Kurzschlussunterbrechungsprinzip (SLF) im Netz durch Schaltgeräte
Hochfrequente Transiente Wiederherstellungs-Spannung (TRV) in Stromleitungen
Wenn ein Fehler in einer Stromleitung in einem Abstand von 100 Metern bis mehreren Kilometern auftritt, ist ein Schaltgerät (CB) erforderlich, um den Kurzschlussfehler (SLF) zu beseitigen. Der Prozess des Fehlers beseitigen durch das Schaltgerät kann zur Erzeugung einer Transienten Wiederherstellungs-Spannung (TRV) mit einer steilen Steigerungsrate führen, die oft einer Sägezahnform ähnelt. Dieses Phänomen wird durch Hochfrequenzoszillationen verursacht, die durch wandernde Wellen entstehen, die entlang der Leitung propagieren und zwischen dem Anschluss des Schaltgeräts und dem Fehlerpunkt reflektiert werden.
Wichtige Phänomene während der Störungsunterbrechung
Hochfrequenzoszillationen und Sägezahnform:
Wenn das Schaltgerät den Fehlerstrom unter SLF-Bedingungen unterbricht, entstehen Hochfrequenzoszillationen aufgrund der schnellen Änderungen von Strom und Spannung. Diese Oszillationen führen zu einer TRV mit einer steilen Steigerungsrate, die als Sägezahn- oder Dreiecksform dargestellt werden kann.
Die Sägezahngestalt wird durch die wandernden Wellen verursacht, die entlang der Stromleitung propagieren und zwischen dem Anschluss des Schaltgeräts und dem Fehlerort reflektiert werden. Jede Reflexion trägt zur oszillatorischen Verhaltensweise der TRV bei, was zu mehreren Spitzen und Tälern im Spannungsverlauf führt.
Oszillationen auf der Quellseite:
Auf der Quellseite des Schaltgeräts (der Seite, die an das Energieversorgungssystem angeschlossen ist), kehrt die Spannung am Anschluss des Schaltgeräts auf das Systemspannungsniveau zurück, das normalerweise die Spannung am Transformatoranschluss ist. Dieser Übergang verursacht eine Oszillation mit Netzfrequenz (z.B. 50 Hz oder 60 Hz) im Quellkreis.
Die Netzfrequenzoszillation ist auf die plötzliche Änderung der Schaltungskonfiguration beim Beseitigen des Fehlers zurückzuführen, was eine transiente Reaktion im System verursacht. Diese Oszillation nimmt allmählich ab, während sich das System stabilisiert.
Oszillationen auf der Leitungseite:
Auf der Leitungseite des Schaltgeräts (der Seite, die an die Stromleitung angeschlossen ist), fällt die Spannung am Anschluss des Schaltgeräts nach dem Unterbrechen des Fehlers nahezu auf Nullpotential. Dieser Abfall erzeugt eine weitere Oszillation, diesmal jedoch mit einer Sägezahn- (Dreiecks-)Form aufgrund der wandernden und reflektierenden Wellen entlang der Leitung.
Der Leitungskreis kann als ein Verteiltparameterkreis mit geringer Dämpfung angenähert werden. Die Reflexionen zwischen dem Anschluss des Schaltgeräts und dem Fehlerort lassen die Spannung oszillieren und erzeugen die Sägezahnform. Die Frequenz dieser Oszillationen ist viel höher als die Netzfrequenz und wird durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen und den Abstand zwischen dem Schaltgerät und dem Fehler beeinflusst.
Näherung des Leitungskreises
Der Leitungskreis kann als ein schwach gedämpfter Kreis mit verteilten Parametern, wie Widerstand, Induktivität und Kapazität pro Längeneinheit, modelliert werden. Dieses Modell hilft, das Verhalten der wandernden Wellen und ihrer Reflexionen zu verstehen. Die wesentlichen Merkmale dieses Modells sind:
Ausbreitungsverzögerung: Die Zeit, die eine Welle benötigt, um vom Anschluss des Schaltgeräts zum Fehlerpunkt und zurück zu reisen.
Reflexionskoeffizient: Das Verhältnis der Amplitude der reflektierten Welle zur Amplitude der einfallenden Welle, das von der Impedanzunstimmigkeit zwischen der Leitung und dem Fehler abhängt.
Dämpfung: Die Reduktion der Wellenamplitude, während sie entlang der Leitung reist, die durch den Widerstand und die Leitfähigkeit der Leitung beeinflusst wird.
TRV-Verläufe an den Anschlüssen des Schaltgeräts und auf der Leitungseite
Die beobachteten TRV-Verläufe an den Anschlüssen des Schaltgeräts und auf der Leitungseite können wie folgt zusammengefasst werden:
Quellseite (Anschluss des Schaltgeräts):
Die Spannung kehrt auf das Systemspannungsniveau zurück, was zu einer Netzfrequenzoszillation führt.
Die Oszillation ist vergleichsweise langsam im Vergleich zu den Hochfrequenzoszillationen auf der Leitungseite.
Leitungseite (Anschluss des Schaltgeräts):
Die Spannung fällt nahezu auf Nullpotential, was zu einem hochfrequenten Sägezahn- (Dreiecks-)Verlauf führt.
Die Sägezahngestalt ist auf die schnellen Spannungsänderungen durch die wandernden und reflektierenden Wellen entlang der Leitung zurückzuführen.
Visuelle Darstellung der TRV-Verläufe
Eine typische Abbildung, die die TRV-Verläufe an den Anschlüssen des Schaltgeräts und auf der Leitungseite zeigt, würde veranschaulichen:
TRV auf der Quellseite: Ein Verlauf mit einer allmählichen Steigerung auf die Systemspannung, gefolgt von einer Netzfrequenzoszillation.
TRV auf der Leitungseite: Ein Verlauf mit einem scharfen Abfall nahe null, gefolgt von einer Reihe von hochfrequenten Spitzen und Tälern, die eine Sägezahn- oder Dreiecksform bilden.
