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Ein Verfahren zur Bestimmung der Erdschlussentfernung
Vorgestellt wird ein Verfahren zur Bestimmung der Erdschlussentfernung in hochohmig geerdeten
Netzen. Nach Abklingen der transienten Vorgänge im Fehlerfall stellt sich ein stationärer
Zustand ein, in dem das Netz zunächst weiter betrieben werden kann.
Ausgehend von diesem stationären Fehlerfall wird auf der Basis eines Π-Glieds das Leitungsmodell
des einseitig gespeisten Stichabgangs mit einer Last in der Vier-Leiter-Darstellung
entwickelt. Die Schaltungsanalyse erfolgt mit Hilfe komplexer Rechnung und der Kirchhoffschen
Gesetze. Grundlage der Betrachtungen bildet das Netz mit isoliertem Sternpunkt.
Das entstehende Gleichungssystem ist in seiner Grundform nichtlinear, lässt sich jedoch auf eine
elementar lösbare kubische Gleichung im gesuchten Fehlerentfernungsparameter zurückführen.
Eine weitere Lösungsmöglichkeit bietet das Newton-Raphson-Verfahren.
Durch Verlegen der lastseitigen Leiter-Erd-Kapazitäten an den Abgangsanfang kann das vollständige,
nichtlineare System in ein lineares System ĂĽberfĂĽhrt werden. Hierbei sind die beiden
Ausprägungen „direkte Lösung mit unsymmetrischer Last“ oder „Ausgleichsrechnung mit
symmetrischer Last“ möglich.
Eine MATLAB®-Implementierung dieser vier Rechenalgorithmen bildet die Basis der weiteren
Analysen.
Alle messtechnischen Untersuchungen erfolgten am Netz-Kraftwerksmodell der TU Kaiserslautern.
Hier wurden verschiedene Fehlerszenarien hinsichtlich Fehlerentfernung, -widerstand und
Größe des gesunden Restnetzes hergestellt, in 480 Einzelmessungen erfasst und mit den Algorithmen
ausgewertet. Dabei wurden auch Messungen an fehlerfreien Abgängen erhoben, um das
Detektionsvermögen der Algorithmen zu testen.
Neben Grundschwingungsbetrachtungen ist die Auswertung aller Datensätze mit der 5. und der
7. Harmonischen ein zentrales Thema. Im Fokus steht die Verwendbarkeit dieser Oberschwingungen
zur Erdschlussentfernungsmessung bzw. -detektion mit den o.g. Algorithmen.
Besondere Bedeutung kommt der Fragestellung zu, inwieweit die fĂĽr ein Netz mit isoliertem
Sternpunkt konzipierten Algorithmen unter Benutzung der höheren Harmonischen zur Erdschlussentfernungsmessung
in einem gelöschten Netz geeignet sind.
Schließlich wird das Verfahren auf Abgänge mit inhomogenem Leitermaterial erweitert, da auch
diese Konstellation von praktischer Bedeutung ist.A method for determining the earth fault distance in high impedance grounded networks is
presented here. With the transient processes having decayed in case of an earth fault, the grid
tunes into a steady state error condition in which it can be operated initially.
Starting out from the stationary earth fault condition a line model of a unilaterally powered feeder
with one load based on a PI-element is developed using a for-wire-representation. The circuit
analysis is performed using complex AC calculation and Kirchhoff’s laws. The examinations are
based on a network with isolated neutral point.
The resulting system of equations is non-linear in its basic form. However, it can be lead back to
an elementary solvable cubic equation in the unknown fault distance parameter. Another solution
is offered by the Newton-Raphson method.
The non-linear system of equations can be transformed into a linear equation system by
transferring the phase-to-earth capacitances placed at the load to the front of the feeder. Here two
kinds of solutions are possible: „a direct solution with an unbalanced load“ or „a least squares
solution using a symmetrical load“.
MATLAB® implementations of these four algorithms form the basis of further analyses.
All metrological investigations were carried out at the grid and power plant model of the
Kaiserslautern University. Here, various error scenarios were established concerning fault
distance, -resistance and the size of the remaining healthy network. A total of 480 single
measurements were recorded and analysed with the algorithms. In order to test the earth fault
detection capability of the algorithms also measurements on error-free feeders were carried out.
In addition to fundamental frequency considerations, the evaluation of all data sets using the 5th
and the 7th harmonics is a central topic. The focus is on the usability of these higher harmonics
for earth fault distance calculation and -detection with the algorithms mentioned above.
Of particular importance is the question of to what extent the algorithms originally designed for
the use in a network with isolated neutral point are also suitable for earth fault distance
calculation using the higher harmonics in a resonant grounded network.
Finally, the presented method is extended to feeders consisting of inhomogeneous conductor
material, since this constellation is of practical importance
Ein Verfahren zur Bestimmung der Erdschlussentfernung
Vorgestellt wird ein Verfahren zur Bestimmung der Erdschlussentfernung in hochohmig geerdeten
Netzen. Nach Abklingen der transienten Vorgänge im Fehlerfall stellt sich ein stationärer
Zustand ein, in dem das Netz zunächst weiter betrieben werden kann.
Ausgehend von diesem stationären Fehlerfall wird auf der Basis eines Π-Glieds das Leitungsmodell
des einseitig gespeisten Stichabgangs mit einer Last in der Vier-Leiter-Darstellung
entwickelt. Die Schaltungsanalyse erfolgt mit Hilfe komplexer Rechnung und der Kirchhoffschen
Gesetze. Grundlage der Betrachtungen bildet das Netz mit isoliertem Sternpunkt.
Das entstehende Gleichungssystem ist in seiner Grundform nichtlinear, lässt sich jedoch auf eine
elementar lösbare kubische Gleichung im gesuchten Fehlerentfernungsparameter zurückführen.
Eine weitere Lösungsmöglichkeit bietet das Newton-Raphson-Verfahren.
Durch Verlegen der lastseitigen Leiter-Erd-Kapazitäten an den Abgangsanfang kann das vollständige,
nichtlineare System in ein lineares System ĂĽberfĂĽhrt werden. Hierbei sind die beiden
Ausprägungen „direkte Lösung mit unsymmetrischer Last“ oder „Ausgleichsrechnung mit
symmetrischer Last“ möglich.
Eine MATLAB®-Implementierung dieser vier Rechenalgorithmen bildet die Basis der weiteren
Analysen.
Alle messtechnischen Untersuchungen erfolgten am Netz-Kraftwerksmodell der TU Kaiserslautern.
Hier wurden verschiedene Fehlerszenarien hinsichtlich Fehlerentfernung, -widerstand und
Größe des gesunden Restnetzes hergestellt, in 480 Einzelmessungen erfasst und mit den Algorithmen
ausgewertet. Dabei wurden auch Messungen an fehlerfreien Abgängen erhoben, um das
Detektionsvermögen der Algorithmen zu testen.
Neben Grundschwingungsbetrachtungen ist die Auswertung aller Datensätze mit der 5. und der
7. Harmonischen ein zentrales Thema. Im Fokus steht die Verwendbarkeit dieser Oberschwingungen
zur Erdschlussentfernungsmessung bzw. -detektion mit den o.g. Algorithmen.
Besondere Bedeutung kommt der Fragestellung zu, inwieweit die fĂĽr ein Netz mit isoliertem
Sternpunkt konzipierten Algorithmen unter Benutzung der höheren Harmonischen zur Erdschlussentfernungsmessung
in einem gelöschten Netz geeignet sind.
Schließlich wird das Verfahren auf Abgänge mit inhomogenem Leitermaterial erweitert, da auch
diese Konstellation von praktischer Bedeutung ist.A method for determining the earth fault distance in high impedance grounded networks is
presented here. With the transient processes having decayed in case of an earth fault, the grid
tunes into a steady state error condition in which it can be operated initially.
Starting out from the stationary earth fault condition a line model of a unilaterally powered feeder
with one load based on a PI-element is developed using a for-wire-representation. The circuit
analysis is performed using complex AC calculation and Kirchhoff’s laws. The examinations are
based on a network with isolated neutral point.
The resulting system of equations is non-linear in its basic form. However, it can be lead back to
an elementary solvable cubic equation in the unknown fault distance parameter. Another solution
is offered by the Newton-Raphson method.
The non-linear system of equations can be transformed into a linear equation system by
transferring the phase-to-earth capacitances placed at the load to the front of the feeder. Here two
kinds of solutions are possible: „a direct solution with an unbalanced load“ or „a least squares
solution using a symmetrical load“.
MATLAB® implementations of these four algorithms form the basis of further analyses.
All metrological investigations were carried out at the grid and power plant model of the
Kaiserslautern University. Here, various error scenarios were established concerning fault
distance, -resistance and the size of the remaining healthy network. A total of 480 single
measurements were recorded and analysed with the algorithms. In order to test the earth fault
detection capability of the algorithms also measurements on error-free feeders were carried out.
In addition to fundamental frequency considerations, the evaluation of all data sets using the 5th
and the 7th harmonics is a central topic. The focus is on the usability of these higher harmonics
for earth fault distance calculation and -detection with the algorithms mentioned above.
Of particular importance is the question of to what extent the algorithms originally designed for
the use in a network with isolated neutral point are also suitable for earth fault distance
calculation using the higher harmonics in a resonant grounded network.
Finally, the presented method is extended to feeders consisting of inhomogeneous conductor
material, since this constellation is of practical importance