ОБНАРУЖЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕМ
DETECTION OF FAULTS IN ELECTRIC POWER SYSTEM WITH DECENTRALISED POWER SUPPLY

Изобретение относится к способу для распознавания неисправности в сетевом сегменте электрической сети энергоснабжения, в котором с помощью устройства защиты, ток, протекающий в подводящей линии сетевого сегмента, регистрируется с формированием измеренных значений тока, измеренные значения тока сравниваются с пороговым значением тока, и при превышении порогового значения тока устройством защиты генерируется сигнал неисправности, который указывает неисправность в сетевом сегменте. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству защиты и соответствующей системе защиты.
Способ указанного выше типа осуществляется, например, так называемыми устройствами защиты от перегрузки по току с временной выдержкой, которые поставляются заявителем под названием "SIPROTEC 7SJ80" и описаны в руководстве "SIPROTEC - Overcurrent Time Protection 7SJ80, V 4.6, Manual" Siemens AG 2010, Bestellnr. E50417-G1140-C343-A4. Устройства защиты от перегрузки по току с временной выдержкой используются, например, в сегментах распределительной сети в диапазоне низкого и среднего напряжения сети энергоснабжения, чтобы защищать электрооборудование (например, линии передачи) от неисправностей, например, коротких замыканий. Для этого устройство защиты от перегрузки по току с временной выдержкой регистрирует ток, протекающий в точке измерения в сети энергоснабжения, и сравнивает с пороговым значением тока, жестко установленным в устройстве защиты от перегрузки по току с временной выдержкой. Если устройство защиты от перегрузки по току с временной выдержкой распознает превышение порогового значения, то оно генерирует сигнал неисправности, который, например, вызывает генерацию команды срабатывания для силового переключателя, соединяющего контролируемый сетевой сегмент с источником, для размыкания его переключающих контактов, так что неисправность затем отделяется от остальной сети энергоснабжения. Пороговое значение тока определяется однократно из расчета сети, при котором с учетом известного уровня напряжения и источника напряжения, питающего контролируемый сетевой сегмент, определяется ток неисправности, протекающий в случае неисправности. Пороговое значение тока выбирается таким образом, чтобы ток неисправности, определенный из расчета сети, можно было надежно отличить от нормального тока нагрузки.
Принцип защиты устройства защиты от перегрузки по току с временной выдержкой был разработан изначально для классических сетей энергоснабжения, в которых поток нагрузки проходит в одном направлении, а именно, от нескольких централизованных генераторов энергии по участку передачи сети энергоснабжения до участков распределительной сети на уровне среднего и низкого напряжения. Последние разработки и либерализация рынков электроэнергии, однако, приводят к тому, что также на более низких сетевых уровнях, так, например, в распределительной сети на уровне среднего или низкого напряжения, децентрализованные генераторы энергии вводят электрическую энергию в сеть энергоснабжения. Такие децентрализованные генераторы энергии могут представлять собой, например, теплоэлектроцентрали, фотоэлектрические системы и ветроэнергетические установки.
Посредством децентрализованного энергоснабжения оказывается влияние на способ функционирования устройств защиты от перегрузки по току с временной выдержкой. Например, имеющиеся в сетевом сегменте с децентрализованным энергоснабжением неисправности вводятся не только через подводящую линию сетевого сегмента, но и через децентрализованные вводы энергии сами с током неисправности. Таким образом, ток, измеренный с помощью устройства защиты от перегрузки по току в подводящей линии сетевого сегмента в случае неисправности, спадает заметно меньше, чем при классическом одностороннем вводе энергии, так что неисправность не отключается или будет отключаться лишь с задержкой. Кроме того, в моменты времени очень высокого децентрализованного ввода энергии, поток энергии в сети энергоснабжения может реверсироваться, так что для устройства защиты от перегрузки по току с временной выдержкой затрудняется различение между внутренними, то есть лежащими на контролируемом сетевом сегменте, и внешними, то есть лежащими вне сетевого сегмента, неисправностями.
Поэтому в основе изобретения лежит задача усовершенствовать способ указанного выше типа, а также соответствующее устройство защиты и систему защиты в том отношении, чтобы даже при децентрализованном вводе энергии в контролируемый сетевой сегмент было возможно надежное и избирательное распознавание неисправностей.
Эта задача решается посредством способа вышеуказанного типа, при котором в сетевом сегменте системы энергоснабжения размещен по меньшей мере один генератор энергии, который в месте ввода вводит электрическую энергию в сетевой сегмент, регистрируется информация о токе, которая включает в себя указание о токе, текущем в данный момент к месту ввода, причем информация о токе передается к устройству защиты, и устройство защиты использует информацию о токе для распознавания неисправности.
В соответствующем изобретению способе, следовательно, предпочтительным образом информация о текущей ситуации ввода энергии, в частности, о токе, текущем в данный момент в месте ввода по меньшей мере одного генератора мощности, используется для того, чтобы устройству защиты предоставить обзор о преобладающих в сетевом сегменте условиях потока нагрузки. Таким образом, устройство защиты способно, при генерации сигнала неисправности, использовать переданную информацию и адаптировать к ней выполнение способа защиты. Тем самым контроль сетевого сегмента может осуществляться более надежно и более избирательно, так что, например, внутренние неисправности при высоком значении децентрализованно вводимой электроэнергии могут лучше распознаваться, и, кроме того, внутренние неисправности могут различаться от внешних неисправностей с большей надежностью.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего изобретению способа предусмотрено, что информация о токе, зарегистрированная в месте ввода, включает в себя измеренное значение вектора тока, которое указывает амплитуду и фазовый угол тока в месте ввода.
С такими измеренными значениями вектора тока можно особенно предпочтительным образом представлять ситуацию протекания тока, имеющую место в данный момент в сетевом сегменте.
В качестве альтернативы может быть предусмотрено, что информация о токе включает в себя измеренное значение мощности, зарегистрированное в месте ввода.
Часто генератором энергии и без того предоставляются измеренные значения мощности, которые указывают мощность, вводимую в данный момент генератором энергии в сеть, так что они предпочтительным образом могут передаваться к устройству защиты. Устройство защиты может на этой основе, при знании уровня напряжения, вычислить мгновенные измеренные значения тока.
Еще одна предпочтительная форма выполнения способа согласно изобретению предусматривает, что информация о токе генерируется устройством ввода энергии, которое выполнено так, чтобы выдаваемую по меньшей мере одним генератором энергии электрическую энергию вводить в сетевой сегмент сети энергоснабжения.
В этой форме выполнения информация о токе предоставляется, например, инвертором, который выполнен таким образом, чтобы электрическую энергию, предоставляемую от генератора энергии, например, фотоэлектрической или ветроэнергетической установки, вводить в сеть корректным образом по частоте и напряжению.
Но также может быть предусмотрено, что информация о токе генерируется с помощью устройства датчика, который выполнен с возможностью измерения тока и/или мощности в месте ввода энергии.
В этой форме выполнения, для генерирования информации о токе используются отдельные устройства датчиков, которые расположены в местах ввода энергии сетевого сегмента. В случае множества децентрализованных устройств ввода возможен также смешанный режим, то есть обеспечение информации о токе с помощью устройства ввода (инвертора) для некоторых генераторов энергии и обеспечение информации о токе посредством измерения отдельным устройством датчика для других генераторов энергии.
Еще одна предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению способа предусматривает, что устройство защиты при наличии сигнала неисправности выдает команду переключения на переключающее устройство, расположенное в подводящей линии сетевого сегмента, которая побуждает переключающее устройство прерывать протекание тока через подводящую линию.
Тем самым может обеспечиваться быстрое отключение компонента тока неисправности, протекающего через подводящую линию. Так как обычно также в средствах управления децентрализованных генераторов энергии встроены простые средства распознавания неисправности, с помощью этих средств отключается оставшаяся часть тока неисправности.
В соответствии с другой предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа предусмотрено, что в сетевом сегменте, в дополнение к по меньшей мере одному генератору энергии, предусмотрен по меньшей мере один дополнительный подобный генератор энергии, и информация о токе для места ввода по меньшей мере одного дополнительного генератора энергии оценивается на основе информации о токе упомянутого по меньшей мере одного генератора энергии.
В этой форме выполнения, также те генераторы энергии, которые сами не имеют возможностей для измерения или передачи информации о токе, могут быть включены в оценку безопасности устройства защиты. В некоторых подобных генераторах энергии (например, двух фотоэлектрических установках), которые размещены в том же сетевом сегменте и, таким образом, как правило, в относительной близости, при известной информации о токе одного генератора тока и заданных параметрах для обоих генераторов энергии (например, максимальное количество вводимой энергии, угол ориентации на солнце), текущая вводимая мощность от другого генератора энергии, который не предусмотрен для предоставления информации о токе, и, таким образом, его информация о токе могут быть оценены. Это объясняется тем, что такие подобные генераторы энергии, которые свою электрическую энергию получают из первичной энергии, имеющейся в окружающей среде сетевого сегмента (например, солнечного света, ветра), как правило, подвержены воздействиям сходных условий окружающей среды (например, солнечного излучения, силы ветра).
В соответствии с другой предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа предусмотрено, что информация о токе от устройства защиты используется для регулирования порогового значения тока, при этом при повышении электрической энергии, вводимой по меньшей мере одним генератором энергии в сетевой сегмент, применяется соответственно сниженное пороговое значение тока.
В этой форме выполнения, информация о токе преимущественно используется для того, чтобы пороговое значение тока, применяемое для оценки существования состояния неисправности в контролируемом сетевом сегменте, адаптировать в соответствии с ситуацией ввода энергии в сетевом сегменте. С увеличением вводимого тока в сетевом сегменте посредством децентрализованных генераторов энергии, существующая в сетевом сегменте неисправность также частично вводится за счет децентрализованно вводимых токов, так что протекающая через подводящую линию часть тока неисправности соответственно снижается и, тем самым, может лежать ниже порогового значения тока, первоначально установленного в устройстве защиты, так что оно либо не распознало бы неисправность, либо, ввиду соответствующей характеристики зависимости тока от времени, сработало бы с задержкой. Однако если устройство защиты, ввиду имеющейся информации о токе, снизит текущее пороговое значение тока, используемое для оценки состояния неисправности, то может выполняться надежный контроль неисправностей в зависимости от соответствующей ситуации ввода энергии в сетевой сегмент.
Предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению способа обеспечивает в этой связи то, что при превышении сниженного порогового значения тока устройство защиты генерирует сигнал неисправности.
Таким образом, сигнал неисправности сразу же генерируется при распознавании превышения сниженного порогового значения тока.
Альтернативно, для защиты от риска решения устройства защиты в отношении к возможной неисправности также может предусматриваться, что при превышении уменьшенного порогового значения тока, устройство защиты посылает к по меньшей мере одному генератору энергии сигнал выключения, который побуждает по меньшей мере один генератор энергии прерывать ввод электрической мощности в сетевой сегмент, и после прекращения ввода устройство защиты сравнивает ток, протекающий в подводящей линии сетевого сегмента, с первоначальным пороговым значением тока, и генерирует сигнал неисправности только при превышении первоначального порогового значения тока.
В этой форме выполнения уменьшенное пороговое значение тока используется только для того, чтобы определять указание на возможную имеющуюся в сетевом сегменте неисправность. Посредством последовательности отправленного сигнала выключения и по меньшей мере временного прерывания ввода энергии посредством по меньшей мере одного децентрализованного генератора временно восстанавливается классическая ситуация односторонне питаемого потока нагрузки. Если в таком случае в сетевом сегменте действительно имеется неисправность, то должен был бы только вводимый через подводящую линию и измеряемый устройством защиты ток неисправности соответственно увеличиться, так что устройство защиты может применять первоначальное значение порогового значения тока для того, чтобы проверять сетевой сегмент на наличие неисправности.
Еще одна предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению способа также предусматривает, что устройство защиты генерирует сигнал неисправности и в том случае, когда пороговое значение тока превышено, и из информации о токе по меньшей мере одного генератора энергии следует избыток введенной в сетевой сегмент электрической энергии.
В этой форме выполнения заметно повышается избирательность способа защиты, то есть способность различать внутреннюю неисправность от внешней неисправности, за счет использования информации о токе. Как правило, устройство защиты, контролирующее сетевой сегмент, не сработало бы в случае внешней неисправности. Однако, поскольку при высокой доле децентрализованного ввода энергии в сетевой сегмент может произойти инверсия протекания тока через подводящую линию, так что также внешняя неисправность может вводиться посредством всего введенного в сетевой сегмент тока, то и в таком случае устройством защиты генерируется сигнал неисправности, чтобы иметь возможность отключения доли тока неисправности, вводимой посредством децентрализованных генераторов энергии.
Чтобы еще точнее отличить внешнюю неисправность от внутренней, в соответствии с другой предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа предусмотрено, что устройство защиты также регистрирует напряжение, приложенное к подводящей линии сетевого сегмента, с генерацией измеренных значений напряжения и с использованием измеренных значений тока и измеренных значений напряжения генерирует сигнал направления, который указывает направление тока, протекающего в подводящей линии сетевого сегмента, и устройство защиты генерирует сигнал неисправности только тогда, когда и сигнал направления указывает ток, вытекающей из сетевого сегмента.
Посредством генерации сигнала направления путем добавления измеренных значений напряжения, вероятность распознавания внешних неисправностей может быть дополнительно улучшена. Алгоритмы для распознавания направления неисправностей на основе измеренных значений тока и напряжения известны специалисту в данной области техники и поэтому не будут обсуждаться здесь.
В этой связи, кроме того, в качестве предпочтительного рассматривается, когда с генерацией сигнала неисправности устройство защиты выдает команду включения на по меньшей мере один генератор энергии, которая побуждает по меньшей мере один генератор энергии продолжать его ввод электрической энергии в сетевой сегмент.
В этой форме выполнения можно предотвратить предпочтительным образом то, что имеющееся в устройстве управления децентрализованного генератора энергии устройство распознавания неисправности само прерывает ввод электрической энергии в сетевой сегмент, чтобы отключить внешнюю неисправность. А именно, поскольку устройство защиты уже путем генерации сигнала неисправности сделало возможным отключение подводящей линии и, таким образом, отделение внешней неисправности от сетевого сегмента, является выгодным, если все существующие в сетевом сегменте децентрализованные устройства ввода энергии продолжают свой ввод тока в сетевой сегмент, работающий теперь как изолированная сеть, так что по меньшей мере некоторые из имеющихся в сетевом сегменте нагрузок могут продолжать снабжаться электрической энергии через децентрализованные генераторы энергии.
Вышеуказанная задача также решается с помощью электрического устройства защиты с устройством регистрации измеренных значений для регистрации измеренных значений тока в месте измерения в подводящей линии сетевого сегмента электрической сети энергоснабжения и устройством управления, которое выполнено с возможностью сравнивать измеренные значения тока с пороговым значением тока и при превышении порогового значения тока генерировать сигнал неисправности.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что устройство защиты выполнено с возможностью выполнения способа по любому из пп. 1-12 формулы изобретения.
Указанная выше задача также решается системой защиты для распознавания неисправности в сетевом сегменте электрической сети энергоснабжения, в которой сетевой сегмент содержит по меньшей мере один генератор энергии, который выполнен с возможностью ввода электрической энергии в сетевой сегмент, и система защиты в подводящей линии сетевого сегмента содержит устройство защиты по пункту 13 формулы изобретения.
В отношении преимуществ соответствующего изобретению устройства защиты и соответствующей изобретению системы защиты можно сослаться на выводы, изложенные выше в отношении соответствующего изобретению способа.
Изобретение поясняется более подробно на примере выполнения. Для этого на чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - электрическая сеть энергоснабжения с сетевым сегментом, контролируемым посредством устройства защиты, согласно уровню техники;
Фиг. 2 - характеристика срабатывания устройства защиты согласно уровню техники;
Фиг. 3 - электрическая сеть энергоснабжения с сетевым сегментом, контролируемым устройством защиты, с децентрализованным вводом энергии; и
Фиг. 4 - характеристика срабатывания устройства защиты для контроля сетевого сегмента в соответствии с фиг. 3.
Фиг. 1 показывает часть сети 10 энергоснабжения в так называемом «представлении одной линии», то есть все фазы сети энергоснабжения упрощенно показаны как один провод. Описанный далее способ защиты обычно выполняется для каждой фазы. Сеть 10 энергоснабжения содержит сборную шину 11, которая, например, может находиться на уровне высокого напряжения участка передачи сети энергоснабжения. Через подводящую линию 12 сетевой сегмент 13 в форме отвода питается электрической энергией из сборной шины 11. Конкретно представленный сетевой сегмент 13 через расположенный в подводящей линии 12 трансформатор 14 подключен к сборной шине 11 и находится, например, на уровне среднего напряжения участка распределительной сети в сети 10 энергоснабжения. В сетевом сегменте 13 на уровне низкого напряжения расположено несколько потребителей 15 в качестве электрических нагрузок, которые связаны с помощью трансформаторов 16 распределительной сети с уровнем среднего напряжения.
Для контроля сетевого сегмента 13 предусмотрено устройство 17а защиты, которое расположено в подводящей линии 12 и служит для защиты всего сетевого сегмента 13 от возможной неисправности, например, короткого замыкания. С устройством 17а защиты соотнесено переключающее устройство 18а, например, силовой переключатель, который может выполнять отсоединение сетевого сегмента посредством размыкания его переключающих контактов.
Устройство 17а защиты представляет собой так называемое устройство защиты от перегрузки по току с временной выдержкой, как оно часто используется на уровне среднего или низкого напряжения сети энергоснабжения. Устройства защиты от перегрузки по току с временной выдержкой выполнены таким образом, чтобы на основе тока, протекающего на их соответствующем месте измерения, принимать решение о рабочем состоянии следующего участка сети, в частности, о возможном наличии неисправности.
В частности, например, ток, протекающий в месте 19а измерения, расположенном в подводящей линии 12, регистрируется, для каждой фазы, например, с помощью подходящего преобразователя тока и подается к устройству 17а защиты. Оно генерирует из аналогового сигнала тока для каждой фазы цифровые измеренные значения тока, указывающие мгновенный ток, и подает их на внутреннее для устройства управляющее устройство, которое выполняет алгоритм защиты от перегрузки по току с временной выдержкой.
В отличие от представления на фиг. 1, также можно зарегистрированный в месте 19а измерения аналоговый сигнал тока уже на стороне преобразователя оцифровывать и соответствующие измеренные значения тока подавать на устройство 17а защиты. Для дополнительной оценки защиты, однако, способ действий при этом не имеет значения.
Способ защиты от перегрузки по току с временной выдержкой, выполняемый устройством 17а защиты, поясняется далее со ссылкой на фиг. 2. С этой целью на фиг. 2 показана диаграмма, в которой пороговое значение тока представлено в виде характеристики 20 срабатывания, которая отделяет область 21 срабатывания от заштрихованной нормальной рабочей области 22. Диаграмма служит для представления пар значений «ток-время», которые анализируются в отношении их положения на диаграмме. Для этого на диаграмме на фиг. 2 нанесены пары значений из зарегистрированного устройством 17а защиты измеренного значения тока, указывающего мгновенный ток в подводящей линии, и длительности его ожидания. Форма характеристики 20 срабатывания в данном случае гарантирует, что при больших токах уже спустя короткое время распознается неисправность, меньшие токи, напротив, должны ожидать более длительное время, прежде чем они приведут к распознаванию неисправности. Токи ниже определенного порога считаются нормальными токами нагрузки и не приводят даже при более длительных временах ожидания к распознаванию неисправности.
Например, пусть к моменту времени t0=0 зарегистрировано первое мгновенное измеренное значение тока I1; соответствующая пара значений t0/I1 идентифицируется на фиг. 2 ссылочной позицией 23. Пара значений находится в нормальной рабочей области, так что устройство 17а защиты не распознает неисправность в контролируемом сетевом сегменте. По истечении периода времени t1, измеренное значение I1 все еще продолжается, соответствующая пара значений t1/I1 обозначена на фиг. 2 ссылочной позицией 24. Пара значений все еще находится в безопасном рабочем диапазоне, так что устройство 17а защиты не распознает неисправность в сетевом сегменте. Только по истечении периода времени t2, соответствующая обозначенная на фиг. 2 ссылочной позицией 25 пара значений t2/I1 превышает пороговое значение тока в форме характеристики 20 срабатывания, так что устройство защиты, ввиду длительного существования тока I1, распознает неисправность в сетевом сегменте и генерирует сигнал неисправности. Этот сигнал неисправности затем может быть использован, например, чтобы выдать команду срабатывания на переключающее устройство 18, чтобы побудить его к отсоединению сетевого сегмента 13 от остальной сети 10 энергоснабжения.
Пороговое значение тока, показанное на фиг. 2 в виде характеристики 20 срабатывания, для простоты объяснения формируется в виде ступенчатой характеристики. Обычно характеристики срабатывания, применяемые в устройствах защиты от перегрузки по току с временной выдержкой, предусматриваются значительно более сложными, например, в форме парабол. Однако точная форма характеристики срабатывания, используемой в качестве порогового значения тока, не принципиальна для способа функционирования описываемого далее изобретения, так что в данном случае для лучшего понимания можно исходить из ступенчатой характеристики.
Для того чтобы при неисправности в одной из ветвей сетевого сегмента 13 не всегда отключать весь сетевой сегмент, могут предусматриваться опциональные дополнительные устройства 17b-с защиты, которые служат для защиты соответствующих ветвей сетевого сегмента 13 от каких-либо неисправностей. Как уже пояснялось для устройства 17а защиты, также на устройства 17b-d защиты подаются измеренные значения тока, которые указывают ток, протекающий на местах 19b-d измерения. С применением способа защиты от перегрузки по току с временной выдержкой, сопоставимого с уже поясненным для устройства 17а защиты способом защиты, устройства 17b-d защиты принимают решение о наличии неисправности в их ветви сетевого сегмента 13. При распознавании неисправности, устройства 17b-d защиты могут через связанные с ними переключающие устройства 18b-d отсоединять затронутую неисправностью ветвь от сетевого сегмента 13. Если переключающие устройства 18b-d не предназначены для отключения тока неисправности, то также возможно, посредством переключающего устройства 18а всего сетевого сегмента 13 на короткое время отключить сетевой сегмент 13 и в течение созданного этим обесточенного состояния безопасно разомкнуть соответствующее переключающее устройство 18b-d. После этого, переключающее устройство 18а может быть замкнуто снова, так как неисправная ветвь сетевого сегмента теперь изолирована от остальной сети энергоснабжения.
Путем предоставления так называемого времени градации или соответствующим образом адаптированной характеристики срабатывания можно также гарантировать, что запуск соответствующего устройства 17b-d защиты ветви может быть выполнен, прежде чем сработало бы устройство 17а защиты, защищающее весь сетевой сегмент 13. Таким образом, можно в большинстве случаев избирательным образом отключать только ту ветвь сетевого сегмента, которая на самом деле затронута неисправностью.
Сеть 10 энергоснабжения, показанная на фиг. 1, представляет собой классическую сеть энергоснабжения, в которой ток протекает в одном направлении, а именно, от нескольких генераторов энергии большой мощности ввода через участок сети передачи к участкам распределительной сети на уровне среднего и низкого уровня напряжения. Соответственно, способ функционирования системы защиты разработан таким образом, что распознаваемый ток неисправности вводится только с одного направления. При расчете сети, перед вводом в эксплуатацию системы защиты, зная уровень напряжения и доступные источники энергии, можно рассчитать ток неисправности, протекающий в случае неисправности, так что на этой основе может определяться надлежащее пороговое значение тока или надлежащая характеристика срабатывания для устройства 17а защиты (и, если имеются, для устройств 17b-d защиты) и в ходе параметризации устройства может жестко устанавливаться в соответствующем устройстве.
В последнее время вследствие либерализации рынков электроэнергии и наличия меньших децентрализованно используемых генераторов энергии способ функционирования сетей энергоснабжения значительно изменился, в частности, больше нельзя исходить из единого направления тока.
Для этого, на фиг. 3 показан пример сети 30 энергоснабжения с сетевым сегментом 32, подключенным к подводящей линии 31. Структура сети 30 энергоснабжения, показанной на фиг. 3, соответствует по большей части структуре сети 10 энергоснабжения по фиг. 1, так что в данном случае остановимся в первую очередь на различии между сетями 10 и 30 энергоснабжения по фиг. 1 и 3. Так сеть 30 энергоснабжения также содержит расположенное в месте 33 измерения в подводящей линии 31 устройство 34а защиты, на которое подается измеренное значение тока, указывающее ток в подводящей линии 31. Кроме того, как на фиг. 1, могут обеспечиваться дополнительные устройства 34b-d защиты отдельных ветвей сетевого сегмента.
В отличие от представления согласно фиг. 1, в сетевом сегменте 32 на фиг. 2, наряду с обычными потребителями энергии, также имеются децентрализованные генераторы 36а-е энергии. При этом генераторы 36а-е энергии могут представлять собой в чистом виде генераторы энергии, такие как ветроэнергетические установки (генератор 36а энергии) или комбинированные генераторы энергии/потребители энергии, 36b-е (производители-потребители, так называемые "потрезводители"). Такое производители-потребители могут представлять собой, например, электрические транспортные средства на зарядных станциях (генератор 36d энергии), накопитель энергии которых может как потреблять, так и возвращать электрическую энергию, электрические аккумуляторы энергии (генератор 36е энергии), например, батареи, или здание с установленными фотоэлектрическими установками (генераторы 36b-с энергии), которые могут вводить избыточную электрическую энергию в сетевой сегмент 32. Из-за относительно высокой доли децентрализовано вводимой электрической энергии, в сети 30 энергоснабжения больше нет единого направления протекания тока; оно зависит от количества децентрализованно вводимой энергии.
Для устройства 34а защиты могут, таким образом, возникать, в частности, два дополнительных сценария, которые при обычном способе функционирования устройства 34а защиты могут привести к неправильным решениям относительно наличия неисправности в сетевом сегменте 32. С одной стороны, при наличии децентрализованного ввода энергии, неисправность, имеющаяся в сетевом сегменте 32, теперь питается не исключительно через подводящую линию 31, но и через отдельные децентрализованные вводы. Таким образом, устройство 34а защиты в случае неисправности распознает более низкий ток неисправности, потому что он только частично протекает через подводящую линию 31, и не сформировало бы или сформировало бы только с задержкой в соответствии с заранее установленной характеристикой срабатывания сигнал неисправности, который побуждает срабатывание переключающего устройства 37. С другой стороны, при высоком вводе энергии посредством децентрализованных генераторов 36а-е энергии, протекание тока в подводящей линии 31 может быть реверсировано, так что устройство защиты, учитывающее только высоту тока неисправности, но не его направление, не смогло бы различить внутреннюю неисправность, то есть существующую в сетевом сегменте, от внешней неисправности, имеющей место, например, на сборной шине.
Поэтому, чтобы повысить надежность и избирательность принятия решения устройством 34а защиты о неисправности, на него с помощью соединений 38 связи (беспроводных или проводных) подается информация о токе относительно тока, протекающего в данный момент в соответствующих местах ввода, в которых децентрализованные генераторы 36а-е энергии вводят электрическую энергию в сетевой сегмент. Информация о токе может, например, включать измеренное значение вектора тока, который задает протекающий в данный момент в месте ввода ток относительно его амплитуды и его фазового угла. Но информация о токе может также содержать другие параметры, которые позволяют устройству 34а защиты вычислять на этой основе ток, протекающий в данный момент в месте ввода; например, информация о токе может содержать мощность, вводимую в данный момент в месте ввода, из которой устройство 34а защиты при известном напряжении может определить мгновенный ток в месте ввода.
Информация о токе может быть предоставлена непосредственно от устройств 39 ввода, таких как инверторы, которые выполнены таким образом, чтобы децентрализованно выработанный ток вводить в сетевой сегмент 32 с корректной частотой и напряжением. Такие устройства 39 ввода зачастую и так определяют мгновенную вводимую электрическую мощность, так что они могут это значение как информацию о токе непосредственно передавать на устройство 34а защиты.
Кроме того, информация о токе может также предоставляться устройствами датчиков, например, векторными измерительными приборами, которые определяют ток в соответствующем месте ввода энергии. Этот вариант особенно подходит там, где нет устройства 39 ввода энергии или оно не предназначено для предоставления или передачи информации о токе.
Способ функционирования устройства 34а защиты улучшается с увеличением точности информации, касающейся децентрализованного ввода энергии в сетевой сегмент 32, поэтому необходимо по возможности для каждого децентрализованного генератора 36а-е энергии предоставлять информацию о токе. При этом информация о токе для генератора энергии может, при обстоятельствах, также оцениваться, если либо нет возможности для предоставления или передачи информации о токе или по экономическим причинам нежелательно повсеместное оснащение отдельными устройствами датчиков. При знании системных параметров генератора энергии, для расположенных по соседству аналогичных генераторов энергии, системные параметры которых также известны, информация о токе может оцениваться из имеющейся информации о токе первого генератора энергии. Это особенно верно, когда два аналогичных генератора энергии получают свою электрическую энергию из предоставленной в их окружении первичной энергии (например, ветра, солнечного света). Это можно более подробно пояснить на примере. Пусть генератором 36с энергии является здание с установленной фотоэлектрической установкой. Информация о токе не предоставляется генератором энергии (или управляющим им устройством управления) и не может быть передана к устройству 34а защиты. В том же сетевом сегменте 32 и, тем самым, смежно с генератором 34а энергии, находится другой подобный генератор 36b энергии, который также является зданием с установленной фотоэлектрической системой. Для этого генератора 36b энергии имеется информация о токе, и она передается к устройству 34а защиты. При знании системных параметров этого генератора энергии (например, максимальной вводимой электрической мощности, кпд, угла ориентации на солнце) можно на основе системных параметров другого генератора 36с энергии и имеющейся информации о токе генератора 36b энергии приближенно сделать вывод о первичной энергии, предоставляемой генератору 36с энергии (излученный солнечный свет), из которой, в свою очередь, для генератора 36с энергии может быть оценена подходящая информация о токе. При этом оценка может быть осуществлена либо устройством 34а защиты, либо устройством 39 ввода энергии генератора 36b энергии, либо отдельным устройством.
Устройство 34а защиты использует переданную или оцененную информацию о токе для повышения надежности и избирательности своих решений относительно состояния неисправности сетевого сегмента 32. С одной стороны, устройство 34а защиты может использовать информацию о токе для того, чтобы динамически регулировать пороговое значение тока в соответствии с текущей ситуацией ввода. Чем выше доля введенной в сетевой сегмент 32 электрической энергии по сравнению с вводимой через подводящую линию 31 электрической энергией, тем выше также доля тока неисправности, который вводится от генераторов 36а-е энергии, в случае неисправности, возникшей в сетевом сегменте 32. В такой же мере уменьшается протекающая в подводящей линии 31 доля тока неисправности, так что при применении первоначально установленного порога тока не произошло бы или произошло только с задержкой формирование сигнала неисправности посредством устройства 34а защиты. Поэтому при знании информации о токе от устройства 34а защиты пороговое значение тока, используемое для оценки состояния неисправности сетевого сегмента, динамически регулируется. Это будет описано более подробно со ссылкой на фиг. 4. Фиг. 4 показывает в соответствующем представлении, как пояснено со ссылкой на фиг. 2, диаграмму зависимости тока от времени, на которой, с одной стороны, показано известное из фиг. 2 пороговое значение тока в форме характеристики 20 срабатывания, первоначально установленной в устройстве 34а защиты. Для того чтобы пороговое значение тока адаптировать к фактической ситуации ввода энергии в сетевом сегменте 32, устройство 34а защиты снижает пороговое значение тока в соответствии с высотой децентрализованно вводимого тока, указанного посредством информации о токе. Пример такого уменьшения порогового значения тока показан на фиг. 4 как дополнительная характеристика 45 срабатывания. Посредством динамического уменьшения применяемого порогового значения тока, адаптированного в децентрализованному вводу энергии, может быть достигнуто, например, то, что пара значений t1/I1, которая при применении первоначального порогового значения тока еще находится в пределах нормального рабочего диапазона, и, следовательно, не привела бы к формированию сигнала неисправности, теперь с учетом адаптированного порогового значения тока находится в диапазоне срабатывания. Таким образом, сниженная доля тока неисправности, протекающая в подводящей линии 31, может компенсироваться соответствующим снижением порогового значения тока, применяемого для его оценки.
Устройство 34а защиты может при распознавании превышения сниженного порогового значения тока, например, непосредственно генерировать сигнал неисправности, который может применяться для генерирования команды срабатывания для переключающего устройства 37, чтобы отключать по меньшей мере долю тока, протекающего через подводящую линию 31. Остальные доли тока неисправности должны были бы отключаться непосредственно затронутыми генераторами 36а-е энергии; для этого управляющие устройства генераторов 36а-е энергии, как правило, имеют простые средства защиты.
Альтернативно этому, при превышении сниженного порогового значения, устройство 34а защиты может сначала сформировать сигналы отключения, которые передаются на децентрализованные генераторы 36а-е энергии и побуждают их прервать (по меньшей мере, временно) их ввод энергии. Таким образом, восстанавливается классическая ситуация сетевого сегмента 32, питаемого только посредством подводящей линии 31, так что полный ток неисправности в текущий момент протекает через подводящую линию 31, и устройство 34а защиты может снова применить первоначальное пороговое значение тока, например, в форме характеристики 20 срабатывания, для оценки ситуации неисправности. Например, ситуация после отключения децентрализованных генераторов 36а-е энергии показана на фиг. 4 посредством пары значений t1/I2, обозначенной ссылочной позицией 47. При отключении децентрализованных генераторов 36а-е энергии, доля тока неисправности, протекающего через подводящую линию 31, скачкообразно возрастает, так что результирующая пара значений теперь и при применении первоначального порогового значения тока (характеристика 20 срабатывания) находится в диапазоне срабатывания. Устройство 34а защиты формирует затем сигнал неисправности, который можно использовать для запуска переключающего устройства 37.
Другая возможность улучшения способа функционирования устройства 34а защиты путем добавления информации о токе отдельных генераторов 36а-е энергии состоит в том, чтобы распознавать направление протекания тока в подводящей линии 31 на основе величины электрической энергии, вводимой децентрализованными генераторами 36а-е энергии. Если вводимая электрическая энергия по сравнению с предоставляемой остальной сетью 30 энергоснабжения энергией и потреблением энергии в сетевом сегменте превышает определенное значение, то направление протекания тока в подводящей линии 31 может реверсироваться, и ток может вытекать из сетевого сегмента 32. Так как устройство 34а защиты сначала рассматривает только высоту тока, протекающего в подводящей линии 31, по сравнению с пороговым значением тока, следовательно, только из этого сравнения невозможно сделать вывод о наличии внутренней или внешней неисправности. При добавлении информации о токе и вывода направления протекания тока в подводящей линии 31 можно, напротив, определить это.
Как правило, устройство защиты от перегрузки по току с временной выдержкой служит для того, чтобы отключать только внутренние неисправности. В сетях энергоснабжения с высоким децентрализованным вводом энергии, однако, также вводятся внешние неисправности из-за генераторов 36а-е энергии в сетевом сегменте, так что и в таком случае должно осуществляться формирование сигнала неисправности и отключение - в обратном направлении - тока, протекающего через подводящую линию 31. Поэтому устройство 34а защиты формирует сигнал неисправности и в том случае, когда пороговое значение тока превышено, и указанная информацией о токе высота вводимой в сетевой сегмент 32 электрической энергии позволяет ожидать реверсирования протекания тока в подводящей линии 31. При необходимости, и в таком случае должно применяться пороговое значение тока, адаптированное к информации о токе, чтобы учитывать высоту доли тока неисправности, протекающей в подводящей линии 31, питающей внешнюю неисправность.
Для того чтобы определить направление тока в питающей линии 31 более точно, может предусматриваться дополнительная регистрация измеренных значений напряжения (на фиг. 3 указано пунктиром) в месте 33 измерения, которые указывают напряжение, приложенное к подводящей линии 31, и также предоставляются устройству 34а защиты. На основе и так уже имеющихся измеренных значений тока и дополнительных измеренных значений напряжения может определяться направление протекания тока. В этом случае сигнал неисправности дополнительно формируется только тогда, когда определенное таким образом направление тока указывает на ток, вытекающий из сетевого сегмента 32.
Кроме того, устройство 34а защиты, при генерации сигнала неисправности для отключения внешней неисправности, также может выдать команду включения на децентрализованные генераторы энергии 36а-е, которая побуждает их продолжать свой ввод энергии, а именно, также при запуске некоторого средства защиты, встроенного в средство управления соответствующего генератора 36а-е энергии. Тем самым должно предотвращаться то, что при наличии внешней неисправности генераторы энергии прерывают свой ввод энергии. Так как доля тока неисправности, вводимая посредством децентрализованных генераторов 36а-е тока, уже посредством устройства 34а защиты путем срабатывания переключающего устройства 37 в подводящей линии прерывается, генераторам 36а-е энергии не нужно самим обеспечивать прерывание. Тем самым гарантируется поддержка электроснабжения для потребителей 35 энергии, имеющихся в сетевом сегменте 32, работающем как изолированная сеть.