🥇Lichtbogenschutzsystem mit Auslösung durch Stromsignal

Im klassischen Sinne ist der Lichtbogenschutz in Russland ein schnell reagierender Schutz gegen Kurzschlüsse, der auf der Registrierung des Lichtspektrums eines offenen Lichtbogens in der Mittelspannungsschaltanlage basiert. Am weitesten verbreitet ist die Methode der Lichtspektrumsregistrierung mit faseroptischen Sensoren, die hauptsächlich im Industriesektor eingesetzt wird. Mit dem Aufkommen neuer Produkte im Bereich des Lichtbogenschutzes, insbesondere modulare AFDDs, die durch Stromsignal arbeiten, und die es ermöglichen, Lichtbogenschutz an abgehenden Leitungen, einschließlich Verteilerdosen, Kabeln, Verbindungen und Steckdosen, zu installieren, steigt das Interesse an diesem Thema.

Allerdings geben die Hersteller nicht gerne detaillierte Informationen über die Konstruktionsdetails der modularen Produkte preis (ich wäre dankbar für jeden Link zu solchen Informationen). Im Gegensatz dazu gibt es für Systeme zum Lichtbogenschutz im Industriesektor eine detaillierte Bedienungsanleitung über 122 Seiten, die das Funktionsprinzip umfassend erklärt.

Betrachten wir das Beispiel des Lichtbogen-Schutzsystems VAMP 321 von Schneider Electric, das alle Schutzfunktionen gegen Lichtbogen, wie Überstrom und Lichtbogenüberwachung, umfasst.

Funktionalität

Stromüberwachung in drei Phasen.
Nullfolgenstrom.
Ereignisprotokolle, Aufzeichnung von Fehlermodi.
Auslösung entweder gleichzeitig durch Strom und Licht, nur durch Licht oder nur durch Strom.
Die Auslösungszeit des Ausgangs mit mechanischem Relais beträgt weniger als 7 ms; mit einer optionalen IGBT-Karte verkürzt sich die Auslösungszeit auf 1 ms.
Einstellbare Auslösungszonen.
Kontinuierliches Selbstüberwachungssystem.
Das Gerät kann in verschiedenen Lichtbogen-Schutzsystemen von Niederspannungs- und Mittelspannungs-Verteilungsnetzen eingesetzt werden.
Das System zur Erkennung von Lichtbogenblitzen und Lichtbogenschutz misst den Kurzschlussstrom und das Signal über die Lichtbogensensor-Kanäle und minimiert im Falle eines Kurzschlusses die Brenndauer, indem es die Stromzufuhr zur Lichtbogenquelle schnell abschaltet.

Matrix-Korrelationsprinzip

Bei der Festlegung der Aktivierungsbedingungen einer bestimmten Lichtbogenschutzstufe wird die logische Summierung auf die Ausgänge der Licht- und Strommatrizen angewendet.

Wenn der Schutzgrad nur in einer Matrix ausgewählt ist, funktioniert er entweder nach Strombedingung oder nach Lichtbedingung, sodass das System nur auf das Stromsignal eingestellt werden kann.

Verfügbare Signale zur Kontrolle bei der Programmierung der Schutzstufen:

Strom in den Phasen.
Nullfolgenstrom.
Lineare Spannungen.
Phase-Spannungen.
Spannung der nullten Folge.
Frequenz.
Summe der Phasenströme.
Strom der direkten Folge.
Strom der umgekehrten Folge.
Relativer Wert des Stroms der umgekehrten Folge.
Verhältnis der Ströme der umgekehrten und der nullten Folge.
Spannung der direkten Folge.
Spannung der umgekehrten Folge.
Relativer Wert der Spannung der umgekehrten Folge.
Durchschnittswert des Stroms in den Phasen (IL1+IL2+IL3)/3.
Durchschnittswert der Spannungen UL1, UL2, UL3.
Durchschnittswert der Spannungen U12, U23, U32.
Wert des nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten IL1.
Wert des nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten IL2.
Wert des nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten IL3.
Wert des nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten Ua.
Quadratischer Mittelwert IL1.
Quadratischer Mittelwert IL2.
Quadratischer Mittelwert IL3.
Mindestwert IL1, IL2, IL3.
Höchstwert IL1, IL2, IL3.
Mindestwert U12, U23, U32.
Höchstwert U12, U23, U32.
Mindestwert UL1, UL2, UL3.
Höchstwert UL1, UL2, UL3.
Hintergrundwert Uo.
Quadratischer Mittelwert Iо.

Ereignisprotokollierung

Die Ereignisprotokollierung kann verwendet werden, um alle Messeingänge zu speichern (Ströme, Spannungen, Informationen über den Status der digitalen Ein- und Ausgänge). Zu den digitalen Eingängen gehören auch Signale des Lichtbogen-Schutzes.

Aufzeichnung starten

Die Aufzeichnung kann durch das Starten oder Auslösen einer Schutzstufe oder durch einen digitalen Eingang initiiert werden. Das Startsignal wird in der Matrix der Ausgangssignale ausgewählt (vertikales Signal DR). Die Aufzeichnung kann auch manuell gestartet werden.

Selbstüberwachung

Der energieunabhängige Speicher des Geräts wird durch einen Hochkapazitätskondensator und einen energieeffizienten Arbeitsspeicher realisiert.

Wenn die zusätzliche Stromversorgung aktiviert ist, werden der Kondensator und der Arbeitsspeicher aus der internen Quelle versorgt. Wird die Stromversorgung abgeschaltet, erhält der Arbeitsspeicher seine Energie vom Kondensator. Diese speichert Informationen so lange, wie der Kondensator in der Lage ist, die zulässige Spannung aufrechtzuerhalten. Bei einer Raumtemperatur von +25 °C beträgt die Betriebszeit 7 Tage (eine hohe Luftfeuchtigkeit verringert diesen Zeitraum).

Der nichtflüchtige Arbeitsspeicher dient der Speicherung von Aufzeichnungen über Notbetriebsmodi und Protokollen.

Die Funktionen des Mikрокontrollers und die Integrität der damit verbundenen Leitungen werden zusammen mit der Funktionalität der Software von einem separaten Selbstüberwachungsnetz überwacht. Neben der Überwachung versucht dieses Netzwerk, den Mikrokontroller im Falle eines Fehlers neu zu starten. Schlägt der Neustart fehl, sendet die Selbstüberwachungseinheit ein Signal, um die Kennzeichnung eines dauerhaften internen Schadens zu initiieren.

Wenn das Selbstüberwachungsgerät einen dauerhaften Schaden feststellt, blockiert es die anderen Ausgangsrelais (außer das Ausgangsrelais für die Selbstüberwachungsfunktion und die Ausgangsrelais, die für den Lichtbogen-Schutz verwendet werden).

Auch die interne Stromversorgung wird überwacht. Bei einem Ausfall der zusätzlichen Stromversorgung wird automatisch ein Alarmsignal gesendet. Dies bedeutet, dass das Ausgangsrelais für interne Schäden unter Spannung steht, wenn die zusätzliche Stromversorgung eingeschaltet ist und keine internen Schäden festgestellt wurden.

Die Steuerung des zentralen Moduls, der Ein-/Ausgabegeräte und der Sensoren wird durchgeführt.

Messungen, die von der Lichtbogen-Schutzfunktion verwendet werden.

Die Messung des Stroms in drei Phasen und des Erdschlussstroms für den Lichtbogen-Schutz erfolgt elektronisch. Die Elektronik vergleicht die Stromniveaus mit den Auslöseschwellwerten und gibt binäre Signale „I>>“ oder „Io>>“ für die Lichtbogen-Schutzfunktion aus, wenn der Grenzwert überschritten wird. Alle Komponenten der Ströme werden dabei berücksichtigt.

Die Signale „I>>“ und „Io>>“ stehen im Zusammenhang mit dem FPGA-Chip, der die Funktion des Lichtbogen-Schutzes übernimmt. Die Messgenauigkeit für den Lichtbogen-Schutz beträgt ± 15 % bei 50 Hz.

Oberwellen und Gesamtverzerrung (THD)

Das Gerät berechnet THD als Prozentsatz der Ströme und Spannungen bei der Grundfrequenz.

Es werden Oberwellen von der 2. bis zur 15. für die phasenspezifischen Ströme und Spannungen berücksichtigt. (Die 17. Oberwelle wird teilweise im Wert der 15. Oberwelle erfasst. Dies liegt an den Prinzipien der digitalen Messung.)

Spannungsmessmodi

Je nach Art der Anwendung und den verfügbaren Stromtransformatormustern kann das Gerät entweder an die Nullfolgespannung, die Linien- oder die Phasenspannung angeschlossen werden. Der einstellbare Parameter „Spannungsmessmodus“ sollte entsprechend der verwendeten Verbindung gesetzt werden.

Verfügbare Modi:

„U0“

Das Gerät ist mit der Nullfolgespannung verbunden. Direkter Schutz gegen Erdschluss ist verfügbar. Die Messung der Linenspannung, der Energieerfassung sowie der Schutz bei Unter- und Überspannung sind nicht verfügbar.

„1LL“

Das Gerät ist mit der linearen Spannung verbunden. Die Messung der Spannung in einer Phase sowie der Schutz bei Unter- und Überspannung sind verfügbar. Richtiger Erdschluss-Schutz ist nicht verfügbar.

“1LN”

Das Gerät ist mit einer einphasigen Spannung verbunden. Die Spannung kann in einer Phase gemessen werden. In Netzen mit isolierter oder kompensierter Neutralleiter sind Schutzmaßnahmen gegen Unter- und Überspannung verfügbar. Richtiger Erdschluss-Schutz ist nicht verfügbar.

Symmetrische Komponenten

In einem dreiphasigen System können Spannungen und Ströme in symmetrische Komponenten zerlegt werden, gemäß Fortescue.

Die symmetrischen Komponenten sind:

Direkte Folge.
Umgekehrte Folge.
Nullfolge.

Überwachte Objekte

Dieses Gerät ermöglicht die Überwachung von bis zu sechs Objekten, wie Schalter, Trennschalter oder Erdungsschneider. Die Überwachung kann nach dem Prinzip "Auswahl-Handlung" oder "Direktüberwachung" erfolgen.