DE102008033804A1 - Arrangement for switching of short-circuit current in low voltage system for three-phase supply network, has actuators connected with voltage intermediate circuit, where energy required for controlling actuators is provided from conductors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes in einer Niederspannungsanlage. Die Anordnung umfasst eine Schalteinrichtung, welche für jede stromführende Leitung ein Schaltelement zum Auftrennen der betreffenden Leitung umfasst. Es ist zumindest ein Aktuator zum Auslösen des Auftrennvorganges der Schalteinrichtung sowie eine Einrichtung zum Detektieren des Kurzschlussstromes und zum Ansteuern des Aktuators im Falle eines detektierten Kurzschlussstromes in zumindest einer der stromführenden Leitungen vorgesehen.The The invention relates to an arrangement for fast switching of a short-circuit current in a low voltage system. The arrangement comprises a switching device, which for each current-carrying line a switching element for disconnecting the relevant line. It is at least one Actuator for triggering the separation process of the switching device and means for detecting the short-circuit current and for driving the actuator in the case of a detected short-circuit current provided in at least one of the current-carrying lines.
Eine derartige Anordnung zum Schalten eines Kurzschlussstromes wird üblicherweise in einem dreiphasigen Netz, insbesondere einem Drehstromnetz, vorgesehen. In diesem Fall weist die Schalteinrichtung drei Schaltelemente auf. Derartige Anordnungen können jedoch auch in Energieverteilungsnetzen vorgesehen sein, welche einen einzigen stromführenden Leiter in Verbindung mit einem Nullleiter umfassen. Die Schalteinrichtung kann in diesem Fall ein oder zwei Schaltelement umfassen.A Such arrangement for switching a short-circuit current is usually in a three-phase network, in particular a three-phase network, provided. In this case, the switching device has three switching elements. However, such arrangements can also be used in power distribution networks be provided, which has a single current-carrying conductor in conjunction with a neutral. The switching device may in this case comprise one or two switching elements.
Die Schaltelemente der Schalteinrichtung müssen im Kurzschlussfall eine sehr frühe Kontakttrennung ihrer jeweiligen Schaltkontakte herbeiführen, um schnell eine Lichtbogenspannung aufzubauen, welche bezüglich des Kurzschlussstromes strombegrenzend wirkt. Hierzu werden Algorithmen zur schnellen Kurzschlusserkennung sowie schnelle Auslösesysteme, elektrodynamische Öffnungskräfte und schnelles Bogenlaufen ausgenutzt. Im Wesentlichen werden zwei Mechanismen verwendet.The Switching elements of the switching device must in case of short circuit a very early contact separation of their respective switch contacts cause it to quickly build an arc voltage, which with respect to the short-circuit current current limiting acts. For this purpose, algorithms for fast short circuit detection as well as fast release systems, electrodynamic opening forces and exploited fast bowing. In essence, there are two mechanisms used.
Die stromführenden Leiterbahnen, die den Strom zu einem jeweiligen Schaltkontakt eines Schaltelements führen, sind kon struktiv so gestaltet, dass die fließenden Ströme eine abhebende Kraft auf den Kontakt erzeugen. Dies bezeichnet man als „stromabhebende Kräfte”. Vorteilhaft bei dieser Realisierung ist, dass die abhebende Kraft ohne Verzögerung mit dem Auftreten hoher Ströme erzielt wird. In der Regel reichen stromabhebende Kräfte alleine jedoch nicht aus, den Kontakt des Schaltelements vollständig aufzutrennen.The current-carrying tracks that carry the current to a respective one Lead switching contact of a switching element are con structive designed so that the flowing currents a create a lifting force on the contact. This is referred to as "current-lowering Forces ". An advantage of this implementation is that the lifting power without delay with the occurrence high currents is achieved. In general, current-breaking ones are sufficient Forces alone, however, not the contact of the switching element completely separate.
Ferner wird ein elektromagnetischer Aktuator vorgesehen, der beispielsweise von dem Strom der stromführenden Leitung durchflossen wird. Hierbei wird durch einen Schlaganker ein Schaltschloss entklinkt. Hierdurch können die Kontakte der Schaltelemente durch ein Federsystem getrennt werden. Allerdings tritt dieser Mechanismus zeitverzögert in Kraft, da für die Entklinkung des Schaltschlosses mechanische Bewegungen vollzogen werden müssen.Further For example, an electromagnetic actuator is provided is traversed by the current of the current-carrying line. This is unlatched by a shock anchor a latch. This allows the contacts of the switching elements by a spring system to be disconnected. However, this mechanism occurs Delayed in time because of the unlatching of the switching mechanism mechanical movements must be performed.
Eine schnellere Auslösung der Schalteinrichtung kann über Wirbelstromaktoren, piezoelektrische Aktuatoren und pyrotechnische Aktuatoren erfolgen. In der Praxis werden diese Prinzipien jedoch selten eingesetzt, da deren Anwendung entweder einmalig ist (wie z. B. bei einer Explosion eines pyrotechnischen Aktuators) oder mit sehr hohem Bauelementeaufwand und damit Herstellungskosten verbunden ist.A faster triggering of the switching device can over Eddy current actuators, piezoelectric actuators and pyrotechnic Actuators take place. In practice, however, these principles become rarely used, as their use is either unique (like z. B. in an explosion of a pyrotechnic actuator) or with very high component cost and thus manufacturing costs associated.
Beispielsweise benötigt ein als sog. Thomson-Antrieb ausgebildeter Wirbelstromaktor einen großen Kondensator, dessen darin gespeicherte Energie im Kurzschlussfall über eine Spule entladen wird. In dem sich aus dem Kondensator und der Spule ausbildenden Schwingkreis entsteht eine Schwingung mit großen Stromsteilheiten, durch welche Wirbelströme in eine der Spule gegenüberliegende Aluminiumscheibe induziert werden. Die Ströme wirken ihrer Ursache entgegen, was eine Abstoßung der Scheibe von der Spule zur Folge hat.For example requires a trained as a so-called Thomson drive eddy current actuator a large capacitor whose stored energy is discharged via a coil in the event of a short circuit. By doing itself from the capacitor and the coil forming resonant circuit creates a vibration with large current gradients, through which eddy currents in one of the coil opposite Aluminum disc can be induced. The streams are theirs Cause against what a repulsion of the disc from the Coil results.
Zur Erzeugung der notwendigen Kräfte werden typischerweise Ströme von 1000 kA bei einer Schwingkreisfrequenz von 20 kHz benötigt. Die Ursache für diese extremen Werte ist im Wir kungsgrad des Thomson-Antriebs zu suchen, welcher sich aufgrund des genutzten physikalischen Effekts der Wirbelströme lediglich im Bereich einiger weniger Prozent bewegt. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades ist ein großer Energiespeicher notwendig, welcher sich nicht innerhalb einer kompakten Schalteinrichtung unterbringen lässt.to Generation of the necessary forces typically becomes Currents of 1000 kA at a resonant circuit frequency of 20 kHz needed. The cause of these extreme values is to look in the Wir kungsgrad the Thomson drive, which itself due to the physical effect of the eddy currents used moved only in the range of a few percent. Due to the poor efficiency is a great energy storage necessary, which is not within a compact switching device accommodate.
Ein
Schnellschalter zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes
in Form eines Wirbelstromauslösers ist beispielsweise in
der
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes in einer Niederspannungsanlage anzugeben, welche auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise bei Auftreten eines Kurzschlusses ein schnelles Auftrennen der betreffenden stromführenden Leitungen, insbesondere bei Vorliegen eines Kurzschlusses mit niedrigem prospektiven Kurzschlussstrom, ermöglicht.outgoing It is therefore an object of the present invention to provide an arrangement for quickly switching a short-circuit current in specify a low-voltage system, which is simple, inexpensive and fast way when a short circuit occurs, a fast one Separating the relevant current-carrying lines, in particular in the presence of a short circuit with a low prospective short-circuit current, allows.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.These The object is achieved by an arrangement with the features of claim 1 solved. Advantageous embodiments emerge the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes in einer Niederspannungsanlage umfasst eine Schalteinrichtung, welche für jede stromführende Leitung ein Schaltelement zum Auftrennen der betreffenden Leitung umfasst. Sie umfasst weiter einen Aktuator zum Auslösen des Auftrennvorganges der Schalteinrichtung. Es ist ferner eine Einrichtung zum Detektieren des Kurzschlussstromes in zumindest einer der stromführenden Leitungen und zum Ansteuern des Aktuators im Falle eines detektierten Kurzschlussstromes vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung schließlich einen Spannungszwischenkreis, an den der zumindest eine Aktuator angeschlossen ist, wobei die zum Ansteuern des Aktuators notwendige Energie über eine Schaltung, welche die stromführenden Leitungen mit dem Spannungszwischenkreis verbindet, aus den stromführenden Leitungen bereitgestellt bzw. entnommen wird.An arrangement according to the invention for rapid switching of a short-circuit current in a low-voltage system comprises a switching device which comprises a switching element for disconnecting the relevant line for each current-carrying line. It also includes an actuator for Triggering the separation process of the switching device. There is further provided a device for detecting the short-circuit current in at least one of the current-carrying lines and for driving the actuator in the case of a detected short-circuit current. According to the invention, the arrangement finally comprises a voltage intermediate circuit to which the at least one actuator is connected, wherein the energy necessary for driving the actuator is provided or removed from the current-carrying lines via a circuit which connects the current-carrying lines to the voltage intermediate circuit.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise in einem dreiphasigen Drehstromnetz oder einem zweiphasigen Wechselstromnetz angeordnet sein.The inventive arrangement can, for example in a three-phase three-phase network or a two-phase alternating current network be arranged.
Die erfindungsgemäße Anordnung basiert auf dem Prinzip, nach der Detektion eines abzuschaltenden Kurzschlusses, z. B. mittels eines Verfahrens der Kurzschlussfrüherkennung, die Kraftwirkung auf das oder die Schaltelemente der Schalteinrichtung schnell und gleichzeitig dosiert zu verstärken, und hierbei dem Netz entnommene Energie über den Spannungszwischenkreis zu einem schnellen Öffnen des oder der Schaltelemente zu verwenden. Dabei können die stromabhebenden Kräfte erhöht werden, was insbesondere bei stromschwachen Kurzschlüssen von Vorteil ist. Darüber hinaus können die Schaltelemente sehr schnell durch einen Aktuator bewegt werden. Das Auslöseverhalten der Anordnung kann in weiten Grenzen beeinflusst und eingestellt werden. Im Ergebnis schafft die erfindungsgemäße Anordnung damit eine Verbesserung des Kurzschlussschutzes, der Selektivität und des Backup-Schutzes.The inventive arrangement is based on the principle after the detection of a short-circuit to be disconnected, z. B. by means a method of short-circuit detection, the force effect on the or the switching elements of the switching device quickly and at the same time to increase doses, and in this case the net extracted energy via the voltage link to a to use quick opening of the switching element (s). The current-raising forces can be increased be, especially in low-power short circuits is beneficial. In addition, the switching elements be moved very quickly by an actuator. The triggering behavior The arrangement can be influenced and adjusted within wide limits become. As a result, the invention provides Arrangement thus an improvement of the short-circuit protection, the selectivity and backup protection.
Eine besonders einfache Realisierung ergibt sich dann, wenn der Spannungszwischenkreis über ein weiteres, durch die Einrichtung zum Detektieren des Kurzschlussstromes steuerbares Schaltelement zum Ansteuern des Aktuators kurzschließbar ist. Dabei kann die dem Netz entnommene elektrische Energie in dem Aktuator in mechanische Energie umgewandelt werden, so dass der Auftrennvorgang in kurzer Zeit realisiert werden kann. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass aufgrund des in dem Spannungszwischenkreis herbeigeführten Kurzschluss sich der Kurzschlussstrom durch die Schalteinrichtung erhöht und dadurch zusätzlich die stromabhebenden Kräfte verstärkt werden, was insbesondere bei stromschwachen Kurzschlüssen vorteilhaft ist.A Particularly simple realization results when the voltage link via a further, by the means for detecting the short-circuit current controllable switching element for driving the actuator short-circuited is. In this case, the electrical energy taken from the network in the Actuator be converted into mechanical energy, so that the Separation process can be realized in a short time. simultaneously This results in the advantage that due to the voltage in the DC link caused the short circuit current through the switching device increases and thereby additionally the current-dissipating forces are amplified, which especially advantageous in low-current short circuits.
Zweckmäßigerweise umfasst der Aktuator eine Spule, die seriell mit dem weiteren Schaltelement in dem Zwischenkreis verschaltet ist. Hierdurch kann der in dem Spannungszwischenkreis herbeigeführte Kurzschlussstrom durch die Spule hindurchgeführt werden, so dass die darin frei werdende Energie zum Auftrennen des oder der Schaltelemente der Schalteinrichtung zur Verfügung steht.Conveniently, the actuator comprises a coil connected in series with the other switching element is interconnected in the intermediate circuit. This allows the in the Voltage intermediate circuit induced short-circuit current be passed through the coil, so that in it released energy for separating the one or more switching elements the switching device is available.
In einer ersten Variante umfasst der Aktuator einen elektrodynamischen Wirbelstromauslöser, dessen Antriebsring im Feld der Spule angeordnet ist. Insbesondere kann hierbei der eingangs bereits erläuterte Thomson-Antrieb zum Einsatz gelangen. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Thomson-Antrieben kann jedoch auf den Energiespeicher in Form des Kondensators verzichtet werden, so dass der Thomson-Antrieb problemlos in die Schalteinrichtung integriert werden kann. Darüber hinaus sind auch die Kosten im Vergleich zu einem herkömmlich ausgebildeten Thomson-Antrieb mit einem Kondensator als Energiespeicher erheblich geringer.In In a first variant, the actuator comprises an electrodynamic Eddy current release, whose drive ring in the field of the coil is arranged. In particular, in this case, the already explained at the outset Thomson drive used. Unlike the ones from the However, prior art Thomson drives can rely on the energy storage be dispensed in the form of the capacitor, so that the Thomson drive can be easily integrated into the switching device. About that In addition, the cost is compared to a conventional trained Thomson drive with a capacitor as energy storage considerably lower.
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung basiert der Aktuator auf einem elektromagnetischen Prinzip. Es ist hierbei möglich, dass der elektromagnetische Aktuator alternativ oder zur Unterstützung des einen elektrodynamischen Wirbelstromauslöser umfassenden Aktuators vorgesehen ist. Der auf einem elektromagnetischen Prinzip basierende Aktuator kann in einer Ausgestaltung ein Schaltschloss umfassen, bei dem dieses durch einen Schlaganker entklinkt wird. Das Vorsehen eines elektromagnetischen Aktuators bringt den Vorteil mit sich, dass dieser konstruktiv einfach und kostengünstig bereitstellbar ist. Dieser kann im einfachsten Fall von dem durch die stromführenden Leitungen fließenden Laststrom durchflossen werden.According to one alternative or additional embodiment is based Actuator on an electromagnetic principle. It is possible here that the electromagnetic actuator is alternative or supportive of an electrodynamic eddy current release comprehensive Actuator is provided. The on an electromagnetic principle actuator based in one embodiment, a switching mechanism in which this is unlatched by a peg anchor. The provision of an electromagnetic actuator brings the advantage with it being constructively simple and inexpensive to deploy is. This can in the simplest case of the current-carrying Lines flowing load current to be traversed.
Der Spannungszwischenkreis ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung über eine Gleichrichterschaltung mit den stromführenden Leitungen verbunden. Dient die Anordnung zum Schalten eines Kurzschlussstromes in einem dreiphasigen Drehstromsystem, so kann als Gleichrichterschaltung eine B6-Brückenschaltung vorgesehen sein, welche durch lediglich sechs Dioden ausgebildet werden kann. Umfasst das Lastsystem eine geringere Anzahl an stromführenden Leitungen, so wird die Gleichrichterschaltung entsprechend angepasst.Of the Voltage link is according to another Embodiment via a rectifier circuit with the connected to live lines. Serves the arrangement for switching a short-circuit current in a three-phase three-phase system, so can be used as a rectifier circuit B6 bridge circuit be provided, which is formed by only six diodes can be. Does the load system include a smaller number of live ones Lines, the rectifier circuit is adjusted accordingly.
Als weiteres Schaltelement wird vorzugsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) verwendet, da dieser zur Führung hoher Ströme und Sperren der üblicherweise in Niederspannungsnetzen vorkommenden Spannungen verwendbar ist. Prinzipiell können jedoch auch andere steuerbare Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschaltelemente im Rahmen der Erfindung verwendet werden.When another switching element is preferably an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) used, as this is to guide high Currents and barriers usually in low-voltage networks occurring voltages is usable. In principle, you can but also other controllable switching elements, in particular semiconductor switching elements be used in the invention.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Einrichtung zum Detektieren eines Kurzschlussstromes dazu ausgebildet, zur Erkennung eines Kurzschlusses neben dem in einer Leitung fließenden Strom die Stromsteilheit und/oder die zweite Ableitung des Stromes nach der Zeit zu bestimmen und zu verarbeiten. Diese Art der Kurzschlusserkennung wird als Kurzschlussfrüherkennung bezeichnet und ermöglicht eine geringere Reaktionszeit zwischen dem Auftreten eines Kurzschlusses in zumindest einer der stromführenden Leitungen und dem Auftrennen der betreffenden Leitungen.According to a further expedient embodiment, the device for detecting a short-circuit current is designed to detect a short circuit in addition to the Lei tion current flow and / or the second derivative of the current after the time to determine and process. This type of short-circuit detection is referred to as short-circuit detection and allows a shorter reaction time between the occurrence of a short circuit in at least one of the current-carrying lines and the separation of the relevant lines.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes in einer dreiphasigen Niederspannungsanlage.The Invention will be described below with reference to an embodiment explained in the drawing. The only figure shows in a schematic representation of an inventive Arrangement for fast switching of a short-circuit current in one three-phase low-voltage system.
Als Niederspannung sind in der vorliegenden Beschreibung Wechselspannungen bis 1000 Volt und Gleichspannungen bis 1500 Volt zu verstehen. Hierbei umfasst der Bereich der Niederspannung z. B. die im Haushalt verwendete verkettete Netzspannung von 400 Volt sowie 230 Volt zwischen einem Außenleiter und einem Neutralleiter.When Low voltage are AC voltages in the present description to understand 1000 volts and DC voltages up to 1500 volts. in this connection For example, the range of low voltage z. B. the household used chained mains voltage of 400 volts and 230 volts between an outer conductor and a neutral conductor.
Die Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes (nachfolgend auch als Schaltanordnung bezeichnet) ist in einem dreiphasigen Drehstromnetz mit stromführenden Leiters L1, L2, L3 angeordnet, zwischen denen eine verkettete Spannung von ca. 400 V anliegt. Die Anordnung ist zwischen einer Netzimpedanz, welche durch eine jeweilige Induktivität L11, L12, L13 sowie einen jeweiligen Widerstand R11, R12, R13 in einer jeweiligen stromführenden Leitung L1, L2, L3 gebildet ist, und einer Last LA angeordnet. Die Last LA umfasst ebenfalls in jeder der stromführenden Leitungen L1, L2, L3 eine Induktivität L21, L22, L23 sowie einen seriell dazu verschalteten Widerstand R21, R22, R23. Die Leitungen L1, L2, L3 sind an der Last LA an einem Sternpunkt STP verschaltet.The Arrangement for rapid switching of a short-circuit current (hereinafter also referred to as switching arrangement) is in a three-phase three-phase network with current-carrying conductor L1, L2, L3 arranged between which a chained voltage of about 400 V is applied. The order is between a network impedance caused by a respective inductance L11, L12, L13 and a respective resistor R11, R12, R13 in FIG a respective current-carrying line L1, L2, L3 formed is, and a load LA arranged. The load LA also includes in each of the current-carrying lines L1, L2, L3 an inductance L21, L22, L23 and a resistor connected in series R21, R22, R23. The lines L1, L2, L3 are at the load LA at a neutral point STP interconnected.
Die Schaltanordnung umfasst eine Schalteinrichtung SE, wobei diese für jede der stromführenden Leitungen L1, L2, L3 ein Schaltelement S1, S2, S3 mit einem jeweiligen Schaltkontakt aufweist. An der Abgangsseite der Schalteinrichtung SE ist eine Gleichrichterschaltung GRB in Gestalt einer B6-Gleichrichterbrücke vorgesehen. Die Gleichrichterschaltung GRB könnte alternativ auch an der Eingangsseite der Schalteinrichtung SE, d. h. zwischen der Netzimpedanz NI und der Schalteinrichtung Se, vorgesehen sein.The Switching arrangement comprises a switching device SE, wherein this for each of the current-carrying lines L1, L2, L3 a switching element S1, S2, S3 having a respective switching contact. At the exit side the switching device SE is a rectifier circuit GRB in Shape of a B6 rectifier bridge provided. The rectifier circuit Alternatively, GRB could also be on the input side of the switching device SE, d. H. between the network impedance NI and the switching device Se, be provided.
Die Gleichrichterschaltung GRB umfasst in bekannter Weise sechs Dioden D1, D2, D3, D4, D5 und D6. Jeweils einer stromführenden Leitung L1, L2, L3 sind zwei Dioden nach Art einer Halbbrückenschaltung zugeordnet. Kathodenanschlüsse der Dioden D1, D2 und D3 sind mit einer Klemme KL1 der Gleichrichterschaltung GRB verbunden. Die Anodenanschlüsse der Dioden D1, D2 und D3 sind mit den stromführenden Leitungen L1 bzw. L2 bzw. L3 verbunden. Entsprechend hierzu sind die Dioden D4, D5, D6 mit ihren Anodenanschlüssen mit der Klemme KL2 der Gleichrichterschaltung GRB verbunden. Die Kathodenanschlüsse der Dioden D4, D5 und D6 sind mit den stromführenden Leitungen L1 bzw. L2 bzw. L3 verbunden.The Rectifier circuit GRB includes six diodes in a known manner D1, D2, D3, D4, D5 and D6. Each a current-carrying Line L1, L2, L3 are two diodes in the manner of a half-bridge circuit assigned. Cathode terminals of the diodes D1, D2 and D3 are connected to a terminal KL1 of the rectifier circuit GRB. The anode terminals of the diodes D1, D2 and D3 are with the current-carrying lines L1 and L2 or L3 connected. According to this, the diodes D4, D5, D6 with their anode terminals connected to the terminal KL2 of the rectifier circuit GRB. The Cathode connections of the diodes D4, D5 and D6 are with the current-carrying lines L1 and L2 or L3 connected.
In einem Drehstromsystem mit einer verketteten Spannung von U = 400 Volt zwischen den jeweiligen Leitungen L1, L2, L3 wird durch die Gleichrichterschaltung GRB eine sechs-pulsige Gleichspannung von etwa 560 Volt zwischen den Klemmen KL1 und KL2 erzeugt. Zwischen den Klemmen KL1 und KL2, die einen Spannungszwischenkreis ZK ausbilden, liegt diese Gleichspannung als sog. Zwischenkreisspannung an. An der Klemme KL1 liegt dabei eine positive Spannung, an der Klemme KL2 eine negative Spannung an.In a three-phase system with a chained voltage of U = 400 Volt between the respective lines L1, L2, L3 is through the Rectifier circuit GRB a six-pulse DC voltage of about 560 volts generated between terminals KL1 and KL2. Between the terminals KL1 and KL2, which form a voltage intermediate circuit ZK, this DC voltage is applied as a so-called DC link voltage. At The terminal KL1 is a positive voltage at the terminal KL2 a negative voltage.
Ein oder mehrere Aktuatoren, mit dessen bzw. deren Hilfe der Auftrennvorgang der Schalteinrichtung bzw. eines oder mehrere der Schaltelemente S1, S2, S3 der Schalteinrichtung SE bewirkt werden kann, ist bzw. wird an die Gleichrichterbrücke GRB und damit den Spannungszwischenkreis ZK angeschlossen. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Aktuatoren AKT1, AKT2 eingezeichnet, wobei dies lediglich exemplarisch ist. Die erfindungsgemäße Anordnung zum schnellen Schalten eines Kurzschlussstromes in der Niederspannungsanlage kann lediglich einen der beiden gezeigten Aktuatoren umfassen.One or more actuators, with whose or their help the separation process the switching device or one or more of the switching elements S1, S2, S3 of the switching device SE can be effected is or is applied to the rectifier bridge GRB and thus the voltage intermediate circuit ZK connected. In the embodiment shown in the figure are two actuators AKT1, AKT2 drawn, this only is exemplary. The inventive arrangement for fast switching of a short-circuit current in the low-voltage system may only comprise one of the two actuators shown.
Der oberhalb der Schalteinrichtung SE dargestellte Aktuator AKT1 umfasst eine Spule SP1, die mit ihrem ersten Spulenende mit der Klemme KL1 der Gleichrichterschaltung verbunden ist. Mit ihrem zweiten Spulenende ist die Spule SP1 über ein steuerbares Schaltelement T1 mit der zweiten Klemme KL2 verbunden. Parallel zu der Spule SP1 ist eine Freilaufdiode FD1 angeordnet, wobei deren Kathodenanschluss mit der Klemme KL1 und deren Anodenanschluss mit einem Lastanschluss des steuerbaren Schaltelements T1 verbunden ist.Of the comprises actuator AKT1 shown above the switching device SE a coil SP1, with its first coil end with the terminal KL1 of Rectifier circuit is connected. With her second coil end is the coil SP1 via a controllable switching element T1 connected to the second terminal KL2. Parallel to the coil SP1 is arranged a freewheeling diode FD1, wherein the cathode terminal with terminal KL1 and its anode connection with a load connection the controllable switching element T1 is connected.
Der
Aktuator AKT1 ist als elektrodynamischer Wirbelstromauslöser
ausgebildet, der einen Antriebsring TS im Feld der Spule SP1 umfasst.
Aufgrund in dem Antriebsring TS entstehender Wirbelströme
durch Ansteuerung des Aktuators AKT1, die ihrer Ursache entgegenwirken,
wird eine Abstoßung der Scheibe von der Spule bewirkt,
so dass die Schalteinrichtung SE bzw. die Schaltelemente S1, S2,
S3 der Schalteinrichtung SE geöffnet werden können.
Die Ausgestaltung des Aktuators AKT1 kann beispielsweise entsprechend
der
Der unterhalb der Schalteinrichtung SE dargestellte Aktuator AKT2 umfasst eine Spule SP2, deren erstes Spulenende ebenfalls mit der Klemme KL1 der Gleichrichterschaltung GRB und deren zweites Spulenende über ein zweites steuerbares Schaltelement T2 mit der zweiten Klemme KL2 der Gleichrichterschaltung GRB verbunden ist. Es ist ebenfalls eine Freilaufdiode FD2 vorgesehen, welche der Spule SP2 parallel geschaltet ist. Der Kathodenanschluss der Freilaufdiode FD2 ist mit der Klemme KL1 verbunden. Der Anodenanschluss der Freilaufdiode FD2 ist mit einem Lastanschluss des zweiten steuerbaren Schaltelements T2 verbunden.Of the comprises actuator AKT2 shown below the switching device SE a coil SP2, whose first coil end also with the clamp KL1 of the rectifier circuit GRB and the second coil end via a second controllable switching element T2 with the second terminal KL2 of the rectifier circuit GRB is connected. It is too a freewheeling diode FD2 is provided which is parallel to the coil SP2 is switched. The cathode terminal of the freewheeling diode FD2 is connected to terminal KL1. The anode connection of the freewheeling diode FD2 is connected to a load terminal of the second controllable switching element T2 connected.
Die Spule SP2 ist beispielsweise Bestandteil eines Schaltschlosses und wirkt auf einen Schlaganker (nicht dargestellt) zur Entklinkung des Schaltschlosses, so dass aufgrund von auf die Schaltelemente S1, S2, S3 wirkenden mechanischen Kräfte ein Öffnen derselben bewirkt wird. Die Funktion und Betriebsweise eines Schaltschlosses sind in diesem Zusammenhang bekannt, so dass auf eine eingehende Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.The Coil SP2 is for example part of a switching mechanism and acts on a percussion anchor (not shown) for unlatching of the switch lock, so that due to on the switching elements S1, S2, S3 acting mechanical forces opening the same is effected. The function and operation of a switching mechanism are known in this context, so on an in-depth Description is omitted here.
Bei
dem ersten und dem zweiten Schaltelement T1, T2 handelt es sich
vorzugsweise um einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Es kann natürlich auch ein anderer Typ eines Halbleiterschalters
vorgesehen sein. Ein jeweiliger Steueranschluss des ersten und des
zweiten Schaltelements T1, T2 ist mit einer Einrichtung EKS zur
Erfassung eines Kurzschlussstromes verbunden. Die nicht näher
dargestellte Einrichtung EKS umfasst Mittel für eine sog. Kurzschlussfrüherkennung,
die nicht nur den Strom in einer jeweiligen Leitung L1, L2, L3 erfasst,
sondern gegebenenfalls auch die Stromsteilheit und/oder die zweite
Ableitung des Stromes nach der Zeit. Bei Berücksichtigung
zumindest einer der beiden genannten Kennwerte in Verbindung mit
dem Strom kann die Erkennung des Kurzschlusses beschleunigt erfolgen. Entsprechende
Informationen können beispielsweise der
Wird durch die Einrichtung EKS ein Kurzschluss in einer der Leitungen L1, L2, L3 erkannt, so kann durch die Ansteuerung des ersten und/oder zweiten Schaltelements T1, T2 ein kurzzeitig sehr hoher Strom durch die Spule SP1 und/oder die Spule SP2 erzeugt werden. Dieser in dem Zwischenkreis ZK von der Klemme KL1 zur Klemme KL2 fließende Strom erzeugt einerseits vermittels des Aktuators AKT1 und/oder AKT2 eine Kraft, die zum Öffnung der Kontakte der Schaltelemente S1, S2, S3 der Schalteinrichtung genutzt werden kann. Andererseits erhöht dieser (Zwischenkreis-)Strom die stromabhebenden Kräfte, da er auch durch die Kontakte der Schaltelemente S1, S2, S3 fließt.Becomes through the device EKS a short circuit in one of the lines L1, L2, L3 detected, so can by driving the first and / or second Switching element T1, T2 a momentarily very high current through the Spool SP1 and / or the coil SP2 are generated. This in the DC link ZK generates current flowing from terminal KL1 to terminal KL2 on the one hand by means of the actuator AKT1 and / or AKT2 a force, that for opening the contacts of the switching elements S1, S2, S3 of the switching device can be used. On the other hand increased this (DC link) current the current-dissipating forces, since it also flows through the contacts of the switching elements S1, S2, S3.
Durch eine pulsweiten-modulierte Ansteuerung des ersten und/zweiten Schaltelements T1, T2. kann in Verbindung mit den Freilaufdioden FD1 und/oder FD2 der Strom durch die Spule SP1 und/oder SP2 eingestellt werden, um eine definierte Wirkung hinsichtlich der aufgebrachten Kraft zu erzielen.By a pulse-width-modulated control of the first and / or second switching element T1, T2. can in conjunction with the freewheeling diodes FD1 and / or FD2 the current through the coil SP1 and / or SP2 can be adjusted to a defined effect regarding the applied force too achieve.
Nachdem die Kontakte der Schaltelemente S1, S2, S3 der Schalteinrichtung SE den Stromfluss unterbrochen und die Schaltlichtbögen verlöscht sind, wird die Abgangsseite der Schalteinrichtung SE spannungslos, wodurch die Last automatisch außer Betrieb gesetzt ist.After this the contacts of the switching elements S1, S2, S3 of the switching device SE interrupted the flow of current and the switching arcs extinguished, the outgoing side of the switching device SE de-energized, causing the load to automatically shut down is set.
Die in der Gleichrichterschaltung GRB enthaltenen Gleichrichterdioden D1, D2, D3, D4, D5, D6 brauchen lediglich auf einen Kurzeit- bzw. Impulsbetrieb von 2–4 ms ausgelegt werden. Entsprechendes gilt auch für die Freilaufdioden FD1 und FD2 sowie das erste und das zweite Schaltelement T1, T2.The rectifier diodes contained in the rectifier circuit GRB D1, D2, D3, D4, D5, D6 need only on a short-term or Pulse operation of 2-4 ms are designed. The same applies also for the freewheeling diodes FD1 and FD2 and the first and the second switching element T1, T2.
Die erfindungsgemäße Anordnung schafft einen sehr schnelle Schaltanordnung zum Schalten eines Kurzschlussstromes, dessen Auslöseverhalten in weiten Grenzen beeinflusst und eingestellt werden kann. Damit ist eine Verbesserung des Kurzschlussschutzes, der Selektivität und des Backup-Schutzes möglich.The inventive arrangement creates a very fast switching arrangement for switching a short-circuit current, whose triggering behavior is influenced within wide limits and can be adjusted. This is an improvement of the short-circuit protection, selectivity and backup protection.
Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, den bislang aus Kostengründen und aufgrund der Baugröße nicht verwendeten Thomson-Antrieb in einer Schalteinrichtung zum Schalten eines Kurzschlussstromes in einer Niederspannungsanlage einzusetzen, da auf den bislang üblichen Energiespeicher verzichtet werden kann. Die zum Betreiben des Thomson-Antriebs notwendige Energie wird über einen Gleichrichter dem Netz entnommen, um das schnelle Öffnen der Schaltelemente der Schalteinrichtung zu ermöglichen.Especially allows the invention, the date for cost reasons and due to the size unused Thomson drive in a switching device for switching a short-circuit current to use in a low voltage system, since on the usual Energy storage can be dispensed with. Those to operate the Thomson Drive necessary energy is connected to the grid via a rectifier taken to quickly open the switching elements of the To enable switching device.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltung zur Ansteuerung der Aktuatoren als Zusatzbaugruppe an ein bestehendes Schaltgerät angebaut werden kann, um eine verbesserte Ansteuerung des Aktuators zu erzielen.One Another advantage of the invention is that the circuit for controlling the actuators as an additional module to an existing one Switching device can be grown to provide improved control of the actuator.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 0450104 A1 [0009, 0030] - EP 0450104 A1 [0009, 0030]
- - DE 19729599 C1 [0033] - DE 19729599 C1 [0033]
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Citations (4)
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2008
- 2008-07-18 DE DE102008033804A patent/DE102008033804A1/en not_active Ceased
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