EP1869746A1 - Method and arrangement for increasing and guaranteeing the selectivity of a switch device in a group of switch devices and use of the arrangement for switching in power circuits - Google Patents

Method and arrangement for increasing and guaranteeing the selectivity of a switch device in a group of switch devices and use of the arrangement for switching in power circuits

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Publication number
EP1869746A1
EP1869746A1 EP06743289A EP06743289A EP1869746A1 EP 1869746 A1 EP1869746 A1 EP 1869746A1 EP 06743289 A EP06743289 A EP 06743289A EP 06743289 A EP06743289 A EP 06743289A EP 1869746 A1 EP1869746 A1 EP 1869746A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
selectivity
upstream
impedance
downstream
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06743289A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerd Griepentrog
Reinhard Maier
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1869746A1 publication Critical patent/EP1869746A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/30—Staggered disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40—Emergency 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 ratio of voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices.
  • the invention relates to an arrangement for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices connected in series, as well as to the use of the arrangement when switching in circuits.
  • Especially power switching devices are mainly used for short-circuit protection. In addition, however, this also makes it possible to protect against overload, fault current and / or undervoltage.
  • a selective mode of operation must be provided. Selectivity means that only those protection organs that are closest to the fault, respond in no time, so that no unauthorized shutdowns, z. B. of upstream switching devices, done. In particular, this should not affect more consumers than inevitably from a disorder.
  • a "back up" protective device / property is advantageous, meaning that the breaking capacity of the downstream circuit breaker may be smaller than the short-circuit current at the installation point, which is described in detail in the specialist literature [eg 1: "Switching, contactors 'Distribution in low-voltage networks'; Berlin, Kunststoff; Siemens-Aktienteil 1990, esp. Pages 162 - 169]. Furthermore, in case of failure of the downstream switch, the upstream switch assumes the protective function. But this happens at higher current.
  • the selectivity of switching devices in a group of switching devices has hitherto been determined either by current / time Staggering or caused by a communication between the switching devices.
  • the tripping characteristics are coordinated so that the downstream switch triggers faster and with lower current.
  • the season is z. B. 70 ms and is thus in no case such that a current limit can be effected by triggering the upstream switch and on the contrary a very large load on the resources occurs.
  • the disadvantage here, however, the high and therefore costly cabling.
  • the back-up protection has so far been effected exclusively by the tripping characteristics and is thus also subject to the disadvantages of a power / time backup, [s. 1]
  • the object of the invention is therefore to propose another method for increasing and ensuring the selectivity and to provide an associated arrangement. Likewise, improved switching options should be specified.
  • the invention relates to a novel process for
  • the basis of the invention is the analysis of the impedance on the outgoing side of the upstream switch in the case of a short circuit. Circuit.
  • This impedance is on the one hand by the elements of the circuit - such as busbars, lines u. like. - educated.
  • a downstream switch also influences the level of the short-circuit current as a result of its internal resistance-such as the resistance of the contact grounds, any bimetallic or magnetic release present, and in particular due to the arc generated in it during the short-circuit shutdown.
  • a preferred feature of the invention is that the upstream switch initially opens instantaneously in the event of a short circuit and at the same time detects the impedance on the outgoing side. If the downstream switch also opens, an arc is generated in the downstream switch, which results in a significant increase in the impedance in the short-circuit mesh. By detecting the presence of an arc, the upstream switch thus detects that the downstream switch has triggered. In this case, the upstream switch can interrupt the opening process of the contacts and close the contacts again.
  • the upstream switch only makes a contact opening when the downstream impedance is below a threshold value to be set.
  • the upstream switch can assume that the short circuit is to be turned off by him. If the impedance of the short circuit exceeds the threshold value, the upstream switching device initially assumes that the short circuit is switched off by a downstream switching device.
  • the impedance of the short-circuit circuit is still observed with the arrangement according to the invention.
  • this can be detected in the upstream switch, if the downstream switch an increasing, current-limiting
  • the upstream switch recognizes with both methods from the analysis of the arc, whether the downstream switch has an opening behavior following a desired course.
  • the upstream switch can thereby also determine the type of the downstream switch and diagnostic information regarding the switching capacity of the downstream switch.
  • both selectivity and back-up protection can be effected:
  • the upstream switch By determining the proper opening of the Downstream switch, the upstream switch by blocking the trigger - as in the selectivity by communication between the switching devices - the selectivity effect.
  • a failure ie non-opening of the downstream switch can be detected.
  • the prospective short-circuit current By determining the existing after the upstream switch circuit impedance, which is determined from impedances of lines / busbar and arc impedance, the prospective short-circuit current can be determined and thus an extremely effective "back up" protection can be effected Switching the upstream switch can achieve a current limit.
  • two switching devices 10 and 20 are connected in series in a circuit 1 with a feed source, the first switch 10 a "upstream” switch with switching device 11 and the second switch 20 form a "downstream” switch.
  • the upstream switch 10 contains in addition to the usual, not shown in the figure facilities such.
  • As trigger even measuring devices 12 and 13 for measuring the current i M and the voltage u M against MP / N or other phases and a sufficiently powerful ⁇ P / signal processor 15.
  • the processor 15 detects i M and u M.
  • the respective complex impedances of the busbars or the lines in the circuit are given by R L and L L , whereby an equivalent circuit diagram can be defined.
  • R (n + 1) R (n) + ⁇ R B. (2)
  • the determination of the current gradient di m / dt is preferably carried out by magnetic voltmeter or Rogowski converter, at the output of which one of the current gradient proportional voltage is applied.
  • the value of the current can be made from this by known integration methods.
  • the upstream switch 10 opens in the event of a short circuit initially undelayed. At the same time, the resistance R B and the arc voltage Uo are detected at the point of departure.
  • the downstream switch 20 When the downstream switch 20 is opened, the arc generated in the downstream switch 20 is detected in the upstream switch 20.
  • the arc shows a significant increase in the arc voltage, which results in an increase in the impedance in the short-circuit mesh.
  • the upstream switch 10 only makes a contact opening when the output-side impedance is below a threshold value to be set.
  • the upstream switch 10 closes again. Namely, from the analysis of the arc, it can be recognized whether the downstream switch 20 has an opening behavior following a desired course. Possibly. The upstream switch 10 can thereby also determine the type of the downstream switch 20 and provide diagnostic information regarding the switching capacity of the downstream switch 20. In practice, it is possible for data for R L and L L to be transferred from the computer-assisted planning method to the microprocessor ( ⁇ P) 15.
  • ⁇ P microprocessor
  • the upstream switch can be switched on Blocking the trigger - as with the selectivity through communication between the switching devices - already realize the selectivity, in the same way a failure, ie non-opening of the downstream switch, is detected.
  • the prospective short-circuit current can also be determined and thus an extremely effective "back up" protection can be effected upstream switch achieve a current limit.

Abstract

The invention relates to a method for increasing and guaranteeing the selectivity of a switch device in a group of switch devices, whereby the switch device group is provided with at least two power circuits with a first previous switch and at least one second subsequent switch, whereby the following steps are carried out: the impedance of the power circuit containing the subsequent switch is determined and analysed, elements of the power circuit provided the power circuit of the previous switch are used for impedance determination, such as busbars, lines or similar and the selectivity improved by means of the impedance analysis. A microprocessor (15) is used for selectivity determination in the corresponding arrangement for determination of the selectivity of a switch device in a group of serially arranged switch devices (10, 20), whereby at least one previous switch (10) and at least one subsequent switch (20) are provided in the switch group, whereby said microprocessor (15) is arranged in the previous switch (20).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität eines Schaltgerätes in einer Gruppe von Schalt- geraten sowie Verwendung der Anordnung beim Schalten in StromkreisenMethod and arrangement for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices and use of the device when switching in circuits
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität eines Schaltgerätes in einer Gruppe von Schaltgeräten. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität eines Schaltgerätes in einer Gruppe von hintereinander geschalteten Schaltgeräten sowie auf die Verwendung der Anordnung beim Schalten in Stromkreisen.The invention relates to a method for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices. In addition, the invention relates to an arrangement for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices connected in series, as well as to the use of the arrangement when switching in circuits.
Speziell Leistungsschaltgeräte dienen vor allem dem Kurzschlussschutz. Zusätzlich ist damit aber auch ein Schutz vor Überlast, Fehlerstrom und/oder Unterspannung möglich. Im Zusammenwirken aller Schaltgeräte einer Anlage muss eine selek- tive Arbeitweise gegeben sein. Selektivität bedeutet, dass nur diejenigen Schutzorgane, die dem Fehler am nächsten liegen, in kürzester Zeit ansprechen, so dass keine unzulässigen Abschaltungen, z. B. von vorgeordneten Schaltgeräten, erfolgen. Insbesondere sollen damit nicht mehr Verbraucher als un- vermeidbar von einer Störung betroffen werden.Especially power switching devices are mainly used for short-circuit protection. In addition, however, this also makes it possible to protect against overload, fault current and / or undervoltage. In the interaction of all switching devices of a system, a selective mode of operation must be provided. Selectivity means that only those protection organs that are closest to the fault, respond in no time, so that no unauthorized shutdowns, z. B. of upstream switching devices, done. In particular, this should not affect more consumers than inevitably from a disorder.
Daneben ist eine „Back up"-Schutzeinrichtung-/eigenschaft vorteilhaft. Damit darf das Ausschaltvermögen des nachgeord- neten Leistungsschalters kleiner sein als der Kurzschluss- ström an der Einbaustelle, was in de Fachliteratur im Einzelnen beschrieben ist [z.B. 1: „Schalten, Schützen, Verteilen in Niederspannungsnetzen"; Berlin, München; Siemens-Aktien- ges.1990, insb. Seiten 162 - 169] . Weiterhin übernimmt bei Versagen des nachgeordneten Schalters der vorgeordnete Schal- ter die Schutzfunktion. Dies erfolgt aber bei höherem Strom.In addition, a "back up" protective device / property is advantageous, meaning that the breaking capacity of the downstream circuit breaker may be smaller than the short-circuit current at the installation point, which is described in detail in the specialist literature [eg 1: "Switching, contactors 'Distribution in low-voltage networks'; Berlin, Munich; Siemens-Aktiengesetz 1990, esp. Pages 162 - 169]. Furthermore, in case of failure of the downstream switch, the upstream switch assumes the protective function. But this happens at higher current.
Die Selektivität von Schaltgeräten in einer Gruppe von Schaltgeräten wird bisher entweder durch Strom-/Zeit- Staffelung oder durch eine Kommunikation zwischen den Schaltgeräten bewirkt. Bei der Strom-/Zeitstaffeiung sind die Auslösekennlinien so aufeinander abgestimmt, dass der nachgeord- nete Schalter schneller und bei kleinerem Strom auslöst. Die Staffelzeit ist z. B. 70 ms und ist damit auf keinen Fall so, dass eine Strombegrenzung durch eine Auslösung des vorgeordneten Schalters bewirkt werden kann und im Gegenteil eine sehr große Belastung der Betriebsmittel auftritt. Dies stellt einen großen Nachteil der Strom-/Zeitstaffeiung dar. Durch den Einsatz einer Kommunikation zwischen den Schaltgeräten lässt sich eine Staffelung vermeiden. Nachteilig ist hier jedoch der hohe und damit kostenintensive Verkabelungsaufwand. Der Back up-Schutz wird bisher ausschließlich durch die Auslösekennlinien bewirkt und unterliegt damit auch den Nachtei- len einer Strom-/Zeitstaffeiung, [s. 1]The selectivity of switching devices in a group of switching devices has hitherto been determined either by current / time Staggering or caused by a communication between the switching devices. In the case of the current / time backup, the tripping characteristics are coordinated so that the downstream switch triggers faster and with lower current. The season is z. B. 70 ms and is thus in no case such that a current limit can be effected by triggering the upstream switch and on the contrary a very large load on the resources occurs. This represents a major disadvantage of the power / Zeitstaffeiung. Through the use of communication between the switching devices can be a staggering avoid. The disadvantage here, however, the high and therefore costly cabling. The back-up protection has so far been effected exclusively by the tripping characteristics and is thus also subject to the disadvantages of a power / time backup, [s. 1]
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein anderes Verfahren zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität vorzuschlagen und eine zugehörige Anordnung zu schaffen. Gleichermaßen sol- len damit verbesserte Schaltmöglichkeiten angegeben werden.The object of the invention is therefore to propose another method for increasing and ensuring the selectivity and to provide an associated arrangement. Likewise, improved switching options should be specified.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Ein zugehörige Anordnung ist Gegenstand des Patentanspruches 7. Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweils zugehörigen Unteransprüchen und insbesondere in den Verwendungsansprüchen, welche die Betriebsweise der Anordnung beim Schalten in Stromkreisen beinhalten, beinhalten.The object is achieved according to the invention with the measures of claim 1. An associated arrangement is the subject of claim 7. Further developments of the invention are in the respective dependent claims and in particular in the use claims, which include the operation of the arrangement when switching in circuits include.
Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges Verfahren zurThe invention relates to a novel process for
Verbesserung und Gewährleistung der Selektivität von Schaltgeräten, das aufgrund einer Impedanzanalyse gleichermaßen die Möglichkeit eines verbesserten „Back up"-Schutzes bietet. Die Erfindung ist insbesondere bei Anlagen mit Leistungsschalt- geraten einsetzbar.Improvement and guarantee of the selectivity of switchgear, which offers the possibility of an improved "back up" protection due to an impedance analysis.The invention can be used in particular in systems with power switchgear.
Grundlage der Erfindung ist die Analyse der Impedanz auf der Abgangsseite des vorgeordneten Schalters im Falle eines Kurz- Schlusses. Diese Impedanz wird einerseits durch die Elemente des Stromkreises - wie Sammelschienen, Leitungen u. dgl . - gebildet. Andererseits beeinflusst aber auch ein nachgeordne- ter Schalter die Höhe des Kurzschlussstromes infolge seines Innenwiderstandes - wie beispielsweise der Widerstand der Kontakt-Engestelle, eines etwaig vorhandenen Bimetall- oder Magnetauslösers - als auch insbesondere durch den in ihm erzeugten Lichtbogen während der Kurzschlussabschaltung.The basis of the invention is the analysis of the impedance on the outgoing side of the upstream switch in the case of a short circuit. Circuit. This impedance is on the one hand by the elements of the circuit - such as busbars, lines u. like. - educated. On the other hand, however, a downstream switch also influences the level of the short-circuit current as a result of its internal resistance-such as the resistance of the contact grounds, any bimetallic or magnetic release present, and in particular due to the arc generated in it during the short-circuit shutdown.
Eine bevorzugte Ausprägung der Erfindung besteht darin, dass der vorgeordnete Schalter im Falle eines Kurzschlusses zunächst unverzögert öffnet und gleichzeitig die Impedanz auf der Abgangsseite detektiert. Öffnet der nachgeordnete Schalter ebenfalls, wird hierbei im nachgeordneten Schalter ein Lichtbogen erzeugt, was ein signifikantes Ansteigen der Impedanz in der Kurzschlussmasche zur Folge hat. Durch die Detek- tion des Vorhandenseins eines Lichtbogens erkennt der vorgeordnete Schalter also, dass der nachgeordnete Schalter ausgelöst hat. In diesem Fall kann der vorgeordnete Schalter den ÖffnungsVorgang der Kontakte unterbrechen und die Kontakte wieder schließen.A preferred feature of the invention is that the upstream switch initially opens instantaneously in the event of a short circuit and at the same time detects the impedance on the outgoing side. If the downstream switch also opens, an arc is generated in the downstream switch, which results in a significant increase in the impedance in the short-circuit mesh. By detecting the presence of an arc, the upstream switch thus detects that the downstream switch has triggered. In this case, the upstream switch can interrupt the opening process of the contacts and close the contacts again.
Eine andere Ausprägung der Erfindung besteht darin, dass der vorgeordnete Schalter eine Kontaktöffnung erst dann vornimmt, wenn die abgangsseitige Impedanz unter einem einzustellenden Schwellwert liegt. In diesem Fall kann der vorgeordnete Schalter davon ausgehen, dass der Kurzschluss von ihm auszuschalten ist. Liegt die Impedanz des Kurzschlussstromkreises über dem Schwellwert, dann geht das vorgeordnete Schaltgerät zunächst davon aus, dass der Kurzschluss von einem nachgeordneten Schaltgerät ausgeschaltet wird. Dem liegt die generelle Annahme zugrunde, dass die prospektiven Ströme bei Kurzschlüssen zwischen dem vorgeordneten Schalter und einem oder mehreren nachgeordneten Schaltern prinzipiell höher sind als bei Kurzschlüssen, die „hinter" dem nachgeordneten Schalter auftreten. Diese Annahme wird allein schon dadurch bestätigt, dass der nachgeordnete Schalter mit seinen Strombahnen, seinem Kontakt-Engewiderstand und den Widerständen von Bimetal- len und Magnetauslösern einen signifikanten Beitrag zur Impedanz der Kurzschlussmasche gegenüber der ansonsten ohne ihn vorhandenen Innenimpedanz des Netzes darstellt.Another embodiment of the invention is that the upstream switch only makes a contact opening when the downstream impedance is below a threshold value to be set. In this case, the upstream switch can assume that the short circuit is to be turned off by him. If the impedance of the short circuit exceeds the threshold value, the upstream switching device initially assumes that the short circuit is switched off by a downstream switching device. This is based on the general assumption that the prospective currents are, in principle, higher in the case of short circuits between the upstream switch and one or more downstream switches than for short circuits occurring "behind" the downstream switch Switch with its current paths, its contact resistance and the resistances of bimetal len and magnetic triggers a significant contribution to the impedance of the short circuit mesh over the otherwise existing without him internal impedance of the network.
Wird hinsichtlich des vorgeordneten Schalters zunächst entschieden, den Stromkreis nicht zu unterbrechen, wird dennoch mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Impedanz des Kurzschlussstromkreises weiter beobachtet. Insbesondere kann hierdurch im vorgeordneten Schalter erkannt werden, ob der nachgeordnete Schalter eine zunehmende, strombegrenzendeIf, with regard to the upstream switch, it is initially decided not to interrupt the circuit, the impedance of the short-circuit circuit is still observed with the arrangement according to the invention. In particular, this can be detected in the upstream switch, if the downstream switch an increasing, current-limiting
Lichtbogenspannung erzeugt und damit insgesamt eine strombegrenzende Wirkung aufweist. Sollte innerhalb einer zu definierenden Zeit keine signifikante Lichtbogenspannung des nachgeordneten Schalters erkennbar sein, so öffnet der vorge- ordnete Schalter, um den Kurzschluss dennoch zu unterbrechen. Dieses Verfahren dient dem „Back up"-Schutz.Arc voltage generated and thus has a total of a current-limiting effect. If no significant arc voltage of the downstream switch is detectable within a time to be defined, the upstream switch opens in order to nevertheless interrupt the short circuit. This procedure is used for "back up" protection.
Des Weiteren erkennt der vorgeordnete Schalter mit beiden Verfahren aus der Analyse des Lichtbogens, ob der nachgeord- nete Schalter ein einem Sollverlauf folgendes Öffnungsverhalten aufweist. Gegebenenfalls kann der vorgeordnete Schalter hierdurch auch den Typ des nachgeordneten Schalters sowie Diagnose-Informationen bezüglich des Schaltvermögens des nachgeordneten Schalters ermitteln.Furthermore, the upstream switch recognizes with both methods from the analysis of the arc, whether the downstream switch has an opening behavior following a desired course. Optionally, the upstream switch can thereby also determine the type of the downstream switch and diagnostic information regarding the switching capacity of the downstream switch.
Wesentlich für die Funktionsweise des Verfahrens ist in jedem Fall die Kenntnis der Impedanzen von Leitungen/Stromschienen der Verteilung. Durch den Einsatz DV-gestützter Projektierungsverfahren stehen diese Daten heute vorteilhafterweise bereits in digitaler Form zur Verfügung oder können sehr leicht ermittelt werden. Die relevanten Daten müssen den Auslösern der Schaltgeräte - ggf. in aufbereiteter Form - während der Inbetriebnahme der Anlage oder bei Änderungen an der Anlage übermittelt werden.Essential for the functioning of the method is in any case the knowledge of the impedances of lines / busbars of the distribution. Thanks to the use of computer-aided planning methods, these data are now advantageously already available in digital form or can be determined very easily. The relevant data must be transmitted to the triggers of the switchgear - possibly in processed form - during commissioning of the system or in the event of changes to the system.
Wie bereits erwähnt, kann mit der Erfindung vorteilhafterweise gleichermaßen Selektivität und Back up-Schutz bewirkt werden: Durch die Feststellung des ordnungsgemäßen Öffnens des nachgeordneten Schalters kann der vorgeordnete Schalter durch ein Blockieren des Auslösers - wie bei der Selektivität durch Kommunikation zwischen den Schaltgeräten - die Selektivität bewirken. Ebenso kann ein Versagen d. h. Nicht-Öffnen des nachgeordneten Schalters detektiert werden. Durch Feststellung der nach dem vorgeordneten Schalter vorhandenen Stromkreisimpedanz, die aus Impedanzen von Leitungen/Stromschiene und Lichtbogenimpedanz ermittelt wird, kann der prospektive Kurzschlussstrom ermittelt und somit ein äußerst wirksamer „Back up"-Schutz bewirkt werden. Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich damit auch beim Schalten des vorgeordneten Schalters eine Strombegrenzung erzielen lässt.As already mentioned, with the invention advantageously both selectivity and back-up protection can be effected: By determining the proper opening of the Downstream switch, the upstream switch by blocking the trigger - as in the selectivity by communication between the switching devices - the selectivity effect. Likewise, a failure ie non-opening of the downstream switch can be detected. By determining the existing after the upstream switch circuit impedance, which is determined from impedances of lines / busbar and arc impedance, the prospective short-circuit current can be determined and thus an extremely effective "back up" protection can be effected Switching the upstream switch can achieve a current limit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Die einzige Figur zeigt ein zugehöriges Blockschaltbild.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing in conjunction with the claims. The single figure shows an associated block diagram.
In der Figur sind in einem Stromkreis 1 mit Einspeisequelle zwei Schaltgeräte 10 und 20 hintereinander geschaltet, wobei der erste Schalter 10 einen „vorgeordneten" Schalter mit Schalteinrichtung 11 und der zweite Schalter 20 einen „nachgeordneten" Schalter bilden. Der vorgeordnete Schalter 10 enthält neben den üblichen, in der Figur nicht dargestellter Einrichtungen, wie z. B. Auslöser, noch Messeinrichtungen 12 und 13 zur Messung des Stromes iM und der Spannung uM gegen MP/N bzw. anderen Phasen sowie einen ausreichend leistungsfähigen μP/Signalprozessor 15. Der Prozessor 15 erfasst iM und uM. Die jeweiligen komplexen Impedanzen der Stromschienen bzw. der Leitungen im Stromkreis sind durch RL und LL gegeben, womit ein Ersatzschaltbild definierbar ist.In the figure, two switching devices 10 and 20 are connected in series in a circuit 1 with a feed source, the first switch 10 a "upstream" switch with switching device 11 and the second switch 20 form a "downstream" switch. The upstream switch 10 contains in addition to the usual, not shown in the figure facilities such. As trigger, even measuring devices 12 and 13 for measuring the current i M and the voltage u M against MP / N or other phases and a sufficiently powerful μP / signal processor 15. The processor 15 detects i M and u M. The respective complex impedances of the busbars or the lines in the circuit are given by R L and L L , whereby an equivalent circuit diagram can be defined.
Bei Bedarf lassen sich aber auch komplexere Ersatzschaltbil- der mit Berücksichtigung einer Leitungskapazität, ideale Leitungen o. ä. einsetzen. Der Lichtbogen des nachgeordneten Schalters 20 wird durch einen veränderlichen Widerstand RB beschrieben. Die Maschengleichung ergibt sich bei Anwendung auf die vorstehend erläuterte Figur zu:If required, more complex equivalent circuit diagrams with consideration of a line capacitance, ideal lines or the like can be used. The arc of the downstream switch 20 is described by a variable resistor R B. The mesh equation results when applied to the above-explained figure:
uM = LL -^- + R iM mitR = RL + RB ( 1 ) dtu M = L L - ^ - + R i M where R = R L + R B (1) dt
In Anlehnung an bekannte Verfahren des digitalen Distanzschutzes [s.2: H.Clemens, K. Rothe „Schutztechnik in Elektroenergiesystemen"; vde-verlag gmbH, Berlin - Offenbach 1991, insb. Seiten 350 - 358] werden iM und uM zu mehreren, z. B. drei, Zeitpunkten gemessen und wird das Gleichungssystem nach R und UB aufgelöst. Allerdings funktionieren die klassischen Verfahren des Distanzschutzes in diesem Fall nicht, da der Lichtbogenwiderstand RB ein zeitvarianter Parameter ist und nicht, wie bei der Anwendung von Distanzschutzverfahren sonst üblich, zeitlich konstant ist. Alternativ kann folgendes Verfahren angewandt werden: Es wird angenommen, dass äquidistant aufeinander folgende Lichtbogenwiderstände einer arithmetischen Reihe gehorchen, also RB(n+l) = RB(n) + ΔRB und damit gilt:Based on known methods of digital distance protection [s.2: H. Clemens, K. Rothe "Protection in electrical energy systems", vde-verlag gmbH, Berlin - Offenbach 1991, especially pages 350-358] i M and u M to is measured in several, eg three, times and the system of equations is resolved to R and U B. However, the classical methods of distance protection do not work in this case, since the arc resistance R B is a time-variant parameter and not, as in the application of Alternatively, the following method can be used: It is assumed that equidistantly successive arc resistors obey an arithmetic series, ie R B (n + 1) = R B (n) + ΔR B and thus:
R(n+1) = R(n) + ΔRB . (2)R (n + 1) = R (n) + ΔR B. (2)
Durch Auflösung der entsprechenden Differenzengleichungen ist es mit dieser Annahme bei vier Abtastungen möglich, die nunmehr vier Unbekannten UB, LL, ΔRB und R(O) zu bestimmen.By resolution of the corresponding difference equations it is possible with this assumption in four samples to determine the four unknowns U B , L L , Δ R B and R (O).
Die Bestimmung der Stromsteilheit dim/dt erfolgt vorzugsweise durch magnetische Spannungsmesser oder Rogowski-Wandler, an deren Ausgang ein der Stromsteilheit proportional Spannung ansteht. Der Wert des Stromes kann hieraus durch an sich bekannte Integrationsverfahren vorgenommen werden.The determination of the current gradient di m / dt is preferably carried out by magnetic voltmeter or Rogowski converter, at the output of which one of the current gradient proportional voltage is applied. The value of the current can be made from this by known integration methods.
Eine Ausweitung des Verfahrens auf Mehrphasensysteme ist im Rahmen der Erfindung ohne weiteres durchführbar. Beim Schalten in einem Stromkreis 1 mit wenigstens zwei Schaltern 10 und 20, wobei der erste Schalter 10 den vorgeordneten Schalter und der zweite Schalter 20 den nachgeordne- ten Schalter darstellt, und an der Stelle 5 ein Kurschluss auftritt, wird folgendermaßen vorgegangen:An expansion of the method to multiphase systems is within the scope of the invention readily feasible. When switching in a circuit 1 having at least two switches 10 and 20, the first switch 10 representing the upstream switch and the second switch 20 representing the downstream switch, and a short circuit occurring at the point 5, the following procedure is adopted:
Der vorgeordnete Schalter 10 öffnet im Falle des Kurzschlusses zunächst unverzögert. Gleichzeitig wird der Widerstand RB und die Bogenspannung Uo auf der Abgangsstelle detektiert.The upstream switch 10 opens in the event of a short circuit initially undelayed. At the same time, the resistance R B and the arc voltage Uo are detected at the point of departure.
Beim Öffnen des nachgeordneten Schalters 20 wird der im nach- geordneten Schalter 20 erzeugte Lichtbogen im vorgeordneten Schalter 20 erkannt. Der Lichtbogen zeigt ein signifikantes Ansteigen der Lichtbogenspannung, was ein Ansteigen der Impe- danz in der Kurzschlussmasche zur Folge hat.When the downstream switch 20 is opened, the arc generated in the downstream switch 20 is detected in the upstream switch 20. The arc shows a significant increase in the arc voltage, which results in an increase in the impedance in the short-circuit mesh.
Alternativ nimmt der vorgeordnete Schalter 10 eine Kontaktöffnung erst dann vor, wenn die abgangsseitige Impedanz unter einem einzustellenden Schwellwert liegt.Alternatively, the upstream switch 10 only makes a contact opening when the output-side impedance is below a threshold value to be set.
Mit der oben erläuterten Anordnung ist neben der selektiven Schaltung der Schaltgeräte in Stromkreisen mit einer Gruppe von Schaltgeräten gleichermaßen ein „Back up"-Schutz möglich. Dabei erfolgt der „Back up"-Schutz durch Erfassung des pro- spektiven Kurzschlussstromes, wobei dann ggf. der vorgeordnete Schalter mit auslöst.With the arrangement explained above, in addition to the selective switching of the switching devices in circuits with a group of switching devices, "back up" protection is likewise possible, whereby the "back up" protection takes place by detecting the prospective short-circuit current, in which case the upstream switch triggers.
Durch Impedanzberechnung mit abgewandeltem Distanzschutzalgorithmus ist weiterhin eine Bestimmung von RB möglich.By impedance calculation with modified distance protection algorithm, a determination of R B is still possible.
Es kann vorgesehen sein, dass bei entsprechender Impedanzüberschreitung der vorgeordnete Schalter 10 wieder schließt. Aus der Analyse des Lichtbogens kann nämlich erkannt werden, ob der nachgeordnete Schalter 20 ein einem Sollverlauf fol- gendes Öffnungsverhalten aufweist. Ggf. kann der vorgeordnete Schalter 10 hierdurch auch den Typ des nachgeordneten Schalters 20 ermitteln sowie Diagnose-Informationen bzgl. des Schaltvermögens des nachgeordneten Schalters 20 geben. Für die Praxis ist es möglich, dass aus dem DV-gestütztem Projektierungsverfahren Daten für RL und LL in den Mikroprozessor (μP) 15 übertragen werden.It can be provided that, when the impedance is exceeded, the upstream switch 10 closes again. Namely, from the analysis of the arc, it can be recognized whether the downstream switch 20 has an opening behavior following a desired course. Possibly. The upstream switch 10 can thereby also determine the type of the downstream switch 20 and provide diagnostic information regarding the switching capacity of the downstream switch 20. In practice, it is possible for data for R L and L L to be transferred from the computer-assisted planning method to the microprocessor (μP) 15.
Insgesamt ist nochmals folgender technische Fortschritt herauszustellen: Mit der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise wird gleichermaßen die Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität der Schalter und ein „Back up"-Schutz bewirkt: Durch die Feststellung des ordnungsgemäßen Öffnens des nach- geordneten Schalters kann der vorgeordnete Schalter durch ein Blockieren des Auslösers - wie bei der Selektivität durch Kommunikation zwischen den Schaltgeräten - bereits die Selektivität realisieren. Dabei wird gleichermaßen ein Versagen d. h. Nicht-Öffnen des nachgeordneten Schalters, detektiert.All in all, the following technical progress has to be emphasized: With the procedure described above, the increase and guarantee of the selectivity of the switches and a "back-up" protection are equally effected: By ascertaining the proper opening of the secondary switch, the upstream switch can be switched on Blocking the trigger - as with the selectivity through communication between the switching devices - already realize the selectivity, in the same way a failure, ie non-opening of the downstream switch, is detected.
Durch Feststellung der nach dem vorgeordneten Schalter vorhandenen Stromkreisimpedanz, die aus Impedanzen von Leitungen/Stromschiene und Lichtbogenimpedanz ermittelt wird, kann auch der prospektive Kurzschlussstrom ermittelt werden und somit ein äußerst wirksamer „Back up"-Schutz bewirkt werden. Damit lässt sich auch beim Schalten des vorgeordneten Schalters eine Strombegrenzung erzielen. By determining the circuit impedance present after the upstream switch, which is determined from impedances of lines / busbar and arc impedance, the prospective short-circuit current can also be determined and thus an extremely effective "back up" protection can be effected upstream switch achieve a current limit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität eines Schaltgerätes in einer Gruppe von Schaltgeräten, wobei der Schaltgerätegruppe wenigstens zwei Stromkreise mit einem ersten, vorgeordneten Schalter und wenigstens einem zweiten, nachgeordneten Schalter zugeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: - Es wird die Impedanz des Stromkreises, der den nachgeordneten Schalter enthält, bestimmt und analysiert,A method for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices, wherein the switching device group at least two circuits are associated with a first, upstream switch and at least a second, downstream switch, characterized by the following measures: - It is the impedance of Circuit containing the downstream switch, determined and analyzed,
- zur Impedanzbestimmung werden die im Stromkreis des vorgeordneten Schalters vorhandenen Elemente des Stromkreises, wie Sammelschienen, Leitungen o. dgl . , berücksichtigt, - durch die Impedanzanalyse wird die Selektivität verbessert.- To determine the impedance existing in the circuit of the upstream switch elements of the circuit, such as busbars, lines o. The like. , taken into account, - the impedance analysis improves the selectivity.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schalter der Innenwiderstand und der im zweiten Schalter erzeugte Lichtbogen während der Kurzschlussabschal- tung detektiert und analysiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that in the second switch, the internal resistance and the arc generated in the second switch are detected and analyzed during the Kurzschlussabschal-.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Analyse des Lichtbogens festgestellt wird, ob der nachgeordnete Schalter ein einem Sollverlauf folgendes Öff- nungsverhalten aufweist.3. The method according to claim 2, characterized in that it is determined from the analysis of the arc, whether the downstream switch has an opening behavior following a target course opening.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeordnete Schalter den Typ des nachgeordneten Schalters sowie Diagnose-Informationen bzgl. des Schaltvermögens des nachgeordneten Schalters ermittelt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the upstream switch determines the type of the downstream switch and diagnostic information with respect. The switching capacity of the downstream switch.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Selektivitätsbestimmung Daten für RL und LL aus einem DV- gestütztem Projektierungsverfahren in einen Mikroprozessor (15) übertragen werden. 5. The method according to claim 4, characterized in that for selectivity data for R L and L L are transmitted from a computer-aided design process in a microprocessor (15).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Selektivitätsbestimmung gleichermaßen ein „Back up"-Schutz erfolgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in addition to the selectivity determination equally a "back up" protection takes place.
7. Anordnung zur Erhöhung und Gewährleistung der Selektivität eines Schaltgerätes in einer Gruppe von hintereinander geschalteten Schaltgeräten, wobei in der Schaltgerätegruppe wenigstens ein vorgeordneten Schalter und wenigstens ein nach- geordneten Schalter vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Selektivitätsbestimmung ein Mikroprozessor (15) verwendet wird, wobei der Mikroprozessor (15) im vorgeordneten Schalter (10) angeordnet ist.7. Arrangement for increasing and ensuring the selectivity of a switching device in a group of switching devices connected in series, wherein in the switching device group at least one upstream switch and at least one downstream switch are present, characterized in that for the determination of selectivity, a microprocessor (15) is used , wherein the microprocessor (15) in the upstream switch (10) is arranged.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (15) Mittel zur Schwellwertbestimmung enthält.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the microprocessor (15) includes means for threshold determination.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Schwellwertbestimmung durch geeignete Software realisiert sind.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the means for threshold value determination are implemented by suitable software.
10. Verwendung einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 bei einem Verfahren zum Schalten in Stromkreisen mit einer Gruppe von hintereinander geschalteten Schaltgeräten, wobei die Schaltgerätegruppe aus wenigstens einem vorgeordneten Schalter und wenigstens einem nachgeordneten Schalter besteht und die Schalter selektiv geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Kurzschlusses der vorgeordnete Schalter zunächst unverzögert öffnet und gleichzeitig den Widerstand (RB) auf der Abgangsstelle detektiert.10. Use of an arrangement according to one of claims 7 to 9 in a method for switching in electrical circuits with a group of switching devices connected in series, wherein the switching device group consists of at least one upstream switch and at least one downstream switch and the switches are selectively switched, characterized in that, in the event of a short circuit, the upstream switch initially opens instantaneously and at the same time detects the resistance (R B ) at the point of departure.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen des nachgeordneten Schalters der im nachgeordneten Schalter erzeugte Lichtbogen im vorgeordneten Schalter erkannt und überwacht wird.11. The method according to claim 10, characterized in that when opening the downstream switch of the arc generated in the downstream switch is detected and monitored in the upstream switch.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen ein signifikantes Ansteigen der Impedanz in der Kurzschlussmasche des ersten Schalters zur Folge hat, was im vorgeordneten Schalter erfasst wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the arc has a significant increase in the impedance in the short circuit of the first switch results in what is detected in the upstream switch.
13. Verwendung einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 bei einem Verfahren zum Schalten in Stromkreisen mit einer Gruppe von hintereinander geschalteten Schaltgeräten, wobei die Schaltgerätegruppe aus wenigstens einem vorgeordneten Schalter und wenigstens einem nachgeordneten Schalter besteht und die Schalter selektiv geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeordnete Schalter eine Kontaktöffnung erst dann vornimmt, wenn die abgangsseitige Impedanz unter einem einzustellenden Schwellwert liegt.13. Use of an arrangement according to one of claims 7 to 9 in a method for switching in electrical circuits with a group of switching devices connected in series, wherein the switching device group consists of at least one upstream switch and at least one downstream switch and the switches are selectively switched, characterized in that the upstream switch only makes a contact opening when the output-side impedance is below a threshold value to be set.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Anordnung neben der selektiven Schaltung des Schaltgerätes gleichermaßen ein „Back up"-Schutz bewirkt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the arrangement in addition to the selective circuit of the switching device alike a "back up" protection is effected.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der „Back up"-Schutz durch Erfassung des prospektiven Kurz- schlussstromes erfolgt und dann ggf. der vorgeordnete Schalter mit auslöst.15. The method according to claim 14, characterized in that the "back up" protection takes place by detecting the prospective short-circuit current and then optionally triggers the upstream switch.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung von Strom und Spannung im vorgeordneten Schalter erfolgt16. The method according to claim 13, characterized in that a measurement of current and voltage takes place in the upstream switch
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Widerstandes (RB) und der Spannung (Uo) durch Impedanzberechnung mit einem abgewandelten Distanz- schutzalgorithmus erfolgt.17. The method according to claim 13, characterized in that the determination of the resistance (R B ) and the voltage (Uo) is carried out by impedance calculation with a modified distance protection algorithm.
18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeordnete Schalter bei entsprechender Impedanzüberschreitung bzw. Auftreten von Spannungen (Uo) wieder schließt.18. The method according to claim 13, characterized in that the upstream switch closes again in case of corresponding impedance exceeding or occurrence of voltages (Uo).
19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Analyse des Lichtbogens festgestellt wird, ob der nachgeordnete Schalter ein einem vorgegebenen Sollverlauf folgendes Öffnungsverhalten aufweist. 19. The method according to claim 13, characterized in that it is determined from the analysis of the arc, whether the downstream switch has a predetermined target course following opening behavior.
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