Verfahren und Vorrichtung zum netzsynchronen Ausschalten eines Leistungsschalters

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum netzsynchronen Ausschalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, bei Verwendung eines elektronischen Steuergerätes, das nach Vorliegen eines Schaltbefehls das Einoder Ausschalten unter Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters, die unter Berücksichtigung äußerer, die Eigenzeit beeinflussender Parameter erfolgt, zum nächsten, für die Ein- oder Ausschaltung in Frage kommenden Stromnulldurchgang oder in dessen Nähe veranlaßt sowie ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

[0002] Es ist seit langem bekannt, daß Schalthandlungen in Hochspannungsnetzen zu den geringsten Schaltüberspannungen und zur geringsten Belastung der Schaltkontakte führen dann, wenn die Schalthandlungen so gesteuert werden, daß sich nur sehr kurzzeitig ein Schaltlichtbogen ausbilden kann. Beim Ausschalten von Leistungsschaltern bedeutet das, den Zeitpunkt des Öffnens der Schaltkontakte auf bzw. in die Nähe des Stromnulldurchgangs der jeweiligen Phase zu legen. Die Steuerung muß dann in der Lage sein, die Eigenzeit des Schalters zwischen dem Auslösebefehl und dem Beginn der Kontakttrennung exakt vorauszuberechnen, um nach einem Ausschaltbefehl rechtzeitig vor dem nächsten Stromnulldurchgang das Ausschalten auszulösen. Die Eigenzeit ist abhäbgig vom Schaltertyp (Antrieb durch Druckluft, Federspeicher oder Hydraulik) sowie von Umgebungsparametern wie z. B. Temperatur, Öldruck und Höhe der Steuerspannung.

[0003] Auch die Standzeit des Schalters kann je nach Schaltertyp eine mehr oder weniger große Beeinflussung der Eigenzeit zur Folge haben. Aus der DE-A 39 05 822 ist dazu bereits ein Verfahren bekanntgeworden, nach welchem die tatsächliche Eigenzeit des Schalters bei einem Schaltvorgang gemessen und als Korrekturgröße bei der nächstfolgenden Schaltung berücksichtigt wird.

[0004] Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US 5 629 869 bekannt, nach dem aus der Temperatur, der Steuerspannung und gegebenenfalls weiteren Parametern sowie aus den Vergangenheitswerten der Eigenzeit ständig eine aktuelle Eigenzeit prognostiziert wird.

[0005] Für normale Ein- und Ausschaltungen ist die exakte Vorausbestimmung der Eigenzeit eines Schalters bereits ausreichend, um netzsynchron zu schalten. Bei Ausschaltungen in Folge von Fehlervorgängen im Netz tritt der nächste Stromnulldurchgang jedoch nicht zum Zeitpunkt des als nächsten zu erwartenden Sinus-Nulldurchgangs auf. Vielmehr verschiebt sich der Stromnulldurchgang aufgrund transienter Vorgänge im Netz in Abhängigkeit von der Fehlerart, dem Fehlerort und den beteiligten Impedanzen. Neben der Eigenzeit des Schalters ist für den Fehlerfall somit für die Vorhaltezeit des Auslösebefehls auch die Verschiebung des oder der nächsten Nulldurchgänge zu berücksichtigen.

[0006] Verfahren zur Berechnung der Stromnulldurchgänge im Fehlerfall, die die Stromgrößen zu bestimmten Zeitpunkten oder aus den Stromgrößen abgeleitete Differentiale verwerten, sind , beispielsweise aus der DE-B 15 65 995 (nächstliegender Stand der Technik) oder DE-A 21 18 427 bekannt.

[0007] Bisherige Bemühungen zum netzsynchronen Ausschalten im Fehlerfall blieben dennoch nur in Ansätzen stecken, da die verwendeten Schutzgeräte, die die von den Meßwandlern empfangenen Meßsignale auswerten, ca. 10 - 25 ms, d. h. unter Umständen mehr als eine ganze Netzperiode, benötigen, um einen Neztfehler eindeutig zu identifizieren, ehe sie einen Befehl zum Ausschalten an die Leistungsschaltersteuerung weitergeben. Eine anschließende Synchronisierung des Schaltvorgangs würde das Ausschalten dann weiter verzögern, weshalb in solchen Fällen von einer Synchronisierung abgesehen und der Ausschaltbefehl sofort an den Schalter weitergegeben wird.

[0008] Das netzsynchrone Schalten blieb deshalb bisher auf Einschaltvorgänge sowie Ausschaltvorgänge bei ungestörtem Netzbetrieb beschränkt.

[0009] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und ein zu dessen Durchführung geeignetes Steuergerät anzugeben, mit dem ein netzsynchrones Ausschalten auch beim Auftreten von Netzfehlern möglich wird.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Maßnahmen der Ansprüche 1 und 3, indem durch einen möglichen Netzfehler, der durch Erfassen eines transienten Vorgangs im Netz durch das Steuergerät des Leistungsschalters selbst detektiert wird, die Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters sowie die Berechnung der nächsten Stromnulldurchgänge ausgelöst wird und diese berechneten Werte bei einem innerhalb einer vorwählbaren Wartezeit folgenden Ausschaltbefehl eines übergeordneten Schutzgerätes verarbeitet werden, so daß kein Zeitverzug zwischen Fehlererfassung und der netzsynchronen Ausschaltung des Leistungsschalters resultiert. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

[0011] Ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahren ist erfindungsgemäß so aufgebaut, daß es direkt mit einem oder mehreren, die Netzparameter erfassenden Meßwandlern verbunden ist und über eine Einrichtung zum Detektieren transienter Netzvorgänge verfügt, die mit der Berechnungseinheit zum Berechnen der Vorhaltezeit verbunden ist.

[0012] Bei dem oder den Meßwandlern kann es sich um die ohnehin für Schutzzwecke vorhandene oder um separate Wandler für das Steuergerät handeln.

[0013] Die Einrichtung zu Detektieren transienter Netzvorgänge kann zweckmäßig mit einem Hochpaßfilter ausgerüstet sein, der transiente Vorgänge von dem 50 Hz-Energiesignal trennt.

[0014] Das Verfahren hat den Vorteil, daß die Leistungsschaltersteuerung bereits rechtzeitig eine Information über eine etwaige Schalthandlung bekommt und gleichzeitig mit der Fehleranalyse im Schutzgerät mit der Berechnung des optimalen Auslösezeitpunktes durch Bestimmung der Eigenzeit des Schalters sowie der Bestimmung des nächsten Stromnulldurchgangs beginnen kann.

[0015] Kommt dann wirklich von einem übergeordneten Schutzgerät der Befehl zur Schutzausschaltung, so ist die Leistungsschaltersteuerung bereits vorbereitet und kann somit wesentlich schneller durchgeführt werden.

[0016] Muß der betroffene Leistungsschalter nicht schalten, z. B. weil ein im Netz übergeordneter Leistungsschalter bereits geschaltet hat, dann wird die "Schaltbereitschaft" nach einer vorbestimmten Wartezeit wieder aufgehoben.

[0017] Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Verfahren schematisch anhand eines Blockschaltbildes.

[0018] Einem Hochspannungs-Leistungsschalter 1 ist ein digital arbeitendes Steuergerät 2 zur Steuerung, d. h. unter anderem zum synchronen Schalten des Hochspannungs-Leistungsschalters 1, vorgeordnet.

[0019] Im normalen Netzbetrieb kann der Hochspannungs-Leistungsschalter 1 von einer Schaltwarte 3 aus mit einem Befehl an das Steurgerät 2 ein- oder ausgeschaltet werden. Die für das netzsynchrone Schalten nötige Information über den Netzstrom und die Netzspannung erfogt durch Wandler 4, die mit dem Steuergerät 2 verbunden sind.

[0020] Ebenfalls mit dem Steuergerät 2 verbunden ist ein Schutzgerät 5, das bei Abweichungen von den normalen Strom- oder Spannungswerten eine Identifikation des Fehlers vornimmt und je nach der identifizierten Fehlerart ein ein- oder mehrpoliges Ausschalten des Hochspannungs-Leistungsschalters 1 auslöst.

[0021] Das Steuergerät 2 besitzt einen eigenen Detektionsalgorithmus für den Fehlerfall, z. B. einen Hochpaßfilter, der transiente Vorgänge vom 50 Hz-Energiesignal separiert. Bei Berücksichtigung des transienten Fehlerstroms ist das Steuergerät 2 in der Lage, selbsttätig den nächsten Stromnulldurchgang und zum anderen auch die aktuelle Eigenzeit des Hochspannungs-Leistungsschalter 1 unter Berücksichtigung z. B. von Öldruck oder SF6-Gasdruck und Temperatur zu ermitteln, ohne dazu einen Auslösebefehl vom Schutzgerät 5 abwarten zu müssen. Die ansonsten auftretende Verzögerung zwischen den Punkten A und B wird somit vermieden.

[0022] Gibt das Schutzgerät 5 dann tatsächlich einen Auslösebefehl für eine Ausschaltung, so verfügt das Steuergerät 2 bereits über alle nötigen Informationen für ein neztsynchrones Schalten.

[0023] Erfolgt trotz des Fehlers kein Auslösebefehl durch das Schutzgerät 5, weil z. B. ein übergeordneter Leistungsschalter bereits die Fehlerstelle vom Netz getrennt hat, so werden die berechneten Werte für die Eigenzeit und den prognostizierten Stromnulldurchgang nach einer vorgegebenen Zeit wieder verworfen.

Ansprüche

1. Verfahren zum netzsynchronen Ausschalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, bei Verwendung eines elektronischen Steuergerätes, das nach Vorliegen eines Schaltbefehls das Ein- oder Ausschalten unter Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters, die unter Berücksichtigung äußerer, die Eigenzeit beeinflussender Parameter erfolgt, zum nächsten, für die Ein- oder Ausschaltung in Frage kommenden Stromnulldurchgang oder in dessen Nähe veranlaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß

- ein transienter Vorgang im Netz durch das Steuergerät des Leistungsschalters als Anzeichen für einen möglichen Netzfehler erfaßt wird,

- die Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters sowie die Berechnung mindestens des nächsten Stromnulldurchgangs ausgelöst werden und

- diese berechneten Werte bei einem innerhalb einer vorwählbaren Wartezeit folgenden Ausschaltbefehl eines übergeordneten Schutzgerätes verarbeitet werden, so daß kein Zeitverzug zwischen der Fehlererfassung und der netzsynchronen Ausschaltung des Leistungsschalters resultiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ermittlung der aktuellen Eigenzeit des Leistungsschalters unter Berücksichtigung von Druck und/oder Temperatur der Hydraulikflüssigkeit erfolgt.

3. Elektronisches Steuergerät für das netzsynchrone Ausschalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, das nach Vorliegen eines äußeren Schaltbefehls einen internen Auslösebefehl für den Leistungsschalter abgibt, bei welchem eine von der in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen in einer Berechnungseinheit berechneten Eigenheit des Leistungsschalters und dem nächsten Stromnulldurchgang abhängige Vorhaltezeit berücksichtigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuergerät (2) direkt mit mindestens einem, die Netzparameter erfassenden Meßwandler (4) verbunden ist und über eine Einrichtung zum Detektieren transienter Netzvorgänge verfügt, die mit der Berechnungseinheit zum Berechnen der Vorhaltezeit verbunden ist.

4. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zum Detektieren transienter Netzvorgänge mit einem Hochpaßfilter ausgerüstet ist, der transiente Vorgänge von dem 50 Hz-Energiesignal trennt.

5. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Meßwandler (4) ein für Schutzzwecke vorhandener Meßwandler (4) oder ein im Steuergerät (2) eingesetzter Meßwandler (4) ist.

Claims

1. Method for mains-synchronous disconnection of a circuit breaker, in particular on a high-voltage mains system, using an electronic controller which, after the presence of a switching command, causes the connection or disconnection at or in the vicinity of the next current zero crossing which may be used for connection or disconnection, with the intrinsic response time of the circuit breaker being calculated, taking account of external parameters which influence the intrinsic response time,
characterized in that

- a transient process in the network is detected by the controller of the circuit breaker as an indication of a possible mains system fault,

- the calculation of the intrinsic response time of the circuit breaker and the calculation of at least the next current zero crossing are initiated, and

- these calculated values are processed in the event of a disconnection command (which follows within a waiting time which can be selected in advance) from a higher-level protective device, so that no time delay results between the fault detection and the mains-synchronous disconnection of the circuit breaker.

2. Method according to Claim 1,
characterized in that
the present intrinsic response time of the circuit breaker is determined taking account of the pressure and/or temperature of the hydraulic fluid.

3. Electronic controller for mains-synchronous disconnection of the circuit breaker, in particular on a high-voltage mains system, which, after the presence of an external switching command, emits an internal tripping command for the circuit breaker, in which process a lead time is taken into account which is a function of the intrinsic response time of the circuit breaker, which is calculated as a function of external conditions in a calculation unit, and on the next current zero crossing,
characterized in that
the controller (2) is connected directly to at least one instrument transformer (4) which detects the mains parameters, and has a device for detection of transient mains processes, which device is connected to the calculation unit in order to calculate the lead time.

4. Electronic controller according to Claim 3,
characterized in that
the device for detection of transient mains processes is equipped with a high-pass filter, which separates transient processes from the 50 Hz power signal.

5. Electronic controller according to Claim 3,
characterized in that
the at least one instrument transformer (4) is an instrument transformer (4) provided for protection purposes, or is an instrument transformer (4) used in the controller (2).

Revendications

1. Procédé pour la mise hors circuit, synchronisée sur le réseau, d'un disjoncteur, notamment dans un réseau à haute tension, lors de l'utilisation d'un appareil de commande électronique qui, en présence d'une instruction de commutation, provoque la mise hors circuit ou en circuit, après calcul du temps de manoeuvre du disjoncteur qui s'effectue en tenant compte de paramètres extérieurs influençant le temps de manoeuvre, au prochain passage par zéro de courant envisagé pour la mise hors circuit ou en circuit ou à proximité de celui-ci,
   caractérisé par le fait que

- on détecte un phénomène transitoire dans le réseau au moyen de l'appareil de commande du disjoncteur comme signe d'un éventuel défaut sur le réseau,

- on déclenche le calcul du temps de manoeuvre du disjoncteur ainsi que le calcul au moins du prochain passage par zéro du courant et

- on traite ces valeurs calculées lors d'une instruction de mise hors circuit, arrivant à l'intérieur d'un temps d'attente pouvant être choisi à l'avance, d'un appareil de protection de rang supérieur de telle sorte qu'il n'en résulte aucun retard entre la détection du défaut et la mise hors circuit synchronisée du disjoncteur.

2. Procédé selon la revendication 1,
   caractérisé par le fait que la détermination du temps de manoeuvre actuel du disjoncteur s'effectue en tenant compte de la pression et/ou de la température du fluide hydraulique.

3. Appareil de commande électronique pour la mise hors circuit, synchronisée sur le réseau, d'un disjoncteur, notamment dans un réseau à haute tension, lequel appareil délivre en présence d'une instruction de commutation externe une instruction de déclenchement interne pour le disjoncteur, une constante de temps dépendante du temps de manoeuvre du disjoncteur calculé en fonction de conditions extérieures dans une unité de calcul et dépendante du prochain passagea par zéro du courant étant prise en compte,
   caractérisé par le fait que l'appareil de commande (2) est relié directement à au moins un transformateur de mesure (4) détectant les paramètres de réseau et dispose d'un dispositif qui est destiné à détecter des phénomènes transitoires sur le réseau et qui est relié à l'unité de calcul pour le calcul de la constante de temps.

4. Appareil de commande électronique selon la revendication 3,
   caractérisé par le fait que le dispositif destiné à détecter des phénomènes transitoires sur le réseau est équipé d'un filtre passe-haut qui sépare des phénomènes transitoires du signal d'énergie à 50 Hz.

5. Appareil de commande électronique selon la revendication 3,
   caractérisé par le fait que le ou les transformateurs de mesure (4) sont des transformateurs de mesure (4) présents à des fins de protection ou des transformateurs de mesure (4) utilisés dans l'appareil de commande (2).

Zeichnung