DE19927029A1

DE19927029A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Überstromauslösers eines Leistungsschalters

Info

Publication number: DE19927029A1
Application number: DE19927029A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Manfred Schiller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-02-08
Also published as: EP1638182A3; WO2000076046A1; US6559648B2; EP1638182A2; EP1186083A1; US20020158633A1

Abstract

Bei Leistungsschaltern, die einen Stromwandler (6) mit einer eisenlosen Stromerfassungsspule (7) und eine der Stromerfassungsspule (7) nachgeschaltete Integrationsschaltung (8) aufweisen, kann es aufgrund der unvermeidbaren Zeitkonstante der Integrationsschaltung (8) zu einer fehlerhaften Auslösung kommen. Dies wird durch ein Verfahren vermieden, bei dem die Momentanwerte des Stromes in festgelegten periodischen Abständen (n, n + 1, n + 2) erfaßt und gespeichert werden. Die gespeicherten Meßwerte werden nach Polarität und Größe verglichen. Erweisen sich die gespeicherten Werte bei gleicher Polarität als monoton fallend, so wird angenommen, daß von dem Integrator (8) ein Gleichglied ausgeht und es wird im elektronischen Auslöser des Leistungsschalters ein Auslösesperrsignal gesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elek tronischen Überstromauslösers eines Leistungsschalters, der zur Versorgung des Überstromauslösers mit einem dem Strom durch den Leistungsschalter proportionalen Signal einen Stromwandler mit einer eisenlosen Stromerfassungsspule und einen der Stromerfassungsspule nachgeschalteten Integrations schaltung aufweist.

Stromwandler mit einer eisenlosen Stromerfassungsspule werden eingesetzt, um einen sehr großen Strombereich mit möglichst geringem Fehler zu überwachen. Das Ausgangssignal einer sol chen Stromerfassungsspule, die auch als Rogowskispule bekannt ist, wird in der Integrationsschaltung verarbeitet, um das auf dem Rogowski-Prinzip beruhende, der Stromänderung propor tionale Signal in ein dem zu messenden Strom direkt propor tionales Signal umzuwandeln. Diese Umwandlung bereitet an sich keine Schwierigkeiten, da im Prinzip eine als Integrati onsschaltung eine R-C-Kombination ausreicht. Jedoch vermag eine solche Integrationsschaltung Änderungen des zu messenden Stromes nicht beliebig rasch zu folgen. Daher ist nicht aus zuschließen, daß am Ausgang der Integrationsschaltung ein Si gnal erscheint, obwohl der zu messende Strom den Wert NULL angenommen hat.

Das beschriebene Verhalten der Integrationsschaltung kann im Betrieb des Leistungsschalters zu Schwierigkeiten führen, wenn bei nicht mehr fließendem Strom am Ausgang der Integra tionsschaltung ein Signal solcher Höhe erscheint, daß die weitere Verarbeitung des Signales in dem Überstromauslöser zur Abgabe eines Auslösebefehles an den Leistungsschalter führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fehlauslösungen aufgrund des Verhaltens der Integrationsschaltung zu verhin dern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch folgende Schrit te des eingangs genannten Verfahrens gelöst:

a) Messung des Momentanwertes des Signales des Stromwandlers in festgelegten periodischen Abständen,
b) Speicherung von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, im Schritt a) gewonnenen Meßwerten,
c) Vergleich jedes der Meßwerte mit den wenigstens zwei zuvor gespeicherten Meßwerten, und
d) Abgabe eines Auslöse-Sperrsignales an den elektronischen Überstromauslöser, wenn alle Meßwerte einer monoton fal lenden Funktion entsprechen und die Differenz aufeinander folgender Meßwerte wenigsten 10% beträgt.

Im Rahmen der Erfindung empfiehlt es sich, den zeitlichen Ab stand der Meßwerte klein gegenüber der Zeitkonstanten der In tegrationsschaltung zu bemessen, und zwar vorzugsweise auf 4,5 ms bei einer Frequenz des zu messenden Stromes von 50 Hz.

Für die praktische Durchführung des dargelegten Verfahrens erweist es sich als ausreichend, zum aufeinanderfolgenden Vergleich der Meßwerte diese in einen dreizelligen Ringpuffer einzulesen.

Als weitere Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung eine Verfahren vor, bei dem der Auslöseschwellwert des Über stromauslösers für kurzzeitverzögerte Auslösung und Erd schlußauslösung um einen Sockelbetrag erhöht ist, der einem von der Integrationsschaltung bei einer Unterbrechung des Stromes abgegebenen Gleichglied entspricht und daß der Soc kelbetrag entsprechend einer Abklingfunktion des Gleichglie des veränderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Fig. 1 stellt ein Prinzipschaltbild eines Leistungs schalters mit elektronischem Überstromauslöser und Rogowski- Stromwandler dar.

Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in welchem der Verlauf des Primärstromes, die Ausgangsgröße eines Stromwandlers sowie die Ausgangsgröße eines Integrators über der Zeit dargestellt sind.

Die Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, welches das Prinzip des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht.

In der Fig. 1 sind als Hauptkomponenten eines Niederspan nungs-Leistungsschalters ein ein- oder mehrpoliger Schaltkon takt 1 in einer Hauptstrombahn 2, ein Schaltschloß 3 und eine Antriebsvorrichtung 4 gezeigt. Das in der Einschaltstellung des Schaltkontaktes 1 verklinkte Schaltschloß 3 ist durch ei nen elektronischen Überstromauslöser 5 lösbar, dem als Ein gangsgröße ein dem Strom in der Hauptstrombahn 2 proportiona les Steuersignal zugeführt wird. Dieses Steuersignal wird durch einen Stromwandler 6 bereitgestellt, der als eisenloser Wandler mit großem Dynamikbereich ausgebildet ist und neben einer Rogowski-Spule 7 eine Integrationsschaltung 8 enthält.

Der zeitliche Verlauf der Meßgrößen ist näher aus der Fig. 2 ersichtlich. In dieser ist mit I_P der tatsächliche Primär strom in dem zu überwachenden Stromkreis bezeichnet. An der Rogowskispule des Stromwandlers ist eine Spannung u = dI/dt ab zugreifen. Der der Rogowskispule nachgeschaltete Integrator (8 in Fig. 1) formt diese Spannung in eine Größe v = udt um. Während der Strom I_P und die Spannung u zu dem mit t₀ be zeichneten Zeitpunkt der Stromunterbrechung enden, klingt die Spannung v am Ausgang des Integrators erst allmählich ab. Die Zeitpunkte, zu denen eine Momentanwerterfassung durchgeführt wird, sind entsprechend dem Flußdiagramm gemäß der Fig. 1 mit n, n + 1, n + 2 und so fort bezeichnet. Besitzen diese Werte die gleiche Polarität und weisen eine fallende Tendenz auf, so ist klar, daß es sich ein von dem Integrator ausgehendes abklingendes Gleichglied handelt. In diesem Fall wird die Auslösung des Leistungsschalters unterdrückt und somit eine unnötige Störung in der Versorgung von Verbrauchern vermie den.

Das in der Fig. 3 gezeigte Flußdiagramm beginnt mit dem pe riodischen Aufruf einer Prüfroutine, wobei sich die periodi schen Abstände an der Abklingfunktion des Gleichgliedes der erwähnten Integrationsschaltung (8 in Fig. 1) orientieren. Ein Abstand der Prüfroutinen von 4,5 ms hat sich als angemes sen erwiesen. In den genannten Abständen erfaßte Meßwerte werden in einem dreizelligen Ringpuffer mit den Positionen n, n + 1 und n + 2 eingelesen. Die in dem Ringpuffer gespeicherten aufeinanderfolgenden Werte werden nun nach Polarität und Wert miteinander verglichen. Weisen die aufeinanderfolgenden ge speicherten Werte die gleiche Polarität auf und nehmen sie wertmäßig zu, so sind die Voraussetzungen für eine bedingte Auslösung gegeben. Nehmen die Werte dagegen monoton ab, so deutete dies auf ein Gleichglied hin, das nicht zur Auslösung führen soll. Die Routine wird wiederholt, um die ordnunggemä ße Funktion des Leistungsschalters zu gewährleisten.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Überstromauslö sers (5) eines Leistungsschalters, der zur Versorgung des Überstromauslösers (5) mit einem dem Strom durch den Lei stungsschalter proportionalen Signal einen Stromwandler (6) mit einer eisenlosen Stromerfassungsspule (7) und eine der Stromerfassungsspule (7) nachgeschaltete Integrationsschal tung (8) saufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte

a) Messung des Momentanwertes des Stromes in festgelegten pe riodischen Abständen,
b) Speicherung von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, im Schritt a) gewonnenen Meßwerten,
c) Vergleich jedes der Meßwerte mit den wenigstens zwei zuvor gespeicherten Meßwerten, und
d) Abgabe eines Auslöse-Sperrsignales an den elektronischen Überstromauslöser, wenn alle Meßwerte einer monoton fal lenden Funktion entsprechen und die Differenz aufeinander folgender Meßwerte wenigsten 10% beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der Meßwerte klein ist gegenüber der Zeitkonstanten der Integrationsschaltung, vorzugsweise 4,5 ms bei einer Frequenz des zu messenden Stromes von 50 Hz.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu aufeinander folgenden Vergleich der Meßwerte diese in einen dreizelligen Ringspuffer eingelesen werden.

4. Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Überstromauslö sers eines Leistungsschalters, der zur Versorgung des Über stromauslösers mit einem den Strom durch den Leistungsschal ter proportionalen Signales einen Stromwandler mit einer ei senlosen Stromerfassungsspule und einen der Stromerfas sungsspule nachgeschalteten Integrationsschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschwellwert des Überstromauslösers für kurz zeitverzögerte Auslösung und Erdschlußauslösung um einen Soc kelbetrag erhöht ist, der einem von der Integrationsschaltung bei einer Unterbrechung des Stromes abgegebenen Gleichglied entspricht und daß der Sockelbetrag entsprechend einer Ab klingfunktion des Gleichgliedes veränderlich ist.