DE102006019467A1 - Electrical network`s short-circuit detecting method for use in e.g. industry, involves determining actual values as intensity of current flowing in electrical network, and detecting short-circuit when threshold value exceeds threshold value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kurzschlussfrüherkennung in elektrischen Netzen.The The invention relates to a method and a device for early detection of short circuits in electrical networks.
Jedes elektrische Netz ist generell gegen Kurzschlüsse im Netz abzusichern. Im Bereich der privaten Hausinstallation sind hierzu Sicherungsautomaten vorgesehen. In der Industrie, insbesondere bei elektrischen Anlagen oder Maschinen wird dies durch Leistungsschalter erreicht, welche über entsprechende Auslöseeinheiten im Kurzschlussfall abgeschaltet werden. Heute werden hier insbesondere Kompaktleistungsschalter mit elektronischer Auslöseeinheit eingesetzt.each electrical network is generally to protect against short circuits in the network. in the The area of private house installation are safety devices intended. In the industry, especially in electrical systems or machines, this is achieved by circuit breakers, which via appropriate trip units be shut off in the event of a short circuit. Today will be here in particular Molded case circuit breaker with electronic trip unit used.
Derartige Schutzvorrichtungen zeichnen sich durch ihre strombegrenzende Wirkung aus. Diese Strombegrenzung schützt sowohl die elektrischen Anlagen (Kabel, Stromschienen etc.), als auch die angeschlossenen Lasten (Maschinen etc.). Durch verkürzte Ansprechzeiten im Kurzschlussfall kann diese Strombegrenzung weiter verbessert werden. Weiterhin sind positive Auswirkungen auf das Schaltvermögen bei frühzeitiger Detektion des Kurzschlusses und damit einer Verringerung der beim Schalten im Gerät umgesetzten Energie erreichbar.such Protection devices are characterized by their current-limiting effect out. This current limit protects both the electrical equipment (cables, tracks, etc.), as also the connected loads (machines etc.). By shortened response times in the event of a short circuit, this current limit can be further improved become. There are also positive effects on the switching capacity early Detection of the short circuit and thus a reduction in the Switching in the device reached energy reached.
Die Strombegrenzung zeichnet sich durch eine Herabsetzung der dynamischen (gegeben durch das Stromquadrat I2) und thermischen Belastungen (gegeben durch ∫i2dt) einer elektrischen Anlage im Kurzschlussfall aus. Zur Realisierung einer guten Strombegrenzung sind folgende Punkte erforderlich:
- – Ansprechzeiten (Detektionszeit + Eigenzeit des Schalters) möglichst unter 0,5 ms
- – Impedanzerhöhungen von niedrigen Werten (< 1 mΩ) um ca. drei Größenordnungen im Millisekunden-Maßstab
- – Stabilität des erhöhten Widerstandes bis zum vollständigen Abschalten des Stromkreises (geringes Wärmedurchlassintegral)
- – Zerstörungsfestigkeit auch bei extremer Schaltarbeit
- – reversibles Schaltverhalten
- – von wesentlicher Bedeutung für die Strombegrenzung ist die Verzugszeit von Kurzschlusseintritt bis zu einer signifikanten Widerstandsänderung
- - Response times (detection time + proper time of the switch) if possible below 0.5 ms
- - Impedance increases of low values (<1 mΩ) by about three orders of magnitude in the millisecond scale
- - Stability of the increased resistance until complete shutdown of the circuit (low heat transfer integral)
- - Destruction resistance even with extreme switching work
- - reversible switching behavior
- - Of significant importance for the current limit is the delay time from short circuit onset to a significant change in resistance
Die Eigenzeiten einer elektronischen Auswerteeinheit sind bei fest eingestelltem Schwellwert der unverzögerten Kurzschlussauslösung abhängig von der Art des Kurzschlusses (einphasig, dreiphasig) und der Phasenlage des Stromes bei Kurzschlusseintritt. Durch den Einsatz von Kurzschlussfrüherkennungsalgorithmen und einer Anpassung der Schalteraktorik können diese Eigenzeiten deutlich verringert werden.The Own times of an electronic evaluation unit are fixed Threshold of the undelayed Short-circuit tripping dependent the type of short-circuit (single-phase, three-phase) and phase angle the current at short-circuit entry. Through the use of short-circuit detection algorithms and an adaptation of the Schalteraktorik these Eigenzeiten clearly be reduced.
Die Problematik langer Kurzschlusserkennungszeiten elektronischer Auslöseeinheiten wird insbesondere auch aus den Kennlinienfeldern der Leistungsschalter deutlich ersichtlich. Stellt man die Ausschaltkennlinien zweier Leistungsschalter mit identischem mechanischen Aufbau und unterschiedlichen Auslöseeinheiten (elektronisch und thermomagnetisch) gegenüber, so ist eine insbesondere bei hohen Kurzschlussströmen (> 30·Ir) deutlich höhere Ausschaltzeit des Leistungsschalters mit elektronischer Auslöseeinheit zu verzeichnen. Diese annähernd doppelt so lange Zeitspanne bringt aufgrund der langen Einwirkdauer eine hohe Belastung der zu schützenden Anlage mit sich und wirkt sich durch die hohe im Schalter umgesetzte Energie auch negativ auf das Schaltvermögen der Leistungsschalter aus.The problem of long short-circuit detection times of electronic trip units is particularly evident from the characteristics of the circuit breaker. If one compares the switch-off characteristics of two circuit-breakers with identical mechanical design and different trip units (electronic and thermomagnetic), a significantly longer switch-off time of the circuit breaker with electronic trip unit is noticeable, especially at high short-circuit currents (> 30 · I r ). Due to the long exposure time, this approximately twice as long period of time entails a high load on the system to be protected and, due to the high energy converted in the switch, also has a negative effect on the switching capacity of the circuit breaker.
Zur Verringerung der Ansprechzeiten, wurden bereits in verschiedenen Druckschriften Lösungswege auf Basis einer Kurzschlussfrüherkennung vorgestellt. Neben den klassischen Überstromauslösern, welche den Momentanwert des fließenden Stromes mit einem Schwellwert vergleichen, wird als weiteres Kriterium zur Kurzschlusserkennung eine di/dt-Auslösung in [FRANKEN70: "FRANKEN, H.: Niederspannungs-Leistungsschalter, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 1970"] genannt. Diese Art der Auslösung spricht nur auf die Steilheit der Stromkurve aber nicht auf die erreichte Stromstärke an. Zunächst wurde dieses Kriterium zur Verkürzung der Ausschaltzeiten von Gleichstromschnellschaltern nur bei Gleichstrom verwandt, da in Wechsel- bzw. Drehstromsystemen die Beziehung zwischen Stromanstiegsgeschwindigkeit, Kurzschlussstrom und Spannung abhängig vom Kurzschlusszeitpunkt und vom Leistungsfaktor des Netzes ist. In der Praxis kann die Auslösung von der Stromanstiegsgeschwindigkeit abhängig gemacht werden, indem die Auslöserwicklung parallel zu einem induktiven Shunt gelegt wird. Bei hohen Stromanstiegen steigt die Spannung somit proportional zum Stromanstieg an.to Reduction in response times, have already been in different Pamphlets solutions on Basis of a short circuit early detection presented. In addition to the classic overcurrent releases, which the Instantaneous value of the flowing Comparing current with a threshold is considered another criterion for short-circuit detection, a di / dt tripping in [FRANKEN70: "FRANKEN, H .: low-voltage circuit breaker, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg, 1970.]] This type of triggering speaks only on the steepness of the current curve but not on the reached amperage at. First this criterion has been shortened the switch-off times of DC high-speed switches only with direct current Since, in AC systems, the relationship between Current slew rate, short circuit current and voltage dependent on Short-circuit point and the power factor of the network. In In practice, the triggering be made dependent on the current rate of increase by the trigger winding placed parallel to an inductive shunt. At high current increases the voltage increases in proportion to the current increase.
Die
Detektion eines Kurzschlusses mit einer Kurzschlussfrüherkennung
aus einer Kombination beider Kriterien, Momentanwert des Stromes
und Stromsteilheit, wird in
Der Algorithmus nach [STEGE92, "Stege, M.: Kurzschluss-Erkennungsalgorithmen zum strombegrenzenden Schalten, Dissertation, TU Braunschweig, 1992) basiert ebenfalls auf dem in DE'136 gezeigten Ortskurvenkriterium und soll eine Kurzschlusserkennung innerhalb weniger 100 μs ermöglichen. Als Vorteile des umgesetzten digitalen Aufbaus sind die genauen und gut reproduzierbaren Einstellmöglichkeiten der Grenzwerte sowie die Möglichkeit der Fernüberwachung zu nennen. Als Sensor dient auch hier eine Rogowski-Spule, welche die Stromsteilheit di(t)/dt erfasst. Eine numerische Integration generiert aus diesem Signal den zeitlichen Stromverlauf i(t), überlagert dieses mit den zur gleichen Zeit t auftretenden Stromsteilheiten di(t)/dt und vergleicht die Summe aus beiden mit einem Extrapolationskriterium gemäß The algorithm according to [STEGE92, Stege, M .: short-circuit detection algorithms for current-limiting switching, dissertation, TU Braunschweig, 1992) is also based on the locus criterion shown in DE'136 and is intended to enable short-circuit detection within a few 100 μs Digital setups include the exact and easily reproducible setting options for the limit values as well as the possibility of remote monitoring.The sensor used here is a Rogowski coil, which measures the current gradient di (t) / dt.A numerical integration generates the temporal current profile from this signal i (t) superimposes this with the current gradients di (t) / dt occurring at the same time t and compares the sum of both with an extrapolation criterion according to FIG
Ein vorgeschaltetes Tiefpassfilter reduziert dabei den Einfluss von Stromrichterströmen auf das Messsignal. Der Wert des Extrapolationskriteriums gextra berechnet sich in einem Netz mit Leistungsfaktor cosφr des maximalen regulären Strom Ior zu An upstream low-pass filter reduces the influence of converter currents on the measuring signal. The value of the extrapolation criterion g extra is calculated in a network with power factor cosφ r of the maximum regular current I or
Problematisch gestaltet sich bei der Anwendung eines solchen Algorithmus die Bewertung von Transienten und Harmonischen im Stromsignal. Weiterhin muss der Leistungsfaktor des zu schützenden Netzes bekannt sein, d.h. bekannte und starre Netzverhältnisse müssen hierzu vorliegen.Problematic the evaluation is carried out using such an algorithm of transients and harmonics in the current signal. Still must the power factor of the protected Network, i. known and rigid network conditions have to available.
In einem weiteren Verfahren, beschrieben in [RIVETTI 97:, Rivetti, G., Teigland, J.: Intelligenz in Niederspannungsleistungsschaltern, ABB Technik, Heft 4, 1997], wird ebenfalls die Hüllkurve einer Ortskurvendarstellung di(t)/dt–i(t)-Kennlinie als Auslösekriterium verwendet. Der dort verwendete Algorithmus beruht im Wesentlichen auf [STEGE92], besitzt eine Erfassungszeit von ungefähr 300 μs und eine für das Erkennen des Kurzschlusses notwendige Gesamterkennungszeit von weniger als 1 ms. Die dazu notwendige Abtastrate beträgt 50–100 kHz pro Phase. Für eine Auslösung des Schaltgerätes sind drei aufeinander folgende Abtastwerte außerhalb des als zulässig definierten Bereiches notwendig. Der Algorithmus wurde in eine selbstversorgte Schutzeinrichtung implementiert, welche einen Schutz in Echtzeit ermöglicht. Grundvoraussetzung hierfür sind hochwertige Stromsensoren und eine angepasste Filterung hochfrequenter Signale. Mit der elektronischen Auslöseeinheit PR223EF für Kompaktleistungsschalter ab 250 A bietet der Hersteller ABB gemäß [ABB 04: ABB Faltblatt, Der neue elektronische Auslöser PR223EF: mehr als nur Zonenselektivität, ABB, 2004] die Möglichkeit der Reduzierung der Auslösezeit bei Zonenselektivität um eine Größenordnung von einigen Hundert auf wenige Millisekunden an. Realisiert ist dies über einen ASIC-Schaltkreis, welcher die Kurzschlusserkennung und die Verriegelung der vorgeschalteten Geräte gleichzeitig ausführt. In diese elektronische Auslöseeinheit wird der vom Hersteller als „EFDP" (Early Fault Detection and Prevention) bezeichnete Algorithmus implementiert, welcher eine Kurzschlussfrüherkennung innerhalb 300 μs realisieren soll und auf [STEGE 92] bzw. [RIVETTI 97] basieren dürfte.In another method described in [RIVETTI 97 :, Rivetti, G., Teigland, J .: Intelligence in Low Voltage Circuit Breakers, ABB Technique, Issue 4, 1997], also becomes the envelope of a locus plot di (t) / dt i (t) characteristic as a triggering criterion used. The algorithm used there is essentially based on [STEGE92], has a detection time of approximately 300 μs and a for the Recognizing the short circuit necessary total detection time of less than 1 ms. The necessary sampling rate is 50-100 kHz per phase. For a trip of the switchgear are three consecutive samples outside the range defined as acceptable Area necessary. The algorithm became a self-powered protection device implemented, which allows protection in real time. Basic requirement for this are high-quality current sensors and adapted filtering high-frequency Signals. With the electronic trip unit PR223EF for molded case circuit breakers Starting at 250 A, the manufacturer offers ABB according to [ABB 04: ABB Leaflet, The new electronic releases PR223EF: more than just zone selectivity, ABB, 2004] the possibility the reduction of the tripping time at zone selectivity by an order of magnitude from a few hundred to a few milliseconds. Is realized this over an ASIC circuit, which the short circuit detection and the Locking the upstream devices simultaneously performs. In this electronic trip unit is the manufacturer's "EFDP" (Early Fault Detection and Prevention), which implements a Short early within 300 μs should be based on [STEGE 92] or [RIVETTI 97].
In
[ROY 66: Roy, S. C., Erweiterung der Auslöseeinrichtung von strombegrenzenden
Schaltgeräten zur
Erhöhung
der Auslösegenauigkeit
und Erzielung von Selektivität,
Dissertation, TH Hannover, 1966] bzw.
Die 2. Ableitung wurde durch eine L-C-Schaltung aus der 1. Ableitung des Stromes erzeugt, weshalb das Signal mit einem Ausgleichsglied behaftet ist. Zudem ist das Signal aufgrund der L-C-Schaltung nur sehr leistungsschwach, was seine Auswertung stark erschwert. Auch werden zur Ermittlung des Ansprechwertes g und zur Bestimmung der Faktoren x und y keine Angaben gemacht.The second derivative was generated by an LC circuit from the 1st derivative of the current, which is why the signal is associated with a balancing member. In addition, the signal is only very due to the LC circuit low performance, which makes his evaluation difficult. Also, no information is provided for determining the response value g and for determining the factors x and y.
Der
Hersteller ABB beschreibt in
In
der
In
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der strombegrenzenden Wirkung und des Schaltvermögens von Schutzgeräten, insbesondere Kompaktleistungsschaltern mit elektronischer Auslöseeinheit zur Kurzschlussfrüherkennung in elektrischen Netzen anzugeben. Eine schnelle Erkennung von Kurzschlüssen in elektrischen Netzen soll also mittels elektronischer Auswertung von Signalen realisiert werden. Durch diese Verkürzung der Auslösezeit soll eine deutliche Verbesserung der Strombegrenzung im Vergleich zu bisherigen Konzepten erreicht werden.task The invention is a method and an apparatus for improvement the current-limiting effect and the switching capacity of protective devices, in particular Compact circuit breakers with electronic trip unit for early detection of short circuits in electrical networks. A quick detection of short circuits in electrical networks should be so by electronic evaluation be realized by signals. By this shortening of the trip time should a significant improvement in current limitation compared to previous concepts are achieved.
Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1.The The object of the invention is achieved with respect to the method a method according to claim 1.
Bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 wird also ein bekanntes Ortskurvenkriterium, welches ein kombiniertes Strom- und Stromsteilheitskriterium (erster und zweiter Istwert) darstellt, also die im Netz fließende Stromstärke sowie deren erste Ableitung benutzt, um das Kriterium der zweiten Ableitung (dritter Istwert) der Stromstärke erweitert. Da die zweite Ableitung den beiden anderen Kriterien im Kurzschlussfall zeitlich voreilt, wirkt sich dieses Zusatzkriterium positiv auf einer Verringerung der Kurzschlusserkennungszeiten aus.at the method according to claim Thus, 1 becomes a known locus criterion, which is a combined locus criterion Current and current gradient criterion (first and second actual value) represents, ie the current flowing in the network and whose first derivative uses the criterion of the second derivative (third actual value) of the current extended. Because the second derivative meets the other two criteria in the event of a short circuit, this additional criterion has an effect positive for a reduction of the short circuit detection times.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind deshalb die Kurzschlusserkennungszeiten deutlich verringert und somit die strombegrenzenden Eigenschaften einer entsprechenden Anordnung für das elektrische Netz deutlich verbessert.By the inventive method Therefore, the short circuit detection times are significantly reduced and thus the current-limiting properties of a corresponding Arrangement for significantly improved the electrical network.
Aus der theoretischen Betrachtung eines Ersatzschaltbildes des zu überwachenden Netzes bezüglich der zweiten Ableitung des dort fließenden Stromes oder einer einfachen Netzsimulation können durch Überlagerung von Ortskurven Auslöseschwellwerte bestimmt werden. Die Einhüllenden der Ortskurven werden dann als Auslösekriterium, also Erkennungskriterium für einen Kurzschluss verwendet.Out the theoretical consideration of an equivalent circuit of the monitored Net regarding the second derivative of the flowing there Stromes or a simple network simulation can be done by overlaying loci Trip Levels be determined. The envelopes The loci are then used as a trigger criterion, ie recognition criterion for one Short circuit used.
Daher kann der jeweilige Grenzwert also durch theoretische Ableitung, Simulation oder Überlagerung von Ortskurvern ermittelt werden.Therefore Thus, the respective limit can be determined by theoretical derivation, Simulation or overlay of Ortskurvern be determined.
Alle in einem Netz auftretenden Istwerte können in einem dreidimensionalen Raum als Schar von Ortskurven aufgetragen werden. Die Grenzwerte zur Kurzschlusserkennung können aus der Einhüllenden dieser Ortskurvenschar bestimmt werden. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Annäherung der Ortskurvenschar durch einen einhüllenden Quader vereinfacht. Dieser beinhaltet alle regulären Zustände eines ohmsch-induktiven Systems. Ein Kurzschluss wird immer dann erkannt, wenn ein dreidimensionales Wertetripel aus erstem, zweitem und drittem Ist-Wert den Quader verlässt.All Actual values occurring in a network can be displayed in a three-dimensional Space can be applied as a group of loci. The limits for short-circuit detection can from the envelope this locus can be determined. The realization of the method according to the invention gets through the approach the locus of the locus is simplified by an enveloping cuboid. This includes all regular ones conditions an ohmic-inductive system. A short circuit is always then detected when a three-dimensional value triple from first, second and third actual value leaves the cuboid.
Der Maximalwert der 2. Ableitung, als Grenzwert des dritten Istwertes kann zu bestimmt werden.The maximum value of the 2nd derivative, as the limit value of the third actual value, can be added be determined.
Für den Strom gilt weiterhin als Grenzwertund für die 1. Ableitung The electricity continues to be the limit and for the 1st derivative
Die Ist-Werte können bei Überschreitung eines Grenzwertes einen Wichtungsfaktor aktivieren. Erst wenn die Summe aller Wichtungsfaktoren einen Grenzwert überschreitet, wird der Kurzschluss erkannt. So kann z.B. ein Überschreiten eines Ist-Wertes alleine noch nicht zu einer Auslösung führen, wenn nicht auch ein anderer Ist-Wert seinen Grenzwert überschritten hat. So können Fehlauslösungen vermieden werden.The Actual values can when exceeded of a limit, activate a weighting factor. Only when the Sum of all weighting factors exceeds a limit, the short circuit recognized. Thus, e.g. a crossing an actual value alone does not trigger, if not Another actual value has exceeded its limit. This prevents false triggering become.
Die Grenzwerte oder Wichtungsfaktoren bzw. deren Summe können auch in einer Warteschlange (Queue) gespeichert werden. Ein Kurzschluss wird dann erst erkannt, wenn die Summe der Werte in der Warteschlange einen Grenzwert übersteigt. Dies bringt eine zusätzliche Vermeidung von Fehlauslösungen, hervorgerufen durch transiente Überschreitung der Grenzwerte, mit sich, da die Ansprechwerte zur Detektion eines Kurzschlusses mehrfach überschritten werden müssen.The Limit values or weighting factors or their sum can also stored in a queue. A short circuit is then recognized only when the sum of the values in the queue exceeds a limit. This brings an extra Avoidance of false triggering, caused by transient overshoot the limit values, with it, since the thresholds for the detection of a Short circuit exceeded several times Need to become.
Über einen Ansprechwert werden die Ansprechgrenzen der drei einzelnen Kriterien bzw. Grenzwerte entsprechend erhöht oder erniedrigt. Für ohmsch-induktive Kreise ist dieser Ansprechwert z.B. Ii = 2. Für andere Verbraucher z. B. Maschinen mit hohen Einschaltströmen ist der Ansprechwert entsprechend zu wählen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den multiplikativen Ansprechwert neben dem gesamten Spektrum Ohmsch-Induktiver Netze auch an Maschinen und Transformatoranläufe sowie an das Schalten kapazitiver Lasten, z.B. Kompensationsanlagen, anpassbar und bietet somit einen erweiterten Einsatzbereich.A response value increases or decreases the response limits of the three individual criteria or limit values accordingly. For ohmic-inductive circuits, this threshold is eg I i = 2. B. Machines with high inrush currents, the response value should be selected accordingly. Due to the multiplicative response value, the method according to the invention can also be adapted to machines and transformer starts as well as to the switching of capacitive loads, eg compensation systems, in addition to the entire spectrum of ohmic-inductive networks and thus offers an extended range of application.
Als Sensor zur Aufnahme der Ist-Werte bzw. einer Größe zu deren Ableitung, kann eine Rogowski-Spule dienen.As a sensor for recording the actual values or a variable for their derivation, a ro serve gowski coil.
Als Aktor zur Entriegelung des Schutzgerätes kann zur weiteren Verbesserung der Strombegrenzung ein Schnellstauslöser (vorzugsweise Thomsonantrieb oder Piezoaktor) Verwendung finden.When Actuator for unlocking the protection device can be used to further improve the current limit a high-speed release (preferably Thomsonantrieb or Piezoaktor) find use.
Die Verarbeitung der entsprechenden Signale, also des zeitlichen Verlaufes von erstem, zweitem und drittem Istwert kann auf verschiedene Art erfolgen. Die entsprechende Integration und/oder Differentiation kann analog ausgeführt werden. Vorteilhaft hierbei ist eine schnelle Auswertung und damit Reaktionszeit der gesamten Anordnung. Nachteilig an einer analogen Realisierung kann unter Umständen allerdings ein hoher Leistungsbedarf der entsprechenden Auswerteeinheit, Störanfälligkeit gegen EMV, ungenügende Temperaturstabilität oder Alterung sein.The Processing of the corresponding signals, ie the time course of the first, second and third actual value can be given in different ways respectively. The appropriate integration and / or differentiation can executed analogously become. The advantage here is a quick evaluation and thus Reaction time of the entire arrangement. A disadvantage of an analog Realization may be possible however, a high power requirement of the corresponding evaluation unit, susceptibility against EMC, insufficient temperature stability or aging.
Alternativ kann daher die Integration und/oder Differentiation auch numerisch, also digital erfolgen. Eine digitale Realisierung ist temperaturstabil, hat einen geringen Leistungsbedarf und weist kaum Alterung auf. Eine einfache Implementierung von Änderungen ist möglich, was zu Flexibilität oder der Möglichkeit führt, Umgebungsbedingungen zu adaptieren. Problematisch könnte allerdings eine geringere Auswertegeschwindigkeit sein. Außerdem sind für eine genaue Diskretisierung große Speichertiefen und hohe Abtastraten notwendig.alternative Therefore, the integration and / or differentiation can also numerically, so be digital. A digital realization is temperature stable, has a low power requirement and has hardly any aging. A simple implementation of changes is possible, what to flexibility or the possibility leads, environmental conditions to adapt. Could be problematic However, be a lower evaluation speed. Besides, they are for one exact discretization great Memory depths and high sampling rates necessary.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Diese und deren Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.Regarding The device is achieved by a device according to claim 12. These and their benefits have already been linked with the method according to the invention explained.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils ein einer schematischen Prinzipskizze:For another Description of the invention will be to the embodiments of the drawings directed. Each shows a schematic schematic diagram:
Mit einer Phasenverschiebungund einem Nennstrom (Effektivwert) IN wird der Einschaltstrom im Zeitbereich durch folgende Gleichung beschrieben: With a phase shift and a rated current (RMS) I N , the inrush current in the time domain is described by the following equation:
Nach zweimaligem Differenzieren ergibt sich für die zu beurteilende 2. Ableitung des Stromes: After two differentiations, the result for the second derivative of the current to be assessed is:
Beispiele
für Ortskurven
Zur
Verringerung des Aufwandes einer Implementierung des Algorithmus
im Schutzgerät
und zur Verbesserung des Störverhaltens
im Einsatz unter realen Bedingungen werden die Auslöseschwellwerte
des Ortskurvenkriteriums durch einen einhüllenden Quader
Bei einem Einschaltphasenwinkel der Spannung beträgt der Maximalwert der 2. Ableitung für cosφo = 0,9 zum Einschaltzeitpunkt t = 0 At a switch-on phase angle of the voltage is the maximum value of the 2nd derivative for cosφ o = 0.9 at the switch-on time t = 0
Mit
diesem Maximalwert der 2. Ableitung als Auslöseschwelle lassen sich über Erweiterung
mit den aus der Literatur bekannten Grenzwerte für Strom und der Stromsteilheit
für die
Anwendung des Kurzschlusserkennungsalgorithmus die in
Verlassen die Ortskurven den durch das Kurzschlusserkennungskriterium vorgegebenen regulären Bereich, also den Quader des Quaderkriteriums, so wird ein Fehler detektiert und vom Schutzgerät (vorzugsweise Leistungsschalter) abgeschaltet.leaving the loci given by the short circuit detection criterion regular area, So the cuboid of the cuboid criterion, so an error is detected and the protection device (preferably circuit breaker) switched off.
Um
einen Vergleich der zeitlich zusammengehörigen Werte von Strom, Stromsteilheit
und 2. Ableitung zu realisieren, wird das Signal der Stromsteilheit über ein
Verzögerungsglied
Ein
Eingangsfilter
Anschließend werden
die Signale dem in
Über eine
Wichtung
Ein
Queue (
Da
elektrische Netze, insbesondere in der Niederspannung, sich nicht
durch ein rein ohmsch-induktives Netz abbilden lassen, wurde über einen
einstellbaren Ansprechwert
Das Verfahren ist daher neben dem gesamten Spektrum Ohmschinduktiver Netze auch an Maschinen und Transformatoranläufe sowie an das Schalten kapazitiver Lasten, z.B. Kompensationsanlagen, anpassbar und bietet somit einen erweiterten Einsatzbereich.The The method is therefore Ohmschinduktive in addition to the entire spectrum Networks also on machines and transformer starts as well as switching capacitive Loads, e.g. Compensation systems, customizable, thus offering a extended application area.
- 22
- ErsatzschaltbildEquivalent circuit
- 44
- Netznetwork
- 1010
- Ist-Wert (Stromstärke)Actual value (Current value)
- 1212
- Ist-Wert (1. Ableitung)Actual value (1st derivative)
- 1414
- Ist-Wert (2. Ableitung)Actual value (2nd derivative)
- 1616
- Grenzwert (Stromstärke)limit (Current value)
- 1818
- Grenzwert (1. Ableitung)limit (1st derivative)
- 2020
- Grenzwert (2. Ableitung)limit (2nd derivative)
- 2222
- Kurzschlussshort circuit
- 24, 2624 26
- Ortskurvelocus
- 2828
- Ansprechwertpickup
- 30, 32, 3430 32, 34
- WichtungsfaktorWeighting factor
- 3838
- Warteschlangequeue
- 4040
- Summenwerttotal value
- 4242
- Grenzwertlimit
- 4444
- A/D-WandlerA / D converter
- 4646
- Rogowski-SpuleRogowski coil
- 4848
- Integriererintegrator
- 5050
- Differenziererdifferentiator
- 5252
- Tiefpasslowpass
- 5454
- Hochpasshighpass
- 5656
- Eingangsfilterinput filter
- 5858
- Verzögerungsglieddelay
- 6060
- Auswerteeinheitevaluation
- 100100
- Stromelectricity
- 102102
- 1. Ableitung1. derivation
- 104, 106104 106
- 2. AbleitungSecond derivation
- 120, 122, 124120 122, 124
- Quadercuboid
- Δt.delta.t
- Intervallinterval
- RR
- ResitanzResitanz
- LL
- Induktivitätinductance
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