DE19749698A1

DE19749698A1 - Over-load and short-circuit protection circuit arrangement for power distribution network

Info

Publication number: DE19749698A1
Application number: DE1997149698
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Roehl; Ulrich Dipl Ing Baumgaertl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-04-29

Abstract

A circuit arrangement for accelerated selective control of a switch-off process during occurrence of a short-circuit in a power distribution network, includes two part-networks each having a separate power supply and several outgoing switches. The connection between the two part-networks (A,B) is provided with a detector (31) for determining the power-flow direction, in which the detector has a signal output (BA,AB) for each direction of power flow. The over-current release/trip (35) of a coupling switch (3) has a signal input (36) for receiving blocking signals of the outgoing switch (12,20) over-current release of both part-networks, in which the blocking signals of each part network are combined in to a group signal. Two parallel arranged AND-gates (32,33) are connected on the input side to the signal input (36) of the coupling switch (3), with both output signals of the detector applied on one side to the AND-gates inputs and one of the two group signals, on the other side.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verteilung von elek trischer Energie und ist bei der Ausgestaltung einer Schal tungsanordnung anzuwenden, die in einem Energieverteilungs netz, das aus zwei über einen Kuppelschalter miteinander ver bindbaren Teilnetzen besteht, beim Auftreten eines Kurz schlusses das Abschalten eines Abschnittes des Energievertei lungsnetzes gewährleisten soll.The invention is in the field of electrical distribution tric energy and is in the design of a scarf to apply the arrangement in an energy distribution network consisting of two connected to each other via a tie switch bindable subnets exists when a short occurs finally the shutdown of a section of the energy distribution network.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Energieverteilungs netzen werden diese in neuerer Zeit so ausgelegt, daß jeder Abzweig und jedes Gerät (z. B. Schalter) für sich bestmög lichst gegen Überlast und Kurzschluß geschützt ist, ohne durch Schalthandlungen, die zum Schutz der übrigen Anlagen teile erfolgen, in seiner Stromversorgung beeinträchtigt zu werden. Dieses angestrebte optimale Zusammenwirken von Schaltgeräten wird durch eine selektive Arbeitsweise des Lei tungs- und Geräteschutzes erreicht. Hierbei wird der gestörte Stromkreis ohne Beeinträchtigung der übrigen Stromkreise und Verbraucher gezielt (selektiv) abgeschaltet.To increase the operational safety of energy distribution networks have recently been designed so that everyone Branch and each device (e.g. switch) as best possible for itself is protected against overload and short circuit without through switching operations that protect the other systems parts occur, impaired in its power supply become. This desired optimal interaction of Switchgear is made by a selective mode of operation of the Lei protection and device protection achieved. Here the disturbed Circuit without affecting the other circuits and Consumer switched off selectively.

Bei der in sternförmigen Niederspannungsnetzen üblichen Rei henschaltung von Leistungsschaltern wird der überlast- und Kurzschlußschutz dann als "selektiv" bezeichnet, wenn in Energieflußrichtung gesehen nur der dem Fehler nächst gele gene Schalter ausschaltet. Bei annähernd gleichhohen Kurz schlußströmen an den Einbaustellen der Leistungsschalter kann die Selektivität dadurch sichergestellt werden, daß der je weils vorgeordnete Schalter mit einem verzögerten Kurzschluß auslöser versehen wird. Dabei sind sowohl die Auslöseverzöge rungen als auch die Ansprechströme der Kurzschlußauslöser der in Reihe geschalteten Leistungsschalter gestaffelt. Durch ei ne mikroprozessorgeführte zeitverkürzte Selektivitätssteue rung (ZSS), bei der die Überstromauslöser der beteiligten Leitungsschalter untereinander durch Kommunikationsleitungen verbunden sind, kann eine Reduzierung der Auslöseverzögerung auf max. 50 ms für den der Kurzschlußstelle vorgeordneten Schalter erreicht werden (Buch "Elektrische Installations technik", Teil 1, Verf: Günter G. Seip.; Siemens AG, 1985, Seiten 109-114, 185-192, 223-235).With the Rei common in star-shaped low-voltage networks Circuit breakers are the overload and Short circuit protection is referred to as "selective" if in Energy flow direction seen only the next to the error switches off gene switch. At approximately the same short height short-circuit currents at the installation points of the circuit breakers the selectivity can be ensured by the fact that the Weil upstream switch with a delayed short circuit trigger is provided. Both are the release delays stations and the response currents of the short-circuit release Circuit breakers connected in series are staggered. By egg ne microprocessor-controlled time-reduced selectivity tax tion (ZSS), in which the overcurrent release of the involved Line switches with each other through communication lines can reduce the trigger delay to max. 50 ms for the one upstream of the short-circuit point Switches can be reached (book "Electrical installation technology ", Part 1, Author: Günter G. Seip .; Siemens AG, 1985, Pages 109-114, 185-192, 223-235).

Bei der Gestaltung von Hauptverteilungsnetzen auf der Nieder spannungsebene ist es zur Begrenzung von Kurzschlußströmen gebräuchlich, zwei Teilnetze, die jeweils eine eigene Ein speisung aufweisen, über einen Kuppelschalter miteinander zu verbinden. Für derartige Kuppelschalter werden Leistungs schalter mit einem möglichst hoch eingestellten Überstromaus löser eingesetzt, um bei relativ kleinen Kurzschlußströmen, wie sie beispielsweise in den Abzweigen von Unterverteilungen auftreten, eine Beunruhigung des Betriebes durch Öffnung der Kupplung zu vermeiden.When designing main distribution networks on the Nieder voltage level, it is used to limit short-circuit currents commonly used, two subnets, each with its own one have power supply to each other via a tie switch connect. For such tie switches are power switch with the overcurrent cutout set as high as possible solver used to with relatively small short-circuit currents, such as in the branches of sub-distributions occur, a disturbance of the company by opening the Avoid clutch.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch für den Kuppelschalter eine zeitver kürzte Selektivitätssteuerung zu ermöglichen.Starting from a circuit arrangement with the features of The preamble of claim 1 is the invention Task based, also for the tie switch a time ver to enable the shortest selectivity control.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Verbindung der beiden Teilnetze mit einem Detektor zur Ermittlung der Energieflußrichtung versehen ist, wobei der Detektor für jede Energieflußrichtung einen Signalausgang aufweist, daß weiterhin der Überstromauslöser des Kuppel schalters einen Signaleingang zum Empfang von Blockiersigna len der Übertromauslöser der Abgangsschalter beider Teilnetze aufweist, wobei die Blockiersignale jedes Teilnetzes zu einem Gruppensignal zusammengefaßt sind, und daß dem Signaleingang des Kuppelschalters zwei parallel angeordnete UND-Glieder vorgeschaltet sind, an deren Eingängen einerseits eines der beiden Ausgangssignale des Detektors und andererseits eines der beiden Gruppensignale anliegt.To achieve this object, the invention provides that the connection of the two subnetworks with a detector is provided to determine the direction of energy flow, wherein the detector has a signal output for each energy flow direction has that the overcurrent release of the dome switches a signal input to receive blocking signals len the overcurrent release of the outgoing switches of both subnets has, the blocking signals of each subnet to one Group signal are summarized, and that the signal input the tie switch two parallel AND gates are connected upstream, at the inputs on the one hand one of the two output signals of the detector and on the other hand one of the two group signals.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung er möglicht es somit, daß im Falle eines Kurzschlusses in demje nigen Teilnetz, das über den Kuppelschalter gespeist wird, allenfalls der Kuppelschalter, nicht aber der dem anderen Teilnetz zugehörige Einspeiseschalter ausgelöst wird bzw. daß im Falle eines Kurzschlusses in demjenigen Teilnetz, das nicht über den Kuppelschalter gespeist wird, dieser weiterhin für das dem Kuppelschalter nachgeordnete Teilnetz zeitver kürzt selektiv bleibt.A circuit arrangement designed according to the invention it is thus possible that in the event of a short circuit in the subnetwork that is fed via the tie switch, at most the dome switch, but not that of the other Subnet associated feed switch is triggered or that in the event of a short circuit in the subnetwork that is not fed via the tie switch, this continues for the subnetwork downstream of the tie switch cuts selectively stays.

Die Ansteuerung des Signaleinganges des Kuppelschalters er folgt zweckmäßig über ein vorgeschaltetes ODER-Glied. Der Si gnaleingang kann aber auch mehrere Eingänge für Blockiersi gnale aufweisen, die direkt angesteuert werden. - Zweckmäßig ist der Überstromauslöser des Kuppelschalters über Kommunika tionsleitungen auch mit den Überstromauslösern der Einspeise schalter verbunden, um in Abhängigkeit von der Ener gieflußrichtung eine Blockiersignal an die Einspeiseschalter abgeben zu können. The control of the signal input of the tie switch he suitably follows via an upstream OR gate. The Si signal input can also have multiple inputs for blocking Show signals that are directly controlled. - Appropriately is the overcurrent release of the tie switch via communica tion lines also with the overcurrent release of the feed switches connected to depending on the energy Flow direction a blocking signal to the feed switch to be able to deliver.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Schaltungsanordnung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt:An embodiment of the new circuit arrangement is shown in FIGS. 1 and 2. It shows:

Fig. 1 die prinzipielle Zuordnung zweier Teilnetze über ei nen Kuppelschalter und Fig. 1 shows the basic assignment of two subnetworks over egg nen tie switch and

Fig. 2 die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der zeitver kürzten Selektivitätssteuerung am Auslöser des Kuppelschal ters. Fig. 2 shows the circuit arrangement for controlling the time-shortened selectivity control on the trigger of the dome switch.

Fig. 1 zeigt ein Energieverteilungsnetz, das die beiden Ein speisungen 1 und 2, die den Einspeisungen nachgeordneten Lei stungsschalter 11 und 21 sowie ein dem Leistungsschalter 11 nachgeschaltetes Teilnetz A und ein dem Leistungsschalter 21 nachgeordnetes Teilnetz B aufweist, wobei die Teilnetze aus mehreren Abzweigungen bestehen, die jeweils über einen Lei stungsschalter 12 bzw. 20 abgesichert sind. Die beiden Teil netze A und B können über einen Kuppelschalter 3 miteinander verbunden sein. Fig. 1 shows a power distribution network, the two feeds 1 and 2 , the downstream Lei circuit breakers 11 and 21 and a circuit breaker 11 downstream subnet A and a circuit breaker 21 subnet B, the subnetworks consisting of several branches , each of which is protected by a circuit breaker 12 or 20 . The two sub-networks A and B can be connected to one another via a tie switch 3 .

Gemäß Fig. 2 ist dem Kuppelschalter 3, der die beiden Teil netze A und B verbindet, zunächst ein Detektor 31 zur Ermitt lung der Energieflußrichtung in der Verbindung zwischen den beiden Teilnetzen zugeordnet. Dieser Detektor, der beispiels weise aus mehreren Strom- und Spannungsensoren mit zugeordne ter Auswerteeinrichtung besteht, hat zwei Signalausgänge, von denen der Signalausgang BA ein Signal abgibt, wenn das Teil netz A von der Einspeisung 2 her mit Energie versorgt wird, und von denen der Signalausgang AB ein Signal abgibt, wenn das Teilnetz B von der Einspeisung 1 her mit Energie versorgt wird. Die Ausgangssignale des Detektors 31 liegen an jeweils einem Eingang von UND-Gliedern 32 bzw. 33 an, an deren ande ren Eingang jeweils die Blockiersignale der Schalter des ei nen und des anderen Teilnetzes herangeführt sind. Die von den Schaltern kommenden Kommunikationsleitungen 14 sind dabei ge meinsam auf die beiden ODER-Glieder 13 bzw. 23 gelegt.According to FIG. 2, the dome switch 3, which connects the two partial networks A and B, first, a detector 31 is to iden the energy flow associated with lung in the connection between the two subnetworks. This detector, which, for example, consists of several current and voltage sensors with assigned evaluation device, has two signal outputs, of which the signal output BA emits a signal when the part network A is supplied with energy from the feed 2 , and from which the Signal output AB emits a signal when sub-network B is supplied with energy from feed 1 . The output signals of the detector 31 are present at an input of AND gates 32 and 33 , at the other input of which the blocking signals of the switches of the egg and the other subnetwork are introduced. The communication lines 14 coming from the switches are placed together on the two OR gates 13 and 23 , respectively.

Die Ausgangssignale der beiden UND-Glieder 32 bzw. 33 wirken über ein ein ODER-Glied 34 auf den Eingang 36 der zeitver kürzten Selektivitätssteuerung des Kuppelschalters 3 ein und verhindern ggf. ein unerwünschtes Ansprechen des Überstrom auslösers 35, über den der Antrieb des Kuppelschalters 3 be tätigt wird. Weiterhin gibt der Überstromauslöser 35 ein Blockiersignal aus, das in den UND-Gliedern 37 und 38 mit den Ausgangssignalen des Energieflußrichtungsdetektors 31 ver knüpft wird. Das Ausgangssignal dieser UND-Glieder wird ent sprechend der Energieflußrichtung als Blockiersignal über Kommunikationsleitungen 39, 40 an den zuständigen Einspeise schalter weitergegeben.The output signals of the two AND gates 32 and 33 act via an OR gate 34 on the input 36 of the time-reduced selectivity control of the dome switch 3 and possibly prevent an undesired response of the overcurrent release 35 via which the dome switch 3 is driven be done. Furthermore, the overcurrent release 35 outputs a blocking signal which is linked in the AND gates 37 and 38 to the output signals of the energy flow direction detector 31 . The output signal of these AND gates is accordingly passed the direction of energy flow as a blocking signal via communication lines 39 , 40 to the responsible feed switch.

Wenn beispielsweise die Einspeisung 2 ausgefallen ist und das Teilnetz B über den Kuppelschalter 3 von der Einspeisung 1 her versorgt wird, fließt über den Kuppelschalter ein Strom vom Teilnetz A zum Teilnetz B, so daß der Ausgang AB ein Si gnal an das UND-Glied 33 und das UND-Glied 38 gibt. Tritt nun im Teilnetz B ein Kurzschluß auf, so sendet der zugehörige Abgangsschalter über eine Kommunikationsleitung 24 ein ent sprechendes Signal an das ODER-Glied 23, so daß auch am zwei ten Eingang des UND-Gliedes 33 ein Signal ansteht. Damit wird auch der Signalausgang des UND-Gliedes 33 aktiviert und über das ODER-Glied 34 wird dem Eingang 36 des Überstromauslösers 35 ein Blockiersignal zuteil, welches eine zeitverkürzte Aus lösung des Kuppelschalters 3 verhindert. Zugleich sendet der Überstromauslöser 35 des Kuppelschalters ein Blockiersignal auf die UND-Glieder 37 und 38. Im UND-Glied 38 ist damit die Bedingung erfüllt und sein Ausgangssignal geht auf den Über stromauslöser des Einspeiseschalters 11.If, for example, the infeed 2 has failed and the subnet B is supplied from the infeed 1 via the tie switch 3 , a current flows from the subnet A to the subnet B via the tie switch, so that the output AB is a signal to the AND gate 33 and the AND gate 38 gives. If a short circuit now occurs in subnet B, the associated outgoing switch sends a corresponding signal to the OR gate 23 via a communication line 24 , so that a signal is also present at the second input of the AND gate 33 . So that the signal output of the AND gate 33 is activated and via the OR gate 34 , the input 36 of the overcurrent release 35 is given a blocking signal, which prevents a time-shortened triggering of the tie switch 3 . At the same time, the overcurrent release 35 of the tie switch sends a blocking signal to the AND gates 37 and 38 . The condition in the AND gate 38 is thus met and its output signal goes to the overcurrent release of the feed switch 11 .

Wenn andererseits im Teilnetz A ein Kurzschluß auftritt wird über das ODER-Glied 13 ein Signal an das UND-Glied 32 gege ben. Der Ausgang BA des Detektors 31 gibt jedoch kein Signal ab, so daß auch das UND-Glied 32 kein Signal auf den Eingang 36 des Überstromauslösers 35 gibt. Da außerdem der Kuppel schalter 3 keinen Kurzschlußstrom registriert, bleibt er in der eingeschalteten Stellung, d. h. das Teilnetz B wird auf grund eines Kurzschlusses im Teilnetz A nicht abgeschaltet.If a short circuit occurs on the other hand in the subnet A is a signal to the AND gate 32 gege ben via the OR gate. 13 However, the output BA of the detector 31 does not emit a signal, so that the AND gate 32 also does not emit a signal to the input 36 of the overcurrent release 35 . In addition, since the dome switch 3 does not register a short-circuit current, it remains in the switched-on position, ie the sub-network B is not switched off due to a short-circuit in the sub-network A.

Claims

1. Circuit arrangement for the time-shortened selectivity control of a switch-off process when a short circuit occurs in an energy distribution network which has two sub-networks, each with its own energy supply and several outgoing switches, and in which the two sub-networks can be connected via a tie switch,
in which the overcurrent release of each outgoing switch is connected to the overcurrent release of its upstream supply switch via a communication line, characterized in that
that the connection of the two sub-networks (A, B) is provided with a detector ( 31 ) for determining the direction of energy flow, the detector having a signal output (BA, AB) for each direction of energy flow,
that the overcurrent release ( 35 ) of the tie switch ( 3 ) has a signal input ( 36 ) for receiving blocking signals of the overcurrent release of the outgoing switches ( 12 , 20 ) of both subnetworks, the blocking signals of each subnetwork being combined to form a group signal,
and that the signal input ( 36 ) of the tie switch ( 3 ) two parallel AND gates ( 32 , 33 ) are connected upstream, at the inputs of which one of the two output signals of the detector ( 31 ) and on the other hand one of the two group signals is present.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the signal input ( 36 ) of the tie switch ( 3 ) is connected directly in front of an OR gate ( 34 ).

3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the overcurrent release ( 35 ) of the tie switch ( 3 ) via communication lines ( 39 , 40 ) with the overcurrent release of the feed switch ( 11 , 21 ) is connected.