DE2425153A1

DE2425153A1 - Einrichtung zum selektiven kurzschlussschutz mit in reihe liegenden strombegrenzenden leistungsschaltern einer niederspannungsverteilungsanlage

Info

Publication number: DE2425153A1
Application number: DE19742425153
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Keitel
Original assignee: Elektro Apparate Werke VEB
Current assignee: Elektro Apparate Werke VEB
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DD106745A1; FR2325224B1; ATA437074A; AT328023B; FR2325224A1; SU571854A1

Description

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BERLiN-T^-PTCV/ 2Α25 153

Einrichtung zum selektiven Kurzschlußschutz mit in Reihe liegenden atrombegrenzenden Leistungsschaltern einer Niederspannungs-Verteilungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selektiven Kurzschlußschutz mit in .Reihe liegenden strombegrenzenden LeiFtungsschaltern, die ein Auslösesystem enthalten, das die Schaltstücke öffnet, noch bevor das Schaltschloß freigegeben ist.

Es ist eine selektive Staffelung von in Reihe liegenden klassischen Leistungsschaltern bekannt, bei der die Auslöseverzögerungen erart zeitlich gestaffelt sind, daß der dem Einspeisepunkt näher liegende Schalter die größere Verzögerung besitzt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß ein Kurzschluß unmittelbar hinter dem Einspeiseschalter infolge der größeren Verzögerungezeit langer bestehen bleibt. Die elektrische Anlage wird dadurch längere Zeit den thermischen und dynamischen Wirkungen des Kurzschlußstromes und der zerstörenden Wirkung eine« Kur ζ schloß lic htbogens ausgesetzt·

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Durch, den Einsatz strombegrenzender Leistungsschalter, die sowohl die Höhe als auch die Dauer des Kurzschlußstromes reduzieren, lassen sich die schädlichen Auswirkjungen des Kurzschlusses begrenzen. Nachteilig ist jedoch, daß alle in Reihe liegenden Schalter unmittelbar nach Kurzschlußeintritt ansprecnen und ausschalten.

Bei einer bekannten Einrichtung zum selektiven Kurzschlußschutz mit in Reihe liegenden strombegrenzenden Leistungsschaltern wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß nach einer Kurzschlußauslösung das öffnende Schaltgerät den vorgeordneten Schalter über den Antrieb wieder einschaltet (DT—AS 1 3Ou 159)· Die dadurch entstehende spannungslose Pause von mehreren 10ö ms führt durch das Abfallen von Schützen und das Ansprechen von Unterspannungsauslöseeinrichtungen zu Störungen in der Energieversorgung.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird Selektivität dadurch erreicht, daß der Leistungsschalter bei Ansprechen einer im Hauptstrompfaa des jeweiligen Schalters liegenden Meßvorrichtung über den Kurzschlußauslöser ausgeschaltet wird, falls nicht die im Hauptstrompfad des nachgeoroneten Leistungsschalters liegende Meßvorrichtung angesprochen hat. Da diese Meßvorrichtung erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Llomentanwerts des Kurzschlußstromes anspricht, dieser Wert jedoch wegen der betriebsmäßigen Überströme oberhalb des 6- bis 12-fachen Wertes des Nennstroines liegen muß, entsteht zwischen Kurzschlußeintritt und Ansprechen der Meßvorrichtung eine Verzugszeit, die eine v/irksame strombegrenzende Ausschaltung verhindert.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung zum selektiven Kurzschlußschutz durch in Reihe liegende strombegrenzende Leistungsschalter, die einen Schlaganker aufweisen, wird die Selektivität durch ansteuerbare Fesselungsmagneten erreichtj die die Schlaganker an ihrer Funktion hindern.

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Die Ansteuerung der Fesselungsmagneten erfolgt hierbei durch di/dt - Wandler in dem Strompfad der nachgeordneten Schalter (DT-OS 2 01? 168).

Diese Anordnung ist insofern nachteilig, daß bei strombegrenzenden Schaltern die öffnung der Schaltstücke nicht nur auf elektromagnetischem Wege erfolgt. Die kontaktabstoßenden elektrodynamischen Kräfte an den Schaltstücken und die elektrodynamischen Kräfte einer Stromschleife im Hauptstrompfad würden trotz der Fesselung des Schlagankers zu einer öffnung der Schaltstücke führen. Außerdem ist das Kriterium di/dt für die selektive Staffelung nicht ausreichend, da die Erzeugung des Fesselungsimpulses bei asymmetrischem Kurzschlußstromverlauf (di/dt - 0 im Moment des Kurzschlußeintritts) verzögert erfolgt, so daß der aus seiner Ruhelage bewegte Schlaganker sich durch den Fesselungsmagneten nicht mehr blockieren läßt.

Weiterhin ist eine Energieverteilungsanlage mit mehreren in Reihe liegenden mit Kurzschlußauslösern versehenen Selbstschaltern, die im Kurzschlußfalle fehlerhafte Leitungszweige selektiv abschalten, bekanntgeworden. Hierbei erfolgt die Befehlsgabe an die Kurzschlußauslöser durch eine elektronische Steuerschaltung, die wiederum durch in den Hauptstrompfaden liegende Meßeinrichtungen angeregt wird (DT-OS 2 020 425). Abgesehen davon, daß ein Versagen eines Gliedes innerhalb dieser aufwendigen und damit anfälligen Informationskette eine Ausschaltung des Schalters im Kurzschlußfall verhindern und damit die Sicherheit der gesamten Anlage gefährden würde, liefert die vorgeschlagene Meßeinrichtung - ein im HauptStromkreis liegender Shunt mit nachgeschaltetem Schwellwertbildner - keinen geeigneten Auslöseimpuls zur selektiven Ausschaltung strombegrenzender Leistungsschalter. Das bei Überschreiten einer vorgegebenen momentanen Stromhöhe erzeugte Signal käme selbst im Kurzschlußfall so verzögert, daß eine strombegrenzende Ausschaltung nicht mehr möglich ist.

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Dieser Nacnteil wird bei einem weiteren bekannten Verfahren zur selektiven Staffelung strombegrenzender Leistungsschalter dadurch umgangen, daß der vom Schnellstauslösesystem an das Schaltschloß des jeweiligen Leistungsschalters gegebene Auslösebefehl zum Einspeisepunkt hin um jeweils 10 ms verzögert wird. Das Schaltschloß schaltet erst nach dieser Verzögerung den Schalter mechanisch in einer nachfolgenden Stromhalbwelle ab. Unabhängig davon öffnen die Schaltstücke durch das Schnellstauslösesystem im Sinne einer Strombegrenzung (DL-PS 92 754·).

Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren das mehrfache öffnen una Schließen der Schaltstücke, verursacht durch einen Kurzschluß in Nähe der üiinspeisung, aus. Die Schaltstücke unterliegen dadurch einem höheren Materialverlust infolge des mehrfach gezündeten Lichtbogens, und die Dauer uer Spannungsabsenkung wird um die Summe der Lichtbogenzeiten verlängert.

Die vorgeschlagene Abhängigkeit der Verzögerung der Weitergabe des Aaslösebefehls an das Schaltschloß von aer Höhe des unbeeinflußten Kurzschlußstromes vermeidet diese Nachteile unter Beibehaltung der Selektivität nur oberhalb bestimmter Kurzschluisströme.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile aer bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen für den selektiven Kurzschlußschutz mit strombegrenzenden LeistungsschalGern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für den selektiven Kurzschlußschutz mit in iteihe liegenden strombegrenzenden Leistungsschaltern zu finden, die unter Beibehaltung der vorteilhaften strombegrenzenden Abschaltung mit geringem technischem Aufwand eine Kurzschlußselektivität ohne Beeinflussung der nicht vom Kurzschlußstrom betroffenen Anlagenteile ermöglicht.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die infolge eines Kurzschlusses durch das Auslösesystem ausgelösten kinematischen Vorgänge innerhalb des Schalters oder die Wirkungen des Schaltlichtbogens zur Erzeugung eines Sperrimpulses benutzt werden und daß jeder in Reihe liegende Leistungsschalter über einen durch die Sperrimpulse der ihm unmittelbar nachgeordneten Leistungsschalter angeregten elektro-mechanischen Energiewandler an der Freigabe des Schaltschlosses gehindert wird.

Bei Auftreten eines Kurzschlusses öffnen alle dem Kurzschlußort vorgeordneten Leistungsschalter über das Auslösesystem die Schaltstücke und wirken damit strombegrenzend· Um eine selektive Ausschaltung zu gewährleisten, wird nach dem Erfindungsgedanken nur derjenige Schalter über das Schaltschloß ausgeschaltet, der keinen Sperrimpuls vom nachgeordneten Schalter erhält. Auf diese Weise wird nur der dem Kurzschluijort am nächsten liegende Schalter ausgeschaltet. Der fehlerbehaftete Anlagenteil ist damit von der Energieversorgung abgetrennt, während die übrigen Anlagenteiie ohne Störungen im Betrieb bleiben.

In Weiterbildung des erfinoungsgemäßen Gedankens Kann die Erzeugung des Sperrimpulses durch einen Hilfsschalter erfolgen, der durch eine mechanische Kopplung mit aem Sclilagankermagneten des Schalters betätigt wird.

Der Sperrimpuls kann auch durch einen vom elektrodynamisch sich öffnenden Kontaktsystem, betätigten Hilfsschalter erzeugt werden.

Ebenso können durch den Schaltlichtbogen verursachte Druckoder Lichtwirkungen zur Erzeugung des Sperrimpulses herangezogen werden.

Die Sperrsignale der naohgeordneten Schalter werden dem vorgeordneten Schalter zweckmäßigerweise durch einen

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gemeinsamen Übertragungskanal zugeführt.

Unter der Voraussetzung, daß der Auslösebefehl an das Schaltschloß früher beendet ist als der Sperrimpuls des nachgeordneten Schalters, kann der Sperrimpuls direkt den elektro-mechanischen Energiewandler zur Blockierung der Schloßfreigabe ansteuern.

Im anderen Falle bezieht der elektro-mechanische Energiewandler uie zur Blockierung des Schaltschlosses notwendige elektrische Energie nach Eintreffen des Sperrimpulses aus einem aufgeladenen Kondensator.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: prinzipieller Aufbau des selektiven strombegrenzenden Leistungsschalters;

Fig. 2: mit selektiven strombegrenzenden Leistungsschaltern ausgerüstete elektrische Verteilungsanlage;

Fig. 3^: Erzeugung des Sperrimpulses mittels Sctilagankermagneten;

Fig. 4: Erzeugung des Sperrimpulses durch das sich elektrodynamisch, öffnende Kontaktsystem;

Fig. 5*. direkte Anregung der elektro-mechanischen Energiewandler durch Sperrimpulse;

Fig. 6: Speisung des elektro-mechanischen Energiewandlers mittels der elektrischen Energie eines Kondensators.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines strombegrenzenden Schalters mit der Möglichkeit zur selektiven Ausschaltung dargestellt.

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Die schnelle Öffnung des Leistungsschalters 1 zur Gewährleistung einer wirksamen Strombegrenzung erfolgt über das Auslösesystem 2. Das Auslösesystem erzeugt, verursacht durch den Kurzschlußstrom, elektrodynamische Kräfte am Kontaktsystem und an schleifenförmig angeordneten Strombahnen bzw. elektromagnetische Kräfte über Magnete, die direkt auf die Schaltstückträger wirken· Nach Verlöschen der Lichtbögen, d.h. der erfolgreichen Unterbrechung des Kurzscnlußstromes, wurden die Schaltstücke infolge der Kontaktkraftfedern wieder schließen, wenn nicht zuvor die Ausschaltung des Leistungsschalters 1 durch das vom Auslösesystem 2 freigegebene Schaltschloß 3 erfolgt. Die Selektivität wird dadurch erreicht, daß der elektro-mechanische Energiewandler 4 nach Eintreffen eines Sperrimpulses am Eingang E von einem nachgeordneten Schalter das Schaltschloß 3 trotz Ansprechen des Auslösesystems 2 blockiert. Dadurcti wird die Ausschaltung des Leistungsscüalters 1 verhindert und nach Schlieisen der Sctialtstücke durch die Kontaktkraftfedern ist die Energieversorgung der unmittelbar nachgeordneten Anlagenteile wieder hergestellt.

lieben der schnellen Schaltstücköffnung und der Freigabe des Schaltschlosses erzeugt das durch den Kurzschlußstrom angeregte Auslösesystem 2 mit Hilfe des Impulsgebers 5 einen Sperrimpuls, der am Ausgang A zur Verhinderung der Ausschaltung vorgeordneter Leistungsschalter zur Verfügung steht.

In Fig. 2 ist" der Aufbau einer elektrischen Verteilungsanlage mit derartig modifizierten strombegrenzenden Leistungsschaltern gezeigt·. Im Falle eines Kurzschlusses hinter dem Schalter 1' wurden die Auslösesysteme 2 der Schalter und 1' ansprechen und durch eine rasche Schaltstücköffnung Lichtbogen in den Kurzschlußkreis schalten. Dadurch wird eine sehr wirksame Begrenzung der Höhe des Kurzschlußstromes erreicht. Die Sohloßfreigabe und damit die endgültige

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Ausschaltung erfolgt nur für den Schalter 1', da der Schalter 1 vom Impulsgeber 3 des Schalters 1' einen Sperrimpuls erhält, der die Schloßfreigabe verhindert. Nach Löschen der in Reihe liegenden Lichtbogen schließen sich die Schaltstücke des Schalters 1 infolge der auf sie wirkenden Kontaktkraftfedern.

Damit ist unter Beibehaltung der Vorteile des Strombegrenzungsprinzips ein selektiver Kurzschlußschutz geschaffen worden, der ein mehrfaches öffnen und Schließen der Schaltstücke im gesamten Strombereich vermeidet und unabhängig vom Kurzschlußort lediglich eine Spannungsabsenkung in der Größenordnung von 10 ms zur Folge hat.

Im folgenden sollen Möglichkeiten zur Erzeugung des Sperrimpulses unter Ausnutzung der durch den Kurzschlußstrom verursachten kinematischen Vorgänge im Schalter selbst beschrieben werden. Der Vorteil dieser Einrichtungen besteht darin, daß auf spezielle Meßeinrichtungen zur Gewinnung des Sperrimpulses verzichtet weraen kann. Als Impulsgeber 5 kann ein einfacher Hilfsschalter Verwendung finden.

In Fig. 3 wird der Sperriiapuls durch das Betätigen eines Hilfsschalters 6 in Form eines Mikrοtasters erzeugt, der über einen abgewinkelten drehbar gelagerten Hebel 7 mit dem Anker 8 des Schlagankermagneten mechanisch gekoppelt ist.

In Fig. 4- wird der Hilfsschalter 6 zur Erzeugung des Sperrimpulses über eine Blattfeder 9» die am beweglichen Schaltstückträger 10 befestigt ist, betätigt. Infolge der Süromscnleife, die der feste 11 und bewegliche 10 Schaltstückträger bilden, erfolgt die Erzeugung des Sperriiapulses durch die elektrodynamische öffnung der Schaltstücke·

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Zur Erzeugung des Sperrimpulses können ferner die Wirkungen des Schaltlichtbogens herangezogen werden. Die Lichtwirkungen des Lichtbogens lassen sich über Fotodioden, Fototransistoren oder Fotothyristoren in elektrische Impulse umformen. In geschlossenen Löschkammern kann der durch den Ausschaltlichtbogen erzeugte Gasdruck über druckabhängige Hilfsschalter zur Erzeugung des Sperrimpulses dienen.

Die Sperrimpulse mehrerer nachgeordneter Schalter (1' und 1'^f in Fig. 2) werden dem vorgeordneten Schalter 1 zweckmäßigerweise über einen gemeinsamen Übertragungskanal 12 zugeführt.

Fig. 5 zeigt zwei in Reihe liegende Leistungsschalter 1, 1', bei denen der Sperrimpuls des nachgeordneten Schalters 1' direkt den elektro-mechanischen Energiewanaler 4 des vorgeordneten Schalters erregt. Dieses Verfahren erfordert allerdings, daß der Befehl des Auslösesystems 2 im Schalter 1 früher beendet ist, als der Sperrimpuls, der im Schalter 1' erzeugt wird. ■ Im anderen Fall bestände die Möglichkeit, daß trotz des Sperrimpulses die Schloßfreigabe erfolgt.

Die Schaltung in Fig. 6 vermeidet diesen Nachteil, indem zur Speisung des elektro-mechanischen Energiewandlers 4 ein über einen Vorwiderstand 13 aufgeladener Kondensator 14 benutzt wird. Nach Zündung des Thyristors 15 durch den am Punkt E eintreffenden Sperrimpuls des nachgeordneten Schalters erfolgt "die Entladung des Kondensators 14 über den elektro-mechanischen Energiewandler 4. Damit wird das Schaltschloß 3 blockiert. Die Dauer der Blockierung läßt sich über die Entladungszeit des Kondensators beeinflussen.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum selektiven Kurzschlußscmitz mit in Reihe liegenden strombegrenzenden Leistungsschaltern einer Niederspannungs-Verteilungsanlage, die ein Auslösesystem enthalten, das uie Schaltstücke öffnet, noch bevor das Schaltschloß freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge eines Kurzschlusses aurch das Aaslösesystem ausgelösten kinematischen Vorgänge innerhalb des Schalters oder die Wirkungen des Schaltlichtbogens zur Erzeugung eines Sperrimpulses benutzt werden und daß jeder in Reihe liegende leistungsschalter über einen durch die Sperrimpulse der inm unmittelbar nachgeordneten Leistungsschalter angeregten elektro-mechanischen Energiewandler (4) an der Freigabe aes Schaltscalosses (3) gehindert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Sperrimpulses durch einen Hilfsschalter (b) erfolgt, der durca eine mechanische Kopplung mit den Schlagnakermagneten (fa) des Schalters betätigt wird.
3· Einrichtung nach Anspruch 1, daaurch gekennzeichnet, daß der Sperriüipuls durch einen vom elektrodynamisch öffnenden Kontaktsystem betätigten Hilfsscnalter (6) erzeugt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Schaltlichtbogen verursachte Druck- oder Lichtwirkungen zur Erzeugung des Sperrimpulses herangezogen werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrimpulse der nachgeordneten Schalter dem vorgeordneten Schalter durch einen gemeinsamen Übertragungskanal (12) zugeführt werden.

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6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß unter der Voraussetzung, daß der Auslösebefehl an das Schaltschloß früher beendet ist als der Sperrimpuls, der Sperrimpuls direkt den elektro-mechanischen Energiewandler (4) zur Blockierung der Schloßfreigabe
anregt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-mechanische Energiewandler (4) die zur Blockierung des Schaltsch losses notwendige elektrische Energie nach Eintreffen des Sperrimpulses aus einem aufgeladenen Kondensator (14) erhält.

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