DE102022204950B3 - Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system - Google Patents
Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022204950B3 DE102022204950B3 DE102022204950.0A DE102022204950A DE102022204950B3 DE 102022204950 B3 DE102022204950 B3 DE 102022204950B3 DE 102022204950 A DE102022204950 A DE 102022204950A DE 102022204950 B3 DE102022204950 B3 DE 102022204950B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electronic circuit
- short circuit
- current
- circuit breaker
- short
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/02—Details
- H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
- H02H3/042—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned combined with means for locating the fault
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/088—Aspects of digital computing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
- H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/0038—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the connection of the detecting means, e.g. for reducing their number
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
- H02H7/265—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured making use of travelling wave theory
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Kurzschlusses in einem Gleichspannungssystem (100), wobei das Gleichspannungssystem eine Gleichspannungsleitung (104) und mindestens zwei Komponenten (110, 120, 130, 140) aufweist, die jeweils eine Kapazität aufweisen und die jeweils mittels eines elektronischen Schutzschalters (111, 121, 131, 141) mit der Gleichspannungsleitung trennbar verbunden sind. Die elektronischen Schutzschalter weisen jeweils Strommessmittel zum Messen des durch den jeweiligen Schutzschalter fließenden Stroms auf. Gemäß des Verfahrens wird ein erster Zeitpunkt ermittelt, zu welchem der durch den zuerst aufgrund eines Kurzschlusses in der Gleichspannungsleitung ausschaltende elektronische Schutzschalter fließende Strom einem Referenzstromwert entspricht. Ferner wird ein zweiter Zeitpunkt ermittelt, zu welchem der durch den aufgrund des Kurzschlusses in der Gleichspannungsleitung als zweites ausschaltende elektronische Schutzschalter fließende Strom dem Referenzstromwert entspricht, und der ungefähre Abstand des Kurzschlusses von einem der beiden elektronischen Schutzschalter wird aus den ermittelten Zeitpunkten berechnet.The present invention relates to a method for locating a short circuit in a DC voltage system (100), wherein the DC voltage system has a DC voltage line (104) and at least two components (110, 120, 130, 140), each of which has a capacitance and which is each connected by means of a electronic circuit breaker (111, 121, 131, 141) are separably connected to the DC voltage line. The electronic circuit breakers each have current measuring means for measuring the current flowing through the respective circuit breaker. According to the method, a first point in time is determined at which the current flowing through the electronic circuit breaker that first switches off due to a short circuit in the DC voltage line corresponds to a reference current value. Furthermore, a second time is determined at which the current flowing through the electronic circuit breaker that switches off second due to the short circuit in the DC voltage line corresponds to the reference current value, and the approximate distance of the short circuit from one of the two electronic circuit breakers is calculated from the determined times.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Kurzschlusses in einem Gleichspannungssystem sowie eine elektrische Anlage mit elektronischen Schutzschaltern.The invention relates to a method for locating a short circuit in a DC voltage system and an electrical system with electronic circuit breakers.
Moderne Halbleiter-Leistungsschalter (englisch: Semiconductor Circuit Breaker, kurz SCCB, mitunter auch Solid State Circuit Breaker, kurz SSCB; im Folgenden wird die Abkürzung SCCB verwendet) sind in der Lage, elektrische Stromkreise im Kurzschlussfall sehr viel schneller abzuschalten als herkömmliche Leistungsschalter (englisch: Circuit Breaker). Das führt vorteilhafterweise dazu, dass am elektrischen Stromkreis und insbesondere an der Kurzschlussstelle keine weiteren, über die den Kurzschluss auslösende Beschädigung hinausgehenden Schäden auftreten. Insbesondere werden die Kurzschlussströme rasch und auf einen viel geringeren Wert begrenzt, wodurch der Kurzschlussstelle weniger Energie zugeführt wird.Modern semiconductor circuit breakers (English: Semiconductor Circuit Breaker, SCCB for short, sometimes also Solid State Circuit Breaker, SSCB for short; the abbreviation SCCB is used below) are able to switch off electrical circuits much more quickly in the event of a short circuit than conventional circuit breakers : Circuit Breaker). This advantageously leads to no further damage occurring on the electrical circuit and in particular at the short-circuit point beyond the damage that caused the short circuit. In particular, the short-circuit currents are limited quickly and to a much lower value, as a result of which less energy is supplied to the short-circuit point.
Entsprechend kommt es in von SCCB geschützten Stromkreisen meist nicht zu den typischen, durch die Umwandlung der Kurzschlussenergie in thermische Energie hervorgerufenen Kurzschlussmerkmalen wie Rauch- oder Geruchsentwicklung, Verfärbungen oder anderen sichtbaren Schäden, was die anschließende Fehlersuche erheblich erschwert.Accordingly, in circuits protected by SCCB, the typical short-circuit characteristics caused by the conversion of short-circuit energy into thermal energy, such as smoke or odor development, discoloration or other visible damage, usually do not occur, which makes subsequent troubleshooting considerably more difficult.
Aus der Veröffentlichungsschrift
Aus der Patentschrift
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Lokalisierung eines Kurzschlusses in einem Gleichspannungssystem anzugeben.An object of the present invention is to provide an improved method for locating a short circuit in a DC system.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Anlage mit elektronischen Schutzschaltern.This task is solved by a method with the features of independent patent claim 1 and by an electrical system with electronic circuit breakers.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the present invention are specified in the subclaims.
Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch Auswertung von zwei Zeitpunkten die Lokalisierung eines Kurzschlusses in einem Gleichstromsystem ermöglicht wird. Moderne elektronische Schutzschalter weisen Strommessmittel im Hauptstrompfad auf sowie Auswertemittel, die (unter anderem) den Strom-Zeit-Verlauf auswerten und entscheiden, ob der Schutzschalter geschlossen bleibt oder ausgelöst wird. Diese Fähigkeit moderner elektronischer Schutzschalter macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, um die genannten Zeitpunkte vorzugsweise aus einer Auswertung des von modernen elektronischen Schutzschaltern ohne zusätzliche Sensoren mit hoher Abtastrate ermittelbaren Strom-Zeit-Verlaufs zu gewinnen, oder es wird ein entsprechender Zeitstempel generiert, wenn ein elektronischer Schutzschalter während eines ansteigenden und schließlich zum Abschalten des elektronischen Schutzschalters führenden Stromverlaufs einen Referenzstromwert detektiert. Durch Auswertung der mit hoher Präzision ermittelbaren Zeitpunkte von mindestens zwei an der gleichen Gleichspannungsleitung angeschlossenen elektronischen Schutzschaltern kann dann anhand der Topologie, d.h. anhand der Anordnung der elektronischen Schutzschalter entlang der Gleichspannungsleitung, die Lokalisierung des Kurzschlusses kostengünstig erfolgen.An advantage of the invention is that the evaluation of two points in time makes it possible to localize a short circuit in a direct current system. Modern electronic circuit breakers have current measuring devices in the main current path as well as evaluation devices that (among other things) evaluate the current-time curve and decide whether the circuit breaker remains closed or is triggered. The present invention makes use of this ability of modern electronic circuit breakers in order to obtain the specified times, preferably from an evaluation of the current-time curve that can be determined by modern electronic circuit breakers without additional sensors at a high sampling rate, or a corresponding time stamp is generated when a Electronic circuit breaker detects a reference current value during a rising current curve that ultimately leads to the electronic circuit breaker being switched off. By evaluating the times of at least two electronic circuit breakers connected to the same DC voltage line, which can be determined with high precision, the short circuit can then be localized cost-effectively based on the topology, i.e. based on the arrangement of the electronic circuit breakers along the DC voltage line.
Dabei können die erforderlichen Berechnungsschritte vorteilhaft durch ein zentrales Element, beispielsweise eine Steuerung oder kostengünstig durch einen der elektronischen Schutzschalter durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, die Berechnungsschritte auf mehrere elektronische Schutzschalter zu verteilen oder die Berechnungsschritte durch alle elektronischen Schutzschalter, die über die notwendigen Daten verfügen, durchführen zu lassen. Dies hat den Vorteil, dass die ungefähre Lage des Kurzschlusses dann auf allen Schutzschaltern des Systems zur Anzeige gebracht werden kann oder durch ein temporär drahtlos oder drahtgebunden koppelbares externes Gerät ausgelesen werden kann.The required calculation steps can advantageously be carried out by a central element, for example a controller, or inexpensively by one of the electronic circuit breakers. Alternatively, it is possible to distribute the calculation steps across several electronic circuit breakers or to have the calculation steps carried out by all electronic circuit breakers that have the necessary data. This has the advantage that the approximate location of the short circuit can then be displayed on all circuit breakers in the system or can be read out by an external device that can be temporarily connected wirelessly or wired.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen:
-
1 ein Prinzipschaltbild eines Gleichspannungssystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und -
2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a basic circuit diagram of a DC voltage system according to an exemplary embodiment of the present invention; and -
2 a simplified flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
Jede der genannten Komponenten ist über eine Sicherungsvorrichtung 111, 121, 131, 141 trennbar mit der Gleichspannungsleitung verbunden. Dabei kommen vorzugsweise für alle Sicherungsvorrichtungen elektronische Halbleiter-Leistungsschalter (SCCB) der eingangs genannten Art zum Einsatz, die jeweils Strommessmittel zum Messen des durch den jeweiligen Halbleiter-Leistungsschalter fließenden Stroms aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind nur ausgewählte Sicherungsvorrichtungen als SCCB ausgebildet und andere Sicherungsvorrichtungen sind beispielsweise als herkömmliche Leistungsschalter oder als Schmelzsicherungen ausgebildet. Die Auswahl herkömmlicher Leistungsschalter oder SCCB kann dabei abhängig von der jeweils angeschlossenen Komponente erfolgen.Each of the components mentioned is separably connected to the DC voltage line via a
Für die vorliegende Erfindung ist es lediglich erforderlich, dass mindestens zwei der Sicherungsvorrichtungen 111-141 als elektronische Schutzschalter ausgebildet sind und über Strommessmittel zum Messen des durch den jeweiligen Halbleiter-Leistungsschalter fließenden Stroms verfügen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden im Folgenden vorrangig die zweite Komponente 120 und die dritte Komponente 130 betrachtet, die mittels zweier SCCB 121, 131 trennbar mit der Gleichspannungsleitung 104 verbunden sind.For the present invention it is only necessary that at least two of the safety devices 111-141 are designed as electronic circuit breakers and have current measuring means for measuring the current flowing through the respective semiconductor circuit breaker. Without limiting the generality, the
Bei der ersten, zweiten und dritten Komponente 110-130 handelt es sich im betrachteten Beispiel um Verbraucher bzw. Lasten, welche die von der zentralen Komponente 140 eingespeiste Energie aus dem Gleichspannungssystem 100 entnehmen. In anderen Ausführungsbeispielen kann es sich bei einigen oder allen Komponenten 110-130 um Quellen handeln und bei der zentralen Komponente 140 um eine Komponente, welche im Fall eines Energieüberschusses im Gleichspannungssystem 100 diese Energie an ein übergeordnetes Netz (nicht dargestellt) abgibt.In the example under consideration, the first, second and third components 110-130 are consumers or loads which take the energy fed in by the
Relevant für die vorliegende Erfindung sind Komponenten, die neben der Kopplung an die Gleichspannungsleitung 103 mittels elektronischer Schutzschalter kapazitive Elemente aufweisen, beispielsweise Kondensatoren wie Stützkondensatoren. Dies sei im folgenden für die zweite und dritte Komponente angenommen. Die übrigen Komponenten, insbesondere die zentrale Komponenten 140, können natürlich ebenfalls kapazitive Elemente aufweisen.Relevant to the present invention are components which, in addition to being coupled to the
Kapazitive Elemente treten in Gleichspannungskomponenten häufig auf. Spannungswandler aller Art, beispielsweise Gleichspannung-zu-Gleichspannung (DC/DC) Wandler oder Gleichspannung-zu-Wechselspannung (DC/AC) Wandler, weisen praktisch immer kapazitive Elemente in Form von Kondensatoren, insbesondere im DC Zwischenkreis, auf. In einem typischen Anwendungsfall handelt es sich beim Gleichspannungsnetzwerk 100 um ein sogenanntes DC Microgrid, bei dem alle in
Zudem treten Kapazitäten in Erdungsschaltungen, sogenannten Earth Boxes, auf. Earth Boxes für Gleichspannungsanwendungen zeichnen sich dadurch aus, dass beide Pole über jeweils einen Kondensator mit dem Erdpotential verbunden sind. Entsprechend weisen Earth Boxes stets eine bestimmte Menge elektrischer Ladung und damit eine bestimmte Menge freisetzbarer elektrischer Energie auf. Mit Blick auf die
Im Fall eines Kurzschlusses entlang der Gleichspannungsleitung 104 werden in aller Regel die elektronischen Schutzschalter 121, 131 zumindest auch derjenigen Komponenten 120, 130 auslösen bzw. ausschalten, die kapazitive Elemente aufweisen, da diese Kapazitäten ihre Energie in den Kurzschluss abgeben, der deutlich niederohmiger sein wird als der übliche Energieflussweg weg von der jeweiligen Kapazität, und zwar unabhängig davon, ob die jeweilige Komponente 120, 130 eine Last oder eine Quelle ist.In the event of a short circuit along the
Tritt beispielsweise ein Kurzschluss am Punkt 103 auf, beginnen sich die Kapazitäten / Kondensatoren der dritten Komponente 130 in den Kurzschluss hinein zu entladen. Der dritte elektronische Schutzschalter 131 detektiert mittels seines Strommessmittels den Stromanstieg und den Absolutwert des Stroms und schaltet gemäß der im dritten elektronischen Schutzschalter hinterlegten Abschaltbedingungen ab, beispielsweise wenn der Stromanstieg einen bestimmten Wert übersteigt und/oder wenn der Absolutwert des durch den dritten elektronischen Schutzschalter 131 fließenden Stroms einen bestimmten Wert übersteigt.For example, if a short circuit occurs at
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun als erster Zeitpunkt der Zeitpunkt ermittelt, zu dem der durch den dritten elektronischen Schutzschalter 131 fließende Strom vor bzw. während des Abschaltvorgangs einen bestimmten Referenzstromwert erreicht. Als Referenzstromwert, der weiter unten im Detail beschrieben ist, wird vorzugsweise ein Wert unterhalb des Stromwertes gewählt, bei dem der elektronische Schutzschalter 131 ausschaltet, kann aber in Ausführungsbeispielen auf diesen Wert festgelegt werden.According to the present invention, the first point in time that is determined is the point in time at which the current flowing through the third
Auch die Kapazitäten / Kondensatoren der zweiten Komponente 120 werden sich in den Kurzschluss im Punkt 103 hinein entladen. Aufgrund der Induktivität des Abschnitts der Gleichspannungsleitung zwischen dem Anschlusspunkt 102 der zweiten Komponente an die Gleichspannungsleitung 104 und dem Kurzschluss am Punkt 103 verzögert sich der Abfall der Leitungsspannung am Punkt 102 gegenüber dem Abfall der Leitungsspannung am Punkt 103 etwas, weswegen der Entladevorgang der Kapazitäten / Kondensatoren der zweiten Komponente 120 in den Kurzschluss zeitverzögert gegenüber dem Entladevorgang der Kapazitäten / Kondensatoren der dritten Komponente 130 einsetzt. Der zweite elektronische Schutzschalter 121 detektiert den Stromanstieg und den Absolutwert des Stroms mittels seines Strommessmittels und schaltet gemäß der im zweiten elektronischen Schutzschalter hinterlegten Abschaltbedingungen ab, beispielsweise wenn der Stromanstieg einen bestimmten Wert übersteigt und/oder wenn der Absolutwert des durch den zweiten elektronischen Schutzschalter 121 fließenden Stroms einen bestimmten Wert übersteigt.The capacitances/capacitors of the
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun als zweiter Zeitpunkt der Zeitpunkt ermittelt, zu dem der durch den zweiten elektronischen Schutzschalter 121 fließende Strom vor bzw. während des Abschaltvorgangs den Referenzstromwert erreicht.According to the present invention, the second point in time is now determined as the point in time at which the current flowing through the second
Die Ermittlung der beiden Zeitpunkte muss dabei nicht in Echtzeit erfolgen. Beispielsweise können die Strom-Zeit-Verläufe, die zum Abschalten der elektronischen Schutzschalter 121, 131 führen, in Speichermitteln (zwischen-)gespeichert werden und die Ermittlung der beiden Zeitpunkte, zu denen der durch die elektronischen Schutzschalter 121, 131 fließende Strom den Referenzstromwert erreicht, kann dann nachträglich anhand der gespeicherten Daten erfolgen, ggf. durch Interpolation der zeitdiskret ermittelten Messwerte. Die Speichermittel können dabei Bestandteil der elektronischen Schutzschalter sein oder Bestandteil einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) des Gleichspannungssystems 100, die ihrerseits in einem der elektronischen Schutzschalter integriert sein kann, welcher dann eine Art Master-Schutzschalter darstellt (nicht dargestellt). Für die im folgenden beschriebenen Schritte ist es lediglich erforderlich, dass die Zeitpunkte in einer Verarbeitungseinheit zusammengeführt werden und dass die jeweiligen Uhren bzw. Zeitstempelgeneratoren der elektronischen Schutzschalter 121, 131 synchronisiert sind oder etwaige Uhrenabweichungen nachträglich berücksichtigt werden. Datenaustausch und ggf. Uhrensynchronisation sind durch die gestrichelten Linien 105 angedeutet und können wie bereits erwähnt eine zentrale Steuer- bzw. Verarbeitungseinrichtung einschließen.The determination of the two points in time does not have to be done in real time. For example, the current-time curves that lead to the
Die elektronischen Schutzschalter 111, 141 weiter vom Kurzschluss entfernt liegender Komponenten 110, 140 schalten wiederum später ab, sofern die Komponenten 110, 140 Kapazitäten aufweisen oder Quellen sind. Dieses wiederum verzögerte Abschalten erfolgt aus den im Zusammenhang mit dem Abschalten des zweiten elektronischen Schutzschalters bereits erläuterten Gründen. In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden auch für diese Schutzschalter die Zeitpunkte ermittelt, zu denen der durch sie fließende Strom den Referenzstromwert erreicht.The
In dem in
Anhand von
Das Verfahren kann dabei gestartet werden, wenn in einem der elektronischen Schutzschalter des Gleichspannungssystems 100 ein auf einen Kurzschluss hindeutender Stromanstieg detektiert wird. Alternativ kann das Verfahren durch einen Bediener gestartet werden, der die Anlage 100 nach deren Abschalten aufgrund des Kurzschlusses untersucht, wobei in diesem Fall das Verfahren auf Basis gespeicherter Messwerte abläuft.The method can be started when a current increase indicating a short circuit is detected in one of the electronic circuit breakers of the
Im Schritt 220 setzt sich das Verfahren mit der ebenfalls bereits erwähnten Ermittlung des zweiten Zeitpunkts, zu welchem der durch den aufgrund des Kurzschlusses in der Gleichspannungsleitung 104 als zweites ausschaltende elektronische Schutzschalter fließende Strom dem Referenzstromwert entspricht. Im hier beispielhaft betrachteten Fall, bei dem ein Kurzschluss am Punkt 103 vorliegt, ist dies der Zeitpunkt, zu dem der durch den zweiten elektronischen Schutzschalter 121 fließende Strom vor oder während des Abschaltens erstmals den Referenzstromwert erreicht. Die Ermittlung kann dabei wiederum während des Abschaltvorgangs in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit oder nachträglich durch Auswertung gespeicherter Messwerte und deren Zeitstempel erfolgen.In
In einem oder mehreren optionalen Schritten 230 werden die in Schritt 220 beschriebenen Teilschritte für weitere elektronische Schutzschalter des Gleichspannungssystems 100 ausgeführt und weitere Zeitpunkte ermittelt.In one or more
In Schritt 240 werden die in den Schritten 210, 220 und optional 230 ermittelten Zeitpunkte ausgewertet. Dabei wird insbesondere die Beziehung des ersten und des zweiten Zeitpunktes betrachtet, optional des ersten und jedes weiteren Zeitpunktes.In
In Betracht kommen in bevorzugten Ausführungsbeispielen insbesondere Differenzbildungen, d.h. es wird beispielsweise die Zeitdifferenz Δt zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem ersten Zeitpunkt t1 ermittelt, d.h. Δt = t2 - t1. Dabei wird das Vorzeichen von Δt berücksichtigtIn preferred exemplary embodiments, in particular, difference formation comes into consideration, i.e., for example, the time difference Δt between the second time t2 and the first time t1 is determined, i.e. Δt = t2 - t1. The sign of Δt is taken into account
Im bislang betrachteten Fall, bei dem der Kurzschluss am Punkt 103 auftritt, ist Δt positiv und entspricht dem größtmöglichen Wert.In the case considered so far, in which the short circuit occurs at
Liegt der Kurzschluss in der Mitte zwischen den Punkten 103 und 102 ist Δt = 0. „Mitte“ bezieht sich dabei auf die Leitungslänge zwischen den Punkten 102 und 103, unter der Voraussetzung, dass der Induktivitätsbelag der Gleichspannungsleitung 104 konstant ist oder nur geringfügig mit der Länge variiert.If the short circuit is in the middle between
Liegt der Kurzschluss am Punkt 102 oder an einem anderen Punkt, der von Punkt 103 weiter entfernt ist als der Punkt 102, dann ist Δt negativ und entspricht dem kleinstmöglichen Wert.If the short circuit is at
Damit kann in Ausführungsbeispielen in Schritt 240 anhand von Δt die Lage der Kurzschlussstelle zumindest annähernd bestimmt werden. Ist Δt = 0 dann befindet sich die Kurzschlussstelle etwa in der Mitte zwischen den Punkten 102 und 103, vorausgesetzt die Anschlussleitungen zwischen den Punkten 102 und 103 und den jeweiligen SCCB 121, 131 sind annähernd gleich lang. Ist Δt > 0 befindet sich der Kurzschluss zwischen der Mitte zwischen den Punkten 102 und 103 und dem Punkt 103 und ist Δt < 0 befindet sich der Kurzschluss zwischen der Mitte zwischen den Punkten 102 und 103 und dem Punkt 102 oder zwischen Punkt 102 und Punkt 101.In exemplary embodiments, the position of the short-circuit point can be at least approximately determined using Δt in
Werden mehr als zwei Zeitpunkte t1, t2 ermittelt, idealerweise für alle SCCB 111-141 des Systems 100, so kann in Schritt 240 zunächst eine Sortierung der Zeitstempel in aufsteigender Reihenfolge vorgenommen werden. Anschließend wird das vorstehend beschriebene Verfahren mit der Maßgabe durchgeführt, dass t1 dem ersten, d.h. ältesten, Zeitstempel und t2 dem zweiten, d.h. zweitältesten, Zeitstempel entspricht.If more than two times t1, t2 are determined, ideally for all SCCBs 111-141 of the
Alternativ oder zusätzlich kann, insbesondere wenn Δt ≠ 0, eine Ermittlung oder zumindest eine Abschätzung des Zeitpunktes t0 des Kurzschlusses vorgenommen werden, anhand dessen dann die Zeitdifferenzen zwischen den Zeitstempeln t1 bzw. t2 einerseits und t0 andererseits ermittelt und zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. In Formeln ausgedrückt:
Dabei werden zur Vereinfachung der Betrachtung t1 und Δt1 dem zuerst auslösenden SCCB zugeordnet, wie oben bereits beschrieben, und t2 und Δt2 dem als zweites auslösenden SCCB zugeordnet.To simplify the consideration, t1 and Δt1 are assigned to the SCCB that triggers first, as already described above, and t2 and Δt2 are assigned to the SCCB that triggers second.
Dann gilt, falls das Verhältnis gemäß r = Δt1/Δt2 gebildet wird, dass r = 1 dem Fall entspricht, in welchem Δt = 0, d.h. der Abstand des Kurzschlusses zu den beiden zuerst auslösenden SCCB ist annähernd gleich, und im Übrigen ist r < 1 ein Maß dafür, wie weit entfernt der Kurzschluss von der Mitte in Richtung des zuerst auslösenden SCCB liegt.Then, if the ratio is formed according to r = Δt1/Δt2, then r = 1 corresponds to the case in which Δt = 0, ie the distance of the short circuit to the two first-triggering SCCBs is approximately the same, and otherwise r < 1 a measure of how far the short circuit is from the center in the direction of the first tripping SCCB.
Wird das Verhältnis hingegen gemäß r' = Δt2/Δt1 gebildet, entspricht r = 1 ebenfalls dem Fall, in welchem Δt = 0, d.h. der Abstand des Kurzschlusses zu den beiden zuerst auslösenden SCCB ist annähernd gleich, und im Übrigen ist r' > 1 ein Maß dafür, wie weit entfernt der Kurzschluss von der Mitte in Richtung des zuerst auslösenden SCCB liegt. Aus dem Wert r bzw. r' kann mit dem bekannten Abstand zwischen den Punkten 102 zu 103 und dem Induktivitätsbelag auf den geometrischen Abstand näherungsweise geschlossen werden.However, if the ratio is formed according to r' = Δt2/Δt1, r = 1 also corresponds to the case in which Δt = 0, i.e. the distance of the short circuit to the two first-triggering SCCBs is approximately the same, and otherwise r' > 1 a measure of how far from center the short is in the direction of the first tripping SCCB. From the value r or r', the geometric distance can be approximated using the known distance between the
Die Ermittlung oder Abschätzung des Zeitpunkts t0 kann in Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand des Anstiegs des Stroms im zuerst auslösenden SCCB erfolgen, beispielsweise durch lineare Interpolation von im zuerst auslösenden SCCB gespeicherten Stromwerten vor und während der aufgrund des Kurzschlusses erfolgenden Abschaltung. Als t0 kann beispielsweise näherungsweise der Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem der linear interpolierte Stromanstieg begann.The determination or estimation of the time t0 can be carried out in exemplary embodiments of the invention based on the increase in the current in the first-triggering SCCB, for example by linear interpolation of current values stored in the first-triggering SCCB before and during the shutdown due to the short circuit. For example, the time at which the linearly interpolated current increase began can be determined as t0.
Als Referenzstromwert, dessen Erreichen während des Ausschaltens der SCCB zumindest der Zeitpunkte t1, t2 bestimmt, wird in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wie erwähnt vorzugsweise ein Wert unterhalb des Stromwertes gewählt, bei dem der SCCB mit dem niedrigsten Nennstromwert im Gleichspannungssystem 100 im Kurzschlussfall abschaltet. In vielen praktischen Anwendungen von Gleichspannungssystemen 100 sind SCCB 111, 121, 131, 141 mit verschiedenen Nennstromwerten verbaut. Wie bereits erwähnt dient in dem in
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei angenommen, dass die die SCCB 111, 121, 131 der einzelnen Abzweige 110, 120, 130 den gleichen Nennstrom In aufweisen, beispielsweise In = 50A. Häufig wird eine Überschreitung des Nennstroms um einen bestimmten Wert für eine bestimmte Zeit toleriert, bevor der betreffende SCCB abschaltet, beispielsweise ein Überstrom von 20% für 30 Sekunden oder 1 Minute. In SCCB ist dieses Auslöseverhalten präzise parametrierbar, auch die zulässige Zahl der Wiederholungen solcher tolerierbarer Überstromereignisse in einer bestimmten Zeiteinheit kann beispielsweise parametriert werden, so dass beim Überschreiten dieser Zahl auch dann ausgelöst bzw. abgeschaltet wird, wenn das Einzelereignis für sich genommen als tolerierbar anzusehen wäre.Without limiting generality, it is assumed that the
Dieser tolerierbare Überstromwert bildet die Untergrenze für die Wahl des Referenzstromwertes Ir, im vorstehend beschriebenen Beispiel also Ir > 1,2 * In.This tolerable overcurrent value forms the lower limit for the selection of the reference current value Ir, i.e. Ir > 1.2 * In in the example described above.
Die Obergrenze für Ir ergibt sich aus dem maximalen Stromwert, der bei einer Kurzschlussabschaltung durch die SCCB 111, 121, 131 erreicht wird. Auch dieser Wert ist abhängig von der gewählten Parametrierung der SCCB. Beispielsweise kann ein SCCB parametriert sein, einen sehr hohen Einschaltstrom zu tolerieren und muss entsprechend in der Lage sein, einen Einschaltstrom von einem Kurzschlussereignis zu unterscheiden, beispielsweise anhand der Anstiegs des durch den SCCB fließenden Stroms und/oder der Dauer des Stromereignisses. In vielen praktischen Anwendungen dürfte der Stromwert, bei dem eine Kurzschlussabschaltung erfolgt, etwa dem 4-fachen bis 5-fachen des Nennstroms In betragen, vereinfachend also Ir < 4 * In.The upper limit for Ir results from the maximum current value that is achieved by the
Damit kann als Referenzstromwert für die vorliegende Erfindung ein Wert gewählt werden, der folgende Bedingungen erfüllt: 1,2 * In < Ir < 4 * In, wobei In der niedrigste Nennstromwert der an die Gleichspannungsleitung 104 angeschlossenen SCCB 111, 121, 131, 141 ist.This means that a value can be selected as the reference current value for the present invention that meets the following conditions: 1.2 * In < Ir < 4 * In, where In is the lowest rated current value of the
Als besonders geeignet haben sich Referenzstromwerte erwiesen, die von den vorstehend genannten Grenzwerten beabstandet sind, insbesondere 1,5 * In < Ir < 3 * In und bevorzugt Ir = 2 * In.Reference current values that are at a distance from the above-mentioned limit values have proven to be particularly suitable, in particular 1.5 * In <Ir <3 * In and preferably Ir = 2 * In.
In Schritt 250 wird das Ergebnis der vorstehend im Detail beschriebenen Berechnungen an einen Bediener ausgegeben oder zur Ausgabe vorbereitet und das Verfahren beendet.In
Wie bereits erwähnt kann das Verfahren in Echtzeit oder nach einem Kurzschlussereignis anhand der in den SCCB gespeicherten Daten durchgeführt werden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann dabei auf den Datenaustausch und die Uhrensynchronisation 105 zwischen den SCCB verzichtet werden. Dieses Ausführungsbeispiel wird im folgenden beschrieben.As already mentioned, the procedure can be carried out in real time or after a short circuit event using the data stored in the SCCB. In a particularly preferred exemplary embodiment, data exchange and
Es sei angenommen, dass zumindest zwei der SCCB aufgrund eines Kurzschlussereignisses ausgeschaltet bzw. ausgelöst haben, dies seien in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung die SCCB 121 und 131. Ein Bediener verwendet ein portables Gerät, beispielsweise ein Smartphone mit einer geeigneten App, das zum Datenaustausch temporär mit diesen SCCB verbindbar ist (drahtlos mittels Funk oder Blinksignal oder drahtgebunden), und ruft die den im SCCB 121 gespeicherten Strom-Zeit-Verlauf im Zusammenhang mit der Kurzschlussabschaltung ab. Außerdem wird die Abweichung der Uhr des portablen Geräts und der Uhr des SCCB 121 festgestellt und gespeichert.Assume that at least two of the SCCBs have tripped due to a short circuit event, these being SCCBs 121 and 131 in accordance with the description above. An operator uses a portable device, such as a Smart phone with a suitable app that can be temporarily connected to this SCCB for data exchange (wirelessly using a radio or flashing signal or wired), and retrieves the current-time history stored in the
Dieser Vorgang wird für den SCCB 131 wiederholt. Aus den Abweichungen der Uhren der beiden SCCB bezüglich der Uhr des portablen Geräts können die Zeitstempel der nicht synchronisierten Uhren der SCCB 121, 131 nachträglich in Beziehung zueinander gesetzt werden. Dieser Schritt kann natürlich entfallen, wenn die Uhren der SCCB synchronisiert sind.This process is repeated for the
Anschließend ermittelt das portable Gerät gemäß des oben beschriebenen Verfahrens t1 und t2. Dabei kann als Referenzstromwert ein voreingestellter Wert verwendet werden. Alternativ kann das portable Gerät aber auch zunächst die abgerufenen Strom-Zeit-Verläufe analysieren und anhand dieser Analyse einen Referenzwert speziell für die jeweilige Auswertung festlegen, beispielsweise wenn die Abweichungen der Nennstromwerte der SCCB so groß sind, dass der Standardwert Ir = 2 * In zu nah an dem vom SCCB mit dem höheren Nennstromwert für zeitweise Überschreitung tolerierten Stromwert liegt. Generell kommen für Ir nur Werte infrage, die von beiden betrachteten SCCB während des jeweiligen kurzschlussbedingten Abschaltvorgangs durchlaufen werden und vorzugsweise während des Stromanstiegs nur einmal durchlaufen werden.The portable device then determines t1 and t2 according to the method described above. A preset value can be used as the reference current value. Alternatively, the portable device can also first analyze the retrieved current-time curves and use this analysis to determine a reference value specifically for the respective evaluation, for example if the deviations in the nominal current values of the SCCB are so large that the standard value Ir = 2 * In is close to the current value tolerated by the SCCB with the higher rated current value for temporary overshoot. In general, the only possible values for Ir are those that are passed through by both SCCBs under consideration during the respective short-circuit-related shutdown process and are preferably only passed through once during the current increase.
Nachdem Ir festgelegt oder der Standardwert für Ir als geeignet festgestellt wurde, kann anhand der (ggf. nachträglich synchronisierten) Zeitstempel des Erreichens von Ir durch die beiden SCCB, die ggf. durch Interpolation der Abtastwerte für den Strom gewonnen wurden, das im Zusammenhang mit
Anstelle mittels eines portablen Gerätes kann die vorstehend beschriebene Auswertung natürlich auch durch eine zentrale Einrichtung oder eine Leitstelle durchgeführt werden.Instead of using a portable device, the evaluation described above can of course also be carried out by a central device or a control center.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert werden können. Ferner sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Steuerung“, wie hier verwendet, einschließlich der in den SCCB eingesetzten Steuerungen, Prozessoren und Verarbeitungseinheiten im weitesten Sinne umfasst, also beispielsweise Universalprozessoren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und beliebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungseinheiten. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung von Instruktionen konfiguriert sein.It should be noted that the exemplary embodiments described above can be combined with one another in any way. Furthermore, it should be noted that the term "controller" as used herein includes the controllers, processors and processing units used in the SCCB in the broadest sense, for example general-purpose processors, digital signal processors, application-specific integrated circuits (ASICs), programmable logic circuits such as FPGAs , discrete analog or digital circuits and any combinations thereof, including any other processing units known to those skilled in the art or developed in the future. Processors can consist of one or more devices. If a processor consists of several devices, they can be configured to process instructions in parallel or sequentially.
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022204950.0A DE102022204950B3 (en) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system |
PCT/EP2023/059544 WO2023222309A1 (en) | 2022-05-18 | 2023-04-12 | Method for localizing a short circuit in a dc voltage system, and electrical installation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022204950.0A DE102022204950B3 (en) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022204950B3 true DE102022204950B3 (en) | 2023-09-28 |
Family
ID=86226432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022204950.0A Active DE102022204950B3 (en) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022204950B3 (en) |
WO (1) | WO2023222309A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020221514A1 (en) | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Reliable fault detection and fault localization in a load zone of a dc system |
EP2719043B1 (en) | 2011-07-21 | 2021-08-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Fault identification and location in a power supply line which is fed from one side |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW526335B (en) * | 1998-11-12 | 2003-04-01 | Nippon Kouatsu Electric Co Ltd | Fault point location system |
CN103018634A (en) * | 2012-12-13 | 2013-04-03 | 山东电力集团公司莱芜供电公司 | Ranging method for T type line travelling wave faults |
EP3362807A4 (en) * | 2015-10-14 | 2019-06-26 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | High-frequency electric power system signal processing system |
WO2021237161A1 (en) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | Eisenhaure David B | System and methods for detection and mitigation of a power line failure |
-
2022
- 2022-05-18 DE DE102022204950.0A patent/DE102022204950B3/en active Active
-
2023
- 2023-04-12 WO PCT/EP2023/059544 patent/WO2023222309A1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2719043B1 (en) | 2011-07-21 | 2021-08-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Fault identification and location in a power supply line which is fed from one side |
WO2020221514A1 (en) | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Reliable fault detection and fault localization in a load zone of a dc system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023222309A1 (en) | 2023-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2719043B1 (en) | Fault identification and location in a power supply line which is fed from one side | |
DE102004056436B4 (en) | Method and device for detecting residual current arcs in electrical circuits | |
DE112012001189B4 (en) | Methods, systems and devices for the detection of parallel electrical arcing faults | |
AT506092B1 (en) | ELECTRICAL SYSTEM | |
DE102017215820B4 (en) | circuit breakers and procedures | |
WO2011000754A1 (en) | Method and device for monitoring the state of a network | |
DE102008012605B4 (en) | Protective switching device for monitoring the electric current flow for electrical consumption | |
DE102013109939A1 (en) | Energy distribution systems and methods for operating an energy distribution system | |
DE69828096T2 (en) | Contactor relays and procedures | |
DE102013109767A1 (en) | Energy distribution system and method for operating an energy distribution system | |
EP3422512B1 (en) | Fire protection switch and method | |
DE102011075353A1 (en) | Fault monitoring system for feed point powered distribution station of electrical power supply network, has control device to determine whether error before input side, between input and output sides or behind output side is present | |
DE102018128121A1 (en) | AC / DC conversion arrangement | |
DE102022204950B3 (en) | Method for locating a short circuit in a DC voltage system and electrical system | |
EP3259827B1 (en) | Emergency power system, grounding device for an emergency power system and operating method | |
EP2869072A1 (en) | Device and method for detecting electric energy from single or multiple phase consumers | |
DE102011005563B4 (en) | Method and device for switching power feeds | |
EP3278349B1 (en) | Switchgear cabinet arrangement with improved cut-off in the event of an overload | |
WO2012045103A1 (en) | Detector unit for detecting a neutral conductor interruption in a symmetrical multiphase power supply system | |
EP3437169B1 (en) | Circuit arrangement for protecting loads connected to a multi-phase network, having undervoltage and overvoltage switch-off function | |
DE102022201962B3 (en) | Method for operating an electronic circuit breaker, electronic circuit breaker and electrical system with an electronic circuit breaker | |
WO2019141829A1 (en) | Changeover apparatus | |
WO2023052022A1 (en) | Circuit breaker and method | |
EP3910350A1 (en) | Method and circuit assembly for detecting asymmetry or symmetry of a multiphase power network | |
WO2023052188A1 (en) | Circuit breaker device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |