DE10054496A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Registrierung von übersteuerungsbedingten Fehlmessungen in Messverstärkern - Google Patents

Abstract

Bei der Ableitung von Störimpulsen durch Dioden, die einem Messverstärker üblicherweise vorgeschaltet werden, kommt es aufgrund der Wirkung von Kapazitäten im Eingangskreis der Messschaltung, die oftmals funktionsbedingt vorgesehen sind oder parasitär vorhanden sind, zum Auftreten von Gleichgliedern, durch die das ausgangsseitige Signal eines Messverstärkers verfälscht wird. DOLLAR A Nach dem vorliegenden Verfahren wird der über die zur Stromableitung vorgesehenen Bauelemente fließende Strom detektiert und bei Überschreitung eines voreinstellbaren Wertes ein Signal erzeugt, das in der dem Messverstärker nachfolgenden Auswerteschaltung und/oder einer Meldeeinrichtung verarbeitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsan­ ordnung zur Registrierung von übersteuerungsbedingten Fehl­ messungen in Messverstärkern mit vorgeschalteter Strombegren­ zung durch Stromableitung, insbesondere für elektronische Überstromauslöser von Niederspannungs-Leistungsschaltern.

Messverstärker werden üblicherweise durch vorgeschaltete Dio­ den oder Zenerdioden geschützt, die einen unzulässig hohen Messstrom je nach Stromrichtung gegen das Betriebspannungspo­ tential des Verstärkers oder gegen Massepotential ableiten. Bei derartigen Strömen handelt es sich in der Regel um kurze Impulse mit steilen Flanken, wobei der Amplitudenwert ein Vielfaches des Messnennstroms betragen kann. Sie gelangen durch elektromagnetische Einstreuung in den Messkreis und ha­ ben ihre Ursachen u. a. in Schalthandlungen in dem Kreis, dessen Strom gemessen werden soll, oder die in örtlicher Nähe des Messkreises stattfinden. Derartige fortlaufende Schalt­ handlungen erfolgen z. B. durch heutzutage weithin gebräuch­ liche Thyristorschaltungen. Insbesondere beim Ausschalten ei­ nes Stromes durch einen Thyristor können hohe Spannungsimpul­ se entstehen, die z. B. beim periodischen Schalten in Rege­ lungseinrichtungen dann die gleiche Periodizität wie die Netzspannung aufweisen und sich der Netzspannung überlagern.

Bei der Ableitung solcher Störimpulse durch die bereits oben erwähnten Dioden kommt es aufgrund der Wirkung von Kapazitä­ ten im Eingangskreis der Messschaltung, die oftmals funkti­ onsbedingt vorgesehen sind oder die parasitär vorhanden sind, zum Auftreten von Gleichgliedern, durch die das ausgangssei­ tige Signal eines Messverstärkers verfälscht wird. Von den im allgemeinen relativ langsamen Messschaltungen wird eine aus­ gangsseitige Begrenzungshandlung als Gleichglied mit entspre­ chend hoher Zeitkonstante verarbeitet, so dass bei periodisch auftretenden Störimpulsen ein dauernder Gleichspannungsfehler auftritt.

Elektronische Überstromauslöser arbeiten mit Messverstärkern, an deren Ausgängen sich Komparatoren befinden, die bei Über­ schreiten eines voreingestellten Wertes die Auslösung eines Leistungsschalters bewirken. Wird der Strom im überwachten Kreis durch das Auftreten von Störimpulsen, die über den in­ duktiv angekoppelten Messkreis einstreuen, fehlerhaft gemes­ sen, kann es zu Fehlauslösungen kommen. Solche Fehlauslösun­ gen verursachen u. U. beträchtliche Schäden durch Ausfall von Produktionseinrichtungen oder führen zur Behinderung von Per­ sonen durch Ausfall von Beleuchtungsanlagen, Verkehrseinrich­ tungen etc. Sie sollten deshalb unter allen Umständen vermie­ den werden.

Bisher wird diesem Problem nicht begegnet.

Allenfalls erfolgt ein gewisser Schutz bei Übersteuerung ei­ nes Messverstärkers bei digitaler Weiterverarbeitung des Messsignals dadurch, dass einem Überlauf über den höchsten möglichen Binärwert bzw. den kleinsten möglichen Binärwert softwaremäßig entgegengewirkt wird, so dass ein durch die bi­ näre Zahlenverarbeitung möglicher Sprung von einem Maximal- auf einen Minimalwert verhindert wird. Die Fehlerhaftigkeit eines Messsignals wird so allerdings nicht erkannt. Außerdem muss der höchste bzw. kleinste Binärwert für einen Stromwert, der eine Auslösung bewirkt, noch nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit denen die beschriebe­ nen übersteuerungsbedingten Fehlmessungen erkannt werden, so dass ggf. auf sie reagiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Danach wird der über die zur Stromableitung vorgesehenen Bau­ elemente fließende Strom detektiert. Bei Überschreitung eines voreinstellbaren Wertes wird ein Signal erzeugt, das in der dem Messverstärker nachfolgenden Auswerteschaltung und/oder einer Meldeeinrichtung verarbeitet wird.

Im einfachsten Fall erfolgt somit eine Warnung des Betreibers der Messschaltung durch eine Meldung, dass die Strombegren­ zung angesprochen hat. Das Signal kann softwaremäßig regi­ striert werden, was bei elektronischen Überstromauslösern z. B. zu einer Aussage benutzt werden kann, ob bei einer Auslö­ sung des Leistungsschalters gleichzeitig die Übersteuerungs­ meldung angesprochen hat. Auf diese Weise können Fehlauslö­ sungen erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden.

In anderen Fällen kann die Übersteuerungsmeldung dazu dienen, die Weiterverarbeitung fehlerhafter Messsignale zu unterdrüc­ ken.

Das Ansprechen der Strombegrenzung wird zweckmäßig jeweils durch einen Messwiderstand erfasst, dessen Spannung abgegrif­ fen und einer Auswerteschaltung am Ausgang des Messverstär­ kers und/oder direkt einer Meldeeinrichtung zugeführt wird.

Bei einer dreiphasigem Messung kann dabei der Summenstrom durch die stromableitenden Bauelemente detektiert werden.

Wird die Auswerteschaltung durch einen Mikroprozessor reali­ siert, so kann der Spannungsabgriff zweckmäßig direkt auf ei­ nen Analogeingang oder über einen Komparator auf einen Digi­ taleingang des Mikroprozessors geführt werden. Bei einer Auf­ schaltung auf einen Analogeingang eines Mikroprozessors bleibt, sofern ein solcher freier Eingang zur Verfügung steht, der zusätzliche Aufwand für die Realisierung der Über­ wachungsschaltung gering. Es kann jedoch sein, dass aufgrund der Taktung des Mikroprozessors zwischen den Taktungen lie­ gende Übersteuerungen nicht erfasst werden. Dem lässt sich zwar durch Parallelschalten von Kondensatoren zu den Messwi­ derständen begegnen, funktionell vorzuziehen ist jedoch die zweite Variante mittels Komparatoren und digitaler Signalver­ arbeitung. Mehrere Signalpfade, z. B. für positive und nega­ tive Stromrichtung, werden dabei über ein oder ggf. mehrere ODER-Glieder zusammengefasst.

Sind in den Verstärker bereits Dioden zur Ableitung unzuläs­ sig hoher Ströme integriert, so reicht es, den Betriebsstrom des Verstärkers zu überwachen, um eine Aussage über eine Übersteuerung zu erhalten. Voraussetzung hierbei ist, dass die Stromaufnahme des Verstärkers im Verhältnis zum Über­ steuerungsstrom klein ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zwei Ausführungs­ beispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeich­ nungen zeigen

Fig. 1 eine Auslöseschaltung für einen Niederspannungs- Leistungsschalter mit Strombegrenzer-Dioden und digi­ taler Signalverarbeitung und

Fig. 2 eine ebensolche Auslöserschaltung mit Suppressor- Dioden zur Strombegrenzung und analoger Signalverar­ beitung.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipschaltbild einen elektronischen Überstromauslöser für einen Leistungsschalter 1, mit dem ein Netz 2 auf Überströme hin überwacht wird. Als Stromsensoren dienen Rogowskispulen 3, deren Ausgänge über eine Tiefpass- RC-Beschaltung 4 an die Eingänge von drei Messverstärkern 5 geführt sind. Die Ausgänge der Messverstärker 5 sind auf ei­ nen Mikroprozessor 6 geschaltet, der den gemessenen Strom mit Vorgabewerten vergleicht und bei unzulässig hohen Strömen im Netz 2 je nach Stromhöhe eine verzögerte oder unverzögerte Auslösung des Leistungsschalters 1 bewirkt.

Kurzzeitige elektromagnetische Störimpulse, die z. B. induk­ tiv über die Rogowskispulen 3 in den Messkreis gelangen und deren Höhe das mehr als 100fache des Aussteuerbereichs eines Messverstärkers 5 betragen können, werden von schnell anspre­ chenden Dioden 7 gegen das Plus- bzw. das Massepotential ab­ geleitet und schützen somit die Messverstärker 5. Sie bewir­ ken aber durch die Aufladung eines Kondensators einer RC-Be­ schaltung 4 neben der vollen Aussteuerung des betroffenen Messverstärkers 5 auch das Auftreten eines Gleichgliedes am Eingang des betroffenen Messverstärkers 5. Damit verschiebt sich die Ausgangsspannung an diesem Messverstärker 5 auf ein positiveres oder negativeres Potential, was - plus dem aktu­ ell gemessenen Stromsignal - bei entsprechender Höhe der Ver­ schiebung zu einer Fehlauslösung durch den Mikroprozessor 6 führen kann.

Um eine derartige Fehlauslösung als solche zu erkennen, sind die Sternpunkte der schnellwirkenden Dioden 7 über Messwider­ stände 8 und eine parallele Diode 9 an das zugehörige Plus- bzw. Massepotential geführt. Durch einen Spannungsabgriff an den Messwiderständen 8 lässt sich detektieren, ob die Dioden 7 einen Strom führen. Im vorliegenden Fall wird die abgegrif­ fenen Spannung über Komparatoren 10 und eine ODER-Schaltung 11 auf einen digitalen Eingang des Mikroprozessors 6 geführt. Stellt dieser das Vorliegen eines Ableitungsstromes an den Dioden 7 fest, veranlasst er eine Meldung an eine Fehleran­ zeige 12 und registriert diesen Fehlerfall. Der Betreiber der Anlage kann so bei häufigerem Auftreten von übersteuerungsbe­ dingten Fehlern entsprechende Gegenmaßnahmen treffen, insbe­ sondere dann, wenn sie zusammen mit einer Fehlauslösung des Leistungsschalters 1 aufgetreten sind.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der zur Stromableitung Sup­ pressor-Dioden 13 (dies sind besonders schnell ansprechende und impulsfeste Z-Dioden) eingesetzt sind. Die Stromerfassung ist die gleiche wie in dem Beispiel gemäß Fig. 1 und ist hier weggelassen. Die an den Messwiderständen 8 abgegriffenen Spannungen werden bei dieser Variante direkt auf einen Ana­ logeingang des Mikroprozessors 6 geschaltet.

Bezugszeichenliste

1

Leistungsschalter

2

Netz

3

Rogowskispule

4

Tiefpass-RC-Beschaltung

5

Messverstärker

6

Mikroprozessor

7

Diode

8

Messwiderstand

9

Diode

10

Komparator

11

ODER-Schaltung

12

Fehleranzeige

13

Suppressor-Diode

Claims (5)

1. Verfahren zur Registrierung von übersteuerungsbedingten Fehlmessungen in Messverstärkern mit vorgeschalteter oder im Messverstärker integrierten Strombegrenzung durch Stromablei­ tung, insbesondere für elektronische Überstromauslöser von Niederspannungs-Leistungsschaltern, dadurch gekennzeichnet, dass der über die zur Stromableitung vorgesehenen Bauelemente fließende Strom detektiert wird und bei Überschreitung eines voreinstellbaren Wertes ein Signal erzeugt wird, das in der dem Messverstärker nachfolgenden Auswerteschaltung und/oder einer Meldeeinrichtung verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer dreiphasigen Messschaltung der positive und negative Summenstrom über die zur Stromableitung vorgesehenen Bauelemente detektiert wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit den zur Stromableitung dienenden Bauelemen­ ten (7, 13) jeweils ein Messwiderstand (8) geschaltet ist, dessen Spannungsabgriff ein Maß für den zu detektierenden Strom ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabgriff auf einen Analogeingang eines die Auswerteschaltung darstellenden Mikroprozessors (6) geführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabgriff über einen Komparator (10) auf ei­ nen Digitaleingang eines die Auswerteschaltung darstellenden Mikroprozessors (6) geführt ist.