DE4136532C2 - Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze einer Reihenschaltung von Leistungsschaltern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze für eine Schalterkombination in einer Niederspannungsverteilung mit wenigstens einer Reihenschaltung eines Hauptschalters und eines Abzweigschalters. Dabei verwendete Leistungsschalter sind jeweils mit einem unverzögerten Auslöser versehen, der sowohl ein Magnetauslöser als auch ein elektro­ nischer Auslöser sein kann. Als Selektivitätsgrenze der Rei­ henschaltung zweier Leistungsschalter wird der größte prospek­ tive Kurzschlußstrom bezeichnet, bei dessen Ausschaltung durch den nachgeordneten Abzweigschalter keine Auslösung des vorge­ ordneten Hauptschalters erfolgt.

Zur sicheren Stromversorgung von Verbrauchern mit elektrischer Energie werden bekanntlich die entsprechenden Schaltgeräte in Niederspannungsverteilungen so ausgelegt, daß im Falle eines Kurzschlusses nur ein der Kurzschlußstelle nächstliegender Schalter, beispielsweise ein Abzweigschalter, allein abschal­ tet und die vorgeordneten Schalter, beispielsweise Haupt- oder Gruppenschalter, für die Abzweige geschlossen bleiben. Die pa­ rallel zum gestörten Abzweig liegenden Verbraucher werden so­ mit weiter mit elektrischer Energie versorgt. Eine Möglichkeit der selektiven Abschaltung im Kurzschlußfall bietet die be­ kannte Zeitstaffelung. Der Auslöser des vorgeordneten Haupt­ schalters ist auf eine längere Zeitverzögerung eingestellt, als derjenige des nachgeordneten Abzweigschalters. Der Haupt­ schalter muß dann während seiner Verzögerungszeit den vollen Kurzschlußstrom führen können.

Vorteilhafter ist es allerdings, wenn beide Schalter der Reihenschaltung mit unverzögerten Auslösern versehen sind und der Abzweigschalter im Kurzschlußfall strombegrenzend abschaltet. In der Reihenschaltung spricht dann im Kurzschlußfall der nachgeordnete Abzweigschalter als erster an und der Kurzschlußstrom wird durch die Bogenspannung U_b des Schaltlichtbogens dieses Schalters auf seinen Durchlaßstrom begrenzt. Der Maximalwert des Durchlaßstromes kann beispielsweise etwa 1/3 des prospek­ tiven Kurzschlußstromes betragen, wobei die Strombegrenzung im wesentlichen durch den Aufbau des Schalters bestimmt wird. Der Auslöser des Hauptschalters wird somit im Kurzschlußfall mit einem Strom belastet, der sowohl von der Impedanz des Netzes beim Kurzschluß als auch vom Abschaltverhalten des nachgeordneten Abzweigschalters bestimmt ist. Ob der Auslöser des Hauptschalters anspricht, hängt also sowohl von der Netz­ impedanz als auch vom nachgeordneten Abzweigschalter ab.

Für eine vorbestimmte Schalterkombination gibt es einen Grenzstrom I_G des prospektiven Kurzschlußstromes, bis zu dem der Haupt­ schalter geschlossen bleibt und der als sogenannte Selektivi­ tätsgrenze die Mindestimpedanz des elektrischen Netzes be­ stimmt. Bei niedrigeren Netzimpedanzen und somit höheren Kurz­ schlußströmen löst dann auch der Hauptschalter aus. Diese Se­ lektivitätsgrenze für eine Schalterkombination in einer Nie­ derspannungsverteilung mit wenigstens einer Reihenschaltung eines Hauptschalters und eines Abzweigschalters kann bekannt­ lich im Prüffeld experimentell ermittelt werden. Allein für eine einzige Kombination sind dann jedoch bei systematischer Untersuchung verhältnismäßig viele Messungen mit unterschied­ lichem Kurzschlußstrom, Leistungsfaktor und Schaltwinkel erforderlich. Die empirische Ermittlung der Selektivitätsgrenze erfordert somit einen entsprechenden Aufwand.

Aus der DE 31 14 550 A1 ist ein Trennschalter zum automatischen Unterbrechen eines Stromflusses bekannt, der vorzugsweise dann eingesetzt wird, wenn elektrische Bedingungen vorbestimmte Werte überschreiten. Dieser Trennschalter weist eine Anordnung zum Durchführen eines Testes auf, bei dem ein simulierter Fehlerstromwert mit einer Zeit-/Strom-Auslösekennlinie verglichen wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, die Selektivitätsgrenzen für Leistungsschalter, die für eine Reihenschaltung mit selektiver Abschaltung vorgesehen sind, in einfacher Weise zu ermitteln und vorzugsweise als Selektivitätstabelle zusammenzufassen. Die Leistungsschalter können hierbei als vorgeordnete Hauptschalter oder als nachgeordnete Abzweigschalter einer vorbestimmten Schalterkombination auftreten.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß für zwei verschiedene Alternativen von Schalterkombinationen mit der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 oder Patentanspruches 5 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird aus den Daten der einzelnen Schalter das Schaltverhalten der Schalterkombination bestimmt. Jedem Leistungsschalter, der sowohl als vorgeordneter als auch als nachgeordneter Schalter in einer Niederspannungsverteilung eingesetzt werden kann, sind zwei Datensätze zugeordnet, von denen einer das Auslöseverhalten des unverzögerten Auslösers beschreibt und der andere die Durchlaßstromverläufe zu verschiedenen, vorgegebenen, prospektiven Kurzschlußströmen kennzeichnet. Der vorgeordnete Hauptschalter wird durch den Datensatz bestimmt, der sein Auslöseverhalten kennzeichnet und der nachgeordnete Abzweigschalter durch denjenigen Datensatz, der dessen Durchlaßstrom kennzeichnet. Der Datensatz, der das Auslöseverhalten des Hauptschalters kennzeichnet, gilt für alle Reihenschaltungen, in denen der betreffende Hauptschalter der vorgeordnete Schalter ist. Der Datensatz, der den Durchlaßstrom des nachgeordneten Abzweigschalters bestimmt, gilt für alle Reihenschaltungen, in denen der betreffende Abzweigschalter der nachgeordnete Schalter ist. Liegen also von einer Anzahl von Schaltern alle Daten vor, die diese Schalter als vor- und nachgeordnete Schalter charakterisieren, so lassen sich für alle Schalterkombinationen die Selektivitätsgrenzen ermitteln.

Der Magnetauslöser des Hauptschalters, der beispielsweise einen Tauchanker oder einen Klappanker enthalten kann, braucht zum Auslösen eine vorbestimmte Energie. Der Anker des Magnetauslösers läuft dabei gegen eine Fesselungsfeder oder einen zur Fesselung eingesetzten Mechanismus, zum Beispiel einen Permanentmagneten, und muß dazu entsprechende Arbeit leisten. Die Ankerbewegung setzt ein, sobald die vom elektrischen Strom erzeugte Magnetkraft auf den Anker größer wird als dessen Fesselungskraft. Der auslösende Strompuls, welcher gerade an der Grenze zwischen Auslösung und Nichtauslösung liegt, liefert die notwendige, vorbestimmte Auslöseenergie, die proportional ist zu einer als Auslösediskriminante AD bezeichneten Kenngröße des Magnetauslösers. Die Durchlaßströme der Abzweigschalter werden nun danach bewertet, ob sie ausreichend Energie zur Betätigung des Auslösers des Hauptschalters liefern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze für Schalterkombinationen, deren Hauptschalter einen Magnetauslöser enthalten, besteht somit im wesentlichen aus drei Verfahrensschritten, die in ihrer Kombination die Selektivitätsgrenze der Reihenschaltung von Leistungsschaltern ergeben, nämlich in der Ermittlung der Daten eines vorgeordneten Hauptschalters, die dessen Auslöseverhalten bestimmen und aus denen eine Auslösediskriminante AD abgeleitet wird, sowie in der Ermittlung der Daten, die den Durchlaßstrom eines nachgeordneten Abzweigschalters bestimmen und dann in der Ermittlung der Selektivitätsgrenze aus diesen Daten durch Vergleich des Auslöseintegrals AI des Abzweigschalters mit der Auslösediskriminante AD des Hauptschalters. Selektivität zwischen Hauptschalter und Abzweigschalter besteht für alle prospektiven Kurzschlußströme, deren zugehörige Durchlaßströme ein Auslöseintegral AI ergeben, das kleiner ist als der Wert der Auslösediskriminante AD. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Selektivitätsgrenze dadurch bestimmt werden, daß für den Durchlaßstrom eines als Grenzstrom I_G bezeichneten prospektiven Kurzschlußstromes das Auslöseintegral AI geringfügig kleiner ist als die Auslösediskriminante AD; beispielsweise AI ≈ 0,95·AD.

Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Schalterkombination mit einer Reihenschaltung von Leistungsschaltern schematisch ver­ anschaulicht ist. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Bogenspannung U_b in einem Diagramm. Im Diagramm der Fig. 3 ist der Verlauf eines prospektiven Kurzschlußstromes I_K und des entsprechenden Durchlaßstromes I_D dargestellt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 soll eine Niederspan­ nungsverteilung mit einer nicht näher bezeichneten dreiphasi­ gen Sammelschiene beispielsweise einen Abgang mit einem Hauptschalter 2 enthalten, mit dem ein Abzweigschalter 4 in Reihe geschaltet ist, dem noch weitere Abzweigschalter paral­ lelgeschaltet sind, von denen zur Vereinfachung nur zwei dar­ gestellt und mit 5 bzw. 6 bezeichnet sind. Sowohl der Haupt­ schalter 2 als auch die Abzweigschalter 4 bis 6 sind jeweils mit einem unverzögerten Auslöser versehen, die vorzugsweise Magnetauslöser sein können. Falls im Abzweig hinter dem Ab­ zweigschalter 4 ein Kurzschluß auftritt, so schaltet bis zu einem bestimmten Grenzstrom I_G des prospektiven Kurzschluß­ stromes, der von der Netzimpedanz abhängig ist, lediglich der Abzweigschalter 4 den Kurzschlußstrom ab. Die weiteren Ab­ zweigschalter 5 und 6 werden somit über den Hauptschalter 2 weiter versorgt.

Gemäß dem Diagramm der Fig. 2, in dem die Bogenspannung U_b des Lichtbogens an den Schaltkontakten des Abzweigschalters 4 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen ist, soll zur Zeit t_o der Kurzschluß gemäß Fig. 1 hinter dem Abzweigschalter 4 auftreten. Während einer Verzugszeit zwischen t_o und t₁, in der die Magnetkraft des Magnetauslösers im Schalter 4 noch kleiner ist als die Fesselungskraft des Ankers, spricht der Auslöser im Abzweigschalter 4 noch nicht an. Zur Zeit t₁ er­ reicht die Magnetkraft die Größe der Fesselungskraft, der Magnet öffnet die Kontakte und die Lichtbogenspannung U_b steigt an, bis zur Zeit t₂ die Kontakte ihren maximalen Ab­ stand und damit auch die Lichtbogenspannung U_b ihren Maximal­ wert erreicht haben. Die Lichtbogenspannung U_b bleibt bis zum Stromflußende t_I annähernd konstant.

Gemäß dem Diagramm der Fig. 3, in dem der Strom I in Ampere über der Zeit t in Millisekunden aufgetragen ist, soll zur Zeit t_o ein Kurzschluß auftreten. Der von der Netzimpedanz abhängige prospektive Kurzschlußstrom I_K führt zu einem Strom­ anstieg auf einen maximalen Stromwert von beispielsweise 9000 A. Nach einer Verzugszeit t₁ öffnen die Kontakte des Ab­ zweigschalters 4 und die Lichtbogenspannung U_b begrenzt die Amplitude des Durchlaßstromes I_D auf einen Wert von beispiels­ weise 4000 A. Der vorgeordnete Hauptschalter 2 wird somit le­ diglich mit diesem Durchlaßstrom I_D belastet. Zur Zeit t_I bei­ spielsweise nach etwa 5 ms wird dieser Durchlaßstrom I_D vom Abzweigschalter 4 gelöscht.

Für eine Schalterkombination aus einem Leistungsschalter, bei­ spielsweise für einen Nennstrom I_N = 100 A, als Hauptschalter 2, der mit einem unverzögerten Auslöser in der Ausführungsform als Magnetauslöser, beispielsweise mit einem Klappanker, ver­ sehen ist, und einem Abzweigschalter 4, beispielsweise einem strombegrenzenden Leitungsschutzschalter für einen Nennstrom I_N = 16 A, kann die Selektivitätsgrenze S gemäß dem Diagramm der Fig. 4 ermittelt werden, in dem der Verlauf des Auslöse­ integrals AI in A²S² über dem prospektiven Kurzschlußstrom I_K in A aufgetragen ist. Im strichpunktierten Kurventeil des Aus­ löseintegrals AI, der durch den Ordinatenwert der Auslösedis­ kriminante AD begrenzt ist, erfolgt keine Auslösung, im durch­ gezogenen Kurventeil des Auslöseintegrals AI erfolgt die Aus­ lösung des Magnetauslösers. Der Grenzstrom I_G ist einem Aus­ löseintegral AI zugeordnet, das geringfügig kleiner ist als die Auslösediskriminante AD, beispielsweise AI = 0,95·AD. Der Grenzstrom I_G ist somit die obere Grenze des prospektiven Kurzschlußstromes I_K, bei dem noch keine Auslösung erfolgt. Eine Schalterauslösung erfolgt im Bereich des prospektiven Kurzschlußstromes I_K oberhalb des Grenzstromes I_G.

Im ersten Verfahrensschritt werden mit Strompulsen unterschiedlicher Höhe und Dauer, beispielsweise zwischen 1 und 20 ms, die verschiedenen Kenngrößen eines als Hauptschalter 2 vorgesehenen Leistungsschalters ermittelt, die sein Auslöseverhalten bestimmen, und eine Auslösediskriminante AD abgeleitet, die proportional ist der zur Auslösung des Hauptschalters erforderlichen Energie.

Im zweiten Verfahrensschritt werden als Kenngrößen des Ab­ zweigschalters 4 die Durchlaßströme I_D für verschiedene Kurz­ schlußströme I_K ermittelt.

Im dritten Verfahrensschritt wird gemäß Fig. 4 die Selekti­ vitätsgrenze S der Reihenschaltung aus den Kenngrößen des Hauptschalters 2 und des Abzweigschalters 4 als Grenzstrom I_G des prospektiven Kurzschlußstromes bestimmt. Damit der Haupt­ schalter 2 vom Kurzschlußstrom I_K nicht ausgelöst wird, muß der Abzweigschalter 4 den Kurzschlußstrom begrenzen auf einen Durchlaßstrom I_D, bei dem der Magnetauslöser des Hauptschal­ ters 2 nicht die notwendige Auslöseenergie erhält. Die Selek­ tivitätsgrenze, ob eine Auslösung des Hauptschalters 2 zu er­ warten ist oder nicht, ergibt sich durch den Vergleich des Auslöseintegrals AI, das aus dem Durchlaßstrom des Abzweig­ schalters 4 bestimmt wird, mit der Auslösediskriminante AD des Magnetauslösers im Hauptschalter 2. Bei AI AD wird der Hauptschalter 2 auslösen; Selektivität besteht, so lange AI < AD, wobei die Selektivitätsgrenze einem Auslöseintegral AI zugeordnet ist, das geringfügig kleiner ist als die Auslö­ sediskriminante AD.

Grundlage des Verfahrens ist die Energiebetrachtung des Ma­ gnetauslösers. Die Auslösediskriminante AD ist proportional der zur Auslösung erforderlichen Energie E des unverzögerten Auslösers in der Ausführungsform als Magnetauslöser und ist durch die nachfolgende Gleichung (1) einem Strompuls zugeord­ net, der diesen Energiebetrag liefert:

mit
m = Ankermasse
E = Auslöseenergie
K_F = Fesselungskraft des Ankers
I_o* = Gleichgewichtsstrom, bei dem die Magnetkraft K_M gleich der Fesselungskraft K_F ist und der proportional ist zur magnetischen Spannung am Luftspalt des Magnetauslösers
I* = Momentanstrom, das ist der Anteil des Momentanstroms I des Strompulses, welcher der momentanen magnetischen Spannung am Luftspalt des Magnetauslösers proportional ist
t_v = Verzugszeit, in der die Magnetkraft K_M noch nicht größer ist als die Fesselungskraft K_F
t_I = Stromflußende
t = Zeit

Die Auslösediskriminante AD wird im ersten Verfahrensschritt aus Strompulsen ermittelt, die gerade die notwendige Auslöse­ energie für den Anker des Magnetauslösers liefern.

Um die im zweiten Verfahrensschritt zu verschiedenen prospek­ tiven Kurzschlußströmen bestimmten Durchlaßströme des nachge­ ordneten Abzweigschalters 4 hinsichtlich einer Auslösung oder Nichtauslösung des vorgeordneten Hauptschaltes 2 zu bewerten, wird im dritten Verfahrensschritt das Auslöseintegral AI die­ ser Durchlaßströme nach folgender Gleichung (2) berechnet:

Die untere Integrationsgrenze t_v ist definiert durch die Glei­ chung I* (t=t_v) = I_o*, während die obere Integrationsgrenze t mit t t_J dadurch bestimmt ist, daß das Auslöseintegral AI des Hauptschalters 2 ein absolutes Maximum annimmt.

I* ist in Gleichung (2) der "Momentanstrom" des zu bewertenden Durchlaßstromes des Abzweigschalters 4.

Die Grenze zwischen Auslösen und Nichtauslösen des vorgeordne­ ten Hauptschalters wird bei dessen Reihenschaltung mit dem nachgeordneten Abzweigschalter durch den prospektiven Kurz­ schlußstrom bestimmt, dessen Durchlaßstrom die Gleichheit von Auslöseintegral und Auslösediskriminante, AI = AD, ergibt. Die Selektivitätsgrenze wird dann durch einen geringfügig kleine­ ren prospektiven Kurzschlußstrom bestimmt, der als Grenzstrom I_G definiert ist und bei dem das Auslöseintegral AI geringfü­ gig kleiner ist als die Auslösediskriminante AD; beispielswei­ se AI ≈ 0,95 · AD.

Bei der Herleitung der Bestimmungsgleichungen für die Auslöse­ diskriminante AD bzw. das Auslöseintegral AI ist vorausge­ setzt, daß sich die Luftspaltgeometrie des Magnetauslösers während der Dauer des Durchlaßstrompulses nicht stark verän­ dert, d. h. daß die Abnahme des Luftspaltes 50% beträgt.

Zur Überprüfung dieser Voraussetzung dient die folgende Gleichung:

Darin ist
AI = Auslöseintegral
AI_pot = Anteil an potentieller Energie
AI_kin = Anteil an kinetischer Energie
x(t) = Ankerweg
x_o = Anker-Luftspalt (x_o = Luftspaltbreite S_L)

mit den gleichen Integrationsgrenzen t_v und t des Auslöse­ integrals AI, nach Gleichung (2).

Die Bewertung des Auslöseintegrals (AI AD bzw. AI < AD) hinsichtlich Auslösung oder Nichtauslösung eines Durchlaß­ strompulses kann als ausreichend zuverlässig angeommen wer­ den, wenn die Bestimmungsgleichung (3) für den Quotienten x(t)/x₀ einen Betrag 0,5 ergibt.

In Analogie zu elektrischen Kreisen definiert man in magneti­ schen Kreisen eine magnetische Spannung U_magn=n · I,
einen magnetischen Fluß

und
einen magnetischen Widerstand

mit
n = Windungszahl der Magnetspule
I = elektrischer Strom in der Magnetspule
B = magnetische Induktion
A = Querschnittsfläche des magnetischen Kreises
l_γ = γ-te Teillänge des magnetischen Kreises
A_γ = Querschnittsfläche im Bereich der l_γ
µ_γ = relative Permeabilität im Bereich l_γ.

Die Größen I_o* und I* in den Gleichungen (1), (2) und (3) geben nun den Anteil der Ströme I_o bzw. I an, welcher der magnetischen Spannung am Luftspalt des Magnetauslösers entspricht:

I_o*: = H_o · s_L.

H_o = magnetische Feldstärke im Luftspalt des Magnetkreises bei einer Luftspaltbreite s_L und einem Strom I_o. Die Magnetkraft K_M für eine Feldstärke H_o beim Strom I_o hält gerade der Fesselungskraft K_F des Magnetankers das Gleichgewicht.

I*: = H · s_L

H = magnetische Feldstärke bei einer Luftspaltbreite s_L und dem Strom I.

Die zunehmende magnetische Sättigung des Magnetauslösers bei wachsendem Strom I wird durch eine Kenngröße I_B berücksichtigt, mit einer funktionalen Zuordnung der magnetischen Spannung I* am Luftspalt zum Strom I durch die Definitionsglei­ chung:

In den Bestimmungsgleichungen (1), (2) und (3) ist die Win­ dungszahl der Magnetspule eliminiert, so daß als magnetische Spannung nicht die elektrische Durchflutung n·I, sondern der Spulenstrom I angenommen wird.

Das physikalische Modell zum Ansprechverhalten eines Magnet­ auslösers benötigt deshalb zu seiner Anwendung die Bestimmung der drei Kenngrößen

I_o*, I_B und AD.

Bei diesem Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenzen von Leistungsschaltern werden im ersten Verfahrensschritt diese drei Parameter an einem Leistungsschalter dadurch ge­ wonnen, daß für unterschiedlich hohe und lange Strompulse, beispielsweise aus einer Kondensatorbatterie, die Ansprech­ grenze des Magnetauslösers im Hauptschalter ermittelt wird. Durch mathematische Variation der magnetischen Spannung I_o und der Konstanten I_B wird ein Parametersatz I_o*, I_B und AD so bestimmt, daß für die an der Ansprechgrenze des Magnetauslö­ sers liegenden, unterschiedlichen Strompulse die Auslöseinte­ grale am besten übereinstimmen. Der arithmetische Mittelwert dieser Auslöseintegrale AI ist dann die gesuchte Auslösedis­ kriminante AD.

Im zweiten Verfahrensschritt wird für verschiedene Kurzschluß­ ströme I_K im zulässigen Kurzschlußstrombereich des Abzweig­ schalters 4 der zeitliche Verlauf seines Durchlaßstromes I_D ermittelt. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß zu­ nächst für eine Anzahl von Kurzschlußströmen I_K, beispielswei­ se beginnend bei 500 A, und dann jeweils für den doppelten Wert, also 1000 A, 2000 A, 4000 A, bis zur Schaltleistungs­ grenze der Durchlaßstromverlauf ermittelt und digital gespei­ chert wird. Zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze können Zwi­ schenwerte der Durchlaßströme I_D durch Interpolation ermit­ telt werden.

Für eine gegebene Schalterkombination aus einem Hauptschalter 2 und einem Abzweigschalter 4 wird im dritten Verfahrens­ schritt ermittelt, bei welchem Kurzschlußstrom der Durchlaß­ strom des Abzweigschalters 4 gerade so groß ist, daß der Aus­ löser des Hauptschalters 2 gerade noch nicht anspricht. Dieser Kurzschlußstrom I_K wird dann als Grenzstrom I_G bezeichnet und bildet die zu ermittelnde Selektivitätsgrenze dieser Schalter­ kombination.

Der dritte Verfahrensschritt kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß für steigende prospektive Kurzschlußströme I_K, be­ ginnend bei kleinen Werten für Durchlaßströme I_D, die durch Interpolation aus den gemessenen Durchlaßströmen I_D ermittelt werden, das Auslöseintegral AI bestimmt wird. Durch Vergleich dieser Auslöseintegrale AI mit der Auslösediskriminante AD wird geprüft, ob AI AD ist und deshalb der Auslöser des Hauptschalters bei diesem Stromverlauf anspricht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Selekti­ vitätsgrenze für eine Schalterkombination in einer Niederspan­ nungsverteilung ist auch anwendbar für eine Reihenschaltung deren Hauptschalter 2 einen unverzögerten Auslöser in der Aus­ führungsform eines elektronischen Auslösers enthält. Elektro­ nische Auslöser sprechen beispielsweise auf die Stromstärke an. Bei solchen Auslösern können zusätzlich spezielle Strom- Zeit-Bedingungen definiert sein, beispielsweise die Unterdrüc­ kung des Rush-Stromes in der ersten Halbwelle. Für diese Schalterkombination wird die Selektivitätsgrenze ebenfalls da­ durch ermittelt, daß die Durchlaßstromverläufe des Abzweig­ schalters 4 über den gesamten zulässigen Kurzschlußstrombe­ reich ermittelt und digital gespeichert werden. Anschließend werden Zwischenwerte prospektiver Kurzschlußströme I_K und zu­ gehöriger Durchlaßströme I_D des Abzweigschalters 4 durch In­ terpolation zwischen den gemessenen Verläufen des Durchlaß­ stromes I_D bestimmt, und dann wird geprüft, welcher dieser Durchlaßströme die Auslösebedingung des elektronischen Auslö­ sers des Hauptschalters 2 gerade noch nicht erfüllt. Die Se­ lektivitätsgrenze S ist dann gegeben durch den zugehörigen prospektiven Kurzschlußstrom I_K, der zu diesem gerade noch nicht auslösenden Durchlaßstrom I_D gehört.

Die Bewertung der Durchlaßströme I_D des Abzweigschalters 4, ob die Auslösebedingung des elektronischen Kurzschlußauslösers am Hauptschalter 2 erfüllt ist oder nicht erfüllt ist, erfolgt mit Hilfe eines digitalen Rechenverfahrens.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze für eine Schalterkombination in einer Niederspannungsverteilung mit wenigstens einer Reihenschaltung eines Hauptschalters und eines Abzweigschalters, die jeweils mit einem unverzögerten Auslöser versehen sind, von denen wenigstens der Auslöser des Hauptschalters ein Magnetauslöser ist, mit folgenden Merkmalen:

• a) Erfassen des Auslöseverhaltens eines als Hauptschalter (2) vorgesehenen Leistungsschalters durch Messung von Strompulsen unterschiedlicher Länge und Amplitude an der Ansprechgrenze seines Magnetauslösers und Bestimmung folgender Kenngrößen des Magnetauslösers
  • 1. eines Gleichgewichtsstromes (I_o*) am Luftspalt des Magnetauslösers, bei dem die Fesselungskraft (K_F) des Ankers gleich der Magnetkraft (K_M) ist,
  • 2. eines Sättigungsstromes (I_B), welcher die zunehmende magnetische Sättigung des Magnetkreises mit wachsender Durchflutung berücksichtigt sowie
  • 3. einer Auslösediskriminante (AD) als Kenngröße für die zur Auslösung des Hauptschalters (2) erforderliche Energie E,
• indem als Kenngrößen derjenige Gleichgewichtsstrom (I_o*) und derjenige Sättigungsstrom (I_B) ermittelt werden, für welche die Auslöseintegrale AI der gemessenen Strompulse die kleinste quadratische Abweichung vom arithmetischen Mittelwert aufweisen und dieser arithmetische Mittelwert als Auslösediskriminante (AD) des Magnetauslösers definiert wird,
• b) Erfassen des Durchlaßstromverhaltens eines als Abzweigschalter (4) vorgesehenen Leistungsschalters durch Messung von Durchlaßströmen (I_D) im zulässigen Kurzschlußstrombereich dieses Abzweigschalters (4),
• c) Bestimmung der Selektivitätsgrenze (S) dadurch, daß für jeden Kurzschlußstrom (I_K) mit dem entsprechenden Durchlaßstrom (I_D) des Abzweigschalters (4) das Auslöseintegral (AI) ermittelt wird und durch Vergleich mit der Auslösediskriminante (AD) des vorgeordneten Hauptschalters (2) der Grenzstrom (I_G) ermittelt wird, bei dem das Auslöseintegral (AI) kleiner ist als die Auslösediskriminante (AD).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ermittlung der Auslösediskriminante (AD) aus der Beziehung mit
m = Masse des Ankers
E = Energie zur Auslösung
I_o* = Gleichgewichtsstrom
K_F = Fesselungskraft des Ankers
I* = Momentanstrom
t_v = Verzögerungszeit
t_I = Stromende
t = Zeit.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Ermittlung der Auslösediskriminante (AD) und des Auslöseintegrals (AI) aus Strompulsen, welche die Beziehung erfüllen mit

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ermittlung des Auslöseintegrals (AI) aus der Beziehung mit der oberen Integrationszeit tt_I, bei welcher das Auslöseintegral (AI) ein Maximum annimmt.

5. Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze für eine Schalterkombination in einer Niederspannungsverteilung mit wenigstens einer Reihenschaltung eines Hauptschalters und eines Abzweigschalters, die jeweils mit einem unverzögerten Auslöser versehen sind, von denen der Auslöser des Hauptschalters ein elektronischer Auslöser ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Erfassen des Durchlaßstromverhaltens eines als Abzweig­ schalter (4) vorgesehenen Leistungsschalters durch Messung von Verläufen des Durchlaßstromes (I_D) im zulässigen Kurzschlußstrombereich,
• b) digitale Speicherung der Meßwerte des Durchlaßstromes (I_D),
• c) Bestimmung von Zwischenwerten prospektiver Kurzschlußströme und zugehöriger Durchlaßströme (I_D) des Abzweigschalters (4) durch Interpolation zwischen den gemessenen Verläufen des Durchlaßstromes (I_D),
• d) Prüfung, welcher dieser Durchlaßströme (I_D) die Auslösebedingung des elektronischen Auslösers des Hauptschalters (2) gerade noch nicht erfüllt,
• e) Festlegung der Selektivitätsgrenze (S) durch den zugehörigen prospektiven Kurzschlußstrom dieses gerade noch nicht auslösenden Durchlaßstromes (I_D).