Utfört examensarbete undersöker vinkelfelet i mätkretsen för riktade jordfelsskydd och hur det påverkar dess felbortkoppling. Uppkomna vinkelfel i mätkretsen kan påverka det riktade jordfelsskyddet så att verklig felström och uppmätt felström inte stämmer överens, vilket kan leda till uteblivna eller obefogade felbortkopplingar. Vattenfall ställer krav på att vinkelfelet får uppgå till max ±2 grader för mätkretsen. Eftersom vinkelfelet i många fall har en hög påverkan på jordfelsskyddets noggrannhet undersöks vad Vattenfalls vinkelkrav egentligen innebär. Största orsaken till vinkelfelet uppstår oftast i strömtransformatorn och därför undersöks hur mycket två strömtransformatorer med olika klassificeringar som är vanliga i elnätet påverkar vinkelfelet i mätkretsen. Jordfel är det vanligast uppkomna felet i mellanspänningsnät och dess storlek beror till stor del på hur mycket kapacitivt bidrag som finns på linjerna samt värdet på nollpunktsresistorn. Det kapacitiva bidraget från linjen kompenseras centralt i fördelningsstationen och ibland lokalt ute på ledningen. Den högst tillåtna centralt kompenserade delen av en linje får vara 30 A, vid reservdrift av en linje kan denna del uppgå till 60 A. Vinkelfelet har en högre påverkan vid stora kapacitiva bidrag och vid låga värden på nollpunktsresistorn. I många fall sitter det flera riktade jordfelsskydd på samma linje där selektivitet alltid eftersträvas. Vinkelfelet kan ha en negativ påverkan på denna selektivitet. Genom beräkningar, simuleringar och provningar har ett antal slutsatser dragits. Vattenfalls vinkelkrav ger en otydlig bild angående tillåten påverkan på jordfelsskyddet. Med rätt val av strömtransformator påvisas att det troligtvis är möjligt att skärpa vinkelkravet. För att minska vinkelfelets påverkan kan den högst tillåtna centralt kompenserade delen minskas och/eller öka värdet på nollpunktsresistorn. En beloppsselektivitet på 1000 Ω kan inte alltid tillämpas då vissa fall kräver en beloppsselektivitet på 2000 Ω. Genom att sätta nollpunktsspänningen som utlösningsvillkor och nollpunktsströmmen som frigivningsvillkor kan enligt studien troligen ett noggrannare jordfelsskydd uppnås. / This bachelor's thesis examines the angular error in the measurement circuit for directional earth-fault protection and how this error affects the fault disconnection. Angular errors in the measurement circuit can affect the directional earth-fault protection in such a way that the real fault current and the measured fault current do not match. This can lead to missed or unwarranted fault disconnections. Vattenfall has a requirement which states that the angular error must not exceed ±2 degrees for the measurement circuit. Since the angular error in many cases has a high impact on the earth-fault accuracy, an investigation concerning what Vattenfalls angle requirement really means. The main cause of the angular error usually occurs in the current transformers and therefore two commonly used current transformers in the grid with different classifications and their impact on the angular error in the measurement circuit are examined. Ground fault is the most common fault which occurs in a distribution network, its size depends largely on the amount of capacitive current which the grid contributes with as well as the size of the neutral grounding resistor. The capacitive contribution of the grid compensates centrally in the distribution station and sometimes locally on the line. The maximum permitted centrally compensated part of a line is limited to 30 A, this central part can go up to 60 A in case the line needs to be fed from a second distribution station. The angular error has a higher impact if the capacitive contribution is high and for low values of the neutral grounding resistor. In many cases more than one earth-fault protection are found on the same line, in these cases selectivity is always pursued. The angular error may have a negative effect on the selectivity. By calculations, simulations and tests a number of conclusions can be drawn. Vattenfalls angle requirement gives an unclear picture concerning the permitted impact on the earthfault protection. Moreover selecting the correct current transformer demonstrates that the angular requirement can probably be sharpened. To reduce the influence of the angular error the maximum permitted centrally compensated part be reduced and/or the value of the neutral grounding resistor can be increased. A selectivity of 1000 Ω can not always be applied since certain cases require a selectivity of 2000 Ω. By setting the zero sequence voltage as the trigger condition and the zero sequence current as the realese condition, according to this study it may be possible to achieve a more accurate earth-fault protection.

The theoretical findings about methods of earth faults indication are elaborated in this thesis into form, which is applicable to design contactless indicator of failure states on MV lines. This design contains electromagnetic field sensors, evaluation device and software support. The higher effectiveness of clearing of fault and better health and asset protection is supposed by using of these indicators.

Bei Erdschlüssen in Mittelspannungsnetzen mit Resonanz-Sternpunkterdung wird der einpolige Fehlerstrom, genannt Erdschluss-Reststrom, oft von den Oberschwingungsanteilen dominiert. Dadurch wird in manchen Netzen die betrieblich festgelegte Obergrenze für den Erdschluss-Reststrom, auf deren Grundlage die Erdungsanlagen ausgelegt wurden, überschritten. Für eine Bewertung hinsichtlich des Personenschutz muss geprüft werden, ob dies eine Überschreitung der zulässigen Berührungsspannung nach DIN EN 50522 zur Folge hat. Dazu wird die erdpotenzialanhebende Wirkung der Harmonischen im Erdschluss-Reststrom für repräsentative Anordnungen untersucht. Dies wird mittels eines Modells realisiert und durch Messergebnisse verifiziert. Hierbei werden jeweils Aussagen zur charakteristischen Stromverteilung im Erdungssystem, den wirksamen Erdungsimpedanzen sowie zur resultierenden Erdungsspannung getroffen. Wesentliche Einflussfaktoren werden benannt und eine vom Fehlerort abhängige Risikobewertung durchgeführt. Im Ergebnis kann eine Vielzahl potenzieller Fehlerorte als grundsätzlich unkritisch eingestuft und somit umfangreiche Untersuchungen sowie Fehlinvestitionen vermieden werden.

Darbe atliktas relinės apsaugos nuo įžemėjimo atrankamo tyrimas, išnagrinėti neutralės įžeminimo režimai ir jų įtaka įžemėjimo atrankumui. Išanalizuotas apsaugų skirstymas pagal kontroliuojamą elementą. Atlikta Akcinės bendrovės „VST“ Šiaulių regione naudojamų relinės apsaugos įrenginių analizė ir funkcijų palyginimas. Ištirtos keturių tipų neteisingos relinės apsaugos nuo įžemėjimo suveiktys. Nustačius, kad įžemėjimo pažaidos metu nulinės sekos srovėje atsiranda aukštesnės eilės harmonikų atliktas bandymas, kurio metu išanalizuotas aukštesnių dažnių įtaka nulinės sekos transformatorių paklaidoms. Nustatyti dėsningumai susiję tarp dažnio ir paklaidos. Tyrimo metu išaiškintos priežastys lemiančios atrankumą įžemėjimo pažaidos metu. / The selectivity research of link protection of grounding has been done and the grounding modes of neutrality and their influence to grounding selectivity have been analyzed. Moreover, the distribution of protection under a controlling element has been studied. The research of the equipment of link protection used in the Stock Company “VST” Šiauliai region has been implemented and compared its functions. There have also been analyzed four types of effect due to wrong link protection of grounding. It was estimated that during the period of disturbance of grounding a higher line of harmonic appears in the current of null string. The experiment was implemented which estimated bias of transformers of null string by the influence of higher rates. Regularity related between rates and bias has been estimated. In addition the research explained the reasons which determines selectivity during the period of the grounding disturbance.

This thesis gives an overview on the fault of high-voltage cable transmission lines in the distribution system of the E.ON company. The first part of this thesis introduces reader to the topic of cable transmission lines, types of commonly used cables and the most commonly occurring faults. In the second part of this thesis, the methods of locating faults in cable transmission lines by professional personnel are explained. The third part deals with the analysis of a group of chosen occurred faults. The final part focuses on the statistics of fault occurrence on South Moravian region from 1.1.2017 until 1.1.2019.

Der Erdschluss zählt in Freileitungsnetzen schon immer zu den am häufigsten auftretenden Fehlern. Für einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Netze ist es daher von hoher Bedeutung, dass diese Fehler keine Kundenabschaltungen hervorrufen. Im Idealfall verlöschen die entstehenden Erdschlusslichtbögen von selbst. Um dies zu erreichen, wird in den meisten Verteilnetzen in Deutschland eine Erdschlussspule eingesetzt. Die Erdschlussspule bildet mit den Leiter-Erde-Kapazitäten des Netzes einen Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz ungefähr 50 Hz beträgt. Die Erdfehlerschleife ist dadurch bei 50 Hz sehr hochohmig und die Höhe des Fehler-stroms (der Erdschlussreststrom) wird stark reduziert. Der Einfluss der Erdschlussspule selbst auf die Oberschwingungsanteile des Erdschlussreststroms ist vernachlässigbar. Daher tritt bei Erd-schlussversuchen immer wieder der Effekt auf, dass ein sehr hoher Effektivwert des Erdschluss-reststroms gemessen wird, obwohl die Erdschlussspule sehr gut auf die Netzkapazität abgestimmt ist. In diesen Fällen ist dann in der Regel der Anteil der Oberschwingungen im Erdschlussreststrom die effektivwertbestimmende Größe. Daher wurde in den vergangenen Jahren nach Möglichkeiten gesucht, den Oberschwingungsanteil im Erdschlussreststrom zu unterdrücken. Bei der Unterdrü-ckung der Oberschwingungsanteile kommen im Wesentlichen leistungselektronische Filtereinheiten zum Einsatz. Die meisten dieser Einrichtungen haben das Versuchsstadium jedoch nicht über-wunden. Ein Grund dafür besteht in der hohen Komplexität der benötigten Anlagen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht deshalb darin, zu untersuchen, ob rein passive Schaltungen, beste-hend aus Reihen- und Parallelschwingkreisen, geeignet sind, um mit geringem Aufwand die domi-nanten Oberschwingungsanteile im Erdschlussreststrom ausreichend zu reduzieren. Diese Schal-tungen werden in der vorliegenden Arbeit Kompensationsnetzwerke genannt. Auch soll gezeigt werden, ob bei variabler Netzgröße eine Anpassung der einzelnen Schaltungselemente notwendig ist. In dieser Arbeit wird als Ursache für hohe Oberschwingungsanteile im Erdschlussreststrom eine niedrige Impedanz der Erdschlussfehlerschleife, für die entsprechenden Frequenzen, identifiziert. Davon ausgehend werden verschiedene Kompensationsnetzwerke analysiert und bewertet, ob sie in der Lage sind die Impedanz der Fehlerschleife ausreichend zu erhöhen, sodass der Erdschluss-reststrom hinreichend reduziert wird. Zudem wird betrachtet, ob eine Anpassung der Netzwerkele-mente bei variabler Netzgröße notwendig ist. Daran anschließend werden Konzepte vorgestellt, wie eine solche Anpassung erfolgen könnte.

Master thesis Testing of Directional Earth Fault Protections Using the Experimentally Obtained Fault Records deals with the protective functions of earth fault protections during earth faults in compensated medium voltage distribution network and their testing options. At the beginning of the thesis we charakterize operation of medium voltage distribution system in general. We begin with definition and characteristics of earth fault and its compartmentalization by the type of the fault, size of the transition resistance and duration. We also mention grounding methods of node winding transformer on medium voltage distribution network and we describe the most common of them in detail, i.e. network grouded through the arc suppression coil and its operation with automatic switching auxiliary resistor. In this part of the thesis we discuss the localization of the earth fault using passive static methods in compensated systems, which include wattmetric, admittance and conductance method. In next section we deal with the fault records stored in COMTRADE file format, its structure and all elements of its configuration and data file. We create and describe an example of converting ADF file format, recorded by Yokogawa oscilloscope fault recorder, into COMTRADE file format using Microsoft Excel program and M-File created in the MATLAB program. In the practical part we introduce workspace devices and software, which includes secondary testing equipment OMICRON CMC 256plus and its software OMICRON Test Universe with Advance Transplay test module, we further describe multifunctional earth fault protection RYo from PROTECTION & CONSULTING, s. r. o. and machine terminal REM 543 from ABB and their protective functions. The last part describes the actual testing of parallel connected earth fault protection with COMTRADE fault records by Advance Transplay test module in the OMICRON Test Universe. In the conclusion we describe evaluation of the suitability of each protective functions of earth fault protection in a variety of sizes the transition resistance at the earth fault location.

Nu för tiden kablifieras nätet, vilket innebär att allt fler luftledningar ersätts med markkabel, en följd av stormar som åstadkommit stora och långa avbrott i nätet. Egenskaperna i elnätet förändras på grund av kablifieringen och beräkningarna för reläskyddsinställningarna för de riktade jordströmsskyddet som görs idag behöver därför ses över om de fortfarande kan utföras på samma sätt som tidigare. Detta för att säkerställa korrekt och selektiv felbortkoppling i händelse av fel. I föreliggande rapport förklaras i förenklade drag hur resistiva nollföljdsströmmar rör sig i nätet och hur de mäts in av jordfelsskydd. Ett fiktivt 22 kV nät har studerats och jordfel på två olika ledningar i detta nät analyseras och diskuteras. Beräkningar görs med olika storlekar på nollpunktsmotstånd samt olika höga resistiva nollföljdsbidrag från ledningarna vilket ger olika resistiva nollföljdsströmmar i nätet. Detta görs i både normaldrift och i reservdrift för att kunna studera vilka skillnader som faktiskt kan uppkomma. Diskussion sker om vad som hänt om hänsyn tagits till snedavstämning, obalans, vinkelfel och mätfel, vilket beräkningarna i detta arbete inte gör. Slutsatsen som dras av den utförda studien är att det är svårt att ställa in riktade jordströmsskydd samt nollpunktsspänningsskydd för att kunna säkerställa korrekt bortkoppling vid både normal- och reservdrift. Detta på grund av de olika resistiva nollföljdsströmmarna som uppkommer i nätet. / Today more and more overhead lines are replaced by underground cables as a result of storms which have caused major interruptions in the power grid. Because of the cabling, the characteristics of the power grid change and the calculations for the relay protection settings that are made today need to be reviewed if they still can be performed in the same way as before. This to ensure correct and selective fault disconnection. This report, in a simplified way, explains how resistive zero-sequence currents flow in the grid and how they are measured by earth fault protection. A fictitious 22 kV grid has been studied and earth faults on two different cables in the grid are analyzed and discussed. Calculations are made with different sizes of the zero-point resistance resulting in different resistive zero-sequence currents in the grid. This is done both in normal operation and reserve power operation to be able to study differences that can occur. Discussions are made regarding misalignment, imbalance, angle error and measurement error, which have not been included in this work. The conclusion from the study performed is that it is difficult to parameterize a directional earth fault protection and a zero-point voltage protection correctly to be able to secure a correct disconnection in both normal and backup operation. This is because of the various resistive zero-sequence currents that arise in the grid.

The thesis deals with the proposal, implementation and evaluation of test for fault condition indicators. Thesis focusing on earth fault indicators based on admittance principles. These indicators must be able to evaluate earth faults in compensated, compensated with auxiliary resistor, unearthed and high-resistance earthed networks. The proposed tests verify the current and voltage measurement errors in inputs including monitored characteristic variables such as conductance and susceptance. The proposed test are applied to a selected ample of the fault indicator. As part of the tests, the indicator is subjected to secondary test using the Omicron CMC256plus tester as well as test on fault records that have been converted to COMTRADE for this purpose. The last series of tests carried out uses the physical model of the medium voltage system, where the tested equipment is subjected to fault states in the compensated whit auxiliary resistor system and isolated system. Furthermore, part of the thesis is research of new methods of earth fault detection, including their principles and function description. Also included in the thesis is an overview of manufacturers of indicators, or protection, who are involved in the production of earth fault protection.

The thesis deals with wattmetric and conductance principle of faulted feeder detection in medium voltage compensated distribution networks. These principles are analysed and tested with particular emphasis on high impedance earth faults. The first part of testing utilizes data about state of the system with earth fault, which was determined by designed static model of earth fault. The testing in the second part utilizes real records of high impedance earth faults. In both parts the wattmetric and conductance protections was presented on protective relays ABB REF 615, ABB REM 543 and Protection&Consulting RYo by means of unit OMICRON CMC 256plus. As a major result of performed tests are records of detection of particular earth faults. Based on these records it could be concluded, that functionality of protections is substantially dependent on magnitude of zero sequence voltage. Furthermore the wattmetric protections are dependent on fault resistance as well.