Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals und elektrisches Schutzgerat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen einpoligen oder einen zweipoligen Fehler in einem dreiphasigen elektrischen Energieversorgungsnetz anzeigt, der wahrend einer vorliegenden elektrischen Pende- lung in dem elektrischen Energieversorgungsnetz aufgetreten ist. Die Erfindung betrifft auch ein elektrisches Schutzgerat zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes.

Elektrische Energieversorgungsnetze werden üblicherweise ab- schnittsweise mit sogenannten Schutzgeraten auf unzulässige Betriebszustande, wie beispielsweise Kurzschlüsse oder Erd ^¬ schlüsse, überwacht. Beim Auftreten eines solchen unzulässigen Betriebszustands trennen die Schutzgerate den von dem Fehler betroffenen Teil des Energieversorgungsnetzes vom restlichen Netz durch Offnen entsprechender Leistungsschalter ab und vermeiden so eine Gefahrdung für Personen und Komponenten des elektrischen Energieversorgungsnetzes. Zur Überwachung der einzelnen Abschnitte des elektrischen Energieversorgungsnetzes fuhren die Schutzgerate sogenannte Schutzalgo- rithmen aus. Hierbei wird unter Verwendung von Messwerten, bei denen es sich beis ^p ielsweise um den Strorr U ¹ ^d die S ¹ "*^ ¹ "*- nung an einer Messstelle des elektrischen Energieversorgungsnetzes charakterisierende Messwerte handeln kann, eine Entscheidung darüber getroffen, ob ein unzulässiger oder ein zu- lassiger Betriebszustand vorliegt.

Em häufig in diesem Zusammenhang eingesetzter Schutzalgo- rithmus arbeitet nach dem sogenannten Distanzschutzverfahren, bei dem aus Strom- und Spannungsmesswerten in einer komplexen Zahlenebene liegende Impedanzwerte berechnet werden und überprüft wird, ob die Impedanzwerte innerhalb eines - auch als Auslosepolygon bezeichneten - vorgegebenen Bereiches liegen. Sofern die Impedanzwerte innerhalb dieses vorgegebenen Berei- ches liegen, stellt das Distanzschutzgerat einen unzulässigen Betriebszustand an dem von ihm überwachten Abschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes fest und sendet ein Auslosesignal an einen oder mehrere den Abschnitt begrenzende Leistungsschalter, um den fehlerhaften Abschnitt vom restli- chen Energieversorgungsnetz zu trennen. Hierbei unterscheidet der Distanzschutzalgorithmus zwischen sogenannten internen Fehlern, die den von dem Distanzschutzgerat unmittelbar überwachten Abschnitt des Energieversorgungsnetzes betreffen, und externen Fehlern, die außerhalb dieses Abschnittes liegen und in den unmittelbaren Zuständigkeitsbereich eines anderen

Schutzgerats fallen. Wahrend ein Distanzschutzgerat bei internen Fehlern unverzüglich eine Abschaltung seines fehlerbehafteten Abschnittes veranlassen muss, dient es bei externen Fehlern üblicherweise als Reserveschutz. Schaltet ein für den externen Fehler zustandiges anderes Schutzgerat den Fehler nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ab, so veranlasst das als Reserveschutz fungierende Distanzschutzgerat nach Abwarten dieser Zeitspanne eine Abschaltung.

Bei plötzlichen Lastanderungen oder Veränderungen an der Struktur des elektrischen Energieversorgungsπpt?es (beispielsweise durch Zu- oder Abschalten größerer Netzteile) kann es im elektrischen Energieversorgungsnetz zu sogenannten Pendelvorgangen bzw. Netzpendelungen, die im Folgenden der Einfachheit halber als „Pendelungen" bezeichnet werden sollen, kommen, da sich die Generatoren an den Einspeisestellen des elektrischen Energieversorgungsnetzes auf die neue Last ^¬ situation einstellen müssen. Dies geschieht üblicherweise in Form einer gedämpften Schwingung, bis sich der neue Arbeits- punkt des elektrischen Energieversorgungsnetzes stabilisiert hat. Wahrend einer Pendelung pendeln Strom und Spannung sozusagen entlang der Energieversorgungsleitungen zwischen hohen und niedrigen Werten. Daher kann es bei einer Pendelung hau- fig vorkommen, dass ein elektrisches Distanzschutzgerat an seiner Messstelle niedrige Spannungen bei gleichzeitig hohen Strömen misst und daraus geringe Impedanzwerte berechnet, die innerhalb eines Auslosepolygons liegen. Da eine gedampfte - auch als synchron bezeichnete - Pendelung üblicherweise je- doch keinen gefahrlichen Betriebszustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes beschreibt, soll in einem solchen Fall keine Auslosung erfolgen. Bei bloßer Anwendung der Distanzschutzfunktion wurde das Distanzschutzgerat jedoch einen unzulässigen Betriebszustand erkennen, und den überwachten Abschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes abschalten. Hierdurch können ungewollte Fehlabschaltungen bestimmter Teile des elektrischen Energieversorgungsnetzes stattfinden, die üblicherweise für den Betreiber des elektrischen Energieversorgungsnetzes mit hohen Kosten verbunden sind. Außerdem kann durch die sich durch die Fehlabschaltung sprunghaft verändernde Netzstruktur eine Überlastung noch eingeschalteter Abschnitte des elektrischen Energieversorgungsnetzes erfolgen, was zu kaskadierenden Abschaltungen bis hin zu einem sogenannten Blackout fuhren kann.

Der Vollständigkeit halber soll an dieser Stelle erwähnt werden, dass die spater beschriebene Erfindung sowohl bei synchronen Pendelungen als auch bei sogenannten asynchronen Pendelungen eingesetzt werden kann, bei denen die Impedanz zu- mindest eine volle Kreisbahn durchlauft. Der Begriff „Pendelungen" soll daher im Folgenden in diesem Sinne (synchron oder asynchron) verstanden werden. Um bei Pendelungen ungewollte Fehlauslosungen zu vermeiden, werden üblicherweise sogenannte Pendelerkennungseinrichtungen vorgesehen. Wenn eine Pendelerkennungseinrichtung eine Pende- lung erkennt, gibt sie ein Pendelsignal ab. Dieses Pendelsig- nal kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Abgabe eines Auslosesignals an einen elektrischen Leistungsschalter durch ein Distanzschutzgerat zu blockieren. Eine Pendelerkennungseinrichtung kann hierbei entweder integrierter Bestandteil eines Distanzschutzgerates sein oder eine separate Ein- richtung bilden, die mit einem Distanzschutzgerat in Wirkverbindung steht.

Distanzschutzgerate mit integrierter Pendelerkennung werden von der Anmelderin beispielsweise unter dem Namen „SIPROTEC Distanzschutz 7SA6" angeboten. Die entsprechenden Gerate sind aus dem Geratehandbuch der Siemens AG „SIPROTEC Distanzschutz 7SA6, V4.3" aus dem Jahr 2002, Bestellnummer der Siemens AG C53000-G1100-C156-3, bekannt. Im Abschnitt 2.3 „Maßnahmen bei Netzpendelungen" ist in diesem Geratehandbuch beschrieben, dass zur Pendelerkennung ein von Impedanzwerten in einer komplexen Zahlenebene gebildeter Kurvenverlauf auf charakteristische Eigenschaften wie z.B. „Kontinuität", „Monotonie" und „sprunghaftes Verhalten" untersucht wird und anhand der Untersuchungsergebnisse im Falle einer erkannten Pendelung ein Pendelsignal erzeugt wird.

Allerdings können auch wahrend anstehender Pendelungen interne oder externe Fehler auftreten, die von dem Schutzgerat erkannt und ggf. abgeschaltet werden müssen. Da sich der Fehler mit der anstehenden Pendelung überlagert, ist eine Fehlererkennung häufig nur schwierig möglich. Dies betrifft z.B. einpolige oder zweipolige Fehler, d.h. Fehler, die eine oder zwei Phasen des elektrischen Energieversorgungsnetzes betreffen, da bei solchen Fehlern in mindestens einer - nicht feh- lerbehafteten - Phase weiterhin eine Pendelung stattfindet, während in den fehlerbehafteten Phasen eine Überlagerung der Pendelung und des Fehlers vorliegt.

Insbesondere bei externen Fehlern kann ein von einer Pendelung überlagerter Fehler weiterhin charakteristische Eigenschaften einer Pendelung, beispielsweise einen weitgehend elliptischen Bahnkurvenverlauf der aufgenommenen Impedanzwerte, aufweisen, so dass in diesem Fall ein anstehendes Pendelsig- nal die Reserveschutzfunktion des Distanzschutzgerates außer Kraft setzen wurde. Aus diesem Grund können in den bekannten Distanzschutzgeraten bestimmte Zonen des Auslosepolygons, in denen die berechneten Impedanzwerte bei externen Fehlern liegen wurden, auf Wunsch von der Pendelerkennung ausgenommen werden, um die Reserveschutzfunktion auch bei Pendelungen zu gewahrleisten .

Außerdem können auch bestimmte von einer Pendelung überlagerte interne Fehler, insbesondere wenn sie in großer Entfernung von der Messstelle des Distanzschutzgerates auftreten (z.B. in der Nahe der sogenannten „Kippgrenze", d.h. an der Grenze zwischen einem internen und einem externen Fehler) , weiterhin charakteristische Eigenschaften einer Pendelung aufweisen, so dass ein Pendelsignal auch eine Blockierung der Schutzfunkti- on für unmittelbar überwachten Abschnitt des Energieversorgungsnetzes bewirken wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der wahrend einer Pendelung auftretende ein- oder zweipolige Fehler mit großer Sicherheit erkannt werden können .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelost, bei dem wahrend der Pendelung ein Symmetriesignal erzeugt wird, das anzeigt, ob die Pende- lung symmetrisch oder unsymmetrisch ist, und dxe Phasen des elektrischen Energieversorgungsnetzes auf einen vorliegenden Fehler überprüft werden, wobei zur Durchfuhrung der Uberpru- fung das Syπunetriesignal herangezogen wird. Das Fehlersignal wird erzeugt, wenn bei der Überprüfung ein Fehler erkannt worden ist.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens be- steht darin, dass zur Durchfuhrung der Überprüfung auf einen Fehler ein Symmetriesignal herangezogen wird, das eine Aussage über die Symmetrie der Pendelung enthalt. Eine symmetrische Pendelung findet in allen drei Phasen des Energieversorgungsnetzes gleichmaßig statt, wahrend eine unsymmetrische Pendelung in zumindest einer der Phasen abweicht oder sogar auf eine oder zwei Phasen beschrankt ist. Unsymmetrische Pendelungen können unter anderem bei solchen elektrischen Energieversorgungsleitungen auftreten, deren Parallelleitung eine einpolige Abschaltung erfahren hat (ein sogenannter „Open- Pole in der Parallelleitung") . Aufgrund von Wechselwirkungen wirkt sich diese einpolige Abschaltung in der Parallelleitung auch auf die betrachtete Energieubertragungsleitung aus und kann eine dort stattfindende Pendelung in die Unsymmetrie bringen. Durch Berücksichtigung des Symmetriesignals kann die Fehlererkennung auf den vorliegenden Zustand des Energiever- sorqunqsnetzes zugeschnitten werden.

Konkret kann in diesem Zusammenhang vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Fehlersignal die Zurücknahme eines die Pendelung anzeigenden Pendelsignals bewirkt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens sieht vor, dass bei einem Symmetriesignal, das eine symmetrische Pendelung anzeigt, aus an dem Energieversor- gungsnetz erfassten Phasenstromen die symmetrischen Komponenten in Form eines Mitsystemstroms, eines Gegensystemstroms und eines Nullsystemstroms bestimmt werden, und durch einen Vergleich dxeser symmetrischen Komponenten die Überprüfung auf einen vorliegenden Fehler durchgeführt wird. Auf diese

Weise kann mit sehr einfachen Mitteln ein ein- oder zweipoliger Fehler erkannt werden, da allein durch den Fehler ein unsymmetrischer Lastzustand in dem elektrischen Energieversorgungsnetz hervorgerufen wird, da die Pendelung selbst als symmetrisch erkannt worden ist und daher als Ursache für die Unsymmetrie ausgeschlossen werden kann.

Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass zur Überprüfung die Summe aus dem Nullsystemstrom und dem Gegen- systemstrom mit dem Mitsystemstrom verglichen wird, und ein

Fehler erkannt wird, wenn das Produkt aus der Summe und einem Faktor den Mitsystemstrom übersteigt. Durch diesen Vergleich kann mit geringem Aufwand eine durch einen Fehler hervorgerufene Unsymmetrie erkannt und ein Fehlersignal erzeugt werden.

Vorteilhafterweise kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass der Faktor dynamisch an die Hohe des Mitsystemstroms angepasst wird, wobei ein steigender Mitsystemstrom einen Anstieg bei dem Faktor bewirkt.

Bei einem eine symmetrische Pendelung anzeigenden Symmetrie- signal kann ferner auch vorgesehen sein, dass zur Unterscheidung zwischen einem einpoligen und einem zweipoligen Fehler pro Phase eine Überprüfung eines Verlaufs von Impedanzwerten durchgeführt wird. Auf das Vorliegen eines Fehlers in der je ^¬ weiligen Phase wird in diesem Zusammenhang entweder geschlossen, wenn sich zumindest ein Impedanzwert der betreffenden Phase innerhalb eines Auslosebereichs in der komplexen Impedanzebene befindet und die Änderung zwischen aufeinanderfol- genden Impedanzwerten einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, oder wenn sich zumindest ein Impedanzwert der betreffenden Phase innerhalb eines Auslosebereichs in der komplexen Impedanzebene befindet und eine sprunghafte Ande- rung zwischen aufeinanderfolgenden Impedanzwerten aufgetreten ist. Durch diese phasenweise Überprüfung kann der Fehler besonders einfach eingegrenzt werden.

Bei einem Symmetriesignal, das eine unsymmetrische Pendelung anzeigt, kann das Kriterium der symmetrischen Komponenten nicht verwendet werden. Daher wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens vorgeschlagen, dass bei einem Symmetriesignal, das eine unsymmetrische Pendelung anzeigt, für jede Phase ein Verlauf von Impedanzwerten bestimmt wird und anhand dieses Verlaufs auf das Vorliegen eines Fehlers in der jeweiligen Phase geschlossen wird. Aufgrund der phasenweisen Überprüfung der Impedanzen ist dieses Fehlererkennungsverfahren zwar rechenintensiver als die Betrachtung der symmetrischen Komponenten im Falle einer symmetrischen Pendelung. Allerdings kann auf diese Weise zuverlässig ein Fehler in der jeweiligen Phase erkannt werden.

Konkret kann hierbei vorgesehen sein, dass auf das Vorliegen eines Fehlers in der jeweiligen Phase geschlossen wird, wenn sich entweder zumindest ein Impedanzwert der betref fenoVn Phase innerhalb eines Auslosebereichs in der komplexen Impedanzebene befindet und die Änderung zwischen aufeinanderfolgenden Impedanzwerten einen vorgegebenen Schwellenwert unter- schreitet oder sich zumindest ein Impedanzwert der betreffenden Phase innerhalb eines Auslosebereichs in der komplexen Impedanzebene befindet und eine sprunghafte Änderung zwischen aufeinanderfolgenden Impedanzwerten aufgetreten ist. Auf diese Weise kann durch relativ einfache Überprüfungen ein Fehler erkannt werden. Das erstgenannte Kriterium weist hierbei darauf hin, dass sich aufeinanderfolgende Impedanzwerte kaum voneinander unterscheiden und die Impedanz quasi einen stationären Wert, nämlich den der Fehlerimpedanz, angenommen hat. Das zweite Kriterium weist auf einen Sprung von einem beliebigen Arbeitspunkt wahrend einer Pendelung zu einer Fehlerimpedanz hin.

Ein externer Fehler sollte von dem jeweils zustandigen Schutzgerat abgeschaltet werden. Nach der Fehlerklarung kann die Pendelung auf dem verbleibenden Teil des Energieversorgungsnetzes fortgesetzt werden. In einem solchen Falle muss das Distanzschutzgerat die Beendigung des Fehlers und die fortgesetzte Pendelung erkennen. Daher sieht eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens sowohl bei symmetrischen als auch bei unsymmetrischen Pendelungen vor, dass bei anstehendem Fehlersignal kontinuierlich geprüft wird, ob der Fehler noch vorliegt, und das Fehlersignal zurückgenommen wird, wenn die Überprüfung ergibt, dass kein Fehler mehr vorliegt.

Konkret kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass bei einem einpoligen Fehler zur Überprüfung, ob der Fehler noch vorliegt, bezuglich der fehlerbehafteten Phase berechnete Im- pedanzwerte mit bezüglich der fehlerfreien Phasen berechneten Impedanzwerten verglichen werden, und anhand des Vergleichs auf das Vorliegen des Fehlers geschlossen wird. Dieser Ausfuhrungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Impedanzwerte einer fehlerbehafteten Phase nahezu konstant auf einer Stelle verharren, wahrend die Impedanzwerte von fehlerfreien Phasen, auf denen eine Pendelung stattfindet, sich kontinuierlich bezuglich Amplitude und/oder Phasenwinkel verandern . In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die bezuglich der fehlerbehafteten Phase berechneten Impedanzwerte mit den bezuglich der fehlerfreien Phasen berechneten Impedanzwerten derart verglichen werden, dass auf ein Ende des Fehlers geschlossen wird, wenn die von den jeweiligen aufeinanderfolgenden Impedanzwerten uberstrichene Strecken („Impedanzstrecken") annähernd gleich sind. Bei dieser Überprüfung werden folglich die von den jeweiligen Impedanzwerten zurückgelegten Strecken miteinander verglichen und es wird auf die Beendigung des Fehlers geschlossen, wenn sich alle Impedanzwerte im gleichen Maße verandern, d.h., wenn die Differenz der bezüglich der fehlerbehafteten Phase ermittelten Impedanzstrecke und zumindest einer der bezuglich der fehlerfreien Phasen ermittelten Impedanzstrecke einen Schwel- lenwert unterschreitet. Dies weist nämlich darauf hin, dass die fehlerbehaftete Phase nunmehr wieder im gleichen Maße eine Pendelung vollfuhrt wie die anderen Phasen.

Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Erkennung der Fehlerbe- endigung bei einem einpoligen Fehler kann zudem vorgesehen sein, dass die symmetrischen Komponenten der Phasenstrome bestimmt werden und auch anhand eines Vergleichs der symmetrischen Komponenten darauf geschlossen wird, ob der Fehler noch vorliegt. Hierdurch kann nämlich eine Wiederherstellung des symmetrischen Zustands des Energieversorgungsnetzes erkannt werden. Dieses Zusatzkriterium ist natürlich nur für den Fall einer symmetrischen Pendelung anwendbar, da im Falle einer unsymmetrischen Pendelung nach Beendigung des Fehlers kein symmetrischer Zustand wiederhergestellt wurde.

Zur Überprüfung des letztgenannten Kriteriums kann konkret vorgesehen sein, dass die Summe aus dem Nullsystemstrom und dem Gegensystemstrom mit dem Mitsystemstrom verglichen wird, und ein Hinweis auf die Beendigung eines Fehlers erkannt wird, wenn das Produkt aus der Summe und einem Faktor unterhalb des Mitsystemstroms liegt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfinde- rischen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass bei einem zweipoligen Fehler zur Überprüfung, ob der Fehler noch vorliegt, jeweils aus bezuglich der fehlerfreien Phase und einer der beiden fehlerbehafteten Phasen erfassten Phasen- stromen sowie aus angenommenen Phasenstromen für eine fiktive Phase, die um 120° bezuglich der fehlerfreien Phase verschoben (d.h. der entsprechende Stromzeiger ist um 120° gedreht) ist, Test-Gegensystemstromwerte berechnet werden und diese Test-Gegensystemstromwerte mit anhand der tatsächlichen Pha ^¬ senstrome berechneten Gegensystemstromwerten verglichen wer- den, und auf ein Ende des Fehlers bezuglich der jeweiligen betrachteten fehlerbehafteten Phase geschlossen wird, wenn der Quotient aus den jeweiligen Gegensystemstromwerten und den jeweiligen Test-Gegensystemstromwerten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Diese Überprüfung wird einzeln für jede der beiden fehlerbehafteten Phasen durchgeführt, so dass für jede Phase die Beendigung des Fehlers erkannt werden kann. Bei der beschriebenen Überprüfung wird quasi ein zweipoliger Fehler auf zwei einpolige Fehler abgebildet, indem jeweils eine fehlerbehaftete Phase ausgeblendet und durch ei- ne gedachte pendelnde Phase ersetzt wird. Bezuglich der verbleibenden fehlerbehafteten Phase kann dann durch das beschriebene Verfahren eine Aussage über ein Fortbestehen oder ein Ende des Fehlers getroffen werden.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein elektrisches

Schutzgerat gelost, das eine Steuereinrichtung aufweist, die zur Durchfuhrung des oben beschriebenen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen eingerichtet ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfuhrungsbei- spielen naher erläutert. Hierzu zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Abschnitts ei- nes elektrischen Energieversorgungsnetzes,

Figur 2 eine Darstellung einer von einem Fehler überlagerten Pendelung in einer komplexen Impedanzebene,

Figur 3 eine schematische Übersicht über ein Ausfuhrungsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen und Zurücknehmen eines Fehlersignals,

Figur 4 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Erlaute- rung einer Fehlererkennung im Fall einer symmetrischen Pendelung,

Figur 5 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Erläuterung der Erkennung eines Fehlers im Falle einer unsymmetrischen Pendelung,

Figur 6 drei R-X-Diagramme zur Erläuterung einer Pendelung bei gleichzeitigem einpoligen Fehler,

Figur 7 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Erläuterung einer Überprüfung des Fortbestehens eines einpoligen Fehlers wahrend einer Pendelung,

Figur 8 drei Stromzeiger-Diagramme zur Erläuterung der Vorgehensweise hinsichtlich der Überprüfung des

Fortbestehens eines zweipoligen Fehlers wahrend einer Pendelung, Figur 9 exn schematisches Verfahrensfließbild zur Erläuterung der Überprüfung eines Fortbestehens eines zweipoligen Fehlers wahrend einer Pendelung,

Figur 10 ein Diagramm mit einem ersten Beispiel möglicher Verlaufe von Gegensystemstromen und Test- Gegensystemstromen und

Figur 11 ein Diagramm mit einem zweiten Beispiel möglicher Verlaufe von Gegensystemstromen und Test-

Gegensystemstromen .

Figur 1 zeigt beispielhaft einen Abschnitt 10 eines im weiteren nicht naher dargestellten dreiphasigen elektrischen Ener- gieversorgungsnetzes . Der Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes ist durch einen Generator 12 mit elektrischer Energie gespeist. Zwischen dem Generator 12 und einer Sammelschiene 11 befindet sich eine schematisch angedeutete dreiphasige Energieubertragungsleitung 13. Die Energieuber- tragungsleitung 13 ist mit Leistungsschaltern 14a und 14b versehen, mittels denen die Energieubertragungsleitung 13 vom restlichen Teil des Abschnitts 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes abgetrennt werden kann.

Zur Überwachung der Energieubertragungsleitungen 13 auf möglicherweise auftretende Fehler, wie beispielsweise Kurzschlüsse oder Erdschlüsse, sind Schutzgerate 15a und 15b vorgesehen, bei denen es sich um sogenannte Distanzschutzgerate handelt. Die Schutzgerate 15a und 15b nehmen an Messstellen 16a und 16b Messwerte in Form von Strom- und Spannungsmesswerten auf und entscheiden anhand dieser Messwerte über einen zulassigen oder einen unzulässigen Betriebszustand auf der Energieubertragungsleitung 13. Die nähere Funktionsweise eines Distanzschutzgerates wurde bereits eingangs naher erlau- tert und soll daher an dieser Stelle nicht nochmals ausfuhrlich behandelt werden.

Sofern eines der Schutzgerate 15a bzw. 15b oder beide einen unzulässigen Betriebszustand auf der ihnen zugeordneten Ener- gieubertragungsleitung 13 erkannt haben, wird ein Auslosesignal an den jeweiligen Leistungsschalter 14a bzw. 14b abgegeben, um die fehlerbehaftete Energieubertragungsleitung 13 vom restlichen Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungs- netzes zu trennen. In diesem Zusammenhang kann auch die Übersendung eines Fehlersignals an das gegenüberliegende Ende der fehlerbehafteten Energieversorgungsleitung gesendet werden, um das dortige Schutzgerat auch zum Erzeugen eines entsprechenden Auslosesignals für seinen Leistungsschalter zu veran- lassen. Bei einem auf der unmittelbar von dem jeweiligen

Schutzgerat überwachten Energieubertragungsleitung auftretenden Fehler wird wie eingangs bereits erwähnt auch von einem „internen" Fehler gesprochen.

Mit der Sammelschiene 11 stehen außerdem zwei Abzweige 17a und 17b an Verbindung. Ein erster Transformator 18a, beispielsweise ein Mittelspannungs-Transformator, transformiert hinsichtlich des ersten Abzweigs 17a die auf der Sammelschiene 11 anstehende Spannung auf ein entsprechendes Niveau (bei- spielsweise ein Mittelspannungsniveau) herunter. Entsprechendes erfolgt über einen zweiten Transformator 18b hi n siehtlich des zweiten Abzweigs 17b.

Die Abzweige 17a und 17b können über weitere Leistungsschal- ter 14c und 14d im Fehlerfalle von der Sammelschiene 11 getrennt werden. Hierzu sind weitere Schutzgerate 15c und 15d vorgesehen, bei denen es sich auch um Distanzschutzgerate handeln kann. Diese nehmen an Messstellen 16c und 16d Messwerte auf und entscheiden anhand dieser Messwerte darüber, ob auf den Abzweigen 17a bzw. 17b ein zulassiger oder ein unzulässiger Betriebszustand vorliegt.

Im Falle der Figur 1 soll beispielhaft an einer durch ein Blitzsymbol gekennzeichneten Fehlerstelle 19 auf dem Abzweig 17b ein ein- oder zweipoliger Fehler, beispielsweise ein Erd- kurzschluss, aufgetreten sein. Diesen Fehler musste das unmittelbar für den Abzweig 17b zustandige Schutzgerat 15d erkennen und den ihm zugeordneten Leistungsschalter 14d zum Trennen seiner Schaltkontakte veranlassen, um den Abzweig 17b von der Sammelschiene 11 zu trennen und so eine Auswirkung des Fehlers auf dem restlichen Teil des Abschnitts 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes zu verhindern. Für den Fall, dass der Fehler an der Fehlerstelle 19 von dem zustan- digen Schutzgerat 15d jedoch nicht erkannt werden sollte, beispielsweise aufgrund einer Funktionsstörung des Schutzge- rates 15d, sind die Schutzgerate 15a und 15b als Reserve- Schutzgerate eingerichtet. Sie senden nach Ablauf einer Zeit- verzogerung, innerhalb der dem Schutzgerat 15d Gelegenheit gegeben wird, auf den Fehler an der Fehlerstelle 19 zu reagieren, ein Auslosesignal an ihren jeweiligen Leistungsschalter, um auf diese Weise den Fehler an der Stelle 19 abzuschalten .

Bei dem Beispiel gemäß Figur 1 wurden in diesem Fall zunächst Schutz^θrat 15b seinen Leistun^sschalter 14b offnen wahrend Schutzgerat 15a nur für den Fall, dass auch Schutzgerat 15b den Fehler nicht abschalten, eine Abschaltung vornehmen wur ^¬ den. Die Schutzgerate 15a und 15b nehmen den an der Stelle 19 aufgetretenen Fehler zunächst als sogenannten externen Fehler wahr, da dieser nicht in der ihnen unmittelbar zugeordneten Schutzzone, in diesem Fall der Energieubertragungsleitung 13 bzw. der Sammelschiene 11 liegt. Die Erkennung von internen oder externen Fehlern auf dem Abschnitt 10 des elektrischen Energieversorgungsnetzes kann durch eine gleichzeitig stattfindende Pendelung auf dem Abschnitt des elektrischen Energieversorgungsnetzes erschwert werden.

Figur 2 zeigt hierzu beispielhaft in einem sogenannten R-X- Diagramm den Verlauf von Impedanzwerten, die im Falle eines externen Fehlers bei gleichzeitig auftretender Pendelung auf- genommen werden. Die folgende Erläuterung soll beispielhaft für das Schutzgerat 15b gemäß Figur 1 erfolgen.

In einem R-X-Diagramm werden Impedanzwerte in der komplexen Impedanzebene, also in Form sogenannter komplexer Zahlen mit Real- und Imaginaranteilen, dargestellt. Wahrend auf der mit „R" beschrifteten Achse der Realanteil der Impedanz dargestellt ist, der auch als sogenannter Resistanzanteil bezeichnet wird und den ohmschen Widerstandsanteil der Impedanz angibt, wird auf der mit „X" bezeichneten Achse der imaginäre Anteil der Impedanz dargestellt, der auch als sogenannte

Reaktanz bezeichnet wird und den induktiven und/oder kapazitiven Teil der Impedanzwerte angibt.

Jeder Impedanzwert wird durch an einer jeweiligen Messstelle, im vorliegenden Beispiel die Messstelle 16b in Figur 1, aufgenommene Strom- und Spannungsmesswerte, bei denen es sich üblicherweise um Amplitude und Phasenwinkel beinhaltende Strom- und Spannungszeigermesswerte handelt, bestimmt. Die jeweiligen Impedanzwerte werden ebenfalls durch Amplitude und Phasenwinkel in Form eines sogenannten Impedanzzeigers darge ^¬ stellt, der vom Nullpunkt des R-X-Diagramms ausgehend zu dem die entsprechende Amplitude und entsprechenden Phasenwinkel darstellenden Wert verläuft. Im R-X-Diagramm in Figur 2 ist der Übersichtlichkeit halber jeweils nur der Verlauf der Zeigerspitzen als Kurvenverlauf dargestellt.

Innerhalb des R-X-Diagrarams ist ein sogenanntes Auslosepoly- gon 20 dargestellt, das denjenigen Bereich in der Impedanzebene angibt, der von Impedanzwerten wahrend interner oder externer Fehler üblicherweise angenommen wird. Liegen die Impedanzwerte innerhalb des Auslosepolygons wird normalerweise ein Auslosesignal erzeugt, um den entsprechenden Leistungs- Schalter zu offnen.

Beispielhaft soll anhand von Figur 2 der Verlauf von Impedanzwerten im Falle einer Pendelung dargestellt werden, die durch einen externen Fehler, wie beispielsweise dem Fehler an der Fehlerstelle 19 (vgl. Figur 1), überlagert wird.

Ein erster Kurvenverlauf 21 beschreibt den Verlauf der Impedanzwerte bei einer Pendelung im fehlerfreien Fall. Eine solche Pendelung kann anhand gangiger Verfahren, wie beispiels- weise der eingangs erläuterten Überprüfungen auf Monotonie, Kontinuität und Sprunghaftigkeit der Impedanzwerte, erkannt werden. Ebenso kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob die Pendelung symmetrisch, d. h. auf allen drei Phasenleitern gleichmaßig, stattfindet oder ob eine unsymmetrische Pende- lung vorliegt.

An der Stelle 23 im R-X-Diagramm gemäß Figur 2 tritt der externe Fehler ein; die Impedanzwerte springen dabei von Stelle 22 an die Stelle 23 innerhalb des Auslosepolygons 20. Wahrend des externen Fehlers verlaufen die Impedanzwerte aufgrund der Überlagerung durch die gleichzeitig weiter stattfindende Pen ^¬ delung auf einer elliptischen Bahnkurve 24, deren Durchmesser jedoch kleiner ist als der Durchmesser der Bahnkurve 21 bei der Pendelung im fehlerfreien Fall. Die Bahnkurve 24 kann bis zur Abschaltung des Fehlers wiederholt durchlaufen werden.

Nach Klarung des externen Fehlers durch das Schutzgerat 15e an Stelle 25 des R-X-Diagramms springt der Verlauf der Impedanzwerte wieder auf einen Wert an Stelle 26, die außerhalb des Auslosepolygons 20 liegt, und zeigt nachfolgend wieder den elliptischen Bahnkurvenverlauf 27 wahrend der Pendelung, die nunmehr nicht mehr von einem Fehler überlagert ist.

Das Schutzgerat 15b muss daher in dem vorliegenden Beispiel in der Lage sein, den Eintritt des externen Fehlers wahrend einer Pendelung an Stelle 23 sowie die Beendigung des externen Fehlers an Stelle 25 und die Fortsetzung der Pendelung ab Stelle 26 zu erkennen. Nur wenn eine solche Erkennung zuverlässig durchgeführt werden kann, kann das Schutzgerat 15b weiter als Reserve-Schutzgerat für das Schutzgerat 15d eingesetzt werden.

Konkret muss die Funktionsweise des Schutzgerats 15b für den in Figur 2 dargestellten Fall wie folgt aussehen: Wahrend des Verlaufs 21 muss das Schutzgerat 15b die stattfindende Pendelung erkennen und ein sogenanntes Pendelsignal abgeben, das einerseits die Pendelung anzeigt und andererseits die Dis- tanzschutzfunktion daran hindert, ein Auslosesignal an einen Leistungsschalter abzugeben, wenn bei fortgesetzter Pendelung die Impedanzwerte in das Auslosepolygon eintreten wurden. An Stelle 22 muss das Schutzgerat 15b das Auftreten eines externen Fehlers erkennen und ein Fehlersignal erzeugen, das das Vorliegen des Fehlers wahrend der Pendelung anzeigt. Das Fehlersignal bewirkt eine Zurücknahme oder zumindest eine Blockierung des Pendelsignals. Das Fehlersignal muss wahrend des Vorhandenseins des externen Fehlers im Bereich 24 trotz der dort zusatzlich stattfindenden Pendelung aufrechterhalten werden, d. h. trotz charakteristischer Merkmale einer Pende- lung im Bereich 24 muss das Schutzgerat 15b den Bereich 24 nicht als Pendelung, sondern als Fehler erkennen, damit es seine Reserve-Schutzfunktion für das Schutzgerat 15e wahrneh- men kann.

Sollte nämlich das Schutzgerat 15d nicht innerhalb der ihm zugewiesenen Zeitspanne den Fehler an der Fehlerstelle 19 abschalten, so wurde das Schutzgerat 15b, wie bereits zu Figur 1 erläutert, seinen zugehörigen Leistungsschalter offnen.

Das Schutzgerat 15b muss ferner an Stelle 26, sobald der externe Fehler durch das Schutzgerat 15d geklart, d. h. abgeschaltet worden ist, die Beendigung des Fehlers erkennen und das Fehlersignal zurücknehmen, um ab dem Beginn des Verlaufs 27 die Fortsetzung der Pendelung durch erneutes Erzeugen des Pendelsignals wieder angeben zu können.

Anhand der folgenden Figuren soll erläutert werden, wie die beschriebene Funktionsweise erreicht werden kann. Hierzu ist zunächst in Figur 3 eine schematische Übersicht über den vollständigen Algorithmus in Form eines Verfahrensfließbildes angegeben. Ein solcher Algorithmus ist üblicherweise in Form einer Geratesoftware implementiert, die von einer Steuerein- richtung eines Schutzgerates abgearbeitet wird.

Bei Schritt 30 beginnt die Überprüfung. Zunächst findet bei Schritt 31 eine Überprüfung darauf hin statt, ob eine Pendelung in dem elektrischen Energieversorgungsnetz vorliegt. Hierzu werden beispielsweise aus Strom- und Spannungsmesswerten berechnete Impedanzwerte auf Monotonie, Kontinuität und sprunghaftes Verhalten geprüft. Bewegt sich der von den Impedanzwerten beschriebene Kurvenverlauf monoton, kontinuierlich und ohne Sprunge, wird eine Pendelung erkannt und ein Pendel- Signal erzeugt. Findet keine Pendelung statt, beginnt der Algorithmus erneut bei Schritt 30.

Liegt eine Pendelung vor, so wird bei Schritt 32 überprüft, ob es um sich eine symmetrische oder eine unsymmetrische Pendelung handelt. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die oben beschriebene Überprüfung auf eine Pendelung für jede Phase des elektrischen Energieversorgungsnetzes durchgeführt wird und im Falle einer gleichmäßigen Pendelung in allen drei Phasen auf eine symmetrische Pendelung geschlossen wird, wahrend im Falle einer phasenweise voneinander abweichenden Pendelung oder einer auf nur eine oder zwei Phasen beschrankten Pendelung eine unsymmetrische Pendelung erkannt wird. Eine symmetrische Pendelung kann auch dadurch erkannt werden, dass für eine Phase eine Pendelung erkannt worden ist, und anhand der symmetrischen Komponenten des Stromes, d.h. Mitsystem- strom, Gegensystemstrom und Nullsystemstrom, ein symmetrisches Verhalten erkannt wird. Im Falle eines symmetrischen Verhaltens existieren im Wesentlichen Mitsystemstrom-Anteile wahrend Nullsystem- und Gegensystemstrome kaum auftreten.

Je nachdem, ob eine symmetrische oder unsymmetrische Pendelung erkannt worden ist, wird ein die entsprechende Art der Pendelung anzeigendes Symmetriesignal erzeugt. In Abhangig- keit davon, ob durch das Symmetriesignal eine symmetrische oder eine unsymmetrische Pendelung angezeigt wird, wird in Schritten 33a und 34a bzw. 33b und 34b ein entsprechender Fehlererkennungsalgoπthmus für symmetrische bzw. unsymmetrische Pendelungen durchgeführt.

Wird in den Schritten 33a und 34a bzw. 33b und 34b kein Fehler erkannt, so beginnt der Algorithmus erneut an Stelle 30 Wird jedoch ein vorliegender Fehler erkannt, so wird ein Fehlersignal erzeugt und in Schritt 35 die Art des Fehlers dar- aufhin eingegrenzt, ob sich um einen einpoligen oder einen zweipoligen Fehler handelt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass phasenweise überprüft wird, ob die berechneten Impedanzwerte innerhalb des Auslosepolygons liegen und gleichzeitig entweder keine signifikante Änderung der Impedanzwerte auftritt oder ein sprunghaftes Verhalten im Verlauf der Impedanzwerte erkannt worden ist. Beide Falle deuten auf einen Fehler in der jeweiligen Phase hin.

Wenn es sich bei dem Fehler um einen internen Fehler handelt, so muss das entsprechende Schutzgerat seinen Leistungsschalter auslosen und damit den fehlerbehafteten Abschnitt aus dem Energieversorgungsnetz abtrennen. In diesem Fall ist das Verfahren bereits vor Schritt 35 beendet und wird ggf. nach Wie- dereinschalten des betroffenen Abschnitts erneut gestartet. Liegt ein externer Fehler vor, so wird das Verfahren bei Schritten 36a bzw. 36b fortgesetzt. Die Unterscheidung zwischen einem internen und einem externen Fehler kann z.B. an ^¬ hand der Lage der berechneten Impedanzwerte im Auslosepolygon erfolgen.

Je nachdem, ob im Schritt 35 ein einpoliger oder ein zweipoliger externer Fehler erkannt worden ist, wird in Schritten 36a und 37a bzw. 36b und 37b eine Überprüfung auf die Beendi- gung dieses einpoligen bzw. zweipoligen Fehlers durchgeführt. Wird hierbei erkannt, dass der Fehler noch ansteht, d. h. dass er nicht beendet ist, so wird die Überprüfung gemäß der jeweiligen Fehlerart weiter fortgesetzt. Wird der Fehler je ^¬ doch als beendet erkannt, so wird das Fehlersignal zuruckge- nommen und der Algorithmus endet bei Schritt 38 und kann bei Schritt 30 erneut begonnen werden. Sollte der Fehler über eine bestimmte Zeitdauer hinaus vorliegen, d.h. es wird innerhalb dieser Zeit keine Beendigung des Fehlers erkannt, so kann angenommen werden, dass das für den vorliegenden Fehler unmittelbar zustandige Schutzgerat eine Fehlfunktion hat. Das Schutzgerat, das den externen Fehler erkannt hat, kann in diesem Fall in seiner Funktion als Reserveschutzgerat seinen Leistungsschalter offnen und somit eine Fehlerklarung herbei- fuhren.

Anhand von Figur 4 soll der im Schritt 33a gemäß Figur 3 durchgeführte Fehlererkennungsalgorithmus im Falle eines eine symmetrische Pendelung angezeigten Symmetriesignals erläutert werden. In diesem Fall kann die Fehlererkennung besonders einfach durchgeführt werden, da lediglich eine Überprüfung auf einen unsymmetrischen Zustand durchgeführt werden muss. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle einer symmetrischen Pendelung eine auftretende Unsymmetrie entweder einen einpoligen oder einen zweipoligen Fehler anzeigen muss. Daher werden gemäß Figur 4 aus den drei Phasenstromen die symmetrischen Komponenten, d.h. im Schritt 41 der sogenannte Mitsystemstrom Iχ, im Schritt 42 der sogenannte Gegensystem- strom I ₂ und im Schritt 43 der sogenannte Nullsystemstrom I ₀ , berechnet. Die Bestimmung von Mit-, Gegen- und Nullsystem- stromen ist dem Fachmann hinreichend bekannt und soll an dieser Stelle nicht naher erläutert werden.

Im Schritt 44 findet eine Überprüfung daraufhin statt, ob die symmetrischen Komponenten (d. h. Mit-, Gegen- und Nullsystemstrom) einen symmetrischen Zustand oder einen unsymmetrischen Zustand angeben. Ein symmetrischer Zustand liegt dann vor, wenn im Wesentlichen der Mitsystemstrom überwiegt, wahrend Null- und Gegensystemstrom nahezu nicht vorhanden sind. Im Schritt 44 findet daher eine Überprüfung dahingehend statt, ob die mit einem Faktor m multiplizierte Summe aus Gegen- und Mitsystemstrom großer als der Mitsystemstrom ist, wie in folgender Gleichung dargestellt: Ist diese Ungleichung erfüllt, d. h. Null- und Gegensystem- strom haben einen signifikanten Anteil an den symmetrischen Komponenten, so wird ein unsymmetrischer Zustand und damit ein Fehler erkannt und ein Fehlersignal F erzeugt. Die Hohe des Faktors m kann hierbei vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Hohe des Mitsystemstroms gewählt werden, um bei kleinen Mitsystemstromen ein ggf. vorhandenes Rauschen zu kompen- sieren. Hierbei steigt der Faktor m bei steigendem Mitsystem- strom und fallt bei sinkendem Mitsystemstrom. Üblicherweise kann der Faktor m im Bereich von etwa 10 bis etwa 160 liegen, im Bereich des Nennstromes, also dem Strom, für den das Energieversorgungsnetz ausgelegt ist, wird ein Wert für den Fak- tor m von etwa 100 bevorzugt.

In Figur 5 soll der Fehlerkennungsalgorithmus für ein eine unsymmetrische Pendelung anzeigendes Symmetriesignal dargestellt werden (Schritt 33b in Figur 3) . Im Falle einer unsym- metrischen Pendelung wird zunächst im Schritt 51 eine Überprüfung durchgeführt, ob die anhand von Strom- und Spannungsmesswerten gebildeten Impedanzwerte innerhalb des Auslosepolygons liegen. Im Schritt 52 wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Impedanzwerte für zeitlich aufeinanderfolgend bestimmte Impedanzwerte nahezu auf einer Stelle stehen geblieben sind, d. h. es wird uberpj-uft, ob die Änderung zwischen aufeinanderfolgenden Impedanzwerte einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet. Im Schritt 53 wird schließlich überprüft, ob der Verlauf der Impedanzwerte ein sprunghaftes Verhalten aufweist, d. h. ob die Änderung zwischen zwei Impedanzwerten einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Sowohl ein Stehenbleiben der Impedanzwerte auf einer Stelle als auch ein sprunghaftes Verhalten sind nämlich eindeutige Merkmale für einen bestehenden Fehler.

Die Ausgange der Blocke 51 und 52 werden einem ersten UND- Glied 54 zugeführt, das wiederum ausgangsseitig mit einem

Eingang eines ODER-Gliedes 55 verbunden ist. Die Ausgange der Blocke 51 und 53 werden einem zweiten UND-Glied 56 zugeführt, das ausgangsseitig mit einem weiteren Eingang des ODER- Gliedes 55 verbunden ist. Durch die hierdurch gegebene logi- sehe Verknüpfung wird genau dann ein Fehlersignal ausgangsseitig von dem ODER-Glied 55 abgegeben, wenn die Impedanzwerte innerhalb des Auslosepolygons liegen und gleichzeitig entweder aufeinanderfolgende Impedanzwerte keine signifikante Änderung aufweisen oder ein sprunghaftes Verhalten im Verlauf der Impedanzwerte erkannt worden ist. Diese Überprüfung wird pro Phase durchgeführt, so dass für jede Phase eine Entscheidung darüber getroffen werden kann, ob ein Fehler vorliegt oder nicht.

Der in Figur 5 erläuterte Algorithmus ist dazu geeignet, eine Unterscheidung durchzufuhren, ob es sich um einen einpoligen oder einen zweipoligen Fehler handelt. Wahrend daher der Fehlererkennungsalgorithmus für unsymmetrische Pendelungen gemäß Schritt 33b in Figur 3 bereits eine Aussage darüber liefert, ob ein einpoliger oder ein zweipoliger Fehler vorliegt, muss zur Unterscheidung der im Schritt 33a gemäß Figur 3 erkannten Fehler im Schritt 35 zur Unterscheidung der Art des Fehlers nochmals der zu Figur 5 erläuterte Algorithmus durchlaufen werden .

Anhand von Figur 6 soll die Vorgehensweise bei der Überprüfung der Beendigung eines einpoligen Fehlers gemäß Schritt 36a in Figur 3 naher erläutert werden. Figur 6 zeigt drei R- X-Diagramme 60a, 60b und 60c, die zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (t=0 bis t=2) aufgenommene Impedanzwerte als Impedanzzeiger beinhalten. Wahrend der Impedanzzeiger Z _^Ä für Phase A der fehlerbehafteten Phase angehört und auf der durch die Fehlerimpedanz gegebenen Stelle im R-X-Diagramm verharrt, pendeln die Impedanzzeiger Z_ _B und Z_ _c für die Phasen B und C, was durch sich fortlaufend ändernde Amplituden und Phasenwinkel dieser Zeiger ersichtlich ist.

Zunächst bietet sich zur Überprüfung auf Beendigung des ein- poligen Fehlers naturlich die inverse Vorgehensweise wie bei der Überprüfung auf das Eintreten eines Fehlers bei symmetrischer Pendelung an, d.h. eine Überprüfung dahingehend, ob ein symmetrischer Zustand wiederhergestellt ist. Wie aus dem R-X- Diagramm 60c für den Zeitpunkt t=2 jedoch deutlich wird, kann ein solcher einfacher Test auf Wiederherstellung eines symmetrischen Zustandes nach einem einpoligen Fehler allein nicht zur Aussage darüber herangezogen werden, ob der einpolige Fehler beendet ist, da trotz weiterem Vorliegen des einpoligen Fehlers die Stellung der Zeiger Z_ _A , Z _B und Z_ _c im R-X- Diagramm zufälligerweise genau einem symmetrischen Zustand entspricht, d. h. die Amplituden der jeweiligen Zeiger entsprechen sich, wahrend ein Phasenwinkel zwischen den jeweiligen Zeigern von jeweils 120° vorliegt. Ferner kann ein solcher Test auch bei Vorliegen einer unsymmetrischen Pendelung nicht zielfuhrend angewandt werden.

Zur Überprüfung auf die Beendigung eines einpoligen Fehlers werden daher aufeinanderfolgende Impedanzzeiger der fehlerbehafteten Phase A daraufhin überprüft, ob ihr Verlauf im R-X- Diagramm annähernd gleichmaßig mit dem Verlauf der Impedanzzeiger für die fehlerfreien Phasen B und C übereinstimmt. Konkret kann hierzu eine sogenannte „Impedanzstrecke" ermittelt werden, die die Änderung eines Zeigers zwischen zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Zeitpunkten angibt. Entspre- chen sich die Impedanzstrecken der fehlerbehafteten Phase A und der fehlerfreien Phasen B und C, so kann davon ausgegangen werden, dass die fehlerbehaftete Phase A wieder eine gleichmaßige Pendelbewegung mit den fehlerfreien Phasen B und C durchfuhrt und der Fehler beendet ist. Dieser Test kann zur Vereinfachung auch lediglich bezuglich einer der pendelnden Phasen B oder C durchgeführt werden.

Ein entsprechendes Logik-Diagramm ist in Figur 7 dargestellt. Einem UND-Glied 71 wird demgemäß von einem Block 72 ein Signal zugeführt, wenn es sich um einen einpoligen Fehler handelt. Block 73 vergleicht die Impedanzstrecken für die jeweiligen Impedanz zeiger, d. h. die Änderungen zwischen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aufgenommenen Impedanzzeigern bezuglich der fehlerbehafteten Phase A und zumindest einer fehlerfreien Phase B oder C. Liegen bezuglich dieser Impedanzstrecken keine signifikanten Unterschiede vor, so gibt Block 73 ebenfalls ein Ausgangssignal an UND-Glied 71 ab. Das UND-Glied 71 gibt in diesem Fall dann ein Ausgangssignal A ab, das das Fehlersignal, das den einpoligen Fehler anzeigt, zurücknimmt, da in einem solchen Fall nur noch die Pendelung vorliegt und der Fehler beendet ist.

Zusatzlich kann, wie durch einen gestrichelten Block 74 ange- deutet ist, eine Überprüfung auf einen symmetrischen Zustand der symmetrischen Komponenten durchgeführt werden; überwiegt das Mitsystem das Gegensystem und das Nullsystem, so wird ein symmetrischer Zustand wieder angenommen:

m W ₂ <U,

Für den Faktor m gelten wieder die oben beschriebenen Annahmen. In diesem Fall wird ein Ausgangssignal an das UND-Glied 71 abgegeben und das UND-Glied gibt in diesem Fall nur dann ein Ausgangssignal ab, das zur Zurücknahme des anstehenden Fehlersignals führt, wenn ein symmetrischer Zustand wiederhergestellt worden ist. Die Überprüfung gemäß Block 74 kann jedoch nur dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn eine symmetrische Pendelung vorliegt, da im Falle einer unsymmetrischen Pendelung im Block 74 kein symmetrischer Zustand erkannt werden wurde .

Anhand von Figur 8 soll die Vorgehensweise bei der Überprüfung auf Beendigung eines zweipoligen Fehlers gemäß Schritten 36b und 37b in Figur 3 erläutert werden. Bei einem zweipoligen Fehler reicht die bezuglich des einpoligen Fehlers beschriebene Vorgehensweise unter Verwendung der symmetrischen Komponenten nicht aus, da mit dieser Vorgehensweise nicht zwischen einem einpoligen und einem zweipoligen Fehler unterschieden werden kann. Da es beispielsweise durchaus vorkommen kann, dass bei einem zweipoligen Fehler zunächst nur eine der beiden Phasen wieder geklart ist und die andere weiterhin fehlerbehaftet bleibt, ist eine solche Unterscheidung zwischen einem anstehenden einpoligen und einem anstehenden zweipoligen Fehler notwendig.

Die Vorgehensweise bei der Beendigung eines zweipoligen Feh- lers beinhaltet zunächst eine Abbildung des zweipoligen Fehlers auf zwei einpolige Fehler und eine anschließende Überprüfung. Die Abbildung des zweipoligen Fehlers auf zwei einpolige Fehler wird anhand von Figur 8 naher erläutert. Figur 8 zeigt hierzu ein erstes Stromzeiger-Diagramm 80, in dem Stromzeiger ^ _A , I _B und _I _C einer pendelnden Phase A und zweier fehlerbehafteten Phasen B und C dargestellt sind. Zur Überprüfung, ob die Phasen B und C weiterhin fehlerbehaftet sind, wird das im Stromzeiger-Diagramm 80 beschriebene System auf zwei jeweils einen einpoligen Fehler beschreibende Systeme abgebildet, wie in Stromzeiger-Diagrammen 81 und 82 dargestellt ist. Im Stromzeiger-Diagrairan 81 ist hierzu der Stromzeiger I _B für die fehlerbehaftete Phase B durch einen angenommenen Stromzeiger I _B - einer fiktiven Phase B' ersetzt. Diese fiktive Phase B' wird ebenfalls als pendelnde Phase angenommen und bezieht sich auf die tatsachlich pendelnde Phase A, d. h. der angenommene Stromzeiger ]! _B' hat dieselbe Amplitude wie der Stromzeiger Ip, und eine diesbezügliche Phasenverschiebung von 120°. Der Stromzeiger Ic für die fehlerbe- haftete Phase C bleibt im Stromzeiger-Diagramm 81 unberührt.

Im dritten Stromzeiger-Diagramm 82 ist entsprechend der Stromzeiger Ic für die fehlerbehaftete Phase C durch einen angenommenen Stromzeiger Ic- einer fiktiven Phase C ersetzt, der bezuglich seiner Amplitude dem Stromzeiger I _A der Phase A entspricht und diesbezüglich einen Phasenwinkel von 120° aufweist. Die fehlerbehaftete Phase B bleibt unberührt.

Das System gemäß Stromzeiger-Diagramm 81 dient dazu, zu uber- prüfen, ob die Phase C weiterhin fehlerbehaftet ist. Hierzu wird unter Verwendung der Stromzeiger I _A , I_ _B' und I[c ein resultierender Test-Gegensystemstrom berechnet. Ebenso wird ein tatsachlicher Gegensystemstrom unter Verwendung der tatsachlichen Stromzeiger I_ _A , I _B und I_ _c bestimmt und mit dem Test- Gegensystemstrom verglichen. Hierzu wird der Quotient aus dem Gegensystemstrom und dem Test-Geqensystemstrom gebildet . Liegt der Quotient oberhalb einer vorgegebenen Schwelle, beispielsweise oberhalb von 5, so kann daraus geschlossen werden, dass durch das Ersetzen des Stromzeigers I _B für die Pha- se B durch den angenommenen Stromzeiger I_ _B < ein symmetrisches System wiederhergestellt worden ist. In diesem Fall wird daraus geschlossen, dass die Phase C nicht weiter von dem Fehler betroffen ist. Entsprechend wird unter Verwendung des Systems gemäß dem Stromzeiger-Diagramm 82 geprüft, ob die Phase B weiterhin von dem Fehler betroffen ist, indem Test-Gegensystemstrom unter Verwendung der Stromzeiger I _A , I _B und Ic- gebildet wird und mit dem unter Verwendung der tatsachlichen Stromzeiger I _A , I _B und l_ _c gebildeten Gegensystemstrom verglichen wird. Liegt auch hier der Quotient aus dem Gegensystemstrom und dem Test- Gegensystemstrom oberhalb einer bestimmten Schwelle, so kann daraus geschlossen werden, dass die Phase B nicht weiter von dem Fehler betroffen ist. Liegt der Quotient unterhalb der bestimmten Schwelle, so steht der Fehler weiterhin auf der Phase B an.

In Figur 9 ist diese Vorgehensweise Überprüfung nochmals in einem schematischen Ablaufdiagramm dargestellt. Im Schritt 91 wird bezüglich einer der beiden fehlerbehafteten Phasen - beispielhaft sei Phase B angenommen - eine Ersetzung des Stromzeigers _I _B durch den angenommenen Stromzeiger I_ _B' vorgenommen. Anschließend wird im Schritt 92 unter Verwendung der Stromzeiger ^E _Ä , I_ _B' und Ic der Test-Gegensystemstrom berechnet. Im Schritt 93 wird das tatsachlich vorliegende System mit den gemessenen Stromzeigern _I _A , I _E und l_ _c verwendet, aus denen im Schritt 94 der tatsachliche Gegensystemstrom berechnet wird. Anschließend wird im Schritt 95 ein Vergleich des Test-Gegensystemstromes mit dem Gegensystemstrom vorgenommen, indem der Quotient aus dem Geqensystemstrom und dem Test- Gegensystemstrom gebildet und mit einem Schwellenwert, beispielsweise dem Wert 5, verglichen wird. Liegt der Quotient oberhalb des Schwellenwertes, so ist diejenige fehlerbehafte- te Phase, die nicht ersetzt worden ist - in dem vorliegenden Beispiel also Phase C - nicht weiter von dem Fehler betroffen, wahrend bei Unterschreiten des Schwellenwertes der Fehler bezuglich dieser Phase weiter vorliegt. Im Block 95 wird daher ein Ausgabesignal A erzeugt, wenn der Schwellenwert überschritten wird und der Fehler bezuglich der betrachteten Phase nicht mehr vorliegt. Dieses Ausgabesignal A kann zur Zurücknahme des Fehlersignals verwendet werden.

Die hier beschriebene Vorgehensweise sollte nicht nur für Phasenstrome eines einzigen Zeitpunkts, sondern für einen Verlauf aus mehreren Phasenstromen, die zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aufgenommen worden sind, durchgeführt werden. Hierdurch kann eine größere Zuverlässigkeit des Ergebnisses erreicht werden, da kurze Schwankungen bezuglich des Gegen- systemstroms oder der Test-Gegensystemstroms ausgeglichen werden .

In Figuren 10 und 11 sind jeweils Diagramme dargestellt, in denen der Verlauf des Gegensystemstroms I ₂ bzw. des Test- Gegensystemstroms I ₂ * über der Zeit t aufgetragen ist. Im Diagramm gemäß Figur 10 ist der Verlauf des Gegensystemstroms mit Kurve 101 angegeben, wahrend der Verlauf des Test- Gegensystemstromes mit 102 angegeben ist. Bei den in Figur 10 gezeigten beispielhaften Verlaufen ist hinsichtlich der betrachteten Phase keine Fehlerbeendigung aufgetreten.

Entsprechend ist in Figur 11 der Verlauf des Gegensystem- Stroms mit der Kurve 111 gekennzeichnet, wahrend der Verlauf des Test-Geqensystemstroms mit Kurve 112 bezeichnet ist. Bei den in Figur 11 gezeigten beispielhaften Verlaufen ist daher hinsichtlich der betrachteten Phase eine Fehlerbeendigung aufgetreten. Die Klarung des Fehlers erzeugt einen Sprung 113 im Verlauf der Kurve 112.

Man erkennt leicht, dass der aus dem in Figur 11 dargestellten Fall resultierende Quotient aus dem Gegensystemstrom (Kurve 111) und dem Test-Gegensystemstrom (Kurve 112) einen deutlich höheren Wert annimmt als der gemäß Figur 10 resultierende Quotient, der sich aus dem Gegensystemstrom (Kurve 101) und dem Test-Gegensystemstrom (Kurve 102) ergibt. Figur 11 zeigt daher das Ergebnis der Überprüfung für den Fall, dass die untersuchte Phase nicht mehr von dem Fehler betroffen ist, wahrend die untersuchte Phase xn dem Fall in Figur 10 weiterhin von dem Fehler betroffen ist.

Zusammengefasst zeigt die Erfindung ein Verfahren, mit dem wahrend einer Pendelung auftretende ein- und zweipolige Fehler schnell und zuverlässig erkannt werden können und im Fall von externen Fehlern auch die fortgesetzte Pendelung nach Beendigung des Fehlers erkannt werden kann. Ein solches Verfahren kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung eines elektrischen Distanzschutzgerates durchgeführt werden und ermöglicht dem Distanzschutzgerat eine zuverlässige und auf den jeweiligen Fall zugeschnittene. Ein Distanzschutzgerat mit einer entsprechend eingerichteten Steuereinrichtung ist daher z.B. in der Lage, auch bei externen Fehlern, die wahrend Pen- delungen auftreten, eine Reserve-Schutzfunktion zu übernehmen, da gemäß dem beschriebenen Verfahren das erzeugte und zurückgenommene Fehlersignal zur Zurücknahme eines die Pendelung anzeigenden Pendelsignals verwendet werden kann.