專利名稱：在短路的情況下選擇性觸發斷路器的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的、用于在短路的情況下選擇性 觸發斷路器、特別是低壓斷路器的方法。
背景技術：
已知了將斷路器串聯，其中在負載側在直接地布置在饋電裝置之后的斷路器的下 游大多設置有多個斷路器。此外已知了在短路的情況下選擇性地觸發斷路器。選擇性地在 此意味著，即分別觸發斷路器，該斷路器從饋電裝置看去位于最接近短路的位置，因此不再 將用電設備不可避免地斷開。為了實現這一點，相互之間在上游和在下游設置的斷路器經 受了電流-和時間分級，其中靠近饋電的斷路器具有與遠離饋電的斷路器相比更長的斷開 時間。以這種方式實現了，即上游的斷路器僅僅當其自身處于最接近短路時或在下游的斷 路器的保護失靈的情況下才斷開，在這里沒有觸發下游的斷路器，盡管其可能是必須觸發 的。在這種電流-和時間分級的情況下，斷路器這樣實現參數化，即斷路器在短路的情況下 在饋電方向上看去當電流越來越高時并且當時間越來越長之后觸發。為了縮短由此必需的相對長的斷開時間，下游的斷路器可以分別對上游的斷路器 發送信號，即將其斷開。但這要求了相對較高的附加的電路消耗。為了減少這種消耗，在WO 2006/108860A1中提出，上游的斷路器監測一個或多個 下游的斷路器，其中監測根據輸出端側的阻抗實現。如果下游的斷路器之一在此需要觸發， 也就是說其開關觸點為了中斷在輸出端側的電路而已經打開，這與在開關觸點之間形成的 開關電弧相聯系，則阻抗在短路的情況下具有明顯的上升。這種開關電弧引起了輸出端則 的阻抗的典型性的上升，這種上升由上游的斷路器探測到，其可以識別出，即下游的斷路器 已經觸發并且上游的斷路器自身不必觸發。如果上游的斷路器自身已經開始了其開關觸點 的斷開過程，那么斷路器因此可以重新將該開關觸點閉合。
發明內容
本發明的目的在于，提出一種方法，利用該方法可以安全地確定，下游的斷路器是 否在短路的情況下已經處于斷開所涉及的電路的過程中。該目的通過權利要求1所述的特征來實現；從屬權利要求說明了有利的設計方案。解決方案提出，用于確定在輸出端側的開關電弧的上游的斷路器在短路的情況下 分別檢查了由短路形成的短路回路的歐姆電阻是否具有在時間上的指數曲線，這由此實 現，即連續地計算出指數并且如果計算出的指數超過預設的閾值，則根據計算出的指數確 定開關電弧。本發明提出短路回路的歐姆電阻基于開關電弧而具有指數曲線；并且可以 通過連續地計算出指數來確定指數曲線的存在。一旦探測到短路電流(并且還沒有存在開 關電弧時)，則計算連續地進行。當在開關觸點之間形成開關電弧之后，則這樣測定的指數 分別跳躍到那個明顯處于需要預設的閾值以上的值上。
技術上簡單的是，連續地由在輸出端側的電壓的時間曲線和在輸出端側的電流的 時間曲線以及電流的時間導數計算出指數。這相應于模型化地簡化可通過相應的附加電路 描述的關系。適宜地，直接地檢測電流的時間導數。如果為了連續地計算出指數，考慮了短路回路的電感的在時間上恒定的分量，則 可以提高準確性。簡化的是，連續地利用預設的頻率掃描在輸出端側的電壓、在輸出端側的電流和 其時間導數，并且隨后將該掃描值連續地引入近似相應所屬的方程組中，方程組的連續的 解分別是需要計算出的指數。對于一個時間點的掃描值分別被引入方程組的方程式之一 中，直到能夠以已知的方式計算出方程組的未知量為止。對于具有三個未知量的方程組來 說，也就(至少)需要相對于(相鄰彼此跟隨的)三個時間點的掃描值，以便解開方程組。如果在短路情況下為處于指數曲線之前的掃描值計算出短路回路的電感的和歐 姆電阻的在時間恒定上的分量并且將這樣測定的電感和歐姆電阻用于在受開關電弧限制 的指數曲線期間校正輸出端側的電壓，則準確性可以在計算消耗降低的情況下提高。借助 于處于指數曲線之前的掃描值，也就測定了短路回路的恒定的電感和歐姆電阻的恒定的分 量，以便因此校正輸出端側的測量的電壓并且因此提高計算出的指數的準確性。
下面根據一個實施例詳細描述本發明。圖中示出圖1示出具有兩個下游的斷路器的電路布置的示意性的視圖，圖2示出根據圖1的下游的斷路器的電流回路的等效電路圖，圖3示出在考慮到電感并且忽略了恒定的陽極-陰極電壓降的情況下用于計算出 指數的方程式，圖4示出用于計算出在指數曲線之外的電感和歐姆電阻的方程式，圖5示出在考慮到根據圖4的電感和歐姆電阻的情況下用于校正短路回路的電壓 的方程式，圖6示出歐姆電阻的在時間上的示意圖，和圖7示出帶有標出的閾值的根據圖1的歐姆電阻的時間曲線的指數的示意圖。
具體實施例方式在圖1中示出了具有電網2以及變壓器3的饋電裝置1。圖1還示出了具有多個 斷路器的電路布置，在此具有三個斷路器LSl，LS2，LS3，這些斷路器是指限制電流的低壓斷 路器，其具有非常短的斷開時間。饋電裝置1后面首先跟隨了(接近饋電的)斷路器LS1， 該斷路器設置在兩個在此并聯的斷路器LS2，LS3的上游。兩個斷路器LS2，LS3分別從饋電 裝置1出發看去設置在斷路器LSl的下游。當然，斷路器LS2，LS3也可能一個接一個地串 聯。圖1中右側的大箭頭顯示了，在斷路器LS2后面存在短路4，其中斷路器LS2最接 近短路4地設置。圖1還示出，斷路器LS2(例如由未示出的觸發器觸發)已經需要斷開。 在此，在圖1中示出的開關電弧5在斷路器LS2的斷開的開關觸點之間燃燒，該開關電弧當另一次斷開開關觸點時又熄滅。斷開的開關觸點中斷了輸出端側的電路6a的輸出端側的 短路回路(短路-電流回路)并且使電路6a與饋電裝置1斷開。在圖1中，上游的斷路器LSl如下所述地觀察(監測)由短路4形成的短路回路 6的輸出端側的歐姆電阻W，即該電阻是否具有在時間上的指數曲線。圖2示出根據圖1的上游的斷路器LSl的短路回路6的等效電路圖，該短路回路 由短路4形成。開關電弧5在圖2中顯示為具有在時間上的指數曲線的可變化的歐姆電阻 Rsibo短路回路的等效電路圖還具有在時間上恒定的歐姆電阻R和在時間上恒定的電感L， 其與開關電弧5串聯。由上游的斷路器LSl監測的輸出端側的歐姆電阻W在此也由歐姆電 阻R和歐姆電阻Iislb的總和得出。此外，考慮了恒定的陽極-陰極電壓降Uak，該電壓降分別 短時間地直接在斷開開關觸點之后出現。斷路器LSl的在輸出端側測量的電壓u(t)的時間曲線通過在圖3中示出的方程 式3a (也稱為起動電壓方程式)給出。圖3中的方程式北相應于方程式3a，當然僅僅在考慮電感的情況下(忽略了歐姆 電阻R和陽極-陰極電壓降Uffi)。方程式北已經導致了當計算指數b時相對較好的結果。指數b的計算通過解三個方程式3c，3d，3e,也就是說通過解具有三個未知量的方 程組來實現。為此，在三個瞬間相互跟隨的時間點ti確定電壓值ui、電流值ii和在時間 dii/dt之后的電流變化并且將它們引入三個方程式中。根指數i (也在三個方程式的時間 導數中的右下方)相應于三個瞬時一個接一個的時間點ti的編號i。根據方程式3f獲得 了作為方程式的解的指數bl和指數1^2。方程式3f中的值U，W和V由方程式3g，3h，3i中 通過引入相應的電壓值ui、電流值ii和電流的時間導數dii/dt的值來獲得。這樣獲得的 連續的指數bli和b2i中僅僅有一個在物理學上是合理的；其借助于相應的邏輯進行分類。 隨后通過分類的指數bli或Mi的平均數得出指數b。由于在每個新的時間點存在新的(測量-)三元值(Wertetriple) (ui+1，ii+1, dii+1/dt)，因此計算這樣進行，即時間上最早的三元值(ui-2，ii-2，dii-2/dt)被三個提 出用于計算的值對(ui-2, ii-2, dii-2/dt)，(ui-1，ii-1，dii-l/dt)，(ui, ii, dii/dt)抵 消并且僅僅重復應用了兩個保留的三元值(ui-1, ii-1, dii-l/dt)，(ui, ii, dii/dt)以及 新的三元值(ui+1, ii+1, dii+l/dt)。為了簡化計算并且不必分別在兩個連續的指數bli和b2i之間作出抉擇，對于短 路回路6在短路情況下在產生開關電弧5之前連續地測量了三元值(ui，ii, dii/dt)并且 根據該值，根據圖4中的方程式如確定了在時間上恒定的電感L和在時間上恒定的歐姆電 阻R，例如類似于上述利用三元值對于具有三個未知量的方程組的描述。后續的平滑得出了 對于歐姆電阻R和電感L的恒定的分量。在時間上恒定的歐姆電阻R和在時間上恒定的電感L根據圖5中的方程式fe用 于校正測量的電壓u(t)。在用于計算指數b的方程組中，隨后不再出現兩個值電感L和歐 姆電阻R，這明顯使得指數b的計算變得更加容易。特別地也不必再在兩個指數bl和Μ之 間進行抉擇。圖6示出輸出端側的歐姆電阻W(作為歐姆電阻R和歐姆電阻Iislb的總和)作為 短路情況下的時間的函數，在出現開關電弧5之前(范圍va)，在出現開關電弧期間(范圍 sb)以及在出現開關電弧之后(范圍ns)。
在圖7中示出指數b的計算結果，可以看出，在開關電弧5的范圍中存在對于計算 出的指數b的跳躍，其中隨后分別超過了一個預定的閾值S。開關電弧5在此存在或在此根 據指數b可靠地辨識。曲線c顯示了數字的輸出端信號，該信號通過計算出的指數b與閾 值S的比較而獲得，其中曲線c在此分別從0跳躍到1。
權利要求
1.一種用于在短路的情況下選擇性觸發斷路器(LS1，LS2，LS3)的方法，其中設有一個 上游的斷路器(LSI)和在輸出端側設有至少一個下游的斷路器(LS2，LS3)，其中所述上游 的斷路器(LSI)監測這個或其中一個所述下游的斷路器(LS2，LS3)是否已經處于形成開關 電弧(5)的情況下，以斷開所述斷路器的開關觸點以便中斷所述斷路器的在輸出端側的電 路，其特征在于，用于確定在輸出端側的所述開關電弧(5)的所述上游的斷路器(LSI)分別 檢查了由短路⑷形成的短路回路(6)的歐姆電阻(W)是否具有在時間上的指數曲線，這 由此實現，即連續地計算出指數(b)并且如果計算出的所述指數(b)超過預設的閾值(S)， 則根據計算出的所述指數(b)確定所述開關電弧(5)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，連續地由在輸出端側的電壓(u(t))的時 間曲線和在輸出端側的電流(i(t))的時間曲線以及所述電流的時間導數(di(t)/dt)計算 出所述指數(b)。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，檢測所述電流的所述時間導數(di(t)/dt)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，為了連續地計算出所述指數(b)，考慮了 所述短路回路的電感(L)的在時間上恒定的分量。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，連續地利用預設的頻率掃描 所述在輸出端側的電壓(u(t))和所述在輸出端側的電流(i(t))，并且隨后將掃描值(ui， )自身和所述掃描值的時間導數(dii/dt)連續地引入相應的方程組(3g，;3h，3i)中，所述 方程組的連續的解分別是需要計算出的所述指數(b)。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，為了連續地計算出所述指數 (b)，應用了校正的在輸出端側的電壓(u* (t))，其中校正在時間范圍中考慮了所述短路回 路的所述電感(L)的和所述歐姆電阻(R)的所述在時間上恒定的分量，在所述時間范圍中， 所述指數(b)處于所述閾值( 之下。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，為處于所述指數曲線之前的所述掃描值 計算出所述短路回路的所述電感(L)的和所述歐姆電阻(R)的所述在時間上恒定的分量， 并且用于基于所述開關電弧(5)在所述指數曲線期間校正所述輸出端側的電壓(u(t))。
全文摘要
本發明涉及一種用于在短路的情況下選擇性觸發斷路器(LS1，LS2，LS3)的方法，其中設有一個上游的斷路器(LS1)和在輸出端側設有至少一個下游的斷路器(LS2，LS3)，其中上游的斷路器(LS1)監測這個或其中一個下游的斷路器(LS2，LS3)是否已經處于形成開關電弧(5)的情況下，以斷開其開關觸點以便中斷其在輸出端側的電路。為了能夠可靠地確定，下游的斷路器(LS2，LS3)是否已經處于斷開的過程中，提出了，用于確定在輸出端側的開關電弧(5)的上游的斷路器(LS1)分別檢查了，由短路(4)形成的短路回路(6)的歐姆電阻(W)是否具有在時間上的指數曲線，這由此實現，即連續地計算出指數(b)并且如果計算出的指數(b)超過預設的閾值(S)，則根據計算出的指數(b)確定開關電弧(5)。
文檔編號H02H7/30GK102077435SQ200980124090
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月26日 優先權日2008年6月27日
發明者彼得·舍爾格納, 約爾格·邁爾 申請人:西門子公司