DD144328A1 - METHOD FOR SYNCHRONATING THE OFF TIMING OF AC POWER SWITCHES - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern, die während des Nulldurchganges des Stromes schalten und einen relativ langsamen Antrieb besitzen. Die Erfindung betrifft insbesondere synchronschaltende Blaskolbenschalter, Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern mit relativ langsamem Antrieb bei Kurzschlußströmen mit hohem Gleichstromanteil anzugeben, das die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges minimiert, indem die Genauigkeit der Nulldurchgangsvorherbestimmung des Stromes im verlagerten Fall und bei großen Schaltervorauslöse» zeiten erhöht wird. Erfindungsgemäß werden nach Eintritt der die Abschaltung auslösenden Störung, z.B. ein Kurzschluß, beliebigen, bekannten Zeiten die Augenblickswerte des gemessen und in digitaler Form einer digitalen Verarbeitungseinheit zugeführt, in der.mit diesen Stromwerten ein Gleichungssystem zur Ermittlung der Konstanten für die Gleichung des Kurzschlußstromes mittels eines elektronischen Rechners gelöst wird und von der bei Berücksichtigung der Schaltereigenzeit ein Synchronschaltimpuls für jeden Stromnulldurchgang abgegeben v/ird.Method for the synchronous control of the switch-off time of AC circuit breakers operating during the zero crossing of the Switch current and have a relatively slow drive. The The invention particularly relates to synchronous switching Blaskolbenschalter, object and object of the invention is a Method for the synchronous control of the switch-off time of AC circuit breakers with relatively slow drive at Indicate short-circuit currents with a high DC component, the Load of the circuit breaker during the shutdown process minimized by the accuracy of the zero crossing prediction of the current in the relocated case and with large switch tripping » times is increased. According to the invention after the entry Shutdown triggering fault, e.g. a short circuit, any known times the instantaneous values of the measured and in digital form a digital processing unit supplied, in der.mit these current values, a system of equations for Determining the constants for the equation of the short-circuit current is solved by means of an electronic computer and by the at Considering the switch time a synchronous switching pulse for delivered every current zero crossing.
Description
213 544213 544
Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von WechselstromleistungsschalternMethod for synchronously controlling the switch-off time of AC circuit breakers
Anwendungsgebiet der ErfindungsField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern, die während eines Nulldurchganges des Stromes schalten,The invention relates to a method for the synchronous control of the switch-off of AC circuit breakers, which switch during a zero crossing of the current,
Zur Verringerung der Belastung von Leistungsschaltern während des AbschaltVorganges ist es bereits bekannt, den Kontaktöffnungszeitpunkt durch eine geeignete Steuerung in die iiähe des Stromnulldurchganges des abzuschaltenden Stromes zu legen» Die Steuerschaltung muß dazu den zu erwartenden Zeitpunkt des 'folgenden Nulldurchganges im voraus bestimmen, um rechtzeitig die infolge seiner Eigenzeit erforderliche Vorauslösung des Schalters vornehmen zu können· D.h., die Schaltstückbewegung wird in Abhängigkeit von der Phase des Stromes so gesteuert, daß in einem ausgewählten Stromnulldurchgang die Kontaktstücke gerade die Löschdista^iz erreicht haben« Bei gegebenem Antrieb erhält man mit dieser Art der Steuerung die kürzeste Lichtbogenzeit·To reduce the load on circuit breakers during the AbschaltVorganges it is already known to put the contact opening time by a suitable control in the vicinity of the current zero crossing of the current to be switched off. The control circuit must to determine the expected time of the 'following zero crossing in advance to timely the That is, the switching piece movement is controlled as a function of the phase of the current in such a way that the contact pieces have just reached the extinguishing distance in a selected current zero crossing Control the shortest arc time ·
Es sind Ausführungen von Synchronschal tem bekannt, die Steuerungen, welche erst wenige Millisekunden vor dem Stromnulldurchgang ein hinreichend genaues Signal abgeben, mit einem schnellen Antrieb kombinieren. Dabei darf das Gewicht des beweglichen Kontaktes nur einige Kilogramm und die Antriebskraft muß einige Tonnen betragen, Nachteilig bei dieser Art von Steuerung ist, daß sie für. Schalter mit relativ langsamem Antrieb wie z,B. für einen Blaskolbenschalter, bei dem die Löschmittelströmung unmittelbar während des AbschaltVorganges erzeugt wird und die Lichtbogenzeit entscheidende Bedeutung für die Dimensionierung des Antriebes hat bzw. der maximale Ausschaltstrom maßgeblich durch die Leistungsfähigkeit des Antriebes bestimmt wird, nicht anzuwenden ist, da schon bei Antriebseigenzeiten von 10 - 20 ms Antriebskräfte von einigen Tonnen auftreten,,There are versions of synchronous scarf tem known that control, which give only a few milliseconds before the current zero crossing a sufficiently accurate signal, combine with a fast drive. The weight of the movable contact may only a few kilograms and the driving force must be several tons, A disadvantage of this type of control is that they. Switch with relatively slow drive such as z, B. for a blow piston switch, in which the extinguishing agent flow is generated directly during the Abschaltvorgangses and the arc time is crucial for the dimensioning of the drive or the maximum breaking current is largely determined by the performance of the drive, not apply, since even at drive own times of 10 - 20 ms drive forces of a few tons occur ,,
Weiterhin sind Steuerungsverfahren bekannt, die es gestattens jeweils im Uulldurchgang des Stromes den-Zeitpunkt des nächstfolgenden Nulldurchganges anzugeben· Diesen Verfahren haftet jedoch der lachteil an, daß sie sich nur im Falle des rein sinusförmigen Stromes mit einem Antrieb mit einer Eigenzeit <10 ms kombinieren lassen*Furthermore, control processes are known that allow s each in Uulldurchgang of the current the timing of the next zero crossing to provide · However, this method adheres to the laughing part that they combine only in the case of the pure sinusoidal current with a drive having an inherent time <10 ms to let*
Diese Verfahren versagen jedoch, wenn der KurzSchlußstrom einen hohen Gleichstromanteil besitzt, wodurch Halbwellen mit einer Dauer <ζ oder ^> 10 ms entstehen, sodaß auch in diesem Fall eine Kombination eines solchen Verfahrens mit Blaßkolbenschaltern nicht möglich ist. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß Synchronschaltungen von Blaskolben- oder ähnlichen Schaltern mit den bekannten Verfahren nicht möglich sind, da sie, um einen genauen Verlauf des Kurzschlußstromes angeben zu können, das Signal zu kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes, d.h. also, zu spät für einen solchen Schalter abgeben bzw. bei Strömen mit hohem Gleichstromanteil die Vorauslösezeit dieser Art von Schaltern zu hoch ist, sodaß auch Näherungslösungen und -werte nicht die erforderliche Genauigkeit gewährleisten.These methods fail, however, when the short-circuit current has a high DC component, resulting in half-waves with a duration <ζ or ^> 10 ms, so that even in this case a combination of such a method with Poppers is not possible. In summary, it can be stated that synchronous circuits of Blaskolben- or similar switches are not possible with the known methods, since they to indicate a precise course of the short-circuit current, the signal too short of the zero crossing of the current, ie, too late for such a switch, or for currents with a high DC component, the pre-release time of this type of switch is too high, so that also approximate solutions and values do not guarantee the required accuracy.
Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der Mulldurchgangsvorherbestimmung des Stromes im verlagerten Fall und bei größeren Schaltervorauslösezeiten zu erhöhen sowie die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges so gering als möglich zu halten.The aim of the invention is to increase the accuracy of the Mullurchgangsvorherbestimmung the current in the shifted case and larger switch trip times and to keep the load on the circuit breaker during the shutdown as low as possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synchronsteuerung des x\usschaltzeitpunktes von ,Vechselsti'omleistungsschaltern mit relativ langsamem Antrieb bei-Kursschlußströmen mit hohem (rleichstromanteil anzugeben.The invention has for its object to provide a method for synchronous control of x \ usschaltzeitpunktes, Vechselsti'omleistungsschaltern with relatively slow drive at-Kursschlußströmen with high (rleichstromanteil.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu vier beliebigen, bekannten Zeiten t^, to, t-,, und t^ die Augenblickswerte des Stromes i^ gemessen werden· Diese Werte werden in. digitaler Form einer digitalen Verarbeitungseinheit zugeführt, in der ein Gleichungssystem zurAccording to the invention this object is achieved in that to four arbitrary, known times t ^, t o, t ,, and t ^ the instantaneous values of the current i ^ be measured · These values are fed in. Digital format of a digital processing unit, in which a system of equations for
Ermittlung der Konstanten für die Gleichung des Kurzschlußstromes mittels eines elektronischen Rechners gelöst wird und von der bei Berücksichtigung der Schalteigenzeit ein Synchronsehaltimpuls (Ausschaltimpuls) für jeden Stromnulldurchgang abgegeben wirdDetermining the constants for the equation of the short-circuit current is solved by means of an electronic computer and from the taking into account the switching time a Synchronsehaltimpuls (Ausschaltimpuls) is delivered for each current zero crossing
Der KurzSchlußstrom folgt der Beziehung ^ The short-circuit current follows the relation ^
ik (t) = Ik * sin(tut + JO + c · e T i k (t) = I k * sin (does + JO + c · e T
Mit den vier Meßwerten stehen vier Gleichungen für die Bestimmung der Unbekannten I, , y , c und 2* zur Verfügung. Die Lösung dieses Gleichungssystems geschieht mit Hilfe bekannter Rechenverfahren und -schaltungen.With the four measured values, four equations are available for the determination of the unknowns I,, y, c and 2 *. The solution of this system of equations is done by means of known computing methods and circuits.
Wach Bestimmung der o.g. Unbekannten kann der genaue Stromverlauf X1, (t) angegeben werden und somit sind die Zeit-For the purpose of determining the above-mentioned unknowns, the exact course of the current X 1 , (t) can be specified, and thus the time
Ja.Yes.
punkte der Stromnulldurchgänge vorher berechenbar. Bei Berücksichtigung der Schaltereigenzeit werden Auslösesignale vor den Stromnulldurchgängen der Schalterauslösesteuerung so zugeführt, daß die Kontaktstücke die Löschdistanz gerade im Nulldurchgang erreicht haben·Calculate the points of current zero crossings beforehand. Taking into account the switch time, triggering signals are supplied before the current zero crossings of the switch triggering control so that the contact pieces have reached the extinguishing distance just at the zero crossing ·
Der Vorteil dieses Verfahrens bei der Anwendung bei Blaskolbenschaltern ist der, daß die Löschmittelmenge geringer wird und damit der Antrieb eine kleinere Leistungsfähigkeit besitzen kann.· Weiterhin entsteht durch das synchrone Schal-•ten ein geringerer Kontaktabbirand, und der Wartungsaufwand verringert sich entsprechend. Von besonderer Bedeutung ist auch, daß die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei jedem bereits vorhandenen Schalter zur Erzielung des Synchronschalteffektes nachgerüstet werden kann·The advantage of this method when used with blow piston switches is that the amount of extinguishing agent is lower and thus the drive can have a lower performance. Furthermore, the synchronous switching results in a lower contact erosion, and the maintenance effort is correspondingly reduced. Of particular importance is also that the arrangement for carrying out the method according to the invention can be retrofitted to any existing switch to achieve the synchronous switching effect ·
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel gemäß dem Blockschaltbild näher erläutert werden»The invention will be explained in more detail in an embodiment according to the block diagram »
Über den im Stromkreis des Leistungsschalters 1 befindlichen Stromwandler 2 liegt der transformierte Strom an der Meßwerterfassung 3 und der Anregeschaltung 4 an· Wenn, bei einer Störung, z.B· Kurzschluß, der Strom einen bestimmten Ansprechwert und eine zulässige zeitliche Änderung (di/dt) überschreitet, wird durch die Anregeschaltung 4 die Steuerung 5 aktiviert, die die Vorgänge in der gesamten Synchronsteuerung koordiniert» Damit gelangt ein Steuerungsimpuls an die Meßwerterfassung 3 zur Annahme des anstehenden Analogwertes (Augenblickwert des Kurzschlußstromes) und gleichzeitig v/ird der Zeitgeber 7 in Betrieb gesetzt. Nachdem der Wert in der Meßwerterfassung 3 durch seinen Analog-/Digitalumsetzer verarbeitet wurde, wird der Digitalwert in den Speicher der Meßwertverarbeitung 6 gegeben· Somit kann der nächste Stromwert von der Meßwerterfassung 3 übernommen werden, mit gleichzeitiger Zeitübernahme in die Meßwertverarbeitung 6· Nachdem vier Augenblickswerte mit ihren Zeitpunkten in die Meßwertverarbeitung 6 eingegeben wurden, beginnt die Berechnung der charakteristischen Größen I-, , ^f , c und 2* des Kurzschlußstromes* Hierfür befindet sich in der Meßwertverarbeitung 6 ein elektronischer Kleinrechnerβ In seinen Speichern ist der Lösungsalgorithmus für das Gleichungssystem. untergebracht» Aus dem errechneten aktuellen Stromverlauf werden die Zeitpunkte der Stromnulldurchgänge ermittelt* Entsprechend der Schaltereigenzeit werden die .Auslösezeitpunkte vor den Stromnulldurchgängen festgelegt* Mit Hilfe des Zeitgebers 7 werden in den berechneten Zeitpunkten die Auslöseimpulse aus der Meßwertverarbeitung 6 an eine Verknüpfungssteuerung 8 weitergegeben· Hierbei erfolgt eine Art von Synchronisation zwischen dem tatsächlichen und berechneten Verlauf des Kurzschlußstromes durch den Zeitgeber 7·Via the current transformer 2 located in the circuit of the circuit breaker 1, the transformed current is applied to the measured value detection 3 and the starter circuit 4 · If, in the event of a fault, eg short circuit, the current exceeds a certain threshold and a permissible time change (di / dt) , the control circuit 5 is activated by the starter circuit 4, which coordinates the operations in the entire synchronous control »This gives a control pulse to the Meßwerterfassung 3 to accept the pending analog value (instantaneous value of the short-circuit current) and at the same v / ird the timer 7 is put into operation. After the value in the measured value acquisition 3 has been processed by its analog / digital converter, the digital value is put into the memory of the measured value processing 6. Thus, the next current value can be taken over by the measured value acquisition 3, with simultaneous time transfer to the measured value processing With their time points in the measured value processing 6, the calculation of the characteristic quantities I-, ^ f , c and 2 * of the short-circuit current begins * For this purpose, there is an electronic Kleinrechnerβ in the Meßwertverarbeitung 6 In its memory is the solution algorithm for the system of equations. accomodated »The current zero-crossing times are determined from the current current profile calculated. * The triggering times before the current zero crossings are determined according to the switch time * With the aid of the timer 7, the trigger pulses from the measured value processing 6 are forwarded to a logic controller 8 at the calculated times a kind of synchronization between the actual and calculated course of the short-circuit current by the timer 7 ·
Der Auslöseimpuls führt dann zum Öffnen des Leistungsschalters 1, wenn das übergeordnete Schutzsystem auf Grund der Selektivität diesen Schalter zum Abschalten ausgewählt hat (Signal 10). Bei betriebsmäßigen Abschaltungen (Signal 11) erfolgt ebenfalls ein synchronisiertes Abschalten,The triggering pulse then leads to the opening of the circuit breaker 1 when the higher-level protection system has selected this switch to switch off due to the selectivity (signal 10). In the case of operational shutdowns (signal 11), a synchronized shutdown also takes place,
Hierbei geht ein Steuersignal an die Steuerung 5, die die Meßwerterfassung 3 und die Meßv/ertverarbeitung 6 einschließlich den Zeitgeber 7 aktiviert, um somit das Synchronauslösesignal zu erhaltene Die Antriebssteuerung 9 bewirkt die Betätigung des Leistungsschalters 1«In this case, a control signal to the controller 5, which activates the Meßwerterfassung 3 and the Meßv / ertverarbeitung 6 including the timer 7, thus the sync trigger signal to be received The drive control 9 causes the operation of the circuit breaker 1 «
Die Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens unter Verwendung der entsprechend vorgeschlagenen mathematischen Punktion zur Errechnung des Kurvenverlaufes des Kurzschlußstromes erlaubt die genaue Vorausberechnung des Stromverlaufes über mehrere Nulldurchgänge hinaus, sodaß entsprechend der verschieden langen Vorauslösezeit der verschiedenen Schaltertypen mit langsamen Antrieben der Nulldurchgang ausgewählt wird, der ein synchrones Schalten erlaubt«The application of the proposed method according to the invention using the correspondingly proposed mathematical puncture for calculating the curve of the short-circuit current allows accurate prediction of the current over several zero crossings, so that is selected according to the different long pre-release time of the different types of switches with slow drives the zero crossing, which is a synchronous Switching allowed «
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