Die Erfindung betrifft ein Erdschluss-System für ein Elektrizitätsnetz. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Erdschluss-System, mit welchem ein Erdschluss erkennbar und durch automatische Auswahl und Einstellung einer geeigneten Induktivität einer Erdschlussspule kompensiert werden kann.

Bei Elektrizitätsnetzen kann es zu unerwünschten leitfähigen Verbindungen zwischen einem elektrischen Leiter des Elektrizitätsnetzes und dem Erdpotenzial kommen. In solch einem Fall spricht man von einem Erdschluss. Zu den dem Fachmann bekannten negativen Folgen eines solchen Erdschlusses zählen Störung der Stromversorgung, bei Drehstromnetzen Spannungsüberhöhungen (gegenüber Erde) der Phasen, welche nicht in elektrischem Kontakt mit dem Erdpotenzial stehen, und die Entstehung von

Lichtbögen. Um die Auswirkungen solcher negativen Folgen zu begrenzen werden in bekannter Weise Erdschlussspulen, auch als Petersen-Spulen bekannt, eingesetzt. Das Grundprinzip ihrer Wirkung besteht darin, die bei einem Erdschluss auftretenden kapazitiven Blindströme durch induktive Blindströme zu kompensieren; die kapazitiven Blindströme entstehen hierbei aufgrund der Kapazität der Leiter des Elektrizitätsnetzes gegenüber der Umgebung. Zu diesem Zweck muss die Induktivität der Erdschlussspule auf die Kapazität des betroffenen Netzwerks oder Netzwerkabschnitts abgestimmt sein, d.h. während in der Praxis eine Überspannung am Sternpunkt durch eine

Überkompensation im normalen Betrieb vermieden wird, beeinflusst die Abstimmung den Effekt der Kompensation im Erdschlussfall. Die dabei relevante Kapazität des

betroffenen Netzwerks oder Netzwerkabschnitts hängt aber von dem Ort des

Erdschlusses innerhalb des Netzwerks ab. Es ist nun beispielsweise möglich, für eine Erdschlussspule einen Wert der Induktivität fest vorzugeben, welcher in ausreichender Weise geeignet ist, für jeden Wert aus dem Kapazitätsbereich, der bei einem Erdschluss in dem betreffenden Netzwerk auftreten kann, eine hinreichende Kompensation zu erzielen. Alternativ kann die Induktivität der Erdschlussspule über einen Stufenschalter mit Stellmotor verändert, und so an die bei einem konkreten Fall eines Erdschlusses vorliegende Kapazität angepasst werden. Dies erfordert einerseits einen solchen

Stufenschalter mit Stellmotor, wobei es sich um verschleißanfällige Vorrichtungen handelt, zum anderen nehmen die mechanischen Schaltvorgänge im Stufenschalter eine gewisse Zeit in Anspruch, insbesondere kann die Induktivität der Erdschlussspule nur schrittweise verändert werden, und es müssen mitunter die mit dem jeweiligen

Stufenschalter möglichen Werte der Induktivität der Erdschlussspule durchprobiert werden, bis die erwünschte Erdschlusskompensation erzielt ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Erdschluss-System bereitzustellen, mit dem ein auftretender Erdschluss in einem Elektrizitätsnetz schnell und gezielt kompensiert werden kann. Das System soll darüberhinaus verschleißarm ausgebildet sein, also insbesondere über lange Betriebsdauern hinweg zuverlässig arbeiten. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Erdschluss-System gemäß Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Erdschluss-System umfasst mindestens eine Erdschlussspule, eine Regeleinrichtung und einen Halbleiter-Stufenschalter für die Erdschlussspule. Durch die Regeleinrichtung ist das Auftreten eines Erdschlusses in dem Elektrizitätsnetz anhand der Messdaten feststellbar, es ist der Regeleinrichtung ferner möglich, einen Wert einer Induktivität der mindestens einen Erdschlussspule zu ermitteln, der zur Kompensation des Erdschlusses am geeignetsten ist. Die möglichen Werte der

Induktivität der mindestens einen Erdschlussspule hängen von der Erdschlussspule selbst ab, aber auch von dem Halbleiter-Stufenschalter, mit dem die Werte der

Induktivität der Erdschlussspule auswählbar sind. Der Halbleiter-Stufenschalter ist durch die Regeleinrichtung steuerbar. Beim Auftreten eines Erdschlusses ermittelt die

Regeleinrichtung unter den mit dem Halbleiter-Stufenschalter möglichen

Induktivitätswerten der Erdschlussspule den zur Kompensation des Erdschlusses geeignetsten Wert, und sendet ein Steuersignal an den Halbleiter-Stufenschalter um die Einstellung dieses ausgewählten Induktivitätswerts zu veranlassen.

Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, verschiedene Induktivitätswerte durchzuprobieren oder einen gewünschten Induktivitätswert in mehreren

Schaltvorgängen eines Stufenschalters schrittweise einzustellen, sondern der passende Induktivitätswert wird direkt eingestellt. Da der Halbleiter-Stufenschalter ohne

mechanische Teile auskommt, ist auch seine Verschleißanfälligkeit im Vergleich zu einem mechanischen Stufenschalter reduziert. Da die Schaltzeiten eines elektronischen Schalters wie es der Halbleiter-Stufenschalter ist, wesentlich kürzer sind als die

Schaltzeiten eines mechanischen Stufenschalters, und eine direkte im Gegensatz zu einer schrittweisen Einstellung der erforderlichen Induktivität möglich ist, ist die Einstellung der erforderlichen Induktivität auch in kürzerer Zeit als mit einem

mechanischen Stufenschalter möglich.

In bevorzugten Ausführungsformen des Erdschluss-Systems verfügt die Erdschlussspule über eine Vielzahl von Anzapfungen. Entsprechend ist im Halbleiter-Stufenschalter für jede Anzapfung der Erdschlussspule ein Halbleiterschaltelement vorgesehen, durch welches die jeweilige Anzapfung zu- oder abschaltbar ist. Das Zu- oder Abschalten einer Anzapfung wird durch die Regeleinrichtung gesteuert. Durch das Zu- oder Abschalten einer Anzapfung wird die in dem Elektrizitätsnetz wirksame Induktivität der

Erdschlussspule verändert.

In Ausführungsformen des Erdschluss-Systems kann es sich bei den

Halbleiterschaltelementen um Thyristoren handeln. In anderen Ausführungsformen können Bipolar-Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) als

Halbleiterschaltelemente eingesetzt werden.

Im Weiteren werden die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung des Erdschluss-Systems in einem

Elektrizitätsnetz, und

Figur 2 eine schematische Darstellung der Erdschlussspule, des Halbleiter-

Stufenschalters und der Regeleinrichtung. In den Figuren werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente identische

Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Erdschluss- Systems 1 in einem Elektrizitätsnetz 2, von dem nur symbolisch drei von einem

Transformator 6 ausgehende Leiter 21 gezeigt sind, es handelt sich bei dem

dargestellten Elektrizitätsnetz 2 um ein dreiphasiges Netz. Ein Sternpunkt des

Elektrizitätsnetzes 2, hier im Transformator 6, ist über eine Erdschlussspule 3 mit einem Erdpotenzial 8 verbunden. Der Erdschlussspule 3 ist ein Halbleiter-Stufenschalter 5 zugeordnet. Das Erdschluss-System 1 umfasst ferner eine Regeleinrichtung 4 zur Feststellung eines Erdschlusses anhand von Messdaten, Ermittlung eines geeigneten Werts der Induktivität der Erdschlussspule 3 zur Kompensation des Erdschlusses, und zur entsprechenden Steuerung des Halbleiter-Stufenschalters 5, wie vorstehend bereits diskutiert. Ferner ist die Kapazität 24 der Leitungen 21 gegenüber der Umgebung angedeutet. Die aufgrund einer solchen Kapazität bei einem Erdschluss auftretenden kapazitiven Blindströme sollen durch einen induktiven Blindstrom durch die

Erdschlussspule 3 kompensiert werden.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Erdschlussspule 3 mit

Wicklungsabschnitten 32 und entsprechenden Anzapfungen 31 , des

Halbleiterstufenschalters 5 mit Halbleiterschaltelementen 51 , und der Regeleinrichtung 4. Jeder Anzapfung 31 ist ein Halbleiterschaltelement 51 zugeordnet. Durch ein solches Halbleiterschaltelement 51 kann die jeweilige Anzapfung 31 zu- oder abgeschaltet werden, wodurch dann ein entsprechender Wicklungsabschnitt 32 zu- oder abgeschaltet werden kann. Das Zu- und Abschalten eines Wicklungsabschnitts 32 mittels eines Halbleiterschaltelements 51 wird durch die Regeleinrichtung 4 gesteuert. Das Zu- oder Abschalten eines Wicklungsabschnitts 32 ändert die im Elektrizitätsnetz 2 wirksame Induktivität der Erdschlussspule 3. Es ist bei einem Halbleiterstufenschalter 5 nicht erforderlich, Wicklungsabschnitte 32 der Reihe nach, also entsprechend ihrer Anordnung in der Erdschlussspule 3, schrittweise zuzuschalten, wenn mehr als ein

Wicklungsabschnitt zu- oder abgeschaltet werden soll. Vielmehr erlaubt ein

Halbleiterstufenschalter 5 die Zu- oder Abschaltung mehrerer Wicklungsabschnitte 32 in einem einzigen Schritt. Hierdurch sind die Reaktionszeiten des erfindungsgemäßen Erdschluss-Systems gegenüber einem System nach dem Stand der Technik verkürzt. In der Darstellung sind drei Wicklungsabschnitte 32 und entsprechend drei Anzapfungen 31 gezeigt. Selbstverständlich können auch mehr als drei Wicklungsabschnitte 32 oder auch nur zwei Wicklungsabschnitte 32 mit jeweils korrespondierenden Anzapfungen 31 vorgesehen sein. Angedeutet sind außerdem der Transformator 6 und das Erdpotenzial 8, um den Bezug zu Figur 1 zu verdeutlichen.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen

beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der

nachstehenden Ansprüche zu verlassen.