DD144328A1

DD144328A1 - Verfahren zur synchronsteuerung des ausschaltzeitpunktes von wechselstromleistungsschaltern

Info

Publication number: DD144328A1
Application number: DD21354479A
Authority: DD
Inventors: Ekkehard Anke; Harald Mencke; Dieter Schroth
Original assignee: Ekkehard Anke; Harald Mencke; Dieter Schroth
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1980-10-08

Abstract

Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern, die während des Nulldurchganges des Stromes schalten und einen relativ langsamen Antrieb besitzen. Die Erfindung betrifft insbesondere synchronschaltende Blaskolbenschalter, Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern mit relativ langsamem Antrieb bei Kurzschlußströmen mit hohem Gleichstromanteil anzugeben, das die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges minimiert, indem die Genauigkeit der Nulldurchgangsvorherbestimmung des Stromes im verlagerten Fall und bei großen Schaltervorauslöse» zeiten erhöht wird. Erfindungsgemäß werden nach Eintritt der die Abschaltung auslösenden Störung, z.B. ein Kurzschluß, beliebigen, bekannten Zeiten die Augenblickswerte des gemessen und in digitaler Form einer digitalen Verarbeitungseinheit zugeführt, in der.mit diesen Stromwerten ein Gleichungssystem zur Ermittlung der Konstanten für die Gleichung des Kurzschlußstromes mittels eines elektronischen Rechners gelöst wird und von der bei Berücksichtigung der Schaltereigenzeit ein Synchronschaltimpuls für jeden Stromnulldurchgang abgegeben v/ird.

Description

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Titel· der Erfindung:

Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern

Anwendungsgebiet der Erfindungs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes von Wechselstromleistungsschaltern, die während eines Nulldurchganges des Stromes schalten,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Zur Verringerung der Belastung von Leistungsschaltern während des AbschaltVorganges ist es bereits bekannt, den Kontaktöffnungszeitpunkt durch eine geeignete Steuerung in die iiähe des Stromnulldurchganges des abzuschaltenden Stromes zu legen» Die Steuerschaltung muß dazu den zu erwartenden Zeitpunkt des 'folgenden Nulldurchganges im voraus bestimmen, um rechtzeitig die infolge seiner Eigenzeit erforderliche Vorauslösung des Schalters vornehmen zu können· D.h., die Schaltstückbewegung wird in Abhängigkeit von der Phase des Stromes so gesteuert, daß in einem ausgewählten Stromnulldurchgang die Kontaktstücke gerade die Löschdista^iz erreicht haben« Bei gegebenem Antrieb erhält man mit dieser Art der Steuerung die kürzeste Lichtbogenzeit·

Es sind Ausführungen von Synchronschal tem bekannt, die Steuerungen, welche erst wenige Millisekunden vor dem Stromnulldurchgang ein hinreichend genaues Signal abgeben, mit einem schnellen Antrieb kombinieren. Dabei darf das Gewicht des beweglichen Kontaktes nur einige Kilogramm und die Antriebskraft muß einige Tonnen betragen, Nachteilig bei dieser Art von Steuerung ist, daß sie für. Schalter mit relativ langsamem Antrieb wie z,B. für einen Blaskolbenschalter, bei dem die Löschmittelströmung unmittelbar während des AbschaltVorganges erzeugt wird und die Lichtbogenzeit entscheidende Bedeutung für die Dimensionierung des Antriebes hat bzw. der maximale Ausschaltstrom maßgeblich durch die Leistungsfähigkeit des Antriebes bestimmt wird, nicht anzuwenden ist, da schon bei Antriebseigenzeiten von 10 - 20 ms Antriebskräfte von einigen Tonnen auftreten,,

Weiterhin sind Steuerungsverfahren bekannt, die es gestatten_s jeweils im Uulldurchgang des Stromes den-Zeitpunkt des nächstfolgenden Nulldurchganges anzugeben· Diesen Verfahren haftet jedoch der lachteil an, daß sie sich nur im Falle des rein sinusförmigen Stromes mit einem Antrieb mit einer Eigenzeit <10 ms kombinieren lassen*

Diese Verfahren versagen jedoch, wenn der KurzSchlußstrom einen hohen Gleichstromanteil besitzt, wodurch Halbwellen mit einer Dauer <ζ oder ^> 10 ms entstehen, sodaß auch in diesem Fall eine Kombination eines solchen Verfahrens mit Blaßkolbenschaltern nicht möglich ist. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß Synchronschaltungen von Blaskolben- oder ähnlichen Schaltern mit den bekannten Verfahren nicht möglich sind, da sie, um einen genauen Verlauf des Kurzschlußstromes angeben zu können, das Signal zu kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes, d.h. also, zu spät für einen solchen Schalter abgeben bzw. bei Strömen mit hohem Gleichstromanteil die Vorauslösezeit dieser Art von Schaltern zu hoch ist, sodaß auch Näherungslösungen und -werte nicht die erforderliche Genauigkeit gewährleisten.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der Mulldurchgangsvorherbestimmung des Stromes im verlagerten Fall und bei größeren Schaltervorauslösezeiten zu erhöhen sowie die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges so gering als möglich zu halten.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synchronsteuerung des _x\usschaltzeitpunktes von ,Vechselsti'omleistungsschaltern mit relativ langsamem Antrieb bei-Kursschlußströmen mit hohem (rleichstromanteil anzugeben.

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu vier beliebigen, bekannten Zeiten t^, t_o, t-,, und t^ die Augenblickswerte des Stromes i^ gemessen werden· Diese Werte werden in. digitaler Form einer digitalen Verarbeitungseinheit zugeführt, in der ein Gleichungssystem zur

Ermittlung der Konstanten für die Gleichung des Kurzschlußstromes mittels eines elektronischen Rechners gelöst wird und von der bei Berücksichtigung der Schalteigenzeit ein Synchronsehaltimpuls (Ausschaltimpuls) für jeden Stromnulldurchgang abgegeben wird

Der KurzSchlußstrom folgt der Beziehung ^

i_k (t) = I_k * sin(tut + JO + c · e ^T

Mit den vier Meßwerten stehen vier Gleichungen für die Bestimmung der Unbekannten I, , y , c und 2* zur Verfügung. Die Lösung dieses Gleichungssystems geschieht mit Hilfe bekannter Rechenverfahren und -schaltungen.

Wach Bestimmung der o.g. Unbekannten kann der genaue Stromverlauf X₁, (t) angegeben werden und somit sind die Zeit-

Ja.

punkte der Stromnulldurchgänge vorher berechenbar. Bei Berücksichtigung der Schaltereigenzeit werden Auslösesignale vor den Stromnulldurchgängen der Schalterauslösesteuerung so zugeführt, daß die Kontaktstücke die Löschdistanz gerade im Nulldurchgang erreicht haben·

Der Vorteil dieses Verfahrens bei der Anwendung bei Blaskolbenschaltern ist der, daß die Löschmittelmenge geringer wird und damit der Antrieb eine kleinere Leistungsfähigkeit besitzen kann.· Weiterhin entsteht durch das synchrone Schal-•ten ein geringerer Kontaktabbirand, und der Wartungsaufwand verringert sich entsprechend. Von besonderer Bedeutung ist auch, daß die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei jedem bereits vorhandenen Schalter zur Erzielung des Synchronschalteffektes nachgerüstet werden kann·

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel gemäß dem Blockschaltbild näher erläutert werden»

Über den im Stromkreis des Leistungsschalters 1 befindlichen Stromwandler 2 liegt der transformierte Strom an der Meßwerterfassung 3 und der Anregeschaltung 4 an· Wenn, bei einer Störung, z.B· Kurzschluß, der Strom einen bestimmten Ansprechwert und eine zulässige zeitliche Änderung (di/dt) überschreitet, wird durch die Anregeschaltung 4 die Steuerung 5 aktiviert, die die Vorgänge in der gesamten Synchronsteuerung koordiniert» Damit gelangt ein Steuerungsimpuls an die Meßwerterfassung 3 zur Annahme des anstehenden Analogwertes (Augenblickwert des Kurzschlußstromes) und gleichzeitig v/ird der Zeitgeber 7 in Betrieb gesetzt. Nachdem der Wert in der Meßwerterfassung 3 durch seinen Analog-/Digitalumsetzer verarbeitet wurde, wird der Digitalwert in den Speicher der Meßwertverarbeitung 6 gegeben· Somit kann der nächste Stromwert von der Meßwerterfassung 3 übernommen werden, mit gleichzeitiger Zeitübernahme in die Meßwertverarbeitung 6· Nachdem vier Augenblickswerte mit ihren Zeitpunkten in die Meßwertverarbeitung 6 eingegeben wurden, beginnt die Berechnung der charakteristischen Größen I-, , ^f , c und 2* des Kurzschlußstromes* Hierfür befindet sich in der Meßwertverarbeitung 6 ein elektronischer Kleinrechnerβ In seinen Speichern ist der Lösungsalgorithmus für das Gleichungssystem. untergebracht» Aus dem errechneten aktuellen Stromverlauf werden die Zeitpunkte der Stromnulldurchgänge ermittelt* Entsprechend der Schaltereigenzeit werden die .Auslösezeitpunkte vor den Stromnulldurchgängen festgelegt* Mit Hilfe des Zeitgebers 7 werden in den berechneten Zeitpunkten die Auslöseimpulse aus der Meßwertverarbeitung 6 an eine Verknüpfungssteuerung 8 weitergegeben· Hierbei erfolgt eine Art von Synchronisation zwischen dem tatsächlichen und berechneten Verlauf des Kurzschlußstromes durch den Zeitgeber 7·

Der Auslöseimpuls führt dann zum Öffnen des Leistungsschalters 1, wenn das übergeordnete Schutzsystem auf Grund der Selektivität diesen Schalter zum Abschalten ausgewählt hat (Signal 10). Bei betriebsmäßigen Abschaltungen (Signal 11) erfolgt ebenfalls ein synchronisiertes Abschalten,

Hierbei geht ein Steuersignal an die Steuerung 5, die die Meßwerterfassung 3 und die Meßv/ertverarbeitung 6 einschließlich den Zeitgeber 7 aktiviert, um somit das Synchronauslösesignal zu erhaltene Die Antriebssteuerung 9 bewirkt die Betätigung des Leistungsschalters 1«

Die Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens unter Verwendung der entsprechend vorgeschlagenen mathematischen Punktion zur Errechnung des Kurvenverlaufes des Kurzschlußstromes erlaubt die genaue Vorausberechnung des Stromverlaufes über mehrere Nulldurchgänge hinaus, sodaß entsprechend der verschieden langen Vorauslösezeit der verschiedenen Schaltertypen mit langsamen Antrieben der Nulldurchgang ausgewählt wird, der ein synchrones Schalten erlaubt«

Claims

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Synchronsteuerung des Ausschaltzeitpunktes-von während des Nulldurchganges des Stromes schaltenden Wechselstromleistungsschaltern mit relativ langsamem Antrieb, insbesondere Blaskolbenschalter, gekennzeichnet dadurch, daß nach Eintritt der die Abschaltung auslösenden Störung, ζ·Β· ein Kurzschluß, zu vier beliebigen, bekannten Zeiten die Augenblickswerte des Stromes gemessen und in digitaler Form einer digitalen Verarbeitungseinheit zugeführt werden, in der mit diesen Stromwerten ein Gleichungssystem zur Ermittlung der Konstanten für die Gleichung des Kurzschlußstromes mittels eines elektronischen Rechners gelöst wird und von der bei Berücksichtigung der Schaltereigenzeit ein Synchronschaltimpuls (Aussehaltimpuls) für jeden Stromnulldurchgang abgegeben wird«

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß beim betriebsmäßigen Ausschalten die Synchronsteuerung durch einen von Handbetätigung ausgelösten Impuls aktiviert wird»

3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Konstantenermittlung des KurzSchlußströmes über die mathematische Punktion

t '

i (t) = I_k ° sin(tt?-t +J) + c * e erfolgt«

Hierzu 1 Blatt Zeichnung