Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung auf Grundlage der transienten Vorgänge nach Erdschlusseintritt

Die Mehrheit der Mittel- und Hochspannungsnetze im deutschsprachigen Raum werden als Netze mit isoliertem Sternpunkt oder Netze mit Erdschlusskompensation betrieben. Bei diesen Arten der Sternpunkterdung gehört die gerichtete Erkennung eines Erdschlusses zu den schwierigsten Aufgaben im Bereich der Schutztechnik. Gleichwohl es von Schutzgeräteherstellern viele Verfahren für diese Aufgabe gibt, bestehen weiterhin Herausforderungen bei der gerichteten Erkennung eines Erdschlusses. Bei großen Übergangsimpedanzen an der Fehlerstelle eines Erdschlusses und/oder in Netzen mit ringförmigen Strukturen kann es vorkommen, dass Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung einen Erdschluss überhaupt nicht erkennen oder einen fehlerhaften Richtungsentscheid treffen. Die Funktionsprinzipien von Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung beruhen entweder auf den transienten Vorgängen oder dem stationären Zustand nach Eintritt eines Erdschlusses. Die Herausforderungen für Verfahren auf Grundlage der transienten Vorgänge nach Erdschlusseintritt werden in dieser Arbeit beschrieben und hierzu in thematische Schwerpunkte zusammengefasst, welche die Bestimmung des Erdschlusseintrittszeitpunkts, Variabilität von Nullsystemspannung und -strom sowie ringförmige Netzstrukturen beinhalten. Als Lösungsansatz für diese Herausforderungen wird ein neu entwickeltes Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung auf Grundlage der transienten Vorgänge nach Erdschlusseintritt vorgestellt. Unter Bezugnahme auf die gezeigten Herausforderungen wird der Aufbau des Verfahrens beschrieben und dessen Funktionsweise veranschaulicht. Durch die Beschreibung der Herausforderungen für Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung auf Grundlage der transienten Vorgänge nach Erdschlusseintritt leistet diese Arbeit einen Beitrag zu deren besserem Verständnis. Darüber hinaus bietet die Arbeit mit dem neu entwickelten Verfahren zur gerichteten Erdschlusserkennung einen Ansatz zu deren Lösung.

Most of the medium and high voltage systems in German-speaking countries are operated with isolated or resonant earthed neutral. With these types of neutral point earthing, the directional detection of an earth fault is one of the most difficult tasks in the field of protection engineering. Although there are many methods available from relay manufacturers for this task, there are still challenges regarding the directional detection of an earth fault. In case of large transition impedances at the fault location of an earth fault and/or in systems with ring structures it may happen that methods for the directional earth fault detection do not detect an earth fault at all or make an incorrect directional decision. The functional principles of methods for the directional earth fault detection are either based on the transient processes or the steady state after the inception of an earth fault. The challenges for methods based on the transient processes after the inception of an earth fault are described in this thesis. For this purpose, the challenges are grouped into thematic focuses, which include the determination of the inception time of an earth fault, variability of the zero sequence voltage and current and furthermore systems with ring structures. As a solution for these challenges, this thesis presents a newly developed method for the directional earth fault detection based on the transient processes after the inception of an earth fault. With regard to the challenges shown, the structure of the method is described and its mode of operation is demonstrated. By describing the challenges for methods for the directional earth fault detection based on the transient processes after the inception of an earth fault, this thesis contributes to their better understanding. Furthermore, with the newly developed method for the directional earth fault detection this thesis offers an approach to their solution.