DE19916778A1

DE19916778A1 - Verfahren zur Steuerung der Schaltvorgänge von Lastschaltern

Info

Publication number: DE19916778A1
Application number: DE1999116778
Authority: DE
Inventors: Oliver Fasterding
Original assignee: ESA ELEKTROSCHALTANLAGEN GRIMM
Current assignee: ESA ELEKTROSCHALTANLAGEN GRIMM
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Schaltvorgänge von Lastschaltern. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung der Schaltvorgänge, das die mögliche Schalthäufigkeit und damit die Lebensdauer von Lastschaltern erhöht sowie bei einer gleichen Schaltleistung der Einsatz kleinerer Lastschalter ermöglicht wird. DOLLAR A Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß DOLLAR A a) Werte des Stromverlaufes zum Verbraucher und die zugehörigen Werte des Spannungsverlaufes erfaßt werden, DOLLAR A b) die Zeit ermittelt wird, die zwischen Ein- und Ausschalten der Spule des Lastschalters und dem Ein- und Ausschalten der Kontakte des Lastschalters liegt, dadurch, daß der Startzeitpunkt des Schaltvorganges durch Vergleich der erfaßten Werte des Strom- und Spannungsverlaufes mit Sollwerten und bei Übereinstimmung der Stromfluß zur Spule des Lastschalters nach Ablauf der Vorhaltezeit ausgeschaltet bzw. eingeschaltet wird und während der dadurch beginnenden Abfallzeit bzw. bei beginnender Einschaltzeit des Lastschalters der Stromfluß zum Verbraucher in vorgegebenen Zeitabständen überwacht wird, während des Ausschaltvorganges der letzte Meßwert und während des Einschaltvorganges der erste Meßwert, der einen Wert ungleich Null aufweist, als Vergleichswert für den zeitlichen Abstand des Schaltzeitpunktes zum Nullpunkt zwischen den elektrischen Polaritäten des Signalverlaufes dient und DOLLAR A c) eine erforderliche Korrektur der Vorhaltezeit entsprechend der Größe und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Schaltvorgänge von Lastschaltern, insbesondere von Schützen. Lastschalter wie beispielsweise Schütze und Relais haben den Vorteil der galvanischen Trennung von Steuer- und Laststromkreis. Nachteilig ist jedoch die begrenzte Schalthäufigkeit und die dadurch begrenzte zeitliche Funktionsfähigkeit. Diese Funktionsfähigkeit wird bei Kraftschützen insbesondere durch den beim Ausschalten entstehenden Lichtbogen begrenzt. Dieser Lichtbogen verursacht extreme Veränderungen des Kontaktmateriales und eine damit verbundene Verschlechterung der Kontakt- und Schaltfähigkeit. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung der Schaltvorgänge, das die mögliche Schalthäufigkeit und damit die Lebensdauer von Lastschaltern erhöht sowie bei einer gleichen Schaltleistung der Einsatz kleinere Lastschalter ermöglicht wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden durch die Ansprüche 2 bis 4 beschrieben. Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Stromverlauf zum Verbraucher beim Ausschalten,

Fig. 2 den zugehörigen Spannungsverlauf beim Ausschalten,

Fig. 3 die Signalfolge des Stromverlaufes bei der Anwendung von Optokopplern,

Fig. 4 eine prinzipielle Steueranordnung,

Fig. 5 den Spannungsverlauf zum Verbraucher beim Einschalten,

Fig. 6 den Stromverlauf zum Verbraucher beim Einschalten und

Fig. 7 die Signalfolge des Spannungsverlaufes bei der Anwendung von Optokopplern.

In der Fig. 1 ist der Strom/Zeit-Verlauf des Laststromkreises innerhalb eines Einphasennetzes dargestellt. Die sinusförmige Darstellung des Wechselstromes zeigt die Perioden des Stromverlaufes. Darin ist das Maximum 1 einer erfaßten Halbperiode, ein erster Nulldurchgang 2, der Sollschaltpunkt 4 und der Zeitpunkt 5 an dem das Schütz geschaltet hat. Nach Ablauf der Vorlaufzeit beginnt die Abfallzeit des Schützes. Zuvor wird ein immer wiederkehrender Startpunkt ermittelt. Der Startpunkt wird beispielsweise so festgelegt. Zuerst wird eine positive Halbwelle ermittelt und danach der Nullpunkt 2 ausgetastet. Der ermittelte Nullpunkt 2 wird als Startzeitpunkt für den Schaltablauf festgelegt. Dazu wird der Strom wiederkehrender Startpunkt ermittelt. Der Startpunkt wird beispielsweise so festgelegt. Zuerst wird eine positive Halbwelle ermittelt und danach der Nullpunkt 2 ausgetastet. Der ermittelte Nullpunkt 2 wird als Startzeitpunkt für den Schaltablauf festgelegt. Dazu wird der Strom mittels eines Strommeßgerätes gemessen, durch einen Analog-Digital Wandler digitalisiert und einem Mikrorechner zugeführt. Im Mikrorechner wird der gemessene Wert mit einem vorzeichenbehafteten Sollwert solange verglichen, bis eine hohe Übereinstimmung erreicht ist. Der Startpunkt (Nulldurchgang 2) ist damit für den Ablauf der Vorhaltezeit festgelegt. Nach dem Startpunkt wird die Vorhaltezeit zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 rückgezählt und nach deren Ablauf zum Zeitpunkt 3 der Stromfluß zur Schützspule im Schütz durch den Mikrorechner unterbrochen. Während der Abfallzeit wird mittels der Strommeßeinrichtung der Stromfluß in vorgegebenen kurzen Zeitabschnitten überwacht. Registriert der Mikrorechner mehrfach keinen Stromfluß mehr, so ist der Zeitpunkt des Endes der Abfallzeit erreicht. In der Darstellung nach Fig. 1 liegen die Zeitpunkte dieser Messungen nach dem Zeitpunkt 5. Der letzte Meßwert mit dem Wert ungleich "Null" dient als Vergleichswert für die Nähe des Schaltzeitpunktes zum Nulldurchgang 4. Der Mikrorechner verringert jetzt die Vorhaltezeit um einen vorgegebenen Bruchteil der Periodendauer der Netzfrequenz (bei 50 Hz z. B. um 0,5 ms). Beim nächsten Schaltvorgang kommt man somit dem Nulldurchgang 4 näher. Diese Zeit darf aber nie kleiner werden, als die Periodendauer der Netzfrequenz, da sonst die gewollte Wirkung nicht mehr entstehen kann. Durch diesen Verfahrensschritt wird nach einigen Schaltvorgängen der optimale Schaltzeitpunkt für die Ausschaltung der Schützwicklung gefunden und alle folgenden Schaltvorgänge erfolgen in der Nähe des Nulldurchganges 4. Wenn gewährleistet werden kann, daß der Strom während des Schaltvorganges nie höher als 10% des Spitzenstromes ist, wird gegenüber des ungünstigsten Falles das Schütz nur mit 1% der Schaltleistung und 10% des Schaltstromes belastet. Wie in der Fig. 6 dargestellt, erfolgt der Einschaltvorgang analog dem Ausschaltvorgang. Für die Festlegung des Startzeitpunktes ist es jedoch erforderlich, den zugehörigen Spannungsverlauf nach Fig. 2 bzw. 5 zu messen. Auch bei dem Einschaltvorgang wird nach dem gleichen Verfahren ein immer wiederkehrender Schaltzeitpunkt in der Nähe des Nulldurchganges ermittelt. Der erste gemessene Wert der Stromstärke nach dem Einschalten der Schützspule zum Zeitpunkt 5 dient als Vergleichswert für die Nähe des Schaltzeitpunktes zum Nulldurchgang 4. Der Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten 3 und 5 stellt die Anzugszeit der Schützkontakte dar.

In der Fig. 3 ist die an den Mikrorechner geleitete Signalfolge abgebildet, die durch Optokoppler mit Strombegrenzung erzeugt wird. Bei dieser Variante wird mittels der Mikrorechner geleitet und dort hinsichtlich des optimalen Schaltzeitpunktes ausgewertet. Ein Signal über das "Abfallen" des Schützes wird über einen Hilfsschalter an den Mikrorechner gesandt. Die Signalfolge des Spannungsverlaufes bei der Anwendung von Optokopplern ist in der Fig. 7 abgebildet. Sie dient zur Festlegung des Einschaltvorganges durch den Mikrorechner.

Eine Ausführung der Steuereinrichtung ist in der Fig. 4 abgebildet. Bei dieser Variante wird der Strom- und Spannungsverlauf durch den Strom- und Spannungsmesser 6, 9 am Schütz 7 gemessen. Der Strom- und Spannungsmesser 6, 9 sind mit dem Mikrorechner 8 verbunden.

Der Mikrorechner 8 ist zur Auslösung des Ausschalt- und Einschaltvorganges mit dem Schütz 7 verbunden.

Bezugszeichen

1

Maximum einer Halbperiode

2

Nulldurchgang

3

Zeitpunkt des Endes der Vorhaltezeit

4

Sollschaltpunkt des Schützes

5

Schaltzeitpunkt des Schützes .

6

Strommesser

7

Schütz

8

Mikrorechner

9

Spannungsmesser

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Schaltvorgänge von Lastschaltern, dadurch gekennzeichnet, daß

a) Werte des Stromverlaufes zum Verbraucher und die zugehörigen Werte des Spannungsverlaufes erfaßt werden,
b) die Zeit ermittelt wird, die zwischen Ein- und Ausschalten der Spule des Lastschalters und dem Ein- und Ausschalten der Kontakte des Lastschalters liegt, dadurch, daß der Startzeitpunkt des Schaltvorganges durch Vergleich der erfaßten Werte des Strom- und Spannungsverlaufes mit Sollwerten und bei Übereinstimmung der Stromfluß zur Spule des Lastschalters nach Ablauf der Vorhaltezeit ausgeschaltet bzw. eingeschaltet wird und während der dadurch beginnenden Abfallzeit bzw. bei beginnender Einschaltzeit des Lastschalters der Stromfluß zum Verbraucher in vorgegebenen Zeitabständen überwacht wird, während des Ausschaltvorganges der letzte Meßwert und während des Einschaltvorganges der erste Meßwert, der einen Wert ungleich Null aufweist, als Vergleichswert für den zeitlichen Abstand des Schaltzeitpunktes zum Nullpunkt zwischen den elektrischen Polaritäten des Signalverlaufes dient und
c) eine erforderliche Korrektur der Vorhaltezeit entsprechend der Größe und Polaritätsrichtung des Abstandes vom Schaltzeitpunkt zum Nullpunkt des Signalverlaufes mehrmalig bis zur Erreichung eines vorgegebenen optimalen Sollwertes des Schaltzeitpunktes vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverlauf und der zugehörige Spannungsverlauf mittels Strom- und Spannungsmeßgeräte gemessen wird, die gemessenen Werte digitalisiert und einem Rechner zugeführt werden, der die Vorhaltezeit für den Schaltzeitpunkt ermittelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverlauf und der zugehörige Spannungsverlauf mittels Optokoppler erfaßt werden und die binären Signale einem Rechner zugeführt werden, der die Vorhaltezeit für den Schaltzeitpunkt ermittelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichbleibender Vorhaltezeit der Parameter des Startpunktes für den Schaltvorgang ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anziehen und Abfallen des Lastschalters durch einen Hilfsschalter signalisiert wird.