DE19901789A1 - Directional earth-fault determination method for power supply networks - Google Patents
Directional earth-fault determination method for power supply networksInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erdschluß richtungsbestimmung in Energieversorgungsnetzen mit erdfreiem Sternpunkt, bei dem beim Auftreten eines Erdschlusses aus dem Nullstrom und der Nullspannung die kapazitive Blindleistung ermittelt wird und aus dem Vorzeichen der Blindleistung auf die Richtung des Erdschlusses geschlossen wird.The invention relates to a method for earth fault Direction determination in energy supply networks with floating Star point at which an earth fault results from the Zero current and zero voltage the capacitive reactive power is determined and based on the sign of the reactive power the direction of the earth fault is closed.
Ein Verfahren dieser Art ist in dem Buch von H. Clemens/K. Rothe "Schutztechnik in Elektroenergiesystemen", 3. Auflage, 1991, Seiten 210 und 211 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird aus der Nullspannung und dem Nullstrom im Falle eines Erdschlusses die Blindleistung bestimmt und aus ihrem Vorzeichen auf die Lage des Erdschlusses in bezug auf den Ort der Feststellung von Nullspannung und Nullstrom ge schlossen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Frequenz des Energieversorgungsnetzes bekannt ist, und es werden die kom plexen Zeiger von Nullstrom und Nullspannung bestimmt. Durch Multiplikation der beiden Zeiger unter Berücksichtigung des Phasenwinkels läßt sich die Blindleistung ermitteln. Voraus setzung für eine einwandfreie Wirkungsweise des bekannten Verfahrens ist daher, daß die Frequenz des Energieversor gungsnetzes bekannt ist.A method of this kind is described in the book by H. Clemens / K. Rothe "Protection technology in electrical energy systems", 3rd edition, 1991, pages 210 and 211. In this well-known The process is based on the zero voltage and the zero current in In the event of an earth fault, the reactive power is determined and off in relation to the position of the earth fault the location of the determination of zero voltage and zero current ge closed. It is assumed that the frequency of the Power supply network is known, and it will be the com plexing pointer determined by zero current and zero voltage. By Multiplication of the two pointers taking into account the Phase angle, the reactive power can be determined. Advance setting for a perfect functioning of the known The procedure is therefore that of the frequency of the energy supplier supply network is known.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erdschlußrichtungsbestimmung in Energieversorgungsnetzen mit freiem Sternpunkt anzugeben, mit dem sich eine Erdschlußrich tung weitgehend frequenzunabhängig und damit ohne Kenntnis der Frequenz des Energieversorgungsnetzes bestimmen läßt. The invention has for its object a method for Determination of earth fault in energy supply networks with to specify the free star point with which an earth fault largely independent of frequency and therefore without knowledge the frequency of the power supply network can be determined.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der ein gangs angegebenen Art erfindungsgemäß aus der Nullspannung entsprechende Spannungs-Digitalwerte gebildet, die unter Er zeugung von Differentiations-Digitalwerten differenziert wer den, und aus dem Nullstrom werden entsprechende Strom-Digi talwerte gebildet, die unter Bildung von Verzögerungs-Digi talwerten jeweils um eine Zeitdauer verzögert werden, die der jeweils zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte er forderlichen Zeit entspricht; die Differentiations-Digital werte und die Verzögerungs-Digitalwerte werden unter Bildung von Multiplikations-Digitalwerten miteinander multipliziert und anschließend einer Tiefpaßfilterung unter Bildung von Blindleistungs-Digitalwerten unterzogen; bei einen positiven Grenzwert überschreitenden Blindleistungs-Digitalwerten wird ein Vorwärtssignal und bei einen negativen Grenzwert unter schreitenden Blindleistungs-Digitalwerten ein Rückwärtssignal erzeugt.In order to solve this problem, a method is used initially specified type according to the invention from the zero voltage corresponding voltage digital values formed, which under Er generation of differentiation digital values differentiates who den, and from the zero current corresponding current Digi tal values formed, with the formation of delay digi values are delayed by a period of time that the each for generating the differentiation digital values corresponds to required time; the differentiation digital values and the delay digital values are under formation of multiplication digital values multiplied together and then low pass filtering to form Subjected to reactive power digital values; with a positive Reactive power digital values exceeding the limit a forward signal and at a negative limit below reactive power digital values, a reverse signal generated.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, daß mit ihm eine Erdschlußrichtungsbestimmung weitgehend frequenzunabhängig durchgeführt werden kann, weil zur Ermittlung der Blindleistung nicht auf die Bildung und Verarbeitung komplexer Zeiger zurückgegriffen wird. Das er findungsgemäße Verfahren läßt sich daher nicht nur in Ener gieversorgungsnetzen mit konstanter Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz anwenden, sondern auch in Energieversorgungsnetzen, die mit in einem größeren Frequenzbereich schwankenden Spannungen betrieben sind.A major advantage of the method according to the invention is that with it an earth fault direction determination largely independent of frequency, because to determine reactive power not on education and Processing of complex pointers is used. That he The inventive method can therefore not only in Ener Power supply networks with a constant frequency of 50 Hz or 60 Hz, but also in energy supply networks that with voltages fluctuating in a larger frequency range are operated.
Beidem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte vorteilhafterweise ein als Dif ferentiator wirkendes FIR(Finite-Impuls-Response)-Filter ver wendet, mit dem eine Phasendrehung um 90° erreichbar ist, so daß durch Multiplikation der Differentiations-Digitalwerte mit den Strom-Digitalwerten Multiplikations-Digitalwerte ge bildet werden, die Augenblickswerten der Blindleistung ent sprechen.Both the inventive method is used to generate the Differentiation digital values advantageously as Dif ferentiator acting FIR (Finite Impulse Response) filter ver turns with which a phase rotation of 90 ° can be achieved, so that by multiplying the differentiation digital values with the current digital values, multiplication digital values are formed, the instantaneous values of the reactive power speak.
Zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte wird eine ge wisse Bearbeitungszeit benötigt. Um diese Bearbeitungszeit zu kompensieren, werden die Verzögerungs-Digitalwerte benötigt; vorteilhafterweise lassen sich diese durch ein als Allpaß wirkendes FIR-Filter gewinnen.To generate the differentiation digital values, a ge know processing time needed. Around this processing time too compensate, the delay digital values are required; these can be advantageously used as an all-pass win acting FIR filter.
Die Größe der Multiplikations-Digitalwerte bzw. der Blindlei stungs-Digitalwerte ist stark von der jeweiligen Größe eines zu überwachenden Abschnittes eines Energieversorgungsnetzes, z. B. eines Energieversorgungskabels, abhängig, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht durchweg ein absoluter Grenzwert zum Gewinnen des Vorwärts- bzw. des Rückwärts signals eingestellt werden kann. Um das Verfahren diesbezüg lich universell einsetzbar durchführen zu können, werden ge mäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit den Differentiations-Digitalwerten und den Strom-Digitalwerten Scheinleistungs-Digitalwerte erzeugt, durch Quotientenbildung der Blindleistungs-Digitalwerte und der Scheinleistungs-Di gitalwerte normierte Leistungs-Digitalwerte gebildet, und es wird bei einen positiven Normierungs-Grenzwert überschrei tenden normierten Leistungs-Digitalwerten das Vorwärtssignal und bei einen negativen Normierungs-Grenzwert unter schreitenden normierten Leistungs-Digitalwerten das Rück wärtssignal erzeugt. Der Vorteil dieser Ausführungsform be steht darin, daß eine von Größe der Blindleistungs-Digital werte unabhängige Erdschlußrichtungsbestimmung ermöglicht ist, weil die Blindleistung auf die Scheinleistung normiert wird.The size of the multiplication digital values or the blind line digital values is strongly dependent on the size of one section of a power supply network to be monitored, e.g. B. a power supply cable, depending, so that the method according to the invention is not entirely an absolute one Limit for winning forward or backward signals can be set. To the procedure in this regard To be able to perform universally applicable, ge according to an advantageous development of the invention with the Differentiation digital values and the current digital values Apparent power digital values generated by quotient formation the reactive power digital values and the apparent power Di normalized power digital values formed, and it is exceeded at a positive standardization limit normalized power digital values the forward signal and with a negative normalization limit below the backward standardized digital performance values generated downward signal. The advantage of this embodiment be is that one of the size of the reactive power digital independent earth fault direction determination possible is because the reactive power is normalized to the apparent power becomes.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens wird bei mit Spannungen in einem Fre quenzbereich zwischen etwa 5 und 500 Hz gespeisten Energie versorgungsnetzen zur Tiefpaßfilterung ein als adaptiver Tiefpaß wirkendes FIR-Filter mit einer Grenzfrequenz verwen det, die unterhalb der niedrigsten Harmonischen in den Multi plikations-Digitalwerten liegt.In a particularly advantageous embodiment of the inventions The method according to the invention is used with voltages in a fre frequency range between about 5 and 500 Hz fed energy supply networks for low-pass filtering as an adaptive Use a low-pass FIR filter with a cutoff frequency det that below the lowest harmonics in the multi digital values.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Erzeugung der Scheinleistungs-Digitalwerte die, Differentiations-Digitalwerte und die Strom-Digitalwerte als digitale Eingangswerte jeweils einem digitalen Effektivwert bildner zugeführt, in dem jeweils aus den digitalen Eingangs werten in einer Quadrierstufe quadrierte Digitalwerte gebil det werden; die quadrierten Digitalwerte werden mindestens einmal in einem als Tiefpaß ausgebildeten Vorfilter vorgefil tert und anschließend einer Abtastratenreduktion unterzogen und danach die abtastratenreduzierten Digitalwerte in einer Recheneinheit mit einem als Tiefpaß ausgebildeten nichtre kursiven Digitalfilter und einer Radizierstufe digital ge filtert und unter Bildung eines Effektivwertsignals radi ziert.In this embodiment of the method according to the invention are used to generate the apparent power digital values Differentiation digital values and the current digital values as digital input values each have a digital effective value educator fed, in each case from the digital input digitally squared values in a squaring step be det; the squared digital values are at least prefilmed once in a pre-filter designed as a low-pass filter tert and then subjected to a sampling rate reduction and then the reduced digital values in one Computing unit with a non-pass designed as a low pass italic digital filter and a square root digital filters and forms an effective value signal radi graces.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens besteht darin, daß es aufgrund des Vorfil terns und der Abtastratenreduktion sehr schnell durchführbar ist, weil in der Recheneinheit mit dem FIR-Filter nur ein re lativ schmalbandiges Signal mit geringer Abtastrate verar beitet werden muß; denn je schmalbandiger das in der Rechen einheit zu filternde Signal und je geringer die Abtastrate ist, desto weniger Filterkoeffizienten muß das FIR-Filter der Recheneinheit aufweisen.A major advantage of this embodiment of the invention according to the method is that it is due to the Vorfil terns and the sampling rate reduction can be carried out very quickly is because in the computing unit with the FIR filter only one re relatively narrow-band signal with low sampling rate must be processed; because the narrower the bandwidth in the rake unit signal to be filtered and the lower the sampling rate is, the fewer filter coefficients the FIR filter has to Have arithmetic unit.
Das adaptive FIR-Filter kann in unterschiedlicher Weise aus gebildet sein; beispielsweise kann es ein rekursives digita les Tiefpaßfilter aus Tiefpässen mit kurzer Impulsantwort sein, das im Hinblick auf die Abtastratenreduktion bei der Scheinleistungsermittlung bemessen ist.The adaptive FIR filter can be made in different ways be educated; for example, it can be a recursive digita Low pass filter from low pass filters with a short impulse response be that with regard to the sample rate reduction at the Apparent power determination is dimensioned.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als ad aptives FIR-Filter ein FIR-Filter mit umschaltbarem Koeffizi entensatz verwendet, wobei die Auswahl des jeweiligen Koeffi zientensatzes in Abhängigkeit von der Abtastreduktion in den Effektivwertbildnern erfolgt.In a particularly preferred embodiment, ad aptive FIR filter a FIR filter with switchable coefficient entsatz used, the selection of the respective coefficient target rate depending on the scan reduction in the Effective value creation takes place.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind inTo further explain the invention are in
Fig. 1 ein Ausschnitt aus einem mehrfach gespeisten Kabel netz mit Langstatorabschnitten einer Magnet-Schwebebahn, in Fig. 1 shows a section of a multi-fed cable network with long stator sections of a magnetic levitation train, in
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Streckenkabels mit Lang statorabschnitten bei einem Erdschluß, in Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of a section cable with long stator sections in the event of an earth fault, in
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Gewinnung eines Vorwärts- bzw. Rückwärtssignals zur Erdschlußrichtungsbestimmung, in Fig. 3 is a block diagram for obtaining a forward or backward signal for earth fault direction determination, in
Fig. 4 die Impulsantwort eines als Differentiator ausgebil deten FIR-Filters bei dem Blockschaltbild nach Fig. 3 und in Fig. 4 shows the impulse response of a FIR filter designed as a differentiator in the block diagram of Fig. 3 and in
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Effektivwertbildners gemäß Fig. 3 wiedergegeben. FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of an effective value generator according to FIG. 3.
In Fig. 1 ist ein Energieversorgungsnetz mit zwei Unterwer ken UW1 und UW2 zur Speisung von Langstatorabschnitten einer Magnet-Schwebebahn dargestellt. Die Langstatorabschnitte LS1' und LS1" bis LS4' und LS4" sind über jeweils eine zwischen ihnen liegende Schaltanordnung S1 bis S3 mit Streckenkabeln K1 und K2 verbunden. Jede Schaltanordnung S1 bis S3 weist je weils eine Schaltstelle S11 bzw. S12 auf, über die die Lang statorabschnitte mit den jeweiligen Steckenkabel K1 bzw. K2 verbunden werden können.In Fig. 1, a power supply network with two Unterwer ken UW1 and UW2 for feeding long stator sections of a magnetic levitation train is shown. The long stator sections LS1 'and LS1 "to LS4' and LS4" are each connected to section cables K1 and K2 via a switching arrangement S1 to S3 located between them. Each switching arrangement S1 to S3 each has a switching point S11 or S12, via which the long stator sections can be connected to the respective plug cables K1 or K2.
Wie die Fig. 1 ferner zeigt, können bei dem Energieversor gungsnetz nach Fig. 1 Fehler auf den Streckenkabeln, bei spielsweise an einem Fehlerort O1 an dem Streckenkabel K2 oder in den Langstatorabschnitten, beispielsweise am Fehler ort O2 in dem Langstatorabschnitt LS3' auftreten. Um nun feststellen zu können, wo ein Erdschluß aufgetreten ist, wird in jeder Schaltanordnung S1 bis S3 eine Erdschlußrichtungsbe stimmung vorgenommen. Dazu wird in den Schaltanordnungen S1 und S3 bzw. an den Schaltstellen S11 und S12, S21 und S22 so wie S31 und S32 der Nullstrom und die Nullspannung erfaßt. Daraus läßt sich - wie unten näher erläutert wird - eine ka pazitive Blindleistung ermitteln, die durch ihr unterschied liches Vorzeichen angibt, ob der Erdschluß in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung liegt.As shown in FIGS. 1 further shows, can at the Energieversor supply network according to Fig. 1 an error on the track cables, place on a fault O1 to said segment cable K2 or in the Langstatorabschnitten, for example on the errors in the pitch O2 occur in the long stator section LS3 '. In order to be able to determine where an earth fault has occurred, an earth fault direction determination is carried out in each switching arrangement S1 to S3. For this purpose, the zero current and the zero voltage are detected in the switching arrangements S1 and S3 or at the switching points S11 and S12, S21 and S22 as well as S31 and S32. From this - as will be explained in more detail below - a capacitive reactive power can be determined which, by its different sign, indicates whether the earth fault is in the forward or reverse direction.
Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsge mäßen Verfahrens wird auf die Fig. 2 Bezug genommen, in der eine Ersatzschaltung eines Streckenkabels K2 mit seinem Ab schnitt A2 zwischen dem Unterwerk UW1 bis zur Schaltstelle 512 und des Langstatorabschnitts LS2' zusammen mit diese speisenden Umrichtern bei einem Erdschluß dargestellt ist. Im einzelnen zeigt die Fig. 2 jeweils einen dreiphasigen Um richter U1 bis U3, der in den aus Ersatzelementen St1, St2 und St3 bestehenden Abschnitt A2 des Streckenkabels für die drei Phasen P1, P2 und P3 einspeist. An den aus den Er satzelementen St1, St2 und St3 bestehenden Abschnitt A2 des Streckenkabels K2 sind für jede Phase P1 bis P3 Er satzelemente E1 und E2 des Langstatorabschnitts LS2' ange schlossen, die in einem Sternpunkt Sp miteinander verbunden sind. In der Darstellung ist davon ausgegangen, daß an einem Orte O3 ein Erdschluß aufgetreten ist und zwar bezüglich Erde und der Phase P3. Durch die Erdkapazitäten CE zwischen Erde und den nicht gestörten Phasenleitern der Phasen P1 und P2 bildet sich in Abhängigkeit von der Lage des Fehlerortes O3 ein Nullstrom Io aus, dessen Stromkreis punktiert dargestellt ist und der über der Länge der Anordnung aus Abschnitt A2 und Langstatorabschnitt LS2' in seinem Verlauf gezeigt ist. Es ist erkennbar, daß am Fehlerort der Nullstrom Io sein Vorzeichen ändert, so daß aus dem Vorzeichen des Nullstromes auf die Position einer Meßstelle zum Ort des aufgetretenen Erdschlusses geschlossen werden kann. Erfolgt das Erfassen von Nullstrom und Nullspannung an der Schaltstelle S12, dann kann also entschieden werden, ob ein Erdschluß in dem jeweiligen Langstatorabschnitt LS2' oder im Abschnitt A2 des Streckenkabels aufgetreten ist.To further explain the mode of operation of the method according to the invention, reference is made to FIG. 2, in which an equivalent circuit of a section cable K2 with its section A2 between the substation UW1 to the switching point 512 and the long stator section LS2 'together with these inverters at one Earth fault is shown. In detail, the FIG. 2 shows each a three-phase rectifiers To U1 to U3, and the feeding into the St1, St2 and St3 consisting of substitute elements A2 section of the section cable for the three phases P1, P2 P3. At the section A2 of the section cable K2 consisting of the set elements St1, St2 and St3, set elements E1 and E2 of the long stator section LS2 'are connected for each phase P1 to P3 and are connected to one another at a star point Sp. In the illustration, it is assumed that an earth fault has occurred at a location O3, specifically with respect to earth and phase P3. Due to the earth capacitances CE between earth and the undisturbed phase conductors of phases P1 and P2, depending on the location of the fault location O3, a zero current Io is formed, the circuit of which is shown in dotted lines and which over the length of the arrangement of section A2 and long stator section LS2 ' is shown in its course. It can be seen that the zero-sequence current Io changes its sign at the fault location, so that the position of a measuring point at the location of the earth fault that has occurred can be concluded from the sign of the zero-sequence current. If zero current and zero voltage are detected at switching point S12, it can therefore be decided whether an earth fault has occurred in the respective long stator section LS2 'or in section A2 of the section cable.
Das Erfassen des Nullstromes Io und der Nullspannung Uo kann so erfolgen, wie es in Fig. 1 der deutschen Offenlegungs schrift DE 196 29 483 A1 beschrieben ist. Die Auswertung der erfaßten Nullspannung Uo und des erfaßten Nullstromes Io er folgt mittels einer Einrichtung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.The detection of the zero current Io and the zero voltage Uo can be carried out as described in Fig. 1 of the German patent application DE 196 29 483 A1. The evaluation of the detected zero voltage Uo and the detected zero current Io he follows by means of a device as shown in Fig. 3.
Es ist dort zu erkennen, daß die Nullspannung Uo nach - nicht gezeigter - Analog-Digital-Umsetzung in einem FIR-Filter 20 als Differentiator differenziert wird, so daß am Ausgang des FIR-Filters 20 Differentiations-Digitalwerte Dd erzeugt wer den. Der Nullstrom Io wird nach - ebenfalls nicht dargestell ter Analog-Digital-Umsetzung - in einem Allpaß 21 gefiltert, der an seinem Ausgang Verzögerungs-Digitalwerte Dv abgibt. Der Allpaß 21 dient dazu, die in dem FIR-Filter 20 für die Differentation benötigte Verarbeitungszeit zu kompensieren, so daß zwischen den Differentiations-Digitalwerten Dd und den Verzögerungsdigitalwerten Dv durch die Behandlung in dem Fil ter 20 kein zusätzlicher Zeitversatz erzeugt wird.It can be seen there that the zero voltage Uo is differentiated after - not shown - analog-digital conversion in a FIR filter 20 as a differentiator, so that 20 differentiation digital values Dd are generated at the output of the FIR filter. The zero current Io is filtered in an all-pass filter 21 , which also outputs delay digital values Dv at its output, likewise not shown. The all-pass filter 21 serves to compensate for the processing time required in the FIR filter 20 for the differentiation, so that between the differentiation digital values Dd and the delay digital values Dv is generated by the treatment in the Fil ter 20, no additional time offset.
Die Differentiations-Digitalwerte Dd und die Verzögerungs-Di gitalwerte Dv werden einem Multiplizierer 22 zugeführt, der an seinem Ausgang Multiplikations-Digitalwerte Dm erzeugt, die dem jeweiligen Augenblickswert der Blindleistung aus der Nullspannung Uo und dem Nullstrom Io entsprechen.The differentiation digital values Dd and the delay digital values Dv are fed to a multiplier 22 , which produces multiplication digital values Dm at its output, which correspond to the respective instantaneous value of the reactive power from the zero voltage Uo and the zero current Io.
In einem dem Multiplizierer 22 nachgeordneten adaptiven Tief paß 23 werden aus den Mulitplikations-Digitalwerten Dm Blind leistungs-Digitalwerte Db erzeugt, mit denen ein nachge schalteter Normierungsbaustein 24 beaufschlagt wird.In an adaptive low-pass filter 23 downstream of the multiplier 22, reactive digital values Db are generated from the multiplication digital values Dm, with which a downstream standardization module 24 is acted upon.
Die Fig. 3 läßt ferner erkennen, daß die Differentiations- Digitalwerte Dd einem ersten Effektivwertbildner 25 zugeführt werden, der an seinem Ausgang dem Effektivwert der dif ferenzierten Nullspannung Uo proportionale Digitalwerte Du abgibt. Ein zweiter Effektivwertbildner 26 ist mit den aus dem Nullstrom Io gebildeten Strom-Digitalwerten Dio beauf schlagt und gibt an seinem Ausgang dem Effektivwert des Null stromes Io entsprechende Digitalwerte Die ab. In einem zwei ten Multiplizierer 27 werden aus den Digitalwerten Due und Die Scheinleistungs-Digitalwerte Ds gebildet, die in dem Normierungsbaustein 24 verarbeitet werden.The Fig. 3 can be further seen that the digital values Differenziation Dd are supplied to a first root-25, which at its output proportional to the effective value of the voltage Uo dif ated zero digital values you write. A second rms value generator 26 is charged with the current digital values Dio formed from the zero current Io and outputs at its output digital values Die corresponding to the effective value of the zero current Io. In a second multiplier 27 , the digital values Due and The apparent power digital values Ds are formed, which are processed in the normalization module 24 .
In dem Normierungsbaustein 24 erfolgt eine Quotientenbildung der Blindleistungs-Digitalwerte Db und der Scheinleistungs- Digitalwerte Ds, so daß am Ausgang des Normierungsbausteins 24 normierte Leistungs-Digitalwerte Dn entstehen. Diese nor mierten Leistungs-Digitalwerte Dn sind entsprechend der Lage des Erdschlußortes zur Meßwerterfassungsstelle vorzeichenbe haftet und werden in zwei Grenzwertbausteinen 28 und 29 überprüft. Der Grenzwertbaustein 28 erzeugt an einem Ausgang ein Rückwärtssignal Sr, wenn die normierten Digitalwerte ein negatives Vorzeichen aufweisen und unterhalb eines einge stellten negativen Grenzwertes 28 liegen. Dieses Rückwärts signal Sr ist an einem Ausgang 30 abgreifbar. Der weitere Grenzwertbaustein 29 gibt ein Vorwärtssignal Sv ab, wenn die normierten Leistungs-Digitalwerte Dn ein positives Vorzeichen haben und einen eingestellten positiven Grenzwert überschrei ten. An einem Ausgang 31 ist das Vorwärtssignal Sv abgreif bar.A quotient formation of the reactive power digital values Db and the apparent power digital values Ds takes place in the normalization module 24 , so that normalized power digital values Dn arise at the output of the standardization module 24 . These standardized power digital values Dn are signed according to the location of the earth fault location to the measured value acquisition point and are checked in two limit value modules 28 and 29 . The limit value module 28 generates a reverse signal Sr at an output if the standardized digital values have a negative sign and are below a set negative limit value 28 . This reverse signal Sr can be tapped at an output 30 . The further limit value block 29 emits a forward signal Sv when the standardized power digital values Dn have a positive sign and exceed a set positive limit value. The forward signal Sv can be tapped at an output 31 .
Zur weiteren Erläuterung der Anordnung nach Fig. 3 dient die Fig. 4, die die Impulsantwort des FIR-Filters 20 darstellt.To further illustrate the arrangement of FIG. 3 FIG. 4 illustrating the impulse response of the FIR filter 20 is used.
Wie die Fig. 5 erkennen läßt, werden dem dort dargestellten Effektivwertbildner 26 eingangsseitig die Strom-Digitalwerte Dio zugeführt, die beispielsweise mit einem Taktsignal mit der Abtastfrequenz fA = 3200 Hz bzw. mit der Abtastperiode tA gebildet sind. Aus den Digitalwerten Dio entstehen am Ausgang einer Quadrierstufe 3 entstehen somit quadrierte Digitalwerte Dio2. Die quadrierten Digitalwerte Dio2 werden in ein erstes FIR-Vorfilter 5 eingespeist und dort digital gefiltert. Bei dem ersten FIR-Vorfilter 5 handelt es sich um ein als Tiefpass ausgebildetes nichtrekursives Digitalfilter, dessen Sperrfrequenz fs der halben Abtastfrequenz fA, also fs = 1600 Hz entspricht. Am Ausgang des FIR-Vorfilters 5 entstehen vorgefilterte Digitalwerte Dio2', die in eine Abtastra tenreduktionseinheit 10 zur Abtastratenreduktion eingespeist werden. In dieser Abtastratenreduktionseinheit 10 wird die Abtastrate der vorgefilterten Digitalwerte Dio2' um den Fak tor 2 reduziert, indem ausschließlich jeder zweite Abtastwert der eingespeisten Abtastwerte am Ausgang der Abtastratenre duktionseinheit 10 ausgegeben wird; die übrigen Abtastwerte der in die Abtastratenreduktionseinheit 10 eingespeisten Digitalwerte werden nicht weiter verwendet. Am Ausgang der Abtastratenreduktionseinheit 10 entstehen abtastratenredu zierte Digitalwerte Dio2'' (mit einer Abtastrate von 2 tA), die in ein weiteres FIR-Vorfilter 15 eingespeist werden. Die ses weitere FIR-Vorfilter 15 ist mit dem einen FIR-Vorfilter 5 identisch, d. h., daß es sich bei dem weiteren FIR-Vor filter 15 also um ein digitales Tiefpassfilter handelt, des sen Sperrfrequenz spektral in der Mitte des Spektrums der je weils in das Vorfilter eingespeisten Digitalwerte liegt und damit der halben Abtastfrequenz der eingespeisten Digital werte entspricht; da in das weitere FIR-Vorfilter 15 die abtastratenreduzierten Digitalwerte Dio2'' eingespeist werden, deren Abtastrate nicht mehr fA = 3200 Hz, sondern nur 1600 Hz beträgt, liegt die Sperrfrequenz dieses weiteren FIR-Filters 15 nun bei 800 Hz, obwohl die beiden Vorfilter 5 und 15 identisch sind. Die von dem weiteren FIR-Vorfilter 15 abgege benen gefilterten Digitalwerte gelangen zu einer weiteren Abtastratenreduktionseinheit 20, in der wiederum die Ab tastrate bzw. die Abtastfrequenz der eingespeisten Digital werte um den Faktor 2 reduziert wird, indem ausschließlich jeder zweite Abtastwert der eingespeisten Digitalwerte weiter verwendet und am Ausgang der weiteren Abtastratenreduktions einheit 20 abgegeben wird. Die am Ausgang der weiteren Ab tastratenreduktionseinheit 20 abgegebenen Digitalwerte Dio2''' mit einem Abtastratenintervall von 4 tA gelangen zu einem FIR-Filter 25, das mit den beiden FIR-Vorfiltern 5 und 15 identisch ist und aufgrund der Abtastfrequenz von fA/4 der eingespeisten Digitalwerte eine Sperrfrequenz von fA/8 = 400 Hz aufweist. Die in das FIR-Filter 25 eingespeisten Digital werte werden gefiltert und als Digitalwerte anschließend in eine Radizierstufe 30 überführt, in der die an der Radi zierstufe anliegenden Digitalwerte unter Bildung eines dem Effektivwert des Nullstromes Io proportionalen Effektivwert signals Die radiziert werden.As can be seen in FIG. 5, the rms value generator 26 shown there is supplied on the input side with the current digital values Dio, which are formed, for example, with a clock signal with the sampling frequency f A = 3200 Hz or with the sampling period t A. At the output of a squaring stage 3 , the digital values Dio thus produce squared digital values Dio 2 . The squared digital values Dio 2 are fed into a first FIR pre-filter 5 and digitally filtered there. The first FIR pre-filter 5 is a non-recursive digital filter designed as a low-pass filter, the blocking frequency f s of which corresponds to half the sampling frequency f A , that is to say f s = 1600 Hz. At the output of the FIR prefilter 5 , prefiltered digital values Dio 2 'are created , which are fed into a sampling rate reduction unit 10 for reducing the sampling rate. In this sampling rate reduction unit 10 , the sampling rate of the pre-filtered digital values Dio 2 ' is reduced by the factor 2 , in that only every second sample of the input samples is output at the output of the sampling rate reduction unit 10 ; the remaining samples of the digital values fed into the sample rate reduction unit 10 are no longer used. At the output of the sampling rate reduction unit 10 , sampling rate-reduced digital values Dio 2 ″ (with a sampling rate of 2 t A ) are produced, which are fed into a further FIR pre-filter 15 . This additional FIR pre-filter 15 is identical to the one FIR pre-filter 5 , ie that the other FIR pre-filter 15 is therefore a digital low-pass filter, whose cut-off frequency is spectrally in the middle of the spectrum, because in each case the pre-filter is fed digital values and thus corresponds to half the sampling frequency of the fed digital values; Since the sampling rate-reduced digital values Dio 2 '' are fed into the additional FIR pre-filter 15 , the sampling rate of which is no longer f A = 3200 Hz, but only 1600 Hz, the blocking frequency of this additional FIR filter 15 is now 800 Hz, although the both prefilters 5 and 15 are identical. The filtered digital values output by the further FIR pre-filter 15 arrive at a further sampling rate reduction unit 20 , in which the sampling rate or the sampling frequency of the fed-in digital values is in turn reduced by a factor of 2, by using only every second sampling value of the fed-in digital values and is output at the output of the further sampling rate reduction unit 20 . The digital values Dio 2 ''' delivered at the output of the further sampling rate reduction unit 20 with a sampling rate interval of 4 t A arrive at an FIR filter 25 which is identical to the two FIR pre-filters 5 and 15 and is based on the sampling frequency of f A / 4 of the digital values fed in has a blocking frequency of f A / 8 = 400 Hz. The digital values fed into the FIR filter 25 are filtered and then transferred as digital values to a square root stage 30 , in which the digital values applied to the square root stage are square rooted to form an root mean square value proportional to the root mean square value of the zero current Io.
Mit der Anordnung gemäß Fig. 5 werden die Strom-Digitalwerte Dio in dem einen FIR-Vorfilter 5 und in dem weiteren FIR-Vor filter 15 also zunächst zweimal vorgefiltert und erst an schließend in das FIR-"Hauptfilter" 25 überführt. Die Punkte 40 deuten an, daß die Strom-Digitalwerte Dio selbstverständ lich auch mehr als zweimal vorgefiltert werden können, bevor sie in das FIR-Hauptfilter 25 eingespeist werden.With the arrangement according to FIG. 5, the current digital values Dio in which an FIR prefilter 5 and thus first pre-filtered in the further FIR before filter 15 twice and only closing transferred in the FIR "main filter." 25 The points 40 indicate that the current digital values Dio can of course also be prefiltered more than twice before they are fed into the FIR main filter 25 .
Der Effektivwertbildner 25 ist entsprechend ausgeführt.The RMS generator 25 is designed accordingly.
Claims (7)
- - beim Auftreten eines Erdschlusses aus dem Nullstrom und der Nullspannung die kapazitive Blindleistung ermittelt wird und
- - aus dem Vorzeichen der Blindleistung auf die Richtung des Erdschlusses geschlossen wird,
- - aus der Nullspannung (Uo) entsprechende Spannungs-Digital werte (Du) gebildet werden, die unter Erzeugung von Diffe rentiations-Digitalwerten (Dd) differenziert werden,
- - aus dem Nullstrom (Io) entsprechende Strom-Digitalwerte (Dio) gebildet werden, die unter Bildung von Verzögerungs- Digitalwerten (Dv) jeweils um eine Zeitdauer verzögert werden, die der jeweils zur Erzeugung der Differen tiations-Digitalwerte (Dd) erforderlichen Zeit entspricht,
- - die Differentiations-Digitalwerte (Dd) und die Verzöge rungs-Digitalwerte (Dv) unter Bildung von Multiplikations- Digitalwerten (Dm) miteinander multipliziert und an schließend einer Tiefpaßfilterung unter Bildung von Blindleistungs-Digitalwerten (Db) unterzogen werden und
- - bei einen positiven Grenzwert überschreitenden Blindlei stungs-Digitalwerten (Db) ein Vorwärtssignal (Sv) und bei einen negativen Grenzwert unterschreitenden Blindlei stungs-Digitalwerten (Db) ein Rückwärtssignal (Sr) erzeugt wird.
- - If an earth fault occurs from the zero current and the zero voltage, the capacitive reactive power is determined and
- - the direction of the earth fault is deduced from the sign of the reactive power,
- corresponding voltage digital values (Du) are formed from the zero voltage (Uo) and are differentiated to produce differential digital values (Dd),
- - From the zero current (Io) corresponding current digital values (Dio) are formed, which are delayed with the formation of delay digital values (Dv) each by a time period which corresponds to the time required to generate the differentiation digital values (Dd) ,
- - The differentiation digital values (Dd) and the delay digital values (Dv) are multiplied together to form multiplication digital values (Dm) and then subjected to low-pass filtering to form reactive power digital values (Db) and
- - With a positive limit value exceeding Blindlei stungs digital values (Db) a forward signal (Sv) and with a negative limit value falling below Blindlei stungs digital values (Db) a reverse signal (Sr) is generated.
- - zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte (Dd) ein als Differentiator wirkendes FIR-Filter (20) verwendet wird.
- - An FIR filter ( 20 ) acting as a differentiator is used to generate the differentiation digital values (Dd).
- - zur Bildung der Verzögerungs-Digitalwerte (Dv) ein als Allpaß wirkendes FIR-Filter (21) verwendet wird.
- - An FIR filter ( 21 ) acting as an all-pass filter is used to form the delay digital values (Dv).
- - mit den Differentiations-Digitalwerten (Dd) und den Strom- Digitalwerten (Dio) Scheinleistungs-Digitalwerte (Ds) er zeugt werden,
- - durch Quotientenbildung der Blindleistungs-Digitalwerte (Db) und der Scheinleistungs-Digitalwerte (Ds) normierte Leistungs-Digitalwerte (Dn) gebildet werden und
- - bei einen positiven Normierungs-Grenzwert überschreitenden normierten Leistungs-Digitalwerten (Dn) das Vorwärtssignal (Sv) und bei einen negativen Normierungs-Grenzwert unter schreitenden normierten Leistungs-Digitalwerten (Dn) das Rückwärtssignal (Sr) erzeugt wird.
- - With the differentiation digital values (Dd) and the current digital values (Dio) apparent power digital values (Ds) are generated,
- - standardized power digital values (Dn) are formed by forming the quotient of the reactive power digital values (Db) and the apparent power digital values (Ds) and
- - If the normalized power digital values (Dn) exceed the normalization limit value, the forward signal (Sv) and if the normalization limit value exceeds the normalized digital power values (Dn) the reverse signal (Sr) is generated.
- - bei mit Spannungen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 5 und 500 Hz gespeisten Energieversorgungsnetzen zur Tief paßfilterung ein als adaptiver Tiefpaß wirkendes FIR-Fil ter (23) mit einer Grenzfrequenz verwendet wird, die un terhalb der niedrigsten Harmonischen in den Multiplika tions-Digitalwerten (Dm) liegt.
- - In the case of energy supply networks fed with voltages in a frequency range between approximately 5 and 500 Hz for low-pass filtering, an FIR filter ( 23 ) acting as an adaptive low-pass filter is used with a cut-off frequency that is below the lowest harmonics in the multiplication digital values (Dm ) lies.
- - zur Erzeugung der Scheinleistungs-Digitalwerte (Ds) die Differentiations-Digitalwerte (Dd) und die Strom-Digital werte (Dio) als digitale Eingangswerte jeweils einem digi talen Effektivwertbildner (25, 26) zugeführt werden, in dem jeweils
- - aus den digitalen Eingangswerten (Dio) in einer Qua drierstufe (3) quadrierte Digitalwerte (Dio2) gebildet werden, die quadrierten Digitalwerte (Dio2) mindestens einmal in einem als Tiefpaß ausgebildeten Vorfilter (5) vorgefil tert und anschließend einer Abtastratenreduktion (10) unterzogen werden und
- - danach die abtastratenreduzierten Digitalwerte (Dio2) in einer Recheneinheit mit einem als Tiefpaß ausgebildeten nichtrekursiven Digitalfilter (25) und einer Radizier stufe (30) digital gefiltert und unter Bildung des Ef fektivwertsignals (Die) radiziert werden.
- - To generate the apparent power digital values (Ds), the differentiation digital values (Dd) and the current digital values (Dio) as digital input values are each fed to a digital rms value generator ( 25 , 26 ), in each of which
- - Squared digital values (Dio 2 ) are formed from the digital input values (Dio) in a quadrature stage ( 3 ), the squared digital values (Dio 2 ) are prefiltered at least once in a pre-filter designed as a low-pass filter ( 5 ) and then a sampling rate reduction ( 10 ) undergo and
- - Then the sampling rate-reduced digital values (Dio2) in a computing unit with a low-pass non-recursive digital filter ( 25 ) and a square root ( 30 ) digitally filtered and square rooted to form the effective value signal (Die).
- - als adaptives FIR-Filter ein FIR-Filter (23) mit umschalt barem Koeffizientensatz verwendet wird, wobei die Auswahl des jeweiligen Koeffizientensatzes in Abhängigkeit von der Abtastreduktion in den Effektivwertbildnern (25, 26) er folgt.
- - An FIR filter ( 23 ) with a switchable coefficient set is used as the adaptive FIR filter, the selection of the respective coefficient set depending on the sampling reduction in the effective value formers ( 25 , 26 ).
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