Title: Kompensation kapazitiver Ladeströme in hochohmig geerdeten Netzen (Erdschlussdistanzschutz)
Other Titles: Compensation of capacitive earth fault currents in networks with high impedance grounding
Language: Deutsch
Authors: Bouda, Fabian 
Qualification level: Diploma
Advisor: Gawlik, Wolfgang 
Assisting Advisor: Cox, Benjamin 
Issue Date: 2020
Number of Pages: 96
Qualification level: Diploma
Abstract: 
In der vorliegenden Arbeit wird der Erdschlussdistanzschutz in hochohmig geerdeten Netzen bei hohen kapazitiven Erdschlussströmen untersucht. Dazu wird exemplarisch ein Mittelspannungsnetz mit Windenergieanlagen modelliert. Auf zwei Abgängen mit Windenergieanlagen werden Distanzschutzgeräte platziert. Die Leiter-Erde-Kapazitäten, die sich nicht auf den beiden betrachteten Abgängen befinden, werden zu einer konzentrierten Kapazität zusammengefasst. Auf einem der Abgänge soll ein einpoliger Erdkurzschluss auftreten. Es wird untersucht, ob die geringen resistiven Erdschlussströme in Kombination mit den kapazitiven Erdschlussströmen zu Problemen bei der Richtungsbestimmung des Distanzschutzes führen können. Dazu wird ein analytisches Modell gebildet und eine Simulation erstellt. Im Rahmen einer Parametervariation werden die Auswirkungen der einzelnen Modellparameter untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass das Schutzgerät am fehlerbehafteten Abgang bei großen Fehlerwiderständen und bestimmten kapazitiven Erdströmen den Erdschluss in Rückwärts-, statt in Vorwärtsrichtung erkennt. Ob der Erdschluss in Vorwärtsrichtung erkannt wird ist auch abhängig vom Sternpunktwiderstand. Erdschlüsse nahe am Schutzgerät sowie eine kleine Länge des fehlerbehafteten Abgangs stellen sich als besonders problematisch heraus. Zusätzlich tritt beim Erdschluss bei großen Einspeiseleistungen der Windenergieanlagen eine Richtungsumkehr des gemessenen Stroms auf. Das kann ebenfalls zu Problemen beider Richtungserkennung des Distanzschutzgerätes am fehlerbehafteten Abgang führen. Das analytische Modell und die Simulationen liefern für kleine Längen der beiden geschützten Abgänge die gleichen Ergebnisse bezüglich der Richtungsentscheidung der beiden Schutzgeräte. Für große Längen der beiden geschützten Abgänge kann das analytische Modell als Worst Case Abschätzung benutzt werden.

In this thesis the distance protection for line-to-ground faults in electrical grids with high resistance neutral earthing and high capacitive earth fault currents is analyzed. The high resistance neutral earthing leads to a small resistive earth fault current. At the relays those currents are superposed with the capacitive earth fault currents. The goal is to find out if the relays are able to calculate the direction of the ground fault under those circumstances.Therefore, an analytic model of a medium voltage grid with wind turbines is developed. In addition a simulation is implemented in Simulink. By varying the parameters of the model, the effects on the measurements of the relaysare analyzed. Two lines with wind turbines shall be protected by relays. The remaining line-to-earth capacitance of the grid is combined into one three-phase capacitor. The remaining wind turbines are also combined to one source. When a ground fault appears on one of the protected lines, the relay on this line should detect the fault in forward direction. The relay on the faultless line should detect the fault in reverse direction.The analysis shows that under specific circumstances the relay on the line with the ground fault is not able to detect the fault in forward direction. The results are highly dependent on the parameters of the model. For big values of the fault resistance the relay can have problems locating the fault. A higher resistance used for the neutral earthing leads to a worse performance concerning the location of the fault by the relay. Additionally, a high active power fed into the grid by the wind turbines on the line with the ground fault can lead to a worse situation for locating the fault. The analytic model and the simulation lead to the same results concerning the detection of the faults by the relays for most cases. If the defective lines are long, the simulation shows a better detection of the direction of the fault. The analytic model can therefore be used to estimate the worstcase.
Keywords: Energieübertragung; Schutztechnik; Windkraft
Power transmission; Protection; Wind power
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2020.73682
http://hdl.handle.net/20.500.12708/16163
DOI: 10.34726/hss.2020.73682
Library ID: AC16071773
Organisation: E370 - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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