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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schutzanordnung sowie auf ein Schutzverfahren
für eine elektrische
Leitung gemäß Patentanspruch
1 bzw. 7
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In
der
US 5,216,352 A ist
ein Abschaltvorgang eines Leitungsschutz-Halbleiterschalters beschrieben.
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Aus
der
DE 691 29 137
T2 ist ein elektrisches Verteilersystem und ein Verfahren
zum Schutz eines elektrischen Verteilersystems bekannt, wobei ein
erster und ein zweiter Überstromaufnehmer
einen Auslösebefehl
bzw. einen Ein-Befehl an einen Trennschalter übergeben.
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Die
Auswerteglieder haben dabei eine Schutzfunktion gegen Überströme, wobei
der Halbleiterschalter als Schutzschalter dient. Unter Schutzschalter
wird vorliegend ein Schalter oder auch ein Schaltgerät verstanden,
welches in Abhängigkeit
eines Schaltsignals seinen Schaltzustand verändert. Der Schalter weist dabei
ein ausreichend großes Schaltvermögen beim
Zu- oder Abschalten einer Leitung, eines Betriebsmittels, eines
Verbrauchers oder eines Anlagenteils, insbesondere unter Kurzschlussbedingungen,
auf.
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Die
Grundlage der Schutzfunktion der Auswerteglieder gegen Überströme, insbesondere
Kurzschlussströme,
ist zum einen beispielsweise durch ein Schutzrelais gegeben, welches
bei einem Kurzschluss einen Abschaltvorgang beim Schutzschalter bewirkt.
Die Schutzfunktion kann ggf. auch mittels einer Erkennungsschaltung
für Überströme realisiert werden.
Zum anderen kommt eine so genannte Abzweigschutztechnik zum Einsatz,
welche gestützt durch
abgestimmte Algorithmen eine Impedanzmessung für einen vorgesehenen Schutzbereich
vorsieht. Diese Algorithmen sind denen der Distanzschutztechnik ähnlich.
Die Distanzschutztechnik wird im Wesentlichen in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik
eingesetzt.
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Schutzschalter
sind in verschiedenen Ausführungsvarianten
aus dem Lehrbuch Fachkunde Elektrotechnik, Lektorat Professor Dr.
Günter
Springer, Verlag Europa-Lehrmittel, Europa-Nr. 30138 bekannt. Geläufig ist
zudem die oben genannte Distanzschutztechnik, welche im Fachbuch
Digitale Schutztechnik von Dr.-Ing.
Hans-Joachim Herrmann, VDE-Verlag GmbH, ISBN 3-8007-1850-2, erläutert ist.
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Bei
der Distanzschutztechnik gemäß des oben
zitierten Standes der Technik werden ein Überstromschutzorgan und ein
Distanzschutzelement über
eine logische UND-Verknüpfung
miteinander verbunden, wobei ein Ausschaltsignal nur bei Erfüllung der
UND-Bedingung erfolgt.
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Werden
Halbleiterschalter in der Funktion als Schutzschalter eingesetzt,
so besteht die Notwendigkeit im Kurzschlussfall sehr rasch abzuschalten,
da im Vergleich zu einem mechanischen Schutzschalter ein sehr viel
kleineres Energieaufnahmevermögen gegeben
ist. Bei Silicium-Halbleiterschaltern muß innerhalb weniger μs abgeschaltet
werden, damit die maximale Belastung gemäß einer zugehörigen, zulässigen Avalancheenergie
oder einer SCSOA (Short-Circuit-Safe-Operating-Area) nicht überschritten
wird.
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Auf
Grund der Notwendigkeit eines sehr schnellen Ansprechens der auf
den Schutzschalter wirkenden Auswertegliedern, insbesondere des Überstromschutz-
und des Distanzschutzorgans, kann dies zu einer Fehlauslösung des
Schutzschalters führen.
Dies kann durch den Umstand bedingt sein, dass keine ausreichend
lange Auswertezeit zur Verfügung
steht, um einen aktuellen Betriebszustand präzise zu bestimmen. Fehlauslösungen werden
beispielsweise durch impulsförmige
Störungen,
insbe sondere durch einen Stoßstrom
oder auch durch einen Einschaltstromstoß, begünstigt.
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Nachteilig
ist hierbei, dass eine Fehlauslösung
in aller Regel zu einer Unterbrechung führt, wodurch eine stetige Energieversorgung
nicht mehr gewährleistet
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schutzeinrichtung
in Verbindung mit einem Halbleiterschalter anzugeben, bei der eine kontinuierliche
Energieversorgung trotz eventuell auftretender Störeinflüsse gegeben
ist. Weiterhin soll eine zugehörige
Schutzanordnung und ein zugehöriges
Schutzverfahren angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst.
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Mit
dieser Schutzeinrichtung wird erreicht, dass betriebsbedingte Anforderungen
in Bezug auf eine zu schützende
Leitung und der damit zusammenhängenden
Aufrechterhaltung der Energieversorgung auf Grund ihrer Auswerte-
und Auslösecharakteristik
erfüllt
werden können.
Dazu zählen
ein sehr schnelles Ansprechen bei einem Kurzschluss, eine weitest
gehende Vermeidung von Fehlauslösungen
und eine sehr schnelle Verifizierung einer vorliegenden Störung.
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Der
durch die Erfindung abgebrochene Abschaltvorgang verhindert selbst
unter störungsbehafteten
Betriebsbedingungen eine unnötige
Abschaltung einer Leitung, eines Betriebsmittels oder eines Anlagenteils
und dient somit einer stetigen Energieversorgung. Dabei wird ein
bereits eingeleiteter Abschaltvorgang abgebrochen und die elektrische
Verbindung quasi zurückgeholt.
Diese Verfahrensweise wäre
bei einem herkömmlichen
mechanischen Schutzschalter nicht möglich. Erst durch die Erkenntnis
der Nutzung der noch vorhandenen Teilleitfähigkeit des Halbleiterschalters
gelang dieser erfinderische Schritt.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz bei elektrischen
Leitungen sowie bei einer Energieversorgung wie auch bei diesen
nachgeschalteten Betriebsmitteln, Verbrauchern oder Anlagenteilen.
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Mit
Vorteil sind die beiden Auswerteglieder und der Halbleiterschalter
für einen
Netzbetrieb im Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsbereich ausgelegt.
Dies ermöglicht
einen Einsatz der Erfindung in vielfältigsten Anwendungsgebieten,
wodurch Investitionsmittel geschont werden und zugleich die Option geschaffen
wird eine standardisierbare Schutzanordnung zu verwenden.
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Zweckmäßigerweise
umfasst das zweite Auswerteglied jeweils ein Abtast- und Halteglied
für Strom
und Spannung, eine Recheneinheit, eine Vergleichseinheit und eine
Zeitablaufsteuerung. Auf diese Weise ist eine besonders zuverlässige und
sichere Auswertung unter Verwendung von in der Praxis bereits bewährter Komponenten
gegeben.
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Bevorzugt
weist der Halbleiterschalter einen parallel geschalteten Varistor
auf. Der Varistor dient hierbei vorteilhafterweise als Schutzeinrichtung
für den
Halbleiterschalter. Dies gilt insbesondere für den Fall einer auftretenden Überspannung.
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Vorzugsweise
ist das erste Auswerteglied als Überstromschutzorgan
für einen
Kurzschluss und das zweite Auswerteglied als Distanzschutzorgan
mit einer Messfunktion für
die Netzimpedanz ausgelegt. Dadurch entsteht eine wirkungsvolle
Schutzfunktion mit Redundanz, was zu einer verbesserten Auswertungscharakteristik
und zu einer geringeren Störanfälligkeit
der Energieversorgung führt.
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Zweckmäßigerweise
ist der Ausschaltvorgang spätestens
während
eines Kommutierungsvorgangs des Halbleiterschalters gegeben. Mit
Vorteil wird dabei die Kommutierungszeit des Halbleiterschalters
zur Verifizierung einer Störung
genutzt, um ggf. das Ausschaltsignal abzubrechen.
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Die
oben genannten Vorteile beziehen sich sinngemäß auch auf das Verfahren.
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Vorzugsweise
wird die zweite Auslösebedingung
nach der ersten Auslösebedingung
abgefragt. Die kaskadenähnliche
Abfragestruktur kann demnach dazu beitragen ein bereits auf einer
Fehlauslösung
beruhendes, an den Halbleiterschalter abgesandtes Ausschaltsignal
abbrechen, um die Aufrechterhaltung der Funktion der Leitung oder
der Energieversorgung zu gewährleisten.
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Zweckmäßigerweise
wird die zweite Auslösebedingung
zumindest teilweise parallel zur ersten Auslösebedingung abgefragt. Diese
Abfragestrategie trägt
dazu bei, eine etwaige Störung
frühzeitig
zu verifizieren und unterstützt
ggf. dass das Ausschaltsignal an den Halbleiterschalter geleitet
wird. Durch diese parallele Arbeitsweise wird eine Zeitersparnis
erzielt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zum Abbrechen des
Ausschaltvorganges das Ausschaltsignal gelöscht und/oder dem Halbleiterschalter
ein Einschaltsignal zugeführt.
Vorteilhafterweise kann hierbei nicht ausschließlich das Ausschaltsignal eines
Auswertegliedes gelöscht
werden, sondern im Anschluss daran die Wiedereinschaltung des Halbleiterschalters
eingeleitet werden. Dadurch ist eine Aufrechterhaltung einer funktionstüchtigen Leitung
oder einer betriebsbereiten Energieversorgung gegeben.
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Weitere
Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Zeichnung dargestellt. Diese dienen zur Vermittlung des grundlegenden
erfinderischen Gedankens. Es zeigen grob schematisch:
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1 eine
Schutzeinrichtung und eine Schutzanordnung als Teil eines Stromkreises,
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2 einen
Halbleiterschalter mit einem Kommutierungszweig,
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3 ein
zweites Auswerteglied mit Funktionsbausteinen und
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4a-4e zusammengehörige Ablaufdiagramme
der Wirkungsweise der Schutzeinrichtung und eines Schutzverfahrens
Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen
Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen.
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Zunächst wird
auf Gegebenheiten des Stromkreises, später auf funktionelle Details
eingegangen.
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1 zeigt
eine Schutzeinrichtung 1 und eine Schutzanordnung 2 als
Sekundärteil
eines einphasigen Stromkreises 3. Der Stromkreis 3 stellt
eine Energieversorgung mit einer zugehörigen Spannung UNetz,
einer Netzimpedanz Z bestehend aus einem ersten und einem zweiten
Impedanzelement Li bzw. Ri dar,
deren zugehörige
erste und zweite Impedanzspannung ULi bzw.
URi parallel dazu verlaufen. Des Weiteren
umfasst der Stromkreis 3 eine angenommene Last LLR, die sich aus einer Impedanz L und einem
Widerstand R zusammensetzt. Hierzu korrespondieren die zugehörige erste
und zweite Lastspannung UL bzw. UR.
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Die
Last LLR ist über eine elektrische Leitung 5 mit
einer Energiequelle, z.B. einem elektrischen Generator G eines Kraftwerks
oder einem Einspeisetransformator einer Fabrik verbunden. Die Schutzeinrichtung 1 umfasst
ein erstes und ein zweites Auswerteglied 4a bzw. 4b.
Das erste Auswerteglied 4a steht dabei mit einem in der
Leitung 5 angeordneten Halbleiterschalter 6 in
Wirkverbindung, der als Schutzschalter dient. Der Halbleiterschalter 6 weist eine
zugehörige
Schalterspannung US auf.
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Das
erste Auswerteglied 4a ist als Überstromschutzorgan I» und das
zweite Auswerteglied 4b als Distanzschutzorgan Z« ausgelegt.
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Bei
Erfüllung
einer ersten Auslösebedingung führt das
erste Auswerteglied 4a dem Halbleiterschalter 6 ein
Ausschaltsignal 7a zu, wodurch ein Ausschaltvorgang im
Halbleiterschalter 6 erzeugt ist. Bei Nichterfüllung einer
zweiten Auslösebedingung bricht
das zweite Auswerteglied 4b den Ausschaltvorgang ab. Die
Auslösebedingungen
können
hierbei, insbesondere beim Distanzschutzorgan Z«, Algorithmen aus der Distanzschutztechnik
umfassen. Sowohl die Schutzeinrichtung 1 als auch die Schutzanordnung 2 sind
für einen
Netzbetrieb im Nieder-, Mittel- und Hochspannungsbereich ausgelegt.
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Unter
Auslösebedingung
wird vorliegend zumindest ein auf die Leitung 5 bezogenes
Kriterium verstanden, von dem die Auswerteglieder 4a und 4b in
Abhängigkeit
stehen. Bei Erfüllung
oder auch Nichterfüllung
dieser Kriterien reagieren die Auswerteglieder 4a und 4b ihrem
Auswertecharakter enstprechend. Das zweite Auswerteglied 4b übernimmt dabei
z.B, mittels Erkennungsschaltung die Schutzfunktion gegen einen
auftretenden Überstrom,
insbesondere gegen einen Kurzschlussstrom.
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Das
erste und das zweite Auswerteglied 4a bzw. 4b werden
jeweils von einem Sensor 22a bzw. 22b für einen
Strom i bzw. eine Spannung u versorgt. Der Strom i fließt in der
Leitung 5 über
den Halbleiterschalter 6. Die Spannung u wird nach dem
Halbleiterschalter 6 und über dem ersten und zweiten
Lastelement L bzw. R gemessen.
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Der
Halbleiterschalter 6 umfasst zumindest ein Halbleiterbauteil.
Im allgemeinen ist dieses als Transistor, insbesondere als MOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) oder als IGBT (Insulated-Gate-Bipolar-
Transistor) oder auch als SCCT (Siliciumcarbid-Cascode-Transistor)
ausgeführt.
Ebenfalls ist eine Ausführung
als GTOT (Gate-Turn-Off-Transistor)
oder auch als IGCT (Integrated-Gate-Commutated-Thyristor möglich. Die
dabei angewandte Anordnung im Halbleiterschalter 6 kann
sowohl antiparallel wie auch antiseriell erfolgen.
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2 zeigt
den Halbleiterschalter 6 in einer Detaildarstellung mit
einem Kommutierungszweig 8, der dem Halbleiterschalter 6 parallel
zugeordnet ist und einen Varistor 9 umfasst. Die den Halbleiterschalter 6 bildenden
Halbleiterbauteile sind hier antiseriell angeordnet. Alternativ
zum Varistor 9 kann auch eine Zehnerdiode oder ein funktionell
gleichwertiges Bauteil zum Einsatz kommen. Möglich ist auch der Einsatz
eines Snubbercircuits (Überspannungsschutzkreis)
mit einem RCD-Element.
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3 zeigt
das zweite Auswerteglied 4b mit darin angeordneten Funktionsbausteinen.
Die Funktionsbausteine sind im einzelnen ein erstes Abtast- und
Halteglied 10 mit einem ersten Eingang 11 für die Spannung
u, ein zweites Abtast- und Halteglied 12 mit einem zweiten
Eingang 13 für
den Strom i, eine Recheneinheit 14, eine Vergleichseinheit 15 mit
einem Ausgang 16 und eine Zeitablaufsteuerung 17. Die
Vergleichseinheit 15 gibt am Ausgang 16 ein Steuersignal 18 aus.
Hierbei ist eine digitale Signalverarbeitung gegeben, wobei Algorithmen
als Programm hinterlegt sind und somit eine präzise Auslösekennlinie einfach realisierbar
ist.
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4a bis 4e zeigen
zusammengehörige
Ablaufdiagramme der Wirkungsweise der Schutzeinrichtung 1 und
des neuen Schutzverfahrens 19. In 4a ist
der Strom i gemäß 1 in
Abhängigkeit von
der Zeit t dargestellt. Der Strom i kann mit mehreren Betriebszuständen korrelieren.
Im Normalbetrieb oder im Überlastbetrieb
fließt
dementsprechend ein Betriebs- bzw. ein Überlaststrom. Der Strom i verläuft im Normalbetrieb
zwischen den gezeigten Grenzen 0 und imax.
Sofern der Fall eines Stoßstromes oder
eines Überlaststromes
eintritt, wird die Schwelle des Maximalstromes imax überschritten.
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Wie
im Diagramm gemäß 4a gezeigt
ist, verläuft
der Strom i als Betriebsstrom zwischen einem ersten t1 und
einem zweiten Zeitabschnitt t2 deutlich
unterhalb der Schwelle des Maximalstromes imax.
Auf Grund einer Störung,
die beispielsweise durch eine Stromspitze 20 ausgelöst wird,
steigt der Strom i stetig an, wobei die Stromspitze 20 die Schwelle
des Maximalstromes imax überschreitet. Die Stromspitze 20 stellt
dabei keinen Überlaststrom
dar.
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4b zeigt
das Diagramm des Überstromschutzorgans
I» hervor,
dessen Verhalten über
der Zeit t abgebildet ist. Das Überstromschutzorgan
I» überwacht
den Stromverlauf auf Einhaltung der Grenzen 0 und imax gemäß 4a,
insbesondere bei einem auftretenden Kurzschlussstrom. Das Überstromschutzorgan
I» weist
zwei Schaltzustände, nämlich Wert
0 und Wert 1 auf. Diese Schaltzustände symbolisieren die Erfüllung der
Auslösebedingungen,
wobei der Wert 1 für „erfüllt" und der Wert 0 für „nicht
erfüllt" stehen.
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Verläuft der
Strom i zwischen den Grenzen 0 und imax,
verharrt der Schaltzustand auf Wert 0. Sofern der Fall des Überlaststromes
eintritt wird die Schwelle des Maximalstromes imax überschritten
und das Überstromschutzorgan
I» nimmt
den Schaltzustand Wert 1 an. Der Wechsel von Schaltzustand Wert
0 auf Wert 1 wird an einem ersten Schaltwechsel 21a sichtbar.
Da zu einem dritten Zeitabschnitt t3 die
Schwelle des Maximalstromes imax bereits
wieder unterschritten ist, wechselt der Schaltzustand des Überstromschutzorgans
I» von
Wert 1 auf Wert 0, was durch den dritter Schaltwechsel 21c gemäß 4b sichtbar
wird.
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4c zeigt
den Verlauf der den vorhergehenden Figuren zugehörigen Netzimpedanz Z in Abhängigkeit
von der Zeit t. Die Netzimpedanz Z steht für den vorhandenen Impedanzverlauf
in der Energieversorgung. Die Netzimpedanz Z kann mit mehreren Betriebszuständen korrelieren.
Während
im Normalbetrieb oder im Überlastbetrieb
verhält
sich die Netzimpedanz Z den Randbedingungen – Verlauf von Strom i und Schaltzustand
des Überstromschutzorgans
I» – entsprechend.
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Die
Netzimpedanz Z verläuft
im Normalbetrieb oberhalb der Grenze der Minimalnetzimpedanz Zmin. Sofern der Fall des Überlaststromes eintritt kann die
Grenze zur Minimalnetzimpedanz Zmin unterschritten
werden. Da es sich vorliegend um einen Stoßstrom handelt, ändert sich
zwar der Verlauf der Netzimpedanz Z in Richtung der Grenze zur Minimalnetzimpedanz
Zmin die besagte Grenze wird jedoch nicht
unterschritten.
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In 4d ist
das Diagramm eines Distanzschutzorgans Z« gezeigt, dessen Verhalten über der Zeit
t abgebildet ist. Das Distanzschutzorgan Z« überwacht die Netzimpedanz Z
auf Einhaltung der Grenze einer Minimalnetzimpedanz Zmin gemäß 4c.
Das Distanzschutzorgan Z« befindet
sich in einem so genannten Bereitschaftszustand, wodurch eine permanente Überwachung
der Netzimpedanz Z gegeben ist. Alternativ kann zum zweiten Zeitabschnitt
t2 das Distanzschutzorgan Z« auch durch
den ersten Schaltwechsel 21a des Überstromschutzorgans I» angestoßen werden.
Beispielhaft wird gemäß 4d eine
Verifikationszeit tVer angezeigt, die die benötigte Zeitspanne
bis zur Verifizierung der Störung
angibt.
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Das
Distanzschutzorgan Z« weist
zwei Schaltzustände,
nämlich
Wert 0 und Wert 1 auf. Verläuft
die Netzimpedanz Z oberhalb der Grenze der Minimalnetzimpedanz Zmin verharrt der Schaltzustand auf Wert 0.
Sofern der Fall einer Unterschreitung dieser Grenze der Minimalnetzimpedanz
Zmin eintritt, nimmt das Distanzschutzorgans
Z« den
Schaltzustand Wert 1 an.
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Gemäß 4e wird
das Diagramm eines Schaltsignals S, in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt.
Das Schaltsignal S wirkt direkt auf den Halbleiterschalter 6.
Gesteuert werden kann das Schaltsignal S vom Überstromschutzorgan I» und/oder
vom Distanzschutzorgan Z«.
Das Schaltsignal S kann zwei Schaltzustände, nämlich Wert 0 und Wert 1 annehmen.
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Das
Distanzschutzorgan Z« besitzt
eine höhere
Steuerpriorität
als das Überstromschutzorgan I», d.h.
dass ein Steuer signal des Distanzschutzorgans Z« ein Vorrecht gegenüber einem
Steuersignal des Überstromschutzorgans
I» aufweist.
Gleichermaßen
kann das Steuersignal des Distanzschutzorgans Z« den Schaltzustand des Überstromschutzorgans
I» zurücksetzen.
Bedingt durch den ersten Schaltwechsel 21a zum zweiten
Zeitabschnitt t2 wird über ein Steuersignal des Überstromschutzorgans
I» das
Schaltsignal S von Wert 0 auf Wert 1 gesetzt. Dies wird durch einen
zweiten Schaltwechsel 21b zum zweiten Zeitabschnitt t2, gemäß 4e angezeigt.
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Die
gemäß 4d angezeigte
Verifikationszeit tVer für eine Verifizierung der Störung durch
das Distanzschutzorgan Z« ergibt
hierbei keine Bestätigung
des Auslöseverhaltens
des Überstromschutzorgans
I». Vorrangig
wirkt sich das Verifikationsergebnis derart auf das Schaltsignal
S aus, dass dieses zum vierten Zeitabschnitt t4 von
Wert 1 auf Wert 0 gesetzt wird, wodurch das Ausschaltsignal 7a abgebrochen
wird. Dies wird durch einen vierten Schaltwechsel 21d angezeigt.
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Die
gemäß 4d angesetzte
Verifikationszeit tVer beginnt bei einem
vorhandenen Überlaststrom
spätestens
zum Beginn und endet spätestens vor
Beendigung des Ausschaltvorganges, insbesondere vor Beendigung einer
Kommutierungszeit, des Halbleiterschalters 6. Hierdurch
kann ein Abbruch des Ausschaltvorganges des Halbleiterschalters 6 noch
rechtzeitig vor einer Unterbrechung der Energieversorgung erfolgen.
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Das
Zurücksetzen
des Schaltsignals S bewirkt ein Auslösen des Einschaltsignals 7b für den Halbleiterschalter 6.
Da keine weiteren Störungen auftreten,
normalisiert sich der Strom i gemäß 4a und
auch die Netzimpedanz Z stabilisiert sich zum Zeitabschnitt t3 gemäß 4c nach
einem Einschwingvorgang wieder. Alternativ ist auch eine mittelbare
Ansteuerung des Halbleiterschalters 6 über das Überstromschutzorgans I» möglich.
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Wesentlicher
Gedanke der vorliegenden Idee ist es beim Schutzverfahren 19 gemäß 4a bis 4d für eine elektrische
Leitung 5, dass das erste Auswerteglied 4a auf
den in der Leitung 5 angeordneten Halbleiterschalter 6 gemäß 1 wirkt. Das
erste Auswerteglied 4a dient hierbei als Überstromschutzorgan
I». Bei
Erfüllung
einer ersten Auslösebedingung
wird dem Halbleiterschalter 6 ein Schaltsignal S in Form
eines Ausschaltsignal 7a zugeführt, wodurch ein Ausschaltvorgang
im Halbleiterschalter 6 erzeugt wird. Dadurch wird eine
Schutzfunktion erzeugt, die ein Äquivalent
zu einem kurzschlußfesten
Halbleiterschalter darstellt.
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Ein
zweites Auswerteglied 4b, welches hier als Distanzschutzorgan
Z« ausgeführt ist,
bricht dabei bei Nichterfüllung
seiner Auslösebedingung
den Ausschaltvorgang ab. Zum Abbrechen des Ausschaltvorganges wird
das Schaltsignal S gelöscht und/oder
es wird dem Halbleiterschalter 6 ein Einschaltsignal 7b zugeführt. Die
zweite Auslösebedingung
wird im allgemeinen nach der ersten Auslösebedingung abgefragt. Je nach
Einsatzzweck und Schutzvorgabe wird die zweite Auslösebedingung ggf.
zumindest teilweise parallel zur ersten Auslösebedingung abgefragt.
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Hierbei
kann nicht ausschließlich
das Ausschaltsignal 7a des ersten Auswertegliedes 4a gelöscht werden,
sondern im Anschluss daran die Wiedereinschaltung des Halbleiterschalters 6 eingeleitet werden.
Dadurch ist eine Aufrechterhaltung einer funktionstüchtigen
Leitung oder einer betriebsbereiten Energieversorgung gegeben. Dies
ist z.B. durch ein erneutes Zuschalten des Halbleiterschalter 6 auch
dann noch möglich,
wenn die Verifikationsdauer bereits über die Dauer des Abschaltvorganges
hinausgegangen ist und eine Unterbrechung der Energieversorgung
stattgefunden hat.
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Prinzipiell
ist zum Abschalten des Stromes i der Aufbau einer Gegenspannung
im Halbleiterschalter 6 erforderlich, die einer treibenden
Netzspannung entgegenwirkt. Insbesondere für den Fall, dass das Distanzschutzorgan
Z« durch
den ersten Schaltwechsel 21a des Überstromschutzorgans I» angestoßen wird,
erfolgt eine Generierung des Schaltsignals S in Form eines Ausschaltsignals 7a.
Da parallel zum Halbleiterschalter 6 ein Kommutierungszweig 8 mit
einem darin angeordneten Varistor 9 vorgesehen ist oder
z.B. durch so genanntes Clamping eines gleichwertigen Bauelements
der Halbleiterschalters 6 noch teilweise leitfähig ist,
wird hierdurch die Gegenspannung aufgebaut.
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Nach
dem Wirksamwerden der Gegenspannung nimmt der Strom i linear ab.
Die Phase der Stromabnahme ist damit umso kürzer, je höher die Gegenspannung ist.
Nachdem der Strom i den Wert 0 angenommen hat, folgt die Schalterspannung
US am Halbleiterschalter 6 der
Netzspannung UNetz. Der Strom i fließt somit
noch für
eine gewisse Zeit von einigen μs
bis zu maximal 1 ms nach dem Ausschaltvorgang des Halbleiterschalters 6 weiter.
Die Anwendung der oben genannten Algorithmen in dieser Zeit ist
besonders einfach.
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Der
Algorithmus stellt zur Lösung
eine Gleichung zur Verfügung,
deren Ziel es ist das erste und zweite Lastelement L bzw. R einer
angenommenen Last zu bestimmen. Hilfreich sind dabei genutzte Wertepaare
der Prozessgrößen Spannung
u und Strom i bzw. di/dt. Eine genauere Netznachbildung ergibt sich
bei einer Verwendung von Netzmodellen höherer Ordnung.
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Die
Schutzeinrichtung 1, die Schutzanordnung 2 und
das Schutzverfahren 19 können auch bei einem mehrphasigen,
insbesondere bei einem 3-phasigen, Netz eingesetzt werden.