DE19901789B4

DE19901789B4 - Procedure for determining the earth fault direction in energy supply networks

Info

Publication number: DE19901789B4
Application number: DE1999101789
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Jurisch; Michael Dr. Schwenke
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2019-01-09
Also published as: DE19901789A1

Abstract

Verfahren zur Erdschlußrichtungsbestimmung 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,
dadurch gekennzeichnet, daß
- aus der Nullspannung (Uo) entsprechende Spannungs-Digitalwerte (Du) gebildet werden, die unter Erzeugung von Differentiations-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 Differentiations-Digitalwerte (Dd) erforderlichen Zeit entspricht,
- die Differentiations-Digitalwerte (Dd) und die Verzögerungs-Digitalwerte (Dv) unter Bildung von Multiplikations-Digitalwerten (Dm) miteinander multipliziert und anschließend einer Tiefpaßfilterung unter Bildung von Blindleistungs-Digitalwerten (Db) unterzogen werden und
- bei einen positiven Grenzwert überschreitenden Blindleistungs-Digitalwerten (Db) ein Vorwärtssignal (Sv) und bei einen negativen Grenzwert unterschreitenden Blindleistungs-Digitalwerten (Db) ein Rückwärtssignal (Sr) erzeugt wird.Method for determining the earth fault direction in energy supply networks with a floating star point, in which
- 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,
characterized in that
corresponding voltage digital values (Du) are formed from the zero voltage (Uo) and are differentiated to produce differentiation digital values (Dd),
corresponding current digital values (Dio) are formed from the zero current (Io), which are each delayed by the formation of delay digital values (Dv) by a time period which corresponds to the time required in each case 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
- If the reactive power digital values (Db) exceed a positive limit, a forward signal (Sv) and if the reactive power digital values (Db) fall below a negative limit, a reverse signal (Sr) is generated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erdschlußrichtungsbestimmung 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 Procedure for determining the earth fault direction in power supply networks with a floating star point, at which Occurrence of an earth fault from the zero current and the zero voltage the capacitive reactive power is determined and from the sign the reactive power in the direction of the earth fault becomes.

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 geschlossen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Frequenz des Energieversorgungsnetzes bekannt ist, und es werden die komplexen Zeiger von Nullstrom und Nullspannung bestimmt. Durch Multiplikation der beiden Zeiger unter Berücksichtigung des Phasenwinkels läßt sich die Blindleistung ermitteln. Voraussetzung für eine einwandfreie Wirkungsweise des bekannten Verfahrens ist daher, daß die Frequenz des Energieversorgungsnetzes bekannt ist.A method of this kind is 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 procedure is based on the zero voltage and the zero current in the case of a Earth fault determines the reactive power and from its sign the location of the earth fault in relation to the location of the detection closed by zero voltage and zero current. It is assumed that the Frequency of the power grid is known, and it will be the complex pointers of zero current and zero voltage are determined. By Multiplication of the two pointers taking into account the phase angle let yourself determine the reactive power. Prerequisite for a flawless mode of operation The known method is therefore known that the frequency of the energy supply network is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erdschlußrichtungsbestimmung in Energieversorgungsnetzen mit freiem Sternpunkt anzugeben, mit dem sich eine Erdschlußrichtung weitgehend frequenzunabhängig und damit ohne Kenntnis der Frequenz des Energieversorgungsnetzes bestimmen läßt.The invention is based on the object Procedure for determining the earth fault direction to be specified in energy supply networks with a free star point, with which is an earth fault direction largely independent of frequency and thus without knowing the frequency of the energy supply network lets determine.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß aus der Nullspannung entsprechende Spannungs-Digitalwerte gebildet, die unter Erzeugung von Differentiations-Digitalwerten differenziert werden, und aus dem Nullstrom werden entsprechende Strom-Digitalwerte gebildet, die unter Bildung von Verzögerungs-Digitalwerten jeweils um eine Zeitdauer verzögert werden, die der jeweils zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte erforderlichen Zeit entspricht; die Differentiations-Digitalwerte 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 unterschreitenden Blindleistungs-Digitalwerten ein Rückwärtssignal erzeugt.To solve this problem in a method of the type mentioned in the invention from the Zero voltage corresponding voltage digital values are formed, the be differentiated by generating differentiation digital values, and corresponding current digital values are formed from the zero current, the forming delay digital values each time delayed be used to generate the differentiation digital values time required; the differentiation digital values and the delay digital values are multiplied together to form multiplication digital values and subsequently a low pass filtering under Subjected to formation of reactive power digital values; with a positive Limit exceeding Reactive power digital values become a forward signal and a negative one Reactive power digital values that fall below the limit, a reverse signal generated.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht 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 erfindungsgemäße Verfahren läßt sich daher nicht nur in Energieversorgungsnetzen 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 him an earth fault direction determination largely independent of frequency carried out can be because the reactive power is not determined on the Formation and processing of complex pointers is used. The method according to the invention let yourself therefore not only in constant frequency power supply networks from 50 Hz or 60 Hz, but also in energy supply networks, those with in a wider frequency range fluctuating voltages are operated.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte vorteilhafterweise ein als Differentiator 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 gebildet werden, die Augenblickswerten der Blindleistung entsprechen.In the method according to the invention is advantageously used to generate the differentiation digital values a FIR (finite impulse response) filter acting as a differentiator ver uses, with which a phase rotation of 90 ° can be reached, so that by Multiplication of the differentiation digital values by the current digital values Multiplication digital values are formed, the instantaneous values of the Correspond to reactive power.

Zur Erzeugung der Differentiations-Digitalwerte wird eine gewisse 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 certain processing time is required. At this processing time to compensate for the delay digital values required; these can advantageously be achieved by an all-pass Win FIR filter.

Die Größe der Multiplikations-Digitalwerte bzw. der Blindleistungs-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 Rückwärtssignals eingestellt werden kann. Um das Verfahren diesbezüglich universell einsetzbar durchführen zu können, werden gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit den Differentiations-Digitalwerten und den Strom-Digitalwerten Scheinleistungs-Digitalwerte erzeugt, durch Quotientenbildung der Blindleistungs-Digitalwerte und der Scheinleistungs-Digitalwerte normierte Leistungs-Digitalwerte gebildet, und es wird bei einen positiven Normierungs-Grenzwert überschreitenden normierten Leistungs-Digitalwerten das Vorwärtssignal und bei einen negativen Normierungs-Grenzwert unterschreitenden normierten Leistungs-Digitalwerten das Rückwärtssignal erzeugt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß eine von Größe der Blindleistungs-Digitalwerte unabhängige Erdschlußrichtungsbestimmung ermöglicht ist, weil die Blindleistung auf die Scheinleistung normiert wird.The size of the multiplication digital values or The reactive power digital values are strongly dependent on the size of one to be monitored Section of a power supply network, e.g. B. of a power supply cable, depending, so that in the method according to the invention not always an absolute limit for winning the forward or of the reverse signal can be adjusted. To make the process universal in this regard perform applicable to be able according to a advantageous development of the invention with the differentiation digital values and the current digital values generated apparent power digital values, by forming the quotient of the reactive power digital values and the Apparent power digital values normalized power digital values formed, and it is normalized if the norm is exceeded Power digital values the forward signal and if the limit falls below a negative normalization limit normalized power digital values generated the reverse signal. The advantage this embodiment is that a on the size of the reactive power digital values independent earth fault is enabled because the reactive power is normalized to the apparent power.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei mit Spannungen in einem Frequenzbereich zwischen etwa 5 und 500 Hz gespeisten Energieversorgungsnetzen zur Tiefpaßfilterung ein als adaptiver Tiefpaß wirkendes FIR-Filter mit einer Grenzfrequenz verwendet, die unterhalb der niedrigsten Harmonischen in den Multiplikations-Digitalwerten liegt.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, 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 acting as an adaptive low-pass filter is used with a cutoff frequency that is below the lowest harmonic is in the multiplication 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 Effektivwertbildner zugeführt, in dem jeweils aus den digitalen Eingangswerten in einer Quadrierstufe quadrierte Digitalwerte gebildet werden; die quadrierten Digitalwerte werden mindestens einmal in einem als Tiefpaß ausgebildeten Vorfilter vorgefiltert und anschließend einer Abtastratenreduktion unterzogen und danach die abtastratenreduzierten Digitalwerte in einer Recheneinheit mit einem als Tiefpaß ausgebildeten nichtrekursiven Digitalfilter und einer Radizierstufe digital gefiltert und unter Bildung eines Effektivwertsignals radiziert.In this embodiment of the method according to the invention the differentiation digital values are used to generate the apparent power digital values and the current digital values as digital input values in each case one digital effective value generator supplied, in each case from the digital input values squared digital values in a squaring stage be formed; the squared digital values are at least once in a low pass pass Pre-filtered and then a sample rate reduction subjected and then the sampling rate reduced digital values in a computing unit with a non-recursive designed as a low-pass filter Digital filter and an etching stage digitally filtered and below Formation of an RMS signal squared.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es aufgrund des Vorfilterns und der Abtastratenreduktion sehr schnell durchführbar ist, weil in der Recheneinheit mit dem FIR-Filter nur ein relativ schmalbandiges Signal mit geringer Abtastrate verarbeitet werden muß; denn je schmalbandiger das in der Recheneinheit zu filternde Signal und je geringer die Abtastrate ist, desto weniger Filterkoeffizienten muß das FIR-Filter der Recheneinheit aufweisen.A major advantage of this design of the method according to the invention is that it due to pre-filtering and sample rate reduction very quickly feasible is because in the computing unit with the FIR filter only a relatively narrow band Signal with low sampling rate must be processed; because the narrower the signal to be filtered in the computing unit and the lower the sampling rate, the fewer filter coefficients the FIR filter has to have the computing unit.

Das adaptive FIR-Filter kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein; beispielsweise kann es ein rekursives digitales Tiefpaßfilter aus Tiefpässen mit kurzer Impulsantwort sein, das im Hinblick auf die Abtastratenreduktion bei der Scheinleistungsermittlung bemessen ist.The adaptive FIR filter can be used in different ways Be wise; for example, it can be a recursive digital low pass filter from low passes with a short impulse response, that with regard to the sampling rate reduction is measured when determining the apparent power.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als adaptives FIR-Filter ein FIR-Filter mit umschaltbarem Koeffizientensatz verwendet, wobei die Auswahl des jeweiligen Koeffizientensatzes in Abhängigkeit von der Abtastreduktion in den Effektivwertbildnern erfolgt.In a particularly preferred embodiment becomes an adaptive FIR filter a FIR filter with a switchable coefficient set used, the selection of the respective coefficient set dependent on from the sampling reduction in the effective value formers.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind inTo further explain the invention are in

1 ein Ausschnitt aus einem mehrfach gespeisten Kabelnetz mit Langstatorabschnitten einer Magnet-Schwebebahn, in 1 a section of a multi-fed cable network with long stator sections of a magnetic levitation train, in

2 ein Ersatzschaltbild eines Streckenkabels mit Langstatorabschnitten bei einem Erdschluß, in 2 an equivalent circuit diagram of a section cable with long stator sections in the event of an earth fault, in

3 ein Blockschaltbild zur Gewinnung eines Vorwärtsbzw. Rückwärtssignals zur Erdschlußrichtungsbestimmung, in 3 a block diagram for obtaining a forward or. Reverse signal for earth fault direction determination, in

4 die Impulsantwort eines als Differentiator ausgebildeten FIR-Filters bei dem Blockschaltbild nach 3 und in 4 the impulse response of an FIR filter designed as a differentiator in the block diagram 3 and in

5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Effektivwertbildners gemäß 3 wiedergegeben. 5 a block diagram of an embodiment of an effective value generator according to 3 played.

In 1 ist ein Energieversorgungsnetz mit zwei Unterwerken 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 Langstatorabschnitte mit den jeweiligen Steckenkabel K1 bzw. K2 verbunden werden können.In 1 An energy supply network with two substations 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 1 ferner zeigt, können bei dem Energieversorgungsnetz nach 1 Fehler auf den Streckenkabeln, beispielsweise an einem Fehlerort O1 an dem Streckenkabel K2 oder in den Langstatorabschnitten, beispielsweise am Fehlerort O2 in dem Langstatorabschnitt LS3' auftreten. Um nun feststellen zu können, wo ein Erdschluß aufgetreten ist, wird in jeder Schaltanordnung S1 bis S3 eine Erdschlußrichtungsbestimmung vorgenommen. Dazu wird in den Schaltanordnungen S1 und S3 bzw, an den Schaltstellen S11 und S12, S21 und S22 sowie S31 und S32 der Nullstrom und die Nullspannung erfaßt. Daraus läßt sich – wie unten näher erläutert wird – eine kapazitive Blindleistung ermitteln, die durch ihr unterschiedliches Vorzeichen angibt, ob der Erdschluß in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung liegt.As the 1 also shows, can in the power supply network 1 Faults on the section cables, for example at a fault location O1 on the section cable K2 or in the long stator sections, for example at the fault location O2 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 means of its different sign, indicates whether the earth fault is in the forward or reverse direction.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die 2 Bezug genommen, in der eine Ersatzschaltung eines Streckenkabels K2 mit seinem Abschnitt A2 zwischen dem Unterwerk UW1 bis zur Schaltstelle S12 und des Langstatorabschnitts LS2' zusammen mit diese speisenden Umrichtern bei einem Erdschluß dargestellt ist. Im einzelnen zeigt die 2 jeweils einen dreiphasigen Umrichter 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 Ersatzelementen St1, St2 und St3 bestehenden Abschnitt A2 des Streckenkabels K2 sind für jede Phase P1 bis P3 Ersatzelemente E1 und E2 des Langstatorabschnitts LS2' angeschlossen, 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 the 2 Reference is made in which an equivalent circuit of a section cable K2 with its section A2 between the substation UW1 to the switching point S12 and the long stator section LS2 'is shown together with these inverters in the event of a ground fault. The shows in detail 2 in each case a three-phase converter U1 to U3, which feeds into section A2 of the section cable consisting of replacement elements St1, St2 and St3 for the three phases P1, P2 and P3. For each phase P1 to P3, replacement elements E1 and E2 of the long stator section LS2 'are connected to the section A2 of the section cable K2 consisting of the replacement elements St1, St2 and St3 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, then it can be decided whether an earth fault in the respective Langsta gate section LS2 'or in section A2 of the section cable has occurred.

Das Erfassen des Nullstromes Io und der Nullspannung Uo kann so erfolgen, wie es in 1 der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 29 483 A1 beschrieben ist. Die Auswertung der erfaßten Nullspannung Uo und des erfaßten Nullstromes Io erfolgt mittels einer Einrichtung, wie sie in 3 gezeigt ist.The zero current Io and the zero voltage Uo can be detected as described in 1 the German published application DE 196 29 483 A1 is described. The evaluation of the zero voltage Uo and the zero current Io is carried out by means of a device as shown in 3 is shown.

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 werden. Der Nullstrom Io wird nach – ebenfalls nicht dargestellter 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 Filter 20 kein zusätzlicher Zeitversatz erzeugt wird.It can be seen there that the zero voltage Uo after - not shown - analog-digital conversion in a FIR filter 20 is differentiated as a differentiator, so that at the output of the FIR filter 20 Differentiation digital values Dd are generated. The zero current Io is all-pass after - also not shown analog-digital conversion 21 filtered, which outputs delay digital values Dv at its output. The all-pass 21 is used in the FIR filter 20 to compensate for the processing time required for the differentiation, so that between the differentiation digital values Dd and the delay digital values Dv by the treatment in the filter 20 no additional time offset is generated.

Die Differentiations-Digitalwerte Dd und die Verzögerungs-Digitalwerte 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 become one multiplier 22 supplied, which produces multiplication digital values Dm at its output, which correspond to the instantaneous value of the reactive power from the zero voltage Uo and the zero current Io.

In einem dem Multiplizierer 22 nachgeordneten adaptiven Tiefpaß 23 werden aus den Mulitplikations-Digitalwerten Dm Blindleistungs-Digitalwerte Db erzeugt, mit denen ein nachgeschalteter Normierungsbaustein 24 beaufschlagt wird.In a multiplier 22 downstream adaptive low pass 23 are generated from the multiplication digital values Dm reactive power digital values Db, with which a downstream standardization module 24 is applied.

Die 3 läßt ferner erkennen, daß die Differentiations-Digitalwerte Dd einem ersten Effektivwertbildner 25 zugeführt werden, der an seinem Ausgang dem Effektivwert der differenzierten Nullspannung Uo proportionale Digitalwerte Du abgibt. Ein zweiter Effektivwertbildner 26 ist mit den aus dem Nullstrom Io gebildeten Strom-Digitalwerten Dio beaufschlagt und gibt an seinem Ausgang dem Effektivwert des Nullstromes Io entsprechende Digitalwerte Die ab. In einem zweiten Multiplizierer 27 werden aus den Digitalwerten Due und Die Scheinleistungs-Digitalwerte Ds gebildet, die in dem Normierungsbaustein 24 verarbeitet werden.The 3 also shows that the differentiation digital values Dd a first effective value generator 25 are supplied, which outputs the rms value of the differentiated zero voltage Uo proportional digital values Du at its output. A second effective value generator 26 is loaded 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 are formed from the digital values Due and the apparent power digital values Ds, which are in the standardization module 24 are processed.

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 normierten 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 eingestellten negativen Grenzwertes 28 liegen. Dieses Rückwärtssignal 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 überschreiten. An einem Ausgang 31 ist das Vorwärtssignal Sv abgreifbar.In the standardization module 24 there is a quotient formation of the reactive power digital values Db and the apparent power digital values Ds, so that at the output of the standardization module 24 standardized digital power values Dn arise. These standardized power digital values Dn are signed according to the position of the earth fault location to the measured value acquisition point and are in two limit value modules 28 and 29 checked. The limit value module 28 generates a reverse signal Sr at an output if the standardized digital values have a negative sign and below a set negative limit value 28 lie. This reverse signal Sr is at an output 30 tapped. The further limit value module 29 outputs a forward signal Sv when the standardized power digital values Dn have a positive sign and exceed a set positive limit value. At an exit 31 is the forward signal Sv tapped.

Zur weiteren Erläuterung der Anordnung nach 3 dient die 4, die die Impulsantwort des FIR-Filters 20 darstellt.For further explanation of the arrangement after 3 serves the 4 that the impulse response of the FIR filter 20 represents.

Wie die 5 erkennen läßt, werden dem dort dargestellten Effektivwertbildner 26 eingangsseitig die Strom-Digitalwerte Dio zugeführt, die beispielsweise mit einem Taktsignal mit der Abtastfrequenz f_A = 3200 Hz bzw. mit der Abtastperiode t_A 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 f_s der halben Abtastfrequenz f_A, also f_s = 1600 Hz entspricht. Am Ausgang des FIR-Vorfilters 5 entstehen vorgefilterte Digitalwerte Dio²', die in eine Abtastratenreduktionseinheit 10 zur Abtastratenreduktion eingespeist werden. In dieser Abtastratenreduktionseinheit 10 wird die Abtastrate der vorgefilterten Digitalwerte Dio²' um den Faktor 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 abtastratenreduzierte Digitalwerte Dio²'' (mit einer Abtastrate von 2 t_A), die in ein weiteres FIR-Vorfilter 15 eingespeist werden. Dieses weitere FIR-Vorfilter 15 ist mit dem einen FIR-Vorfilter 5 identisch, d. h., daß es sich bei dem weiteren FIR-Vorfilter 15 also um ein digitales Tiefpassfilter handelt, dessen Sperrfrequenz spektral in der Mitte des Spektrums der jeweils in das Vorfilter eingespeisten Digitalwerte liegt und damit der halben Abtastfrequenz der eingespeisten Digitalwerte entspricht; da in das weitere FIR-Vorfilter 15 die abtastratenreduzierten Digitalwerte Dio²'' eingespeist werden, deren Abtastrate nicht mehr f_A = 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 abgegebenen gefilterten Digitalwerte gelangen zu einer weiteren Abtastratenreduktionseinheit 20, in der wiederum die Abtastrate bzw. die Abtastfrequenz der eingespeisten Digitalwerte um den Faktor 2 reduziert wird, indem ausschließlich jeder zweite Abtastwert der eingespeisten Digitalwerte weiter verwendet und am Ausgang der weiteren Abtastratenreduktionseinheit 20 abgegeben wird. Die am Ausgang der weiteren Abtastratenreduktionseinheit 20 abgegebenen Digitalwerte Dio²''' mit einem Abtastratenintervall von 4 t_A gelangen zu einem FIR-Filter 25, das mit den beiden FIR-Vorfiltern 5 und 15 identisch ist und aufgrund der Abtastfrequenz von f_A/4 der eingespeisten Digitalwerte eine Sperrfrequenz von f_A/8 = 400 Hz aufweist. Die in das FIR-Filter 25 eingespeisten Digitalwerte 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 Effektivwertsignals Die radiziert werden.As the 5 can be recognized, the effective value generator shown there 26 On the input side, the current digital values Dio are supplied, which are formed, for example, with a clock signal with the sampling frequency f _A = 3200 Hz or with the sampling period t _A. The digital values Dio result in a squaring stage at the output 3 This results in squared digital values Dio ² . The squared digital values Dio ² are in a first FIR pre-filter 5 fed in and digitally filtered there. With the first FIR pre-filter 5 is a non-recursive digital filter designed as a low-pass filter, whose cut-off frequency f _s corresponds to half the sampling frequency f _A , that is to say f _s = 1600 Hz. At the outlet of the FIR pre-filter 5 Pre-filtered digital values Dio ² 'are created, which are used in a sampling rate reduction unit 10 be fed in to reduce the sampling rate. In this sample rate reduction unit 10 the sampling rate of the pre-filtered digital values Dio ² 'is reduced by a factor of 2 by only every second sample value of the input sample values at the output of the sampling rate reduction unit 10 is issued; the remaining samples in the sample rate reduction unit 10 Digital values fed in are no longer used. At the output of the sampling rate reduction unit 10 Sampling reduced digital values Dio ² '' (with a sampling rate of 2 t _A ) are created, which are in another FIR pre-filter 15 be fed. This further FIR pre-filter 15 is with a FIR pre-filter 5 identical, d. that is, the other FIR pre-filter 15 it is a digital low-pass filter whose cutoff frequency is spectrally in the middle of the spectrum of the digital values fed into the pre-filter and thus corresponds to half the sampling frequency of the fed-in digital values; there in the further FIR pre-filter 15 If the sampling rate-reduced digital values Dio ² '' are fed in, the sampling rate of which is no longer f _A = 3200 Hz, but only 1600 Hz, the blocking frequency of this further FIR filter lies 15 now at 800 Hz, although the two pre-filters 5 and 15 are identical. The one from the other FIR pre-filter 15 Filtered digital values delivered 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 reduced by a factor of 2, in that only every second sample value of the fed-in digital values is used further and at the output of the further sampling rate reduction unit 20 is delivered. The one at the output of the further sampling rate reduction unit 20 digital values Dio ² '''with a sampling rate tervall of 4 t _A reach a FIR filter 25 that with the two FIR pre-filters 5 and 15 is identical and, based on the sampling frequency f _A / 4 of the digital values fed in, has a blocking frequency of f _A / 8 = 400 Hz. The one in the FIR filter 25 The digital values that are fed in are filtered and then as digital values in a square root 30 transferred in which the digital values applied to the radiating stage are square-rooted to form an effective value signal Die proportional to the effective value of the zero current Io.

Mit der Anordnung gemäß 5 werden die Strom-Digitalwerte Dio in dem einen FIR-Vorfilter 5 und in dem weiteren FIR-Vorfilter 15 also zunächst zweimal vorgefiltert und erst anschließend in das FIR-„Hauptfilter" 25 überführt. Die Punkte 40 deuten an, daß die Strom-Digitalwerte Dio selbstverständlich auch mehr als zweimal vorgefiltert werden können, bevor sie in das FIR-Hauptfilter 25 eingespeist werden.With the arrangement according to 5 the current digital values Dio in the one FIR pre-filter 5 and in the further FIR pre-filter 15 that is, first prefiltered twice and only then transferred to 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 entering the main FIR filter 25 be fed.

Der Effektivwertbildner 25 ist entsprechend ausgeführt.The effective value generator 25 is executed accordingly.

Claims

Method for determining the earth fault direction in energy supply networks with a floating star point, in which - when an earth fault occurs from the zero current and the zero voltage, the capacitive reactive power is determined and - the sign of the reactive power is used to determine the direction of the earth fault, characterized in that - from the zero voltage (Uo) corresponding voltage digital values (Du) are formed, which are differentiated to produce differentiation digital values (Dd), - from the zero current (Io) corresponding current digital values (Dio) are formed, which form delay digital values (Dv) are each delayed by a time period which corresponds to the time required in each case to generate the differentiation digital values (Dd), - the differentiation digital values (Dd) and the delay digital values (Dv) with formation of multiplication digital values (Dm ) multiplied together and then a low-pass filter ng to form reactive power digital values (Db) and - if the reactive power digital values (Db) exceed a positive limit, a forward signal (Sv) and if the reactive power digital values (Db) fall below a negative limit, a reverse signal (Sr) is generated.

Method according to Claim 1, characterized in that - to generate the differentiation digital values (Dd), an FIR filter (acting as a differentiator) ( 20 ) is used.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that - to form the delay digital values (Dv), an FIR filter (acting as an all-pass) ( 21 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that that - with the differentiation digital values (Dd) and the current digital values (Dio) Apparent power digital values (Ds) are generated - by forming quotients the reactive power digital values (Db) and the apparent power digital values (Ds) standardized power digital values (Dn) are formed and - with normalized values exceeding a positive standardization limit Power digital values (Dn) the forward signal (Sv) and at one negative normalization threshold value below the standardized digital power values (Dn) the reverse signal (Sr) is generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - 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 acting as an adaptive low-pass filter ( 23 ) is used with a cutoff frequency that is below the lowest harmonic in the multiplication digital values (Dm).

Method according to claim 5 , characterized in that - to generate the apparent power digital values (Ds), the differentiation digital values (Dd) and the current digital values (Dio) as digital input values each have a digital effective value generator ( 25 . 26 ) are supplied in which - from the digital input values (Dio) in a squaring stage ( 3 ) squared digital values (Dio ² ) are formed, - the squared digital values (Dio ² ) at least once in a pre-filter designed as a low-pass filter ( 5 ) pre-filtered and then a sample rate reduction ( 10 ) are subjected to and - then the sampling rate-reduced digital values (Dio ² ) in a computing unit with a non-recursive digital filter designed as a low-pass filter ( 25 ) and an etching level ( 30 ) digitally filtered and etched to form the RMS signal (Die).

Method according to Claim 6, characterized in that - as an adaptive FIR filter, a FIR filter ( 23 ) is used with a switchable coefficient set, the selection of the respective coefficient set depending on the sampling reduction in the effective value formers ( 25 . 26 ) he follows.