DE102007006564A1 - Line safety switch or circuit-breaker comprise input terminal and output terminal, which are connected by current path, where device measures phase of alternating current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a circuit breaker or circuit breaker according to the preamble of claim 1.
Der Schalter umfasst somit einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Diese sind über einen Strompfad miteinander verbunden. Der Strompfad ist an einer Kontaktstelle durch Einwirken eines Aktorelements unterbrechbar. In oder an dem Strompfad sind Mittel zum Messen einer eine Eigenschaft eines durch den Strompfad fließenden Stroms wiedergebenden physikalischen Größe angeordnet, und die Mittel zum Messen der physikalischen Größe sind mit elektronischen Auswertemitteln gekoppelt, die das Aktorelement ansteuern.Of the Switch thus includes an input terminal and an output terminal. These are connected to each other via a current path. The current path is at a contact point by the action of an actuator element interruptible. In or on the current path are means for measuring a a property of a current flowing through the current path physical size, and means to measure the physical size are using electronic Coupled evaluation, which drive the actuator element.
Ein
Leitungsschutzschalter der genannten Art ergibt sich aufgrund eines
Anwendungsgebietshinweises in der
Dem gattungsgemäßen Schalter ist das Merkmal zu eigen, dass das Aktorelement elektronisch angesteuert wird, anders als bei zahlreichen Leitungsschutzschaltern oder Leistungsschaltern des Standes der Technik, bei denen ein solches Aktorelement Teil einer elektromechanischen Wirkkette ist. Das elektronische Ansteuern ermöglicht eine Anpassung des Schalters an seine konkrete Verwendung: Insbesondere bei Kaskadenschaltungen gibt es vorgeordnete Schalter und nachgeordnete Schalter, wobei die nachgeordneten Schalter den elektrischen Verbrauchern näher sind. Es soll dann das Prinzip der so genannten Selektivität gelten, nämlich bei einem Kurzschluss der dem Kurzschluss am nächsten liegende Schalter den Strom unterbrechen. Bei Verwendung der elektronischen Auswertemittel wie bei dem gattungsgemäßen Schalter können beispielsweise Schwellwertkriterien unterschiedlich gewählt werden, je nach dem, an welcher Position der Schalter in der Kaskadenschaltung sitzt.the generic switch is the characteristic of own, that the actuator element is controlled electronically, unlike with numerous circuit breakers or circuit breakers of the Prior art, in which such an actuator element is part of a electromechanical chain of action is. The electronic control allows an adaptation of the switch to its actual use: in particular in cascade circuits there are upstream switches and downstream Switch, with the downstream switch the electrical consumers are closer. It should then be the principle of so-called selectivity apply, namely at a short circuit of the short circuit switch nearest the power interrupt. at Use of the electronic evaluation means as in the generic Switches can, for example, different threshold criteria depending on the position of the switch sitting in the cascade circuit.
Mit dem Prinzip der Selektivität geht das Erfordernis einher, dass die Schalter die Fähigkeit haben sollen, möglichst schnell den Stromfluss zu unterbrechen. Diese Fähigkeit wird insbesondere dann benötigt, wenn die Schalter nachgeordnet sind, damit der vorgeordnete Schalter einen Kurzschlussstrom nicht zu lange durchleiten muss, damit aber dennoch genügend Zeit ist, dass der vorgeordnete Schalter ein mögliches Schalten des nachgeordneten Schalters abwartet bzw. noch selber abschalten kann, um die Schutzfunktion realisieren zu können.With the principle of selectivity is accompanied by the requirement that the switches should have the capability, if possible quickly interrupt the flow of electricity. This ability is particularly needed when the switches downstream are so that the upstream switch does not have a short circuit current has to pass too long, but still enough Time is that the upstream switch a possible Switching the downstream switch waits or even itself can shut down in order to realize the protection function.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass ein besonders schnelles Abschalten ermöglicht wird.It Object of the invention, a circuit breaker or circuit breaker of the type mentioned in such a way that a particular fast shutdown is possible.
Die Aufgabe wird durch einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The Task is performed by a circuit breaker or circuit breaker solved with the features according to claim 1.
Erfindungsgemäß umfasst der Schalter somit Mittel zum Messen der Phase einer zwischen einem Punkt in dem Strompfad und einem Referenzpunkt (mit Referenzpotenzial) anliegenden Wechselspannung, und diese Mittel sind ebenfalls mit den elektronischen Auswertemitteln gekoppelt. Die elektronischen Auswertemittel sind dann dazu ausgelegt, ein Einwirken des Aktorelements auf die Kontaktstelle aufgrund von solchen Kriterien zu bewirken, bei denen die gemessene Phase berücksichtigt ist.According to the invention the switch thus means for measuring the phase of a between a Point in the rung and a reference point (with reference potential) applied AC voltage, and these funds are also with coupled to the electronic evaluation means. The electronic Evaluation means are then designed to act on the actuator element effect on the contact point on the basis of such criteria, where the measured phase is taken into account.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass während der Entstehungsphase eines Kurzschlussstroms der Stromanstieg bei bekannten Netzbedingungen und bekannter Phasenlage einen vorhersagbaren Verlauf aufweist, und dass daher die Phase einfach gemessen werden muss.The Invention is based on the recognition that during the formation phase a short-circuit current, the current increase in known network conditions and known phase position has a predictable course, and therefore the phase must be easily measured.
Die Entstehungsphase eines Kurzschlusses umfasst eine Zeitdauer, die typischerweise viel kleiner ist als eine Periodendauer der Netzfrequenz.The Formation phase of a short circuit includes a period of time typically much smaller than a period of line frequency.
Bei bekannten Netzbedingungen hat ein Kurzschlussstrom in Abhängigkeit vom Phasenwinkel des Eintretens des Kurzschlusses einen festen Verlauf. Mit den eingestellten Werten und den gemessenen Spannungswerten und Stromwerten bestimmt die Elektronik z. B. die Stromanstiegsgeschwindigkeit dI/dt bei dem aus den Spannungswerten bestimmten Phasenwinkel und kann daraus sehr schnell ermitteln ob es sich um Kurzschluss handelt (Look-ahead-Funktionalität). Dies ist bereits deutlich früher vorhersagbar, bevor in konventionellen Schutzschaltgeräten das Magnetsystem aktiv wird. Nach den vorgegebenen Kriterien erfolgt dann gegebenenfalls die Auslösung. Ein nachgeschalteter Schalter wird deutlich früher auslösen müssen als ein vorgeschalteter. Außerdem erkennt ein vorgeschalteter Schalter aufgrund des ständig gemessenen Stromverlaufs, insbesondere der Stromanstiegsgeschwindigkeit, ob ein nachgeschalteter Schalter alleine abschalten kann.at known network conditions has a short-circuit current depending from the phase angle of the occurrence of the short circuit a fixed course. With the set values and the measured voltage values and current values determines the electronics z. B. the current slew rate dI / dt at the phase angle determined from the voltage values and can determine very quickly whether it is short-circuit (look-ahead functionality). This is already predictable much earlier, before in conventional circuit breakers the magnet system active becomes. If necessary, then according to the given criteria the trigger. A downstream switch becomes clear have to trigger earlier than an upstream one. In addition, an upstream switch detects due to the constantly measured current profile, in particular the Current slew rate, whether a downstream switch alone can switch off.
Somit ist es eine bevorzugte Ausführungsform, dass die Mittel zum Messen einer physikalischen Größe die Stromstärke des durch den Strompfad fließenden Stroms messen, dass die elektronischen Auswertemittel die zeitliche Ableitung der Stromstärke errechnen, und dass zu zumindest einer vorbestimmten Phase das Verhalten der zeitlichen Ableitung der Stromstärke empirisch ermittelt wurde und das tatsächliche Verhalten mit diesem empirischen Verhalten verglichen wird.Thus, it is a preferred embodiment that the means for measuring a physical quantity measures the current strength of the current flowing through the current path, that the electronic evaluation means calculate the time derivative of the current strength, and that at least one predetermined phase, the behavior of the time derivative of the current was determined empirically and the actual behavior with this empiri behavior is compared.
Am einfachsten ist diese Ausführungsform dadurch zu verwirklichen, dass jeder Phase ein Grenzwert der zeitlichen Ableitung der Stromstärke zugeordnet wird, möglicherweise ein Grenzwert dieser zeitlichen Ableitung zum Zeitpunkt des Überschreitens eines weiteren Schwellwerts durch die Stromstärke selbst. Die Paare von Phasen und Grenzwerten definieren dann eine Kurve in einer zweidimensionalen Fläche, wobei die Kurve einen Bereich, in dem das Aktorelement nicht zum Einwirken auf die Kontaktstelle veranlasst wird, von einem Bereich abgrenzt, in dem das Aktorelement das Abschalten des Schalters bewirkt. Naturgemäß können auch weitere Größen aus der gemessenen Stromstärke abgeleitet werden. Es bietet sich zum Beispiel an, ein Maß für die von dem Strom geleistete Energie zu errechnen und bei diesem ebenfalls ein Schwellwertkriterium zu verwenden. Anstelle von einfachen Schwellwertkriterien können auch komplizierte Auswertungen der Graphen der gemessenen oder ermittelten Größen in Abhängigkeit von der Zeit stattfinden. Anstelle von den Phasen zugeordneten Grenzwerten kann auch eine mathematische Funktion stehen, die die entsprechenden Grenzen berechnet.At the this embodiment is simplest to realize thereby that each phase is assigned a threshold value of the time derivative of the amperage becomes, possibly a limit of this time derivation at the time of exceeding another threshold by the current itself. The pairs of phases and limits then define a curve in a two-dimensional surface, wherein the curve is a region in which the actuator element is not for Acting on the contact point is prompted by an area delimits, in which the actuator causes the switching off of the switch. Of course, other sizes can be derived from the measured current. It offers for example, a measure of that of the Electricity calculated energy and in this also a Threshold criterion to use. Instead of simple threshold criteria can also do complicated evaluations of the graphs of the measured or determined quantities depending on take place from the time. Instead of limits assigned to the phases can also be a mathematical function, the corresponding Limits calculated.
Die Erfindung hat wegen des schnellen Abschaltens den Vorteil, dass sich der Kurzschlussstrom gar nicht bis zur üblichen Stromstärke entwickeln kann. Da das Auslösen bei nachgeschalteten Schaltern sehr frühzeitig in der Entstehung des Kurzschlusses erfolgt, fließt noch nicht genügend elektrische Energie für den Aktor, denn der Stromwert ist noch klein.The Invention has the advantage because of the fast shutdown that the short-circuit current does not reach the usual current level can develop. Since the triggering at downstream switches occurs very early in the formation of the short circuit, not enough electrical energy is flowing for the actuator, because the current value is still small.
Während sich besondere Vorteile insbesondere dadurch ergeben, dass das Abschaltverhalten bei einem Kurzschlussstrom geändert wird, können die elektronischen Auswertemittel und das Aktorelement auch für das Abschalten bei Überlast verwendet werden. So ist bevorzugt vorgesehen, dass bei der eben genannten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusätzlich zur Ermittlung des Verhaltens bei Kurzschluss zu jeder vorbestimmten Phase das Verhalten der zeitlichen Ableitung der Stromstärke bei Überstrom empirisch ermittelt wird und das tatsächliche Verhalten mit diesem Verhalten verglichen wird. Auch hier können neben Schwellwertkriterien wieder Auswertungen der Graphen der physikalischen Größen über die Zeit erfolgen. Alternativ oder zusätzlich wird bei Überlast das Zeitintegral über das Stromstärkenquadrat in der elektrischen Auswerteeinheit betrachtet. Eine Auslösung erfolgt dann, wenn die durch Nennstrom und Norm vorgegebene Zeit-Strom-Kennlinie überschritten wird.While particular advantages in particular result from the fact that the turn-off at a short-circuit current is changed, the electronic evaluation means and the actuator element also for shutdown in case of overload can be used. This is preferred provided that in the just mentioned preferred embodiment of the invention in addition to the determination of the behavior Short circuit to every predetermined phase the behavior of the temporal Derivation of the current at overcurrent empirically is determined and the actual behavior with this Behavior is compared. Again, in addition to threshold criteria again Evaluations of the graphs of the physical quantities over the time is up. Alternatively or additionally, in case of overload the time integral over the amperage square considered in the electrical evaluation unit. A trigger occurs when the time-current characteristic specified by nominal current and standard is exceeded becomes.
Um den Aktor trotz des frühen Abschaltens mit ausreichend Energie zu versorgen, ist bevorzugt dem Aktorelement ein Energiespeicher zugeordnet, welcher insbesondere kurzfristig Energie für das Einwirken des Aktorelements auf die Kontaktstelle zuführen kann.Around the actuator despite the early shutdown with sufficient To supply energy, the actuator element is preferably an energy store associated, which in particular short-term energy for perform the action of the actuator element on the contact point can.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die elektronischen Auswertemittel programmierbar, damit der Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter an ein bestimmtes Netz, an das er angeschlossen wird, angepasst werden kann. Hierzu wird eine Schnittstelle bereitgestellt, über die den elektronischen Auswertemittel von außen Daten zuführbar sind. Es sollen insbesondere solche Parametrierdaten sein, die die genannten Kriterien festlegen, z. B. welche das typische Verhalten der zeitlichen Ableitung der Stromstärke als Kurve definieren.at In a particularly preferred embodiment, the electronic Evaluation means programmable, so that the circuit breaker or Circuit breaker to a specific network to which it is connected will, can be adjusted. For this an interface is provided, via the data from the outside can be fed to the electronic evaluation means are. In particular, such parameterization data should be that the specify the criteria specified, eg Which is the typical behavior Define the time derivative of the current as a curve.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:following preferred embodiments of the invention below Referring to the drawings, in which:
In
an sich üblicher Weise dient ein Bimetallelement
Bei
der Ausführungsform gemäß
Die
Mittel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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