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"Elektrische Energieverteilungsanlage" Die Erfindung betrifft eine
elektrische Energieverteilungs= anlage mit mehreren in Reihe liegenden, mit Kurzschlußaus=
lasern verschenen Selbstschaltern, die im Kurzschlußfall fehlerbehaftete Leitungszweige
selektiv abschalten.
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Dei -derartigen Energieverteilungsanlagen sind stets besondere Maßnahmen
an den Selbstschaltern erforderlich, damit im Kurz= schluß fall ein selektives Abschalten
der Kurzschlußstelle erfolgen kann, d. h. damit jeweils nur der Selbstschalter abschaltet,
der unmittelbar vor der Kurzschlußstelle liegt.
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ZunSchst kann eine Stapelung erfolgen, indem man die Strom= ansprechwerte
der Kurzschlußauslöser der einzelnen Selbst= schalter verschieden hoch festlegt,
wobei vorauszusetzen ist, daß die in der Verteilungsanlage möglichen Kurzschluß:
Werte sich von Selbstschalter zu Selbst schalter genügend unterscheiden. Da dies
meist nicht in ausreichendem Maße der Fall ist, werden zusätzlich zu den unterschiedlichen
Stromansprechwerten zeitliche Verzögerungen vorgesehen, die um so größer werden
müssen, Je weiter der betreffende Selbstschalter vorn Verbraucher weg oder je dichter
er an der Netzeinspeisung liegt, also je größer seine Nennstrom= stärke ist. Diese
zeitlichen Verzögerungen der einzelnen Selbstschalter verbieten leider den Einsatz
äußerst schnell
schaltender, sogenannter strombegrenzender Schaltgeräte
und führen zu beträchtlichen Beanspruchungen in @er Verteilungs= anlage sowohl in
elektrodynamischer Hinsicht wie auch in thermischer Hinsicht Bei Energieverteilungsanlagen
mit strombegrenzenden Selbst= schaltern hat man zwar schon versucht, die zeitliche
Staffelung der Selbstschalter bei Kurzschlußabschaltungen zu umgehen, indem man
zunächst alle vor der Kurzschlußstelle liegenden Selbstschalter abschalten läßt
und dann alle Selbstschalter bis auf den unmittelbar vor der Kurzschlußstelle liegenden
wieder einschaltet (DT-AS 1 300 159, DT-AS 1 174 891 und DT-AS 1 179 626). Diese
Löaung befriedigt jedoch nicht, da sie, vom steuerungsmäßigen Aufwand abgesehen,
von allem eine, wenn auch kurzzeitige, Unterbrechung der Spannung in der gesamten
Verteilungsanlage bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues.System zur selektiven
Staffelung der Selbstschalter in den genannten Energieverteilungsanlagen anzugeben,
das praktisch ohne zeit: liche Verzögerungen beim Ansprechen der einzelnen Selbst:
schalter auskommt und somit auch bestens fur Energievertei= lungsanlagen mit strombegrenzenden
Selbstschaltern geeignet ist. Hierbei soll - und das ist wichtig - tatsächlich nur
Jeweils der Selbstschalter ansprechen, der als nächster vor der Kurzschlußstelle
liegt, während alle übergeordneten Selbst= schalter in der Einschaltstellung verharren,
so daß es für die gesunden Anlagenteile zu keiner Spannungsunterbrechung kommen
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei den Energieverteilungsanlagen
der eingangs genannten Art zur Befehlsgabe für die Kurzschlußauslöser jedem Selbstschal
ter ein mit einem Setzeingang, einem Speicherzusgang und
mindestens
einem Löscheingang verschener elektronischer Steuer: apparat zugeordnet ist, dessen
Setzeingang von einer im haupt: strompfad des jeweiligen Leistungsschalters liegenden
Meßvor: richtung angesteuert wird, und dessen Speicherausgang den Befehl für den.Kurzschlußauslöser
hergibt und gleichzeitig dominierend löschend auf den Löscheingang des Steuerapparates
des übergeordneten Selbstschalters geschaltet ist.
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Mit der erfindungsgemäß ausgerüsteten Energieverteilungs: anlage werden
die obengenannten Aufgaben in vollem Umfang erfüllt. Tritt an einer beliebigen Stelle
in der Energiever: teilungsanlage ein Kurzschluß auf, so kann mit der erfindungs=
gemiLßen Verteilungsanlage ein genaues Selektieren der Kurz: schlußstelle erfolgen,
ohne daß gesunde' Anlagenteile von den Schalthandlungen betroffen werden0 Der mit
der im Hauptstrom= pfad eines Selbstschalters liegenden Meßvorrichtung ange= steuerte
elektronische Steuerapparat gibt sowohl einen Aus: löseimpuls an den Kurzschlußauslöser
seines Selbstschalters serie auch einen Losch- oder Sperrimpuls an den elektronischen
Steuerapparat de Ubergeordneten Selbstschalters, so daß der von dem Steuerapparat
des übergeordneten Selbst schal: terms ermittelte Auslösebefehl keine Gültigkeit
behält. Da die in Reihe liegenden Selbstschalter in der Regel varschie: dene Nennströme
haben, ist auch der Ansprechwert verschieden groß. Das heißt mit steigendem Nennstrom
wird der Anspr@ch= wert größer. Dies führt in der Regel dazu, daß der Selbst=s schalter,
der der Kurzschlußstelle am nächsten liegt, auch als erster die Ansprechschwelle
für den Kurzschlußauslöser erreicht. Mit dem Erreichen dieser Ansprechschwelle geht
aber auch gleichzeitig der Ldschimpuls auf den Steuerapparat des übergeordneten
Selbstschalters, so daß schon von dieser geringen, im Bereich der Elektronik aber
ausreichenden Zeit= differenz ein dominierend löschender Befehl für den überge=
ordneten Selbstschalter abgeleitet werden kann.
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F.s ist klar, daß auf diese Art immer nur der Selbstschalter zur Auslösung
gelangt, dessen elektronischer Steuerapparat von dem nachgeschalteten Selbstschalter
keinen Löschimpuls bekommt. Es schaltet also immer nur der Selbstschalter ab, der
als nächster vor-der Kurzschlußstelle liegt. Da die im wesentlichen auf Elektronik
beruhende Steuerung mittels der Steueräpparate praktisch trägheitslos erfolgen kann,
ist die.
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erfindungsgemä.ße Energieverteilungsanlage auch sehr gut mit äußerst
schnell öffnenden, mit sogenannten strombegrenzenden Selbstschaltern realisierbar.
Allerdings werden dann im all= gemeinen Selbstschalter verwendet werden, die mittels
eines fremderregten Schlagankers öffnen oder die mittels eines z.B.
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elektromagnetisch freisugebenden Kraftspeichers geöffnet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Energieverteilungsanlage können in zweckmäßiger
Weise die in den Hauptstrompfaden der Selbst= schalter üblicher Weise vorhandenen
Bimetallauslöser als Meß-Shunts verwendet werden. Der Meßabgriff eines derartigen
Shunts wird einem Schwellwertbildner, Z. B. auf der Basis eines Poten: tiometers
zugefilhrt, so daß der meßwert nur ab einer gewissen Höhe, also ab einer bestimmten
Kurzschlußstromstärke dem elektronischen Steuerapparat zugeführt wird. Da es sich
bei den erfindungsgemäßen Energieverteilungsanlagen vorwiegend um Wechsel- oder
Drehstromanlagen handelt, ist außerdem noch eine Gleichrichtung der Meßwerte erforderlich,
was durch geläufige Maßnahmen, wie z.B. eine Gleichrichterbrückenschal= tung, geschehen
kann.
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Der aus einfachen elektronischen Bausteinen hergestellte elek: tronische
Steuerapparat wird in der Regel nicht leistung: stark genug sein, um den erforderlichen
Auslösebefehl direkt auf den Kurzschlußauslöser geben zu kennen In diesem Fall
kann
in zweckmäßiger Weise zwischen elektronischem Steuer= apparat und Kurzschlußausl5ser
ein Verstärker angeordnet sein, der sowohl auf rein mechanischer wie auch auf elektron:
scher Basis arbeiten kann.
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Bei mehrpoligen Selbstschaltern besteht im Prinzip die Mög: lichkeit,
fü jeden Selbstschalterpol eine eigene Meßvor= richtung und einen eigenen elektronischen
Steuerapparat sowie gegebenenenfalls einen eigenen Verstärker vorzusehen, die gemeinsam
auf den Kurzschlußauslöser wirken. Einfacher ist es -jedoch, wenn die von den für
jeden Pol vorgesehenen Meßvor= richtungen ausgehenden Ansprechsehwellwerte gegebenenfalls
hinter der Gleichrichterbrücke mit einem Oder-Glied disjunktiv verknüpft und auf
einen für alle Pole gemeinsamen elektronischen Steuerapparat gegeben werden. Infolge
der einfach zu erstellen: den disjunktiven Verknüpfung ist dann der Aufwand bezüglich
der vorzusehenen elektronischen Steuerapparate wesentlich geringer.
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Die Betriebsbereit schaft des elektronischen Steuerapparates kann
mit der Schalt stellung seines zugehörigen Selbstschalters gekoppelt werde. Dies
kann am einfachsten dadurch geschehen, daß jeder Selbstschalter beim Ausschaltvorgang
einen Schließer betätigt, der einen Impuls auf den elektronischen Steuer= apparat
gibt, so daß dieser seine Grundstellung einnimmt.
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Die Grundstellung des elektronischen Steuerbpparates kann jedoch auch
durch andere Schaltglieder, z.BX voreilende Kurz= einschalt- oder Kurzausschaltglieder,
bewirkt werden.
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Sollten infolge der Gleichheit der Ansprechschwellen mehrerer in Reihe
liegender Selbstschalter Schwierigkeiten auftreten, den von einem nachgeschalteten
Selbstschalter ausgehende Löschimpuls für den übergeordneten Selbstschalter dominierend
zu machen, so kann diese Schwierigkeit auf einfache Weise
auch durch
ein zeitglied, das mit ganz geringen Zeitdifferen: zen arbeitet und zweckmäßig zwischen
3hunt-und elektronischem Steuerapparat angeordnet wird, behoben werden. Durch ein
derartig angeordnetes Zeitglied kann für alle denlcbaren Fälle erreicht werden,
daß ein möglicher Löschimpuls vom nachge= schalteten SelbstSchalter stets vor dem
vom betroffenen Selbst: schalter ausgehenden Auslöseimpuls ankommt.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energieverteilungsanlage
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben.
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Es zeigen: Fig, 1 eine dreistufige Energieverteilungsanlage mit drei
in Reihe liegenden Selbstschaltern Fig. 2 die Steuerung eines dreipoligen Selbstschalters
an einer beliebigen Stelle innerhalb einer Energievertei: lungsanlage.
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Die Energieverteilungsanlage nach Fig. 1 besteht im wesent: lichen
aus der einspeisenden Sammelschiene I, einem ersten daran angeschlossenen Selbstschalter
1, der die Verbindung zu einer Verteilerschiene II herstellt, einem an die Vertei:
lerschiene II angeschlossenen Selbstschalter 2, der die Ver= bindung zu einer weiteren
Verteilerschiene III herstellt, und einem an diese Verteilerschiene I1I angeschlossenen
Selbst= schalt er 3, der als Verbraucherschalter den Verbraucher IV ein- und ausschaltet,
sowie den nachstehend näher erläuterten erfindungsgemäßen Steuerungen.
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Die drei Selbstschalter der Energieverteilungsanlage nach Fig, 1 liegen
somit in Reihe und würden bei Auftreten eines Xurzschlußes in der Nähe des Verbrauchers
IV über ihre Kurz= schlußauslöser 11 21, 31 alle auslesen, wenn nicht besonder.
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tlaßnahmen ergriffen wären. Diese Maßnahmen liegen gemäß der Erfindung
in folgendem: Im flauptstrompfad jedes Selbstschalters ist zunächst ein Dteß-Shunt
12, 22, 32 angeordnet, dessen Abgriffspannung,zur Schwellwertbildung einem Potentiometer
13, 23, 33 sowie einer Gleichrichterbrückenschaltung 14, 24, 34 zugeführt wird.
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Von dort geht es über je ein Zeitglied 15, 25, 35 zu einem jedem Selbstschalter
zugeordneten elektronischen Steuerappa= rat 16, 26, 36 der schließlich über einen
Verstärker 17, 27, 37 auf den Kurzschlußauslöser 11, 21, 31 einwirkt.
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Die Anordnung der einzelnen Steuerelemente, die wie gesamt für jeden
Selbstschalter gleich ist, funktioniert wie folgt: Die beim Auftreten des Kurzschlußstromes
am Shunt 32 abge= griffene Spannung wird zur Schwellwertbildung dem Potentio= meter
33 zugeführt. Der hier auftretende Ansprechwert wird nach Gleichrichtung über das
Zeitglied 35 auf den Setzen: gang 361 des elektronischen Steuerapparates 36 gegeben.
Der elektronische Steuerapparat 36 gibt über seinen Speicheraus gang 362 einen Auslösebefehl
über den Verstärker 37 für den-Kurzschluß auslöser 31 ab. Der Selbstschalter 3 löst
somit aus. Wegen der Höhe des Kurzschlußstromes wird auch am Shunt 22 und dem Potentiometer
23 der Ansprechschwellwert überschritten, so daß an sich auch der Selbstschalter
2 zur Auslösung gebracht werden müßte. Jedoch ist nun der Speicherausgang 362 des
elek: tronischen Steuerapparates 36 des nachgeschalteten Selbst= schalters 3 auf
den Löscheingang 263 des elektronischen Steuer: apparates 26 geschaltet. Das bedeutet,
daß der elektronische Steuerapparat 26 den vom Shunt 22 ausgehenden Auslösebefehl
nicht verarbeiten kann. Dadurch, daß die Ansprechstromhnihe des Selbstschalters
3 im allgemeinen niedriger liegt als die des Selbstschalters 2, ist schon bei gleicher
Einstellung der Zeitglieder 35, 25 gewährleistet, daß der Löscheingang 263 eher
beaufschlagt wird als der Setzeingang 261 und somit
dominierend
ist. Sollte wegen einer möglichen Gleichheit der Ansprechwerte von Selbstschalter
3 und Selbstschalter 2 diese Reihenfolge nicht sicher sein, so könnte das Zeitglied
25 auf eine geringe Verzögerung gegenüber dem Zeitglied 35 ein= gestellt werden.
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Der Speicherausgang 362 des elektronischen Steuerapparates 36 ist
weiterhin auf den Löscheingang 163 des elektronischen Steuerapparates 16 des ersten
Selbstschalters 1 geschaltet, womit auch dieser Selbstschalter für die selbsttätige
Auslösung gesperrt wird.
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Des weiteren ist auch der Speicherausgang 262 des elektroni= schen
Steuerapparates 26 des Selbstschalters 2 auf den Lösch: eingang 163 des elektronischen
Steuerapparates 16 geschaltet.
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Tritt also an der Verteilerschiene 111 ein Kurzschluß auf, 50 ist
der Selbstschalter 3 von vornherein nicht betroffen.
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Bci Selbstschalter 2 und Selbstschalter 1 spielt sich der gleiche
Vorgang ab, wie oben für die Selbstschalter 3 und 2 beschrieben. Auch hier kann
das Zeitglied 15 notfalls zur klaren Trennung zwischen Setzeingang 16 und Speicherausgang
262 des elektronischen Steuerapparates 26 des nachgeschalte: ten Selbstschalters
2 herangezogen werden.
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Die Löscheingänge 163, 263, 363 sind prinzipiell für den Anschluß
mehrerer Leitungen geeignet, so daß auf jeden Lösch: eingang eine größere Zahl von
Leitungen der Speicherausgänge nachgeordneter elektronischer Steuerapparate gegeben
werden kann. Und zwar werden z.Bw an den Löscheingang 163 des Steuer: apparat es
16 alle Speichereingänge der elektronischen Steuer: apparate angeschlossen, die
zu Selbstschaltern gehören, die
mv0glicherweise von der Verteilerschiene
II abgehen und parallel zum Selbstschalter 2 liegen.
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Des weiteren wird auf jeden Löscheingang ein vom Ausschalt: vorgang
des betreffenden Selbstschalters abgeleiteten Impuls gegeben, der die Rückstellung
des elektronischen Steuerappara= tes bewirkt. Zu diesem Zweck ist jeder Selbstschalter
1, 2, 3 mit einem iiilfsschalter 18, 28, 3a versehen, der in der "Aus"-Stellung
des Selbstschalters geschlossen ist, so daß der Löscheingang 163, 263, 363 des zugehörigen
elektroni= schen Steuerapparates beaufschlagt wird, wodurch dieser die Grundstellung
einnehmen kann.
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Das System der elektronischen Steuerapparate 16, 26, 36, der Zeitglieder
15, 25, 35, der Verstärker 17, 27, 37 und der Kurzschlußauslöser 11, 21, 31 kann,
wie aus Fig. 1 ersicht= lich, von ein und derselben Hilfsspannung, die über ein
Netz= gerät 5 erzeugt wird, betrieben werden. Selbstverständlich ist aber auch ein
Betrieb mit Frendspannung z. B. aus einer Batterie (vergleiche rig. 2) möglich.
Es ist ferner möglich, daß die Selbstschalter der einzelnen Verteilerebenen mit
ihren SteUereinrichtungen zusammengefaßt sind, die dann auch von getrennt erzeugten
Hilfsspannungen betrieben werden können.
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Fig. 2 zeigt als Teil einer erfindungsgemäßen Energievertei= lungsanlage
einen dreipoligen Selbstschalter 2' mit dem zu= gehörigen elektronischen Steuerapparat
26'. Bei diesem Selbst: schalter ist in jeder Phase ein Shunt 22 R, 22 S und 22
T ageordnet, deren Abgriffspannungen je einen eigenen Potentio= meter 23 R, 23 S,
23 T zugeführt und in einer eigenen Gleich= richterbrückenschaltung 24 R, 24 8?
24 T gleichgerichtet werden. Die die Gleichrichterbrücken verlassenenen Ansprech=
schwellwerte
werden in einem Oder-Glied 29' disjunktiv ver= knüpft und über den Setzeingang 261'
dann den filr alle drei Phasen gemeinsamen elektronischen Steuerapparat zugeführt.
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Im übrigen entspricht die Schaltung dem bereits anhand von Fig. 1
beschriebenen Aufbau. Die Speicherausgänge, die von den elektronischen Steuerapparaten
der eventuell nachgeschalte: ten Selbstschalter ausgehen, wären, wie am Beispiel
der Fig. 1 erläutert, aur den Löscheingang 263' zu schalten, und der Speicherausgang
262' müßte bei Vorhandensein eines übergeord: neten Selbstschalters auf den Löscheingang
des dann dort vorhandenen elektponischen Steuerapparates geschaltet werden.
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Der Hilfsschalter 28' dient wiederum der Rückstellung des elektronischen
Steuerapparates 26' und der Verstärker 27' dient der Verstärkung des vom elektronischen
Steuerappa: rat 26' ausgehenden Ausldseimpulses für den Kurzschlußaus: 18ser 21'.
Lediglich das Zeitglied ist in diesem Fall nicht vorgesehen, da, wie bereits ausgeführt,-
ein Zeitglied nur erforderlich ist, wenn die Ansprechschwellwerte der in Reihe liegenden
Selbstschalter sehr eng beieinander liegen, oder wenn aus anderen Gründen längere
Verzögerungszeiten einzelner Selbstschalter angestrebt werden.