DE102014206249B4

DE102014206249B4 - Verfahren zum selektiven Abschalten eines Schalters einer Schalteranordnung zur Stromverteilung und entsprechende Schalteranordnung

Info

Publication number: DE102014206249B4
Application number: DE102014206249.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: US20150288623A1; DE102014206249A1; US9813361B2; CN104979793A

Abstract

Verfahren zum selektiven Abschalten eines Schalters (CB2) einer Schalteranordnung (A) zur Stromverteilung,wobei der von einer Einspeisung (TM) aus gesehen durch einen nachgeordneten Schalter (CB2) fließende Strom auch über einen unmittelbar vorgeordneten Schalter (CB1) fließt,wobei von jedem Schalter (CB1, CB2) jeweils selbsttätig eine ihm zugeordnete Strombedingung geprüft wird,wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) und der nachgeordnete Schalter (CB2) über eine Kommunikationsverbindung (K) miteinander kommunizieren, undbei dem von dem nachgeordneten Schalter (CB2) jeweils ein Verzögerungssignal (S) auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn die ihm zugeordnete Strombedingung erfüllt ist, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang des Verzögerungssignals (S) jeweils zumindest für eine vorgegebene Verzögerungszeit nicht öffnet,dadurch gekennzeichnet,dass das Verzögerungssignal (S) des nachgeordneten Schalters (CB2) nur dann auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn kein Defekt auftritt, der das Öffnen des nachgeordneten Schalters (CB2) verhindert, und von dem nachgeordneten Schalter (CB2) bei erfüllter Strombedingung und dem Auftreten eines Defektseine Fehlermeldung (F) auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn das Öffnen des nachgeordneten Schalters (CB2) durch den Defekt verhindert wird, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang der Fehlermeldung (F) geöffnet wird, unabhängig davon, ob seine Strombedingung erfüllt ist oder nicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Abschalten bei einem Defekt beim Öffnen eines nachgeordneten Schalters einer Schalteranordnung zur Stromverteilung und eine entsprechende Schalteranordnung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
Es ist bekannt, den Strom in einem Stromverteilungssystem mittels einer Schalteranordnung auf einzelne Anlagenzweige (Verbraucher) zu verteilen. Die in der Regel in Staffeln bzw. Verteilungsebenen angeordneten Schalter, insbesondere Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich, sind jeweils für einen Nennstrom ausgelegt und unterbrechen den durch den Schalter fließenden Strom im Fehlerfalle, also beispielsweise bei einem Kurzschluss. Dazu betätigen sie z.B. einen Selbsthaltemagneten mit einem verschiebbaren Stößel (Maglatch), der auf eine vorgespannte Schaltwelle wirkt, welche den Schalter öffnet. Es wird jeweils nur der Anlagenzweig abgeschaltet, der von dem Fehler betroffen ist bzw. der dem Fehler am nächsten liegt. Dieses Verhalten wird selektives Abschalten genannt.
In jedem Schalter sind ein Wandler und eine Auslöseeinheit vorhanden. Der Wandler weist z.B. eine Drahtspule (Rogowski-Spule) auf und erfasst den Strom, welcher durch den Schalter fließt, und die Auslöseeinheit prüft, ob eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist.
Zum selektiven Abschalten (auch als Zone Selective Interlocking ZSI bekannt) kommunizieren die in Staffeln angeordneten Schalter über entsprechende Verbindungen (Kommunikationsverbindungen) miteinander, die jeweils die Schalter einer nachgeordneten Staffel mit den Schaltern der unmittelbar vorgeordneten Staffel verbinden. Die Verbindungen können als Zweidrahtleitungen oder als Bus-Verbindungen und dergleichen ausgebildet sein.
So teilt ein von der Einspeisung aus gesehen nachgeordneter Schalter (einer nachgeordneten Staffel), dessen Strombedingung erfüllt ist, dies dem von der Einspeisung aus gesehen unmittelbar vorgeordneten Schalter (der unmittelbar vorgeordneten Staffel) durch ein entsprechendes Signal (Blockiersignal, Verzögerungssignal) mit. Als Folge löst der vorgeordnete Schalter, der den Kurzschluss aufgrund des durchgehenden Energieflusses ebenfalls erkennt, selbst erst einmal nicht aus, sondern wartet eine bestimmte Zeit (eine vorgegebene Verzögerungszeit) ab, ob der nachgeordnete Schalter auslöst. Hat der nachgeordnete Schalter nach Ablauf der Verzögerungszeit noch nicht ausgelöst, so unterbricht der vorgeordnete Schalter den Stromfluss selbst. Eine derartige Schalteranordnung in einem Stromverteilungssystem offenbart die DE 10 2013 216 939 A1 .
Der Kommunikationsweg erfolgt jeweils in Richtung Einspeisung, also entgegen der Energieflussrichtung vom nachgeordneten Schalter zum unmittelbar vorgeordneten Schalter (jeweils von einer nachgeordneten Staffel zu der unmittelbar vorgeordneten Staffel).
Stellt ein nachgeordneter Schalter bei erfüllter Strom-Bedingung bei sich ein Problem fest, welches die Auslösung verhindert, z.B. einen Defekt in Form eines blockierten oder defekten Maglatch oder eines Drahtbruchs einer Rogowski-Spule, so kann er diese Information möglicherweise über Kommunikation im System verteilen, allerdings wird dadurch der Defekt nicht direkt behoben. Besonders bei kleinen Überströmen, die bei dem vorgeordneten Schalter wegen ihrer geringen Höhe nicht als Fehlerstrom erkannt werden, besteht die Gefahr, dass der defekte Schalter stark überhitzt (bis hin zu einem Brand des Schalters).
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das oben genannte Problem technisch einfach zu lösen.
Die Aufgabe wird bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf die Schalteranordnung durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass von dem nachgeordneten Schalter bei erfüllter Strombedingung und dem Auftreten eines Defekts kein Verzögerungssignal sondern eine Fehlermeldung auf die Kommunikationsverbindung gegeben wird, wenn der Defekt das Öffnen des nachgeordneten Schalters verhindert, und dass der vorgeordnete Schalter nach Empfang der Fehlermeldung unverzögert öffnet, unabhängig davon, ob seine Strombedingung (die Strombedingung des vorgeordneten Schalters) erfüllt ist oder nicht. Stellt der nachgeordnete Schalter bei erfüllter Strom-Bedingung bei sich ein Problem (Defekt) fest, welches die Auslösung verhindert, so wird dieses Problem jetzt dadurch behoben, dass er den vorgeordneten Schalter auslösen lässt.
Die Lösung sieht bezogen auf die Schalteranordnung vor, dass der nachgeordnete Schalter bei erfüllter Strombedingung und bei Auftreten eines Defekts, der das Öffnen des nachgeordneten Schalters verhindert, kein Verzögerungssignal sondern eine Fehlermeldung in Form einer seriellen Bitfolge auf die Kommunikationsverbindung (K) gibt und dass der vorgeordnete Schalter nach Empfang der Fehlermeldung unverzögert auslöst, unabhängig davon, ob seine Strombedingung (die Strombedingung des vorgeordneten Schalters) erfüllt ist oder nicht.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass die Fehlermeldung als serielle Bitfolge ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schalteranordnung A zur Stromverteilung mit Hilfe von zwei als Niederspannungs-Leistungsschalter ausgebildeten Schaltern CB1, CB2, die an eine Stromeinspeisung TM angeschlossen sind.
Der Schalter CB2 ist von der Stromeinspeisung TM aus in Energieflussrichtung R gesehen dem Schalter CB1 unmittelbar nachgeordnet, der Schalter CB1 dem Schalter CB2 entsprechend unmittelbar vorgeordnet. An den Schalter CB2 ist ein Verbraucher Z angeschlossen und kein weiterer Schalter nachgeordnet.
Zu jedem Schalter CB1, CB2 gehören mechanische Schaltkontakte SK1, SK2, über deren aneinander anliegende Kontaktelemente der Strom (allgemein die elektrische Energie) fließt. Weiter verfügt jeder Schalter CB1, CB2 über eine elektronische Auslöseeinheit ETU1, ETU2, welche jeweils prüft, ob der durch den zugehörigen Schalter CB1, CB2 über die Schaltkontakte SK1, SK2 fließende Strom eine vorgegebene Strom-Bedingung erfüllt, hier ob eine Stromschwelle überschritten ist.
Weiter sind die Schalter CB1, CB2 über deren Auslöseeinheiten ETU1, ETU2 mittels einer Zweidrahtleitung ZL miteinander verbunden.
Alle Schalter CB1, CB2 schalten selektiv ab, d.h. sie öffnen selektiv, was auch als Zone Selective Interlocking (ZSI) bekannt ist. Dazu sendet die Auslöseeinheit ETU2 des nachgeordneten Schalters CB2 bei erfüllter Strom-Bedingung für den über den Schaltkontakt SK2 fließenden Strom, also z.B. bei einem Kurzschluss des Verbrauchers Z, über die Zweidrahtleitung ZL ein Verzögerungssignal S an die Auslöseeinheit ETU1 des unmittelbar vorgeordneten Schalters CB1, vorausgesetzt, dass das Öffnen des nachgeordneten Schalters CB2 nicht durch einen Defekt verhindert wird.
Die Strom-Bedingung der Auslöseeinheit ETU1 des vorgeordneten Schalters CB1 ist bei einem Kurzschluss ebenfalls erfüllt, weshalb die Auslöseeinheit ETU1 ohne Empfang des Verzögerungssignals S sofort auslösen würde, aber aufgrund des empfangenen Verzögerungssignals S verzögert auslöst. Die Verzögerungszeit von Schalter CB1 beträgt hier beispielhaft 50 ms.
Hat der Schalter CB2 nach Ablauf der 50 ms immer noch nicht ausgelöst, löst der vorgeordnete Schalter CB1 selbst aus.
Die Zweidrahtleitung ZL bildet zusammen mit einer Stromquelle des vorgeordneten Schalters CB1 einen offenen Stromkreis. Das Verzögerungssignal S wird an die Auslöseeinheit ETU1 gesendet, indem die Auslöseeinheit ETU2 den Stromkreis schließt.
Da der Schalter CB2 quasi die unterste Staffel (Verteilungsebene) der Schalteranordnung bildet, löst er unverzögert aus (bis auf die konstruktionsbedingte unvermeidliche Eigenverzögerung) .
Die Zweidrahtleitung ZL bildet hier verallgemeinert eine Kommunikationsverbindung K zwischen den Schaltern CB1 und CB2.
Stellt die Auslöseeinheit ETU2 des Schalters CB2 bei erfüllter Strom-Bedingung fest, dass ein Defekt vorliegt, der das Öffnen (des Schalters CB2) verhindert, so wird kein Verzögerungssignal sondern eine Fehlermeldung F auf die Kommunikationsverbindung K gegeben und der vorgeordnete Schalter CB1 nach Empfang der Fehlermeldung F unverzögert geöffnet. Die Auslösung des vorgeordneten Schalters CB1 erfolgt unabhängig davon, ob seine Strombedingung (also die Strombedingung des vorgeordneten Schalters CB1) erfüllt ist oder nicht, insbesondere, da ein kleiner Überstrom vom vorgeordneten Schalter CB1 wegen seiner geringen Höhe möglicherweise nicht zur Auslösung (des Schalters CB1) führen würde. Ein zu kleiner Überstrom wird u.U. vom vorgeordneten Schalter CB1 nicht als Fehlerstrom F erkannt, während der Schalters CB2 ohne Defekt auslösen würde.
Die Fehlermeldung F ist hier als serielle Bitfolge BF ausgebildet und unterscheidet sich damit deutlich vom Verzögerungssignal S.

Claims

Verfahren zum selektiven Abschalten eines Schalters (CB2) einer Schalteranordnung (A) zur Stromverteilung, wobei der von einer Einspeisung (TM) aus gesehen durch einen nachgeordneten Schalter (CB2) fließende Strom auch über einen unmittelbar vorgeordneten Schalter (CB1) fließt, wobei von jedem Schalter (CB1, CB2) jeweils selbsttätig eine ihm zugeordnete Strombedingung geprüft wird, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) und der nachgeordnete Schalter (CB2) über eine Kommunikationsverbindung (K) miteinander kommunizieren, und bei dem von dem nachgeordneten Schalter (CB2) jeweils ein Verzögerungssignal (S) auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn die ihm zugeordnete Strombedingung erfüllt ist, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang des Verzögerungssignals (S) jeweils zumindest für eine vorgegebene Verzögerungszeit nicht öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungssignal (S) des nachgeordneten Schalters (CB2) nur dann auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn kein Defekt auftritt, der das Öffnen des nachgeordneten Schalters (CB2) verhindert, und von dem nachgeordneten Schalter (CB2) bei erfüllter Strombedingung und dem Auftreten eines Defekts eine Fehlermeldung (F) auf die Kommunikationsverbindung (K) gegeben wird, wenn das Öffnen des nachgeordneten Schalters (CB2) durch den Defekt verhindert wird, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang der Fehlermeldung (F) geöffnet wird, unabhängig davon, ob seine Strombedingung erfüllt ist oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass serielle Bitfolge (BF) als Fehlermeldung (F) ausgebildet wird.
Schalteranordnung (A) zur Stromverteilung mit einem von einer Einspeisung (TM) aus gesehen vorgeordneten Schalter (CB1) und einem diesem unmittelbar nachgeordneten Schalter (CB2), wobei jeder Schalter (CB1, CB2) jeweils selbsttätig prüft, ob die ihm zugeordnete Strombedingung erfüllt ist, und wobei der durch den unmittelbar nachgeordneten Schalter (CB2) fließende Strom auch über den vorgeordneten Schalter (CB1) fließt, mit einer Kommunikationsverbindung (K) zwischen dem vorgeordneten Schalter (CB1) und dem nachgeordneten Schalter (CB2), und mit einem Verzögerungssignal (S), das der nachgeordnete Schalter (CB2) auf die Kommunikationsverbindung (K) gibt, um dem vorgeordneten Schalter (CB1) anzuzeigen, dass seine Strombedingung erfüllt ist, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang des Verzögerungssignals (S)jeweils zumindest für eine vorgegebene Verzögerungszeit nicht öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass der nachgeordnete Schalter (CB2) das Verzögerungssignal (S) nur dann auf die Kommunikationsverbindung (K) gibt, wenn kein Defekt vorliegt und der nachgeordnete Schalter (CB2) bei erfüllter Strombedingung und dem Auftreten eines Defekts, der das Öffnen des nachgeordneten Schalters verhindert, eine Fehlermeldung (F) auf die Kommunikationsverbindung (K) gibt und dass der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang der Fehlermeldung (F) auslöst, unabhängig davon, ob seine (CB1) Strombedingung erfüllt ist oder nicht.
Schalteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlermeldung als serielle Bitfolge ausgebildet ist.