DE10066242B4

DE10066242B4 - Kommunikationsfähiger Leistungsschalter

Info

Publication number: DE10066242B4
Application number: DE10066242A
Authority: DE
Inventors: Lothar Jagusch
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: DE10031964C1

Abstract

Leistungsschalter umfassend in einem Gehäuse
– eine Unterbrechereinrichtung (11) zum Verbinden beziehungsweise Trennen einer Last von einer Stromquelle,
– eine Stromerfassungseinrichtung (4) zur Erfassung der die Last versorgenden Leiterströme,
– eine digitale elektronische Steuereinrichtung (8) zur Verarbeitung der erfassten Leiterströme und zur Generierung von Steuer-, Auslöse- und Informationssignalen sowie
– eine drahtgebundene Schnittstelle (14a) zum Anschluss an ein Feldbussystem
– sowie eine weitere Schnittstelle mit Mitteln (14c) zur Einkopplung und zur Auskopplung von Daten in beziehungsweise aus die Leiterströme führenden Stromleitungen (21, 22, 23), wobei über die Mittel (14c) mittels n unterschiedlicher Sendesignale jeweils eines von n im Leistungsschalter hinterlegten Betriebsprogrammen auswählbar und aktivierbar ist.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leistungsschalter selbstversorgend ausgebildet ist und eine Schnittstelle (14b) zur Funkdatenübertragung aufweist, welche zur Übertragung einer Betriebsenergie, die zumindest auch bei Nichtbetrieb der Schaltvorrichtung eine einfache Zustandsabfrage derselben gewährleistet, ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung in Form eines kommunikationsfähigen Leistungsschalters.
Derartige Leistungsschalter umfassen in einem gemeinsamen Gehäuse integriert, eine Unterbrechereinrichtung für den Laststrom in Form von Schaltkontakten die mit einer Auslöseeinrichtung wie Magnetauslöser wirkverbunden sind, eine Stromerfassungseinrichtung für den Laststrom in Form von herkömmlichen Stromsensoren sowie eine digitale elektronische Steuereinrichtung, wie Mikroprozessor und eine drahtgebundene Schnittstelle zum Anschluss an ein Feldbussystem zur Kommunikation mit externen Geräten und zur Parametrierung des Leistungsschalters.
In der EP 0 923 185 A1 wird ein gattungsgemäßer Leistungsschalter mit einer Feldbusschnittstelle zum Anschluss an ein Bussystem beschrieben.
Aus der DE 197 36 181 A1 ist ein Leistungsschalter mit einer Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung mittels Transpondereinheit bekannt. Hierbei können Parameter des Leistungsschalters durch einen Sender geändert werden.
Die DE 197 43 997 A1 offenbart eine elektronische Auslöseeinrichtung zur Energieversorgung und -verteilung für eine Schaltanlage. Die Auslöseeinrichtung enthält einen nicht flüchtigen Speicher mit einer der Zahl der unterschiedlichen Betriebszustände entsprechenden Anzahl von Parametersätzen. Dabei werden die Parametersätze über eine Steuereinrichtung derart beeinflusst, dass für jeden auftretenden Betriebszustand der Schaltanlage das Auslösekriterium angepasst ist.
Die DE 196 03 461 C2 offenbart eine Anordnung räumlich verteilter Komponenten mit einer gekapselten Schaltanlage, die ein Schaltgerät mit Unterbrecherkontakten und Sensoren zur Erfassung von Temperatur, Leiterstrom oder Stellung der Unterbrecherkontakte aufweist, wobei die Sensoren stets der direkten oder indirekten Erfassung des Schaltgerätes dienen. Sie umfasst ferner eine separate Steuereinrichtung zur Signalauswertung, wobei sich die Signalauswertung auf die Stellung des Schaltgerätes bezieht.
Die WO 98/54810 A1 offenbart einen Leistungsschalter mit einer Einrichtung zur Erfassung der Leiterströme, einer digitalen elektronischen Steuereinrichtung zur Verarbeitung der erfassten Leiterströme und zur Generierung von Steuer-, Auslöse- und Informationssignalen sowie einer drahtgebundenen Schnittstelle an ein Netzwerk, die zum Datenaustausch mit externen Geräten mittels Internet-Protokoll ausgebildet ist.
Die EP 1 005 133 A2 zeigt einen Leistungsschalter mit einer Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung von Fehlerströmen und/oder Fehlerlichtbögen, einer digitalen elektronischen Steuereinrichtung zur Verarbeitung der erfassten Leiterströme und zur Generierung von Auslösesignalen sowie Mitteln zur Auskoppeln von Daten aus den die Leiterströme führenden Stromleitungen, wobei über diese Mittel der ausgelöste Leistungsschalter wiedereinschaltbar ist.
Der Sammelkatalog 1994/95: Niederspannungs-Schaltgeräte und Systeme; Fa. Siemens SA 2, 1994/95, Seite 8/120–8/125 zeigt eine Anordnung aus einem Leistungsschalter, externen Mitteln zur Leiterstromerfassung, zum Verarbeiten der erfassten Leiterströme und zur Generierung von Auslösesignalen sowie einer externen drahtgebundene Schnittstelle zu einem Feldbussystem. Zur busgebundenen Ein- bzw. Auskopplung von Daten und zur Generierung von Steuer- und Informationssignalen sind weiterhin externe Mittel vorgesehen, die hinsichtlich verschiedener Betriebsprogramme busgesteuert parametrierbar sind.
Die DE 195 13 638 A1 offenbart einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem Steuerschrank, der mit zusätzlichen Anschlußmitteln versehen ist und wenigstens eine Ein- und Ausschaltung des Leistungsschalters mittels eines Handbediengerätes gestatten. Dabei können die zusätzlichen Anschlußmittel mit dem Handbediengerät mittels einer biegsamen Verbindungsleitung oder drahtlos zusammenwirken.
Des weiteren ist in dem Artikel „DartNet – das neue Trägerfrequenz-Übertragungsverfahren für Mittel- und Niederspannungsnetze" (Bulletin SEV/SE 12/99, Hauser, S.15–21) ein Datenübertragungsverfahren über elektrische Verteilernetze beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kommunikationsfähigkeit eines gattungsgemäßen Leistungsschalters zu verbessern.
Ausgehend von einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Durch die Mittel zur Ein- beziehungsweise Auskopplung von Daten in bzw. aus den Stromleitungen, welche den Laststrom über den Leistungsschalter zu einer Last führen, kann eine bislang erforderliche zusätzliche Verdrahtung der Leistungsschalter entfallen. Des weiteren wird hierdurch die Störempfindlichkeit (Kabelbruch, lose Klemm- oder Schraubverbindungen,...) reduziert und die Handhabung derartiger Schaltgeräte erleichtert. Zum Beispiel kann die Wartung, Umprogrammierung oder Parametrierung der Leistungsschalter auf einfache Weise, ohne zuvor aufwendige Kabelverbindungen herzustellen, erfolgen. Hierdurch wird nicht zuletzt auch die Sicherheit für das Bedien personal der Schaltgeräte erhöht, da eine unmittelbare Berührung von Kontaktstellen an den Schaltgeräten unterbleibt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Leistungsschalter zusätzlich über eine drahtlose Schnittstelle zur Funksignalübertragung verbunden. Um die Verfügbarkeit der Schaltvorrichtung zu erhöhen ist der Leistungsschalter vorzugsweise mit einer integrierten Bedieneinheit und gegebenenfalls mit einer integrierten Anzeigeeinheit (Display) versehen. Erfindungsgemäß wird über einen einfachen Sender (als Programmiergeräteersatz) mit n verschiedenen Sendesignalen eines von n im Schaltgerät hinterlegten Betriebsprogrammen einfach ausgewählt und aktiviert.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die drahtlose Schnittstelle derart ausgebildet, dass diese eine drahtlose Übertragung einer Betriebsenergie gewährleistet derart, dass auch bei Nichtbetrieb eines Schaltgerätes ohne separate Energieversorgung über Stromwandler eine einfache Zustandsabfrage derselben gewährleistet ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
1: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters;
2: die schematische Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Schaltgeräte.
Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters gemäß 1 enthält in einem Gehäuse 2 eine hier aus drei Stromwandlern bestehende Stromerfassungseinrichtung 4, die zur Erfassung der in den Stromleitungen 21, 22, 23 fließenden Lastströme dient, eine Einheit 6, welche die von den Wandlern kommenden Messsignale zur weiteren Verarbeitung aufbereitet und gleichzeitig daraus die Stromversorgung für die gesamte Elektronik erzeugt, eine im wesentlichen aus einem Mikroprozessor (inkl. notwendiger Peripherie) bestehende Steuereinrichtung 8, welche die Verarbeitung der gemessenen Ströme übernimmt und eine Auslöseeinheit 10, welche die Unterbrechereinrichtung 11 (Schaltkontakte, z. B. mechanisch oder halbleitertechnisch) des Leistungsschalters bei Erreichen einer der zuvor eingestellten Bedingungen betätigt. Diese Bedingungen können über ein Bedienfeld 12, eine drahtgebundene serielle Schnittstelle 14a und/oder erfindungsgemäß über Signale der Stromleitungen 21, 22, 23 vorgegeben werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schaltgerät sowohl mit Mitteln 14c zur Ein- bzw. Auskopplung von Daten in/aus den Stromleitungen 21, 22, 23 und/oder mit einer drahtlosen Schnittstelle 14b, vorzugsweise einem Funk-Interface zum Beispiel auf Basis des bekannten Bluetooth-Konzepts und mit einer drahtgebundenen Schnittstelle 14a zum Anschluss an ein Bussystem ausgeführt.
Über die Koppelmittel 14c kann die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung mit anderen ggf. örtlich sehr weit entfernten Geräten, die ebenfalls derartige Koppeleinrichtungen aufweisen, kommunizieren, ohne zusätzlich mit diesen verdrahtet zu sein. Einzige Voraussetzung ist der Anschluss an das gemeinsame Stromversorgungsnetz (siehe auch 2). Hierdurch ist ein Datenaustausch wie der beim Internet zwischen über die Welt verteilten Schalteinrichtungen problemlos möglich. Vorzugsweise erfolgt auch die Datenübertragung mittels Internet-Protokoll.
Über die drahtlose Schnittstelle 14b kann das Schaltgerät mit anderen Teilnehmern in einem (räumlich eng begrenzten) Umfeld kommunizieren, also z. B. aktuelle Messdaten oder Statusmeldungen ausgeben oder Parameter austauschen.
Des weiteren ist der Leistungsschalter mit einer Anzeigeeinheit in Form eines integrierten Displays 13 versehen. Über dieses Display 13 können Zustandsdaten und Fehlermeldungen angezeigt werden. Weiterhin ist vorgesehen, auch die Programmier- oder Parametrierschritte bzw. -daten anzuzeigen, so dass über ein einfaches Programmiergerät ohne eigene Anzeigeeinheit Parameter und/oder Programme einfach ausgewählt, eingestellt und über die Anzeige am Schaltgerät selbst angezeigt und kontrolliert werden können. Im einfachsten Fall wird über einen einfachen Sender (als Programmiergeräteersatz) mit n verschiedenen Sendesignalen eines von n im Schaltgerät hinterlegten Betriebsprogrammen einfach ausgewählt und aktiviert. Dieser Vorgang kann dann über die Anzeigeeinheit 13 des Schaltgerätes selbst angezeigt und kontrolliert werden. Bevorzugte Anwendungen finden sich in der Kommunikation zwischen Schaltgerät und einem Diagnose- oder Parametriergerät (PC, PDA o. a.) am Einsatzort des Schaltgeräts (Diagnose, Parametrierung, Wartung). Hierdurch wird das Ändern der Parameter durch Bedienpersonal vor Ort gewährleistet, ohne dass das Schaltgerät selbst berührt werden muss. Dadurch kann z. B. ein Sicherheitsabstand gewahrt bleiben. Die Möglichkeit zur Beeinflussung des Schaltgeräts besteht aber weiterhin, auch ohne eine aufwändige Vernetzung realisieren zu müssen.
Eine weitere Anwendung findet sich in der Kommunikation zwischen Leistungsschalter und Diagnose- oder Parametriergerät (PC, PDA o. a.) am Einsatzort des Schaltgeräts bei gleichzeitiger Ankopplung des Schaltgeräts an einen Feldbus (z. B. über den UART) und die drahtgebundene serielle Datenübertragung, zum Beispiel die Abfrage der Diagnosedaten durch Wartungspersonal vor Ort, wobei gleichzeitig der Feldbus-Anschluss bestehen bleibt.
Auch der drahtlose Austausch von Signalen zwischen Schaltgeräten die deren Verhal ten beeinflussen (z. B. Selektivität) ist somit einfach realisierbar.
Als weitere Möglichkeit kann über die Funkstrecke hilfsweise auch die Betriebsenergie für die drahtlose Schnittstelle 14b übertragen werden. Dadurch wird es möglich, zumindest eine einfache Zustandsabfrage („OK", „Ausgefallen" oder dergleichen) des Schaltgeräts durchzuführen, ohne dass es sich selbst in Betrieb befindet. Dies wäre z. B. für selbstversorgende Leistungsschalter interessant, wenn die in den Leitern 21, 22, 23 fließenden Lastströme nicht zum Betrieb der geräteinternen Elektronik ausreichen.
2 zeigt die schematische Anordnung verschiedener erfindungsgemäßer Schaltgeräte in einer Netztopologie mit verschiedenen Teilnehmern. Dabei sind die erfindungsgemäßen Schaltgeräte an ein Niederspannungsnetz angeschlossen, über welches sie Daten durch Einkopplung bzw. Auskopplung in bzw. aus den Stromleitungen 21, 22, 23 senden bzw. empfangen. Andere Teilnehmer wie Personalcomputer, lokale Steuereinrichtungen und Internetserver sind ebenfalls an das Niederspannungsnetz angeschlossen. Zur Verstärkung der zu übertragenden Signale sind in Abständen Verstärkerbaugruppen in das Niederspannungsnetz eingebunden.

Claims

Leistungsschalter umfassend in einem Gehäuse – eine Unterbrechereinrichtung (11) zum Verbinden beziehungsweise Trennen einer Last von einer Stromquelle, – eine Stromerfassungseinrichtung (4) zur Erfassung der die Last versorgenden Leiterströme, – eine digitale elektronische Steuereinrichtung (8) zur Verarbeitung der erfassten Leiterströme und zur Generierung von Steuer-, Auslöse- und Informationssignalen sowie – eine drahtgebundene Schnittstelle (14a) zum Anschluss an ein Feldbussystem – sowie eine weitere Schnittstelle mit Mitteln (14c) zur Einkopplung und zur Auskopplung von Daten in beziehungsweise aus die Leiterströme führenden Stromleitungen (21, 22, 23), wobei über die Mittel (14c) mittels n unterschiedlicher Sendesignale jeweils eines von n im Leistungsschalter hinterlegten Betriebsprogrammen auswählbar und aktivierbar ist. dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter selbstversorgend ausgebildet ist und eine Schnittstelle (14b) zur Funkdatenübertragung aufweist, welche zur Übertragung einer Betriebsenergie, die zumindest auch bei Nichtbetrieb der Schaltvorrichtung eine einfache Zustandsabfrage derselben gewährleistet, ausgeführt ist.
Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14c) zum Datenaustausch mit externen Geräten mittels Internet-Protokoll ausgebildet sind.
Leistungsschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine integrierte Bedieneinheit (12), vorzugsweise mit Display (13).