DE2917398A1 - SHORT CIRCUIT PROTECTION IN LOW VOLTAGE NETWORKS - Google Patents

SHORT CIRCUIT PROTECTION IN LOW VOLTAGE NETWORKS

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DE2917398A1 DE19792917398 DE2917398A DE2917398A1 DE 2917398 A1 DE2917398 A1 DE 2917398A1 DE 19792917398 DE19792917398 DE 19792917398 DE 2917398 A DE2917398 A DE 2917398A DE 2917398 A1 DE2917398 A1 DE 2917398A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38Emergency 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 both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
    • H02H3/382Emergency 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 both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current involving phase comparison between current and voltage or between values derived from current and voltage

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Protection Of Generators And Motors (AREA)

Description

BERGWERKSVERBAND GMBHBERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNGEXPERIMENTAL COMPANIES OF MINING RESEARCH

43 Essen-Kray , 24.04.197943 Essen-Kray, April 24, 1979

Frillendorfer Straße 351 Telefon (0201) 105-1Frillendorfer Strasse 351 Telephone (0201) 105-1

A 8/Str-BeA 8 / Str-Be

Kurzschlußschutz in NiederspannungsnetzenShort-circuit protection in low-voltage networks

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlußschutz in Niederspannungsnetzen, in denen große Asynchronmotoren betrieben werden mit phasenempfindlicher Bewertung der KurζSchlußströme.The invention relates to short-circuit protection in low-voltage networks in which large asynchronous motors are operated with phase-sensitive Evaluation of the course closing currents.

In solchen Niederspannungsnetzen sollen mittlere und große 2- und 3-polige Kurzschlüsse in sehr kurzer Zeit erkannt werden. Hierbei werden Kurzschlußs-röme, die kleiner als der Anlaufstrom großer Asynchronmotoren sind/ in wenigen Halbwellen erkannt. Auf diese Weise ist es möglich, unter Verwendung geeigneter schnellschaltender Leistungsschalter den Lichtbogenaustritt aus Leitungen und Kabeln im Falle eines Leitungskurzschlusses zu verhindern. Außerdem kann in explosionsgefährdeten Betrieben, insbesondere im untertägigen Steinkohlenbergbau, durch den erfindungsgemäßen Kurzschlußschutz die Sicherheit erhöht werden.In such low-voltage networks, medium and large 2- and 3-pole short circuits should be detected in a very short time. Here Short-circuit currents that are smaller than the starting current are greater Asynchronous motors are / recognized in a few half waves. In this way it is possible to use suitable fast switching Circuit breaker to prevent the arc from escaping from lines and cables in the event of a line short circuit. aside from that can be used in plants at risk of explosion, especially in underground coal mining, by means of the short-circuit protection according to the invention security can be increased.

Es ist bekannt, da3 bei modernen Leistungsschaltern eine Auslösung gegen Überströme thermisch und gegen mittlere sowie große Kurzschlußströme elektromagnetisch erfolgt. In Sonderfällen, beispielsweise bei I -Begrenzungen, wird als Auslösekriterium für die Erfas-It is known that modern circuit breakers trigger a trip takes place thermally against overcurrents and electromagnetically against medium and large short-circuit currents. In special cases, for example in the case of I-limits, is used as a trigger criterion for the detection

— 3 —- 3 -

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sung mittlerer sowie hoher Kurzschlußströme die Stromsteilheit benutzt (ETZ-A, Bd. 81 (1960), Seiten 741 - 744).Solution of medium and high short-circuit currents uses the current gradient (ETZ-A, vol. 81 (1960), pages 741-744).

Es ist weiter bekannt, daß kleine Kurzschlußströme und Kurzschlüsse in ihrer Entstehungsphase mit einem Kurzschlußschutz mit phasenempfindlicher Bewertung erfaßt werden können (Mining Technology, April 1978, Seiten 133 - 136). Bei 2-poligen Kurzschlüssen verschiebt sich jedoch die Phasenlage des Stromes in den kurzschlußführenden Phasen gegenüber dem 3-poligen Kurzschlußstrom bis zu + 30 bzw. - 30°. Hierdurch wird die phasenempfindliche Bewertung teilweise aufgehoben. Außerdem führen prellende Schützkontakte, die beim Einschalten großer Asynchronmotoren einen 2-poligen Anlaufstrom hervorrufen, zu einer Phasenverschiebung des Anlaufstromes um etwa + 30 in der einen und — 30 in der anderen Phase. Aus diesem Grund kann eine phasenempfindliche Kurzschlußbewertung zu einer Fehlauslösung des Leistungsschalters führen.It is also known that small short-circuit currents and short-circuits can be detected in their development phase with a short-circuit protection with phase-sensitive evaluation (mining Technology, April 1978, pages 133-136). With 2-pole short circuits However, the phase position of the current shifts in the short-circuit-carrying phases compared to the 3-pole short-circuit current up to + 30 or - 30 °. This partially eliminates the phase-sensitive evaluation. Also lead Bouncing contactor contacts when switching on large asynchronous motors cause a 2-pole starting current to a phase shift of the starting current by about + 30 in one phase and - 30 in the other phase. Because of this, it can be a phase sensitive Short-circuit evaluation lead to a false tripping of the circuit breaker.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kleinen Kurzschlußströmen sowie bei Kurzschlüssen in ihrer Entstehungsphase einen besseren Kurzschlußschutz zu bieten.The invention is based on the object with small short-circuit currents as well as to offer better short-circuit protection in the case of short-circuits in their development phase.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Kurzschlußerfassung eine überproportional phasenempfindliche Bewertung mit einem Überproportionalitätsfaktor von größer 1 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 6, durchgeführt wird, bei der Ströme, die der Spannung voreilen, nicht phasenempfindlich, sondern ideal gleichgerichtet bewertet werden.According to the invention, this object is achieved in that a disproportionately phase-sensitive sensor is used for short-circuit detection Evaluation is carried out with a disproportionality factor of greater than 1 to 10, preferably from 3 to 6, in which currents, which lead the voltage, are not rated as phase-sensitive, but ideally rectified.

Durch einen überproportionalen phasenempfindlichen Kurzschlußschutz werden 2-polige KurzSchlußströme überraschenderweise besonders günstig bewertet und Fehlauslösungen durch prellendeThrough a disproportionate phase-sensitive short-circuit protection Surprisingly, 2-pole short-circuit currents become special valued cheaply and false triggers due to bouncing

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Kontakte unterbunden. Der überproportionale phasenempfindliche Kurzschlußschutz ist für Netze ausgelegt, bei denen der 3-polige Kurzschlußstrom einen maximalen Phasenwinkel nicht überschreitet. 3-polige Anlaufströme müssen dagegen eine Phasenverschiebung bewirken, die größer ist als die durch Kurzschlußströme hervorgerufene maximale Phasenverschiebung.Contacts prevented. The disproportionately phase sensitive Short-circuit protection is designed for networks in which the 3-pole short-circuit current does not exceed a maximum phase angle. On the other hand, 3-pole starting currents must cause a phase shift that is greater than that caused by short-circuit currents maximum phase shift.

Beim überproportionalen phasenempfindlichen Kurzschlußschutz gemäß der Erfindung v/erden die Ströme und Spannungen der drei Phasen über Wandler dem Kurzschlußerfassungsglied zugeführt. Bei einer Polaritätsgleichheit von Strom und Spannung wird der Strom positiv bewertet. Bei unterschiedlicher Polarität von Strom und Spannung wird dagegen der Strom negativ bewertet und mit einem Faktor von größer 1 bis 10, vorzugsweise 3 bis 6, multipliziert. Im Gegensatz zur bekannten phasenempfindlichen Bewertung wird der Mittelwert dieses überproportional phasenempfindlich bewerteten Stromes bei Motoranlauf erheblich und bei Kurzschluß gering gesenkt.With disproportionate phase-sensitive short-circuit protection according to According to the invention, the currents and voltages of the three phases are fed to the short-circuit detection element via converters. At a If the polarity of current and voltage is the same, the current is rated positively. With different polarity of current and Voltage, on the other hand, the current is assessed negatively and multiplied by a factor greater than 1 to 10, preferably 3 to 6. In contrast to the known phase-sensitive evaluation, the mean value of this is evaluated disproportionately phase-sensitive The current is considerably reduced when the motor starts and slightly reduced in the event of a short circuit.

In einer nachgeschalteten Verzögerung wird diese Funktion geglättet und einer Maximalwertbaugruppe zugeführt. Das Ausgangssignal der Maximalwertbaugruppe wird darauf mit einem einstellbaren Grenzwert in einem Komparator ausgewertet.This function is smoothed in a subsequent delay and fed to a maximum value module. The output signal of the maximum value module is then given an adjustable limit value evaluated in a comparator.

Beim 2-poligen Kurzschluß eilt der Strom der Spannung in einer Phase voraus. Da voreilender Strom aber immer ideal gleichgerichtet wird, wird er dadurch größer abgebildet als bei der bekannten phasenempfindlichen Bewertung.In the case of a 2-pole short circuit, the current of the voltage rushes in one Phase ahead. However, since leading current is always ideally rectified, it is displayed larger than with the known one phase sensitive evaluation.

Eilt dagegen der Strom der Spannung in einer Phase um mehr als einen bestimmten vorgegebenen Winkel nach, so wird der Strom in den beiden anderen Phasen nicht berücksichtigt. Der 2-polige Schütz-If, on the other hand, the current of the voltage rushes by more than one phase in one phase after a certain predetermined angle, the current in the other two phases is not taken into account. The 2-pole contactor

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kontakt kann sich deshalb beim Einschalten eines Motors (prellende Kontakte) nicht negativ auf den überproportional phasenempfindlichen KurzSchlußschutz auswirken.contact can therefore occur when a motor is switched on (bouncing Contacts) do not have a negative effect on the disproportionately phase-sensitive short-circuit protection.

Der besondere Vorteil der überproportionalen phasenempfindlichen Bewertung des Stromes gemäß der Erfindung besteht darin, daß sich kleine Kurzschlußströme deutlicher von Anlaufströmen großer Asynchronmaschinen unterscheiden, als es bisher der bekannte phasenempfindliche Kurzschlußschutz ermöglichte.The particular advantage of the disproportionate phase-sensitive evaluation of the current according to the invention is that Distinguish small short-circuit currents more clearly from the starting currents of large asynchronous machines than the previously known phase-sensitive ones Short circuit protection enabled.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung elektronisch in Hybridtechnik beispielsweise dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is electronic in the drawing in hybrid technology, for example, and is described in more detail below. Show it

Fig. 1 Die Wirkungsweise eines Kurzschlußmeldegliedes im Blockschaltbild, Fig. 1 The mode of operation of a short-circuit reporting element in a block diagram,

Fig. 2 die Funktion des Blockes 7 in Fig. 1 undFig. 2 shows the function of block 7 in Fig. 1 and

Fig. 3 die überproportionale phasenempfindliche Bewertung einer Phase in den Blöcken 1 bis 3 der Fig. 2.3 shows the disproportionate phase-sensitive evaluation of a phase in blocks 1 to 3 of FIG. 2.

In Fig. 1 werden in den Blöcken 1 bis 3 die Eingangssignale differenziert. Im Block 4 und 5 wird der Betrag der Eingangssignale und anschließend der Maximalwert der drei Beträge gebildet. Die Maximalwerte werden dann im Block 6 in Komparatoren mit Einstellwerten ausgewertet und digital zu einem Ausgangssignal verarbeitet, das direkt auf die Auslöseeinrichtung eines geeigneten Leistungsschalters wirkt. Die überproportionale phasenempfindliche Bewertung wird im Block 7 durchgeführt.In Fig. 1, the input signals are differentiated in blocks 1 to 3. In blocks 4 and 5, the amount of the input signals and then the maximum value of the three amounts are formed. The maximum values are then evaluated in comparators with setting values in block 6 and digitally processed to an output signal that acts directly on the tripping device of a suitable circuit breaker. The disproportionate phase-sensitive evaluation is carried out in block 7.

Gemäß Fig. 2 wird die überproportionale phasenempfindliche Bewertung der einzelnen Phasen in den Blöcken 1 bis 3 durchgeführt.According to FIG. 2, the disproportionate phase-sensitive evaluation of the individual phases in blocks 1 to 3.

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Aus ihren drei Ausgangssignalen wird der Maximalwert im Block 4 gebildet, der im Block 5 in einer Komparatorschaltung mit einem Vergleichswert ausgewertet wird.The maximum value in block 4 is formed from its three output signals, and that in block 5 in a comparator circuit with a Comparison value is evaluated.

Gemäß Fig. 3 wird die Spannung U über eine Verzögerung 1. Ordnung 1, die eine Phasenverschiebung von 65 bei 50 Hz hervorruft, auf den Nullpunktschalter 2 bzw. direkt auf den Nullpunktschalter 4 gegeben. Im Nullpunktschalter 6 wird der Strom I digitalisiert. Am Ausgang des Phasendiskriminators 3 steht bei Stromvoreilung gegenüber der um 65° phasenverschobenen Spannung U eine logische 1 an, so daß die Analogschalter 8 und 9 in den anderen Phasen in der dargestellten Stellung verweilen.According to FIG. 3, the voltage U becomes over a delay of the 1st order 1, which causes a phase shift of 65 at 50 Hz, to the zero point switch 2 or directly to the zero point switch 4 given. The current I is digitized in the zero point switch 6. At the output of the phase discriminator 3 is at Current lead compared to the voltage phase-shifted by 65 ° U a logical 1, so that the analog switches 8 and 9 remain in the position shown in the other phases.

Eilt der Strom I der Spannung U voraus, so erscheint am Ausgang des Phasendiskriminators 5 das digitalisierte Stromsignal und bei nacheilendem Strom I das digitalisierte Spannungssignal.If the current I leads the voltage U, then appears at the output of the phase discriminator 5, the digitized current signal and, if the current I is lagging, the digitized voltage signal.

Der Ananlogschalter 8 schaltet das Stromsignal bei logisch 1 und bei logisch 0 das im Verstärker 7 invertierte Signal durch. Das phasenempfindlich bewertete analoge Stromsignal wird im Verstärker 10 bei positiven Werten mit 1 und bei negativen Werten mit beispielsweise im vorliegenden Fall 4,7 multipliziert. Dieses überproportional phasenempfindlich bewertete Signal wird in der Verzögerung 1. Ordnung 11 dann schließlich geglättet.The analog switch 8 switches the current signal through with logic 1 and with logic 0 the signal inverted in amplifier 7. That The analog current signal evaluated in a phase-sensitive manner is indicated by 1 in the amplifier 10 for positive values and with 1 for negative values for example in the present case 4.7 multiplied. This disproportionately phase-sensitive signal is used in the 1st order delay 11 then finally smoothed.

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Claims (1)

BERGWERKSVERBAND GMBHBERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNGEXPERIMENTAL COMPANIES OF MINING RESEARCH 43 Essen-Kray, 24.04.197943 Essen-Kray, April 24, 1979 Frillendorfer Straße 351 Telefon (0201) 105-1Frillendorfer Straße 351 Telephone (0201) 105-1 A 8/Str-BeA 8 / Str-Be Kurzschlußschutz in KiederspannungsnetzenShort-circuit protection in low voltage networks PatentanspruchClaim Kurzschlußschutz in Nxederspannungsnetzen, in denen große Asynchronmotoren betrieben werden, mit phasenempfindlicher Bewertung der Kurzschlußströme, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kurzschlußerfassung eine überproportionale phasenempfindliche Bewertung mit einem Überproportionalitätsfaktor von größer 1 bis 10, vorzugsweise 3 bis 6, durchgeführt wird, bei der Ströme, die der Spannung voreilen, nicht phasenempfindlich sondern ideal gleichgerichtet bewertet werden.Short-circuit protection in Nxeder voltage networks in which large asynchronous motors are operated, with phase-sensitive evaluation of the short-circuit currents, characterized in that a disproportionate phase-sensitive evaluation with a disproportionate factor of greater than 1 to 10, preferably 3 to 6, is carried out for the short-circuit detection, for the currents that lead the voltage, are not rated as phase-sensitive but ideally rectified. 0300AA/05120300AA / 0512
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