DE19948688A1 - Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters (LS) dient zur Anpassung des maximalen Schwellwertes (I¶kmax¶) für unverzögerte Auslösung an die jeweils im Versorgungsnetz bestehende Spannung. Hierzu wird die Spannung (U¶m¶) periodisch gemessen und mit der Bemessungsspannung (U¶r¶) des Leistungsschalters verglichen. Liegt die gemessene Spannung (U¶m¶) unter der Bemessungsspannung (U¶r¶), so wird der maximale Schwellwert (I¶kmax¶) für unverzögerte Auslösung erhöht, da das Schaltvermögen von Leistungsschaltern mit sinkender Spannung zunimmt. Sehr niedrige Spannungen werden als Zeichen eines Fehlers im Versorgungsnetz gewertet und führen zur Einstellung eines niedrigen Schwellwertes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lei­ stungsschalters in einem Versorgungsnetz, wobei der Lei­ stungsschalter zum Schutz gegen Auswirkungen von Kurzschluß­ strömen einen elektronischen Überstromauslöser mit einer oberhalb eines Schwellwertes des Stromes erfolgenden unverzö­ gerten Auslösung besitzt und der Schwellwert maximal auf ei­ nen bei der Bemessungsspannung des Leistungsschalters gelten­ den Wert für das Schaltvermögen einstellbar ist.

Bisher werden Leistungsschalter, z. B. Niederspannungs-Lei­ stungsschalter, so betrieben, daß für die unverzögerte Auslö­ sung als maximaler Schwellwert das Schaltvermögen des betref­ fenden Leistungsschalters bei dessen Bemessungspannung zuzüg­ lich eines Sicherheitszuschlages gilt. Im praktischen Betrieb eines Versorgungsnetzes kann aber die Spannung von der Bemes­ sungsspannung nach unten nicht unerheblich abweichen. Da das Schaltvermögen eines Leistungsschalters von der Spannung ab­ hängig ist, kann somit der Fall eintreten, daß das tatsächli­ che Schaltvermögen des Leistungsschalters nicht ausgenutzt wird und eine Auslösung vorzeitig bzw. unnötig eintritt.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die Selektivität von Leistungsschaltern zu verbessern und un­ nötige Auslösungen bei Kurzschluß zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die maximale Größe des Schwellwertes in Abhängigkeit von der im Versorgungsnetz bestehenden Spannung durch eine selbsttä­ tige Einrichtung veränderbar ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Einstellung der unverzögerten Auslösung am Überstromauslöser des Leistungs­ schalters auf den Maximalwert zu einem an die jeweils vorhan­ dene Spannung angepaßten Verhalten führt und somit selbsttä­ tig bei einer gegenüber der Bemessungsspannung des Leistungs­ schalters geringeren Spannung die Auslösung bei einem höheren Kurzschlußstrom erfolgt. Hierdurch werden unnötige Auslösun­ gen vermieden, was die Selektivität verbessert und zu einem störungsarmen Betrieb beträgt.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in der Weise durchge­ führt werden, daß die im Versorgungsnetz bestehende Spannung periodisch gemessen, mit der Bemessungsspannung des Lei­ stungsschalters verglichen und eine Veränderung der maximalen Größe des Schwellwertes in der Weise bewirkt wird, daß bei einer gegenüber der Bemessungsspannung niedrigeren Spannung im Versorgungsnetz eine höhere maximale Größe des Schwellwer­ tes eingestellt wird. Es empfiehlt sich hierbei, sowohl die periodische Messung der Spannung als auch die Einstellung des Schwellwertes als Unterroutinen im. Betrieb einer Mikroprozes­ soreinrichtung des elektronischen Überstromauslösers durchzu­ führen. Die erwähnte selbsttätige Einrichtung kann dabei ein Bestandteil des elektronischen Überstromauslösers des Lei­ stungsschalters sein und wird dabei von der Mikroprozes­ soreinrichtung gebildet. Offensichtlich kann aber die selbst­ tätige Einrichtung zur Entlastung der mit den Schutzaufgaben des Überstromauslösers befaßten Mikroprozessoreinrichtung durch eine eigenständige elektronische Einheit gebildet sein, die der Mikroprozessoreinrichtung zugeordnet ist.

Aus unterschiedlichen Gründen kann der Fall eintreten, daß der zur Verarbeitung in der erwähnten selbsttätigen Einrich­ tung bereitstehende Meßwert der Spannung sehr klein oder Null ist. Ursache hierfür können ein zufälliges Fehlen der Span­ nung im Augenblick der letzten Messung oder eine schwerwie­ gende Störung im Versorgungsnetz sein, insbesondere ein Kurz­ schluß. Daher können Bedenken dagegen bestehen, einen solchen Meßwert der vorgesehenen Auswertung zugrunde zu legen mit der Folge, daß der Schwellwert, d. h. die unverzögerte Auslösung des Leistungsschalters, auf das höchste mögliche Schaltvermö­ gen eingestellt wird. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können fehlerhafte Einstellungen des Überstromauslösers in den genannten Fällen dadurch vermieden werden, daß der in der selbsttätigen Einrichtung zur Verarbeitung gelangende Meßwert der Spannung einer Prüfung auf Gültigkeit in der Weise unter­ zogen wird, daß Spannungen mit sehr kleinen Werten oder dem Wert Null als ungültig bewertet werden und daß der maximale Schwellwert bei festgestellter Ungültigkeit des betreffenden Meßwertes der Spannung auf eine niedrige Größe eingestellt wird.

Für das Verfahren nach der Erfindung ist die Bereitstellung von Meßwerten der Spannung erforderlich. In bekannter Weise kann dies dadurch geschehen, daß in der Schaltanlage, deren Bestandteil der Leistungsschalter ist, ein Spannungswandler angeordnet wird. Da die zur Steuerung des elektronischen Überstromauslösers benötigten Stromwandler oder Stromsensoren in der Regel Bestandteil des Leistungsschalters sind, bedarf es dann nur einer Verbindung der Spannungswandler mit dem Leistungsschalter, um das beschriebene Verfahren zu ermögli­ chen. Für den Ersteller oder Betreiber einer Schaltanlage kann es aber vorteilhaft sein, Leistungsschalter zu verwen­ den, die einen eigenen Spannungssensor zur Erfassung von Meß­ werten der Spannung im Versorgungsnetz besitzen. Der Benutzer hat dann nämlich die Möglichkeit, den gleichen Spannungssen­ sor auch für Zwecke der Leistungsmessung zu benutzen und eine entsprechende Anzeige am Leistungsschalter zu ermöglichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles und der darin ablaufenden Verfahrensschritte näher erläutert.

Die Fig. 1 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm Veränderungen der Spannung in einem Versorgungsnetz und deren Auswirkungen auf das Schaltvermögen eines Leistungsschalters.

In der Fig. 2 ist das Verfahren nach der Erfindung als Fluß­ diagramm dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt schematisch vereinfacht einen Leistungs­ schalter für das Verfahren nach der Erfindung.

In der Fig. 1 zeigt der linke Teil den zeitlichen Verlauf einer in einem. Versorgungsnetz herrschenden Spannung u(t), wie sie von einem Spannungssensor im Versorgungsnetz bzw. an der Hauptstrombahn eines Leistungsschalters erfaßt wird (vgl. hierzu in der Fig. 3 die Hauptstrombahn H sowie die Sensoren IS und US). Die Veränderungen der Spannung u(t) gegenüber ei­ ner gestrichelt eingezeichneten Normal- oder Bemessungspan­ nung U_r können in bekannter Weise durch wechselnde Belastung von Verbrauchern, ein sehr ausgedehntes Netz und/oder die Eigenschaf­ ten der in das Versorgungsnetz einspeisenden Energieerzeuger be­ dingt sein. Der auftretende Maximalwert der Spannung im Versor­ gungsnetz ist mit U_max, der Minimalwert mit U_min bezeichnet. Als Sonderfall ist ferner eine Spannung U₀ gezeigt, die noch unterhalb der Spannung U_min liegt und z. B. bei einem Kurzschluß im Versor­ gungsnetz zu auftreten kann.

Werden die erläuterten charakteristischen Spannung U_max und U_min auf die Kurve im rechten Teil der Fig. 1 bezogen, welche die Abhän­ gigkeit des Schaltvermögens I_k eines im Versorgungsnetz befindli­ chen Leistungsschalters darstellt, so unterscheiden sich die Werte für das Schaltvermögen bei den genannten Spannungen um ΔI_k. Diese Differenz wird für eine selbsttätige Veränderung des Maximalwertes der unverzögerten Auslösung ausgenutzt. Einzelheiten des hierzu eingesetzten Verfahrens werden anhand des Flußdiagrammes in der Fig. 2 erläutert.

Ausgangspunkt ist im Schritt S1 eine periodischen Erfassung der Spannung im Versorgungsnetz, wie sie am Ort des Lei­ stungsschalters festzustellen ist. Die gemessenen Spannungs­ werte U_m werden dann im Schritt S2 einer Prüfung unterzogen, ob sie kleiner als die Bemessungspannung Ur des Leistungs­ schalters sind. Ist dies nicht der Fall und ergibt eine wei­ tere Prüfung im Schritt S3, daß der Meßwert U_m andererseits auch nicht größer als die Bemessungsspannung U_r ist, so be­ darf der maximale Schwellwert für die unverzögerte Auslösung keiner Veränderung. Dies ist durch einen horizontalen Pfeil im Ergebnisschritt S4 angedeutet.

Hat demgegenüber die Prüfung im Schritt S3 ergeben, daß die gemessene Spannung Um über der Bemessungsspannung liegt, so wird der Maximalwert I_kmax zur Vermeidung einer Gefährdung des Leistungsschalters erniedrigt. Demgemäß zeigt der Ergebnis­ schritt S5 einen nach unten gerichteten Pfeil.

Zu einer Erhöhung des Maximalwertes I_kmax kommt es dann, wenn die Prüfung im Schritt S2 ergeben hat, daß die gemessene Spannung U_m kleiner als die Bemessungsspanung U_r ist und eine nachfolgende zusätzliche Prüfung in einem Schritt S6 gezeigt hat, daß die Spannung U_m nicht unterhalb eines unteren Grenz­ wertes liegt. Im Ergebnisschritt S7 ist ein nach oben gerich­ teter Pfeil für die Erhöhung des Maximalwertes der unverzö­ gerten Auslösung gezeigt.

Wie schon erläutert, gibt die Messung einer sehr niedrigen Spannung im Schritt S6 Anlaß zu der Vermutung, daß ein Fehler im Versorgungsnetz vorliegt und demzufolge eine möglichst ra­ sche Auslösung erwünscht ist. Daher wird in diesem Fall der Maximalwert der unverzögerten Auslösung auf einen niedrigen Wert eingestellt, wie dies im Ergebnisschritt S8 durch einen nach unten gerichteten Doppelpfeil angedeutet ist. Im Gegen­ teil hierzu würde ein sehr hoher Maximalwert eingestellt, wenn die gemessene niedrige Spannung ohne Bewertung bzw. Prü­ fung auf Gültigkeit in der selbsttätigen Einrichtung verar­ beitet würde.

Einen Niederspannungs-Leistungsschalter LS mit einer selbst­ tätigen Einrichtung zur Anpassung des Maximalwertes für die unverzögerte Auslösung zeigt die Fig. 3. Schaltkontakte wer­ den mittels eines Energiespeichers Es betätigt, wobei eine Antriebs- und Verklinkungseinrichtung AV durch eine Mikripro­ zessoreinrichtung MPE steuerbar ist, um die Schaltkontakte SK zu trennen. Der Mikroprozessoreinrichtung MPE werden vom Strom und von der Spannung der Hautpstrombahn H des Lei­ stungsschalters LS abhängige Signale zugeführt. Hierzu sind in der Hauptstrombahn H Stromsensoren IS und wenigstens ein Spannungssensor US angeordnet. Eine selbsttätige Einrichtung SE zur Veränderung des Maximalwertes I_kmax für die unverzö­ gerte Auslösung ist als Bestandteil oder Untereinheit bzw. Modul der Mikroprozessoreinrichtung MPE dargestellt.

Die selbsttätige Einrichtung SE kann auch durch eine eigen­ ständige elektronische Einheit gebildet sein, die mit der Mi­ kroprozessoreinrichtung MPE zusammenwirkt. Ferner kann der Spannungssensor US außerhalb des Leistungsschalter LS ange­ ordnet sein, falls im Leistungsschalter kein geeigneter Raum zu Verfügung steht oder aus anderen Gründen in der Schaltan­ lage bereits eine Einrichtung zur Spannungsmessung vorhanden ist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines Leistungsschalters (LS) in ei­ nem Versorgungsnetz, wobei der Leistungsschalter (LS) zum Schutz gegen Auswirkungen von Kurzschlußströmen einen elek­ tronischen Überstromauslöser mit einer oberhalb eines Schwellwertes des Stromes erfolgenden unverzögerten Auslösung besitzt und der Schwellwert maximal auf einen bei der Bemes­ sungsspannung des Leistungsschalters (LS) geltenden Wert für das Schaltvermögen einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Größe des Schwellwertes (I_kmax) in Abhängigkeit von der im Versorgungsnetz bestehenden Spannung durch eine selbsttätige Einrichtung (SE) veränderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Versorgungsnetz bestehende Spannung (U_m)periodisch ge­ messen, durch die selbsttätige Einrichtung (SE) mit der Be­ messungsspannung (U_r) des Leistungsschalters (LS) verglichen und eine Veränderung des maximalen Schwellwertes (I_kmax) in der Weise bewirkt wird, daß bei einer gegenüber der Bemes­ sungsspannung (U_r) niedrigeren Spannung im Versorgungsnetz ein höhere maximale Größe des Schwellwertes (I_kmax) einge­ stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der selbsttätigen Einrichtung (SE) zur Verarbeitung gelangende Meßwert der Spannung (U_m) einer Prüfung auf Gül­ tigkeit unterzogen wird, daß Spannungen mit sehr kleinen Wer­ ten oder dem Wert Null als ungültig bewertet werden und daß der maximale Schwellwert (I_kmax) bei festgestellter Ungültig­ keit des betreffenden Meßwertes der Spannung (U_m) auf eine niedrige Größe eingestellt wird.

4. Leistungsschalter für das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen eigenen Span­ nungssensor zur Erfassung von Meßwerten der Spannung im Ver­ sorgungsnetz.