DE19801708C1 - Short circuit current limiter for limiting fault currents in power networks - Google Patents
Short circuit current limiter for limiting fault currents in power networksInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlußstrombegrenzer für die Begrenzung vors Fehlerströmen in einem elektrischen Energienetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a short-circuit current limiter for the limitation before fault currents in an electrical Energy network according to the preamble of claim 1.
Dem Schutz von Energiesystemen vor Kurzschlußströmen und insbesondere vor Stoßkurzschlußströmen kommt eine große Bedeutung zu. Beispielsweise kann bei geringer Kurzschlußfestigkeit eines Netzabschnitts beim Anschluß von elektrischen Antrieben im kW- und MW-Bereich oder bei Energieeinspeisung von dezentralen Energieerzeugungsanlagen in ein Energieversorgungsnetz ein solcher Schutz notwendig sein, um die Betriebsmittel des Netzes vor zusätzlichen mechanischen Beanspruchungen zu schützen.Protection of energy systems from short-circuit currents and a large one comes before surge short-circuit currents in particular Meaning too. For example, at less Short-circuit strength of a network section when connecting of electric drives in the kW and MW range or at Energy supply from decentralized Power generation plants in an energy supply network such protection may be necessary to the equipment of the network from additional mechanical stresses to protect.
In "The Critical Switching Parameters of a New Hybrid AC Low-Voltage Circuit Breaker Without and With ZnO Varistor" (Proceedings of the 6th international Symposium on Short Circuit Currents in Power Systems Liège, Belgium, 6-8 September 1994, S. 3.11.1-3.11.8; Hasan, Zyborski, Lipski) wird ein Überstromschutz (Kurzschlußstrombegrenzer) beschrieben, bei dem für die Unterbrechung in einer Stromversorgungsleitung im Falle eines Kurzschlußstroms ein mechanischer Schalter als Stromabschalter eingesetzt wird, parallel zu dem eine Löschbeschaltung vorgesehen ist. Die Löschbeschaltung besteht aus einer Reihenschaltung von zwei gegensinnig geschalteten Thyristoren und antiparallel dazu einer Reihenschaltung von zwei Dioden. Die zwei parallel geschalteten Reihenschaltungen sind zusätzlich zwischen den beiden Thyristoren bzw. zwischen den beiden Dioden über eine Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem Kondensator miteinander verbunden. Im Falle eines Kurzschlußstroms wird je nach aktueller Stromrichtung einer der Thyristoren gezündet, so daß der Kurzschlußstrom in die Löschbeschaltung kommutieren kann, während gleichzeitig der mechanische Schalter geöffnet wird.In "The Critical Switching Parameters of a New Hybrid AC Low-Voltage Circuit Breaker Without and With ZnO Varistor" (Proceedings of the 6 th international Symposium on Short Circuit Currents in Power Systems Liège, Belgium, 6-8 September 1994, p. 3.11 .1-3.11.8; Hasan, Zyborski, Lipski) an overcurrent protection (short-circuit current limiter) is described in which a mechanical switch is used as a current cut-off for the interruption in a power supply line in the event of a short-circuit current, in parallel with which an extinguishing circuit is provided. The quenching circuit consists of a series connection of two thyristors connected in opposite directions and an antiparallel to a series connection of two diodes. The two series circuits connected in parallel are additionally connected to one another between the two thyristors or between the two diodes via a series circuit comprising an inductor and a capacitor. In the event of a short-circuit current, one of the thyristors is ignited, depending on the current direction of current, so that the short-circuit current can commutate into the quenching circuit while the mechanical switch is opened.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den gattungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzer so weiterzuentwickeln, daß er einen verbesserten Schutz vor Kurzschlußströmen in elektrischen Energienetzen ermöglicht.The invention has for its object the generic Develop short-circuit current limiter so that it improved protection against short circuit currents in electrical power networks.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Kurzschlußstrombegrenzer nach dem Oberbegriff gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.This object is invented for one Short-circuit current limiter solved according to the preamble by the characteristics of the characteristic part of Claim 1.
Durch den erfindungsgemäße Kurzschlußstrombegrenzer wird gewährleistet, daß ein auftretender Fehlerstrom innerhalb kürzester Zeit vom Stromabschalter auf die Löschbeschaltung abkommutiert und somit bei mechanischen Stromabschaltern lichtbogenminimiert bis lichtbogenlos geschaltet wird und die notwendige Wiederverfestigungszeit eingehalten wird und bei leistungselektronischen Stromabschaltern die notwendige Freiwerdezeit garantiert ist.The short-circuit current limiter according to the invention ensures that an occurring fault current within from the power cut-off to the The extinguishing circuit is commutated and thus mechanical Current cut-offs minimized to no arc is switched and the necessary Reconsolidation time is observed and at power electronic power cut-offs the necessary Free time is guaranteed.
Mit dem erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzer können sowohl generator-/verbraucher- als auch netzseitige Kurzschlüsse abgeschaltet werden.With the short-circuit current limiter according to the invention both generator / consumer and grid side Short circuits can be switched off.
Durch den Einsatz mindestens eines schaltbaren Löschelements in jedem der Brückenzweige der Brückenschaltung kann zudem eine deutlich höhere Stromsteilheit der Abkommutierung erreicht werden als dies mit jeweils einem schaltbaren Brückenzweig pro Stromrichtung möglich ist, da so zunächst eine Kreisentladung des Löschkondensators innerhalb der Löschbeschaltung verhindert wird und praktisch der gesamte Entladestrom über den Stromabschalter geführt wird.By using at least one switchable Extinguishing element in each of the bridge branches of the Bridge circuit can also be a significantly higher Current steepness of the commutation can be achieved as this with one switchable bridge branch per Direction of current is possible, since this is initially a Circular discharge of the quenching capacitor within the Clear circuit is prevented and practically the total discharge current passed through the cut-off switch becomes.
Schließlich besteht die Möglichkeit, den Stromnulldurchgang des Stromabschalterstroms zu ermitteln und damit bei einem beliebigen Wert des Phasenstroms problemlos (bei mechanischen Schaltern lichtbogenminimiert bzw. lichtbogenlos) mit gleichen Resultaten für verschiedene Ströme und Stromsteilheiten abzuschalten. Eine Vorausberechnung des Stromabschalterstromnulldurchgangs ist nicht notwendig.Finally, there is a possibility that Determine the zero crossing of the current cut-off current and thus at any value of the phase current without problems (with mechanical switches arc-minimized or arc-free) with the same Results for different currents and current steepness switch off. A forecast of the Circuit breaker current zero crossing is not necessary.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, daß zusätzlich zu den zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten Löschelementen mindestens ein weiteres Löschelement außerhalb dieser Brückenzweige derart angesteuert wird, daß innerhalb der Löschbeschaltung ein Freilaufstrompfad für den Entladestrom des Löschkondensators ausgebildet wird, sobald der Strom durch den Stromabschalter zu Null geworden ist und der Stromabschalter den Strompfad im Hauptstromkreis unterbrochen hat. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich der Laststrom bei der Unterbrechung des Hauptstromkreises auf Grund der restlichen im Löschkondensator gespeicherten Energie um eine kapazitive Spitze erhöht.In a preferred embodiment it is provided that in addition to the two in diagonally opposite Bridge branches arranged at least one extinguishing elements another extinguishing element outside of these bridge branches is controlled such that within the Extinguishing circuit a freewheeling current path for the Discharge current of the quenching capacitor is formed, as soon as the current through the power switch to zero has become and the current cut-off the current path in the Main circuit has broken. That way avoided that the load current during the interruption of the main circuit due to the rest of the Quenching capacitor stored energy around a capacitive Peak increased.
Vorteilhafterweise werden dabei zusätzlich zu den zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten bereits aktivierten Löschelementen mindestens zwei weitere Löschelemente in den anderen beiden diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen derart angesteuert, daß innerhalb der Löschbeschaltung zwei parallel zueinander angeordnete Freilaufstrompfade für den Entladestrom des Löschkondensators ausgebildet werden. Durch die Aktivierung beider schaltbarer Löschelemente vermindert sich die thermische Belastung des einzelnen Löschelements auf ungefähr die Hälfte.Advantageously, in addition to the two in arranged diagonally opposite bridge branches delete elements already activated at least two further extinguishing elements in the other two diagonally opposite bridge branches controlled in such a way that within the clear circuit two in parallel mutually arranged freewheeling current paths for the Discharge current of the quenching capacitor are formed. By activating both switchable extinguishing elements the thermal load on the individual is reduced Extinguishing element to about half.
Der Zeitpunkt der erfindungsgemäßen Ansteuerung der
Löschbeschaltung wird durch die Steuereinheit bestimmt.
Der zu diesem Zweck von der Steuereinheit verwendete
Kurzschlußerkennungsalgorithmus zeichnet sich
vorteilhafterweise dadurch aus, daß
The timing of the activation of the extinguishing circuit according to the invention is determined by the control unit. The short-circuit detection algorithm used for this purpose by the control unit is advantageously characterized in that
- - für jede Phase Strom und/oder Stromsteilheit innerhalb der Anschlußpunkte des Löschbeschaltung gemessen werden,- Current and / or current steepness within each phase the connection points of the extinguishing circuit measured become,
- - die gemessenen Werte tiefpaßgefiltert werden- The measured values are low-pass filtered
- - ein gleitender Mittelwert aus den tiefpaßgefilterten Werten gebildet wird- a moving average from the low-pass filtered Values is formed
- - falls der gemittelte Stromwert unterhalb einer vorgegebenen Stromschwelle Imin oder oberhalb einer vorgegebenen einer Stromschwelle Imax liegt, nie eine Ansteuerung der Löschbeschaltung erfolgt, und- If the averaged current value is below a predetermined current threshold I min or above a predetermined current threshold I max , the extinguishing circuit is never activated, and
-
- falls der gemittelte Stromwert in einem einen Bereich
Ba liegt, für den gilt Imin < Ba < Imax, dann eine
Ansteuerung der Löschbeschaltung erfolgt, wenn
- 1. der Strom eine vorgegebene Schwelle Itrig für eine vorgegebene Zeit Titrig überschreitet
- 2. oder die gemittelte Stromsteilheit für eine vorgegebene Zelt Tdidttrig über einer vorgegebenen Stromsteilheitsschwelle di/dttrig liegt.
- 1, the current I exceeds a predetermined threshold trig itrig for a predetermined time T
- 2. or the average current steepness for a given tent T didttrig is above a predetermined current steepness threshold di / dt trig .
Vorteile einer solchen Kurzschlußerkennung liegen darin, daß die Parameter für die verschiedenen Bewertungsschwellen den jeweiligen Netzverhältnissen angepaßt werden können. Zudem wird eine hinreichend schnelle Auslösung garantiert, bei gleichzeitigem Schutz vor Fehlauslösungen durch Fehlmessungen und transiente Vorgänge, die nicht durch Kurzschlüsse hervorgerufen wurden, wie z. B. bei kapazitiven Einschaltströmen.The advantages of such a short-circuit detection are that the parameters for the different Assessment thresholds of the respective network conditions can be adjusted. In addition, one is sufficient rapid release guaranteed, with protection at the same time before false triggering due to incorrect measurements and transients Operations that are not caused by short circuits were such. B. with capacitive inrush currents.
Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzers ist im Gebiet von Gleich, Wechsel- und Drehspannungssystemen zu sehen, vor allem für eine Stoßkurzschlußstrombegrenzung bei elektrischen Antrieben im kW- und MW-Bereich oder in dezentralen Energieeinspeisungssystemen, wie bei Blockheizkraftwerken, Windkraftanlagen etc.An application of the invention Short-circuit current limiter is in the area of same, AC and three-phase systems can be seen, above all for a surge short-circuit current limitation in electrical Drives in the kW and MW range or in decentralized ones Energy feed systems, as with Combined heat and power plants, wind turbines etc.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further preferred embodiments are shown in FIGS Sub-claims emerge.
Der erfindungsgemäße Kurzschlußstrombegrenzer wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The short-circuit current limiter according to the invention is in following explained with reference to drawings. Here demonstrate:
Fig. 1 eine Übersicht über den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is an overview of the basic structure of a device according to the invention,
Fig. 2a, b zwei Beispiele für Stromabschalter der Schaltung aus Fig. 1, FIG. 2a, b two examples of Stromabschalter the circuit of Fig. 1,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Löschbeschaltung aus Fig. 1, Fig. 3 shows an embodiment for the quenching circuitry of FIG. 1,
Fig. 4 Vergleichsdiagramm des Stroms durch einen Stromabschalter mit verschiedenen Ansteuerverfahren für die Löschbeschaltung, Fig. 4. Comparative diagram of the current through a Stromabschalter with different drive method for the quenching circuitry,
Fig. 5a, b zwei Ausführungsbeispiele für die Strom- /Stromsteilheitserfassung bzw. -bestimmung für eine Vorrichtung aus Fig. 1, und Fig. 5a, b show two embodiments of the current / current rise detection or determination of an apparatus of FIG. 1, and
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Ein- und Ausgänge der Zentralsteuerung aus Fig. 1. Fig. 6 is a schematic representation of the inputs and outputs of the central controller in FIG. 1.
In Fig. 1 ist als ein Hauptstrompfad eine Leitung, die einen Stromabschalter 1 aufweist, dargestellt. Bei der Leitung kann es sich beispielsweise um eine Phase eines Drehspannungssystems einer Energieeinspeisung von einem Windkraftwerk handeln. Die anderen Phasen sind nicht dargestellt, da die Kurzschlußstrombegrenzer für diese äquivalent zu dem der dargestellten Phase sind. Parallel zu dem Stromabschalter 1 ist in einem Nebenstromkreis ein Löschkreis 3 vorgesehen, der mit einer Ladeeinrichtung 4 verbunden ist. Eine Zentralsteuerung 2 ist sowohl mit dem Stromabschalter 1 als auch mit dem Löschkreis 3 verbunden. In Reihe mit dem Stromabschalter 1 und innerhalb der Parallelschaltung von Stromabschalter 1 und Löschkreis 3 ist eine Strommeßeinrichtung 5 gezeigt, die mit einer Meßwertverarbeitungseinheit 6 verbunden ist. Die Ausgänge der Meßwertverarbeitungseinheit 6 sind mit Eingängen der Zentralsteuerung 2 verbunden. In der Einleitung wird die Gesamtheit der Elemente Zentralsteuerung (2), Strommeßeinrichtung (5) und Meßwertverarbeitungseinheit (6) als Steuereinheit bezeichnet. A line having a current cut-off switch 1 is shown in FIG. 1 as a main current path. The line can be, for example, a phase of a three-phase voltage system of an energy feed from a wind power plant. The other phases are not shown since the short-circuit current limiters for these are equivalent to that of the phase shown. In parallel to the current cut-off switch 1 , an extinguishing circuit 3 is provided in a secondary circuit and is connected to a charging device 4 . A central control 2 is connected both to the current cut-off switch 1 and to the quenching circuit 3 . In series with the current cut-off switch 1 and within the parallel connection of the current cut-off switch 1 and the quenching circuit 3 , a current measuring device 5 is shown, which is connected to a measured value processing unit 6 . The outputs of the measured value processing unit 6 are connected to inputs of the central control 2 . In the introduction, the entirety of the elements central control ( 2 ), current measuring device ( 5 ) and measured value processing unit ( 6 ) is referred to as a control unit.
Im störungsfreien Betrieb wird der auf dem Hauptstrompfad ankommende Laststrom iL komplett als Strom iA über den Stromabschalter 1 geführt, durch den Löschkreis 3 fließt kein Strom. Die Meßeinrichtung 5 erfaßt ständig den Strom iA, der durch den Stromabschalter 1 fließt und stellt den Meßwert der Meßwertverarbeitungseinheit 6 zur Verfügung. In der Meßwertverarbeitungseinheit 6 wird aus dem gemessenen Strom iA zusätzlich die aktuelle Stromsteilheit diA/dt berechnet. Die beiden Werte von iA und diA/dt werden, eventuell jeweils mit einem vorbestimmten Faktor multipliziert, der Zentralsteuerung 2 zugeführt.In fault-free operation, the load current i L arriving on the main current path is conducted completely as current i A via the current cut-off switch 1 ; no current flows through the quenching circuit 3 . The measuring device 5 continuously detects the current i A flowing through the current cut-off switch 1 and makes the measured value available to the measured value processing unit 6 . In the measured value processing unit 6 , the current current steepness di A / dt is additionally calculated from the measured current i A. The two values of i A and di A / dt are fed to the central control 2 , possibly multiplied by a predetermined factor in each case.
In der Zentralsteuerung 2 wird dann entschieden, ob die zugeführten Werte des aktuellen Stroms iA und der aktuellen Stromsteilheit diA/dt auf einen Fehlerstrom schließen lassen, auf den reagiert werden muß.A decision is then made in the central control 2 as to whether the supplied values of the current i A and the current current steepness di A / dt indicate a fault current which must be reacted to.
Wird ein solcher Kurzschlußstrom festgestellt, so veranlaßt die Zentralsteuerung 2 eine Ansteuerung des Löschkreises 3, so daß dieser einen Teil des Laststromes iL übernehmen kann. Im Stromabschalter 1 dagegen erfolgt beim nächsten anliegenden Spannungsnulldurchgang eine komplette Stromunterbrechung. Ein Spannungsspeicher des Löschkreises 3, der über die Ladeeinrichtung 4 vorgeladen wurde, bewirkt dabei eine Beschleunigung des Auftretens eines Spannungsnulldurchgangs.If such a short-circuit current is determined, the central controller 2 triggers the quenching circuit 3 so that it can take over part of the load current i L. In the current cut-off switch 1, on the other hand, there is a complete current interruption at the next voltage zero crossing. A voltage memory of the quenching circuit 3 , which has been precharged via the charging device 4 , thereby accelerates the occurrence of a voltage zero crossing.
Wahlweise kann die Zentralsteuerung 2 zusätzlich für die Ansteuerung des Stromabschalters 1 im Normalbetrieb eingesetzt werden. Optionally, the central control 2 can also be used to control the current cut-off 1 in normal operation.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2-5 wird nun auf die einzelnen Elemente der Schaltung aus Fig. 1 eingegangen.The individual elements of the circuit from FIG. 1 will now be discussed with reference to FIGS. 2-5.
In Fig. 2 sind zunächst zwei mögliche Alternativen für den Stromabschalter 1 in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2a) ist ein Stromabschalter 1 vorgesehen, der einen mechanischen Schalter SL aufweist. Wird bei dem erfindungsgemäßen Kurzschlußstrombegrenzer ein solcher mechanischer Stromabschalter eingesetzt, so wird dieser vorteilhafterweise als Hybridschalter ausgeführt. Bei einem solchen erfolgt das Öffnen des Schalters über einen (nicht dargestellten) leistungselektronischen Schaltkreis, der zum Beispiel aus einer Reihenschaltung eines vorgeladenen Kondensators, einer Induktivität und einem durch die Zentralsteuerung 2 zündbaren Thyristor bestehen kann. Bei Detektion eines relevanten Kurzschlußstroms wird dann der Thyristor gezündet, woraufhin sich der Kondensator über die Induktivität entlädt, was ein Öffnen des dafür ausgelegten Schalters SL durch eine somit erzeugte Abstoßungskraft bewirkt. FIG. 2 shows two possible alternatives for the current cut-off 1 in FIG. 1. In Fig. 2a) a current cut-off switch 1 is provided which has a mechanical switch S L. If such a mechanical circuit breaker is used in the short-circuit current limiter according to the invention, it is advantageously designed as a hybrid switch. In such a case, the switch is opened via a power electronic circuit (not shown), which can consist, for example, of a series connection of a precharged capacitor, an inductor and a thyristor that can be ignited by the central controller 2 . When a relevant short-circuit current is detected, the thyristor is then fired, whereupon the capacitor discharges via the inductance, which causes the switch S L designed for this to open by a repulsive force thus generated.
Eine weitere Ausführungsform eines Stromabschalters 1 besteht in einem leistungselektronischen Stromabschalter, der beispielsweise Thyristoren, GTOs verwendet. Fig. 2b) zeigt einen Stromabschalter 1, der von zwei antiparallel geschalteten Thyristoren TLA und TLB gebildet wird. Dabei führt Thyristor TLA jeweils den Strom iA in der in Fig. 1 eingezeichneten Richtung und Thyristor TLB in der entgegengesetzten Richtung. Die Ansteuerung der beiden Thyristoren TLA, TLB hierfür erfolgt beispielsweise über die Zentralsteuerung 2 aus Fig. 1. Another embodiment of a current cut-off switch 1 consists of a power electronic current cut-off switch which uses, for example, thyristors and GTOs. Fig. 2b) shows a Stromabschalter 1, the two anti-parallel connected thyristors T LA and LB T is formed. Thyristor T LA carries current i A in the direction shown in FIG. 1 and thyristor T LB in the opposite direction. The two thyristors T LA , T LB are activated for this purpose, for example, by the central controller 2 from FIG. 1.
Grundlegende Einzelheiten einer Löschbeschaltung 3 aus Fig. 1 sind in Fig. 3 dargestellt. Die Löschbeschaltung 3 sieht vier Thyristoren (Löschthyristoren) TQpB, TQpA, TQnA, TQnB vor, von denen jeweils einer in einem Zweig einer Brückenschaltung angeordnet ist. Dabei sind die vier Thyristoren TQpB, TQpA, TQnA, TQnB in ihrer Durchlaßrichtung so geschaltet, daß bei Zündung jeweils von zwei Thyristoren (TQpA/TQnA, bzw. TQpB/TQnB) in Brückenzweigen, die sich diagonal gegenüber liegen, ein Strom durch diese Brückenzweige und einen Querzweig der Brückenschaltung fließen kann, in dem Querzweig jedoch immer in die gleiche Richtung. In dem Querzweig der Brückenschaltung ist eine Reihenschaltung einer Induktivität (Begrenzungsdrossel) Lb und eines Löschkondensators CQ vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel sind dem Löschkondensator CQ zusätzlich zweimal ein ZnO-Varistor V1 bzw. V2 jeweils in Reihe mit einem Widerstand R1 bzw. R2 parallelgeschaltet. Die Reihenschaltung bestehend aus der Induktivität Lb und dem Löschkondensator CQ ist desweiteren an eine Ladeeinrichtung angeschlossen.Basic details of an erase circuit 3 from FIG. 1 are shown in FIG. 3. The quench circuit 3 provides four thyristors ( quench thyristors) T QpB , T QpA , T QnA , T QnB , one of which is arranged in a branch of a bridge circuit. The four thyristors T QpB , T QpA , T QnA , T QnB are switched in their forward direction such that when two thyristors (T QpA / T QnA , or T QpB / T QnB ) are fired in bridge branches , which are diagonal opposite, a current can flow through these bridge branches and a transverse branch of the bridge circuit, but always in the same direction in the transverse branch. A series connection of an inductance (limiting inductor) L b and a quenching capacitor C Q is provided in the shunt arm of the bridge circuit. In the example shown, the quenching capacitor C Q is additionally connected twice in parallel with a ZnO varistor V 1 or V 2 in series with a resistor R 1 or R 2 . The series circuit consisting of the inductor L b and the quenching capacitor C Q is also connected to a charging device.
Die dem Löschkondensator CQ parallelgeschalteten ZnO- Varistoren V1 bzw. V2 werden als spannungsbegrenzende Elemente (Begrenzer) eingesetzt, wobei für eine mehrfache Parallelschaltung, wie in diesem Beispiel eine zweifache, entsprechend dimensionierte Vorwiderstände R1, R2 eingesetzt werden müssen, um die produktionsbedingte Streuung der Begrenzer auszugleichen. The ZnO varistors V 1 and V 2 connected in parallel to the quenching capacitor C Q are used as voltage-limiting elements (limiters), whereby for a multiple parallel connection, as in this example, a double, appropriately dimensioned series resistors R 1 , R 2 must be used to compensate for the production-related spread of the limiters.
Der Löschkondensator CQ wird über die Ladeeinrichtung 4 derart auf einen definierten Spannungswert UCQ0 aufgeladen, daß an dem Löschkondensator CQ eine Spannung entsprechend der in Fig. 3 eingezeichneten Richtung für UCQ0 anliegt. Durch ein kontinuierliches Laden werden dabei Leckverluste ausgeglichen. Damit ist die Löschbeschaltung 3 einsatzbereit für eine Kurzschlußstrombegrenzung im Falle eines detektierten Fehlerstroms.The quenching capacitor C Q is charged via the charging device 4 to a defined voltage value U CQ0 such that a voltage corresponding to the direction shown in FIG. 3 for U CQ0 is present at the quenching capacitor C Q. Leakage losses are compensated for by continuous charging. The erase circuit 3 is thus ready for short-circuit current limitation in the event of a detected fault current.
Nach einem ersten Verfahren zur Ansteuerung der Löschbeschaltung 3 wird bei Detektion eines Fehlerstroms durch die Zentralsteuerung 2 von dieser ein Zündsignal an die Löschbeschaltung 3 gegeben, so daß bei positiver Stromrichtung des in Fig. 1 eingezeichneten Stroms iA die beiden Löschthyristoren TQpA und TQnA, bei negativer Stromrichtung von iA die beiden Löschthyristoren TQpB und TQnB durchschalten. Auf diese Weise bildet der Nebenstromkreis mit der Löschbeschaltung 3 eine dem Stromabschalter 1 parallelgeschaltete, durchgehend leitende Verbindung, über die nun ein Teil des Laststromes iL (d. h. des Fehlerstroms) fließt, wodurch der Strom iA durch den Stromabschalter 1 reduziert wird. Zusätzlich kann sich nun der vorgeladene Löschkondensator CQ über die Begrenzungsdrossel Lb und die weiterhin in Reihe liegenden parasitären Impedanzen entladen. Der Entladestrom des Löschkondensators CQ hat die gleiche Richtung wie der übernommene Teil des Laststroms iL und überlagert sich mit diesem verstärkend zu einem Gesamtstrom iC. Der von dem Nebenstromkreis übernommene Teil des Laststroms iL fließt hinter der Verbindungsstelle zum Hauptstromkreis in gleicher Richtung wie vorher weiter. Im Gegensatz dazu fließt der größte Teil des Entladestroms über den Stromabschalter 1 zurück, wo er sich gegensinnig dem noch durch den Stromabschalter 1 fließenden Teil des Laststroms iL überlagert, so daß sich schließlich ein Gesamtstrom von Null durch den Stromabschalter 1 ergibt. Der Strom iA durch den Stromabschalter 1 kommutiert somit komplett auf den Nebenstromkreis und damit kann der Stromabschalter 1, der nicht weiter gezündet wird, seine Sperrfähigkeit (Wiederverfestigung, Ausräumen von Ladungsträgern) erlangen.According to a first method for activating the quenching circuit 3 , upon detection of a fault current by the central controller 2, an ignition signal is given by the central control 2 to the quenching circuit 3 , so that when the current i A shown in FIG. 1 is positive, the two quenching thyristors T QpA and T QnA , switch through the two quenching thyristors T QpB and T QnB in the case of a negative current direction of i A. In this way, the secondary circuit with the quenching circuit 3 forms a continuously conductive connection connected in parallel with the current cut-off switch 1 , via which part of the load current i L (ie the fault current) now flows, as a result of which the current i A through the current cut-off switch 1 is reduced. In addition, the precharged quenching capacitor C Q can now discharge via the limiting inductor L b and the parasitic impedances which are still in series. The discharge current of the quenching capacitor C Q has the same direction as the part of the load current i L that has been taken over and is superimposed with it to form a total current i C. The part of the load current i L taken over by the secondary circuit continues to flow behind the connection point to the main circuit in the same direction as before. In contrast, the major part of the discharge current flows back through the current cut-off switch 1 , where it oppositely overlaps the part of the load current i L still flowing through the current cut-off switch 1 , so that there is finally a total current of zero through the current cut-off switch 1 . The current i A through the current cut-off switch 1 thus commutates completely to the secondary circuit and thus the current cut-off switch 1 , which is no longer ignited, can achieve its blocking capability (reconsolidation, removal of load carriers).
Aufgrund der im Netz gespeicherten Energie wird der Kondensator CQ in seiner Polarität umgeladen, so daß sich nun eine Gegenspannung am Kondensator CQ aufbaut, die als Spannungs-Zeit-Fläche an den Netzinduktivitäten liegt und hier den Strom zu Null werden läßt. Ist der Strom zu Null geworden, sperren die vorher leitenden Löschthyristoren TQpA, TQnA, bzw. TQpB, TQnB und der Vorgang ist beendet.Due to the energy stored in the network, the polarity of the capacitor C Q is reversed, so that a counter-voltage builds up on the capacitor C Q , which lies as a voltage-time area on the network inductances and here the current can become zero. If the current has become zero, the previously conductive quenching thyristors T QpA , T QnA , or T QpB , T QnB block and the process is ended.
Nach einem zweiten, alternativen Steuerverfahren zünden wiederum im Fall eines Zündsignals an die Löschbeschaltung bei positiver Stromrichtung des Stromes iA die Löschthyristoren TQpA und TQnA und bei negativer Stromrichtung des Stromes iA die Löschthyristoren TQpB und TQnB durch. Wie in dem ersten Steuerverfahren folgt eine Entladung des Löschkondensators CQ und eine Kommutierung des Stroms iA von dem Stromabschalter 1 auf den Nebenstromkreis. Sobald der Strom iA durch den Stromabschalter 1 zu Null geworden ist, wird alternativ zu der Vorgehensweise nach dem ersten Verfahren zusätzlich einer der beiden noch nicht leitenden Löschthyristoren gezündet, so daß der Löschkondensator CQ sich in einem Kreisstrom innerhalb der Löschbeschaltung 3 entlädt.According to a second, alternative control method in turn an ignition signal of the current i A, the thyristors T and T QnA QPA and negative current direction of the current i A light through the thyristors T QPB and QNB T in the case of the quenching circuitry in a positive current direction. As in the first control method, the quenching capacitor C Q is discharged and the current i A is commutated from the current cut-off switch 1 to the secondary circuit. As soon as the current i A through the current cut-off switch 1 has become zero, one of the two non-conductive quenching thyristors is additionally ignited as an alternative to the procedure according to the first method, so that the quenching capacitor C Q discharges in a circuit current within the quenching circuit 3 .
Auf diese Weise wird vermieden, daß die noch im Löschkondensator CQ gespeicherte Restenergie, die für die komplette Kommutierung des Laststroms iL auf den Nebenstromkreis nicht benötigt wurde, in das Netz eingeprägt wird.In this way it is avoided that the residual energy still stored in the quenching capacitor C Q , which was not required for the complete commutation of the load current i L to the secondary circuit, is impressed into the network.
Ein drittes bevorzugtes Steuerverfahren entspricht zunächst genau dem zweiten Steuerverfahren. Im Unterschied zu dem zweiten Steuerverfahren ist jedoch vorgesehen, daß sobald der Strom iA durch den Stromabschalter 1 zu Null geworden ist, beide noch nicht leitenden Löschthyristoren gezündet werden, so daß der Löschkondensator CQ sich über zwei parallele Kreisströme innerhalb des Löschkreises entlädt. Durch diese zusätzliche Zündung dieser beiden Löschthyristoren vermindert sich die thermische Belastung der einzelnen Löschthyristoren auf ungefähr die Hälfte.A third preferred control method initially corresponds exactly to the second control method. In contrast to the second control method, however, it is provided that as soon as the current i A through the current cut-off switch 1 has become zero, both quenching thyristors that are not yet conductive are ignited, so that the quenching capacitor C Q is discharged via two parallel circuit currents within the quenching circuit. This additional ignition of these two quenching thyristors reduces the thermal load on the individual quenching thyristors to approximately half.
Die Löschthyristoren sperren wie in dem ersten beschriebenen Steuerverfahren auch im zweiten und dritten Steuerverfahren, sobald der Strom im Querzweig der Brückenschaltung zu Null geworden ist.The quenching thyristors lock as in the first described taxation procedures also in the second and third Control procedure once the current in the cross branch of the Bridge circuit has become zero.
Die Fig. 4a und b zeigen exemplarisch den Stromverlauf des Laststroms iL im Falle eines Kurzschlusses über die Zeit in Sekunden aufgetragen, wobei Fig. 4b einen Ausschnitt der Kurven aus Fig. 4a zeitlich gestreckt darstellt. Jeweils eine erste Kurve 1 stellt den Stromverlauf ohne Maßnahmen zum Unterbrechen des Stroms dar, eine zweite Kurve 2 den Stromverlauf mit einer Stromunterbrechung nach dem ersten beschriebenen Steuerverfahren und eine dritte Kurve 3 den Stromverlauf mit einer Stromunterbrechung nach den beiden weiteren Steuerverfahren. Man erkennt, daß bei einer Stromunterbrechung nach einem der beschriebenen Steuerverfahren der Laststrom in kürzester Zeit, "weich" und ohne das Maximum des Kurzschlußstroms zu erreichen abklingt. Des weiteren wird der zusätzliche Vorteil des zweiten und des dritten Steuerverfahrens deutlich, denn die Erhöhung des Laststroms um eine kapazitive Spitze, die bei Einsatz des ersten Steuerverfahrens auftritt, wurde bei den anderen beiden Steuerverfahren vermieden. FIGS. 4a and b show examples plotted in seconds on the time the current flow in the load current i L in the case of a short circuit, with Fig. 4b represents a section of the curves of FIG. 4a stretched in time. In each case a first curve 1 represents the current profile without measures for interrupting the current, a second curve 2 the current profile with a current interruption according to the first control method described and a third curve 3 the current profile with a current interruption according to the two further control methods. It can be seen that in the event of a current interruption according to one of the control methods described, the load current decays in a very short time, "softly" and without reaching the maximum of the short-circuit current. Furthermore, the additional advantage of the second and the third control method becomes clear, since the increase in the load current by a capacitive peak, which occurs when the first control method is used, was avoided in the other two control methods.
Den Fig. 5a und 5b ist zu entnehmen, daß für Meßwerterfassung und -verarbeitung zum Erhalt der Werte von Strom iA und Stromsteilheit diA/dt, die der Zentralsteuerung 2 zugeführt werden, ebenfalls mehrere Möglichkeiten zur Verfügung stehen. FIGS. 5a and 5b it can be seen that, for signal acquisition and processing to obtain the values of current i A and current gradient di A / dt, which the central controller 2 are fed, are also several options available.
Fig. 5a zeigt eine Meßeinrichtung 5 und eine Meßwertverarbeitungseinheit 6, wobei die Meßeinrichtung S aus einem Stromwandler besteht und die Meßwertverarbeitungseinheit 6 ferner einen Tiefpaß 10, einen Multiplizierer 12 sowie einen Multiplizierer/Differenzierer 11 beinhaltet. Der Stromwandler ist mit dem Eingang des Tiefpasses 10 der Meßwertverarbeitungseinheit 6 verbunden. Der Ausgang des Tiefpasses 10 liegt an dem Eingang des Multiplizierers 12 und an dem Eingang des Multiplizierers/Differenzierers 11 an. Der jeweilige Ausgang von Multiplizierer 12 und Multiplizierer/Differenzierer 11 liegt an der Zentralsteuerung 2 aus Fig. 1 an. Fig. 5a shows a measuring device 5, and a measurement value processing unit 6, wherein the measuring device S is composed of a current transformer and the measurement value processing unit 6 further comprises a low-pass filter 10, a multiplier 12 and a multiplier / differentiator 11 includes. The current transformer is connected to the input of the low pass 10 of the measured value processing unit 6 . The output of the low pass 10 is present at the input of the multiplier 12 and at the input of the multiplier / differentiator 11 . The respective output of multiplier 12 and multiplier / differentiator 11 is applied to central controller 2 from FIG. 1.
Mit Hilfe des Stromwandlers wird ein dem Strom iA durch den Stromabschalter 1 proportionaler Strom KW.iA erfaßt. Nach einer Tiefpaßfilterung durch den Tiefpaß 10 wird der Strom KW.iA zum einen in dem Multiplizierer 12 mit einem Faktor KP multipliziert und zum anderen in dem Multiplizierer/Differenzierer 11 differenziert und mit einem Faktor KD multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 12 liefert also einen dem Strom iA proportionalen Wert KW.KP.iA und der Ausgang des Multiplizierers/Differenzierers 11 einen der aktuellen Stromsteilheit diA/dt im Stromabschalter 1 proportionalen Wert KW.KD.diA/dt. Die beiden Werte KW.KP.iA und KW.KD.diA/dt werden dann der Zentralsteuerung 2 zur Auswertung zur Verfügung gestellt. A current K W .i A proportional to the current i A through the current cut-off switch 1 is detected with the aid of the current transformer. After a low-pass filtering by the low-pass filter 10 , the current K W .i A is multiplied by a factor K P in the multiplier 12 and differentiated in the multiplier / differentiator 11 and multiplied by a factor K D. The output of the multiplier 12 thus provides a current i A proportional value K W P .K .i A and the output of the multiplier / differentiator 11 a of the current of current rise di A / dt in Stromabschalter 1 proportional value K W D .K .di A / German The two values K W .K P .i A and K W .K D .di A / dt are then made available to the central controller 2 for evaluation.
In Fig. 5b ist für eine alternative Meßwerterfassung und -verarbeitung wiederum eine Meßeinrichtung 5 und eine Meßwertverarbeitungseinheit 6 dargestellt. Die Meßeinrichtung 5 bestehe jedoch hier im Gegensatz zu der Meßeinrichtung aus Fig. 5a aus einer Rogowski-Spule. Die Elemente der Meßwertverarbeitungseinheit 6 sind in diesem Fall ein Tiefpaß 13, ein Multiplizierer 14 und ein Multiplizierer/Integrator 15. Die Rogowski-Spule ist mit dem Eingang des Tiefpasses 13 verbunden, der Ausgang des Tiefpasses 13 einerseits mit dem Multiplizierer 14 und andererseits mit dem Multiplizierer/Integrator 15. Sowohl der Ausgang des Multiplizierers 14 als auch der des Multiplizierers/Integrators 15 liegen wiederum an der Zentralsteuerung 2 aus Fig. 1 an.In Fig. 5b is an alternative signal acquisition and processing, in turn, a measuring device 5, and a measurement value processing unit 6 is shown. In contrast to the measuring device from FIG. 5a, the measuring device 5 here consists of a Rogowski coil. In this case, the elements of the measured value processing unit 6 are a low-pass filter 13 , a multiplier 14 and a multiplier / integrator 15 . The Rogowski coil is connected to the input of the low pass 13 , the output of the low pass 13 on the one hand to the multiplier 14 and on the other hand to the multiplier / integrator 15 . Both the output of the multiplier 14 and that of the multiplier / integrator 15 are in turn connected to the central controller 2 from FIG. 1.
Mit Hilfe der Rogowski-Spule wird ein der Stromsteilheit diA/dt proportionaler Strom KW.diA/dt erfaßt. Nach einer Tiefpaßfilterung durch den Tiefpaß 13 wird der erfaßte Wert zum einen in dem Multiplizierer 14 mit einem Faktor KP multipliziert und zum anderen in dem Multiplizierer/Integrator 15 integriert sowie mit einem Faktor KI multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 14 liefert also einen der Stromsteilheit diA/dt proportionalen Wert KW.KP.diA/dt und der Ausgang des Multiplizierers/Integrators 15 einen dem aktuellen Strom iA durch den Stromabschalter 1 proportionalen Wert KW.KI.iA. Die beiden Werte KW.KP.diA/dt und KW.KI.iA werden dann der Zentralsteuerung 2 zur Auswertung zur Verfügung gestellt.With the help of the Rogowski coil, a current K W .di A / dt proportional to the current steepness di A / dt is detected. After a low-pass filtering by the low-pass filter 13 , the detected value is multiplied by a factor K P in the multiplier 14 and integrated in the multiplier / integrator 15 and multiplied by a factor K I. The output of the multiplier 14 thus provides a current rise di A / dt value proportional K .K W P A .di / dt and the output of the multiplier / integrator 15, a current i to the current A proportional value by the Stromabschalter 1 W K .K I .i A. The two values K W .K P .di A / dt and K W .K I .i A are then made available to the central controller 2 for evaluation.
Mit der Fig. 6 wird schließlich die Funktion der Zentralsteuerung 2 aus Fig. 1 erläutert. Die Zentralsteuerung 2 steuert in diesem Beispiel im fehlerfreien Betrieb die Thyristoren des Stromabschalters 1 sowie die Löschbeschaltung im Falle eines von der Zentralsteuerung 2 erkannten Fehlerstroms. Die Funktionsweise der Zentralsteuerung 2 beruht im wesentlichen auf einem Algorithmus zur Kurzschlußerkennung, der verschiedene Eingangswerte, wie Werte proportional zu Strom iA und Stromsteilheit diA/dt sowie unterschiedliche Schwellenwerte Pi, erhält und der als Ausgangswerte Steuerimpulse CSA, CSQ zur Steuerung des Stromabschalters 1 und des Löschkreises 2 ausgibt.With the Fig. 6, finally, the one function of the central controller 2 of Fig. Will be explained. In this example, the central controller 2 controls the thyristors of the current cut-off switch 1 as well as the quenching circuit in the event of a fault current detected by the central controller 2 . The operation of the central control 2 is essentially based on an algorithm for short-circuit detection, which receives various input values, such as values proportional to current i A and current steepness di A / dt, as well as different threshold values P i , and the control pulses CS A , CS Q as output values for control the power switch 1 and the extinguishing circuit 2 outputs.
Zur Kurzschlußerkennung werden, wie oben beschrieben, entweder der Strom iA oder die Stromsteilheit diA/dt in jeder zu schützenden Phase innerhalb der Anschlußpunkte des Löschkreises 3 gemessen. Ziel des Algorithmus zur Erkennung eines Kurzschlusses ist insbesondere eine zuverlässige Fehlerstrombestimmung, insbesondere eines Stoßkurzschlußstroms, bei gleichzeitiger Vermeidung von Fehlauslösung aufgrund transienter Vorgänge auf der Leitung oder von Stromoberschwingungen. Die von der Meßwertverarbeitungseinheit 6 empfangenen Werte von Strom iA und Stromsteilheit diA/dt werden über mehrere Meßpunkte einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen. Liegt der Absolutwert des Stroms unterhalb einer minimalen Stromschwelle Imin oder oberhalb einer maximalen Stromschwelle Imax, so erfolgt keine Ansteuerung der Löschbeschaltung. Für den Bereich BA möglicher Auslösung gilt also Imin < BA < Imax. Innerhalb von BA liegt die Triggerschwelle Itrig, bei der ausgelöst wird, wenn diese nach der Tiefpaßfilterung und der Mittelwertbildung für eine definierte Zeit Titrig überschritten wird. Liegt der Stromabsolutwert in BA so kann weiterhin ausgelöst werden, wenn nach Tiefpaßfilterung und Mittelwertbildung die Stromsteilheit diA/dt für eine definierte Zelt Tdi/dttrig oberhalb der Stromsteilheitsschwelle di/dttrig liegt.For short-circuit detection, as described above, either the current i A or the current steepness di A / dt are measured in each phase to be protected within the connection points of the quenching circuit 3 . The aim of the algorithm for detecting a short circuit is, in particular, a reliable fault current determination, in particular a surge short-circuit current, while at the same time avoiding false tripping due to transient processes on the line or current harmonics. The values of current i A and current steepness di A / dt received by the measured value processing unit 6 are subjected to a moving averaging over several measuring points. If the absolute value of the current is below a minimum current threshold I min or above a maximum current threshold I max , the quenching circuit is not activated. For the area B A of possible tripping I min <B A <I max . Within B A trigger threshold I is trig, is triggered in which, when it is exceeded itrig after the low pass filtering and averaging for a defined time T. If the absolute current value is in B A, it can continue to be triggered if, after low-pass filtering and averaging, the current steepness di A / dt is above the current steepness threshold di / dt trig for a defined tent T di / dttrig .
Erreicht ein Kurzschlußstrom Werte oberhalb der maximalen Stromschwelle Imax, was im Normalfall durch die beschriebene Kurzschlußerkennung verhindert wird, so erfolgt eine Sperrung der Stromabschalter 1 ohne Auslösung der Löschbeschaltung.If a short-circuit current reaches values above the maximum current threshold I max , which is normally prevented by the described short-circuit detection, the current cut-off switch 1 is blocked without the extinguishing circuit being triggered.
Alle Parameter können bei Bedarf den jeweiligen Netzverhältnissen angepaßt werden, wodurch einerseits eine hinreichend schnelle Auslösung garantiert wird und andererseits durch Tiefpaßfilterung und Mittelwertbildung ein Schutz vor Fehlauslösungen durch Fehlmessungen und transienten Vorgängen, die nicht durch Kurzschlüsse hervorgerufen wurden (z. B. kapazitive Einschaltströme), gegeben ist. Bei Erfüllung der Auslösekriterien in einer Phase kann entweder allphasig geschaltet werden, n-1- phasig bei isoliertem Netz oder mit einer zeitlichen Staffelung.All parameters can be changed if necessary Grid conditions are adjusted, which on the one hand a sufficiently fast release is guaranteed and on the other hand through low-pass filtering and averaging protection against false triggering due to incorrect measurements and transient processes that are not caused by short circuits were caused (e.g. capacitive inrush currents), given is. When the trigger criteria are met in one Phase can either be switched to all phases, n-1- phase with an isolated network or with a temporal Graduation.
Das Auslösesignal wird je nach Anfordernissen des Stromabschalters 1 zeitgleich oder zeitlich gestaffelt an die Stromabschalter 1 und die Löschbeschaltungen gegeben.Depending on the requirements of the current cut-off switch 1, the trigger signal is given to the current cut-off switch 1 and the extinguishing circuits at the same time or in a staggered manner.
Claims (13)
- 1. der aufweist
- 1. für mindestens (n-1) Phasen in einem Hauptstromkreis einen Stromabschalter (1) zur Unterbrechung des Phasenstroms im Fehlerstromfall und
- 2. in einem Nebenstromkreis eine dem Stromabschalter (1) zugeordnete Löschbeschaltung (3),
- 3. wobei die Löschbeschaltung (3)
- 4. von einer stromistwerterfassenden Steuereinheit (2, 5, 6) ansteuerbar ist und
- 5. eine Brückenschaltung umfaßt, in deren Querzweig eine Reihenschaltung aus einem von einer Ladeeinrichtung (4) aufgeladenen Löschkondensator (CQ) und einer Begrenzungsdrossel (Lb) angeordnet ist,
- 1. jeder der Brückenzweige der Brückenschaltung der Löschbeschaltung (3) mindestens ein schaltbares Löschelement (TQpA, TQpB, TQnA, TQnB) umfaßt,
- 2. die Steuereinheit (2, 5, 6) mit jedem der schaltbaren Löschelemente (TQpA, TQpB, TQnA, TQnB) verbunden ist und
- 3. bei einem detektierten Fehlerstrom jeweils zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnete Löschelemente (TQpA, TQnA bzw. TQpB, TQnB) derart angesteuert werden, daß sich der Entladestrom des Löschkondensators (CQ) dem von dem Hauptstromkreis abgezweigten Strom (iQ) im Nebenstromkreis gleichsinnig überlagert.
- 1. which has
- 1. for at least (n-1) phases in a main circuit, a current cut-off switch ( 1 ) to interrupt the phase current in the event of a fault current and
- 2. an extinguishing circuit ( 3 ) assigned to the current cut-off switch ( 1 ) in a secondary circuit,
- 3. the delete circuit ( 3 )
- 4. can be controlled by a current actual value control unit ( 2 , 5 , 6 ) and
- 5. comprises a bridge circuit, in the transverse branch of which a series circuit comprising a quenching capacitor (C Q ) and a limiting choke (L b ) charged by a charging device ( 4 ) is arranged,
- 1. each of the bridge branches of the bridge circuit of the quenching circuit ( 3 ) comprises at least one switchable quenching element (T QpA , T QpB , T QnA , T QnB ),
- 2. the control unit ( 2 , 5 , 6 ) is connected to each of the switchable quenching elements (T QpA , T QpB , T QnA , T QnB ) and
- 3. in the case of a detected fault current, two quenching elements (T QpA , T QnA or T QpB , T QnB ) arranged in diagonally opposite bridge branches are controlled in such a way that the discharge current of the quenching capacitor (C Q ) corresponds to the current branched off from the main circuit (i Q ) superimposed in the same way in the secondary circuit.
- 1. zusätzlich zu den zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten Löschelementen mindestens ein weiteres Löschelement außerhalb dieser Brückenzweige derart angesteuert wird, daß innerhalb der Löschbeschaltung (3) ein Freilaufstrompfad für den Entladestrom des Löschkondensators (CQ) ausgebildet wird.
- 1. in addition to the two quenching elements arranged in diagonally opposite bridge branches, at least one further quenching element outside of these bridge branches is controlled in such a way that a freewheeling current path for the discharge current of the quenching capacitor (C Q ) is formed within the quenching circuit ( 3 ).
- 1. zusätzlich zu den zwei in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten Löschelementen mindestens zwei weitere Löschelemente außerhalb dieser Brückenzweige derart angesteuert werden, daß innerhalb der Löschbeschaltung (3) zwei parallel zueinander angeordnete Freilaufstrompfade für den Entladestrom des Löschkondensators (CQ) ausgebildet werden.
- 1. in addition to the two quenching elements arranged in diagonally opposite bridge branches, at least two further quenching elements outside of these bridge branches are controlled in such a way that two freewheeling current paths arranged parallel to one another for the discharge current of the quenching capacitor (C Q ) are formed within the quenching circuit ( 3 ).
- 1. die Stromabschalter (1) mechanische oder leistungselektronische Schaltelemente sind.
- 1. the current cut-off switch ( 1 ) are mechanical or power electronic switching elements.
- 1. die Stromabschalter (1) in jeder Phase durch eine antiparallele Schaltung von Thyristoren gebildet werden.
- 1. the current switch ( 1 ) are formed in each phase by an anti-parallel circuit of thyristors.
- 1. die mindestens vier schaltbaren Löschelemente (TQpA, TQpB, TQnA, TQnB) jeweils Thyristoren sind.
- 1. the at least four switchable quenching elements (T QpA , T QpB , T QnA , T QnB ) are each thyristors.
- 1. dem Löschkondensator (CQ) mindestens ein spannungsbegrenzendes Element (V1), insbesondere ein ZnO-Varistor, parallelgeschaltet ist.
- 1. the quenching capacitor (C Q ) at least one voltage-limiting element (V 1 ), in particular a ZnO varistor, is connected in parallel.
- 1. bei Verwendung mehrerer spannungsbegrenzender Elemente (V1, V2) für diese Vorwiderstände (R1, R2) zum Ausgleich von Streuungen der spannungsbegrenzenden Elemente vorgesehen sind.
- 1. when using several voltage-limiting elements (V 1 , V 2 ) for these series resistors (R 1 , R 2 ) are provided to compensate for scattering of the voltage-limiting elements.
- 1. die Steuereinheit (2, 5, 6) Eingänge zur Eingabe von Parametern für eine differenzierte Erkennung des Fehlerstromes aufweist.
- 1. the control unit ( 2 , 5 , 6 ) has inputs for entering parameters for a differentiated detection of the fault current.
- 1. die von der Steuereinheit (2, 5, 6) erfaßten Stromistwerte mittels Stromwandler als Strom oder mittels Rogowski-Spule als Stromsteilheit meßbar sind und
- 2. die Steuereinheit (2, 5, 6) eine Meßwertverarbeitungseinheit (6) zur Bestimmung des jeweils anderen Wertes aufweist.
- 1. The actual current values detected by the control unit ( 2 , 5 , 6 ) can be measured as current using a current transformer or as a current steepness using a Rogowski coil
- 2. the control unit ( 2 , 5 , 6 ) has a measured value processing unit ( 6 ) for determining the respective other value.
- 1. die Löschbeschaltungen (3) der verschiedenen Phasen des Energienetzes derart angesteuert werden, daß ein Auslösesignal an alle Phasen gleichzeitig, mindestens n-1-phasig bei isoliertem Netz, oder zeitlich gestaffelt ausgegeben wird.
- 1. The quenching circuits ( 3 ) of the different phases of the energy network are controlled in such a way that a trigger signal is output to all phases simultaneously, at least n-1-phase in an isolated network, or staggered over time.
- 1. er bei elektrischen Antrieben im kW- und/oder MW- Bereich oder bei einer dezentralen Energieeinspeisung insbesondere bei Blockheizkraftwerken oder Windkraftanlagen eingesetzt wird.
- 1. it is used in electrical drives in the kW and / or MW range or in the case of decentralized energy supply, in particular in combined heat and power plants or wind power plants.
- 1. für die in jeder Phase innerhalb der Anschlußpunkte der Löschbeschaltung (3) gemessenen Werte des Stromes oder der Stromsteilheit tiefpaßgefiltert werden
- 2. ein gleitender Mittelwert (gemittelter Stromwert oder gemittelte Stromsteilheit) aus den tiefpaßgefilterten Werten gebildet wird und
- 3. falls der gemittelte Stromwert unterhalb einer vorgegebenen minimalen Stromschwelle Imin oder oberhalb einer vorgegebenen maximalen Stromschwelle Imax liegt, keine Ansteuerung der Löschbeschaltung (3) erfolgt
- 4. falls der gemittelte Stromwert in einem Bereich
Ba liegt, für den gilt Imin < Ba < Imax, dann eine
Ansteuerung der Löschbeschaltung (3) erfolgt, wenn
zugleich
- 1. der Strom eine vorgegebene Schwelle Itrig für eine vorgegebene Zeit Titrig überschreitet oder
- 2. die gemittelte Stromsteilheit für eine vorgegebene Zeit Tdi/dttrig über einer vorgegebenen Stromsteilheitsschwelle di/dttrig liegt.
- 1. for the values of the current or the current steepness measured in each phase within the connection points of the quenching circuit ( 3 ) are low-pass filtered
- 2. a moving average (average current value or average current steepness) is formed from the low-pass filtered values and
- 3. If the averaged current value is below a predefined minimum current threshold I min or above a predefined maximum current threshold I max , the quenching circuit ( 3 ) is not activated
- 4. If the averaged current value is in a range Ba for which I min <B a <I max applies, then the quenching circuit ( 3 ) is activated if at the same time
- 1. The current I trig a predetermined threshold for a predetermined time T exceeds or itrig
- 2. the averaged current steepness for a predetermined time T di / dttrig lies above a predetermined current steepness threshold di / dt trig .
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| Hasan, Zyborski, Lipski: "The Critical Switching Parameters of a New Hybird AC Low-Voltage Breaker Without and With ZnO Varistor", Proceedings of the6th international Symposium on Short Circuit Currents in Power Systems, S. 3.11.1-3.11.8. Liege, Belgium, 6-8 September 1994 * |
Cited By (1)
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