DE102015120125A1

DE102015120125A1 - Energieverteilungssysteme und Verfahren zum Betrieb von Energieverteilungssystemen mit partiellem differentiellem Schutz

Info

Publication number: DE102015120125A1
Application number: DE102015120125.9A
Authority: DE
Inventors: Marcelo Esteban Valdes; Ilia Voloh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-05-25
Also published as: US20160149393A1; CN105633920B; US9837812B2; CN105633920A

Abstract

Ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Energieverteilungssystems (100), das mehrere Quellen- (102) und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen beinhaltet, die zwischen wenigstens eine Quelle (102) und eine Schutzzone geschaltet sind, wird beschrieben. Die Schutzzone beinhaltet eine Verteilerschiene und mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120), die zwischen die Verteilerschiene und mehrere Lasten geschaltet sind. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines elektrischen Stroms, der durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung (120) und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließt, das Bestimmen, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120) ein ZSI-Blockiersignal ausgibt, und das Steuern des Betriebs der mehreren Quellen- (102) und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Quellen- (102) und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen and der Bestimmung, ob irgendeine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120) ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Energieverteilungssysteme und spezieller Verfahren zum Betrieb von Energieverteilungssystemen unter Verwendung eines verbesserten partiellen differentiellen Schutzschemas.
Zu bekannten Elektrizitätsverteilungssystemen zählen mehrere Schaltgeräteaufstellungen, die Leistungsschalter beinhalten, die jeweils mit einer oder mehr Lasten gekoppelt sind. Die Leistungsschalter beinhalten gewöhnlich einen Überstromauslöser, der die Leistungsschalter auf Basis von erfasstem Strom, der durch die Leistungsschalter fließt, steuert. Spezieller veranlasst der Überstromauslöser die Unterbrechung von durch den Leistungsschalter fließendem Strom, wenn der Strom außerhalb akzeptabler Bedingungen ist.
In einige bekannte Leistungsschalter sind ein oder mehr Stromschwellenwerte einprogrammiert (auch als „Aufnahme”-Schwellenwerte bekannt), die unerwünschte Strompegel für den Leistungsschalter identifizieren. Wenn eine Störung zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeitspanne Strom über einem oder mehr Stromschwellenwerten zieht, aktiviert der Überstromauslöser gewöhnlich den zugeordneten Leistungsschalter, um Strom am Fließen durch den Leistungsschalter zu hindern. In Energieverteilungssystemen, die mehrere Leistungsschalter beinhalten, verwendet aber eine typische Anordnung eine Hierarchie von Leistungsschaltern. Große Leistungsschalter (z.B. Leistungsschalter mit einer hohen Strombelastbarkeit) sind näher an einer Stromquelle positioniert als Einspeisungsleistungsschalter geringerer Stromstärke und speisen die Einspeisungsleistungsschalter geringerer Stromstärke. Jeder Einspeisungsleistungsschalter kann mehrere andere Leistungsschalter speisen, die mit Lasten oder anderen Verteilungsvorrichtungen verbinden.
Eine Störung kann überall in der Leistungsschalterhierarchie stattfinden. Wenn eine Störung stattfindet, kann jeder Leistungsschalter, durch den derselbe Fehlerstrom fließt, infolge verschiedener Sensorempfindlichkeiten und/oder -toleranzen verschiedene Fehlerstrombeträge erkennen. Wenn die Störung stattfindet, sollte der Leistungsschalter, der der Störung am nächsten liegt, betätigt werden, um Strom daran zu hindern, durch den Leistungsschalter zu fließen. Wenn ein an höherer Stelle in der Hierarchie befindlicher Leistungsschalter ausgelöst wird, verlieren möglicherweise mehrere Schaltungen oder Lasten unnötig die Versorgung.
Zur Berücksichtigung der verschiedenen Toleranzen und zur Sicherstellung, dass nicht mehrere Leistungsschalter auf Basis desselben Fehlerstroms unnötig ausgelöst werden, sind die Schwellenwerte von wenigstens einigen bekannten Leistungsschaltern miteinander verschachtelt, um überlappende Fehlerstromschwellenwerte zu vermeiden. Bei einigen anderen bekannten Systemen senden Leistungsschalter auf einer niedrigeren Stufe bei Erkennung eines Fehlerstroms Koordinations- oder Blockiersignale an Leistungsschalter der höheren Stufe. Der Betrieb der Leistungsschalter der höheren Stufe wird als Reaktion auf das Blockiersignal mit dem Betrieb des Leistungsschalters der niedrigeren Stufe koordiniert.
In gewissen Systemtopologien können als Koppelschalter bekannte Leistungsschalter, die Verteilerschienen auf derselben Stufe eines Systems mit mehreren Quellen verbinden, die mehrere Sammelschienen versorgen, die Fehlerstromrichtung nicht erkennen. Der Überstromauslöser im Koppelschalter weiß nicht, ob Strom von rechts nach links oder von links nach rechts durch den Koppelschalter fließt. Wenn eine Störung auftritt, muss der Koppelschalter ein Blockiersignal an Geräte der höheren Stufe an allen angeschlossenen Quellen senden. Dies führt zu dem unerwünschten Schritt, dass alle Quellenvorrichtungen blockiert werden, wenn es stattdessen erwünscht gewesen wäre, dass wenigstens eine von ihnen nicht blockiert worden wäre.
Manchmal wird ein differentieller Sammelschienenschutz genanntes Schutzschema angewendet, speziell in Mittel- und Hochspannungssystemen, um den Schutz und die selektive Fähigkeit hierarchischer Systeme mit einer oder mehr Zwischensammelschienen zu verbessern. In einem System, das ein differentielles Sammelschienenschutzschema einsetzt, müssen Stromsignale von allen Quellen und Lasten an einer einzelnen Schaltungsschutzvorrichtung verfügbar sein. Die Schaltungsschutzvorrichtung, die alle der Stromsignale empfängt, kann feststellen, ob es innerhalb der differentiellen Zone eine Störung gibt. Dieses Schema erfordert gewöhnlich dedizierte Sensoren an jedem Leistungsschalter im System. Die Sensoren sind alle mit der Schutzvorrichtung gekoppelt, die den differentiellen Schutz bietet. Die dedizierten Sensoren erfordern im Allgemeinen einen hohen Grad an Genauigkeit und Erfassungsqualität, was bewirkt, dass sie relativ groß sind. Aufgrund von Kosten, Leistungsproblemen während Hochstromstörungen, Stromwandlersättigungsproblemen und der Größe der zusätzlichen Sensoren lässt sich differentieller Sammelschienenschutz in Niederspannungssystemen schwer realisieren.
Ein weiteres Schutzschema, das in einigen Mittelspannungssystemen verwendet wird, ist als partieller differentieller Schutz bekannt. Partielle differentielle Schutzsysteme überwachen nur die Quellenschaltungen und Koppelschalter, die Fehlerstrom beitragen können, aber nicht die Lastschaltungen, die den Fehlerstrom möglicherweise erhalten. Der durch jeden zwischen eine Quelle und eine geschützte Sammelschiene geschalteten Leistungsschalter fließende Strom wird gemessen und einer einzelnen Schaltungsschutzvorrichtung zugeführt. Die Schaltungsschutzvorrichtung, die die Stromdaten erhält, summiert die Stromvektoren, um zu bestimmen, ob eine Störung außerhalb ihrer Schutzzone (d.h. an einer anderen Sammelschiene) oder in ihrer Schutzzone (d.h. an oder unter ihrer Verteilerschiene) liegt. Partielle differentielle Schutzschemata erfordern weniger Stromsensoren als totale differentielle Sammelschienen-Schutzschemata, weil sie keinen Strom durch die Last-/Einspeisungsleistungsschalter überwachen. Partieller differentieller Schutz ist allgemein billiger und leichter zu realisieren als totaler differentieller Sammelschienenschutz. Anders als totale differentielle Sammelschienenschutzschemata können partielle differentielle Schemata den jeweiligen Ort eines Fehlers in ihrer Schutzzone nicht identifizieren (z.B. ob eine Störung sich an der Sammelschiene oder stromabwärts an einer oder mehr der an die Sammelschiene angeschlossenen Lasten befindet). Partielle differentielle Schutzschemata können aber identifizieren, wenn eine Störung außerhalb ihrer Schutzzone liegt, einschließlich an der Sammelschiene selbst und angeschlossenen Sammelschienenlasten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt beinhaltet ein Energieverteilungssystem, das mit einer Stromquelle verbindbar ist, eine erste Verteilerschiene, eine zweite Verteilerschiene, eine erste Schaltungsschutzvorrichtung, eine zweite Schaltungsschutzvorrichtung, mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen und eine Steuereinheit, die mit der ersten und der zweiten Schaltungsschutzvorrichtung und den mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen gekoppelt ist. Die erste Schaltungsschutzvorrichtung ist zwischen die erste Verteilerschiene und die Stromquelle geschaltet. Die zweite Schaltungsschutzvorrichtung ist zwischen die erste Verteilerschiene und die zweite Verteilerschiene geschaltet. Jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung ist mit der ersten Verteilerschiene gekoppelt und zum Schutz eines Teils des Systems konfiguriert, zu dem von der ersten Verteilerschiene Strom fließt. Jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung ist konfiguriert, um ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) bereitzustellen, wenn ein durch die Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung fließender Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um den Betrieb der ersten Schaltungsschutzvorrichtung und der zweiten Schaltungsschutzvorrichtung gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis von durch die erste und die zweite Schaltungsschutzvorrichtung fließenden Strömen und einem ZSI-Blockiersignalstatus jeder Einspeisungsschaltungsschutzvorichtung zu steuern.
Die Steuereinheit des Energieverteilungssystems kann ein Schutzrelais aufweisen.
Ein oben erwähntes Energieverteilungssystem kann ferner Folgendes aufweisen: einen ersten Stromsensor, der nahe der genannten ersten Schaltungsschutzvorrichtung gekoppelt ist, zum Erkennen von durch die genannte erste Schaltungsschutzvorrichtung fließendem Strom und einen zweiten Stromsensor, der nahe der genannten zweiten Schaltungsschutzvorrichtung gekoppelt ist, zum Erkennen von durch die genannte erste Schaltungsschutzvorrichtung fließendem Strom, wobei der genannte erste und zweite Stromsensor kommunikativ mit der genannten Steuereinheit gekoppelt sind.
Der erste und der zweite Sensor können Stromwandler aufweisen.
Die Steuereinheit eines oben erwähnten Energieverteilungssystems kann konfiguriert sein, um auf Basis einer Summe von durch die genannte erste und zweite Schaltungsschutzvorrichtung fließenden Strömen zu bestimmen, wenn sich eine Störung in einer Schutzzone befindet, die die genannte erste Verteilerschiene und die genannten mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen beinhaltet.
Die Steuereinheit eines oben erwähnten Energieverteilungssystems kann konfiguriert sein, um auf Basis einer Abwesenheit eines ZSI-Blockiersignals von einer der genannten mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen zu bestimmen, dass eine in der Schutzzone befindliche Störung an der genannten ersten Verteilerschiene ist.
Die Steuereinheit eines oben erwähnten Energieverteilungssystems kann konfiguriert sein, um zu verhüten, dass die genannte erste und zweite Schaltungsschutzvorrichtung ausgelöst werden, wenn sie eine Störung in der Schutzzone bestimmt und sie von wenigstens einer Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung ein ZSI-Blockiersignal empfängt.
Ein oben erwähntes Energieverteilungssystem kann ferner eine dritte Verteilerschiene und eine zwischen die genannte erste Verteilerschiene und die genannte zweite Verteilerschiene geschaltete dritte Schaltungsschutzvorrichtung aufweisen, wobei die genannte Steuereinheit konfiguriert ist, um den Betrieb der genannten ersten, zweiten und dritten Schutzvorrichtung gemäß dem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis von durch die genannte erste, zweite und dritte Schaltungsschutzvorrichtung fließenden Strömen und dem ZSI-Blockiersignalstatus jeder Einspeisungsschaltungsschutzvorichtung zu steuern.
Jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung eines oben erwähnten Energieverteilungssystems kann Folgendes aufweisen: einen Auslösemechanismus, der zum Unterbrechen von durch die genannte Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung fließendem Strom konfiguriert ist, und einen Überstromauslöser, der funktionell mit dem genannten Auslösemechanismus gekoppelt ist, wobei der genannte Überstromauslöser konfiguriert ist zum: Überwachen von durch die genannte Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung fließendem Strom und Ausgeben eines ZSI-Blockiersignals, wenn der überwachte Strom den ZSI-Blockierschwellenwert übersteigt.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb eines Energieverteilungssystems, das mehrere Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen beinhaltet, die zwischen wenigstens eine Quelle und eine Schutzzone geschaltet sind. Die Schutzzone beinhaltet eine Verteilerschiene und mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen, die zwischen die Verteilerschiene und mehrere Lasten geschaltet sind. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines elektrischen Stroms, der durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und jede Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließt, das Bestimmen, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) ausgibt, und das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen and der Bestimmung, ob irgendeine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
Ein oben erwähntes Verfahren kann vorsehen, dass das Bestimmen eines durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließenden elektrischen Stroms das Empfangen eines Stromsignals für jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung aufweist, das einen durch sie fließenden elektrischen Strom repräsentiert.
Ein oben erwähntes Verfahren kann ferner das Summieren der bestimmten elektrischen Ströme aufweisen, die durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und die Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen fließen, wobei das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema das Bestimmen, wenn in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht, wenigstens teilweise auf Basis der summierten elektrischen Ströme aufweist.
Ein oben erwähntes Verfahren kann vorsehen, dass das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema das Hindern der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen am Auslösen aufweist, wenn bestimmt wird, dass in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht, und wenn bestimmt wird, dass eine Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
Ein oben erwähntes Verfahren kann vorsehen, dass das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen and Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema das Auslösenlassen von wenigstens einer Schaltungsschutzvorrichtung der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen aufweist, wenn bestimmt wird, dass in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht, und bestimmt wird, dass keine der mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Schutzrelais für ein Energieverteilungssystem mit mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen beschrieben, die zwischen wenigstens eine Quelle und eine Schutzzone geschaltet sind. Die Schutzzone beinhaltet eine Verteilerschiene und mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen, die zwischen die Verteilerschiene und mehrere Lasten geschaltet sind. Das Schutzrelais beinhaltet eine Speichervorrichtung und einen mit der Speichervorrichtung gekoppelten Prozessor. Das Schutzrelais ist programmiert, um einen durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und jede Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließenden Strom zu bestimmen, um zu bestimmen, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) ausgibt, und um den Betrieb der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema wenigstens teilweise auf Basis einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und die Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen und der Bestimmung, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt, zu steuern.
Das Schutzrelais kann programmiert sein, um einen durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und jede Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließenden elektrischen Strom auf Basis von empfangenen Stromsignalen zu bestimmen, die durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und jede Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließenden Strom repräsentieren.
Das Schutzrelais nach einem oben erwähnten Typ kann programmiert sein, um die bestimmten elektrischen Ströme zu summieren, die durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und die Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen fließen.
Das Schutzrelais nach einem oben erwähnten Typ kann programmiert sein, um wenigstens teilweise auf Basis der summierten elektrischen Ströme zu bestimmen, wenn in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht.
Das Schutzrelais nach einem oben erwähnten Typ kann vorsehen, dass das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema das Hindern der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen am Auslösen aufweist, wenn bestimmt wird, dass in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht, und wenn bestimmt wird, dass eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
Das Schutzrelais eines oben erwähnten Typs kann vorsehen, dass das Steuern des Betriebs der mehreren Quellenschaltungschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema das Auslösenlassen von wenigstens einer Schaltungsschutzvorrichtung der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen aufweist, wenn bestimmt wird, dass in der Schutzzone eine Überstrombedingung besteht, und bestimmt wird, dass keine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Energieverteilungssystems.
2 ist ein Auslösestromkennlinien-(TCC)-diagramm für einen Teil des in 1 gezeigten Energieverteilungssystems.
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Energieverteilungssystems, wie des in 1 gezeigten Energieverteilungssystems.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin werden Ausführungsbeispiele von Energieverteilungssystemen und Verfahren zum Betrieb von Energieverteilungssystemen beschrieben. Die beispielhaften Energieverteilungssysteme beinhalten Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalter, die eine Verteilerschiene mit Energie versorgen, und Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen, die Energie von der Verteilerschiene zu den Lasten liefern. Die Systeme beinhalten eine Steuereinheit, die ein verbessertes partielles differentielles Schutzschema zum Schutz einer Schutzzone verwendet, die die Verteilerschiene und die stromabwärtigen Abzweigungen mit den Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen beinhaltet. Das verbesserte partielle differentielle Schutzschema summiert die elektrischen Ströme, die durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und die Koppelschalter fließen, um zu bestimmen, ob es in der Schutzzone eine Überstrombedingung gibt. Wenn in der Schutzzone eine Überstrombedingung bestimmt wird, bestimmt die Steuereinheit den wahrscheinlichen Ort der Überstrombedingung und die Vorgehensweise für den Betrieb auf Basis der Anwesenheit oder Abwesenheit von Signalen zonenselektiver Verriegelung (ZSI), die von den Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ausgegeben werden. Die beispielhaften Systeme sehen weniger kostspielige und physikalisch kleinere Schutzsysteme als komplexere totale differentielle Systeme vor und können einige der Stromwandlersättigungsprobleme vermeiden, die entstehen, wenn in einem Niederspannungssystem ein totales differentielles Schema angewendet wird.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Teils eines beispielhaften Energieverteilungssystems 100, das Quellen 102 beinhaltet, die Lasten 104 über Schaltungsschutzvorrichtungen 106 mit Energie versorgen. Zu elektrischen Stromquellen 102 können zum Beispiel ein oder mehr Generatoren oder andere Vorrichtungen zählen, die Lasten 104 mit elektrischem Strom (und resultierender elektrischer Energie) versorgen. Der elektrische Strom kann durch Verteilerschienen 108 an Lasten 104 übertragen werden. Zu den Lasten 104 können unter anderem Maschinen, Motoren, Beleuchtung und/oder andere elektrische und mechanische Geräte einer Herstellungs- oder Energieerzeugungs- oder -verteilungseinrichtung zählen, sie sind aber nicht nur darauf beschränkt. Das Energieverteilungssystem 100 ist ein Niederspannungsverteilungssystem, das für den Betrieb bei Wechsel-(AC)-spannungen bis etwa 600 Volt (V) ausgelegt ist. In anderen Ausführungsformen ist das Energieverteilungssystem 100 ein Mittelspannungssystem, das für den Betrieb bei Wechselspannungen zwischen etwa 600 V und etwa 38 Kilovolt (kV) ausgelegt ist. Alternativ ist das System 100 für den Betrieb bei irgendeiner geeigneten Spannung oder irgendeinem geeigneten Spannungsbereich ausgelegt.
In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Schaltungsschutzvorrichtungen 106 in einer Hierarchie angeordnet, die eine erste Stufe 110 und eine zweite Stufe 112 beinhaltet, um das Energieverteilungssystem 100 mit verschiedenen Schutz- und Überwachungsebenen zu versehen. Zum Beispiel ist eine erste Schaltungsschutzvorrichtung 114 (manchmal Quellenschaltungsschutzvorrichtung genannt) in einer ersten Stufe 110 zur Aufnahme von Strom von einer ersten elektrischen Stromquelle 116 und zum Versorgen einer ersten Sammelschiene 118 mit Strom angeordnet. Eine zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120 (manchmal als Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung bezeichnet) ist in der zweiten Stufe 112 stromabwärts der ersten Schaltungsschutzvorrichtung 114 angeordnet und zur Aufnahme von Strom von der ersten Sammelschiene 118 geschaltet. Die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 118 versorgt eine erste Last 122 mit Strom. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „stromabwärts“ auf eine Richtung von der elektrischen Stromquelle 102 zur Last 104. Der Begriff „stromaufwärts“ bezieht sich auf eine Richtung, die der Stromabwärtsrichtung entgegengesetzt ist, z.B. von der Last 104 hin zur elektrischen Stromquelle 102. Während 1 in zwei Stufen 110 und 112 angeordnete Schaltungsschutzvorrichtungen 106 veranschaulicht, ist zu erkennen, dass jedwede geeignete Anzahl von Schaltungsschutzvorrichtungen 106 in einer beliebigen geeigneten Zahl von Stufen angeordnet sein kann, damit das Energieverteilungssystem 100 wie hierin beschrieben funktionieren kann. Zum Beispiel ist zu erkennen, dass in einigen Ausführungsformen eine oder mehr zusätzliche Stufen und/oder Schaltungsschutzvorrichtungen 106 zwischen der elektrischen Stromquelle 102 und der ersten Stufe 110 angeordnet sein können. Außerdem oder alternativ können in einigen Ausführungsformen eine oder mehr zusätzliche Stufen und/oder Schaltungsschutzvorrichtungen 106 zwischen der Last 104 und Schaltungsschutzvorrichtungen 106 der zweiten Stufe 112 angeordnet sein.
Das beispielhafte System 100 beinhaltet drei Verteilerschienen 108, die von zwei Schaltungsschutzvorrichtungen 106, die als Koppelschalter bezeichnet werden, miteinander gekoppelt sind. Die erste Verteilerschiene 118 ist durch einen ersten Koppelschalter 126 (auch als eine erste Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung bezeichnet) mit der zweiten Verteilerschiene 124 verbunden. Ein zweiter Koppelschalter 128 (auch als zweite Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung bezeichnet) verbindet die erste Verteilerschiene 118 mit einer dritten Verteilerschiene 130. In 1 werden zwar drei Sammelschienen gezeigt, das Energiesystem 100 kann aber eine beliebige geeignete Zahl von Sammelschienen beinhalten, einschließlich mehr oder weniger als drei Sammelschienen. Der erste Koppelschalter 126 und der zweite Koppelschalter 128 werden hierin manchmal als Quellenschaltungsschutzvorrichtungen bezeichnet, die zwischen eine Quelle 102 (über Verteilerschiene 124 oder 130) und eine erste Verteilerschiene 118 geschaltet sind.
In dem Ausführungsbeispiel sind Schaltungsschutzvorrichtungen 106 Leistungsschalter. Alternativ können Schaltungsschutzvorrichtungen 106 eine beliebige andere Vorrichtung sein, die es dem Energieverteilungssystem 100 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet jede Schaltungsschutzvorrichtung 106 in der zweiten Stufe 112 einen integriertem Überstromauslöser. Details eines beispielhaften integrierten Überstromauslösers sind für die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120 gezeigt und sind der Deutlichkeit halber bei anderen Schaltungsschutzvorrichtungen 106 ausgelassen. Die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120 beinhaltet einen Überstromauslöser 132, der funktionell mit einem Sensor 134 und einem Auslösemechanismus 136 gekoppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Überstromauslöser 132 ein elektronischer Überstromauslöser (ETU), der einen mit einem Speicher 140, einer Eingabevorrichtung 142 und einer Anzeigevorrichtung 144 gekoppelten Prozessor 138 beinhaltet. Der Überstromauslöser 132 kann eine Rechenvorrichtung beinhalten oder als eine Rechenvorrichtung gelten. In anderen Ausführungsformen können Überstromauslöser 132 jedweder andere geeignete Typ von Überstromauslöser sein. In einigen Ausführungsformen beinhalten eine oder mehr der Schaltungsschutzvorrichtungen 106 einen anderen Typ von Überstromauslöser 132 und/oder sind ein anderer Typ von Schaltungsschutzvorrichtung als wenigstens eine andere der Schaltungsschutzvorrichtungen 106.
In einem Ausführungsbeispiel ist Sensor 134 ein Stromsensor, wie etwa ein Stromwandler, eine Rogowski-Spule, ein Hall-Sensor, ein Lichtwellenleiter-Stromsensor und/oder ein Nebenschluss, der einen durch Auslösemechanismus 136 und/oder Schaltungsschutzvorrichtung 106 fließenden Strom misst. Alternativ kann der Sensor 134 irgendeinen anderen Sensor beinhalten, der es dem Energieverteilungssystem 100 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Darüber hinaus kann der Sensor 134 in eine Schaltungsschutzvorrichtung 106 integriert sein oder von einer zugeordneten Schaltungsschutzvorrichtung 106 separat sein. Verschiedene Sensoren 134 können für verschiedene Teile von System 100 verwendet werden. Zum Beispiel können die Sensoren 134 in der ersten Stufe 110 von den Sensoren 134 in der zweiten Stufe 112 verschieden sein. Jeder Sensor 134 erzeugt ein Signal, das für den gemessenen oder erkannten Strom repräsentativ ist, (im Folgenden als „Stromsignal” bezeichnet), der durch eine(n) zugeordnete(n) Auslösemechanismus 136 und/oder Schaltungsschutzvorrichtung 106 fließt. Außerdem überträgt jeder Sensor 134 das Stromsignal an einen Prozessor 138, der dem Auslösemechanismus 136 zugeordnet oder mit ihm gekoppelt ist. Jeder Prozessor 138 ist programiert, um den Auslösemechanismus 136 zur Unterbrechung eines Stroms zu aktivieren, mit dem eine Last 104 oder eine elektrische Verteilungsleitung oder Sammelschiene 108 versorgt wird, wenn das Stromsignal und/oder der von dem Stromsignal repräsentierte Strom einen Stromschwellenwert übersteigt. Von jedem Überstromauslöser 132 wird ein Blockiersignal 146 erzeugt, wenn ein vom Sensor 134 erkannter Strombetrag einen Blockierungsschwellenwert (nicht gezeigt) übersteigt, der für einen zugeordneten Auslösemechanismus 136 definiert ist. Das Blockiersignal 146 kann als Teil eines zonenselektiven Verriegelungsschemas verwendet werden, um eine stromaufwärtige Schutzvorrichtung 106 zu informieren, dass die das Blockiersignal 146 ausgebende Schutzvorrichtung eine Störung erkannt hat.
Im Ausführungsbeispiel ist der Auslösemechanismus 136 ein Leistungsschalter. Ein elektrisches Signal wird an den Auslösemechanismus 136 angelegt, um den Leistungsschalter zum Auslösen und Unterbrechen des Stromflusses durch den Auslösemechanismus 136 zu veranlassen. In anderen Ausführungsformen beinhaltet der Auslösemechanismus 136 zum Beispiel eine oder mehr Leistungsschaltervorrichtungen und/oder Lichtbogeneinschlussvorrichtungen. Zu beispielhaften Leistungsschaltervorrichtungen zählen z.B. Schaltkreisschalter, Kontaktarme und/oder Schaltkreisunterbrecher, die Strom unterbrechen, der durch die Leistungsschaltervorrichtung zu einer Last 104, die mit der Leistungsschaltervorrichtung gekoppelt ist, fließt. Eine beispielhafte Lichtbogeneinschlussvorrichtung beinhaltet z.B. eine Einschlussanordnung, mehrere Elektroden, eine Plasmakanone und eine Auslöserschaltung, die die Plasmakanone veranlasst, abtragendes Plasma in einen Spalt zwischen den Elektroden zu emittieren, um Energie von einem Lichtbogen oder einer anderen elektrischen Störung, die in der Schaltung erkannt wird, in die Einschlussanordnung abzulenken.
Jeder Prozessor 138 steuert den Betrieb einer Schaltungsschutzvorrichtung 106 und erfasst gemessene Betriebszustandsdaten, wie etwa für eine Strommessung representative Daten (hierin auch als “Stromdaten” bezeichnet), von einem Sensor 134, der einem mit dem Prozessor 138 gekoppelten Auslösemechanismus 136 zugeordnet ist. Der Prozessor 138 speichert die Stromdaten in einem Speicher 140, der mit dem Prozessor 138 gekoppelt ist. Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Prozessor“ sich allgemein auf jedes programmierbare System bezieht, einschließlich Systeme und Mikrocontroller, Computer mit reduziertem Befehlssatz (RISC), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), programmierbare Logikschaltungen und alle anderen Schaltungen oder Prozessoren, die die hierin beschriebenen Funktionen ausführen können. Die obigen Beispiele sind nur beispielhaft und es ist daher nicht vorgesehen, dass sie die Definition und/oder Bedeutung des Begriffs „Prozessor“ in irgendeiner Weise beschränken.
Der Speicher 140 speichert Programmcode und Anweisungen, die vom Prozessor 138 ausführbar sind, zum Steuern der Schaltungsschutzvorrichtung 106. Der Speicher 140 kann unter anderem einen nichtflüchtigen RAM (NVRAM), magnetischen RAM (MRAM), ferroelektrischen RAM (FeRAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), Flash-Speicher und/oder elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Im Speicher 140 kann jeder andere geeignete magnetische, optische und/oder Halbleiterspeicher allein oder in Kombination mit anderen Speicherformen enthalten sein. Der Speicher 140 kann auch ein(en) abnehmbarer/n oder entfernbarer/n Speicher sein oder beinhalten, einschließlich unter anderem eine(n) geeignete(n) Kassette, Diskette, CD ROM, DVD oder USB-Speicher.
Die Eingabevorrichtung 142 empfängt Eingaben von beispielsweise einem Benutzer, einem anderen Überstromauslöser 132, einer abgesetzten Rechenvorrichtung, usw. Eine Eingabevorrichtung 142 kann z.B. eine Tastatur, ein Kartenlesegerät (z.B. Smartcard-Lesegerät), eine Zeigevorrichtung, eine Maus, einen Eingabestift, eine berührungsempfindliche Fläche (ein Tastfeld oder ein Touchscreen), ein Gyroskop, ein Beschleunigungsmesser, ein Positionsdetektor, eine Tastatur, einen Kommunikationsport, eine oder mehr Tasten und/oder eine Audioeingabeschnittstelle beinhalten. Eine einzelne Komponente, wie etwa ein Touchscreen, kann sowohl als Anzeigevorrichtung 144 als auch als Eingabevorrichtung 142 fungieren. In einigen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung 142 eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von Eingaben von einer abgesetzten Rechenvorrichtung (einschließlich von einem anderen Überstromauslöser 132) beinhalten. Es wird zwar eine einzelne Eingabevorrichtung 142 gezeigt, ein Überstromauslöser 132 kann aber mehr als eine Eingabevorrichtung 142 oder keine Eingabevorrichtung 142 beinhalten.
Die Anzeigevorrichtung 144 stellt Informationen über die Schaltungsschutzvorrichtung 106 und/oder den Auslösemechanismus 136 optisch dar. Zu Anzeigevorrichtungen 144 können eine Vakuum-Fluoreszenzanzeige (VFD), eine oder mehr Leuchtdioden (LED), Flüssigkristallanzeigen (LCD), Kathodenstrahlröhren (CRT), Plasmaanzeigen und/oder irgendeine geeignete optische Ausgabevorrichtung zählen, die Informationen optisch an einen Benutzer übermitteln kann. Zum Beispiel kann der Prozessor 138 eine oder mehr Komponenten der Anzeigevorrichtung 144 aktivieren, um anzugeben, dass die Schaltungsschutzvorrichtung 106 und/oder der Auslösemechanismus 136 aktiv ist und/ oder normal funktioniert, ein Blockiersignal empfängt, ein Blockiersignal überträgt, dass eine Störung oder ein Ausfall stattgefunden hat, und/oder irgendeinen anderen Status von Auslösemechanismus 136 und/oder Schaltungsschutzvorrichtung 106. In einigen Ausführungsformen präsentiert die Anzeigevorrichtung 144 einem Benutzer eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) zur Wechselwirkung zwischen dem Benutzer und der Schaltungsschutzvorrichtung 106. Die GUI erlaubt dem Benutzer zum Beispiel, die Schaltungsschutzvorrichtung 106 zu steuern, den Betrieb/ Status der Schaltungsschutzvorrichtung 106 zu überwachen, den Betrieb der Schaltungsschutzvorrichtung 106 zu testen und/oder Betriebsparameter der Schaltungsschutzvorrichtung 106 zu modifizieren.
Das System 100 beinhaltet eine Steuereinheit 148 zur Beaufsichtigung einer Schutzzone 150. Spezieller steuert die Steuereinheit 148 den Betrieb der ersten Schaltungsschutzvorrichtung 114, des ersten Koppelschalters 126 und des zweiten Koppelschalters 128 unter Verwendung eines verbesserten partiellen differentiellen Schutzschemas. Die Steuereinheit 148 beinhaltet den Prozessor 138, den Speicher 140, die Eingabevorrichtung 142 und die Anzeigevorrichtung 144. In einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 148 ein Schutzrelais. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 148 eine abgesetzte Rechenvorrichtung. In anderen Ausführungsformen ist die Steuereinheit 148 irgendeine analoge und/oder digitale Steuereinheit, die zur Durchführung wie hierin beschrieben geeignet ist. Die Steuereinheit 148 kann direkt mit einem oder mehr Komponenten in der Schutzzone verbunden sein und/oder kann über ein Netzwerk, einschließlich das Internet, mit einer oder mehr Komponenten gekoppelt sein. Die kommunikative Kopplung kann eine drahtgebundene Verbindung oder eine drahtlose Verbindung sein, die irgendein geeignetes drahtgebundenes und/oder drahtloses Kommunikationsprotokolls verwendet.
Die Steuereinheit 148 steuert den Betrieb einer ersten Schaltungsschutzvorrichtung 114, eines ersten Koppelschalters 126 und eines zweiten Koppelschalters 128 gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema. Entsprechend dem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema bestimmt die Steuereinheit 148 auf Basis eines partiellen differentiellen Schutzschemas, ob in ihrer Schutzzone 150 eine Überstrombedingung stattfindet. Wie unten noch ausführlicher erläutert wird, überwacht die Steuereinheit 148 die elektrischen Ströme durch die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126 und den zweiten Koppelschalter 128. Die Steuereinheit 148 summiert die überwachten Ströme (speziell die Stromvektoren), um zu bestimmen, ob eine Störung innerhalb oder außerhalb der Schutzzone 150 liegt. Im Rahmen des verbesserten partiellen differentiellen Schutzschemas, bestimmt die Steuereinheit 148, wenn bestimmt wird, dass in der Schutzzone 150 eine Überstrombedingung besteht, den wahrscheinlichen Ort der Überstrombedingung und die Vorgehensweise für den Betrieb auf Basis der Anwesenheit oder Abwesenheit von ZSI-Blockiersignalen, die von den Schaltungsschutzvorrichtungen 106 in der Schutzzone 150 ausgegeben werden (manchmal als Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen bezeichnet).
Speziell ist die Steuereinheit 148 zum Beispiel über im Speicher 140 gespeicherte Programmierung zum Schutz der Zone 150 auf Basis des durch die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126, den zweiten Koppelschalter 128 fließenden Strom und der Anwesenheit oder Abwesenheit von Blockiersignalen 146 konfiguriert. Spezieller sind Stromsignale 152 von der ersten Schaltungsschutzvorrichtung 114, dem ersten Koppelschalter 126 und dem zweiten Koppelschalter 128 zugeordneten Sensoren 134 mit der Steuereinheit 148 gekoppelt. Die Steuereinheit 148 summiert die Ströme (und spezieller Stromvektoren), die von den Stromsignalen 152 repräsentiert werden, um in Übereinstimmung mit einem partiellen differentiellen Schutzschema zu bestimmen, ob es in ihrer Schutzzone 150 oder außerhalb ihrer Schutzzone 150 eine Überstrombedingung gibt (die eine potentielle Störung repräsentiert). Wenn die potentielle Störung außerhalb der Schutzzone 150 liegt, summieren sich die Ströme auf etwa null. Wenn die Störung innerhalb der Schutzzone 150 liegt, ist die Summe der Ströme eine große Zahl, die größer als null ist. Dementsprechend werden die summierten Ströme mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn die summierten Ströme den Schwellenwert übersteigen, wird bestimmt, dass die Überstrombedingung in der Schutzzone ist. Der Schwellenwert ist gewählt, um groß genug zu sein, so dass der normale (d.h. störungsfreie) Betrieb des Systems 100 keine Summe ergibt, die größer als der Schwellenwert ist.
Im Rahmen des verbesserten partiellen differentiellen Schutzschemas bestimmt die Steuereinheit 148, wenn die Steuereinheit 148 bestimmt, dass der summierte Strom eine Überstrombedingung in der Schutzzone 150 angibt (eine potentielle Störung angibt), auf Basis der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Blockiersignals 146 von einer der mit der ersten Sammelschiene 118 gekoppelten Schaltungsschutzvorrichtung 106, ob die potentielle Störung an der ersten Sammelschiene 118 (zum Beispiel an einer ersten Stelle 154) oder unter der ersten Sammelschiene 118 (zum Beispiel an einer zweiten Stelle 156) ist. Wenn die Steuereinheit 148 ein Blockiersignal von einer der Schaltungsschutzvorrichtungen 106 in der Schutzzone 150 ungefähr zur gleichen Zeit empfängt, wie sie Stromsignale 152, die eine potentielle Störung in der Schutzzone 150 angeben, empfängt, bestimmt die Steuereinheit 148, dass die Störung unter der ersten Sammelschiene 118 ist. Die Steuereinheit 148 weist die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126 und/oder den zweiten Koppelschalter 128 an, nicht auszulösen und/oder in einem langsameren/eingeschränkteren Betriebsmodus zu arbeiten. Die Steuereinheit 148 kann die Anweisung durch Anlegen eines Blockiersignals an die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126 und den zweiten Koppelschalter 128 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen steuert die Steuereinheit 148 die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschaler 126 und den zweiten Koppelschalter 128 direkt und weist sie an, nicht auszulösen und/oder in einem eingeschränkteren Modus zu arbeiten, indem sie kein Auslösesignal an die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126 oder den zweiten Koppelschalter 128 sendet. Wenn die Steuereinheit 148 etwa zum gleichen Zeitpunkt, an dem sie eine potentielle Störung in der Schutzzone 150 erkennt, kein Blockiersignal von einer der Schaltungsschutzvorrichtungen 106 in der Schutzzone 150 erkennt, weist die Steuereinheit 148 die erste Schaltungsschutzvorrichtung 114, den ersten Koppelschalter 126 und/oder den zweiten Koppelschalter 128 an auszulösen und/oder in einem uneingeschränkten oder beschleunigten Betriebsmodus zu arbeiten. Dementsprechend kann die Steuereinheit 148 einen Schutz bereitstellen, der einem totalen differentiellen Sammelschienenschutzschema ähnlich ist, ohne dass für jede der Einspeisungsabzweigungen von der ersten Sammelschiene 118 separate Stromsignale empfangen werden müssen.
2 ist ein Auslösestromkennlinien-(TCC)-diagramm 200, das die erforderliche Zeitsteuerung des ZSI-Blockiersignals 146 und der Signale durch die Steuereinheit 148 in einem Energieverteilungssystem, wie etwa System 100 (in 1 gezeigt), veranschaulicht. Kennlinie 202 ist eine Beispielkennlinie für die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120. Die Kennlinie 204 ist ein Beispielblockiersignal für die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120. Kennlinie 206 ist die Abtastkennlinie des sofortigen partiellen differentiellen Algorithmus für die Steuereinheit 148. Die Störungserfassungsübergabekennlinie der Steuereinheit 148 ist Kennlinie 208. Die Kennlinie 210 ist das nach Innenlogik übergebende Blockierübergabefenster und die Freigabekennlinie für die zweite Schaltungsschutzvorrichtung 120 ist Kennlinie 212. Die Kennlinie 214 ist die Ausgabekontaktekennlinie. Die Kennlinien 216 und 218 sind die primäre bzw. die sekundären Kennlinie.
Damit das System 100 wie hierin beschrieben funktioniert, ist erwünscht, dass die Erfassung und Logik der stromabwärtigen Schaltungsschutzvorrichtung schnell genug und empfindlich genug ist, um ein Blocksignal bereitzustellen, bevor die Steuereinheit 148 sich der Auslösung der stromaufwärtigen ersten Schaltungsschutzvorrichtung 114 und/oder eines Koppelschalters 126 und 128 verpflichtet. Bei der Implementierung eines Energieverteilungssystems, wie hierin beschrieben, werden daher die jeweiligen Schaltungsschutzvorrichtungen 106 und die Steuereinheit 148 so gewählt, dass die Blockiersignalkennlinie 204 unter und links von der Blockierübergabefensterkennlinie 210 ist, wie in 2 gezeigt.
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Betrieb eines Energieverteilungssystems, wie etwa Energieverteilungssystem 100 (in 1 gezeigt). Das Energieverteilungssystem beinhaltet mehrere Quellenschaltungsschutzvorrichtungen, die zwischen wenigstens eine Quelle und eine Schutzzone geschaltet sind. Das Energieverteilungssystem beinhaltet eine Schutzzone, die eine Verteilerschiene und mehrere zwischen die Verteilerschiene und mehrere Lasten geschaltete Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen hat. In einem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren 200 durch Überwachungssystem 168 von einem oder mehr der Überstromauslöser 132 ausgeführt. Spezieller kann das Verfahren 300 vom Prozessor 138 der Steuereinheit 148 ausgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel sind mehrere computerausführbare Anweisungen in einem computerlesbaren Medium, wie etwa einem Speicher, ausgestaltet. Bei Ausführung durch den Prozessor 138 veranlassen die Anweisungen den Prozessor 138 zum Ausführen der Schritte des Verfahrens 300 und/oder zum Funktionieren wie hierin beschrieben.
Verfahren 300 beinhaltet das Bestimmen 302 eines elektrischen Stroms, der durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung fließt, und das Bestimmen 304, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) ausgibt. Der Betrieb der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen wird gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema gesteuert 306. Das verbesserte partielle differentielle Schutzschema basiert auf einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Schaltungsschutzvorrichtungen und der Bestimmung, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
Eine technische Wirkung der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme kann eines oder mehr der Folgenden beinhalten: (a) Bestimmen eines durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung fließenden elektrischen Stroms und (b) Bestimmen, ob irgendeine von mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt; und (c) Steuern des Betriebs von mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema.
Oben werden Ausführungsbeispiele von Energieverteilungssystemen and Verfahren zum Betrieb von Energieverteilungssystemen und/oder Schaltungsschutzvorrichtungen ausführlich beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf hierin beschriebene spezifische Ausführungsformen beschränkt, sondern die Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren können unabhängig und separat von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Komponenten und/oder Schritte auch in bzw. mit anderen Systemen, Verfahren und/oder Vorrichtungen definiert oder verwendet werden und sind nicht auf die Ausübung mit nur dem hierin beschriebenen Leistungssystem beschränkt.
Die Ausführungs- oder Durchführungsreihenfolge der Schritte in den hierin veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist nicht wesentlich, sofern nicht anders angegeben. Das heißt, die Schritte können in jeder beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nicht anders angegeben, und zu Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Schritte als die hierin beschriebenen zählen. Zum Beispiel wird erwogen, dass die Ausführung oder Durchführung eines speziellen Schritts vor, gleichzeitig mit oder nach einem anderen Schritt innerhalb des Umfangs der Aspekte der Erfindung ist.
Es kann zwar sein, dass spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen gezeigt werden und in anderen nicht, dies ist aber nur aus praktischen Gründen der Fall. Gemäß den Grundsätzen der Offenbarung kann jedes beliebige Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal einer anderen Zeichnung referenziert und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführung, zu offenbaren und auch, um einen Fachmann zur Ausübung der Erfindung, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung eingebundener Verfahren, zu befähigen. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die dem Fachmann einfallen. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche beinhalten.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Energieverteilungssystems 100, das mehrere Quellen- 102 und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen beinhaltet, die zwischen wenigstens eine Quelle 102 und eine Schutzzone geschaltet sind, wird beschrieben. Die Schutzzone beinhaltet eine Verteilerschiene und mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen 106, 120, die zwischen die Verteilerschiene und mehrere Lasten geschaltet sind. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines elektrischen Stroms, der durch jede Quellen- 120 und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließt, das Bestimmen, ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen 106, 120 ein ZSI-Blockiersignal ausgibt, und das Steuern des Betriebs der mehreren Quellen- 102 und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Quellen- 102 und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen and der Bestimmung, ob irgendeine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen 106, 120 ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.
Bezugszeichenliste

100: System
102: Quellen
104: Lasten
106: Schaltungsschutzvorrichtungen
108: Verteilerschienen
110: erste Stufe
112: zweite Stufe
114: erste Schaltungsschutzvorrichtung
116: erste Stromquelle
118: erste Sammelschiene 118
120: zweite Schaltungsschutzvorrichtung
122: erste Last
124: zweite Verteilerschiene
126: erster Koppelschalter
128: zweiter Koppelschalter
130: dritte Verteilerschiene
132: Überstromauslöser
134: Sensor
136: Auslösemechanismus
138: Prozessor
140: Speicher
142: Eingabevorrichtung
144: Anzeigevorrichtung
146: Blockiersignal
148: Steuereinheit
150: Schutzzone
152: Stromsignale
154: erster Ort
156: zweiter Ort
200: Auslösestromkennliniendiagramm
202: Kennlinie
204: Blockiersignalkennlinie
206: Abtastkennlinie des sofortigen partiellen differentiellen Algorithmus
208: Störungserfassungsübergabekennlinie
210: Blockierübergabefensterkennlinie
212: Freigabekennlinie
214: Ausgabekontaktekennlinie
216: primäre Kennlinie
218: sekundäre Kennlinie
300: Verfahren
302: Bestimmen
304: Bestimmen
306: Steuern

Claims

Energieverteilungssystem (100), das mit einer Stromquelle (102) verbindbar ist, wobei das genannte Energieverteilungssystem (100) Folgendes aufweist: eine erste Verteilerschiene (118); eine zweite Verteilerschiene (124); eine erste Schaltungsschutzvorrichtung (114), die zwischen die genannte erste Verteilerschiene (118) und die Stromquelle (102) geschaltet ist; eine zweite Schaltungsschutzvorrichtung (126), die zwischen die genannte erste Verteilerschiene (118) und die genannte zweite Verteilerschiene (124) geschaltet ist; mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120), wobei jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) mit der genannten ersten Verteilerschiene (118) gekoppelt ist und zum Schutz eines Teils des genannten Systems (100) konfiguriert ist, zu dem von der genannten ersten Verteilerschiene (118) Strom fließt, wobei jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) konfiguriert ist, um ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) bereitzustellen, wenn ein durch die genannte Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) fließender Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Steuereinheit (148), die mit der genannten ersten und zweiten Schaltungsschutzvorrichtung (114, 126) und den genannten mehreren Einspeisungsschaltungschutzvorrichtungen (106, 120) gekoppelt ist, wobei die genannte Steuereinheit (148) konfiguriert ist, um den Betrieb der genannten ersten Schaltungsschutzvorrichtung (114) und der genannten zweiten Schaltungsschutzvorrichtung (126) gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis von durch die genannte erste und zweite Schaltungsschutzvorrichtung (114, 126) fließenden Strömen und einem ZSI-Blockiersignalstatus jeder Einspeisungsschaltungsschutzvorichtung zu steuern.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei die genannte Steuereinheit (148) ein Schutzrelais aufweist.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, das ferner Folgendes aufweist: einen ersten Stromsensor (134), der nahe der genannten ersten Schaltungsschutzvorrichtung (114) gekoppelt ist, zum Erkennen von durch die genannte erste Schaltungsschutzvorrichtung (114) fließendem Strom und einen zweiten Stromsensor (134), der nahe der genannten zweiten Schaltungsschutzvorrichtung (126) gekoppelt ist, zum Erkennen von durch die genannte erste Schaltungsschutzvorrichtung (114) fließendem Strom, wobei der genannte erste und zweite Stromsensor (134) (134) kommunikativ mit der genannten Steuereinheit (148) gekoppelt sind.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei der genannte erste und zweite Stromsensor (134) Stromwandler aufweisen.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei die genannte Steuereinheit (148) konfiguriert ist, um auf Basis einer Summe von durch die genannte erste und zweite Schaltungsschutzvorrichtung (114, 126) fließenden Strömen zu bestimmen, wenn sich eine Störung in einer Schutzzone (150) befindet, die die genannte erste Verteilerschiene (118) und die genannten mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120) beinhaltet.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei die genannte Steuereinheit (148) konfiguriert ist, um auf Basis einer Abwesenheit eines ZSI-Blockiersignals von einer der genannten mehreren Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120) zu bestimmen, dass eine in der Schutzzone (150) befindliche Störung an der genannten ersten Verteilerschiene (118) ist.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei die genannte Steuereinheit (148) konfiguriert ist, um zu verhüten, dass die genannte erste und zweite Schaltungsschutzvorrichtung (114, 126) ausgelöst werden, wenn sie eine Störung in der Schutzzone (150) bestimmt und sie von wenigstens einer Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) ein ZSI-Blockiersignal empfängt.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, das ferner eine dritte Verteilerschiene (130) und eine zwischen die genannte erste Verteilerschiene (118) und die genannte zweite Verteilerschiene (124) geschaltete dritte Schaltungsschutzvorrichtung (128) aufweist, wobei die genannte Steuereinheit (148) konfiguriert ist, um den Betrieb der genannten ersten, zweiten und dritten Schutzvorrichtung (114, 126, 128) gemäß dem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis von durch die genannte erste, zweite und dritte Schaltungsschutzvorrichtung (114, 126, 128) fließenden Strömen und dem ZSI-Blockiersignalstatus jeder Einspeisungsschaltungsschutzvorichtung (106, 120) zu steuern.
Energieverteilungssystem (100) nach Anspruch 0, wobei jede Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) Folgendes aufweist: einen Auslösemechanismus (136), der zum Unterbrechen von durch die genannte Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) fließendem Strom konfiguriert ist, und einen Überstromauslöser (132), der funktionell mit dem genannten Auslösemechanismus (136) gekoppelt ist, wobei der genannte Überstromauslöser (132) konfiguriert ist zum: Überwachen von durch die genannte Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtung (106, 120) fließendem Strom und Ausgeben eines ZSI-Blockiersignals, wenn der überwachte Strom den ZSI-Blockierschwellenwert übersteigt.
Verfahren zum Betrieb eines Energieverteilungssystems (100), das mehrere Quellenschaltungsschutzvorrichtungen (106, 114) und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen (106, 126, 128) beinhaltet, die zwischen wenigstens eine Quelle (102) und eine Schutzzone (150) geschaltet sind, wobei die Schutzzone (150) eine Verteilerschiene (108, 118) und mehrere Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen (106, 120), die zwischen die Verteilerschiene (108, 118) und mehrere Lasten (104, 122) geschaltet sind, beinhaltet, wobei das genannte Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen (302) eines elektrischen Stroms, der durch jede Quellenschaltungsschutzvorrichtung und jede Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtung fließt; Bestimmen (302), ob eine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein Blockiersignal zonenselektiver Verriegelung (ZSI) ausgibt; und Steuern (306) des Betriebs der mehreren Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen gemäß einem verbesserten partiellen differentiellen Schutzschema auf Basis einer Kombination der bestimmten Ströme durch die Quellenschaltungsschutzvorrichtungen und Koppelschalterschaltungsschutzvorrichtungen and der Bestimmung, ob irgendeine der Einspeisungsschaltungsschutzvorrichtungen ein ZSI-Blockiersignal ausgibt.