Hohe Frequenzen
Bild 8: 110 kV (Quelle: GSC)
Bild 9: Formelblatt 1 (Quelle: GSC)
Bild 10: Formelblatt 2 (Quelle: GSC)
Die Frequenzen der Ent- und Aufladeschwingungen hängen von den wirksamen Kapazitäten und Induktivitäten der jeweils repräsentativen Schleife ab. Während der Entladevorgang im Wesentlichen durch die Netznullkapazität sowie die Leitungsimpedanzen bestimmt wird, erfolgt die Aufladung der gesunden Leiter über die verhältnismäßig große Transformatorinduktivität. In einem sehr kleinen 10-kV-Mittelspannungsnetz mit einem kapazitiven Erdschlussstrom I ce = 8 A und einer 25-MVA-Transformatoreinspeisung betragt die Aufladefrequenz nach Gleichung 4 1,85 kHz. Die gemessene Aufladefrequenz f a des realen Erdschlusses ergab 1,8 kHz. Wie in Bild 6 ersichtlich, hat die Entladeschwingung mit etwa 6 kHz eine wesentlich höhere Frequenz, die besonders von den Stromwandlern auch übertragen wird. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines anspruchsvollen Filterdesigns zur Gewährleistung der Funktion in kleinen Netzen.
Intermittierende Erdfehler
Eine Vielzahl der Erdfehler in Kabelnetzen ist durch ein intermittierendes Verhalten gekennzeichnet (Bild 7). Das bedeutet, dass der Erdfehler selbsttätig verlischt, um anschließend wieder neu zu zünden. Unter diesen Umstanden darf der Algorithmus keine neue Messung starten, weil sonst die Gefahr von falschen Richtungsentscheiden besteht.
Hochohmige Erdfehler
In Freileitungsnetzen, besonders bei trockenem, gefrorenem oder steinigem Boden, können die resultierenden Übergangswiderstände R f zwischen dem beschädigten Leiter und der Erde sehr große Werte im kΩ-Bereich annehmen (Bild 8). Die charakteristischen Nullströme haben dann kein Schwingungsverhalten und bauen sich nur langsam auf. Die Notwendigkeit, derartige Fehler zu erkennen, liegt auf der Hand, da sich ein spannungsführender Leiter in greifbarer Nähe befindet. Ein weiteres Mal wird zur Synchronisierung auf den Fehlereintritt ein besonders empfindliches und genaues Messverhalten gefordert. Weitere zu berücksichtigende Aspekte sind Schalthandlungen mit kurzzeitigen Nullsystemen sowie betriebliche Nullgrößen durch Unsymmetrien.
Fazit
Unter Variation der vorstehend beschriebenen Parameter wurden Tests für Netze mit Resonanzsternpunkterdung durchgeführt. Isolierte Netze haben hinsichtlich der transienten Erdschlussrichtungsfunktion ein gleiches Verhalten. Berücksichtigt wurden Hochspannungsnetze mit kapazitiven Erdschlussströmen von 100 A, 700 A und 2.300 A sowie Mittelspannungsnetze mit 8 A und 150 A. Bei sämtlichen Prüfungen wurde keine falsche Richtungsmeldung generiert. Somit bietet das neue, einfache und stabile Verfahren einige Vorteile. Dazu gehören eine hohe Empfindlichkeit (bis etwa 5 kΩ Fehlerübergangswiderstand), der Einsatz in allen Netztopologien (Stern, Ring und vermascht), die Integration in die multifunktionalen Siprotec-5-Schutzgeräte (parallel zum Kurzschlussschutz) und die hochauflösende Störschreibung bis 8 kHz.