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Title:
TESTING DEVICE AND METHOD FOR TESTING A MONITORING DEVICE WITH TRAVELLING WAVE CAPTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/220465
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to make it possible to test a monitoring device with travelling wave capture in the field, as are also installed in real operation, provision is made for the temporal profile of a low-frequency fault voltage (UF(t)) and/or the temporal profile of a low-frequency fault current (IF(t)) of a fault (F) on a current conductor (3) and the time (tA, tB) at which a travelling wave (W) starting from the fault location (F) arrives at a predetermined location (x, L-x) of the current conductor (3) to be calculated in the testing device (10), and for a voltage amplifier (14) for generating the temporal profile of the low-frequency fault voltage (UF(t)) and/or a current amplifier (15) for generating the temporal profile of the low-frequency fault current (IF(t)) to be controlled by a control unit (11) in the testing device (10) in order to output the low-frequency fault voltage (UF(t)) at a voltage output of the testing device (10) and/or the low-frequency fault current (IF(t)) at a current output of the testing device (10), and for a voltage pulse generator (16) for generating a voltage pulse and/or a current pulse generator (17) for generating a current pulse to be controlled by the control unit (11) at the calculated time (tA, tB) of the arrival of the travelling wave (W) in order to superimpose a voltage pulse on the fault voltage (UF(t)) and/or to superimpose a current pulse on the fault current (IF(t)).

Inventors:
LAMPL HEINZ (AT)
HENSLER THOMAS (AT)
Application Number:
PCT/EP2017/064887
Publication Date:
December 28, 2017
Filing Date:
June 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
OMICRON ELECTRONICS GMBH (AT)
International Classes:
G01R35/00; G01R31/08; G01R31/28; H02H7/26
Domestic Patent References:
WO2013056144A12013-04-18
WO2017066489A12017-04-20
Foreign References:
CN1529176A2004-09-15
EP0666629A21995-08-09
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE PINTER & WEISS OG (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Prüfgerät zum Prüfen eines Überwachungsgeräts (6) mit Wanderwellenerfassung, wobei im Prüfgerät (10) ein Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen einer niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder ein Stromverstärker (15) zum Erzeugen eines niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)), ein Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses (UT ) und/oder ein Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses (lT ) vorgesehen sind, wobei der Ausgang des Spannungsverstärkers (14) und der Ausgang des Spannungspulsgenerators (16) mit einem Spannungsausgang des Prüfgerätes (10) ver- bunden sind und der Ausgang des Stromverstärkers (15) und der Ausgang des Strompulsgenerators (18) mit einem Stromausgang des Prüfgerätes (10) verbunden sind und im Prüfgerät (10) weiters eine Simulationseinheit (12) vorgesehen ist, in der ein Simulationsmodell implementiert ist, das den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) sowie die von einem vorgegebenen Fehlerort (F) ausgehende Ausbreitung einer Wanderwelle (W) auf einem Stromleiter (3) simuliert, indem die niederfrequente Fehlerspannung (UF(t)) und/oder der niederfrequente Fehlerstrom (lF(t)) des Fehlers (F) und der Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort des Stromleiters (3) berechnet werden, und wobei im Prüfgerät (10) weiters eine Steuereinheit (1 1 ) vorgesehen ist, die den Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen des zeitlichen Verlaufs der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des zeitlichen Verlaufs des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) ansteuert und die zum berechneten Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) den Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses und/oder den Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses ansteuert.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfgerät (10) eine Synchronisationsschnittstelle (18) vorgesehen ist, um das Prüfgerät (10) mit einer Zeitsynchronisationsquelle (19) zu verbinden.

3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfsteuereinheit (20) als Teil des Prüfgeräts (10) vorgesehen ist, wobei die Simulationseinheit (12) in der Prüfsteuereinheit (20) implementiert ist.

4. Prüfanordnung mit zumindest zwei Prüfgeräten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfgeräte (10) zeitlich zueinander synchronisiert sind.

5. Prüfanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfgeräte (10) mit einer Prüfsteuereinheit (20) mit einer Simulationseinheit (12) verbunden sind, wobei die Simulationseinheit (12) für die zumindest zwei Prüfgeräte (10) jeweils den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) sowie den Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort (x, L-x) des Stromleiters (3) berechnet.

6. Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts (6) mit Wanderwellenerfassung, wobei das Überwachungsgerät (6) mit dem Prüfgerät (10) verbunden wird und im Prüfgerät (10) der zeitliche Verlauf einer niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder der zeitliche Verlauf eines niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) eines Fehlers (F) auf einem Stromleiter (3) und der Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens einer vom Fehlerort (F) ausgehenden Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort (x, L-x) des Stromleiters (3) berechnet werden und im Prüfgerät (10) ein Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen des zeitlichen Verlaufs der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder ein Stromverstärker (15) zur Erzeugung des zeitlichen Verlaufs des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) von einer Steuereinheit (1 1 ) angesteuert werden, um an einem Spannungsausgang des Prüfgeräts (10) die nie- derfrequente Fehlerspannung (UF(t)) und/oder an einem Stromausgang des Prüfgeräts (10) den niederfrequenten Fehlerstrom (lF(t)) auszugeben und zum berechneten Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) ein Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses und/oder ein Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses von der Steuereinheit (1 1 ) angesteuert werden, um die Fehlerspannung (UF(t)) mit einem Spannungspuls und/oder den Fehlerstrom (lF(t)) mit einem Stromimpuls zu überlagern.

Description:
Prüfgerät und Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Prüfgerät zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung, sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung.

Ein Energieübertragungsnetz besteht im Wesentlichen aus Energieerzeugern, Schaltanlagen, Umspannwerken und Stromleitungen (Freileitung oder Erdkabel). An das Energieübertragungsnetz sind elektrische Verbraucher angeschlossen. Weiters gibt es in der Regel noch diverse Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen, die beispielsweise im Falle von Fehlern im Energieübertragungsnetz gewisse Netzabschnitte wegschalten. Die Stromleitungen erstrecken sich dabei über viele Kilometer. Eine wichtige Funktionalität der Überwachung eines Energieübertragungsnetzes ist daher nicht nur die Erkennung von Fehlern, sondern auch die möglichst genaue Ortung von Fehlern. Je schneller ein Fehler erkannt wird, umso schneller kann der Netzabschnitt weggeschaltet werden. Je genauer der Fehlerort bestimmt werden kann, umso rascher kann ein Fehler vom Wartungspersonal gefunden und behoben werden und umso schneller kann ein abgeschalteter Netzabschnitt wieder zugeschaltet werden. Es finden sich im Stand der Technik eine Fülle von Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlerortung.

Eines dieser Verfahren ist die Methode der Erfassung von Wanderwellen. Diesem Verfahren liegt der Umstand zugrunde, dass sich im Falle eines Fehlers vom Fehlerort ausgehend über die Stromleitung in beide Richtungen eine Wanderwelle ausbreitet. Die Zeit die vergeht, bis die Wanderwelle in einem ortsfest angeordneten Schutzgerät erfasst wird kann gemessen werden und daraus mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wanderwelle auf den Fehlerort geschlossen werden. Nachdem eine Wanderwelle auch bei anderen Ereignis- sen auf der Stromleitung ausgelöst werden kann, beispielsweise im Falle einer Schalthandlung, können diese Verfahren auch zwischen Fehlern und anderen Ereignissen unterscheiden. Beim Wanderwellenverfahren wird auch oftmals das Eintreffen einer Wanderwelle an beiden Enden eines Stromleiters mit zwei zeitlich genau synchronisierten Schutzgeräten erfasst, was eine einfache Ermittlung des Fehlerortes ermöglicht. Diese Methode ist z.B. in Schweitzer E.O., et al.,„Locating Faults by the Traveling Waves They Launch", 40th Annual Western Protective Relay Conference, Oct. 2013 beschrieben. Die Wanderwelle ist dabei hochtransient mit Flankenanstiegszeiten im Bereich von wenigen 100ns und kann auch hohe Spannungs- und Stromspitzen erreichen. In Hochspannungsnetzen kann die Wanderwelle auf dem Stromleiter durchaus Stromspitzen von einigen 100 bis 1000A und Spannungsspit- zen von einigen 100 bis 1000kV erreichen. Normalerweise werden diese sehr hohen primären Ströme und Spannungen auf der Stromleitung über Strom-/Spannungswandler auf niedrigere Sekundärwerte transformiert und diese den Schutzgeräten zugeführt. Auch auf der Sekundärseite treten dann hohe Strom- und Spannungsspitzen auf. Zusätzlich kann aus der Form der Wanderwelle auch auf bestimmte Arten von Fehlern geschlossen werden, z.B. erzeugt ein einpoliger Erdfehler (Kurzschluss eines Stromleiters gegen Erde) eine andere Wanderwelle als ein Leiter-Leiter-Fehler zwischen zwei Stromleitern. Die Methode der Erfassung von Wanderwellen ermöglicht eine sehr rasche und genaue Erkennung und Ortung von Fehlern. In einer neuen Generation von Schutzgeräten wird die Methode der Erfassung von Wanderwellen daher nicht nur zum Erkennen und Orten eines Fehlers verwendet, sondern auch um einen Auslöseimpuls für Schaltanlagen zum Wegschalten von Netzabschnitten zu erzeugen.

Das Verfahren der Wanderwellenerfassung wird aber nicht nur in Schutzgeräten verwendet, sondern auch in Fehlerortern, also in Geräten die nur der Ortung eines Fehlers dienen, oder Störschreibern, also Geräte die Fehler nur aufzeichnen. Schutzgeräte, Fehlerorter und Störschreiber, und auch andere Geräte zur Überwachung- und/oder Diagnose eines Ener- gieübertragungsnetzes werden nachfolgend allgemein als Überwachungsgeräte bezeichnet.

Überwachungsgeräte werden in Energieübertragungsnetz ortsfest an bestimmten Stellen angeordnet. Aus Sicherheitsgründen müssen die Überwachungsgeräte bei der Inbetriebnahme und in der Regel auch in regelmäßigen Abständen auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden. Dabei wird ein Überwachungsgerät direkt im Feld vor Ort geprüft, indem das Überwachungsgerät vom Energieübertragungsnetz und/oder von einer daran angeschlossenen Schaltanlage getrennt wird und mit einem speziellen Prüfgerät verbunden wird. Mit dem Prüfgerät können verschiedene Netzzustände simuliert werden und die korrekte Reaktion des Überwachungsgerätes darauf kann überprüft werden.

Die Prüfung dieser Wanderwellenfunktionalität in Überwachungsgeräten gestaltet sich aller- dings sehr schwierig, da ein Fehler nicht nur eine Wanderwelle mit sehr hochfrequenten Strom-/Spannungsverläufen erzeugt, sondern auch niederfrequente Strom- /Spannungsanteile aufweist. Herkömmliche Prüfgeräte, weisen nur eine beschränkte Bandbreite im kHz Bereich auf, d.h. es können Ströme und/oder Spannungen nur in diesem Frequenzbereich ausgegeben werden. Für herkömmliche Prüfungen ist das ausreichend weil für die Prüfung nur die Grundwelle (Netzfrequenz typisch 50 oder 60Hz) und einige Oberwellen abgedeckt werden müsse. Eine hochfrequente Wanderwelle (mit Frequenzen im MHz- Bereich) können aber mit solchen herkömmlichen Prüfgeräten aufgrund der beschränkten Bandbreite nicht simuliert werden. Herkömmliche Prüfgeräte können daher keine realistischen Strom-/Spannungsverläufe einer Wanderwelle nachbilden. Auf der anderen Seite sind Verstärker mit einer hohen Bandbreite (im MHz-Bereich), die hochfrequente Strom-

/Spannungsverläufe ermöglichen würden, für die Prüfung im Feld nicht verfügbar, weil diese nicht gleichzeitig die notwendigen niederfrequenten Strom- und Spannungswerte liefern kön- nen. Beispielsweise können die niederfrequenten Fehlerströme bis zu 100A (Sekundärwerte) betragen. Es wäre also ein Verstärker erforderlich, der einerseits sehr hohe Ströme und Spannungen erzeugen kann und anderseits auch gleichzeitig sehr hochfrequente Ströme und Spannungen erzeugen kann. Hinzu kommt, dass solche Verstärker meist auch nicht die für die Nachbildung einer Wanderwelle geforderten steilen Flanken der Strom- und/oder Spannungssignale bereitstellen können. Zudem müssen für eine Prüfung im Feld bei einem System mit Überwachungsgeräten an beiden, oder auch mehreren Enden, der Stromleitung auch mehrere verteilte Prüfgeräte verwendet werden, was die Prüfung zusätzlich verkompliziert.

Eine praktikable Prüfung solcher Überwachungsgeräte mit Wanderwellenerfassung im Feld ist daher bis heute nicht bekannt. Heutiger Standard ist die Prüfung der Überwachungsgeräte im Labor vor der Inbetriebnahme im Feld. Vielfach wird im Labor nach den Eingangswandlern im Überwachungsgerät, die die hohen Spannungen und Ströme (Sekundärwerte) auf verarbeitbare elektrische Kleinsignale wandeln, zur Simulation einer Wanderwelle ein hoch- frequentes Kleinsignal eingespeist. Eine vollständige Prüfung aller Funktionen des Überwachungsgerätes ist damit nicht mehr möglich. Außerdem ist dieses Vorgehen im Feld kaum praktikabel, da dazu das Überwachungsgerät geöffnet werden müsste.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Prüfgerät und ein Prüfverfahren für ein Überwachungsgerät mit Wanderwellenerfassung anzugeben, die eine integrierte Prüfung des Über- wachungsgerätes im Feld, so wie sie auch im realen Betrieb installiert sind, ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Für das Prüfen des Überwachungsgerätes muss nicht die hochtransiente Wellenausbreitung nachgebildet werden, sondern es reicht aus, die niederfrequenten Fehlerströme und/oder Fehlerspannungen an das Überwachungsgerät anzulegen, wenn diesen niederfrequenten Fehlergrößen zum richtigen Zeitpunkt ein hochfrequenter Strom- und Spannungspuls zur Nachbildung des Eintreffens der Wanderwelle überlagert wird. Durch diese Trennung der niederfrequenten und der hochfrequenten Fehleranteile können einfache Spannungsverstärker und Stromverstärker verwendet werden. Ebenso können damit auch einfache Pulsgeneratoren zur Erzeugung des Spannungs- und Strompulses verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich direkt im Feld mit einfachem Mitteln realistische Prüfungen an Überwachungsgeräten mit Wanderwellenerfassung realisieren.

Um die Spannungspulse und/oder Strompulse zum richtigen Zeitpunkt erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn am Prüfgerät eine Synchronisationsschnittstelle vorgesehen ist, um das Prüfgerät mit einer, vorzugsweise hochgenauen, Zeitsynchronisationsquelle zu verbin- den. Das insbesondere vorteilhaft, wenn für eine Prüfung mehrere Prüfgeräte zusammenarbeiten müssen. Wenn eine Prüfsteuereinheit als Teil des Prüfgeräts vorgesehen ist, wobei die Simulationseinheit in der Prüfsteuereinheit implementiert ist, lassen sich mehrere verteilte Überwachungsgeräte besonders vorteilhaft prüfen. Dazu muss lediglich die Prüfsteuereinheit mit den mehreren Prüfgeräten zum Prüfen der Überwachungsgeräte verbinden. Auf der Prüfsteuer- einheit kann dann zentral die Fehlersimulation durchgeführt werden. Dazu sind die Prüfgeräte vorzugsweise zeitlich zueinander synchronisiert.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 eine Topologie eines Energieübertragungsnetzes mit Überwachungsgeräten,

Fig.2 das Prinzip der Wanderwellenerfassung,

Fig.3 eine Prüfkonfiguration zum Prüfen der Überwachungsgeräte mittels erfindungsgemäße Prüfgeräten,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfgerätes und

Fig.5 eine bevorzugte Ausführung des Prüfgeräts zum Prüfen mehrerer beteiligter

Überwachungsgeräte.

Die Fig.1 zeigt schematisch einen Teil eines Energieübertragungsnetzes 1 mit einem Leitungsabschnitt 2 mit einer Stromleitung 3. Die Stromleitung 3 kann als Freileitung oder als Erdkabel ausgeführt sein, was für die Erfindung aber unerheblich ist. Mit A, B werden die Enden des Leitungsabschnittes 2 bzw. der Stromleitung 3 bezeichnet. Die Enden A, B ergeben sich oftmals durch Umspannwerke 4 oder Schaltanlagen 5. An den Enden A, B sind in Energieübertragungsnetzen 1 auch oftmals Überwachungsgeräte 6 vorgesehen, die z.B. der Fehlererkennung und der Fehlerortung dienen. Die Überwachungsgeräte 6 können dabei auch Schalthandlungen einer Schaltanlage 5 auslösen, wie in Fig.1 strichliert angedeutet. Ein Überwachungsgerät 6 erfasst zur Erfüllung ihrer Funktion in der Regel die Spannung und/oder den Strom auf der Stromleitung 3. Selbstverständlich kann ein Energieübertragungsnetz auch mehrphasig ausgeführt sein. In diesem Fall können an jeder Phase Überwachungsgeräte 6 vorgesehen sein, oder es können mehrphasige Überwachungsgeräte 6 verwendet werden. Genauso sind auch andere Netztopologien denkbar. Beispielsweise könnte zwischen den Enden A, B in Fig.1 auch eine weitere Stromleitung abzweigen, wie in Fig.1 strichliert angedeutet, an deren Ende C auch ein weiteres Überwachungsgerät 6 angeordnet sein könnte.

Mit Fig.2 wird kurz das bekannte Prinzip der Wanderwellenerfassung erläutert. Ein Fehler F auf der Stromleitung 3 erzeugt einen Strom- und einen Spannungsimpuls, der sich in beide Richtungen als Wanderwelle W ausbreitet. Neben dieser hochfrequenten Wanderwelle (im MHz-Bereich) entstehen im Fehlerfalls aber auch niederfrequente Strom- und einen Span- nungsanteile (im kHz-Bereich). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit v w der Wanderwelle W ist dabei annähernd Lichtgeschwindigkeit und ist bekannt. An den Enden A, B der Stromleitung 3 sind Überwachungsgeräte 6 mit Wanderwellenerfassung angeordnet, die die Spannung U L und/oder den Strom l L auf der Stromleitung 3 erfassen und auswerten. Vor einem Überwa- chungsgerät 6 kann auch noch ein Strom- und/oder Spannungswandler geschaltet sein, um die hohen primären Ströme und/oder Spannungen auf der Stromleitung 3 in niedrigere sekundäre Ströme und/oder Spannungen, die dem Überwachungsgerät 6 zugeführt werden, zu transformieren. Damit kann der Zeitpunkt t A i bzw. t B i des Eintreffens der Wanderwelle W im jeweiligen Überwachungsgerät 6 detektiert werden. Ebenso ist der Abstand L zwischen den beiden Überwachungsgeräten 6 bekannt. Unter der Voraussetzung, dass die beiden Überwachungsgeräte 6 zeitlich genau synchronisiert sind, was durch die strichlierte Verbindung angedeutet ist, kann daraus der Fehlerort x einfach aus der Beziehung

X = " ^ ( L + ( t A " t B ) ' V w ) berechnet werden. Dazu tauschen die Überwachungsgeräte 6 die Eintreffzeiten t A , t B aus. In Fig.2 ist noch angedeutet, dass die Wanderwellen W an Stellen einer Änderung des Ausbreitungsmediums (Stromleitung 3) auch reflektiert werden. Es kommt damit an den Überwachungsgeräten 6 zu mehrfachen Detektionen von Wanderwellen W. Für die Berechnung des Fehlerortes x sind daher die verschiedenen Eintreffzeitpunkte auseinanderzuhalten, was durch die Überwachungsgeräte 6 sichergestellt wird. Wenn nur ein Überwachungsgerät 6 an nur einem Ende A oder B verwendet wird, kann der Fehlerort x aus dem mehrfachen Eintreffen der Wanderwelle W bestimmt werden, z.B. gemäß x = ^ A1 ^ A2 ^ · v w .

Zur Prüfung der Überwachungsgeräte 6 mit Wanderwellenerfassung im Feld wird das Überwachungsgerät 6 bzw. werden die zusammenarbeitenden Überwachungsgeräte 6 von der Stromleitung 3 abgehängt und mit einem Prüfgerät 10 verbunden, wie in Fig.3 dargestellt. Ein Prüfgerät 10 erzeugt eine Prüfspannung U T und/oder einen Prüfstrom l T , die dem angeschlossenen Überwachungsgerät 6 über dessen jeweiligen Spannungs- und Stromeingang zugeführt werden. Normalerweise erzeugt das Prüfgerät 10 die Sekundärgrößen nach den Strom-/Spannungswandlern der Stromleitung 3. Alternativ ist aber auch eine Einspeisung der Primärgrößen in die Wandler möglich, womit das Prüfgerät 10 die Primärgrößen erzeugen müsste. Dazu können natürlich entsprechende Kabel zur Verbindung des Überwachungsgerätes 6 mit einem Prüfgerät 10 vorgesehen sein. Selbstverständlich kann ein Prüfgerät 10 wieder mehrphasig ausgeführt sein, beispielsweise um mit einem mehrphasigen Überwachungsgerät 6 verbunden zu werden. Um eine realistische Prüfung vor Ort zu ermöglichen erzeugt ein Prüfgerät 10 den zeitlichen Stromverlauf l T (t) und Spannungsverlauf U T (t), der an einer bestimmten Stelle der Stromleitung 3 im Falle eines bestimmten Fehlers F an einer Fehlerstelle x erwartet werden kann. Das Prüfgerät 10 ist dazu wie nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig.4 erläutert aufgebaut.

Im Prüfgerät 10 ist eine Simulationseinheit 12 (Hardware und/oder Software) vorgesehen, in der der zeitliche Verlauf des niederfrequenten Anteils der Fehlergrößen, also der niederfre- quenten Fehlerströme l F (t) und/oder niederfrequenten Fehlerspannungen U F (t) simuliert werden. Dazu kann in der Simulationseinheit 12 ein Leitungsmodell implementiert sein, das diese Fehlergrößen simuliert. Das Leitungsmodell kann im einfachen Fall ein Modell der Leitung mit eingeschwungenen Größen sein. Es kann aber auch ein realistischeres Leitungsmodell mit einer dynamischen Simulation der transienten Verläufe von Strom und Spannung imple- mentiert sein. Der zeitliche Verlauf des niederfrequenten Anteils von Strom und Spannung auf der Stromleitung 3 muss allerdings nicht mit besonders hohen Abtastraten berechnet werden. Grundsätzlich reicht es aus, wenn der niederfrequente Fehlerstrom l F (t) und/oder die niederfrequente Fehlerspannung U F (t) beispielsweise mit einer Abtastrate im kHz-Bereich (also einige wenige Strom- bzw. Spannungswerte pro ms) berechnet werden, was den Re- chenaufwand reduziert. Es spricht aber natürlich auch nichts dagegen, eine höhere Abtastrate für die Simulation zu verwenden. Die Simulation berechnet damit den niederfrequenten Fehlerstrom l F (t) und die niederfrequente Fehlerspannung U F (t) an einer Stelle der Stromleitung 3, die im Abstand x bzw. L-x von einem angenommenen oder vorgegebenen Fehlerort F liegt, also somit insbesondere den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlergrößen an den Enden A, B an denen das Überwachungsgerät 6 angeordnet ist. Niederfrequent bedeutet dabei Frequenzanteile zwischen Grundwelle (50Hz/60Hz) und den Harmonischen bis in den einstelligen kHz-Bereich, z.B. 1 -3kHz. Die Simulation kann auch verschiedene Fehlerarten (z.B. Erdfehler, Leitungs-Leitungsfehler, usw.) mit verschiedenen Charakteristiken simulieren. Dazu kann über eine Benutzerschnittstelle 13 der Test auch konfiguriert werden, bei- spielsweise durch Vorgabe eines Fehlerortes F und/oder einer Fehlerart.

Der simulierte zeitliche Verlauf der niederfrequenten Fehlergrößen wird einer Steuereinheit 1 1 zugeführt, die damit einen Spannungsverstärker 14 und/oder einen Stromverstärker 15 ansteuert, beispielsweise über Digital-Analog-Wandler DAC. Der Spannungsverstärker 14 erzeugt zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten den aus der Simulation angeforderten nieder- frequenten Spannungsanteil U Tn der Prüfspannung U T . Der Stromverstärker 15 erzeugt zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten den aus der Simulation angeforderten niederfrequenten Stromanteil l Tn des Prüfstroms l T . Der Spannungsverstärker 14 und der Stromverstärker 15 benötigen hierfür keine hohe Bandbreite (keine schnellen Spannungs- oder Stromänderungen) und können damit einfach realisiert werden.

Die hochtransiente (also hochfrequente) Wanderwelle W, die von einem Überwachungsgerät 6 mit Wanderwellenerfassung an sich detektiert wird, kann damit aufgrund der geringen Bandbreite allerdings nicht erzeugt werden. Dafür sind im Prüfgerät 10 ein Spannungspulsgenerator 16 und/oder ein Strompulsgenerator 17 vorgesehen.

In der Simulationseinheit 12 wird daher neben den niederfrequenten Fehlergrößen auch der Zeitpunkt t A , t B des Eintreffens der Wanderwelle W am Ort des Überwachungsgerätes 6 be- rechnet, beispielsweise anhand der obigen Gleichungen. Der Zeitpunkt t A , t B des Eintreffens der Wanderwelle W könnte aber auch aus einem hochdynamischen Simulationsmodell mit hohen Abtastraten der Berechnung (>1 MHz) berechnet werden. Die dafür notwendigen Vorgaben, wie z.B. der Abstand L zwischen zwei Überwachungsgeräten 6 oder eine Ausbreitungsgeschwindigkeit v w der Wanderwelle W, sind bekannt bzw. können hierzu wieder über die Benutzerschnittstelle 13 konfiguriert werden. Zum ermittelten Zeitpunkt t A , t B des Eintreffens der Wanderwelle W steuert die Steuereinheit 1 1 den Spannungspulsgenerator 16 und/oder den Strompulsgenerator 17 an, die daraufhin einen die Wanderwelle W simulierenden hochtransienten Spannungspuls U T und/oder Strompuls l T erzeugen, die dem niederfrequenten Spannungsanteil U Tn bzw. dem niederfrequenten Stromanteil l Tn überlagert und als Fehlerspannung U T an einem Spannungsausgang bzw. als Fehlerstrom l T an einem Stromausgang ausgegeben werden.

Für den Spannungspuls U T und/oder Strompuls l Tp sind die steigenden Flanke des jeweiligen Pulses wichtig, da diese auch im Überwachungsgerät 6 detektiert werden. Aus der bekannten Charakteristik einer Wanderwelle W sind Flankenanstiegszeiten im Bereich einiger 100ns und Pulsdauern im Ι Ομβ-ΒβΓβίοϊι bei Strömen im Bereich von 1 bis 100A (Sekundärwert) bzw. Spannungen im Bereich von 50 bis 250V (Sekundärwert) typisch. Diese Anforderungen können mit herkömmlichen bzw. einfach aufgebauten Pulsgeneratoren erzielt werden.

Für die Prüfung eines Überwachungsgerätes 6 ist die zeitliche Genauigkeit des Aufschaltens des Spannungspulses U T und/oder des Strompulses l T wichtig, da daraus der Fehlerort ermittelt wird. Wenn nur ein Überwachungsgerät 6 geprüft wird, muss nicht unbedingt zu einer globalen Zeit synchronisiert werden. Hier reicht beispielsweise auch eine interne Uhr aus. Wenn gleichzeitig zwei weit voneinander entfernte Überwachungsgeräte 6 geprüft werden, ist aber auch die möglichst genaue zeitliche Synchronisation der beiden Prüfgeräte 10 vorteilhaft. Anzustreben sind hier zeitliche Genauigkeiten im 100ns-Bereich. Dazu kann ein Prüfgerät 10 auch eine Synchronisationsschnittstelle 18 zu einer Zeitsynchronisationsquelle 19, wie beispielsweise eine GPS-Uhr mit einer typischen Genauigkeit von kleiner 100ns, aufweisen. Auf diese Zeitsynchronisationsquelle 19 können sich dann mehrere Prüfgeräte 10 synchronisieren.

Wenn zwei oder mehrere Überwachungsgeräte 6 gleichzeitig im Feld geprüft werden, wird jedes Überwachungsgerät 6 mit einem Prüfgerät 10 verbunden. Hier sind verschiedene Prüfszenarios vorstellbar. Jedes beteiligte Prüfgerät 10 kann sich beispielsweise selbst steuern, wobei die einzelnen Prüfgeräte 10 zeitlich zueinander synchronisiert sind, um die Wanderwellen W jeweils zum richtigen Zeitpunkt zu simulieren. Eines der beteiligten Prüfgeräte 10 könnte auch die Steuerung anderer an der Prüfung beteiligter Prüfgeräte 10 übernehmen. In diesem Fall würde es auch ausreichen, die Simulation der Wanderwelle W, und gegebenenfalls auch der niederfrequenten Fehlergrößen, nur in einem Prüfgerät 10 durchzuführen, das dann das Simulationsergebnis und/oder entsprechende Steuersignale an die anderen Prüfgeräte 10 senden kann. Dazu können die Prüfgeräte 10 über ein Datenkommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sein, über das das Simulationsergebnis und/oder die Steu- ersignale gesendet werden können. Hierfür sind dann auch entsprechende Datenkommunikationsschnittstellen in den Prüfgeräten 10 vorgesehen. Die zeitliche Synchronisierung der Prüfgeräte 10 könnte dabei ebenfalls über das Datenkommunikationsnetzwerk erfolgen.

In einer weiteren Möglichkeit, wie in Fig.5 dargestellt, kann eine Prüfsteuereinheit 20, beispielsweise eine Recheneinheit mit entsprechender Prüfsoftware, vorgesehen sein, die mit den an der Prüfung beteiligten Prüfgeräten 10 verbunden ist. Wenn die beiden Prüfgeräte 10 zu weit auseinander sind, kann die Verbindung auch über geeignete Datenkommunikationsschnittstellen realisiert sein. Mit der Prüfsteuereinheit 20 kann der synchronisierte Ablauf der Prüfung gesteuert werden, beispielsweise der Start der Prüfung. Nachdem die Prüfgerät 10 zeitlich synchronisiert sind, können diese jeweils die Prüfspannung U T und/oder den Prüf- ström l T zeitlich synchronisiert ausgeben. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Prüfsteuereinheit 20 aber auch die Simulationseinheit 12 umfassen und für alle beteiligten Prüfgeräte 10 die niederfrequenten Fehlergrößen U F (t), l F (t) und die Zeitpunkte t A , t B des Auftretens der Wanderwelle W am Ort der Überwachungsgeräte 6 berechnen, so wie in Fig.5 dargestellt. In diesem Fall bildet die Prüfsteuereinheit 20 somit einen Teil der beteiligten Prüfgerät 10. In den einzelnen Prüfgeräten 10 sind dann nur mehr die Steuereinheit 1 1 ,

Spannungsverstärker 14 und/oder der Stromverstärker 15, sowie der Spannungspulsgenerator 16 und/oder der Strompulsgenerator 17 verbaut.

Für ein mehrphasiges Prüfgerät 10 ist vorzugsweise nur eine Simulationseinheit 12 und Steuereinheit 1 1 vorgesehen, die die Wanderwellenausbreitung aller Phasen simulieren können.

Die Simulationseinheit 12 kann dabei auch in der Steuereinheit 1 1 integriert sein. Die Simulationseinheit 12 kann dabei auch als Software realisiert sein, z.B. als Simulationssoftware mit einem Simulationsmodell.