DE4136532C2 - Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze einer Reihenschaltung von Leistungsschaltern - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze einer Reihenschaltung von LeistungsschalternInfo
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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 Ub
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
IG 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 IG
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
Ub in einem Diagramm. Im Diagramm der Fig. 3 ist der Verlauf
eines prospektiven Kurzschlußstromes IK und des entsprechenden
Durchlaßstromes ID 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 IG 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 Ub
des Lichtbogens an den Schaltkontakten des Abzweigschalters 4
in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen ist, soll zur Zeit
to der Kurzschluß gemäß Fig. 1 hinter dem Abzweigschalter 4
auftreten. Während einer Verzugszeit zwischen to 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 Ub
steigt an, bis zur Zeit t2 die Kontakte ihren maximalen Ab
stand und damit auch die Lichtbogenspannung Ub ihren Maximal
wert erreicht haben. Die Lichtbogenspannung Ub bleibt bis zum
Stromflußende tI 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 to ein Kurzschluß auftreten. Der von der Netzimpedanz
abhängige prospektive Kurzschlußstrom IK 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 Ub begrenzt die
Amplitude des Durchlaßstromes ID auf einen Wert von beispiels
weise 4000 A. Der vorgeordnete Hauptschalter 2 wird somit le
diglich mit diesem Durchlaßstrom ID belastet. Zur Zeit tI bei
spielsweise nach etwa 5 ms wird dieser Durchlaßstrom ID vom
Abzweigschalter 4 gelöscht.
Für eine Schalterkombination aus einem Leistungsschalter, bei
spielsweise für einen Nennstrom IN = 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
IN = 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 IK
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 IG ist einem Aus
löseintegral AI zugeordnet, das geringfügig kleiner ist als
die Auslösediskriminante AD, beispielsweise AI = 0,95·AD. Der
Grenzstrom IG ist somit die obere Grenze des prospektiven
Kurzschlußstromes IK, bei dem noch keine Auslösung erfolgt.
Eine Schalterauslösung erfolgt im Bereich des prospektiven
Kurzschlußstromes IK oberhalb des Grenzstromes IG.
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 ID für verschiedene Kurz
schlußströme IK 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 IG
des prospektiven Kurzschlußstromes bestimmt. Damit der Haupt
schalter 2 vom Kurzschlußstrom IK nicht ausgelöst wird, muß
der Abzweigschalter 4 den Kurzschlußstrom begrenzen auf einen
Durchlaßstrom ID, 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
KF = Fesselungskraft des Ankers
Io* = Gleichgewichtsstrom, bei dem die Magnetkraft KM gleich der Fesselungskraft KF 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
tv = Verzugszeit, in der die Magnetkraft KM noch nicht größer ist als die Fesselungskraft KF
tI = Stromflußende
t = Zeit
m = Ankermasse
E = Auslöseenergie
KF = Fesselungskraft des Ankers
Io* = Gleichgewichtsstrom, bei dem die Magnetkraft KM gleich der Fesselungskraft KF 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
tv = Verzugszeit, in der die Magnetkraft KM noch nicht größer ist als die Fesselungskraft KF
tI = 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 tv ist definiert durch die Glei
chung I* (t=tv) = Io*, während die obere Integrationsgrenze t
mit t tJ 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
IG 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
AIpot = Anteil an potentieller Energie
AIkin = Anteil an kinetischer Energie
x(t) = Ankerweg
xo = Anker-Luftspalt (xo = Luftspaltbreite SL)
AI = Auslöseintegral
AIpot = Anteil an potentieller Energie
AIkin = Anteil an kinetischer Energie
x(t) = Ankerweg
xo = Anker-Luftspalt (xo = Luftspaltbreite SL)
mit den gleichen Integrationsgrenzen tv 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 Umagn=n · I,
einen magnetischen Fluß
einen magnetischen Fluß
und
einen magnetischen Widerstand
einen magnetischen Widerstand
mit
n = Windungszahl der Magnetspule
I = elektrischer Strom in der Magnetspule
B = magnetische Induktion
A = Querschnittsfläche des magnetischen Kreises
lγ = γ-te Teillänge des magnetischen Kreises
Aγ = Querschnittsfläche im Bereich der lγ
µγ = relative Permeabilität im Bereich lγ.
n = Windungszahl der Magnetspule
I = elektrischer Strom in der Magnetspule
B = magnetische Induktion
A = Querschnittsfläche des magnetischen Kreises
lγ = γ-te Teillänge des magnetischen Kreises
Aγ = Querschnittsfläche im Bereich der lγ
µγ = relative Permeabilität im Bereich lγ.
Die Größen Io* und I* in den Gleichungen (1), (2) und (3) geben
nun den Anteil der Ströme Io bzw. I an, welcher der magnetischen
Spannung am Luftspalt des Magnetauslösers entspricht:
Io*: = Ho · sL.
Ho = magnetische Feldstärke im Luftspalt des Magnetkreises bei
einer Luftspaltbreite sL und einem Strom Io. Die Magnetkraft
KM für eine Feldstärke Ho beim Strom Io hält gerade der Fesselungskraft
KF des Magnetankers das Gleichgewicht.
I*: = H · sL
H = magnetische Feldstärke bei einer Luftspaltbreite sL und
dem Strom I.
Die zunehmende magnetische Sättigung des Magnetauslösers bei
wachsendem Strom I wird durch eine Kenngröße IB 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
Io*, IB 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 Io
und der Konstanten IB wird ein Parametersatz Io*, IB 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 IK im zulässigen Kurzschlußstrombereich des Abzweig
schalters 4 der zeitliche Verlauf seines Durchlaßstromes ID
ermittelt. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß zu
nächst für eine Anzahl von Kurzschlußströmen IK, 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 ID 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 IK wird dann als Grenzstrom IG bezeichnet und
bildet die zu ermittelnde Selektivitätsgrenze dieser Schalter
kombination.
Der dritte Verfahrensschritt kann beispielsweise so ausgeführt
werden, daß für steigende prospektive Kurzschlußströme IK, be
ginnend bei kleinen Werten für Durchlaßströme ID, die durch
Interpolation aus den gemessenen Durchlaßströmen ID 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 IK und zu
gehöriger Durchlaßströme ID des Abzweigschalters 4 durch In
terpolation zwischen den gemessenen Verläufen des Durchlaß
stromes ID 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 IK, der zu diesem gerade noch
nicht auslösenden Durchlaßstrom ID gehört.
Die Bewertung der Durchlaßströme ID 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 (Io*) am Luftspalt des Magnetauslösers, bei dem die Fesselungskraft (KF) des Ankers gleich der Magnetkraft (KM) ist,
- 2. eines Sättigungsstromes (IB), 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 (Io*) und derjenige Sättigungsstrom (IB) 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 (ID) im zulässigen Kurzschlußstrombereich dieses Abzweigschalters (4),
- c) Bestimmung der Selektivitätsgrenze (S) dadurch, daß für jeden Kurzschlußstrom (IK) mit dem entsprechenden Durchlaßstrom (ID) des Abzweigschalters (4) das Auslöseintegral (AI) ermittelt wird und durch Vergleich mit der Auslösediskriminante (AD) des vorgeordneten Hauptschalters (2) der Grenzstrom (IG) 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
Io* = Gleichgewichtsstrom
KF = Fesselungskraft des Ankers
I* = Momentanstrom
tv = Verzögerungszeit
tI = Stromende
t = Zeit.
m = Masse des Ankers
E = Energie zur Auslösung
Io* = Gleichgewichtsstrom
KF = Fesselungskraft des Ankers
I* = Momentanstrom
tv = Verzögerungszeit
tI = 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 ttI, 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 (ID) im zulässigen Kurzschlußstrombereich,
- b) digitale Speicherung der Meßwerte des Durchlaßstromes (ID),
- c) Bestimmung von Zwischenwerten prospektiver Kurzschlußströme und zugehöriger Durchlaßströme (ID) des Abzweigschalters (4) durch Interpolation zwischen den gemessenen Verläufen des Durchlaßstromes (ID),
- d) Prüfung, welcher dieser Durchlaßströme (ID) 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 (ID).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914136532 DE4136532C2 (de) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Verfahren zur Bestimmung der Selektivitätsgrenze einer Reihenschaltung von Leistungsschaltern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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