DE102011005563B4

DE102011005563B4 - Method and device for switching power feeds

Info

Publication number: DE102011005563B4
Application number: DE102011005563A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ullrich; Jens-Uwe Horst; Hartmut Kerger
Original assignee: Bender GmbH and Co KG
Current assignee: Bender GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: DE102011005563A1

Abstract

Verfahren zum Umschalten zwischen zwei mit je einem Sicherungselement (F1, F2) abgesicherten Stromeinspeisungen (4, 6) mittels einer Umschalteinrichtung (8) bei Auftreten eines Kurzschlussstromes hinter der Umschalteinrichtung (8) und bei Erkennung eines Spannungsausfalls auf der bevorzugten Stromeinspeisung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung (6) in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs eines Laststroms (I) hinter der Umschalteinrichtung (8) mit folgenden Verfahrensschritten verzögert erfolgt: Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Laststromes (I), Erkennen des Laststroms (I) als Kurzschlussstrom und Umschalten auf die redundante Stromeinspeisung (6) bei Absinken des Kurzschlussstroms unterhalb des Schwellwertes für das sichere Auslösen des Sicherungselements (F1, F2).Method for switching between two current feeds (4, 6) protected by one fuse element (F1, F2) by means of a switching device (8) when a short-circuit current occurs behind the switching device (8) and when a power failure on the preferred current feed (4) is detected characterized in that the switching to the redundant power supply (6) as a function of the time course of a load current (I) behind the switching device (8) with the following process steps is delayed: detecting the time course of the load current (I), detecting the load current (I ) as a short-circuit current and switching to the redundant power supply (6) when the short-circuit current drops below the threshold for the safe triggering of the fuse element (F1, F2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschalten zwischen zwei mit je einem Sicherungselement abgesicherten Stromeinspeisungen mittels einer Umschalteinrichtung bei Auftreten eines Kurzschlussstromes hinter der Umschalteinrichtung und bei Erkennung eines Spannungsausfalls auf der bevorzugten Stromeinspeisung.The invention relates to a method for switching between two each secured with a fuse element power supplies by means of a switching device when a short-circuit current occurs behind the switching device and when detecting a power failure on the preferred power supply.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Umschalten zwischen zwei mit je einem Sicherungselement abgesicherten Stromeinspeisungen bei Auftreten eines Kurzschlussstromes hinter der Umschalteinrichtung mit einer Einrichtung zur Erkennung eines Spannungsausfalls auf der bevorzugten Stromeinspeisung.Furthermore, the invention relates to a device for switching between two each secured with a fuse element power supplies when a short-circuit current occurs behind the switching device with a device for detecting a power failure on the preferred power supply.

In medizinisch genutzten Bereichen werden hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung gestellt. Bereits eine kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung eines Krankenhauses kann den Erfolg einer Behandlungsmaßnahme in Frage stellen und eine Gefahr für den Patienten und das medizinische Personal bis hin zu lebensbedrohenden Situationen bedeuten. Aus diesem Grund fordern die Normen DIN VDE 0100-710 und IEC 60364-7-710 für medizinische genutzte Räume die Versorgung über zwei unabhängige Einspeisungen und die Anwendung einer ungeerdeten Stromversorgung (IT-System) mit Isolationsüberwachung. Um Ausfälle der Stromversorgung zu vermeiden, ist das Stromversorgungssystem redundant ausgelegt, wobei eine Umschalteinrichtung die Systemüberwachung sowie die Umschaltung zwischen der allgemeinen Stromversorgung (AV), einer Sicherheitsstromversorgung (SV) und/oder einer zusätzlichen Stromversorgung (ZSV) übernimmt. Ferner sehen die genannten Normen vor, dass diese Umschalteinrichtung und die dahinter angeschlossenen Verbraucher mit einem Sicherungselement in den jeweiligen Stromeinspeisungen, typischerweise mit einer als Schmelzsicherung ausgeführten Kurzschluss-Sicherung, abgesichert sein müssen. Bei Ausfall einer Stromeinspeisung muss innerhalb einer Zeitdauer von 500 ms auf die redundante Leitung umgeschaltet werden können. Dies bedeutet, dass für die Erkennung des Ausfalls einer bevorzugten Leitung meist nicht mehr als 200 ms verbleiben. Innerhalb dieser Zeitspanne sollte auch das Sicherungselement ausgelöst haben, damit die Umschaltung und die Trennung der Kontakte stromlos erfolgen kann.In medically used areas, high demands are placed on the reliability of the power supply. Even a brief interruption of a hospital's power supply can jeopardize the success of a treatment and can endanger the patient and the medical staff, including life-threatening situations. For this reason, the standards DIN VDE 0100-710 and IEC 60364-7-710 for medical rooms require the supply via two independent infeeds and the application of an ungrounded power supply (IT system) with insulation monitoring. In order to avoid power failures, the power supply system is redundant, with a switching device taking over the system monitoring and switching between the general power supply (AV), a safety power supply (SV) and / or an additional power supply (ZSV). Furthermore, these standards provide that this switching device and the consumers connected behind it must be protected with a fuse element in the respective power feeds, typically with a short-circuit fuse designed as a fuse. If a power supply fails, it must be possible to switch to the redundant line within a period of 500 ms. This means that for the detection of the failure of a preferred line usually no more than 200 ms remain. Within this period, the fuse element should have triggered, so that the switching and the separation of the contacts can be made without power.

Die Auslösecharakteristik des verbauten Sicherungselements kann durch eine Zeit-Strom-Kennlinie beschrieben werden, die die Abschaltzeit in Abhängigkeit der Stromstärke darstellt. Aus der Zeit-Strom-Kennlinie geht hervor, dass das Sicherungselement umso eher auslöst, je größer der durch diese Sicherung hindurchfließende Strom ist. Von einem sicheren Auslösen kann im Fall einer Schmelzsicherung als Sicherungselement ausgegangen werden, wenn der Kurzschlussstrom das 1.6-fache des Nennstroms der Schmelzsicherung beträgt.The tripping characteristic of the installed fuse element can be described by a time-current characteristic, which represents the turn-off time as a function of the current. The time-current characteristic shows that the fuse element triggers the sooner the larger the current flowing through this fuse is. A safe release can be assumed in the case of a fuse as a fuse element, if the short-circuit current is 1.6 times the rated current of the fuse.

Bekannte Umschalteinrichtungen sind derart konzipiert, dass sie die Spannung auf der bevorzugten Leitung laufend überwachen und bei Sinken des Spannungswertes unter einen Grenzwert auf einem oder mehreren Außenleitern eine automatische Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung erfolgt. Ein durch einen Kurzschluss vor der Umschalteinrichtung verursachter Spannungsausfall auf der bevorzugten Leitung führt daher infolge des Spannungseinbruchs zu der gewünschten Umschaltung auf die redundante Stromversorgung.Known switching devices are designed in such a way that they continuously monitor the voltage on the preferred line and, when the voltage value falls below a limit on one or more outer conductors, an automatic switching to the redundant power supply takes place. A caused by a short circuit before the switching device power failure on the preferred line therefore leads due to the voltage drop to the desired switching to the redundant power supply.

Problematischer stellt sich der Fall eines Kurzschlusses hinter der Umschalteinrichtung dar. Ist der Kurzschlussstrom gemäß der Zeit-Strom-Kennlinie so hoch, dass das Sicherungselement innerhalb von 200 ms auslöst, so ist auch dieser Fall unproblematisch, da die Umschalteinrichtung den Spannungsausfall auf der bevorzugten Leitung erkennt und auf die redundante Leitung umschaltet; das Trennen der Kontakte erfolgt dabei stromlos. Auch auf der geschalteten redundanten Leitung wird der Spannungsausfall erkannt und der Kurzschlussstrom wird die Sicherung auslösen. Die Umschaltvorgänge sind damit beendet.More problematic is the case of a short circuit behind the switching device is. If the short-circuit current according to the time-current characteristic so high that the fuse element triggers within 200 ms, so this case is not a problem, since the switching device the voltage failure on the preferred line detects and switches to the redundant line; the separation of the contacts takes place without current. The power failure is also detected on the switched redundant line and the short-circuit current will trigger the fuse. The switching operations are completed.

Ist der Kurzschlussstrom aber gemäß der Zeit-Strom-Kennlinie so klein, dass das Sicherungselement nicht innerhalb von 200 ms auslöst, so schaltet zwar die Umschalteinrichtung sofort bei erkennen des Spannungsausfalls um, die Sicherung aber hat zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgelöst. Damit schaltet die Umschalteinrichtung schneller um, als die Sicherung auslösen konnte. Der Kurzschluss hinter der Umschalteinrichtung wird auf die redundante Leitung geschaltet. Die zuvor bevorzugte Leitung ist jetzt stromlos, aber wegen der nicht ausgelösten Sicherung noch betriebsbereit, d. h. spannungsführend, wohingegen jetzt auf der geschalteten redundanten Leitung der Spannungseinbruch erkannt wird und eine Rückumschaltung auf die zuvor bevorzugte Leitung erfolgt. Bevor also die Sicherung auf der redundanten Leitung auslösen konnte, wird wieder auf die bevorzugte Leitung zurück geschaltet und der Umschaltzyklus beginnt von neuem. Eine permanente Umschaltung zwischen den beiden Stromversorgungsleitungen wäre die Folge. Bei jeder Umschaltung würde der Kurzschlussstrom von den Schaltkontakten getrennt werden müssen. Dabei entstehen Schaltlichtbögen, die zu erhöhtem Verschleiß und vorzeitigem Ausfall der elektrischen Schaltkontakte führen können.However, if the short-circuit current is so small in accordance with the time-current characteristic that the fuse element does not trip within 200 ms, then the change-over device switches immediately upon detection of the power failure, but the fuse has not yet triggered at this time. This switches the switching device faster than the fuse could trigger. The short circuit behind the changeover device is switched to the redundant line. The previously preferred line is now de-energized, but still operational due to the undelivered fuse, d. H. energized, whereas now the voltage dip is detected on the switched redundant line and a return switchover to the previously preferred line takes place. Thus, before the fuse could trip on the redundant line, it returns to the preferred line and the switching cycle begins again. A permanent switch between the two power supply lines would be the result. With each switch, the short-circuit current would have to be disconnected from the switch contacts. This creates switching arcs that can lead to increased wear and premature failure of the electrical switching contacts.

Bekannt sind Umschalteinrichtungen, die zwischen zwei Stromeinspeisungen umschalten, um eine weitgehend unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten.Switching devices that switch between two power supplies are known to ensure a largely uninterruptible power supply.

Beispielsweise beschreibt die Patentschriftschrift US 7,589,438 B2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umschaltung zwischen zwei Stromversorgungsquellen in einem Wechselspannungsnetz, wobei die Umschaltung phasenkompensiert erfolgt. Damit wird sichergestellt, dass die der Umschalteinheit nachgeschalteten Transformatoren nicht in die magnetische Sättigung gefahren werden und dabei einen unzulässig hohen Laststrom aus den Stromversorgungsquellen ziehen würden. Für die phasenkompensierte Umschaltung werden kontinuierlich die Phasen der zwei Stromversorgungsquellen erfasst und unmittelbar aus der Phasendifferenz eine Umschaltverzögerung berechnet.For example, the patent specification describes US 7,589,438 B2 a method and a device for switching between two power supply sources in an AC voltage network, wherein the switching is carried out phase-compensated. This ensures that the transformers downstream of the transformers are not driven into magnetic saturation and thereby would draw an unacceptably high load current from the power supply sources. For the phase-compensated switching, the phases of the two power supply sources are continuously detected and a switching delay is calculated directly from the phase difference.

Die EP 1 353 430 A2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der zur Umschaltung zwischen zwei Stromversorgungsnetzen als Besonderheit die Stromunterbrechungseinrichtungen (elektrische Sicherungen, Sicherungselemente) zwischen der Umschalteinrichtung und dem jeweiligen Spannungsnetz – anstatt in einer gemeinsamen Verbindung des elektrischen Verbrauchers zu den Stromversorgungsnetzen – verschaltet sind.The EP 1 353 430 A2 shows a circuit arrangement in which the switching between two power supply networks as a special feature, the current interruption devices (electrical fuses, fuse elements) between the switching device and the respective voltage network - instead of in a common connection of the electrical load to the power supply networks - are interconnected.

Die Druckschrift DE 20 39 779 A beschreibt ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines Verbrauchers von einem Stromversorgungsaggregat auf ein starres Wechselstrom-Bereitschaftsnetz. Dabei kann sowohl das Auftreten eines Kurzschlussstromes (Auslösen des Umschaltvorgangs), als auch dessen nachfolgende Unterschreitung eines wählbaren Wertes (Zurückschalten) von einem Stromwächter erkannt werden. Das Öffnen der Schaltelemente zu dem Stromversorgungsaggregat erfolgt dabei verzögert, um bei einem nur vorübergehend auftretenden Überstrom unnötige Schaltvorgänge zu vermeiden.The publication DE 20 39 779 A describes a method for uninterrupted switching of a load from a power supply to a fixed AC standby network. In this case, both the occurrence of a short-circuit current (triggering of the switching process) and its subsequent undershooting of a selectable value (switching back) can be detected by a current monitor. The opening of the switching elements to the power supply unit is delayed, in order to avoid unnecessary switching operations when only temporarily occurring overcurrent.

Auf den Einfluss der Auslösecharakteristik von Sicherungselementen auf den Umschaltvorgang, insbesondere auf die Gefahr eines die Kontakte schädigenden mehrfachen Schaltens eines Kurzschlussstromes, gehen genannte Veröffentlichungen nicht ein.On the influence of the tripping characteristic of fuse elements on the switching operation, in particular to the risk of a contact damaging multiple switching a short-circuit current, said publications do not occur.

Aus diesem Nachteil ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiter zu entwickeln, dass ein fortlaufendes Umschalten unterbunden wird und der Verschleiß der elektrischen Kontakte gemindert wird.From this disadvantage, the object of the present invention, a method and an apparatus of the type described above further develop such that a continuous switching is inhibited and the wear of the electrical contacts is reduced.

Bezogen auf ein Verfahren wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs eines Laststroms hinter der Umschalteinrichtung mit folgenden Verfahrensschritten verzögert erfolgt: Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Laststromes, Erkennen des Laststroms als Kurzschlussstrom und Umschalten auf die redundante Stromeinspeisung bei Absinken des Kurzschlussstroms unterhalb des Schwellwertes für das sichere Auslösen des Sicherungselements. In vorteilhafter Weise erlaubt die Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des Laststromes eine Feststellung des Auslösezeitpunkts der Schmelzsicherung und somit die Bestimmung des Zeitpunktes, ab dem die Kontakte stromlos sind. Die nachfolgende Umschaltung auf die redundante Leitung erfolgt somit unter Vermeidung von zusätzlichem Verschleiß der elektrischen Kontakte. Zudem wird die zuvor bevorzugte Leitung als nicht mehr betriebsbereit erkannt und eine Rückschaltung von der geschalteten redundanten Leitung wird vermieden.Relative to a method, this object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the switching to the redundant power supply in response to the time course of a load current behind the switching device with the following process steps is delayed: detecting the time course of the load current, detecting the Load current as a short-circuit current and switching to the redundant power supply when the short-circuit current drops below the threshold value for the safe triggering of the fuse element. Advantageously, the consideration of the time profile of the load current allows a determination of the triggering time of the fuse and thus the determination of the time from which the contacts are de-energized. The subsequent switching to the redundant line thus takes place while avoiding additional wear of the electrical contacts. In addition, the previously preferred line is detected as no longer ready for operation and a downshift of the switched redundant line is avoided.

Dabei wird der Laststrom zunächst messtechnisch erfasst und ausgewertet. Wird der Laststrom als Kurzschlussstrom erkannt, so erfolgt die Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung erst bei einem Wiederabsinken des Kurzschlussstroms. Die messtechnische Erfassung und Auswertung des Laststroms ermöglicht eine zuverlässige Feststellung, ob ein Kurzschlussstrom vorliegt und setzt den Umschaltzeitpunkt in eine definierte Beziehung zu dem Stromwert des Laststromes.In the process, the load current is first recorded by measurement and evaluated. If the load current is detected as a short-circuit current, the switchover to the redundant power supply takes place only when the short-circuit current drops again. The metrological detection and evaluation of the load current allows a reliable determination of whether a short-circuit current is present and sets the switching time in a defined relationship with the current value of the load current.

Die Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung erfolgt, sobald der als Kurzschlussstrom erkannte Laststrom auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes für das sichere Auslösen des Sicherungselements abgesunken ist. Bei einem Wiederabsinken des Kurzschlussstromes kann davon ausgegangen werden, dass das Sicherungselement ausgelöst hat und somit die Leitung stromlos ist. Jetzt kann ein für die elektrischen Kontakte schonendes Umschalten auf die redundante Leitung erfolgen.Switching to the redundant power supply takes place as soon as the load current detected as a short-circuit current has dropped to a value below the threshold for the safe triggering of the fuse element. When the short-circuit current drops again, it can be assumed that the fuse element has tripped and thus the line is de-energized. Now it can be done for the electrical contacts gentle switching to the redundant line.

Der Laststrom wird als Kurzschlussstrom erkannt, falls der erfasste Wert des Laststroms größer als ein Schwellwert für das sichere Auslösen des Sicherungselements ist. Um einen Kurzschlussstrom als solchen zu erkennen, ist es ausreichend, zu prüfen, ob der messtechnisch erfasste Wert des Laststromes den Schwellwert überschreitet, der zu einem sicheren Auslösen des Sicherungselements führt. Mit Vorteil ist eine exakte Bestimmung des Stromwertes nicht erforderlich und daher ist auch die Nichtlinearität eines den Laststrom erfassenden Stromwandlers außerhalb seines Messbereiches nicht von Bedeutung.The load current is detected as a short-circuit current if the detected value of the load current is greater than a threshold value for the safe triggering of the fuse element. In order to detect a short-circuit current as such, it is sufficient to check whether the metrologically detected value of the load current exceeds the threshold value, which leads to a safe triggering of the fuse element. Advantageously, an exact determination of the current value is not required and therefore the non-linearity of a current transformer detecting the load current outside its measuring range is not important.

In vorzugsweiser Ausgestaltung wird bei Erkennung eines Spannungsausfalls auf der geschalteten ersten Stromeinspeisung ein Timer gestartet, nach dessen Ablauf die Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung unabhängig vom aktuellen Wert des Laststroms mit einer vorgebbaren maximalen Umschaltverzögerungszeit erfolgt. Bei passender Auslegung des Stromversorgungssystems sollte die Umschaltung innerhalb von 5 s geschehen. Aus Sicherheitsgründen jedoch wird bei Erkennung eines Spannungsausfalls ein Timer gestartet, nach dessen Ablauf in jedem Fall eine Umschaltung auf die redundante Leitung erfolgt. Diese Zwangsumschaltung geschieht unabhängig von dem aktuellen Wert des Laststroms, um in weiteren Fehlerfällen, z. B. bei einem Defekt des Strommesssystems, einen dauerhaften Ausfall der Spannungsversorgung zu vermeiden. In diesem Fall der durch den Timer erzwungenen Umschaltung aber ist auch der Kurzschlussstrom nicht so groß, so dass auch die Schaltkontakte trotz des Stromflusses weniger belastet werden. Die mittels Timer einstellbare maximale Umschaltverzögerungszeit beträgt vorzugsweise 5 s und entspricht den Erfahrungswerten einer zuverlässigen Systemauslegung.In a preferred embodiment, upon detection of a power failure on the switched first power supply, a timer is started, after which the switchover to the redundant power supply independent of the current Value of the load current with a predefinable maximum changeover delay time takes place. If the power supply system is properly designed, the switchover should take place within 5 s. For safety reasons, however, a timer is started upon detection of a power failure, after its expiration in each case, a switchover to the redundant line. This forced switching is done independently of the current value of the load current in order to prevent further errors, eg. B. in case of a defect of the current measuring system to avoid a permanent failure of the power supply. In this case, the forced by the timer switching but also the short-circuit current is not so large, so that the switching contacts are less burdened despite the current flow. The timer-settable maximum switching delay time is preferably 5 s and corresponds to the empirical values of a reliable system design.

Der Schwellwert für das sichere Auslösen des Sicherungselements beträgt typischerweise das 1.6-fache eines Nennstroms des Sicherungselements. Übersteigt der messtechnisch erfasste Wert diesen Ansprechwert, so kann von einem Kurzschluss ausgegangen werden.The threshold for the safe release of the fuse element is typically 1.6 times a rated current of the fuse element. If the measured value exceeds this threshold value, a short circuit can be assumed.

In einer bevorzugten Ausführung ist das Verfahren als computerimplementiertes Programm realisiert. Die Umsetzung des Verfahrens als Software-Programm bietet weitreichende Möglichkeiten zur Anpassung und Abstimmung der verfahrensbestimmenden Parameter an die jeweilige Einsatzumgebung.In a preferred embodiment, the method is implemented as a computer-implemented program. The implementation of the process as a software program offers far-reaching possibilities for adapting and coordinating the process-determining parameters to the respective application environment.

Bezogen auf eine Vorrichtung wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 7 gelöst durch eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Laststromes und eine Steuerungseinrichtung, die zur Steuerung der verzögerten Umschaltung auf die redundante Stromeinspeisung den zeitlichen Verlauf eines Laststroms hinter der Umschalteinrichtung auswertet.Relative to a device, this object is achieved in conjunction with the preamble of claim 7 by a current detection device for detecting the time profile of the load current and a control device that evaluates the timing of a load current behind the switching device to control the delayed switching to the redundant power supply.

Erfindungsgemäß weist die Umschalteinrichtung eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Laststromes auf. Die Erfassung des Laststroms ermöglicht neben der aus dem Stand der Technik bekannten eingangsseitigen Spannungsüberwachung als Weiterentwicklung auch den Stromverlauf am Ausgang der Umschaltvorrichtung als Umschaltkriterium heranzuziehen. Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung erlaubt unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des Laststromes eine verzögerte Umschaltung durch Feststellung des Auslösezeitpunkts der Schmelzsicherung. Die Umschaltung zu der redundanten Leitung kann damit nach Auslösen der Sicherung stromlos und somit für die elektrischen Kontakte verschleißfreier erfolgen.According to the invention, the switching device has a current detection device for detecting the time profile of the load current. The detection of the load current allows, in addition to the known from the prior art input-side voltage monitoring as a further development, the current profile at the output of the switching device as Umschaltkriterium. Taking into account the time profile of the load current, the control device according to the invention allows delayed switching by determining the tripping time of the fuse. Switching to the redundant line can thus be done without power after triggering the fuse and thus wear-free for the electrical contacts.

Erfindungsgemäß umfasst die Steuerungseinrichtung eine Auswerteeinheit zum Erkennen des Laststroms als Kurzschlussstrom und zum Erkennen des Absinkens des Kurzschlussstroms. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerungseinrichtung eine Umschaltsteuerung sowie eine Zeitmesseinrichtung zur Vorgabe einer maximalen Umschaltverzögerungszeit. Die Auswertung des von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Laststromverlaufs findet in der Auswerteeinheit statt. Dabei stellt die Auswerteeinheit fest, ob der Laststrom die Größe eines Kurzschlussstromes über- oder unterschreitet. Der Laststrom wird dann als Kurzschlussstrom erkannt, falls der erfasste Wert des Laststroms größer als ein Schwellwert für das sichere Auslösen des Sicherungselements ist. Erreicht der Laststrom die Größe des Kurzschlussstroms und sinkt er danach als Indikator für das Auslösen des Sicherungselements wieder unter diesen Wert ab, so veranlasst die Auswerteeinheit in Verbindung mit der nachfolgend angeordneten Umschaltsteuerung die Umschaltung auf die redundante Leitung. Durch eine Zeitmesseinrichtung zur Vorgabe einer maximalen Umschaltverzögerungszeit ist sichergestellt, dass im Falle eines Spannungsausfalls und einer Nichtauslösung der Sicherung eine erzwungene Umschaltung ausgeführt wird.According to the invention, the control device comprises an evaluation unit for detecting the load current as a short-circuit current and for detecting the drop in the short-circuit current. In a preferred embodiment, the control device comprises a switching control and a time measuring device for specifying a maximum Umschaltverzögerungszeit. The evaluation of the load current profile detected by the current detection device takes place in the evaluation unit. The evaluation unit determines whether the load current exceeds or falls below the magnitude of a short-circuit current. The load current is then detected as a short-circuit current if the detected value of the load current is greater than a threshold value for the safe triggering of the fuse element. If the load current reaches the size of the short-circuit current and then drops below this value again as an indicator for the triggering of the fuse element, then the evaluation unit in conjunction with the subsequently arranged switching control initiates the changeover to the redundant line. A time measuring device for specifying a maximum switchover delay time ensures that a forced switchover is carried out in the event of a power failure and non-tripping of the fuse.

Mit Vorteil weist die Stromerfassungseinrichtung eine Stromaufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Laststroms und eine Strommesseinrichtung auf. Die Stromaufnahmeeinrichtung ist unmittelbar an der weiterführenden Versorgungsleitung angeordnet und nimmt den augenblicklichen Stromwert des Laststroms ab. Die nachfolgende Strommesseinrichtung stellt den aufgenommenen Stromwert in geeigneter Form für die weitere Signalverarbeitung bereit.Advantageously, the current detection device has a current-receiving device for receiving the load current and a current-measuring device. The power receiving device is arranged directly on the continuing supply line and decreases the instantaneous current value of the load current. The subsequent current measuring device provides the recorded current value in a suitable form for further signal processing.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Ausführung der Steuerungseinrichtung oder von Teilen der Steuerungseinrichtung als Mikrocontroller. In Verbindung mit einer software-technischen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet die Ausführung von Teilen der Steuerungseinrichtung als Mikrocontroller eine ausreichende Flexibilität, um unterschiedlichsten Systemumgebungen gerecht zu werden.Particularly advantageous is the execution of the control device or parts of the control device as a microcontroller. In connection with a software-technical realization of the method according to the invention, the execution of parts of the control device as a microcontroller provides sufficient flexibility to cope with a wide variety of system environments.

Zur Trennung bzw. zur Aufschaltung der Stromeinspeisungen weist die Umschalteinrichtung Schaltkontakte auf, die von einem Antrieb betätigt werden, der über ein Steuersignal mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. In der Steuerungseinrichtung wird das Steuersignal von der Umschaltsteuerung, gestützt auf die in der Auswerteeinheit ermittelten Ergebnisse, erzeugt.For separation or for connection of the power feeds, the switching device on switching contacts, which are actuated by a drive which is connected via a control signal to the control device. In the control device, the control signal is generated by the switching control, based on the results determined in the evaluation unit.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Stromerfassungseinrichtung als Stromwandler ausgeführt. Der Stromwandler erlaubt durch Transformation der in den Stromversorgungsleitungen fließenden hohen Wechselströme in galvanische getrennte niedrige Wechselströme auf einfache Weise die Messung des Laststroms. In an advantageous embodiment, the current detection device is designed as a current transformer. By transforming the high alternating currents flowing in the power supply lines into galvanically isolated low alternating currents, the current transformer allows the measurement of the load current in a simple manner.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass das Sicherungselement eine Schmelzsicherung ist. Dabei kann vorteilhafterweise auf Standardtypen der betriebsklasse gG mit Nennströmen im Bereich von 63 A bis 160 A zurückgegriffen werden.A further preferred embodiment results from the fact that the fuse element is a fuse. In this case, it is advantageously possible to fall back on standard types of operating class gG with nominal currents in the range from 63 A to 160 A.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand von Beispielen erläutern. Es zeigen:Further advantageous design features will become apparent from the following description and the drawings, which illustrate a preferred embodiment of the invention with reference to examples. Show it:

1: eine schematische Anordnung eines Stromversorgungssystems mit Umschaltvorrichtung, 1 FIG. 2: a schematic arrangement of a power supply system with switching device, FIG.

2: schematisch einen Verfahrensablauf in zeitlicher Darstellung, 2 : schematically a procedure in time representation,

3: ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 : a block diagram of an embodiment of the device according to the invention.

In 1 ist eine schematische Anordnung eines Stromversorgungssystems 2 dargestellt, bei dem das Umschalten zwischen einer bevorzugten Stromeinspeisung 4 mit der Spannung U1 und einer redundanten Stromeinspeisung 6 mit der Spannung U2 mittels einer Umschalteinrichtung 8 geschieht, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist.In 1 is a schematic arrangement of a power supply system 2 shown in which the switching between a preferred power supply 4 with the voltage U1 and a redundant power supply 6 with the voltage U2 by means of a switching device 8th happens in which the inventive method is implemented.

Die bevorzugte Stromeinspeisung 4 und die redundante Stromeinspeisung 6 weisen jeweils einen aktiven Leiter L und einen Neutralleiter N auf und sind vor der Umschalteinrichtung 8 jeweils mit einem Sicherungselement F1, F2 als Vorsicherung zum Schutz der Schaltkontakte S1, S2 abgesichert. Die Schaltkontakte S1, S2 werden von einen Antrieb 10 betätigt, der von einer Steuerungseinrichtung 12 ein Steuersignal 14 zur Umschaltung empfängt. In der Darstellung ist die bevorzugte Einspeisung 4 auf die weiterführende Versorgungsleitung 16 mit dem aktiven Leiter L und dem Neutralleiter N geschaltet, d. h. die Schaltkontakte S1 sind geschlossen und führen Strom, während die Schaltkontakte S2 geöffnet sind. Dieser Zustand entspricht einem Schalterzustand I in 2, wohingegen der Zustand, dass die Schaltkontakte S1 geöffnet und die Schaltkontakte S2 geschlossen sind, dem Schalterzustand II entspricht. Die Versorgungsleitung 16 ist mit einem Verbraucher Z abgeschlossen und führt den Laststrom I. Betrachtet wird im Folgenden der Fall, bei dem ausgangsseitig, d. h. von den Einspeisepunkten 4, 6 in Richtung Verbraucher Z gesehen hinter der Umschaltvorrichtung 8, ein Kurzschluss 18 auftritt.The preferred power supply 4 and the redundant power supply 6 each have an active conductor L and a neutral conductor N and are in front of the switching device 8th each secured with a fuse element F1, F2 as backup fuse to protect the switch contacts S1, S2. The switching contacts S1, S2 are powered by a drive 10 operated by a control device 12 a control signal 14 for switching receives. In the illustration, the preferred feed 4 on the continuing supply line 16 connected to the active conductor L and the neutral conductor N, ie, the switching contacts S1 are closed and carry power, while the switching contacts S2 are open. This state corresponds to a switch state I in 2 whereas the state that the switching contacts S1 are opened and the switching contacts S2 are closed corresponds to the switch state II. The supply line 16 is completed with a consumer Z and performs the load current I. Considered in the following the case in which the output side, ie from the feed points 4 . 6 towards the consumer Z seen behind the switching device 8th , a short circuit 18 occurs.

2 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf mit der zeitlichen Zuordnung der Verfahrensschritte zu den Spannungs- und Stromverläufen und den Schalterzuständen. Die Kurvenverläufe a und b geben die Spannung U1 auf der bevorzugten Einspeisung 4 bzw. die Spannung U2 auf der redundanten Einspeisung 6 wieder. Kurve c gibt Auskunft darüber, ob der erfasste Laststrom I in dem aktiven Leiter L der weiteren Versorgungsleitung 16 größer ist (hoher Pegel in der Darstellung) oder niedriger ist (niedriger Pegel in der Darstellung) als ein Schwellwert für das sichere Auslösen des Sicherungselements F1 bzw. F2. Die Kurve d zeigt den Schalterzustand der Schaltkontakte S1, S2. Ausgehend von der geschalteten bevorzugten Leitung 4 mit einem bestimmten Spannungspegel U1 sind die Schaltkontakt S1 geschlossen und die Schaltkontakte S2 geöffnet (Schalterzustand I). Tritt zum Zeitpunkt T1 auf der weiterführenden Versorgungsleitung 16 ein Kurzschluss 18 zwischen dem aktiven Leiter L und dem Neutralleiter N auf, so macht sich dies durch einen Spannungseinbruch der Spannung U1 bemerkbar. Dieser Spannungsausfall wird von der Umschalteinrichtung 8 erkannt und dient als Auslöser für den Start eines Timers, um aus Sicherheitsgründen bei Nichtauslösen eines Sicherungselementes eine erzwungene Umschaltung durchführen zu können. 2 schematically shows a procedure with the temporal allocation of the process steps to the voltage and current waveforms and the switch states. Curves a and b give the voltage U1 on the preferred feed 4 or the voltage U2 on the redundant feed 6 again. Curve c provides information about whether the detected load current I in the active conductor L of the other supply line 16 is greater (high level in the illustration) or lower (low level in the illustration) than a threshold value for the safe triggering of the fuse element F1 or F2. The curve d shows the switch state of the switching contacts S1, S2. Starting from the switched preferred line 4 with a certain voltage level U1, the switching contact S1 are closed and the switching contacts S2 open (switch state I). Occurs at time T1 on the secondary supply line 16 a short circuit 18 between the active conductor L and the neutral conductor N, this is noticeable by a voltage dip of the voltage U1. This power failure is from the switching device 8th detected and serves as a trigger for the start of a timer to perform a forced switchover for safety reasons when not triggering a fuse element.

Gleichzeitig wird der angestiegene Laststrom I als Kurzschlussstrom erkannt, da er größer als ein Schwellwert für das sichere Auslösen des Sicherungselements F1 ist. Das Sicherungselement F1 löst aber entsprechend seiner Auslösecharakteristik nicht sofort aus, sondern erst zu dem Zeitpunkt T2, nachdem gemäß der Zeit-Strom-Kennlinie eine bestimmte Auslösezeit D vergangen ist. Mit dem Auslösen des Sicherungselementes F1 sinkt der als Kurzschlussstrom fließende Laststrom I unterhalb des Schwellwertes für das sichere Auslösen des Sicherungselementes F1. Dieses Unterschreiten wird erkannt und leitet die Umschaltung auf die redundante Einspeisung 6 ein. In der vorliegenden Darstellung ist zwischen dem Trennen der bevorzugten Einspeisung 4 unmittelbar nach dem Zeitpunkt T2, also sobald die Schaltkontakte S1 infolge der ausgelösten Sicherung F1 stromlos geworden sind, und dem Aufschalten der redundanten Einspeisung 6 durch Schließen der Schaltkontakte S2 noch der Übergangszustand 0 für eine Schalterstellung zwischen dem Schalterzustand I und dem Schalterzustand II eingeführt. Nach dieser Übergangsphase erfolgt zum Zeitpunkt T3 das Aufschalten der redundanten Einspeisung 6 (Schalterzustand II). Auf Grund des noch bestehenden ausgangsseitigen Kurzschlusses 18 wird ein Spannungseinbruch der Spannung U2 auf der geschalteten redundanten Einspeisung 6 detektiert und analog zu dem Verfahrensablauf bei der Detektion des Spannungsausfalls auf der bevorzugten Einspeisung 4 der Timer erneut gestartet.At the same time the increased load current I is detected as a short-circuit current, since it is greater than a threshold value for the safe triggering of the fuse element F1. However, the fuse element F1 does not trigger immediately according to its tripping characteristic, but only at the time T2, after according to the time-current characteristic a certain tripping time D has passed. With the triggering of the fuse element F1, the load current I flowing as a short-circuit current drops below the threshold value for the safe triggering of the fuse element F1. This undershoot is detected and initiates the changeover to the redundant infeed 6 one. In the present presentation is between the separation of the preferred feed 4 immediately after the time T2, so as soon as the switching contacts S1 have become de-energized due to the triggered fuse F1, and the connection of the redundant feed 6 by closing the switch contacts S2 nor the transition state 0 for a switch position between the switch state I and the switch state II introduced. After this transitional phase, the connection of the redundant feed takes place at time T3 6 (Switch state II). Due to the still existing output short circuit 18 becomes a voltage dip of the voltage U2 on the switched redundant feed 6 detected and analogous to the procedure in the detection of power failure on the preferred feed 4 the timer restarts.

Der Kurzschlussstrom wird also auf die redundante Einspeisung 6 übertragen und als solcher erkannt. Auch das Sicherungselement F2 löst nicht sofort aus, sondern erst nach der Auslösezeit D zum Zeitpunkt T4. Mit dem Auslösen des Sicherungselements F2 ist ein Absinken des zuvor als Kurzschlussstrom fließenden Laststroms I verbunden. Das Unterschreiten des Schwellwertes wird erkannt und die redundante Einspeisung 6 kann unmittelbar nach dem Zeitpunkt T4 stromlos durch die Schaltkontakte S2 getrennt werden. Ein ständiges verschleißförderndes Schalten der Kontakte unter Stromfluss wird somit wirkungsvoll verhindert.The short-circuit current is thus on the redundant feed 6 transmitted and recognized as such. The fuse element F2 does not trigger immediately, but only after the trip time D at time T4. With the triggering of the fuse element F2 is a drop of the previously flowing as a short-circuit current load current I is connected. The undershooting of the threshold value is detected and the redundant infeed 6 can be disconnected immediately after the time T4 de-energized by the switching contacts S2. A constant wear-promoting switching of the contacts under current flow is thus effectively prevented.

3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 8. Eingangsseitig ist die Umschaltvorrichtung 8 mit der bevorzugten Stromeinspeisung 4 und der redundanten Stromeinspeisung 6 verbunden. Beide Einspeisungen bestehen jeweils aus einem aktiven Leiter L und einem Neutralleiter N und sind mit den Sicherungselementen F1 und F2 abgesichert. Über Schaltkontakte S1 und S2 kann jeweils eine der Einspeisungen 4, 6 auf die ausgangseitige weiterführende Verbindungsleitung 16, bestehend aus dem aktiven Leiter L und dem Neutralleiter N, geschaltet werden. Die Schaltkontakte S1 und S2 werden von dem Antrieb 10 betätigt, der mit der Steuerungseinrichtung 12 über das Steuersignal 14 verbunden ist. Die Steuerungseinrichtung 12 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Mikrocontroller ausgeführt, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren als Software-Programm implementiert ist. 3 shows a block diagram of an embodiment of the device according to the invention 8th , On the input side is the switching device 8th with the preferred power supply 4 and the redundant power supply 6 connected. Both feeds each consist of an active conductor L and a neutral conductor N and are protected by the fuse elements F1 and F2. Switching contacts S1 and S2 can each be one of the feeds 4 . 6 on the output-side connecting line 16 consisting of the active conductor L and the neutral conductor N, are switched. The switching contacts S1 and S2 are from the drive 10 operated with the control device 12 via the control signal 14 connected is. The control device 12 is executed in the present embodiment as a microcontroller on which the inventive method is implemented as a software program.

Um erfindungsgemäß den Laststromverlauf I als weiteres Umschaltkriterium miteinfließen zu lassen, weist die Umschalteinrichtung 8 eine Stromerfassungsvorrichtung 20 auf, die aus einer Stromaufnahmeeinrichtung 22 und einer Strommesseinrichtung 24 besteht. Die Stromaufnahmeeinrichtung 22 nimmt den Laststrom I in dem aktiven Leiter L der weiterführenden Versorgungsleitung 16 auf und leitet diesen Wert an die Strommesseinrichtung 24 weiter. Die Strommesseinrichtung 24 stellt den gemessenen Stromwert I zur weiteren, vorzugsweise digitalen, Verarbeitung in der Steuerungseinrichtung 12 bereit.In order to incorporate according to the invention the load current profile I as a further switching criterion, the switching device has 8th a current detection device 20 on, coming from a power receiving device 22 and a current measuring device 24 consists. The power receiving device 22 takes the load current I in the active conductor L of the continuing supply line 16 and passes this value to the current measuring device 24 further. The current measuring device 24 provides the measured current value I for further, preferably digital, processing in the control device 12 ready.

Als weiteren Funktionsblock besitzt die Umschalteinrichtung 8 eine Spannungsmesseinrichtung 26 zur eingangsseitigen Bereitstellung der Leiterspannungen U1, U2. Die aufbereiteten Spannungssignale U1, U2 werden ebenfalls der Steuerungseinrichtung 12 zugeführt.As another function block has the switching device 8th a tension measuring device 26 for the input-side provision of the conductor voltages U1, U2. The conditioned voltage signals U1, U2 also become the control device 12 fed.

Die von der Strommesseinrichtung 24 zugeführte ausgangsseitige Stromgröße I und die von der Spannungsmesseinrichtung 26 zugeführten eingangsseitigen Spannungsgrößen U1, U2 werden in der Steuerungseinrichtung 12 von der Auswerteeinrichtung 30 weiterverarbeitet. Die in der Auswerteeinrichtung 30 ausgeführten Aufgaben umfassen vornehmlich das Erkennen des Laststroms I als Kurzschlussstrom sowie das Erkennen des Absinkens des Kurzschlussstroms und ebenso das Erkennen eines Spannungsausfalls auf den Einspeisungen 4 und 6. Als Ergebnis dieser Operationen kann die Entscheidung folgen, auf die redundante Stromeinspeisung 6 umzuschalten. Die Ausführung dieser Entscheidung geschieht mit Hilfe der Umschaltsteuerung 32, die ein entsprechendes Steuersignal 14 an den Antrieb 10 zur Betätigung der Schaltkontakte S1, S2 weiterleitet.The of the current measuring device 24 supplied output-side current magnitude I and that of the voltage measuring device 26 supplied input-side voltage values U1, U2 are in the control device 12 from the evaluation device 30 further processed. The in the evaluation device 30 Performed tasks include primarily the detection of the load current I as a short-circuit current and the detection of the sinking of the short-circuit current and also the detection of a power failure on the feeds 4 and 6 , As a result of these operations, the decision can be made on the redundant power feed 6 switch. The execution of this decision is done with the help of the switching control 32 which has a corresponding control signal 14 to the drive 10 for the actuation of the switching contacts S1, S2 forwards.

Daneben ist eine Zeitmesseinrichtung 28 zur Vorgabe einer maximalen Umschaltverzögerungszeit in die Steuerungseinrichtung 12 integriert. Die Zeitmesseinrichtung 28 startet den Timer, nach dessen Ablauf unabhängig von dem aktuellen Wert des Laststroms eine erzwungene Umschaltung auf die redundante Leitung erfolgt.Next to it is a time measuring device 28 for specifying a maximum Umschaltverzögerungszeit in the control device 12 integrated. The time measuring device 28 starts the timer, after which a forced changeover to the redundant line takes place independent of the current value of the load current.

Die Umschalteinrichtung 8 umfasst des Weiteren ein Netzteil 34, welches redundant die Energie aus beiden Einspeisungen 4, 6 beziehen kann.The switching device 8th further includes a power supply 34 , which redundant the energy from both feeds 4 . 6 can relate.

Claims

Method for switching between two power feeds (1, 2) each secured by a fuse element (F1, F2) 4 . 6 ) by means of a switching device ( 8th ) when a short-circuit current occurs behind the switching device ( 8th ) and upon detection of a power failure on the preferred power supply ( 4 ), characterized in that the switching to the redundant power supply ( 6 ) as a function of the time profile of a load current (I) behind the switching device ( 8th ) is delayed with the following method steps: detecting the time profile of the load current (I), detecting the load current (I) as a short-circuit current and switching to the redundant power supply ( 6 ) when the short-circuit current drops below the threshold for the safe release of the fuse element (F1, F2).

A method according to claim 1, characterized in that the load current (I) is detected as a short-circuit current, if the detected value of the load current (I) is greater than a threshold value for the safe triggering of the fuse element (F1, F2).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that upon detection of a power failure on the preferred power supply ( 4 ) a timer is started, after which the switching to the redundant power supply ( 6 ) takes place independently of the current value of the load current (I) with a predefinable maximum changeover delay time.

A method according to claim 3, characterized in that the adjustable by timer maximum Umschaltverzögerungszeit is preferably 5 s.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the threshold for the safe triggering of the fuse element (F1, F2) is typically 1.6 times a rated current of the fuse element (F1, F2).

Method according to one of Claims 1 to 5, characterized by a realization as a computer-implemented program.

Device for switching between two current feeds (1, 2, 2) protected by a respective fuse element (F1, F2) 4 . 6 ) when a short-circuit current occurs behind the switching device ( 8th ) with a device for detecting a power failure ( 26 ) on the preferred power supply ( 4 ), characterized by a current detection device ( 20 ) for detecting the time course of the load current (I) and a control device ( 12 ) used to control the delayed switching to the redundant power supply ( 6 ) the time course of a load current (I) behind the switching device ( 8th ), the control device ( 12 ) an evaluation unit ( 30 ) for detecting the load current (I) as a short-circuit current and for detecting the drop in the short-circuit current.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the control device ( 12 ) a switching control ( 32 ) and a time measuring device ( 28 ) for specifying a maximum Umschaltverzögerungszeit.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the current detection device ( 20 ) a power receiving device ( 22 ) for receiving the load current and a current measuring device ( 24 ) having.

Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the control device ( 12 ) or parts of the control device ( 12 ) are designed as a microcontroller.

Device according to one of Claims 7 to 10, characterized by switching contacts (S1, S2) which are driven by a drive ( 10 ), which is controlled by a control signal ( 14 ) with the control device ( 12 ) connected is.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the power receiving device ( 22 ) is a current transformer.

Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the securing element (F1, F2) is a fuse.