohmigen Erdschluss. Nach der Fehlerzündung erkennt man klar den negativen Verlauf der Wirkenergie. Es handelt sich somit um einen Erdschluss in Vorwärtsrichtung. Rund 7 ms nach Fehlerzündung wird der Richtungsentscheid getroffen. Durch die doppelte Integralbildung (Gleichungen 1 bis 3) lasst sich eine hohe Empfindlichkeit erzielen (bis circa 5 kΩ Fehlerimpedanz). Der Algorithmus arbeitet in allen Netztopologien (Stern, Ring und vermascht) und ist hinsichtlich dieser Eigenschaft statisch messenden Verfahren überlegen. Auch extrem kurze Erdschlusswischer (mit Ladevorgängen von 1 ms bis 2 ms) werden erkannt. Als digitales Verfahren lässt sich der Algorithmus in allen Schutzgeräten der Reihe Siprotec 5 parallel zum Hauptschutz (Leitungsschutz oder Überstromzeitschutz) anwenden.

Prüfungen zur Verfahrensverifizierung

Die Einführung neuer Technologien und Verfahren erfordert geeignete Prüfungen. Somit haben frühzeitige Feldtests aus Herstellersicht eine besondere Bedeutung. Die Anzahl und besonders die Art und Weise der realen Netzfehler ist jedoch nicht vorhersehbar und gewährleistet somit nicht die erforderliche Testtiefe. Um dennoch vor der Markteinführung die erforderlichen Prüfungen, unter Berücksichtigung der kritischen Randbedingungen ausgeführt zu haben, werden transiente Simulationen mit anschließender Sekundärprüfung vorgenommen. Mit dem transienten Berechnungsprogramm Powerfactory V14.1 von Digsilent wurden unterschiedlich große Mittelspannungs- und Hochspannungsnetze simuliert sowie die transienten Ströme und Spannungen für verschiedene Fehlerszenarien berechnet. Mithilfe der Sekundärprüfeinrichtung CMC356 von Omicron wurde das Schutzgerät 7SJ85 geprüft. Schwerpunkte der Untersuchungen bildeten die nachstehend spezifizierten und als besonders kritisch eingestuften Parameter.

Fehlereintrittszeitpunkt

Eine wesentliche und für alle Anwendungen gültige Variable ist der Fehlereintrittszeitpunkt. Tritt der Erdschluss nahe dem Spannungsmaximum der fehlerbehafteten Phase ein, so bilden sich große Amplituden im Nullsystem aus. Das bedeutet, dass sehr gute Messbedingungen existieren (Bild 5). Versuche sowie Erfahrungen zeigen jedoch, dass der Fehlereintrittszeitpunkt durchaus nahe dem Nulldurchgang der Spannung liegen kann. Die wesentliche Eigenschaft der Nullgrößen unmittelbar nach dem Fehlereintritt, nämlich die Polarität beziehungsweise die Wirkleistung, ist, wie in Bild 6 dargestellt, auch hier gültig, jedoch bei sehr geringen Anfangsamplituden. Es folgt die Forderung nach einer sehr empfindlichen sowie genauen Messung und exakten Synchronisierung auf den Fehlereintritt.