Distanzschutz Spannungs- und Stromberechnungen im Testraum

Beim Distanzschutz-Test wird ein Impedanzrelais verwendet, um eine Leitung zu schützen, indem die Impedanz anhand von Leitungsstrom und Spannung berechnet wird..Die Berechnungen im Distanzraum erfordern das Einspeisen von Strom und Spannung, die proportional zur Impedanz des Relais sind..Die Schulung behandelt Distanztest-Berechnungen sowie den Nachweis für verschiedene Fehlerarten und Testmethoden. Es gibt drei gängige Methoden, um Fehlerstrom und Fehlerspannung für Distanzrelais-Tests zu berechnen::

Konstante Z-I-Methode

Bei dieser Methode wird der Fehlerstrom als konstant angenommen, und die Fehlerspannung wird durch Eingabe der Impedanz berechnet.

In the Test Object window (Test Block), pay attention to the maximum test impedance (max(V)), which depends on the maximum test voltage displayed in the table for various fault types under the **Device Limits** section.

Konstante Z-V-Methode

Bei dieser Methode wird die Fehlerspannung als konstant betrachtet, und der Fehlerstrom wird durch Eingabe der Impedanz berechnet.

calculated by entering the impedance. In the Test Object window (Test Block), pay attention to the minimum test impedance (maxI), which depends on the maximum fault current displayed in the table for various fault types under the ‘Device Limits’ section.

Methode der konstanten Quellimpedanz

Bei dieser Methode werden weder Spannung noch Strom als konstant betrachtet. Stattdessen wird die Fehlerspannung unter Verwendung der Quellimpedanz (Zs) und des Quellfaktors (Ks) berechnet. Die Informationen aus der Quelle können variieren, aber letztendlich werden Ks und Zs in verwendbare Werte für die Berechnungen umgewandelt. Alle diese Daten beziehen sich auf die Quellimpedanz und werden schließlich in den Berechnungen verwendet.

Im nächsten Schritt können basierend auf der gewählten Testmethode Fehlerstrom und Fehlerspannung im „Distance Room“ unter dem Reiter „Setting“, im Unterabschnitt „Fault“ und in der Gruppe „Test Model“ berechnet werden. Klicken Sie auf das Schiebefeld, um den gewünschten Modus auszuwählen.

Verständnis des Konzepts des Quellimpedanz-Verhältnisses (SIR)

Betrachten Sie einen Einphasen-Ersatzkreis des Netzes mit einer Quelle oder SV-Spannung. Dieses Netz besteht aus der Quellimpedanz (Zs) bis zum Installationsort des Relais und der Leitungsimpedanz (ZL), die vom Schutzrelais überwacht wird. Die vom Relais gemessene Spannung wird als RV bezeichnet.

Die vom Relais wahrgenommene Systemspannung wird berechnet mit

Das Verhältnis zwischen Zs und ZL, bekannt als „Source Impedance Ratio (SIR)“, wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

Außerdem kann mit der folgenden Beziehung die Spannung von der Quelle bis zum Kurzschlussniveau berechnet werden. Daher hängt die vom Relais während eines Fehlers gemessene Spannung vom SIR-Wert und letztlich von der Leitungsimpedanz ab. Unter Verwendung der Beziehungen für Ks und Zs können Fehlerspannung und Fehlerstrom für den Test berechnet werden.

Strom und Spannung bei verschiedenen Fehlerarten

Bisher wurden Methoden zur Impedanzberechnung erläutert. In diesem Abschnitt werden die Beziehungen von Fehlerstrom und Fehlerspannung in der Software unter Verwendung des Ersatzkreises für Einphasen-, Zwei-Phasen- und Dreiphasenfehler behandelt.

Einphasenfehler:

Die Abbildung unten zeigt den Ersatzkreis der Leitung im Fall eines Einphasenfehlers. Zur Berechnung des Stroms und der Spannung der fehlerhaften Phase sowie der anderen Phasen werden Methoden wie konstanter Strom, konstante Spannung und konstante Quellimpedanz verwendet. Die Berechnungen für jede Methode werden separat dargestellt.

Bei der Z-I-Konstantmethode wird der Fehlerstrom (Teststrom) für alle Testpunkte als konstant betrachtet. Mit der Impedanz und dem Teststrom wird die Spannung wie folgt berechnet:

Bei der Z-V-Konstantmethode wird die Fehlerspannung (Testspannung) für alle Testpunkte als fest angenommen. Mit der Impedanz und der Testspannung wird der Strom wie folgt berechnet:

Bei der Methode der konstanten Quellimpedanz werden Fehlerstrom und Fehlerspannung gemäß Kirchhoffs Gesetz wie folgt berechnet:

Nachweis der Berechnungen bei der Konstantmethode:

Zwei-Phasen-Fehler

Der Ersatzkreis für einen Zwei-Phasen-Fehler ist unten dargestellt. Für die fehlerhaften und gesunden Phasen werden Methoden wie konstanter Strom, konstante Spannung und konstante Quellimpedanz verwendet, wobei jede Berechnung separat dargestellt wird.

Bei der Z-I-Konstantmethode bleibt der Fehlerstrom über alle Testpunkte konstant und ist für die beiden fehlerhaften Phasen gleich, jedoch 180° phasenverschoben. Dies ergibt die folgenden Beziehungen für Strom und Spannung:

Nachweis der Berechnungen bei der Z-I-Konstantmethode:

-Bei der Z-V-Konstantmethode ist die Fehlerspannung für alle Testpunkte gleich der Spannung der fehlerhaften Zweiphasenleitung (Vtest = V1N − V2N). Unter Berücksichtigung der Fehlerimpedanz werden Leitungsstrom und Spannung aus den folgenden Beziehungen berechnet::

Beispiel: Zwei-Phasen-Fehler (L1-L2) Es wird angenommen, dass eine Fehlerimpedanz von 1 Ohm mit einem Winkel von 0° für den Test verwendet wird. Bei diesem Fehlertyp erzeugt der Winkel zwischen der Leitungs-zu-Leitungs-Spannung und dem entsprechenden Strom den gewünschten Impedanzwinkel. Die Ergebnisse für Phasenwinkel und Beträge sind wie folgt:

Bei der Methode der konstanten Quellimpedanz werden Fehlerstrom und Fehlerspannung gemäß Kirchhoffs Gesetz wie folgt ermittelt:

Dreiphasenfehler

Der Ersatzkreis für einen dreiphasigen symmetrischen Fehler ist unten dargestellt. Die Berechnungen für die fehlerhaften Phasen werden separat unter Verwendung der konstanten Strom-, Spannungs- und Quellimpedanzmethoden durchgeführt.

Bei der Z-I-Konstantmethode ist der Fehlerstrom über alle Testpunkte festgelegt, und die Fehlerspannung für alle drei Phasen wird berechnet mit:

Bei der Z-V-Konstantmethode wird die Fehlerspannung für alle Testpunkte auf die Phasen-zu-Erde-Spannung festgelegt. Die Fehlerströme für jede Phase werden wie folgt ermittelt:

Bei dieser Methode werden sowohl Fehlerstrom als auch Fehlerspannung unter Verwendung der Kirchhoffschen Gesetze berechnet, wobei die Quellimpedanz berücksichtigt wird. Die Beziehungen für Fehlerstrom und Relaisspannung sind: