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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Schaltgerät zum Steuern
des Öffnungs-/Schließvorgangs
jedes Leistungsschalters eines Schaltgeräts, der eine Energieübertragungsleitung
trennt und wieder einschaltet, und insbesondere betrifft die Erfindung
eine Technik zum Unterdrücken einer
Stoßspannung,
die auftritt, wenn eine Netzleitung unter Leerlaufbedingungen wieder
eingeschaltet wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Herkömmlich wird
eine gesteuerte Schalttechnik zum Unterdrücken einer Stoßspannung
angewandt, die auftritt, wenn eine einmal getrennte Energieübertragungsleitung
unter Leerlaufbedingungen wieder eingeschaltet wird. Diese Steuertechnik
umfasst das Detektieren einer Spannung über entgegengesetzte Anschlüsse eines
Schaltgeräts
und das Schließen
des Schaltgeräts
zu einem Zeitpunkt, zu dem die entgegengesetzten Anschlüsse des
Schaltgeräts
eine gemeinsame Polarität
haben, wie beispielsweise in den ungeprüften
JP-Patentveröffentlichungen Nr. 1980-151724 und
1980-151725 beschrieben
ist.
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Im
Fall eines sogenannten Wiederschließens einer Energieübertragungsleitung
mit hoher Geschwindigkeit bei Nulllast wird eine elektrische Ladung,
die vor der Stromkreisunterbrechung darin gespeichert wurde, kaum
entladen und verbleibt nahezu vollständig in der Übertragungsleitung
und erzeugt somit eine Restgleichspannung. Bin spezieller Typ eines
Spannungssensorsystems, das beispielsweise aus einem kapazitiven
Spannungsteiler besteht, ist zum genauen Messen dieser Restspannung erforderlich,
wie in den oben genannten Veröffentlichungen
erwähnt
ist. Bin solcher spezieller Typ eines Spannungssensorsystems ist
jedoch in einem allgemein verwendeten Energieversorgungsnetz nicht vorgesehen,
so dass die herkömmliche
Steuertechnik aus praktischer Sicht nicht ausreichend nützlich ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll eine Lösung des obengenannten Problems
des Stands der Technik angeben. Insbesondere ist es eine Aufgabe
der Erfindung eine äußerst praktische
Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät
anzugeben, welche die Fähigkeit hat,
eine Stoßspannung,
die auftritt, wenn eine einmal getrennte leerlaufende Netzleitung
wieder eingeschaltet wird, wirksam zu unterdrücken, ohne einen speziellen
Typ eines Spannungssensorsystems zum Messen einer Restgleichspannung
an der leerlaufenden Netzleitung zu benötigen.
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Nach
der Erfindung steuert eine Steuervorrichtung für ein Schaltgerät den Öffnungs-/Schließvorgang
eines Leistungsschalters eines Schaltgeräts zum Trennen und Wiedereinschalten
einer Energieübertragungsleitung
unter Leerlaufbedingungen. Die Steuervorrichtung für ein Schaltgerät weist
Folgendes auf: einen Spannungssensor zum Detektieren einer Wechselspannung
an einer Energiequellenseite des Leistungsschalters, einen Stromwandler
zum Detektieren eines Stroms eines Hauptstromkreises, der durch
den Leistungsschalter fließt,
einen Kontaktöffnungszeitpunktsensor
zum Detektieren des Kontaktöffnungszeitpunkts
eines Hauptkontakts des Leistungsschalters bei Unterbrechung der
Energieübertragungsleitung,
einen Unterbrechungszeitpunktsensor zum Detektieren des Unterbrechungszeitpunkts,
zu dem der durch den Leistungsschalter fließende Strom des Hauptstromkreises
unterbrochen worden ist, auf der Basis eines Ausgangssignals des Stromwandlers
und des von dem Kontaktöffnungszeitpunktsensor
detektierten Kontaktöffnungszeitpunkts,
und einen Wiederschließzeitpunktentscheider
zum Bestimmen des Wiederschließzeitpunkts,
zu dem der Hauptkontakt des Leistungsschalters zum Wiedereinschalten
der Energieübertragungsleitung wieder
geschlossen werden sollte, auf der Basis eines Ausgangssignals des
Spannungssensors, des Ausgangssignals des Stromwandlers und des
von dem Unterbrechungszeitpunktsensor detektierten Unterbrechungszeitpunkts.
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Die
Steuervorrichtung der Erfindung für ein Schaltgerät ist ausgebildet,
um die Wechselspannung an der Energiequellenseite des Leistungsschalters,
den durch den Leistungsschalter fließenden Strom des Hauptstromkreises
und den Kontaktöffnungszeitpunkt
des Hauptkontakts des Leistungsschalters zu detektieren und um den
Wiederschließzeitpunkt,
zu dem der Hauptkontakt des Leistungsschalters wieder geschlossen
werden sollte, auf der Basis der detektierten Wechselspannung, des Stroms
des Hauptstromkreises und des Kontaktöffnungszeitpunkts zu bestimmen.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine äußerst praktische Steuervorrichtung
für ein
Schaltgerät
bereit, die eine Stoßspannung,
die auftritt, wenn eine einmal getrennte leerlaufende Netzleitung
wieder eingeschaltet wird, unterdrücken kann, ohne einen speziellen
Typ eines Spannungssensorsystems zu benötigen, das imstande ist, eine
Gleichspannungskomponente zu detektieren.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Energieversorgungsnetzes,
das eine Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung aufweist;
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2 ist
ein Blockbild, das die innere Konfiguration eines Prozessors der
Steuervorrichtung für ein
Schaltgerät
von 1 zeigt; und
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3A, 3B, 3C, 3D und 3E sind
Diagramme, die zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Steuervorrichtung für ein Schaltgerät nach der
ersten Ausführungsform
der Erfindung Wellenformen zeigen.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Energieversorgungsnetzes,
das eine Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung aufweist, und 2 ist ein
Blockbild, das die innere Konfiguration eines Prozessors 9 der
Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät
zeigt, welcher deren Hauptteil bildet.
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Wie 1 zeigt,
ist eine Dreiphasen-Energiequelle 1 über jeweilige Leistungsschalter 2R, 2S, 2T mit Übertragungsleitungen 6R, 6S, 6T verbunden, die
zum Trennen und Wiedereinschalten der Übertragungsleitungen 6R, 6S, 6T unter
Leerlaufbedingungen geöffnet
bzw. geschlossen werden können.
Die Leistungsschalter 2R, 2S, 2T der
Einzelphasen (die mit R, S und T bezeichnet sind) sind versehen
mit: Hauptkontakten 3R, 3S, 3T zum Unterbrechen
und Fließenlassen
von Strömen
des Hauptstromkreises durch die Leistungsschalter 2R, 2S, 2T,
Hilfskontakten 5R, 5S, 5T, die auf eine
mit den Hauptkontakten 3R, 3S, 3T mechanisch
verriegelte Weise schließen und
unterbrechen, und Betätigungseinrichtungen 4R, 4S, 4T,
um zu bewirken, dass die Hauptkontakte 3R, 3S, 3T schließen bzw.
unterbrechen.
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Spannungssensoren 7R, 7S, 7T detektieren einzelne
Phasenspannungen der Dreiphasen-Energiequelle 1 und
geben die detektierten Spannungen über eine Spannungserfassungseinheit 11 an
den Prozessor 9 ab. Dagegen detektieren Stromwandler 8R, 8S, 8T durch
die Übertragungsleitungen 6R, 6S, 6T der
jeweiligen Phasen fließende
Ströme
und geben die detektierten Ströme über eine
Stromerfassungseinheit 12 an den Prozessor 9 ab.
Als Folge des Schließ-
und Unterbrechungsvorgangs der Hilfskontakte 5R, 5S, 5T erzeugte
Hilfskontaktsignale werden über
eine Hilfskontaktsignal-Erfassungseinheit 13 ebenfalls
dem Prozessor 9 zugeführt.
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Bei
Empfang eines Befehls Q, der die Unterbrechung und das Wiederschließen der
Leistungsschalter 2R, 2S, 2T betrifft,
durch einen Befehlsdetektor 10 gibt der Prozessor 9 über eine
Befehlsausgabeeinheit 14 an die Betätigungseinrichtungen 4R, 4S, 4T einen Öffnungsbefehl
aus, bestimmt den Wiederschließzeitpunkt,
zu dem die Hauptkontakte 3R, 3S, 3T wieder
geschlossen werden sollten, auf der Basis von Informationen von
der Stromerfassungseinheit 12 und der Hilfskontaktsignal-Erfassungseinheit 13 und
gibt einen relevanten Wiederschließbefehl über die Befehlsausgabeeinheit 14 an
die Betätigungseinrichtungen 4R, 4S, 4T aus.
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Nachstehend
wird die Konfiguration des Prozessors 9 unter Bezugnahme
auf 2 beschrieben. Der das Unterbrechen und Wiederschließen des Stromkreises
betreffende Betrieb wird an jeder der R-, S- und T-Phasen ähnlich ausgeführt, so
dass die Suffixe R, S und T in der nachstehenden Erläuterung nur
dann verwendet werden, wenn sie speziell erforderlich sind. Eine
Kontaktöffnungszeitpunkt-Detektierschaltung 20 detektiert
den Kontaktöffnungszeitpunkt
des Hauptkontakts 3 der Leistungsschalter 2 auf
der Basis eines Hilfskontaktsignals A, das von der Hilfskontaktsignal-Erfassungseinheit 13 zugeführt wird,
und gibt ein Kontaktöffnungszeitpunktsignal
an eine Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 aus,
die nachstehend beschrieben wird. Eine Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 bestimmt aufeinanderfolgend
Intervalle von einem Nullpunkt zum nächsten eines von der Stromerfassungseinheit 12 zugeführten detektierten
Stromsignals I und gibt ein Nullpunktintervallsignal an die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 aus.
Auf der Basis des von der Kontaktöffnungszeitpunkt-Detektierschaltung 20 zugeführten Kontaktöffnungszeitpunktsignals,
des von der Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 zugeführten Nullpunktintervallsignals und
eines von einer Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwerteinstelleinrichtung 22 zugeführten Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwerts
J1 bestimmt die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 den Unterbrechungszeitpunkt,
zu denn die durch die Leistungsschalter 2 fließenden Ströme des Hauptstromkreises
unterbrochen worden sind, und gibt ein Unterbrechungszeitpunktsignal
an eine Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 aus, die
nachstehend beschrieben wird.
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Obwohl
jeder der Stromwandler 8 an einer Sekundärseite inhärent eine
Ausgangswellenform erzeugen sollte, welche die Wellenform des an
einer Primärseite
fließenden
Stroms des Hauptstromkreises exakt kopiert, spiegelt die Ausgangswellenform der
Sekundärseite
die primärseitige
Wellenform nicht genau wieder, insbesondere während einer Übergangsphase
unmittelbar nach Unterbrechung des Stroms des Hauptstromkreises
aufgrund von Zeitkonstanten jedes Stromwandlers 8 und anderer
damit verbundener Schaltungen. Insbesondere bleibt das detektierte
Stromsignal I, welches das Ausgangssignal jedes Stromwandlers 8 repräsentiert,
für eine
bestimmte Zeitdauer selbst nach Unterbrechung des Stroms des Hauptstromkreises
ungleich null. Um den Unterbrechungszeitpunkt der Ströme des Hauptstromkreises
aus dem detektierten Stormsignal I genau zu bestimmen, ist es somit
erforderlich, eine weitere mathematische Operation auszuführen, wie noch
im Einzelnen erläutert
wird.
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Die
Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 bestimmt
den Wiederschließzeitpunkt, zu
dem die Leistungsschalter 2 wieder geschlossen werden sollten,
wobei kaum eine Stoßspannung
erzeugt wird, auf der Basis eines von jedem der Leistungsschalter 2 zugeführten detektierten
Spannungssignal V, des von der Stromerfassungseinheit 12 zugeführten detektierten
Stromsignals I und des von der Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 zugeführten Unterbrechungszeitpunktsignals. Dann
gibt die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 auf
der Basis des so bestimmten Wiederschließzeitpunkts ein Wiederschließzeitpunktsignal
an die Befehlsausgabeeinheit 14 aus.
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Nachstehend
wird die Arbeitsweise der Steuervorrichtung für ein Schaltgerät nach der
ersten Ausführungsform
hauptsächlich
unter Bezugnahme auf das Blockbild von 2 und die 3A bis 3E beschrieben,
die Wellenformen an verschiedenen Stellen der Steuervorrichtung
für ein
Schaltgerät
zeigen.
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3A ist
ein Diagramm, welches das detektierte Spannungssignal V zeigt, das
eine Spannungswellenform der Dreiphasen-Energiequelle 1 repräsentiert,
die von jedem der Spannungssensoren 7 durch die Spannungserfassungseinheit 11 detektiert wird.
Selbstverständlich
liefert die Dreiphasen-Energiequelle 1 eine ständig wechselnde
Wechselspannung, und keiner der Spannungssensoren 7 braucht von
einem speziellen Typ zu sein, der imstande ist, Gleichspannungskomponenten
zu detektieren, sondern sie können
von einem allgemein erhältlichen Standardtyp
sein.
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3B ist
ein Diagramm, welches das oben genannte detektierte Stromsignal
I zeigt, das eine Stromwellenform repräsentiert, die von jedem der Stromwandler 8 durch
die Stromerfassungseinheit 12 detektiert wird. Obwohl angenommen
wird, dass diese Stromwellenform eigentlich die Wellenform des Stroms
des Hauptstromkreises repräsentiert,
ist es wahrscheinlich, dass die detektierte Stromwellenform die
Wellenform des Stroms des Hauptstromkreises während der Übergangsphase unmittelbar nach Unterbrechung
des Stroms des Hauptstromkreises beispielsweise aufgrund von elektrischen
Eigenschaften jedes Stromwandlers 8 nicht genau kopiert, wie
bereits erwähnt
wurde.
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3C ist
ein Diagramm, das schematisch ein Verhaltensmuster des Hauptkontakts 3 jedes Leistungsschalters 2 zeigt,
wobei ein Hochpegel einen geschlossenen Kontaktzustand und ein Niedrigpegel
einen offenen Kontaktzustand repräsentiert. 3D ist
ein Diagramm, welches das oben genannte Hilfskontaktsignal A zeigt,
das zu einem Zeitpunkt (Kontaktöffnungszeitpunkt),
zu dem jeder Hauptkontakt 3 eine mechanische Bewegung beginnt,
um von dem geschlossenen Kontaktzustand in den offenen Kontaktzustand
zu wechseln, von EIN zu AUS umschaltet. Im Gegensatz dazu schaltet
das Hilfskontaktsignal A zu einem Zeitpunkt, zu dem jeder Hauptkontakt 3 bei
Beendigung einer mechanischen Bewegung, um von dem offenen Kontaktzustand
in den geschlossenen Kontaktzustand zu wechseln, den geschlossenen
Kontaktzustand erreicht, von AUS zu EIN um. 3E ist
ein Diagramm, das zeigt, wie das detektierte Stromsignal I, welches
das Ausgangssignal jedes Stromwandlers 8 repräsentiert,
zwischen Zuständen
positiver und negativer Gradienten alterniert.
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Da
die Übertragungsleitungen 6 eine
kapazitive Impedanz haben, werden Ströme, die unter Leerlaufbedingungen
in die Übertragungsleitungen 6 geladen
werden, phasenmäßig um bis
zu 90° gegenüber den
jeweiligen Phasenspannungen vorgerückt, wie aus 3A und 3B ersichtlich
ist. Da andererseits die Leistungsschalter 2 zum Trennen
und Verbinden der Übertragungsleitungen 6 von
der Dreiphasen-Energiequelle 1 die Ströme allgemein an einem Nullstrompunkt
unterbrechen, werden die Ströme
in der Nähe
eines extremen Spannungspunkt unterbrochen und somit verbleibt eine
gleichartige Spannung, die nahezu gleich einer maximalen Phasenspannung
ist, in jeder der Übertragungsleitungen 6.
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Ein
Phänomen,
das herkömmlich
auftritt, wenn die Übertragungsleitungen 6,
die eine solche Restspannung führen,
mit der Dreiphasen-Energiequelle 1 wieder verbunden werden,
ist das Auftreten einer Wiederschließ-Stoßspannung, die der Differenz
zwischen dem Wert einer momentanen Quellenspannung und der Restspannung
auf den Übertragungsleitungen 6 in
dem Moment entspricht, in denn die Leistungsschalter 2 wieder
geschlossen werden. Um die Stoßspannung
beim Wiederschließen
zu unterdrücken,
ist es erforderlich, die Leistungsschalter 2 zu einem Zeitpunkt
wieder zu schließen,
zu dem die Quellenspannung gleich der Restspannung auf den Übertragungsleitungen 6 wird.
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Es
gibt eine festgelegte Phasendifferenz zwischen den Phasenspannungen
und den entsprechenden Ladeströmen,
wie oben erwähnt
wurde. Deshalb verbleibt eine negative Spannung in jeder Übertragungsleitung 6,
wenn diese Übertragungsleitung 6 an
einem Nullstrompunkt getrennt wird, an dem eine Kurve, die den durch
die Übertragungsleitung 6 fließenden Strom
repräsentiert,
einen positiven Gradienten hat, wogegen eine positive Spannung in
jeder Übertragungsleitung 6 verbleibt,
wenn diese Übertragungsleitung 6 an
einem Nullstrompunkt getrennt wird, an dem die Kurve, die den durch die Übertragungsleitung 6 fließenden Strom
repräsentiert,
einen negativen Gradienten hat (siehe 3A und 3B).
Die so gespeicherte Restspannung auf jeder Übertragungsleitung 6 schwächt sich normalerweise
mit einer gegebenen Zeitkonstanten ab, die allgemein 1 s oder länger ist.
Die einmal von der Dreiphasen-Energiequelle 1 getrennte Übertragungsleitung 6 wird
typischerweise in ungefähr
0,3 s wieder eingeschaltet. Da sich während dieses kurzen Zeitraums
nur ein geringer Teil der Restspannung abschwächt, versteht es sich, dass
nahezu der gleiche Spannungspegel wie der bei der Unterbrechung
des durch die Übertragungsleitung 6 fließenden Stroms beobachtete
verbleibt, wenn diese Übertragungsleitung 6 wieder
eingeschaltet wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des oben genannten
Phänomens
gemacht woden, das die Stromkreisunterbrechung und das Wiederschließen unter
Leerlaufbedingungen betrifft. Die nachstehende Erläuterung
beschreibt, wie jedes der oben genannten Elemente des in 2 gezeigten
Prozessors arbeitet.
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Zunächst wird
der Unterbrechungszeitpunkt des Stroms jedes Hauptstromkreises aus
dem detektierten Stromsignal I, das von den Stromwandlern 8 ausgegeben
wird, detektiert. Zu diesem Zweck detektiert die Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 aufeinanderfolgende
Nullpunkte des detektierten Stromsignals I und bestimmt aufeinanderfolgend
Intervalle von einem Nullpunkt zum nächsten. Insbesondere bestimmt
in der Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät
nach der ersten Ausführungsform
die Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 ein Zeitintervall
Tn von einem Nullpunkt Pn zu einem Nullpunkt Pn + 1, ein Zeitintervall
Tn + 1 von einem Nullpunkt Pn + 1 zu einem Nullpunkt Pn + 2, ein
Zeitintervall Tn + 2 von einem Nullpunkt Pn + 2 zu einem Nullpunkt Pn
+ 3 usw. und gibt das Nullpunktintervallsignal an die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 aus.
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Die
Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 berechnet
eine Differenz zwischen jedem aufeinanderfolgenden Zeitintervall,
das von der Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 detektiert wird,
und der Halbperiode einer von der Dreiphasen-Energiequelle 1 zugeführten Netzfrequenz
und vergleicht die so berechnete Differenz mit dem von der Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwerteinstelleinrichtung 22 zugeführten Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwert
J1. Wenn die Differenz zwischen dem aufeinanderfolgend detektierten
Zeitintervall und der Halbperiode der Netzfrequenz den Unterberechungszeitpunkt-Referenzwert
J1 überschreitet, beurteilt
die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23, dass
der Nullpunkt, der dem Nullpunkt unmittelbar vorausgeht, bei dem
die oben genannte Differenz den Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwert J1 überschritten
hat, der Unterbrechungszeitpunkt des Stroms des Hauptstromkreises
war, und gibt ein entsprechendes Unterbrechungszeitpunktsignal an
die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 aus.
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Die
oben genannte Vorgehensweise zur Bestimmung der Unterbrechungszeitpunkts
aus einer Änderung
von Nullpunktintervallen beruht auf der Tatsache, dass eine Wechselstromwellenform
an der Sekundärseite
jedes Stromwandlers 8 aufgrund von dessen Übergangsverhalten
selbst nach Unterbrechung des Stroms des Hauptstromkreises auftritt oder
wenn kein Strom des Hauptstromkreises an der Primärseite jedes
Stromwandlers 8 fließt.
Die Frequenz und somit das Nullpunktintervall des an der Sekundärseite jedes
Stromwandlers 8 fließenden Wechselstroms
weicht von der Netzfrequenz ab. Die Vorgehendsweise der vorliegenden
Ausführungsform
soll den Stromunterbrechungszeitpunkt des Hauptstromkreises durch
Detektieren einer Änderung
von Nullpunktintervallen schätzen,
wie oben erläutert
wurde.
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Beim
Einstellen des Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwerts J1, der bei
der Beurteilung, ob eine Änderung
von Nullpunktintervallen aufgetreten ist, zu verwenden ist, ist
es erforderlich, beispielsweise Netzfrequenzänderungen von ungefähr 5% sowie Erfassungsfehler
von ungefähr
1% von einzelnen Stromerfassungseinrichtungen zu berücksichtigen. Deshalb
sollte in der Steuervorrichtung für ein Schaltgerät nach dieser
Ausführungsform
ein Kriterium zum Beurteilen, ob eine Änderung von Nullpunktintervallen
aufgetreten ist, bevorzugt mit einem Wert von ungefähr 10% einer
Nennnetzfrequenz vorgegeben werden.
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Der
Unterbrechungszeitpunkt des Stroms des Hauptstromkreises tritt natürlich an
einem Punkt auf, der nicht vor dem Kontaktöffnungszeitpunkt liegt, zu
dem jeder Hauptkontakt 3 die mechanische Bewegung beginnt,
um von dem geschlossenen Kontaktzustand in den offenen Kontaktzustand
zu wechseln. Somit bestimmt die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 den
Unterbrechungszeitpunkt unter der zusätzlichen Bedingung, dass der
Unterbrechungszeitpunkt nicht früher
als der von der Kontaktöffnungszeitpunkt-Detektierschaltung 20 zugeführte Kontaktöffnungszeitpunkt
auftritt, so dass die Gefahr einer Fehlbeurteilung reduziert ist.
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Die
oben genannte Vorgehensweise der vorliegenden Ausführungsform
ist insbesondere unter Bezugnahme auf ein in den 3A bis 3E gezeigtes
Beispiel beschrieben. Zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Beurteilung
in Bezug auf das Zeitinterval Tn + 2 erfolgt, das nicht früher als
der Kontaktöffnungszeitpunkt,
zu denn das Hilfskontaktsignal A von EIN zu AUS umschaltet, detektiert
wird, überschreitet
die oben genannte Differenz zwischen dem aufeinanderfolgend detektierten
Zeitintervall und der Halbperiode der Netzfrequenz den Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwert J1,
und die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 beurteilt,
dass der Nullpunkt Pn + 2, der dem Nullpunkt Pn + 3 unmittelbar
vorausgeht, in dem Beispiel der 3A bis 3E der
Unterbrechungszeitpunkt des Stroms des Hauptstromkreises war.
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Bei
Empfang des von der Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 zugeführten Unterbrechungszeitpunktsignals
detektiert die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24,
dass das detektierte Stromsignal I zu dem Unterbrechungszeitpunkt
Pn + 2 einen negativen Gradienten hat (siehe 3E). Da
die Restspannung auf jeder Übertragungsleitung 6 bei
Unterbrechung des Stroms des Hauptstromkreises einen maximalen positiven
Wert hat, bestimmt die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 auf
der Basis des detektierten Spannungssignals V den Wiederschließzeitpunkt,
zu dem jeder Hauptkontakt 3 an einem extremen positiven
Spannungspunkt wieder geschlossen werden sollte und gibt so das
bestimmte Wiederschließzeitpunktsignal,
das den Wiederschließzeitpunkt
bezeichnet, an die Befehlsausgabeeinheit 14 aus. Dann aktiviert
bei Empfang eines Wiederschließbefehls
von der Befehlsausgabeeinheit 14 jede der Betätigungseinrichtungen 4 den
Hauptkontakt 3 des betreffenden Leistungsschalters 2 zum Wiederschließen an dem
extremen positiven Spannungspunkt. Als Folge des oben beschriebenen Steuervorgangs
wird jeder der Hauptkontakte 3 in einem Zustand, in dem
Spannungen an entgegengesetzten Kontaktanschlüssen einander nahezu gleich sind,
wieder geschlossen, wobei beim Wiederschließen der Kontakte kaum eine Stoßspannung
erzeugt wird, wodurch ein äußerst zuverlässiger Stromversorgungsbetrieb
ermöglicht
wird.
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Wenn
andererseits das detektierte Stromsignal I zu dem von der Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 bestimmten
Unterbrechungszeitpunkt einen positiven Gradienten hat, dann hat die
Restspannung auf jeder Übertragungsleitung 6 bei
Unterbrechung des Stroms des Hauptstromkreises einen maximalen negativen
Wert. Die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 bestimmt
also den Wiederschließzeitpunkt,
zu dem jeder Hauptkontakt an einem extremen negativen Spannungspunkt
wieder geschlossen werden sollte, und zwar in diesem Fall auf der
Basis des detektierten Spannungssignals V.
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Während, wie
bisher erläutert
wurde, der Kontaktöffnungszeitpunkt
jedes Hauptkontakts 3 aus dem von jedem Hilfskontakt 5 zugeführten Signal
detektiert wird, kann die oben beschriebene Anordnung der ersten
Ausführungsform
so modifiziert werden, dass der Kontaktöffnungszeitpunkt aus einem
Kontaktbetriebssignal bestimmt wird, welches das Verhalten jedes
Hauptkontakts 3 direkt bezeichnet.
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Während ferner
bei der vorstehenden ersten Ausführungsform
die Stromwandler 8 an einer Übertragungsleitungsseite der
jeweiligen Hauptkontakte 3 angeschlossen sind, kann nach
der vorliegenden Erfindung diese Anordnung so modifiziert werden,
dass die Stromwandler 8 an der Seite einer Dreiphasen-Energiequelle
der jeweiligen Hauptkontakte 3 angeschlossen sind.
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Da
die Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät nach
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie bisher erläutert, die Kontaktöffnungszeitpunkt-Detektierschaltung 20,
die Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21, die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 und
die Wiederschließzeitpunkt-Entscheidungsschaltung 24 aufweist,
kann die Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät eine
Stoßspannung,
die beim Wiederschließen
einer leerlaufenden Netzleitung auftreten kann, wirksam unterdrücken. Es
versteht sich aufgrund der vorstehenden Erläuterung, dass eine äußerst praktische Steuervorrichtung
für ein
Schaltgerät
unter Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 der vorstehenden
ersten Ausführungsform
bestimmt den Unterbrechungszeitpunkt aus dem detektierten Stromsignal
I in Abhängigkeit
davon, ob die Differenz zwischen dem aufeinanderfolgend detektierten
Zeitintervall, das von der Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 detektiert
wird, und der Halbperiode der Netzfrequenz den spezifischen Unterbrechungszeitpunkt-Referenzwert
J1 überschreitet.
Diese Anordnung der ersten Ausführungsform
ist in einer Steuervorrichtung für
ein Schaltgerät nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung modifiziert, wie nachstehend beschrieben wird. Der Fokus
der nachstehenden Erläuterung
ist darauf gerichtet, wie die Steuervorrichtung für ein Schaltgerät nach der
zweiten Ausführungsform
eine Änderung von
Nullpunktintervallen detektiert, da die Steuervorrichtung für ein Schaltgerät ansonsten
auf die gleiche Weise wie diejenige der ersten Ausführungsform
arbeitet.
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Die
Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 der Steuervorrichtung
für ein
Schaltgerät
nach der zweiten Ausführungsform
wertet den Grad einer Änderung
von von der Nullpunktintervall-Detektierschaltung 21 aufeinanderfolgend
detektierten Nullpunktintervallen aus. Beispielsweise berechnet
die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 in
einer aufeinanderfolgenden Sequenz das Verhältnis eines in einem Berechnungszyklus detektierten
Nullpunktintervalls zu einem in einem unmittelbar vorausgehenden
Berechnungszyklus detektierten Nullpunktintervall und bestimmt,
dass der Unterbrechungszeitpunkt des Stroms jedes Hauptstromkreises
aufgetreten ist, wenn dieses Verhältnis zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Nullpunktintervallen einen spezifischen eingestellten Wert überschreitet.
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Wie 3B zeigt,
berechnet dabei die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 aufeinanderfolgend
die Werte von (Tn + 1)/Tn, (Tn + 2)/(Tn + 1), (Tn + 3)/(Tn + 2)
usw.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
vergleicht beim Bestimmen, ob sich das Nullpunktintervall geändert hat,
die Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung 23 das
Verhältnis
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullpunktintervallen, die in
jeder Halbperiode des detektierten Stromssignals I detektiert werden,
mit dem oben genannten eingestellten Wert. Es ist deshalb unnötig, Netzfrequenzänderungen
oder Erfassungsfehler von einzelnen Stromerfassungseinrichtungen
zu berücksichtigen,
und der eingestellte Wert kann ein relativ kleiner Wert sein. Die
oben genannte Anordnung der zweiten Ausführungsform bietet den Vorteil,
dass die Änderung
von aufeinanderfolgenden Nullpunktintervallen auf zuverlässige Weise
detektiert werden kann.
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Insgesamt
steuert eine Steuervorrichtung für ein
Schaltgerät
nach der vorliegenden Erfindung den Öffnungs-/Schließvorgang
eines Leistungsschalters eines Schaltgeräts zum Trennen und Wiedereinschalten
einer Energieübertragungsleitung
unter Leerlaufbedingungen. Die Steuervorrichtung für ein Schaltgerät weist
Folgendes auf: einen Spannungssensor zum Detektieren einer Wechselspannung
an einer Energiequellenseite des Leistungsschalters, einen Stromwandler
zum Detektieren eines Stroms eines Hauptstromkreises, der durch
den Leistungsschalter fließt,
einen Kontaktöffnungszeitpunktsensor zum
Detektieren des Kontaktöffnungszeitpunkts
eines Hauptkontakts des Leistungsschalters bei Unterbrechung der
Energieübertragungsleitung,
einen Unterbrechungszeitpunktsensor zum Detektieren des Unterbrechungszeitpunkts,
zu dem der durch den Leistungsschalter fließende Strom des Hauptstromkreises
unterbrochen worden ist, auf der Basis eines Ausgangssignals des
Stromwandlers und des von dem Kontaktöffnungszeitpunktsensor detektierten Kontaktöffnungszeitpunkts,
und einen Wiederschließzeitpunktentscheider
zum Bestimmen des Wiederschließzeitpunkts,
zu dem der Hauptkontakt des Leistungsschalters zum Wiedereinschalten
der Energieübertragungsleitung
wieder geschlossen werden sollte, auf der Basis eines Ausgangssignals des
Spannungsensors, des Ausgangssignals des Stromwandlers und des von
dem Unterbrechungszeitpunktsensor detektierten Unterbrechungszeitpunkts.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung detektiert der Kontaktöffnungszeitpunktsensor
den Kontaktöffnungszeitpunkt
des Hauptkontakts des Leistungsschalters auf der Basis eines Schließ-/Unterbrechungssignals,
das von einem Hilfskontakt erzeugt wird, der auf eine mit dem Hauptkontakt
des Leistungsschalters mechanisch verriegelte Weise schließt und unterbricht.
Diese Anordnung ermöglicht es,
den Kontaktöffnungszeitpunkt
auf einfache und zuverlässige
Weise zu detektieren.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung weist der Unterbrechungszeitpunktsensor
Folgendes auf: eine Nullpunktintervall-Detektierschaltung zum aufeinanderfolgenden
Detektieren von Zeitintervallen von einem Nullpunkt zum nächsten des
Ausgangssignals des Stromswandlers, und eine Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung
zum Beurteilen, dass der Unterbrechungszeitpunkt, der nicht früher als
der von dem Kontaktöffnungszeitpunktsensor detektierte
Kontaktöffnungszeitpunkt
auftritt, der Zeitpunkt eines Nullpunkts ist, der einem Nullpunkt
unmittelbar vorausgeht, bei dem eine Differenz zwischen dem Zeitintervall
zwischen zwei von der Nullpunktintervall-Detektierschaltung detektierten
aufeinanderfolgenden Nullpunkten und der Halbperiode einer Netzfrequenz
einer Wechselspannung an der Energiequellenseite einen spezifischen
Wert überschreitet.
Diese Anordnung ermöglicht
es, den Unterbrechungszeitpunkt des Stroms des Hauptstromkreises
aus dem Ausgangssignal des Stromwandlers auf einfache und zuverlässige Weise
zu detektieren.
-
Nach
noch einem anderen Aspekt der Erfindung weist der Unterbrechungszeitpunktsensor
Folgendes auf: eine Nullpunktintervall-Änderungserfassungsschaltung
zum aufeinanderfolgenden Detektieren von Zeitintervallen von einem
Nullpunkt zum nächsten
des Ausgangssignals des Stromwandlers und zum Berechnen des Grads
einer Änderung
in den aufeinanderfolgend detektierten Zeitintervallen, und eine
Unterbrechungszeitpunkt-Beurteilungsschaltung zum Beurteilen, dass
der Unterbrechungszeitpunkt, der nicht früher als der von dem Kontaktöffnungszeitpunktsensor
detektierte Kontaktöffnungszeitpunkt
auftritt, der Zeitpunkt eines Nullpunkts ist, der einem Nullpunkt
unmittelbar vorausgeht, bei dem der Grad der Änderung in den aufeinanderfolgend detektierten
Zeitintervallen, die von der Nullpunktintervall-Änderungserfassungsschaltung
detektiert werden, einen spezifischen Wert überschreitet. Diese Anordnung
ermöglicht
es, den Unterbrechungszeitpunkt des Stroms des Hauptstromkreises
aus dem Ausgangssignal des Stromwandlers auf einfachere und zuverlässigere
Weise zu detektieren.
-
Nach
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung detektiert der Wiederschließzeitpunktentscheider
den Gradienten des durch den Leistungsschalter fließenden Stroms
des Hauptstromkreises, der von denn Stromwandler zu dem von dem
Unterbrechungszeitpunktsensor detektierten Unterbrechungszeitpunkt
detektiert wild, wobei der Wiederschließzeitpunktentscheider den Wiederschließzeitpunkt
auf einen Phasenpunkt einstellt, an dem die von dem Spannungssensor
detektierte Wechselspannung an der Energiequellenseite einen maximalen
negativen Wert hat, wenn der Gradient des Stroms des Hauptstromkreises
positiv ist, wogegen der Wiederschließzeitpunktentscheider den Wiederschließzeitpunkt
auf einen Phasenpunkt einstellt, an dem die von dem Spannungssensor
detektierte Wechselspannung an der Energiequellenseite einen maximalen
positiven Wert hat, wenn der Gradient des Stroms des Hauptstromkreises
negativ ist. Diese Anordnung ermöglicht
es, das Auftreten einer Stoßspannung
beim Wiederschließen
des Leistungsschalters auf zuverlässige Weise zu unterdrücken.