CN102077435A - 在短路的情况下选择性触发断路器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在短路的情况下选择性触发断路器(LS1,LS2,LS3)的方法,其中设有一个上游的断路器(LS1)和在输出端侧设有至少一个下游的断路器(LS2,LS3),其中上游的断路器(LS1)监测这个或其中一个下游的断路器(LS2,LS3)是否已经处于形成开关电弧(5)的情况下,以断开其开关触点以便中断其在输出端侧的电路。为了能够可靠地确定,下游的断路器(LS2,LS3)是否已经处于断开的过程中,提出了,用于确定在输出端侧的开关电弧(5)的上游的断路器(LS1)分别检查了,由短路(4)形成的短路回路(6)的欧姆电阻(W)是否具有在时间上的指数曲线,这由此实现,即连续地计算出指数(b)并且如果计算出的指数(b)超过预设的阈值(S),则根据计算出的指数(b)确定开关电弧(5)。

Description

在短路的情况下选择性触发断路器的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于在短路的情况下选择性触发断路器、特别是低压断路器的方法。
背景技术
已知了将断路器串联,其中在负载侧在直接地布置在馈电装置之后的断路器的下游大多设置有多个断路器。此外已知了在短路的情况下选择性地触发断路器。选择性地在此意味着,即分别触发断路器,该断路器从馈电装置看去位于最接近短路的位置,因此不再将用电设备不可避免地断开。为了实现这一点,相互之间在上游和在下游设置的断路器经受了电流-和时间分级,其中靠近馈电的断路器具有与远离馈电的断路器相比更长的断开时间。以这种方式实现了,即上游的断路器仅仅当其自身处于最接近短路时或在下游的断路器的保护失灵的情况下才断开,在这里没有触发下游的断路器,尽管其可能是必须触发的。在这种电流-和时间分级的情况下,断路器这样实现参数化,即断路器在短路的情况下在馈电方向上看去当电流越来越高时并且当时间越来越长之后触发。
为了缩短由此必需的相对长的断开时间,下游的断路器可以分别对上游的断路器发送信号,即将其断开。但这要求了相对较高的附加的电路消耗。
为了减少这种消耗,在WO 2006/108860A1中提出,上游的断路器监测一个或多个下游的断路器,其中监测根据输出端侧的阻抗实现。如果下游的断路器之一在此需要触发,也就是说其开关触点为了中断在输出端侧的电路而已经打开,这与在开关触点之间形成的开关电弧相联系,则阻抗在短路的情况下具有明显的上升。这种开关电弧引起了输出端则的阻抗的典型性的上升,这种上升由上游的断路器探测到,其可以识别出,即下游的断路器已经触发并且上游的断路器自身不必触发。如果上游的断路器自身已经开始了其开关触点的断开过程,那么断路器因此可以重新将该开关触点闭合。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种方法,利用该方法可以安全地确定,下游的断路器是否在短路的情况下已经处于断开所涉及的电路的过程中。
该目的通过权利要求1所述的特征来实现;从属权利要求说明了有利的设计方案。
解决方案提出,用于确定在输出端侧的开关电弧的上游的断路器在短路的情况下分别检查了由短路形成的短路回路的欧姆电阻是否具有在时间上的指数曲线,这由此实现,即连续地计算出指数并且如果计算出的指数超过预设的阈值,则根据计算出的指数确定开关电弧。本发明提出:短路回路的欧姆电阻基于开关电弧而具有指数曲线;并且可以通过连续地计算出指数来确定指数曲线的存在。一旦探测到短路电流(并且还没有存在开关电弧时),则计算连续地进行。当在开关触点之间形成开关电弧之后,则这样测定的指数分别跳跃到那个明显处于需要预设的阈值以上的值上。
技术上简单的是,连续地由在输出端侧的电压的时间曲线和在输出端侧的电流的时间曲线以及电流的时间导数计算出指数。这相应于模型化地简化可通过相应的附加电路描述的关系。
适宜地,直接地检测电流的时间导数。
如果为了连续地计算出指数,考虑了短路回路的电感的在时间上恒定的分量,则可以提高准确性。
简化的是,连续地利用预设的频率扫描在输出端侧的电压、在输出端侧的电流和其时间导数,并且随后将该扫描值连续地引入近似相应所属的方程组中,方程组的连续的解分别是需要计算出的指数。对于一个时间点的扫描值分别被引入方程组的方程式之一中,直到能够以已知的方式计算出方程组的未知量为止。对于具有三个未知量的方程组来说,也就(至少)需要相对于(相邻彼此跟随的)三个时间点的扫描值,以便解开方程组。
如果在短路情况下为处于指数曲线之前的扫描值计算出短路回路的电感的和欧姆电阻的在时间恒定上的分量并且将这样测定的电感和欧姆电阻用于在受开关电弧限制的指数曲线期间校正输出端侧的电压,则准确性可以在计算消耗降低的情况下提高。借助于处于指数曲线之前的扫描值,也就测定了短路回路的恒定的电感和欧姆电阻的恒定的分量,以便因此校正输出端侧的测量的电压并且因此提高计算出的指数的准确性。
附图说明
下面根据一个实施例详细描述本发明。图中示出:
图1示出具有两个下游的断路器的电路布置的示意性的视图,
图2示出根据图1的下游的断路器的电流回路的等效电路图,
图3示出在考虑到电感并且忽略了恒定的阳极-阴极电压降的情况下用于计算出指数的方程式,
图4示出用于计算出在指数曲线之外的电感和欧姆电阻的方程式,
图5示出在考虑到根据图4的电感和欧姆电阻的情况下用于校正短路回路的电压的方程式,
图6示出欧姆电阻的在时间上的示意图,和
图7示出带有标出的阈值的根据图1的欧姆电阻的时间曲线的指数的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了具有电网2以及变压器3的馈电装置1。图1还示出了具有多个断路器的电路布置,在此具有三个断路器LS1,LS2,LS3,这些断路器是指限制电流的低压断路器,其具有非常短的断开时间。馈电装置1后面首先跟随了(接近馈电的)断路器LS1,该断路器设置在两个在此并联的断路器LS2,LS3的上游。两个断路器LS2,LS3分别从馈电装置1出发看去设置在断路器LS1的下游。当然,断路器LS2,LS3也可能一个接一个地串联。
图1中右侧的大箭头显示了,在断路器LS2后面存在短路4,其中断路器LS2最接近短路4地设置。图1还示出,断路器LS2(例如由未示出的触发器触发)已经需要断开。在此,在图1中示出的开关电弧5在断路器LS2的断开的开关触点之间燃烧,该开关电弧当另一次断开开关触点时又熄灭。断开的开关触点中断了输出端侧的电路6a的输出端侧的短路回路(短路-电流回路)并且使电路6a与馈电装置1断开。
在图1中,上游的断路器LS1如下所述地观察(监测)由短路4形成的短路回路6的输出端侧的欧姆电阻W,即该电阻是否具有在时间上的指数曲线。
图2示出根据图1的上游的断路器LS1的短路回路6的等效电路图,该短路回路由短路4形成。开关电弧5在图2中显示为具有在时间上的指数曲线的可变化的欧姆电阻RS1b。短路回路的等效电路图还具有在时间上恒定的欧姆电阻R和在时间上恒定的电感L,其与开关电弧5串联。由上游的断路器LS1监测的输出端侧的欧姆电阻W在此也由欧姆电阻R和欧姆电阻RSlb的总和得出。此外,考虑了恒定的阳极-阴极电压降UAK,该电压降分别短时间地直接在断开开关触点之后出现。
断路器LS1的在输出端侧测量的电压u(t)的时间曲线通过在图3中示出的方程式3a(也称为起动电压方程式)给出。
图3中的方程式3b相应于方程式3a,当然仅仅在考虑电感的情况下(忽略了欧姆电阻R和阳极-阴极电压降UAK)。方程式3b已经导致了当计算指数b时相对较好的结果。
指数b的计算通过解三个方程式3c,3d,3e,也就是说通过解具有三个未知量的方程组来实现。为此,在三个瞬间相互跟随的时间点ti确定电压值ui、电流值ii和在时间dii/dt之后的电流变化并且将它们引入三个方程式中。根指数i(也在三个方程式的时间导数中的右下方)相应于三个瞬时一个接一个的时间点ti的编号i。根据方程式3f获得了作为方程式的解的指数b1和指数b2。方程式3f中的值U,W和V由方程式3g,3h,3i中通过引入相应的电压值ui、电流值ii和电流的时间导数dii/dt的值来获得。这样获得的连续的指数b1i和b2i中仅仅有一个在物理学上是合理的;其借助于相应的逻辑进行分类。随后通过分类的指数b1i或b2i的平均数得出指数b。
由于在每个新的时间点存在新的(测量-)三元值(Wertetriple)(ui+1,ii+1,dii+1/dt),因此计算这样进行,即时间上最早的三元值(ui-2,ii-2,dii-2/dt)被三个提出用于计算的值对(ui-2,ii-2,dii-2/dt),(ui-1,ii-1,dii-1/dt),(ui,ii,dii/dt)抵消并且仅仅重复应用了两个保留的三元值(ui-1,ii-1,dii-1/dt),(ui,ii,dii/dt)以及新的三元值(ui+1,ii+1,dii+1/dt)。
为了简化计算并且不必分别在两个连续的指数b1i和b2i之间作出抉择,对于短路回路6在短路情况下在产生开关电弧5之前连续地测量了三元值(ui,ii,dii/dt)并且根据该值,根据图4中的方程式4a确定了在时间上恒定的电感L和在时间上恒定的欧姆电阻R,例如类似于上述利用三元值对于具有三个未知量的方程组的描述。后续的平滑得出了对于欧姆电阻R和电感L的恒定的分量。
在时间上恒定的欧姆电阻R和在时间上恒定的电感L根据图5中的方程式5a用于校正测量的电压u(t)。在用于计算指数b的方程组中,随后不再出现两个值电感L和欧姆电阻R,这明显使得指数b的计算变得更加容易。特别地也不必再在两个指数b1和b2之间进行抉择。
图6示出输出端侧的欧姆电阻W(作为欧姆电阻R和欧姆电阻RSlb的总和)作为短路情况下的时间的函数,在出现开关电弧5之前(范围va),在出现开关电弧期间(范围sb)以及在出现开关电弧之后(范围ns)。
在图7中示出指数b的计算结果,可以看出,在开关电弧5的范围中存在对于计算出的指数b的跳跃,其中随后分别超过了一个预定的阈值S。开关电弧5在此存在或在此根据指数b可靠地辨识。曲线c显示了数字的输出端信号,该信号通过计算出的指数b与阈值S的比较而获得,其中曲线c在此分别从0跳跃到1。

Claims (7)

1.一种用于在短路的情况下选择性触发断路器(LS1,LS2,LS3)的方法,其中设有一个上游的断路器(LS1)和在输出端侧设有至少一个下游的断路器(LS2,LS3),其中所述上游的断路器(LS1)监测这个或其中一个所述下游的断路器(LS2,LS3)是否已经处于形成开关电弧(5)的情况下,以断开所述断路器的开关触点以便中断所述断路器的在输出端侧的电路,其特征在于,用于确定在输出端侧的所述开关电弧(5)的所述上游的断路器(LS1)分别检查了由短路(4)形成的短路回路(6)的欧姆电阻(W)是否具有在时间上的指数曲线,这由此实现,即连续地计算出指数(b)并且如果计算出的所述指数(b)超过预设的阈值(S),则根据计算出的所述指数(b)确定所述开关电弧(5)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,连续地由在输出端侧的电压(u(t))的时间曲线和在输出端侧的电流(i(t))的时间曲线以及所述电流的时间导数(di(t)/dt)计算出所述指数(b)。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,检测所述电流的所述时间导数(di(t)/dt)。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,为了连续地计算出所述指数(b),考虑了所述短路回路的电感(L)的在时间上恒定的分量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,连续地利用预设的频率扫描所述在输出端侧的电压(u(t))和所述在输出端侧的电流(i(t)),并且随后将扫描值(ui,ii)自身和所述扫描值的时间导数(dii/dt)连续地引入相应的方程组(3g,3h,3i)中,所述方程组的连续的解分别是需要计算出的所述指数(b)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,为了连续地计算出所述指数(b),应用了校正的在输出端侧的电压(u(t)),其中校正在时间范围中考虑了所述短路回路的所述电感(L)的和所述欧姆电阻(R)的所述在时间上恒定的分量,在所述时间范围中,所述指数(b)处于所述阈值(S)之下。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,为处于所述指数曲线之前的所述扫描值计算出所述短路回路的所述电感(L)的和所述欧姆电阻(R)的所述在时间上恒定的分量,并且用于基于所述开关电弧(5)在所述指数曲线期间校正所述输出端侧的电压(u(t))。
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