DD248903A1

DD248903A1 - METHOD FOR SYNCHRONATING THE OFF TIMING OF AC POWER SWITCHES

Info

Publication number: DD248903A1
Application number: DD27845785A
Authority: DD
Inventors: Ekkehard Anke; Franz Thiede
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1987-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern, die waehrend des Nulldurchganges des Stromes schalten und einen relativ langsamen Antrieb besitzen, insbesondere von synchronschaltenden Blaskolbenschaltern. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern mit langsamem Antrieb anzugeben, bei dem der Aufwand bei der Bestimmung des Nulldurchganges des Stromes bei groesseren Schalterausloesezeiten verringert und die Belastung des Leistungsschalters sowie die Ueberspannung bei kleinen induktiven Stroemen gesenkt werden. Erfindungsgemaess wird jeder Stromnulldurchgang erfasst und zu jedem Stromnulldurchgang ein von der Schaltereigenzeit und der Hoehe des Stromes abhaengiger verzoegerter Impuls erzeugt bzw. abgegeben, der zur Ausloesung fuehrt, wenn ein Ausschaltbefehl vorliegt. Fig. 1The invention relates to a method for synchronous control of the switch-off of AC circuit breakers, which switch during the zero crossing of the current and have a relatively slow drive, in particular of synchronously switching puffer piston switches. The aim and object of the invention is to provide a method for synchronous control of the switch-off of AC circuit breakers with slow drive, which reduces the effort in determining the zero crossing of the current at larger Schalterausloesezeiten and the burden of the circuit breaker and the overvoltage are reduced with small inductive currents , According to the invention, each current zero crossing is detected and, at each current zero crossing, a delayed pulse dependent on the switching instant and the magnitude of the current is generated, which leads to the triggering when a switch-off command is present. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field 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 synchronous control of the switch-off of AC circuit breakers, which switch during a zero crossing of the current.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Verringerung der Belastung von Leistungsschaltern während des Abschaltvorganges ist bereits bekannt, den Kontaktöffnungszeitpunkt durch eine geeignete Steuerung in die Nähe 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. Das heißt, die Schaltstückbewegung wird in Abhängigkeit von der Phase des Stromes so gesteuert, daß in einem ausgewählten Stromnulldurchgang die Kontaktstücke gerade die Löschdistanz erreicht haben.To reduce the load on circuit breakers during the shutdown process is already known to place the contact opening time by a suitable control in the vicinity of the current zero crossing of the current to be disconnected. The control circuit must to determine the expected time of the next zero crossing in advance in order to make timely required due to its own time advance of the switch can. That is, the switching piece movement is controlled in response to the phase of the current so that in a selected current zero crossing, the contact pieces have just reached the extinguishing distance.

Bei gegebenem Antrieb erhält man mit dieser Art der Steuerung die kürzeste Lichtbogenzeit. Das geschieht im allgemeinen dadurch, daß das Anteilen der Stromfunktion sowie Differentialen und evtl. Integralen davon eine stetige, zeitlich veränderliche Hilfsgröße gebildet wird, deren Nulldurchgänge um die erforderliche Vorauslösezeit gegenüber den zu erfassenden Stromnulldurchgängen vorauseilen. (DD-WP 62604 „Verfahren und Einrichtung zur synchronen Steuerung eines Wechselstromschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters"; DD-WP 81154 „Verfahren zur Synchronsteuerung von Wechselstromschaltern"; DE-OS 2118427 „Verfahren zur Steuerung von Leistungsschaltern".) Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß mit den Amplitudenwerten des Stromes und den daraus abgeleiteten Größen gearbeitet werden muß, was zu größeren Fehlern führen kann. Es sind auch Ausführungen von Synchronschaltern bekannt, die Steuerungen, welche erst wenige Millisekunden vor dem Stromnulldurchgang ein hinreichend genaues Signal abgeben, mit einem schnellen Antrieb kombinieren.With a given drive, the shortest arc time is obtained with this type of control. This is generally done in that the proportions of the current function as well as differentials and possibly integrals thereof a continuous, time-varying auxiliary size is formed, whose zero crossings lead by the required lead time compared to the current zero crossings to be detected. (DD-WP 62604 "Method and device for synchronous control of an AC switch, in particular a high-voltage circuit breaker"; DD-WP 81154 "Method for synchronous control of AC switches"; DE-OS 2118427 "Method for controlling circuit breakers".) Disadvantageous in these methods that it is necessary to work with the amplitude values of the current and the quantities derived therefrom, which can lead to larger errors, There are also known designs of synchronous switches, the controllers, which deliver a sufficiently accurate signal only a few milliseconds before the current zero crossing, with a fast Combine drive.

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 langsamen 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 Abschaltstrom maßgeblich durch die Leistungsfähigkeit des Antriebes bestimmt wird, nicht anzuwenden ist, da schon bei Antriebseigenzeiten von 10-20 ms Antriebskräfte von einigen Tonnen auftreten. Den Steuerungsverfahren, die es gestatten, jeweils im Nulldurchgang des Stromes den Zeitpunkt des nächstfolgenden Nulldurchganges anzugeben, haftet wiederum der Nachteil an, daß sie sich nur im Falle des rein sinusförmigen Stromes mit einem Antrieb mit einer Eigenzeit < 10ms kombinieren lassen. Diese Verfahren versagen jedoch, wenn der Kurzschlußstrom einen hohen Gleichstromanteil besitzt, wodurch Halbwellen mit einer Dauer < oder > 10ms entstehen, so daß auch in diesem Falle eine Kombination eines solchen Verfahrens mit Blaskolbenschaltern nicht möglich ist.The weight of the movable contact may only be a few kilograms and the driving force must be a few tons. The disadvantage of this type of control is that they are suitable for switches with relatively slow drive such. B. for a blow piston switch, in which the extinguishing agent flow is generated directly during the shutdown and the arc time is crucial for the dimensioning of the drive or the maximum turn-off is largely determined by the performance of the drive is not applicable, since even at drive own times of 10-20 ms drive forces of a few tons occur. The control method, which allows to specify in each case at the zero crossing of the current the time of the next zero crossing, in turn has the disadvantage that they can be combined only in the case of purely sinusoidal current with a drive with a proper time <10ms. However, these methods fail when the short-circuit current has a high DC component, which half waves with a duration <or> 10ms arise, so that even in this case, a combination of such a method with puffer switches is not possible.

Es sind weiterhin Steuerungsverfahren bekannt, die auch bei asymmetrischen Kurzschlußstrom den Auslöseimpuls zeitlich so legen, daß der Nulldurchgang des Stromes zu Beginn der Löschzeit liegt. Realisiert wird dies durch vier genaue Messungen des Stromes innerhalb der Halbwelle und anschließender Berechnung der Stromnulldurchgänge. (DD-WP 144328 „Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern".) Bei diesem Verfahren ist jedoch ein aufwendiger Rechner und ein zusätzlicher Stromwandler, der auch im Bereich der Kurzschlußströme um « z.B. 6OkA genau mißt, erforderlich. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Steuerung besteht darin, daß erst nach dem Auslösebefehl die Messung und Berechnung des Auslösezeitpunktes beginnt, was eine zusätzliche Verzögerung um mindestens eine Halbwelle zur Folge hat.Furthermore, control methods are known which, even with asymmetrical short-circuit current, set the tripping pulse in such a time that the zero crossing of the current is at the beginning of the erase time. This is achieved by four accurate measurements of the current within the half-wave and subsequent calculation of the current zero crossings. (DD-WP 144328 "Method for the synchronous control of the switch-off time of AC circuit breakers".) However, this method requires a complex computer and an additional current transformer, which also measures accurately in the range of short-circuit currents of eg 6OkA is that only after the trigger command, the measurement and calculation of the triggering time begins, resulting in an additional delay by at least one half-wave result.

Zusammenfassend kann so festgestellt werden, daß Synchronschaltungen von Blaskolben- oder ähnlichen Schaltern 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 oder bei Strömen mit hohem Gleichstromanteil die Vorauslösezeit dieser Art von Schaltern zu hoch ist, so daß auch Näherungslösungen und -werte nicht die erforderliche Genauigkeit gewährleisten, bzw. eines zu hohen gerätetechnischen rechnergestützten Aufwandes bedürfen.In summary, it can thus be stated that synchronous circuits of blow-piston or similar switches are not possible with the known methods since, in order to be able to indicate a precise course of the short-circuit current, the signal is too short before the zero-crossing of the current, i. So, too late for such a switch or high currents for DC currents, the pre-release time of this type of switches is too high, so that even approximate solutions and values do not ensure the required accuracy, or require a too high technical equipment computer-aided effort.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der Nulldurchgangsvorherbestimmung des Stromes zu erhöhen, den Aufwand bei der Bestimmung des Nulfdurchganges bei größeren Schalterausiösezeiten zu senken sowie die Belastung des Leistungsschalters zu verringern und die Überspannung bei kleinen induktiven Strömen zu senken.The aim of the invention is to increase the accuracy of the zero-crossing prediction of the current, to reduce the effort in determining the Nulfdurchganges at larger Schalterausiösezeiten and to reduce the load on the circuit breaker and to reduce the overvoltage at low inductive currents.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synchronisierung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern mit relativ langsamen Antrieb, insbesondere Blaskolbenschaltern, anzugeben.The invention has for its object to provide a method for synchronizing the switch-off of AC circuit breakers with relatively slow drive, in particular blow piston switches.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Stromnulldurchgang erfaßt wird und hierzu d. h. zu jedem Stromnulldurchgang ein von der Schaltereigenzeit und der Höhe des Stromes abhängiger verzögerter Impuls erzeugt bzw. abgegeben wird, der zur Auslösung führt, wenn ein Ausschaltbefehl wie Handabschaltung, Netzschutz usw. vorliegt.According to the invention the object is achieved in that each current zero crossing is detected and this d. H. for each current zero crossing, a delayed pulse dependent on the switch on time and the amount of current is generated, which triggers when a switch-off command such as manual switch-off, mains protection, etc. is present.

Es wird hier davon ausgegangen, daß die Ermittlung des Ausschaltzeitpunktes mit einer Toleranz von ±1 ms ausreichend ist. Die Streuung der Eigenzeit des Antriebes liegt ebenfalls bei ca. ±1 ms. Nicht größer ist auch die Streuung der PeriodendauerT des Wechselstromes. Nur in der ersten Periode des asymmetrischen Kurzschlußstromes kann eine wesentlich größere Abweichung auftreten. Im allgemeinen wird hier der Auslösebefehl des Netzschutzes noch nicht vorliegen. Grundlage dieses Verfahrens ist, daß von einem Stromnulldurchgang die weiteren 2 bis 3 Nulldurchgänge gleicher Richtung mit ausreichender Genauigkeit vorhergesagt werden können. Damit sind eine genaue Meßtechnik zur Ermittlung von Augenblickswerten des Stromes und ein Rechner nicht erforderlich.It is assumed here that the determination of the switch-off time with a tolerance of ± 1 ms is sufficient. The dispersion of the proper time of the drive is also approx. ± 1 ms. The spread of the period T of the alternating current is not greater either. Only in the first period of the asymmetrical short-circuit current can a much larger deviation occur. In general, the trigger command of the network protection will not be available here. The basis of this method is that from a current zero crossing the further 2 to 3 zero crossings of the same direction can be predicted with sufficient accuracy. Thus, an accurate measurement technique for the determination of instantaneous values of the current and a computer are not required.

Jeder Nulldurchgang erzeugt einen Impuls, der um t_v< 20 ms verzögert wird, so daß ein Stromnulldurchgang gleicher Polarität im optimalen Löschbereich des Schalters liegt. Der optimale Löschbereich des Schalters und damit t_s ist abhängig vom Strom.Each zero crossing produces a pulse which is delayed by t _v <20 ms so that a current zero crossing of the same polarity is within the optimum erasing range of the switch. The optimal extinguishing area of the switch and thus t _s is dependent on the current.

Hier reicht eine Unterteilung in 2 bis 3 Strombereiche, wie kleinste induktive Ströme, kleine induktive Ströme und Nenn- bis Kurzschlußströme, wozu kein spezieller Stromwandler erforderlich ist, aus.Here, a subdivision into 2 to 3 current ranges, such as the smallest inductive currents, small inductive currents and nominal to short-circuit currents, for which no special current transformer is required, from.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, denn Auslöseimpuls so festzulegen, daß der Nulldurchgang des Stromes immer zu Beginn der Löschbereitschaft eintritt, wodurch eine Synchronsteuerung von Wechselstromleistungsschaltern mit relativ langsamen Antrieb möglich ist.By the method according to the invention is ensured, because tripping pulse set so that the zero crossing of the current always occurs at the beginning of the readiness for extinction, whereby a synchronous control of AC circuit breakers with relatively slow drive is possible.

Das führt letztendlich auch dazu, daß der Kontaktabbrand reduz'ort und damit der Wartungsaufwand verringert wird.This ultimately leads to the fact that the contact erosion reduces and thus the maintenance effort is reduced.

embodiment

An dem in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.In the embodiment shown in the accompanying drawings, the invention will be explained in more detail below.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing show:

Fig. 1: das Blockschaltbild zum erfindungsgemäßen Verfahren; Fig.2: das Impulsdiagramm zum erfindungsgemäßen Verfahren.Fig. 1: the block diagram for the method according to the invention; 2 shows the pulse diagram for the method according to the invention.

Der durch den Leistungsschalter 1 fließende Strom i wird im Stromwandler 2 auf eine für den Nulltrigger 3 und den Meßtrigger 4 geeignete Größe transformiert. Der Nulltrigger 3 gibt bei Stromnull einen Impuls a an ein Verzögerungsglied 5, z. B. Schieberegister, ab. Zu jedem Impuls a werden zwei verzögerte Impulse b und c abgegeben. Der Impuls b wird bei großen Strömen und der Impuls c bei kleinen induktiven Strömen wirksam. Hat der Leistungsschalter 1 vom Ansteuerimpuls g bis zur Löschbereitschaft eine Ausschaltzeit t_si von <40ms, so muß jeder Impuls a um die Verzögerungszeit t_vi = 40 — t_sl verzögert werden. Ist 40 < t_s1 < 60, so folgt t_v1 = 60 ms - t_s1. Bei kleinen induktiven Strömen soll der Stromnulldurchgang vorder Löschbereitschaft liegen, d.h. die Ausschaltzeitt_s2 des Schalters ist geringer; t_s2 < t_si. Auch hier muß jeder Impuls a um die Verzögerungszeit t_v2 = 40 ms — t_s2, bzw. t_v2 = 60 ms — t_s2 verzögert werden.The current i flowing through the circuit breaker 1 is transformed in the current transformer 2 to a size suitable for the zero trigger 3 and the measuring trigger 4. The zero trigger 3 is at zero current pulse a to a delay element 5, z. B. shift register, from. For each pulse a, two delayed pulses b and c are delivered. The pulse b becomes effective at high currents and the pulse c at small inductive currents. If the circuit breaker 1 has a turn-off time t _s i of <40ms from the drive pulse g to the read-ready state, then each pulse a must be delayed by the delay time t _v i = 40 -t _sl . If 40 <t _s1 <60, then t _v1 = 60 ms - t _s1 . For small inductive currents, the current zero crossing should be before the readiness for extinction, ie the switch-off time _{s2 of} the switch is lower; t _s2 <t _s i. Again, each pulse a must be delayed by the delay time t _v2 = 40 ms - t _s2 , and t _v2 = 60 ms - t _s2 .

Der Meßtrigger 4 gibt einen Impuls d ab, wenn der Augenblickswert des Stromes einen vorgegebenen Wert, z. B. 200 A, überschreitet und schaltet zurück, wenn dieser Wert innerhalb von z. B. 20 ms nicht wieder überschritten wurde. Die Verarbeitungseinheit 6 schaltet in Abhängigkeit vom Impuls d, den Impuls b bei großen Strömen oder den Impuls c bei kleinen induktiven Strömen über den Impuls e an die Verarbeitungseinheit 7. Liegt an der Verarbeitungseinheit 7 ein Ausschaltbefehl f vor, z. B. Schutz, Handabschaltung usw., so wird dieser mit dem nächsten Impuls e über den Ansteuerimpuls g an den Antrieb 8 des Leistungsschalter 1 weitergegeben.The measuring trigger 4 outputs a pulse d, if the instantaneous value of the current is a predetermined value, for. B. 200 A, exceeds and switches back if this value within z. B. 20 ms was not exceeded again. The processing unit 6 switches in response to the pulse d, the pulse b at high currents or the pulse c at small inductive currents via the pulse e to the processing unit 7. If there is an off command f at the processing unit 7, z. As protection, manual shutdown, etc., it will be forwarded to the next pulse e via the drive pulse g to the drive 8 of the circuit breaker 1.

Claims

1. A method for synchronous control of the switch-off of switching during the zero crossing of the current alternating current circuit breakers with relatively slow drive, in particular Blaskolbenschalter, characterized in that each current zero crossing is detected and at each current zero crossing a delayed depending on the switch time pulse is generated, which triggers if there is a switch-off command such as manual switch-off, mains protection etc.

2. Method according to item!, Characterized in that the delayed pulse is additionally generated in dependence on the magnitude of the current.