EP0142022B1 - Anordnung zum Abschalten von Strömen - Google Patents
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- H01H9/563—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for multipolar switches, e.g. different timing for different phases, selecting phase with first zero-crossing
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- H01H33/006—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means adapted for interrupting fault currents with delayed zero crossings
Definitions
- the invention relates to an arrangement for switching off currents, preferably short-circuit currents, in three-phase networks in which the current of one phase does not initially go through zero, by means of switches which are separate for the phases and controlled by a current detection device with current zero-crossing detection devices.
- a selective zero-protection device is followed by a current zero crossing indicator, which is a blocking device, which is interposed between the separate switch for each phase and the selective protection device, only after at least one zero crossing the current flowing through the circuit breaker ineffective.
- a current zero crossing indicator which is a blocking device, which is interposed between the separate switch for each phase and the selective protection device, only after at least one zero crossing the current flowing through the circuit breaker ineffective.
- the arrangement according to the invention is characterized in that the current detection device determines that of the two phases going through zero, in which the difference between the adjacent time intervals, which are defined by three successive zero crossings, is greater than in the other phase and the phase in which the difference is larger, switches off first. By switching off this corresponding phase, both other phases are forced to go through zero, so that the currents can extinguish relatively quickly in the zero crossing. In order to further reduce the current carrying capacity of the switch, it can be advantageous if the last two phases to be switched off are switched off with a time delay, since the two last phases to be switched off can then be switched at zero crossing.
- the current detection device consists of zero-crossing detection devices assigned to each phase, to which integrators which can alternately be excited and stopped at the zero crossing are connected, the outputs of which are fed to a comparator common to all phases via an absolute value generator.
- Fig. 1 shows the waveform of short-circuit currents in three phases, the current flowing in phase T not crossing the zero line.
- the current in phase R reaches zero at times A, B, E, F etc., whereas the current with phase S becomes zero at times C, D, G, H.
- the difference between the distances defined by the times A, B and B, E is smaller than that of the distances defined by the times C, D and D, G.
- phase S the current in phase S that previously went through zero will be the one that no longer has zero contact, so that phases S and T no longer go through zero, as shown in FIG 2 is shown.
- phase S and T also have, as in the example according to FIG. no more zero crossing.
- phase S If the current is switched off first in a phase where the absolute value of the difference between adjacent, defined distances of the zero crossings is greater - this is in phase S, as shown in FIG. 4 - at the first zero crossing at point C. the currents in the remaining two phases - phase R and T - waveforms that cross the zero line.
- FIG. 5 shows a case in which - as in the example according to FIG. 4 - the current in phase S is first switched off, specifically at zero crossing D. In this case, the currents of phases R and ⁇ cross as in the example according to FIG 4 - the zero line.
- a three-phase short-circuit current that has a non-zero phase can be switched off by conventional AC switches or semiconductor AC switches by first switching off the current in the phase that has a larger difference between the neighboring ones Intervals between two zero crossings.
- Short-circuit currents that do not go through zero which have caused problems with large capacitor systems, can be switched off in an extremely economical manner.
- the phase that must first be switched off can be easily detected by the following method.
- the first zero crossing of the secondary current of the current transformer 2, which is provided in each of the three phases of the main circuit 1, is detected, for example, by a zero crossing detection device 3, which responds when the value 0 is passed. Furthermore, a first integrator 4 is excited by this signal in order to charge the capacitor in this integrator. As a result, the first integrator 4 is stopped when one of the two integrators 5 is started simultaneously with the pulse of the second zero crossing, which is emitted by the zero crossing detection device 3. Furthermore, the second integrator is stopped when the first integrator is excited again by the third zero crossing pulse. This way of working continues.
- the difference between the adjacent distances, which are defined by the zero crossings in the corresponding phase, is formed by introducing the stored voltages into a subtractor 6, and the difference of each phase thus obtained is fed to a comparator 8 via an absolute value generator 7 for comparison here to be so that the phase which has the greatest distance between the zero points and is to be switched off first can be determined. Since the non-zero current causes the zero crossing detector 3 not to output an output, the input to the comparator 8 is also zero and this phase is compared to the others assuming that their difference between the zero points is zero. Accordingly, this phase is not recognized as the phase that must first be switched off.
- the following describes a method of how to control the shutdown operation for the current to be shutdown after determining the phase to be shutdown first.
- Fig. 7 shows a block diagram of such a control method with current transformers 2 in each phase of the main circuit 1 as an input element for detecting the phase to be switched off described in more detail above.
- the current transformers 2 are connected to a phase selection device 9 for determining the phase to be switched off first, into which the secondary current of the current transformer is introduced as an input.
- the phase selection device consists of parts 3 to 8 as described in FIG. 6.
- the output of a protection relay 10 as an output for a switch-off command using the short-circuit current of the main line 1 is led to a logic multiplier 11, which will be described later.
- phase S is certainly the first to be interrupted at time N, in that a switch-off command is given to the switch in such a way that phase S, which is to switch off first, at time G - see FIG. 8 - was measured (the time axis according to FIG. 1 is extended).
- the minimum arc time is in the following small loop, i.e. on the peak value between times M and N.
- the position determined by the switch-off command can only be used by using the waveform of the AC component, regardless of the size the DC component.
- the minimum arc extinguishing time must be positioned so that it remains at the peak between times M and N when the position P of the first peak has been detected after the current with phase S has been detected, as shown in FIG. 8 , for example by using a differentiation circuit to provide the switch-off command at a point that is shifted by a certain expiration time compared to the above position.
- No. 12 in FIG. 7 shows a phase selection device which permits a current flow of the secondary current in one of the current transformers 17 which are arranged in the phases of the main circuit 1 in the phase which is to be switched off first, and instructions which of the phases are selected should be given by the phase selection device 9.
- the result of the logical multiplication of the signal which represents the peak value of the phase which is to be switched off first, with a command for three-phase switch-off from the protective relay 10, is output by the logic multiplication circuit 11 and the current which is to be switched off first is switched off, when the output signal has been delayed by the device 14 for a predeterminable time and has reached the trip coil of the switch.
- the switch In the event that the switch is operated together with respect to the three phases by a common drive, the currents in the following two phases will go out at zero crossing.
- the switch is constructed such that actuators are provided in each of the phases and each of the phases can be switched off independently of the others, the three-phase current can be switched off by inserting the output of the delay device 14 into a delay device 15 to produce a time delay, to produce a delay time of approximately half a period, after which the other two phases are switched off later than the first by this time delay.
- An auxiliary contact in the first disconnected phase is opened at the same time as it is switched off and the current for the trip coil, which is in series with the contact, is also switched off. Accordingly, no switch-off command is given to the tripping coil of the first phase if the switch-off command for the other phases is issued by the delay device 15 with a Time delay is supplied to the switch is released.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Abschalten von Strömen, vorzugsweise Kurzschlussströmen, in Dreiphasennetzen, bei denen der Strom einer Phase anfänglich nicht durch Null geht, mittels von einer Stromerfassungseinrichtung mit Strom-Nulldurchgangserfassungseinrichtungen gesteuerter für die Phasen gesonderter Schalter.
- Bei einer bekannten Anordnung der obengenannten Art (DE-A-1 563 656) ist einem Selektivschutzgerät ein Strom-Nulldurchgangs-Indikator nachgeschaltet, der eine Sperrvorrichtung, die zwischen dem für jede Phase gesonderten Schalter und dem Selektivschutzgerät zwischengeschaltet ist, nur nach mindestens einem Nulldurchgang des über den Leistungsschalter fliessenden Stromes unwirksam macht. Mit der bekannten Anordnung ist es zwar möglich, die Ströme im Nulldurchgang zu schalten, jedoch wird das Netz und auch der Schalter zumindest in einer Phase relativ lange mit einem entsprechend hohen Kurzschlussstrom beaufschlagt.
- Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungseinrichtung diejenige der beiden durch Null gehenden Phasen ermittelt, bei der die Differenz der benachbarten Zeitabstände, die durch drei aufeinanderfolgende Nulldurchgänge definiert sind, grösser ist als bei der anderen Phase und die Phase, bei der die Differenz grösser ist, zuerst abschaltet. Durch das Abschalten dieser entsprechenden Phase werden beide anderen Phasen gezwungen, durch Null zu gehen, so dass die Ströme relativ schnell im Nulldurchgang erlöschen können. Um die Stromtragfähigkeit des Schalters weiter zu verringern kann es vorteilhaft sein, wenn die beiden zuletzt abzuschaltenden Phasen mit einer Zeitverzögerung abgeschaltet werden, da auch dann die beiden zuletzt abzuschaltenden Phasen im Nulldurchgang geschaltet werden können. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Stromerfassungseinrichtung aus jeder Phase zugeordneten Nulldurchgangserfassungseinrichtungen besteht, denen wechselseitig beim Nulldurchgang anreg- und stoppbare Integratoren nachgeschaltet sind, deren Ausgänge über einen Absolutwertbildner einem allen Phasen gemeinsamen Vergleicher zugeführt sind.
- Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung beschrieben.
- Es zeigen:
- Fig. 1 Wellenformen eines Dreiphasenkurzschlusses, wobei der Strom der Phase T nicht durch Null geht,
- Fig. 2 die Änderung der Ströme in den verbleibenden zwei Phasen, nachdem einer der beiden durch Null gehenden Phasenströme zum Zeitpunkt A agbeschaltet ist. Die Phase R liegt so, dass die absoluten Werte der Differenz zweier benachbarter Nulldurchgänge kleiner ist,
- Fig. 3 die Änderung der Ströme in den verbleibenden zwei Phasen, nachdem die Phase R im zweiten Nulldurchgang bei B abgeschaltet ist,
- Fig. 4 die Änderung der Ströme in den verbleibenden zwei Phasen, nachdem eine der Phasen, die durch Null geht, im Nulldurchgang bei C abgeschaltet ist - das ist die Phase S. Hier ist die Differenz zweier benachbarter Abstände der Nulldurchgänge grösser,
- Fig. 5 die Stromänderung in den verbleibenden Phasen, nachdem der Strom in der Phase S im zweiten Nulldurchgang bei D abgeschaltet ist,
- Fig. 6 das Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung für die Phasen, in der der absolute Wert der Differenz zwischen benachbarten Abständen der Nulldurchgänge in den entsprechenden Phasen festgestellt werden kann,
- Fig. 7 das Blockschaltbild einer Methode zur Steuerung der Abschalthandlung für die zuerst abzuschaltende Phase und
- Fig. 8 eine Kurvenform gemäss Fig. 1 mit verlängerter Zeitachse.
- Fig. 1 zeigt die Wellenform von Kurzschlussströmen in drei Phasen, wobei der in der Phase T fliessende Strom die Null-Linie nicht schneidet. Der Strom in der Phase R erreicht Null zu den Zeiten A, B, E, F usw., wohingegen der Strom mit der Phase S zu den Zeiten C, D, G, H zu Null wird. In diesem Fall ist die Differenz zwischen den Abständen, die durch die Zeitpunkte A, B und B, E definiert sind, kleiner als die, der durch die Zeitpunkte C, D und D, G definierten Abstände. Wenn der Strom in einer Phase, in der der absolute Wert der Differenz zwischen den benachbarten Punkten kleiner ist - das ist in diesem Fall in der Phase R -, im ersten Nulldurchgang A abgeschaltet wird; und zwar wenn ein dreiphasiger Kurzschlussstrom zur Abschaltung ansteht, wird der Strom in der Phase S, der bisher durch Null ging, derjenige sein, der keine Nullberührung mehr hat, so dass die Phasen S und T nicht mehr durch Null gehen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt den Fall an, bei dem entsprechend Fig. 2 der Strom mit der Phase R erst beim zweiten Nulldurchgang abgeschaltet wird, am Punkt B. In diesem Fall besitzen die Phasen S und T ebenfalls, wie im Beispiel nach Fig. 2, keinen Nulldurchgang mehr.
- Wird der Strom in einer Phase, wo der absolute Wert der Differenz zwischen benachbarten, definierten Abständen der Nulldurchgänge grösser ist - das ist in der Phase S, wie Fig. 4 zeigt - zuerst abgeschaltet, und zwar am ersten Nulldurchgang am Punkt C, so haben die Ströme in den verbleibenden beiden Phasen - Phase R und T - Wellenformen, die die Null-Linie durchkreuzen. Fig. 5 zeigt einen Fall, in dem - wie im Beispiel nach Fig. 4 - der Strom in der Phase S zuerst abgeschaltet wird und zwar beim Nulldurchgang D. In diesem Fall durchkreuzen die Ströme der Phasen R und τ wie auch beim Beispiel nach Fig. 4 - die Null-Linie. Es ist somit nachgewiesen, dass ein Dreiphasen-Kurzschlussstrom, der eine Phase hat, die nicht durch Null geht, durch übliche Wechselstromschalter oder Halbleiter-Wechselstromschalter abgeschaltet werden kann, indem zuerst der Strom in der Phase abgeschaltet wird, die einen grösseren Differenzwert zwischen den benachbarten Abständen zweier Nulldurchgänge hat. Kurzschlussströme, die nicht durch Null gehen, die bei grossen Kondensatoranlagen Probleme aufgeworfen haben, können so auf äusserst wirtschaftliche Weise abgeschaltet werden. Die Phase, die zuerst abgeschaltet werden muss, kann durch die folgende Methode auf einfache Weise erfasst werden.
- Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist der erste Nulldurchgang des Sekundärstromes des Stromwandlers 2, der in jeder der drei Phasen des Hauptstromkreises 1 vorgesehen ist, beispielsweise durch eine Nulldurchgangserfassungseinrichtung 3 erfasst, die beim Durchlaufen des Wertes 0 anspricht. Weiterhin ist ein erster Integrator 4 durch dieses Signal angeregt, um den Kondensator in diesem Integrator aufzuladen. In der Folge wird der erste Integrator 4 gestoppt, wenn ein zweier Integrator 5 gleichzeitig mit dem Puls des zweiten Nulldurchganges, der von der Nulldurchgangserfassungseinrichtung 3 abgegeben wird, gestartet wird. Weiterhin wird der zweite Integrator angehalten, wenn der erste Integrator wieder durch den dritten Nulldurchgangsimpuls angeregt wird. Diese Arbeitsweise setzt sich weiter fort.
- Je länger die Abstände zwischen den Nullpunkten sind, je höher wird die Spannung, die an den Ladekontakten der Integratoren während der Wiederholung entsteht. Die Differenz zwischen den benachbarten Abständen, die durch die Nulldurchgänge in der entsprechenden Phase definiert sind, wird durch Einbringen der gespeicherten Spannungen in einen Subtrahierer 6 gebildet, und die so erhaltene Differenzjeder Phase wird einem Vergleicher 8 über einen Absolutwertbildner 7 zugeleitet, um hier miteinander verglichen zu werden, so dass die Phase, die den grössen Abstand zwischen den Nullpunkten aufweist und zuerst abgeschaltet werden soll, bestimmt werden kann. Da der Strom, der nicht durch Null geht, die Nulldurchgangserfassungseinrichtung 3 verarAasst, kein Ausgangssignal abzugeben, ist der Eingang zum Vergleicher 8 ebenfalls Null und diese Phase wird verglichen mit den anderen unter der Annahme, dass deren Differenz zwischen den Nullpunkten Null ist. Entsprechend wird diese Phase nicht als die Phase erkannt, die zuerst abgeschaltet werden muss.
- Im folgenden wird eine Methode beschrieben, wie die Abschaltoperation für den zuerst abzuschaltenden Strom zu steuern ist, nachdem die Phase festgestellt wurde, die zuerst abzuschalten ist.
- Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm einer derartigen Steuerungsmethode mit Stromwandlern 2 in jeder Phase des Hauptstromkreises 1 als ein Eingangsglied zur Erfassung der oben näher beschriebenen, zuerst abzuschaltenden Phase. Die Stromwandler 2 sind mit einer Phasenauswahleinrichtung 9 zur Feststellung der zuerst abzuschalten den Phase verbunden, in die der Sekundärstrom des Stromwandlers als Eingang eingeführt ist. Die Phasenauswahleinrichtung besteht aus den Teilen 3 bis 8, wie sie in Fig. 6 beschrieben sind. Andererseits ist der Ausgang eines Schutzrelais 10 als Ausgabe für ein Ausschaltkommando unter Benutzung des Kurzschlussstromes der Hauptleitung 1 auf einen logischen Multiplizierer 11 geführt, was später beschrieben wird.
- Wie bekannt, benötigen konventionelle Wechselstrornschalter eine geringe Lichtbogenlöschzeit. Wird jedoch diese Löschzeit überschritten, kann der Kurzschlussstrom in jedem beliebigen Nulldurchgang abgeschaltet werden. Der Kurzschlussstrom in der Phase S ist mit Sicherheit zum Zeitpunkt N als erster unterbrochen, und zwar dadurch, dass ein Abschaltkommando auf den Schalter in der Weise gegeben ist, dass die Phase S, die zuerst abschalten soll, zum Zeitpunkt G - siehe Fig. 8 - gemessen wurde (die Zeitachse gemäss Fig. 1 ist verlängert). Die minimale Lichtbogenzeit liegt in der folgenden kleinen Schleife, d.h. auf dem Spitzenwert zwischen den Zeiten M und N. Da die minimale Lichtbogenzeit im Spitzenwert der Wechselstromkomponente innerhalb des Kurzschlusses in der Phase S liegt, kann die Stellung, die durch das Ausschaltkommando bestimmt wird, nur durch Ausnutzung der Wellenform der Wechselstromkomponente, unabhängig von der Grösse der Gleichstromkomponente, erfasst werden. Mit anderen Worten: Die minimale Lichtbogenlöschzeit muss so positioniert werden, dass sie am Spitzenwert zwischen den Zeiten M und N verbleibt, wenn die Position P des ersten Spitzenwertes erfasst wurde, nachdem der Strom mit der Phase S erfasst wurde, wie dies Fig. 8 zeigt, beispielsweise durch Ausnutzung eines Differenzationskreises, um das Ausschaltkommando an einer Stelle vorzusehen, die um eine bestimmte Ablaufzeit gegenüber der obengenannten Position verschoben ist.
- Nr. 12 in Fig. 7 zeigt eine Phasenauswahlvorrichtung, die einen Stromfluss des Sekundärstromes in einem der Stromwandler 17, die in den Phasen des Hauptstromkreises 1 angeordnet sind, in der Phase, die zuerst abzuschalten ist, zulässt und Instruktionen, welche der Phasen gewählt werden soll, werden durch die Phasenauswahleinrichtung 9 gegeben. Es ist weiterhin eine Einrichtung 13 zur Ermittlung des Spitzenwertes vorhanden, und zwar des Spitzenwertes des Stromes in der ausgewählten Phase. Das Ergebnis der logischen Multiplikation des Signals, das den Spitzenwert der Phase, die zuerst abgeschaltet werden soll, darstellt mit einem Kommando zur Dreiphasenabschaltung von dem Schutzrelais 10 wird von dem logischen Multiplikationskreis 11 abgegeben und der Strom, der zuerst abgeschaltet werden soll, wird abgeschaltet, wenn das Ausgangssignal für eine vorbestimmbare Zeit durch die Einrichtung 14 verzögert wurde und die Auslösespule des Schalters erreichte. Im Falle, dass der Schalter gemeinsam in bezug auf die drei Phasen durch einen gemeinsamen Antrieb betätigt wird, werden die Ströme in den folgenden zwei Phasen im Nulldurchgang erlöschen. Wenn der Schalter so konstruiert ist, dass Betätigungseinrichtungen in jeder der Phasen vorgesehen sind und jede der Phasen unabhängig von den anderen abgeschaltet werden kann, kann der Dreiphasenstrom abgeschaltet werden, indem der Ausgang der Verzögerungseinrichtung 14 zur Erzeugung einer Zeitverzögerung in eine Verzögerungseinrichtung 15 eingeführt wird, um eine Verzögerungszeit von ungefähr einer halben Periode zu erzeugen, wonach die beiden anderen Phasen um diese Zeitverzögerung später als die erste abgeschaltet werden. Ein Hilfskontakt in der zuerst abgeschalteten Phase wird gleichzeitig mit dem Abschalten geöffnet und der Strom für die Auslösespule, der mit dem Kontakt in Reihe liegt, wird ebenfalls abgeschaltet. Entsprechend wird kein Ausschaltkommando an die Auslösespule der ersten Phase gegeben, wenn das Ausschaltkommando für die anderen Phasen, das von der Verzögerungseinrichtung 15 mit einer Zeitverzögerung dem Schalter zugeführt wird, abgegeben wird.
Claims (3)
1. Anordnung zum Abschalten von Strömen, vorzugsweise Kurzschlussströmen, in Dreiphasennetzen (R, S, T), bei denen der Strom einer Phase (T) anfänglich nicht durch Null geht, mittels von einer Stromerfassungseinrichtung (3-8) mit Stromnulldurchgangserfassungseinrichtungen (3) gesteuerter für die Phasen gesonderter Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungeinrichtung (3-8) diejenige (S) der beiden durch Null gehenden Phasen (R, S) ermittelt, bei der die Differenz der benachbarten Zeitabstände (C-D, D-G), die durch drei aufeinanderfolgende Nulldurchgänge (C, D, G) definiert sind, grösser ist als bei'der anderen Phase (R) und die Phase (S), bei der die Differenz grösser ist, zuerst abschaltet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zuletzt abzuschaltenden Phasen (R, T) mit einer Zeitverzögerung abgeschaltet werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungseinrichtung (3-8) aus jeder Phase (R, S, T) zugeordneten Nulldurchgangserfassungseinrichtungen (3) besteht, denen wechselseitig beim Nulldurchgang anreg- und stoppbare Integratoren (4, 5) nachgeschaltet sind, deren Ausgänge einer Subtraktionsstufe (6) aufgeschaltet sind, deren Ausgänge über einen Absolutwertbildner (7) einem allen Phasen (R, S, T) gemeinsamen Vergleicher (8) zugeführt sind.
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