Untersuchung des Einflusses kapazitiver Spannungswandler auf den Distanzschutz

Abstract

Kapazitive Spannungswandler werden weltweit sehr häufig zur Spannungsmessung in Hochspannungsanlagen eingesetzt. Im Vergleich zu klassischen induktiven Wandlern, wie Transformatoren, haben kapazitive Wandler den Vorteil, dass sie auch bei einem etwaigen Isolierversagen des Dielektrikums zwischen einzelnen kapazitiven Elementen noch funktionieren, jedoch ist die Genauigkeit, auf die der kapazitive Spannungswandler ausgelegt ist, nicht mehr gegeben. Bei einem Windungskurzschluss in einem Transformator ist hingegen die Funktionalität in der Regel nicht mehr gegeben. Kapazitive Spannungswandler haben jedoch kein ideales Verhalten und so kommt es nach einem Fehlereintritt zu transienten Vorgängen, bevor ein stationäres Verhalten erreicht wird. Hauptverantwortlich dafür ist die Energie, die in den aktiven Elementen, sprich Kapazitäten und Induktivitäten gespeichert ist und die sich im Fehlerfall zunächst entladen muss. Die transienten Schwingungen haben einen großen Einfluss auf das Einlaufen der Fehlerimpedanz zum stationären Endwert. Teilweise läuft der Fehler auch von unten in den Endwert ein, was dazu führen kann, dass Fehler, die außerhalb der Zone auftreten als Fehler, innerhalb der Zone erkannt werden. Dieses Verhalten kann zu einer Überfunktion des Schutzrelais führen. Um das Verhalten von kapazitiven Spannungswandlern untersuchen zu können, wurden Modelle aufgestellt, an denen diverse Fehlersituationen untersucht wurden. Das Ziel dieser Simulationen ist aufzuzeigen, welche Faktoren einen starken Einfluss einerseits auf den kapazitiven Spannungsteiler und andererseits auch auf den Distanzschutz haben.

Capacitive voltage transformers are often used in high voltage systems.However, under certain circumstances, the capacitive voltage transformer experiences server transient responses for some system conditions.The main cause for these transient responses is the energy, that is stored in the active components of the capacitive voltage transformer such as capacitors and inductances. In case of a fault these elements must discharge first, before a steady state can be achieved.A poor transient response also influences the trajectory of the fault impedance.This can lead to faults outside a certain zone, being detected as “in zone”faults, which will cause an overreach situation.In order to study the effect of the transient response of capacitive voltagetransformers some models were created. Fault simulations were run with different parameters to show the influence of certain parameters, suchas the source impedance ratio or the type of ferroresonant suppressioncircuits on the response of the capacitive voltage transformer.