WO2001097356A1 - Elektrische schaltanlage mit mehreren schaltern - Google Patents

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WO2001097356A1
WO2001097356A1 PCT/EP2001/006409 EP0106409W WO0197356A1 WO 2001097356 A1 WO2001097356 A1 WO 2001097356A1 EP 0106409 W EP0106409 W EP 0106409W WO 0197356 A1 WO0197356 A1 WO 0197356A1
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WO
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electronics
electrical
switchgear
central
electrical switchgear
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Application number
PCT/EP2001/006409
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Borchmann
Thomas Daube
Andreas Krätzschmar
Original Assignee
Moeller Gmbh
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Publication date
Application filed by Moeller Gmbh filed Critical Moeller Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency 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
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/30Staggered disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015Using arc detectors
    • H02H1/0023Using arc detectors sensing non electrical parameters, e.g. by optical, pneumatic, thermal or sonic sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals
    • H02H1/0069Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals by means of light or heat rays
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency 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
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations

Definitions

  • the invention relates to an electrical switchgear, i.e. an arrangement for the selective triggering of branched, selectively staggered switches, in particular circuit breakers.
  • the document EP 0 406 130 B1 shows an electromagnetic restraining system.
  • Known arrangements for generating the staggered blocking signals require means for status detection and for current detection of the short circuit affected circuit breakers, which are generally implemented as electronic triggers and air coils around the main current paths.
  • a self-recovering current limiting device is known from the publication SU 922 911 A, which contains two electrodes made of solid metal which are just formed to the inside of the current limiting device and which are separated by first insulating bodies designed as cylindrical, pressure-resistant insulating housings. Inside the insulating housing, insulated intermediate walls and second insulating bodies arranged between them, which are designed as ring-shaped sealing disks, form compressor chambers which are partially filled with liquid metal and are located one behind the other and which are connected to one another via eccentrically arranged connecting channels of the intermediate walls filled with liquid metal. In normal operation, there is therefore a continuous internal conductive connection between the electrodes via the liquid metal. In the event of a current limitation, the liquid metal is suddenly displaced from the connecting channels due to the high current density.
  • the object of the invention is to simplify a selective switchgear and / or to improve its effect.
  • the object is achieved in that a circuit breaker serving as an infeed switch with a central, logical tripping element ronik is connected or provided, which detects the currents at the relevant nodes of the switchgear and triggers the relevant circuit breaker (s) in accordance with his or her ranking with regard to the desired selectivity, and thus switches it off.
  • a circuit breaker serving as an infeed switch with a central, logical tripping element ronik is connected or provided, which detects the currents at the relevant nodes of the switchgear and triggers the relevant circuit breaker (s) in accordance with his or her ranking with regard to the desired selectivity, and thus switches it off.
  • a single feed switch can be provided, or if the switchgear is branched accordingly, several feed switches are provided. This requires a well-known, real-time capable, security-compatible higher-level communication structure that is consistent across all system components.
  • the object is also achieved in that all the relevant circuit breaker circuit breakers are connected to a central, logic tripping electronics.
  • the trigger electronics are in turn connected to current and voltage sensors at significant electrical nodes, which detect the electrical state there and feed them to the trigger electronics. This can thus create an overall electrical image of the complete switchgear and, depending on its state, trigger the relevant protective devices in accordance with the selectivity ranking.
  • This release electronics is advantageously integrated in the infeed switch, since this circuit breaker is required in every electrical switchgear.
  • the integration of the central trigger electronics with an arrangement for the early detection of short circuits at the nodes is advantageous. This means that a short circuit is not only detected after a certain current limit value has been exceeded in accordance with the tripping characteristic of the circuit breaker responsible, but is already detected in advance about the level and, if appropriate, the temporal course of the node current and, furthermore, knowledge of the location of the short circuit.
  • the short-circuit location is generally derived from the difference signals of the node sensors that narrow the short-circuit. Depending on the parameters of the switchgear, it is therefore possible to decide which suitable protective measure is to be initiated. If, for example, the expected If the short circuit is above the set selectivity limit, the feed switch can switch off immediately and does not have to wait for the maximum set delay time.
  • the effect of a short circuit can thus be significantly minimized, which ultimately also leads to increased safety and availability of the system. This is particularly useful in systems in which long staggered times occur due to many successive levels, resulting in high thermal loads or the risk of triggering a medium-voltage switch. According to the state of the art, the high thermal loads would have to be compensated for by oversizing cables or busbars.
  • the branch affected by the fault can be specifically switched off. Indirect methods for achieving selectivity, in particular with a grading of current and / or time, are no longer necessary. Selectivity based on the short-circuit location is achieved and is therefore independent of the nominal current.
  • the arcing fault protection can also be made available by an additional module for the feed switch, or it is preferably integrated in the central tripping electronics.
  • the optical fibers installed in the system for the arcing fault detection can not only fulfill the sensor function, but also serve as a generally usable data transmission medium with which, for example, both the entire communication and control can be processed, but also cross-component safety information can be transmitted. This enables the
  • the trigger electronics function here as a master node, which controls the entire protection concept of the system depending on the situation.
  • the logic and triggering unit of the short circuiter can be one Plug-in module in the switch that works with the central release electronics or is integrated with it.
  • the logic and triggering unit of the short-circuiter accordingly does not require any additional installation space in the switchgear.
  • the short circuiter itself can optionally be purchased and simply installed on the connection side, e.g. B. only as a plug-in unit.
  • the infeed switch Due to its exposed position in the network and the large number of monitored variables (current, voltage, phase angle, electrical energy quality, etc.), the infeed switch not only performs switching and protection functions, but can also control or operate auxiliary processes. Possibilities are here:
  • the current limiting property of the current limiting device can be switched on by suddenly introducing or generating gas into the current path formed by the liquid metal, whereas otherwise current limiting only occurs at significantly higher currents.
  • the gas is discharged through the release device of a device connected to the power supply.
  • Limit device connected circuit breaker in particular circuit breaker, triggered, which in turn activates a pneumatic device to deliver a brief gas surge of small volume to the current limiting device.
  • the gas is advantageously ejected at a point or at points where the flow channel through the liquid metal is narrower than the neighboring points.
  • One possibility for generating gas is to switch on at least one ultrasound probe, the active end of which extends into the current path formed by the liquid metal.
  • the ultrasound probe is activated by the triggering device of a circuit breaker connected to the current limiting device via an electrical device, for example a frequency transmitter, by electrical energy of a suitable frequency.
  • the ultrasound probe releases high energies, which leads to cavitation phenomena, ie sudden gas formation due to negative pressure, and / or to local thermal evaporation of the liquid metal.
  • Such a triggerable current limiting device can be used to equip, connect or retrofit an infeed or outgoing circuit breaker, but, if desired, all other relevant protective devices within a branched system.
  • a targeted current limitation is thus achieved, for example by halving the short circuit level behind each of these current limiting devices.
  • the current limiting device that can be triggered by the tripping device of the connected circuit breaker has a limit value set by this circuit breaker.
  • the setting made in this way for the tripping current of the current limiting device can be carried out independently of the nominal current by the customer or system operator.
  • the current limiting device limits the short-circuit level of the energy distribution to any level determined by the tripping device of this circuit breaker, with the possibility of total selectivity of the switchgear being given. With such a current limiting device the plant will be much cheaper to design. Extensions are possible without reconfiguration and modification.
  • Figure 1 the schematic representation of a first low-voltage switchgear according to the invention
  • Figure 2 the schematic representation of a second low-voltage switchgear according to the invention
  • Figure 3 the schematic representation of the linkage of the switchgear according to Fig. 1 with a complex electrical system.
  • Fig. 1 shows a low-voltage switchgear with selectively staggered disconnection of circuit breakers 1 ... 8 designed as a circuit breaker in the event of a short circuit.
  • the energy supplied by a medium-voltage system MS is implemented in parallel by two feed transformers T1 and T2 with an output of 1600 kVA at low voltage level.
  • Each infeed transformer T1, T2 is short-circuit proof up to 39 kA.
  • Each feed transformer T1, T2 is followed by a circuit breaker 1 or 2 serving as a feed circuit breaker.
  • the circuit breakers 1, 2 are routed to a common main current busbar system S1 with the first node K1, to which a third circuit breaker 3 is also connected on the input side.
  • the third circuit breaker 3 leads to a second-order busbar system S2 with a second node K2, to which a fourth circuit breaker 4 and a fifth circuit breaker 5 are also connected on the input side.
  • the fourth circuit breaker 4 directly protects a motor drive.
  • the fifth circuit breaker 5 leads to a third-order busbar system S3 with a third node K3, to which sixth to eighth circuit breakers 6, 7, 8 are also connected.
  • the sixth to eighth circuit breakers 6, 7, 8 serve for the direct protection of further motor drives.
  • the circuit breakers 1 to 8 are designed as circuit breakers and are designed, for example, for the rated currents indicated to the right of the circuit symbol in FIG. 1.
  • the circuit breakers 1 to 8 are each equipped with a release 11 to 18, the respective short-circuit release current is shown as an example in Fig. 1 to the right of the switch symbol.
  • the first, second, third and fifth circuit breakers 1, 2, 3 and 5 are each followed by a first, second, third and fifth current limiter 21, 22, 23 and 25, the respective limiting value of which is exemplified in FIG. 1 to the right of the switch symbol is specified.
  • the short-circuit current in the main current busbar system S1 is brought together to a value of 40 kA by the first and second current limiters 21 and 22, in the busbar system S2 by the third current limiter 23 to a value of 10 kA and in the busbar system S3 limited to a value of 6 kA by the fifth current limiter 25.
  • the short-circuit currents would assume the much higher values given in brackets in Fig. 1 below the respective busbar system S1 or S2 or S3.
  • the first and second circuit breakers 1 and 2 are equipped as electronic feed switches with an electronic release 11 or 12, which serve as central release electronics for the entire low-voltage switchgear. With the central triggers 11 and 12, the respective currents in the nodes K1 to K3 are detected via a continuous signal bus B1. If a short circuit occurs at any point behind the circuit breakers 1 and 2, the level of which would force the feeding circuit breaker 1 or 2 to switch off, the instantaneous detection of the short circuit switches these circuit breakers 1 and 2 directly and without a time delay via the signal bus B1 from.
  • the circuit breakers 1 and 2, 3 and 5 are each equipped with a current limiting device 21, 22, 23, 25 of the type which are triggered by the subordinate circuit breaker 3 or 5 or 8.
  • the central tripping electronics 10 detects all the currents occurring at the relevant nodes K1, K2 and K3, evaluates them promptly and issues tripping commands to the circuit breakers 1, 2, 3 and 5 when predetermined location-dependent limit values are reached. If for the current limiters 21 to 23 and 25 triggerable current limiters are used, the triggering of a current limiting process can also take place depending on the current conditions in the nodes K1 to K3 by the central trigger electronics 10.
  • Fig. 3 it is indicated how the feeding circuit breakers 1 and 2 due to their exposed position in the low-voltage network and the large number of controllable variables (current, voltage, power factor, electrical energy quality etc.) via their central functions trigger 11 and 12 not only switching and Take over protective functions, but also control and operate secondary processes.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanlage, d.h. eine Anordnung zur selektiven Auslösung von verzweigt angeordneten, selektiv gestaffelten Schutzschaltern (1 ... 8), insbesondere von Leistungsschaltern. Ein als Einspeiseschalter dienender Schutzschalter (1; 2) ist mit einer zentralen Auslöseelektronik (11; 12) verbunden oder versehen, welche die Ströme an den maßgeblichen Knotenpunkten (K1 ... K3) der Schaltanlage erfasst und den betreffenden Schutzschalter (1; 2; ... 8) entsprechend seiner Rangfolge hinsichtlich der gewünschten Selektivität zum Auslösen und damit Abschalten bringt.

Description

B e s c h r e i b u n g
Elektrische Schaltanlage mit mehreren Schaltern
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanlage, d.h. eine Anordnung zur selektiven Auslösung von verzweigt angeordneten, selektiv gestaffelten Schaltern, insbesondere von Leistungsschaltern.
Stand der Technik
Aus der Druckschrift DE 30 20 111 A1 ist eine Anordnung von in Reihe liegenden, selektiv gestaffelten strombegrenzenden Leistungsschaltern mit je einem Schnellstauslösesystem bekannt, das im Kurzschlussfall unabhängig vom Betätigungsmechanismus schnell und damit strombegrenzend das Kontaktsys- tem öffnet. Die vom Kurzschluss direkt betroffenen Leistungsschalter geben ein Blockiersignal an den Betätigungsmechanismus des jeweils in Einspeiserichtung vorgeschalteten Leistungsschalters. Die Leistungsschalter besitzen ein Fesselungssystem, das die beweglichen Kontakte nach einem bestimmten Öffnungsweg kurzzeitig in der Offenstellung festhält und wieder freigibt, wenn der Betätigungsmechanismus ein Blockiersignal von einem nachgeordneten Leistungsschalter erhalten hat. Wenn das Blockiersignal ausbleibt, löst der Betätigungsmechanismus aus und überführt das Kontaktsystem in die endgültige Ausschaltstellung, wodurch gleichzeitig die Fesselung aufgehoben wird. Die Wirkdauer des Fesselungssystems wird durch ein Zeitglied bestimmt. Die Druckschrift EP 0 406 130 B1 zeigt ein elektromagnetisch wirkendes Fesselungssystem. Bekannte Anordnungen zur Erzeugung der zeitlich gestaffelten Blockiersignale, z.B. nach Druckschrift DE 195 45 928 A1 , erfordern Mittel zur Zustandserkennung und zur Stromerfassung des vom Kurzschluss direkt be- troffenen Leistungsschalters, die im allgemeinen als elektronischer Auslöser und Luftspulen um die Hauptstrombahnen realisiert sind.
Aus der Druckschrift SU 922 911 A ist eine selbsterholende Strombegren- zungseinrichtung bekannt, die zwei zum Inneren der Strombegrenzungseinrichtung eben ausgebildete Elektroden aus Festmetall enthält, die durch als zylindrisches, druckfestes Isoliergehäuse ausgebildete erste Isolierkörper getrennt sind. Innerhalb des Isoliergehäuses sind durch isolierende Zwischenwände und dazwischen angeordnete zweite Isolierkörper, die als ringförmige Dichtscheiben ausgebildet sind, mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, hintereinander liegende Verdichterräume ausgebildet, die untereinander über mit Flüssigmetall ausgefüllte, außermittig angeordnete Verbindungskanäle der Zwischenwände verbunden sind. Damit besteht im Normalbetrieb über das Flüssigmetall eine durchgehende innere leitende Verbindung zwischen den Elektroden. Im Strombegrenzungsfall wird infolge der hohen Stromdichte schlagartig das Flüssigmetall aus den Verbindungskanälen verdrängt. Damit ist die elektrische Verbindung der Elektroden über das Flüssigmetall unterbrochen, was zur Begrenzung des Kurzschlussstromes führt. Nach Abschaltung oder Beseitigung des Kurzschlusses füllen sich die Verbindungskanäle wieder mit Flüssigmetall, worauf die Strombegrenzungseinrichtung erneut betriebsbereit ist. In der Druckschrift DE 40 12 385 A1 wird als Medium über dem Flüssigkeitsspiegel Vakuum, Schutzgas oder eine isolierende Flüssigkeit erwähnt. Zur Verbesserung der Begrenzungseigenschaften sind nach Druckschrift SU 1 076 981 A die Verbindungskanäle benachbarter Zwischenwände gegeneinan- der versetzt angeordnet. Es ist nach Druckschrift DE 26 52 506 A1 bekannt, bei Kontakteinrichtungen Gallium-Legierungen, insbesondere Gallium-Indium- Zinn-Legierungen (GalnSn-Legierungen) zu verwenden.
Es sind Verfahren und Anordnungen zur frühzeitigen Erkennung von Kurz- Schlüssen in Niederspannungsnetzen vorgeschlagen worden (DE 36 42 136 C2, ABB Technik 4/1997, Seite 41). Bei den bekannten Verfahren erfolgt die Erkennung von Kurzschlüssen unter Verwendung von ausgewählten Schaltkriterien, wie insbesondere der fließende Strom und die zeitliche Änderung des fließenden Stromes. Auch die zeitliche Änderung des Stromes als Funktion des Stromes kann dargestellt werden, um aus der Ortskurvendarstellung eine Einhüllende abzuleiten, die alle im regulären Betrieb möglichen Ortskurven einschließt. Gemäß DE 197 29 599 C1 wird eine Ortskurve abgeleitet, die einen beliebigen Schaltwinkel einschließt, wodurch das Abschaltkriterium von Leistungsfaktor und Vorstrom unabhängig wird. Bei Werten außerhalb dieser so gebildeten Ortskurve wird ein Kurzschluss angezeigt. Zugehörige Anordnungen können entweder analog, digital oder hybrid arbeiten.
Nach DE 43 31 716 A1 ist eine Anordnungen zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen bekannt, die einen Lichtwellenleiter, einen Lichtsender am Anfang des Lichtwellenleiters und einen Lichtempfänger am Ende des Lichtwellenleiters aufweist. Der Lichtwellenleiter ist in unmittelbarer Nähe spannungsführender Teile oder um diese herum geführt. Das Licht des Störlichtbogens wird durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters eingekoppelt und bewirkt eine Erhöhung des Ausgangssignals. Derartige Anordnungen dienen nach DE 43 31 992 A1 dazu, durch logische Verknüpfung über eine Auswerte- und Steuerungseinheit Schalthandlungen von den in der Schaltanlage befindlichen Schalt- und Schutzgeräten zu steuern. Mit derarti- gen Anordnungen sind auch Kurzschließer, beispielsweise nach DE 44 04 074 A1 , ansteuerbar, um einen Kurzschluss an einer Stelle der Anlage auszulösen, die ungefährlich für das Personal und weniger verheerend für die Anlage ist. Durch einen derart provozierten Kurzschluss wird im allgemeinen ein vorgelagerter Einspeiseschalter zum Abschalten gebracht.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selektive Schaltanlage zu ver- einfachen und/oder deren Wirkung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein als Einspeiseschalter dienender Schutzschalter mit einer zentralen, logischen Auslöseelekt- ronik verbunden oder versehen ist, welche die Ströme an den maßgeblichen Knotenpunkten der Schaltanlage erfasst und den bzw. die betreffenden Schutzschalter entsprechend seiner bzw. ihrer Rangfolge hinsichtlich der gewünschten Selektivität zum Auslösen und damit zum Abschalten bringt bzw. bringen. Je nach Aufbau der Schaltanlage kann ein einziger Einspeiseschalter vorgesehen sein, oder es sind bei entsprechender Verzweigung der Schaltanlage mehrere Einspeiseschalter vorgesehen. Dies setzt eine an sich bekannte echtzeitfähige, sicherheitstaugliche übergeordnete Kommunikationsstruktur durchgängig über alle Systemkomponenten voraus.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch dadurch gelöst, dass alle maßgeblichen Schutzschalter der Schaltanlage mit einer zentralen, logischen Auslöseelektronik verbunden sind. Die Auslöseelektronik ist wiederum mit Strom- und Spannungssensoren an maßgeblichen elektrischen Knoten- punkten verbunden, welche dort den elektrischen Zustand erfassen und ihn der Auslöseelektronik zuführen. Diese kann somit ein elektrisches Gesamtabbild der kompletten Schaltanlage erstellen und je nach deren Zustand die betreffenden Schutzorganen entsprechend der Selektivitätsrangfolge zum Auslösen bringen. Vorteilhaft ist diese Auslöseelektronik im Einspeiseschalter integriert, da dieser Schutzschalter in jeder elektrischen Schaltanlage vonnö- ten ist.
Vorteilhaft ist die Integration der zentralen Auslöseelektronik mit einer Anordnung zur Früherkennung von Kurzschlüssen an den Knotenpunkten. Damit wird ein Kurzschluss nicht erst nach Überschreitung eines bestimmten Stromgrenzwertes entsprechend der Auslösekennlinie des zuständigen Schutzschalters detektiert, sondern schon im Vorfeld über die Höhe und gegebenenfalls den zeitlichen Verlauf des Knotenstromes erfasst und zudem noch über den Ort des Kurzschlusses Kenntnis gewonnen. Der Kurzschlussort wird im allgemeinen aus den Differenzsignalen der den Kurzschluss eingrenzenden Knotenpunktsensoren abgeleitet. In Abhängigkeit von den Parametern der Schaltanlage besteht somit die Möglichkeit zu entscheiden, welche geeignete Schutzmaßnahme eingeleitet wird. Wenn beispielsweise die zu erwartende Höhe des Kurzschlusses über der eingestellten Selektivitätsgrenze liegt, kann der Einspeiseschalter sofort abschalten und muss nicht erst die maximal eingestellte Verzögerungszeit abwarten. Damit kann die Auswirkung eines Kurzschlusses wesentlich minimiert werden, was letztlich auch zu einer erhöhten Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage führt. Sinnvoll ist dies vor allem in Anlagen, bei welchen durch viele aufeinander folgende Ebenen lange Staffelzeiten entstehen und dadurch hohe thermische Belastungen auftreten bzw. die Gefahr des Auslösens eines Mittelspannungsschalters besteht. Die hohen thermischen Belastungen müssten nach dem Stand der Technik durch eine Überdimensionierung von Kabeln bzw. Stromschienen ausgeglichen werden. In Kombination mit der Detektion des Kurzschlussortes kann gezielt der vom Fehlerfall betroffene Zweig abgeschaltet werden. Indirekte Verfahren zur Erreichung von Selektivität, insbesondere mit einer Strom- und/oder Zeitstaffelung, sind nicht mehr erforderlich. So wird Selektivität auf Basis des Kurzschlussortes erreicht und ist somit nennstromunabhängig.
Weiterhin kann eine selektive Störlichtbogenabschaltung erfolgen. Der Störlichtbogenschutz kann zusätzlich durch ein Zusatzmodul zum Einspeiseschalter verfügbar gemacht werden, oder er ist vorzugsweise in der zentralen Aus- löseelektronik integriert. Die für die Störlichtbogen-Erkennung notwendig in der Anlage installierten Lichtwellenleiter können jedoch nicht nur die Sensorfunktion erfüllen, sondern als allgemein nutzbares Datenübertragungsmedium dienen, mit welchem beispielsweise sowohl die gesamte Kommunikation und Steuerung abgewickelt werden kann, aber auch komponentenübergreifende Sicherheitsinformationen übertragen werden können. Dies ermöglicht die
Hochstrom-Selektivität oder die angesprochenen Kurzschlussfrüherkennung. Die Auslöseelektronik fungiert hier als Masterknoten, welcher je nach Situation das gesamte Schutzkonzept der Anlage steuert.
Durch die bereits vorinstallierte Lichtwellenleiter-Sensorik in Verbindung mit der zentralen Auslöseelektronik im Einspeiseschalter kann ein Kurzschließer zur Abschaltung eines Störlichtbogens weitgehend ohne Arbeitskosten nachinstalliert werden. Die Logik- und Auslöseeinheit des Kurzschließers kann ein Einsteckmodul im Schalter sein, das mit der zentralen Auslöseelektronik zusammen arbeitet oder mit dieser integriert ist. Die Logik- und Auslöseeinheit des Kurzschließers benötigt dementsprechend auch keinen zusätzlichen Bauraum in der Schaltanlage. Der Kurzschließer selbst kann optional mitgekauft und einfach anschlussseitig montiert werden, z. B. nur als Steckeinheit.
Der Einspeiseschalter übernimmt aufgrund seiner exponierten Lage im Netz und der Vielzahl der überwachten Größen (Strom, Spannung, Phasenwinkel, Elektroenergiequalität etc.) nicht nur Schalt- und Schutzfunktionen, sondern kann auch Nebenprozesse steuern oder bedienen. Möglichkeiten sind hier:
- selbsttätige Netzumschaltung im Störfall,
- Überwachungs- und Steueraufgaben im Energiemanagement, wie Energieverbrauch und/oder Elektroenergiequalität,
- Steuerung einer zentralen Blindleistungskompensation (als Zusatzmodul), - Verarbeitung bzw. Ausgabe von bestimmten Messwerten, um z. B. die ohnehin erfassten Ströme, Spannungen etc. dem Anlagenbauer zur Verfügung zu stellen,
- Erfassung und Verarbeitung externer Daten, z.B. Kontaktstellentemperatur, Umgebungstemperatur, - Angebot von analogen/digitalen Ein- und Ausgängen.
Mit Vorteil ist ein Schutzschalter in Verbindung mit einer triggerbaren Strombegrenzungseinrichtung zu betreiben. Die Schalterkomponenten müssen sowohl in der Lage sein, große Kurzschlussströme zu führen, als auch schnell abzuschalten.
Bei Verwendung von Strombegrenzungseinrichtungen mit Flüssigmetall kann durch plötzliches Einführen oder Erzeugen von Gas in den durch das Flüssigmetall gebildeten Strompfad die Strombegrenzungseigenschaft der Strombe- grenzungseinrichtung eingeschaltet wird, wogegen ansonsten erst bei wesentlich höheren Strömen eine Strombegrenzung eintritt. Vorteilhafterweise wird der Ausstoß des Gases durch die Auslöseeinrichtung eines mit der Strombe- grenzungseinrichtung verbundenen Schutzschalters, insbesondere Leistungsschalters, ausgelöst, die wiederum eine pneumatische Einrichtung aktiviert, um eine kurzzeitigen Gasstoß geringen Volumens an die Strombegrenzungseinrichtung abzugeben. Der Ausstoß des Gases erfolgt mit Vorteil an einer Stelle oder an Stellen, wo der Stromkanal durch das Flüssigmetall enger gegenüber den benachbarten Stellen ist. Ein Möglichkeit zur Gaserzeugung besteht im Einschalten mindestens einer Ultraschallsonde, die mit ihrem aktiven Ende in den durch das Flüssigmetall gebildeten Strompfad reicht. Die Ultraschallsonde wird im gegebenen Falle durch die Auslöseeinrichtung eines mit der Strombegrenzungseinrichtung verbundenen Schutzschalters über eine elektrische Einrichtung, beispielsweise eine Frequenzgeber, durch elektrische Energie geeigneter Frequenz aktiviert. Die Ultraschallsonde setzt hohe Energien frei, welche zu Kavitationserscheinungen, d.h. plötzliche Gasbildung durch Unterdruck, und/oder zu lokalen thermischen Verdampfungen des Flüs- sigmetalls führt.
Mit einer derartigen triggerbaren Strombegrenzungseinrichtung kann ein Einspeise- bzw. Abgangsleistungsschalter, aber im gewünschten Falle auch alle anderen maßgeblichen Schutzorgane innerhalb einer verzweigten Anlage ausgestattet, verbunden oder nachgerüstet werden. Damit wird eine gezielte Strombegrenzung erreicht, indem das Kurzschlussniveau hinter jeder dieser Strombegrenzungseinrichtungen beispielsweise halbiert wird.
Die von der Auslöseeinrichtung des verbundenen Schutzschalters triggerbare Strombegrenzungseinrichtung hat einen von diesem Schutzschalter eingestellten Begrenzungswert. Die dermaßen vorgenommene Einstellung das Auslösestromes der Strombegrenzungseinrichtung kann nennstromunabhän- gig durch den Kunden bzw. Anlagenbetreiber vorgenommen werden. Die Strombegrenzungseinrichtung begrenzt das Kurzschlussniveau der Energie- Verteilung auf ein beliebiges von der Auslöseeinrichtung dieses Schutzschalters festgelegtes Niveau, wobei die Möglichkeit der totalen Selektivität der Schaltanlage gegeben ist. Mit einer derartigen Strombegrenzungseinrichtung wird die Anlage viel günstiger auszulegen sein. Erweiterungen sind ohne Um- projektierung und Umbau möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
Figur 1 : die schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäße Niederspannungs-Schaltanlage; Figur 2: die schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäße Niederspannungs-Schaltanlage; Figur 3: die schematische Darstellung der Verknüpfung der Schaltanlage ge- maß Fig. 1 mit einer komplexen elektrischen Anlage.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Niederspannungs-Schaltanlage mit selektiv gestaffelter Abschaltung von als Leistungsschalter ausgebildeten Schutzschaltern 1 ... 8 im Kurzschlussfall. Die von einer Mittelspannungsanlage MS gelieferte Energie wird parallel von zwei Einspeisetransformatoren T1 und T2 mit einer Leistung von 1600 kVA auf Niederspannungsniveau umgesetzt. Jeder Einspeisetrans- formator T1 , T2 ist bis 39 kA kurzschlussfest. Jedem Einspeisetransformator T1 , T2 ist ein als Einspeiseleistungsschalter dienender Schutzschalter 1 bzw. 2 nachgeschaltet. Die Schutzschalter 1 , 2 sind ausgangsseitig auf ein gemeinsames Hauptstrom-Sammelschienensystem S1 mit dem ersten Knotenpunkt K1 geführt, mit dem weiterhin ein dritter Schutzschalter 3 eingangsseitig ver- bunden ist. Der dritte Schutzschalter 3 führt auf eine Sammelschienensystem S2 zweiter Ordnung mit einem zweiten Knotenpunkt K2, mit dem weiterhin ein vierter Schutzschalter 4 und ein fünfter Schutzschalter 5 eingangsseitig verbunden sind. Der vierte Schutzschalter 4 schützt direkt einen Motorantrieb. Der fünfte Schutzschalter 5 führt auf ein Sammelschienensystem S3 dritter Ordnung mit einem dritten Knotenpunkt K3, mit dem weiterhin sechste bis achte Schutzschalter 6, 7, 8 verbunden sind. Die sechsten bis achten Schutzschalter 6, 7, 8 dienen zum direkten Schutz von weiteren Motorantrieben. Die Schutzschalter 1 bis 8 sind als Leistungsschalter ausgebildet und beispielhaft für die in Fig. 1 rechts neben dem Schaltsymbol angegebenen Nennströme ausgelegt. Die Schutzschalter 1 bis 8 sind jeweils mit einem Auslöser 11 bis 18 ausgestattet, dessen jeweiliger Kurzschluss-Auslösestrom in Fig. 1 rechts neben dem Schaltsymbol beispielhaft angegeben ist. Dem ersten, zweiten, dritten und fünften Schutzschalter 1 , 2, 3 und 5 ist jeweils ein erster, zweiter, dritter bzw. fünfter Strombegrenzer 21 , 22, 23 bzw. 25 nachgeschaltet, dessen jeweiliger Begrenzungswert in Fig. 1 rechts neben dem Schaltsymbol beispielhaft angegeben ist. So wird der Kurzschlussstrom in dem Hauptstrom-Sam- melschienensystem S1 gemeinsam durch den ersten sowie den zweiten Strombegrenzer 21 und 22 auf einen Wert von 40 kA, in dem Sammelschienensystem S2 durch den dritten Strombegrenzer 23 auf einen Wert von 10 kA und in dem Sammelschienensystem S3 durch den fünften Strom begrenzer 25 auf einen Wert von 6 kA begrenzt. Ohne die Strombegrenzer 1 , 2, 3 und 5 würden die Kurzschlussströme die in Fig. 1 unterhalb des jeweiligen Sammel- Schienensystems S1 bzw. S2 bzw. S3 in Klammern beispielhaft angegebenen, wesentlich höheren Werte annehmen.
Der erste und der zweite Schutzschalter 1 und 2 sind als Einspeiseschalter mit einem elektronischen Auslöser 11 bzw. 12 ausgestattet, die als zentrale Aus- löseelektroniken für die gesamte Niederspannungs-Schaltanlage dienen. Mit den zentralen Auslösern 11 und 12 werden die jeweiligen Ströme in den Knotenpunkten K1 bis K3 über einen durchgehenden Signalbus B1 erfasst. Beim Auftreten eines Kurzschlusses an irgendeiner Stelle hinter den Schutzschaltern 1 und 2, dessen Höhe den einspeisenden Schutzschalter 1 bzw. 2 zum Abschalten zwingen würde, schaltet durch die unverzögerte Erfassung des Kurzschlusses dieser Schutzschalter 1 bzw. 2 über den Signalbus B1 direkt und ohne zeitliche Verzögerung ab. Die Schutzschalter 1 sowie 2, 3 und 5 sind jeweils mit einer Strombegrenzungseinrichtung 21 , 22, 23, 25 der Art ausgestattet, die von dem untergeordneten Leistungsschalter 3 bzw. 5 bzw. 8 getriggert werden. Das bedeutet, dass beispielsweise bereits mit Erreichen eines Kurzschlussstroms von 2 kA durch Ansprechen des Auslösers 18 des achten Schutzschalters 8 der Strombegrenzungsvorgang des vorgeordneten fünften Strombegrenzers 25 über den Signalbus B1 ausgelöst wird. Ohne diese Signalverbindung würde der fünfte Strom begrenzer 25 erst einen wesentlich höheren Kurzschlussstrom von beispielsweise 6 kA begrenzen.
Die Schaltanlage nach Fig. 2 weist die gleiche Struktur hinsichtlich der Energieversorgung, der Sammelschienensysteme und der Verbraucher wie die vorstehend beschriebene Schaltanlage auf. Sie unterscheidet sich jedoch in dem wesentlichen Punkt, dass die nicht direkt als Motorabgang dienenden Schutzschalter, d.h. der erste bis dritte sowie der fünfte Schutzschalter 1 bis 3 bzw. 5, keinen eigenen Auslöser aufweisen, sondern über einen Signalbus B2 mit einer zentralen Auslöseelektronik 10 verbunden sind. Die zentrale Auslöseelektronik 10 erfasst alle an den maßgeblichen Knotenpunkten K1 , K2 und K3 auftretenden Ströme, wertet diese zeitnah aus und gibt beim Erreichen vorgegebener ortsabhängiger Grenzwerte Auslösebefehle an die Schutzschalter 1 , 2, 3 bzw. 5. Wenn für die Strombegrenzer 21 bis 23 und 25 triggerbare Strombegrenzer verwendet werden, kann ebenso die Auslösung eines Strombegrenzungsvorganges in Abhängigkeit der Strombedingungen in den Knotenpunkten K1 bis K3 durch die zentrale Auslöseelektronik 10 erfolgen.
In Fig. 3 ist angedeutet, wie die einspeisenden Schutzschalter 1 und 2 aufgrund ihrer exponierten Lage im Niederspannungsnetz und der Vielzahl der überwachbaren Größen (Strom, Spannung, Leistungsfaktor, Elektroenergiequalität etc.) über ihre Zentralfunktionen ausübenden Auslöser 11 und 12 nicht nur Schalt- und Schutzfunktionen übernehmen, sondern auch Nebenprozesse steuern und bedienen können.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Elektrische Schaltanlage mit mehreren Schutzschaltern (1 ; 2 ... 8), da- durch gekennzeichnet, dass ein als Einspeiseschalter dienender Schutzschalter (1 ; 2) mit einer zentralen Auslöseelektronik (11 ; 12) verbunden oder versehen ist, welche die Ströme an maßgeblichen Knotenpunkten (K1 ; K2; K3) der Schaltanlage erfasst und den betreffenden Schutzschalter (1 ... 8) entsprechend seiner Rangfolge hinsichtlich der gewünschten Selektivität zum Auslösen und damit Abschalten bringt.
2. Elektrische Schaltanlage mit mehreren Schutzschaltern (1 ; 2 ... 8), dadurch gekennzeichnet, dass die maßgeblichen Schutzschalter (1 ; 2; 3; 5) der Schaltanlage mit einer zentralen Auslöseelektronik (10) verbunden oder versehen sind, dass die Auslöseelektronik (10) wiederum über
Strom- und Spannungssensoren mit maßgeblichen elektrischen Knotenpunkten (K1 ; K2; K3) der Schaltanlage verbunden ist, welche dort den elektrischen Zustand erfassen und ihn der Auslöseelektronik (10) zuführen, dass die Auslöseelektronik (10) ein elektrisches Gesamtabbild der kompletten Schaltanlage erstellt und je nach deren Zustand die betreffenden Schutzschalter (1 ; 2; 3; 5) entsprechend der Selektivitätsrangfolge zum Auslösen bringt.
3. Elektrische Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die zentrale Auslöseelektronik (10; 11 ; 12) mit einer Anordnung zur Früherkennung von Kurzschlüssen an den Knotenpunkten (K1 ; K2; K3) verbunden oder ausgestattet ist.
4. Elektrische Schaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Auslöseelektronik (10; 11 ; 12) mit einer
Anordnung zur Erfassung und Abschaltung eines Störlichtbogens verbunden oder ausgestattet ist.
5. Elektrische Schaltanlage nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Störlichtbogenerkennung dienende Lichtwellenleiter gleichzeitig als Datenübertragungsmedium dienen.
6. Elektrische Schaltanlage nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Logik- und Auslöseeinheit eines Kurzschließers mit der zentralen Auslöseelektronik (10; 11 ; 12) verbunden oder in dieser integriert ist.
7. Elektrische Schaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Auslöseelektronik (10; 11 ; 12) zusätzlich Nebenprozesse steuert und/oder bedient.
8. Elektrische Schaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die maßgeblichen Schutzschalter (1 ; 2; 3; 5) mit triggerbaren Strombegrenzungseinrichtungen (21 ; 22; 23; 25) verbunden sind.
9. Elektrische Schaltanlage nach vorstehendem Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die triggerbaren Strombegrenzungseinrichtungen (21 ;
22; 23; 25) von der zentralen Auslöseelektronik (10; 11 ; 12) gesteuert werden.
10. Elektrische Schaltanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der triggerbare Strombegrenzungseinrichtungen (21 ;
22; 23; 25) von wenigstens einem nachgeordneten Schutzschalter (3; 5; 8) gesteuert wird.
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