Clemens Obkircher

An earth fault distance location algorithm in compensated networks with additional estimation of the fault impedance and fault current

Earth fault distance protection with distance protection relays is common practice in solidly grounded networks. However, in compensated networks earth faults can cause big problems, because they do not extinguish themselves. To find the fault point is from high interest also in combination with network expansion [9]. In previous investigations the authors found that the classic algorithm of these distance protection relays principally can be used also for compensated networks, - however the accuracy of the distance calculation strongly depends on the network conditions [1],[2]. In this paper a new improved algorithm is developed. For this purpose an exact 3-phase mathematical simulation model of the investigated network is used to check the results of the improved algorithm. The simulations show, that this improved distance calculation provides very good accuracy up to earth fault transitions impedances of 1 kohm. Furtheron it is shown in the paper that the same algorithm can be used in 2-phase networks as well. With the implemented improvements the algorithm again allows earth fault transitions impedances of up to 1 kOhm. Finally, the simulation results are validated by real test data to verify the usability of this improved algorithm.

Cable Installation Limits in Earth Fault Compensated 110-kV-Networks

Forced use of cables in earth fault compensated networks increases the capacitances to ground in the grid so that the capacitive ground fault current ICE increases, which causes problems concerning arc extinction. The ground fault current (limited to 132 A due to standards in Austria) depends on detuning, damping, unbalance, harmonics, saturation, operating voltage, harmonic resonances, and the distribution of the line inductances and capacitances (within the grid). A new grid calculation program was developed by TU Graz which allows to calculate the expansion limits of earth fault compensated networks under consideration of the harmonic contents in the fault current. Concerning the determination of these limits existing formulae are adequately adapted. The calculated results have been verified in real network experiments. Technical measures for further operation of the grids are investigated

Ausbaugrenzen der Verkabelung und zukünftige Möglichkeiten zum weiteren Ausbau gelöschter Netze

Im vorliegenden Beitrag wird eine Methode zur Berechnung der Kabelreserve in oberschwingungsbehafteten gelöschten Netzen entwickelt. Durch Netzerweiterungen und vermehrten Einsatz von Kabeln steigen die Erdschlussströme, so dass Probleme mit der Einhaltung der zulässigen Grenzen des Erdschlussreststroms entstehen. Die auftretenden Oberschwingungsspannungen und die daraus resultierenden Oberschwingungserdschlussströme sind die maßgeblichen betriebs- und ausbaubeschränkenden Parameter. Resonanzen können zusätzliche Einschränkungen bedingen. Abschließend werden die derzeit möglichen Maßnahmen zur Erweiterung des Netzausbaus im Falle des Erreichens der Löschgrenze aufgezählt.In this article a method for the computation of the cable reserve in harmonic-afflicted compensated grids is developed. By grid expansions and increased use of cables the capacitive earth fault currents rise. As a result the residual ground fault current rises which causes problems concerning the permitted limits. The arising voltage harmonics and the resulting harmonic earth fault residual currents are the relevant expansion-limiting parameters. Resonances can cause additional restrictions. Finally, the possible measures for further expansion of grids are mentioned.

Auswertung von Erdschlusswischern in gelöschten Netzen

SummaryThe aim of this paper is to determine the detuning of compensated networks by means of the analyses of transitory line-to-earth faults. For a suitable development of compensated networks, the limits of the standards for self-extinction have to be fulfilled. Therefore it has to be ensured that the predetermined detuning of the arc-suppression coil equals the real detuning. For this reason the problem of detuning the arc-suppression coil by raised operation voltage (saturation) will be discussed. Moreover, the problem of the influences through parallel-led power lines will be explained. Furthermore, the basics of the evaluation of the line-to-earth faults in compensated networks and how to accomplish it will be shown. Finally, a new method will be proved by means of a real transitory line-to-earth fault.ZusammenfassungDie vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Ermitteln der Verstimmung in gelöschten Netzen durch die Analyse von Erdschlusswischern. Da das Einhalten der in den Normen gegebenen Löschgrenze für einen zukunftsorientierten Ausbau von gelöschten Netzen maßgeblich ist, muss sichergestellt werden, dass die gewählte Verstimmung der Petersenspule auch der tatsächlichen entspricht. Aus diesem Grund wird das aktuelle Problem der Abstimmung der Petersenspulen bei erhöhter Betriebsspannung (Sättigung) erläutert. Auch auf den Einfluss parallel geführter Leitungen auf die Abstimmung der Petersenspulen wird eingegangen. Anschließend werden die elektrotechnischen Grundlagen für die Auswertung von Erdschlusswischern beschrieben. Auch eine mögliche Realisierung der Auswertung mittels Signalanalyse wird dargestellt. Mit Hilfe der im Zuge einer Diplomarbeit erarbeiteten Software wird ein Erdschlusswischer ausgewertet und das Ergebnis präsentiert.

Reduction of the Net Losses in Distributed Networks

For loss reduction In distributed networks a multiplicity of possibilities exist. The use of cables instead of overhead lines as well as larger diameters of the lines lower the arising losses in distribution networks. Likewise a more even load profile leads to a reduction of losses, so that in the consequence primary energy, costs and CO2-emissions can be saved. Unbalances through asymmetrical loads arise particularly within the low-voltage grids and they are responsible for substantial losses compared with the situation of symmetrical load conditions. In this paper investigations are presented, which show that considerable loss reductions can be obtained by decentralized compensation. For the computation of the losses in urban distribution networks a model is developed. The parameters (standardised load profiles, number and kind of typical consumers, line data etc..) can be varied. Results of model computations are presented.

Impedanzmessungen an Leitungen

Die Erfassung der Leitungsimpedanzen in Form der symmetrischen Komponenten Mit-, Gegen- und Nullimpedanz war schon immer eine wichtige Voraussetzung für die richtige Einstellung der Leitungsschutzgeräte sowie zur korrekten Lastflussberechnung. In der vorliegenden Arbeit werden die mathematischen Grundlagen zur Impedanzmessung dargelegt. Weiters werden mögliche Fehler bei der Impedanzbestimmung beschrieben, es sind dies einerseits Fehler, die durch äußere Einflüsse (Störfelder) bei der Messung der Impedanzen auftreten können, andererseits Fehler, die durch Anwendung unrichtiger oder zu stark vereinfachter mathematischer Formeln entstehen können. In einem praktischen Beispiel wird die herkömmliche Messmethode mit der frequenzselektiven Methode verglichen.The acquisition of the line impedances in form of the symmetrical components has always been an important requirement for the correct tuning of protection devices as well as for correct load flow computation. In this article the mathematical basis for impedance measurement is presented. Furthermore, possible errors in the determination of impedances are described. On the one hand, these are deviations caused by external influences (interfering fields) during the measurement, and, on the other hand, errors, which are caused by the application of wrong or too much simplified calculation formulas. Additionally, in a practical example the conventional measuring method is compared with the frequency-selective method.