A major challenge in electric distribution systems is to increase the reliability of the electricity supply in an economical way. At the final medium-voltage level in the system, such as 10 kV or 20 kV, a single feeder may supply tens of medium/low-voltage transformers and hundreds of customers, with many branches of lines and cables where faults can occur. Resonant earthing is often used for these networks in Sweden, enabling earth-fault currents to be kept at low levels such as 10 A. This brings some advantages with safety and with avoidance of supply disruption during transient faults. However, the low fault currents, much less than typical load currents, make it hard to locate faults. In some countries, this type of system could be operated while an earth fault is traced, or a lower-impedance could be switched into the system earthing to increase the fault current to a clearer level. In Sweden, the legal safety requirements in most types of medium voltage networks require prompt disconnection of earth faults, which means that a single earth fault anywhere in an extensive medium voltage network can cause an outage for all customers on its feeder or section until it is located and repaired. Several approaches have been taken by network companies to reduce these outage times and thereby increase supply reliability.  

The focus of this thesis is to develop methods for determining where a fault is, in order to speed up both the repair process and any switching operations that can restore supply to customers outside the faulty section. Such methods include true fault location (FL), which gives an estimated distance to a fault, and fault-passage indication (FPI), which tells whether a fault is detected downstream of a particular point. A comparison of FL and FPI is made, showing that classic central FL needs an accuracy beyond what is currently available, if it is to give a better improvement in supply reliability than a small number of well-placed FPI units. Three algorithms suitable for FPIs are proposed in this thesis that use only current measurements from different parts of the network to identify the faulty section. One of the methods is based on the information from the phase angles of the healthy phases relative to the faulty phase. It shows good results for under-compensated and high load conditions but struggles for feeders with high charging currents. The next method uses incremental phase currents and shows promising results for over-compensated cases but unreliable results for under-compensated cases. The third method uses the zero sequence current magnitude and the location information of the measurements. It shows good results for the homogeneous feeders in both over- or under-compensated cases. A method for estimating the fault distance using multiple measurements from the network is also presented and tested. Its main trouble is its sensitivity to the fault resistance.

En stor utmaning i eldistributionssystem är att förbättra tillförlitligheten i elförsörj\-ningen på ett ekonomiskt sätt. Vid systemets lägsta mellanspännings\-nivåer, såsom 10 kV eller 20 kV, kan en ledning försörja hundratals nätkunder genom tiotals nätstationer, med många nätgrenar av ledningar och kablar där fel kan uppstå. Spoljordning används ofta för sådana nät i Sverige, vilket gör att jordfelsströmmar kan hållas på låga nivåer som 10 A. Detta medför vissa fördelar med säkerhet och med undvikande strömavbrott vid övergående fel. De låga strömmarna, mycket mindre än vanliga belastningsströmmar, gör det dock svårt att lokalisera fel. I vissa länder kan sådana system användas samtidigt som ett jordfel spåras, eller en lägre jordningimpedans kan kopplas in för att ge en tydligare felström. I Sverige finns krav av elsäkerhetsskäl att jordfel  i de flesta typer av mellanspänningsnät ska bortkopplas utan fortsatt drift, vilket innebär att ett enstaka jordfel i ett omfattande mellanspänningsnät kan orsaka avbrott för alla kunder innan felet lokaliseras och repareras. Flera tillvägagångssätt har vidtagits av nätföretag för att minska dessa avbrottstider och därmed öka leveranssäkerheten.

Fokus för detta arbete är att utveckla metoder för att fastställa var ett fel finns, för att påskynda både reparationsprocessen och eventuella nät\-omkopp\-lingar som kan återställa försörjningen till kunder utanför sektionen där elfelet inträffar. Sådana metoder inkluderar sann fellokalisering (FL), som ger ett uppskattat avstånd till ett fel, samt felpassageindikation (FPI), som ger ett ja/nej svar angående om felet detekterades nedströms om FPI-enheten. En jämförelse mellan FL och FPI görs, från vilken en nyckelresultat är att klassisk central FL behöver en noggrannhet utöver vad som finns tillgängligt för närvarande om det ska ge en bättre förbättring av leveranssäkerheten än ett fåtal välplacerade FPI-enheter. Tre algoritmer lämpliga för FPI:er föreslås, som använder endast strömmätningar från olika delar av nätverket för att identifiera den felaktiga sektionen. En av metoderna är baserad på informationen från de andra fasernas fasvinklar i förhållande till den felaktiga fasen. Den visar goda resultat för underkompenserade nät och även under höga belastningsförhållanden, fast inte vid höga laddningsströmmar som kan finnas i  kabelnät. En annan metod använder inkrementella fasströmmar och visar lovande resultat för överkompenserade nätverk men inte för underkompenserade fall. Den tredje metoden använder magnituden av nollsekvensströmmen vid mätstället. Den visar bra resultat för homogena nät i både över- och underkompenserade fall. En fellokaliseringsmetod som använder mätningar från flera ställen i nätverket presenteras och testas också. Dess största problem är dess känslighet för högre motstånd vid felet.