DE102014206245B4 - Method for testing the communication connections of a switch arrangement for current distribution and corresponding switch arrangement - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Prüfung der Kommunikationsverbindungen (K1, Kg; K2, Kg) einer Schalteranordnung (A) zur Stromverteilung, bei der von einer Einspeisung (TM) aus gesehen ein Schalter (CB1) vorgeordnet und zumindest zwei Schalter (CB2, CB3) diesem unmittelbar nachgeordnet sind, wobei der durch die unmittelbar nachgeordneten Schalter (CB2, CB3) fließende Strom auch über den vorgeordneten Schalter (CB1) fließt und wobei von jedem Schalter (CB1, CB2, CB3) jeweils selbsttätig geprüft wird, ob die ihm zugeordnete Strombedingung erfüllt ist, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) und die unmittelbar nachgeordneten Schalter (CB2, CB3) miteinander verbunden sind über Kommunikationsverbindungen (K1, Kg; K2, Kg), die zumindest eine gemeinsame Schnittstelle (I) mit dem vorgeordneten Schalter (CB1) aufweisen, und bei dem von dem nachgeordneten Schalter (CB2, CB3) jeweils ein Signal (S) auf die Kommunikationsverbindung (K1, Kg; K2, Kg) gegeben wird, wenn die ihm zugeordnete Strombedingung erfüllt ist, wobei der vorgeordnete Schalter (CB1) nach Empfang des Signals (S) jeweils zumindest für eine vorgegebene Verzögerungszeit nicht öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schalter (CB1, CB2, CB3) eine Identifikation (ID1, ID2) aufweist, dass von jedem nachgeordneten Schalter (CB2, CB3) in vorgegebenen Zeitfenstern eine serielle Bitfolge (BID2, BID3), die seine Identifikation (ID1, ID2) enthält, auf die Kommunikationsverbindung (K1, Kg; K2, Kg) gegeben wird, und dass von dem vorgeordneten Schalter (CB1) eine Störung der Kommunikationsverbindung (K1, Kg; K2, Kg) angezeigt wird, deren Bitfolge (BID2, BID3) ausgeblieben ist.Method for testing the communication connections (K1, Kg, K2, Kg) of a switch arrangement (A) for current distribution, in which a switch (CB1) is arranged upstream of a feed (TM) and at least two switches (CB2, CB3) are arranged directly after it in which the current flowing through the immediately downstream switches (CB2, CB3) also flows via the upstream switch (CB1) and in each case is checked automatically by each switch (CB1, CB2, CB3) as to whether its associated current condition is satisfied, wherein the upstream switch (CB1) and the immediately downstream switches (CB2, CB3) are interconnected via communication links (K1, Kg; K2, Kg) having at least one common interface (I) with the upstream switch (CB1), and in which in each case a signal (S) from the downstream switch (CB2, CB3) is given to the communication connection (K1, Kg; K2, Kg) if the current condition associated with it fulfills t is, wherein the upstream switch (CB1) does not open after receiving the signal (S) at least for a predetermined delay time, characterized in that each switch (CB1, CB2, CB3) has an identification (ID1, ID2) that of each downstream switch (CB2, CB3) in predetermined time slots a serial bit sequence (BID2, BID3) containing its identification (ID1, ID2) on the communication link (K1, Kg; K2, Kg) is given, and that from the upstream switch (CB1) a malfunction of the communication link (K1, Kg, K2, Kg) is displayed, the bit sequence (BID2, BID3) has remained.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Kommunikationsverbindungen zwischen den Schaltern einer Schalteranordnung zur Stromverteilung und eine entsprechende Schalteranordnung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.The invention relates to a method for testing the communication connections between the switches of a switch arrangement for current distribution and a corresponding switch arrangement according to the preambles of claims 1 and 3.
Es ist bekannt, den Strom in einem Stromverteilungssystem mittels einer Schalteranordnung auf einzelne Anlagenzweige (Verbraucher) zu verteilen. Die in der Regel in Staffeln angeordneten Schalter, insbesondere Leistungsschalter für den Niederspannungsbereich, sind jeweils für einen Nennstrom ausgelegt und unterbrechen den durch den Schalter fließenden Strom im Fehlerfalle, also beispielsweise bei einem Kurzschluss. Dabei soll jeweils nur der Anlagenzweig abgeschaltet werden, der von dem Fehler betroffen ist bzw. der dem Fehler am nächsten liegt. Dieses Verhalten wird selektives Abschalten genannt.It is known to distribute the power in a power distribution system by means of a switch arrangement on individual plant branches (consumers). The usually arranged in staggered switches, in particular circuit breakers for the low voltage range, each designed for a rated current and interrupt the current flowing through the switch in case of failure, so for example in the case of a short circuit. In each case only the plant branch is to be switched off, which is affected by the error or which is closest to the error. This behavior is called selective shutdown.
In jedem Schalter sind ein Wandler und eine Auslöseeinheit vorhanden. Der Wandler erfasst jeweils den Strom, welcher durch den Schalter fließt, und die Auslöseeinheit prüft jeweils, ob eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist.Each switch has a converter and a trip unit. The converter detects the current flowing through the switch, and the trip unit respectively checks to see if a predetermined current condition is met.
Zum selektiven Abschalten (auch als Zone Selective Interlocking ZSI bekannt) kommunizieren die in Staffeln oder Verteilungsebenen angeordneten Schalter über entsprechende Verbindungen miteinander, die jeweils die Schalter einer nachgeordneten Staffel mit den Schaltern der unmittelbar vorgeordneten Staffel verbinden. Die Verbindungen können als Zweidrahtleitungen oder als Bus-Verbindungen und dergleichen ausgebildet sein.For selective shutdown (also known as Zone Selective Interlocking ZSI), the switches arranged in stagger or distribution levels communicate with each other via respective links that each connect the switches of a downstream tier to the switches of the immediately preceding tier. The connections may be formed as two-wire lines or as bus connections and the like.
So teilt ein von der Einspeisung aus gesehen nachgeordneter Schalter (einer nachgeordneten Staffel), dessen Strombedingung erfüllt ist, dies dem von der Einspeisung aus gesehen unmittelbar vorgeordneten Schalter (der unmittelbar vorgeordneten Staffel) durch ein entsprechendes Signal (Blockiersignal, Verzögerungssignal) mit. Als Folge löst der vorgeordnete Schalter, der den Kurzschluss aufgrund des durchgehenden Energieflusses ebenfalls erkennt, selbst erst einmal nicht aus, sondern wartet eine bestimmte Zeit (eine vorgegebene Verzögerungszeit) ab, ob der nachgeordnete Schalter auslöst. Hat der nachgeordnete Schalter nach Ablauf der Verzögerungszeit noch nicht ausgelöst, so unterbricht der vorgeordnete Schalter den Stromfluss selbst.Thus, downstream of the feeder downstream switch (a downstream scale), whose current condition is met, this tells the upstream of the feed directly upstream switch (the immediately preceding season) by a corresponding signal (blocking signal, delay signal). As a result, the upstream switch, which also detects the short circuit due to the continuous flow of energy, does not itself trigger, but waits for a certain time (a predetermined delay time), whether the downstream switch triggers. If the downstream switch has not yet triggered after the delay time has elapsed, the upstream switch interrupts the current flow itself.
Der Kommunikationsweg erfolgt üblicherweise jeweils in Richtung Einspeisung, also entgegen der Energieflussrichtung vom nachgeordneten Schalter zum unmittelbar vorgeordneten Schalter (jeweils von einer nachgeordneten Staffel zu der unmittelbar vorgeordneten Staffel).The communication path usually takes place in each case in the direction of supply, that is opposite to the direction of energy flow from the downstream switch to the immediately upstream switch (in each case from a downstream squadron to the immediately preceding squadron).
Die Überwachung der Integrität dieser Verbindungen (Kommunikationsverbindungen) stellt ein Problem dar, da sich mehrere nachgeordnete Schalter eine Verbindung zu dem (den) übergeordneten Schalter(n) teilen oder zumindest jeweils an einem gemeinsamen Anschluss des (der) vorgeordneten Schalters (Schalter) angeschlossen sind.Monitoring the integrity of these links (communication links) presents a problem because multiple downstream switches share a connection to the parent switch (s) or are at least each connected to a common port of the upstream switch (s) ,
Zur Überwachung kann z. B. eine Sternverbindung zum Einsatz kommen, wodurch jede Verbindung separat prüfbar ist.For monitoring z. B. a star connection are used, making each connection is separately tested.
Bekannt ist auch eine Ruhestromüberwachung, bei der die Summe der Einzelströme der Verbindungen auf die Anzahl der verbundenen Schalter hinweist. Eine genaue Identifizierung fehlender Verbindungen ist jedoch nicht möglich.Also known is a quiescent current monitoring, in which the sum of the individual currents of the compounds indicates the number of connected switches. However, an exact identification of missing connections is not possible.
Aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift
Die Internationale PCT Veröffentlichung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, technisch einfach fehlende Verbindungen zu erkennen.The object of the invention is to recognize technically simple missing connections.
Die Aufgabe wird bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf die Schalteranordnung durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.The object is based on the method by the features of claim 1 and based on the switch assembly by the features of claim 3. The dependent claims represent advantageous embodiments.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass jeder Schalter eine Identifikation aufweist, dass von jedem nachgeordneten Schalter in vorgegebenen Zeitfenstern eine seine Identifikation enthaltende serielle Bitfolge auf seine Kommunikationsverbindung gegeben wird, und dass von dem vorgeordneten Schalter eine Störung der Kommunikationsverbindung angezeigt wird, deren Bitfolge ausgeblieben ist.With regard to the method, the solution provides that each switch has an identification that an identification of each downstream switch in predetermined time windows containing serial bit sequence is given to its communication connection, and that is displayed by the upstream switch a malfunction of the communication link whose bit sequence has remained.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass die Bitfolgen an eine übergeordnete Überwachungseinheit geleitet und fehlende Verbindungen von dieser angezeigt werden.It is advantageously proposed that the bit sequences be routed to a higher-level monitoring unit and that missing connections are displayed by the latter.
Die Lösung sieht bezogen auf die Schalteranordnung vor, dass jeder Schalter eine Identifikation aufweist, dass zur Prüfung der Kommunikationsverbindungen jeder nachgeordnete Schalter in vorgegebenen Zeitfenstern eine seine Identifikation enthaltende serielle Bitfolge auf die Kommunikationsverbindung gibt, wobei die Kommunikationsverbindung eine Störung aufweist, deren zugehörige Bitfolge ausbleibt. In diesem Falle erfolgt die Signalisierung einer Störung. Eine zusätzliche Verschaltung (z. B. Sternverkabelung, Sternverbindung) ist nicht erforderlich.With regard to the switch arrangement, the solution provides that each switch has an identification that, for checking the communication connections, each downstream switch gives a serial bit sequence containing its identification to the communication connection in predetermined time windows, the communication connection having a fault whose associated bit sequence does not occur. In this case, the signaling of a fault takes place. An additional interconnection (eg star wiring, star connection) is not required.
Im einfachsten Fall ist die Identifikation (ID) eine Identifikationsnummer.In the simplest case, the identification (ID) is an identification number.
Technisch einfach ist es, wenn Konfigurationsdaten der Schalter im Schalter selbst gespeichert sind und die Konfigurationsdaten die Identifikationsnummer enthalten.It is technically simple if configuration data of the switches are stored in the switch itself and the configuration data contain the identification number.
Weiter ist es von Vorteil, wenn der vorgeordnete Schalter die Identifikationsnummern der nachgeordneten Schalter kennt.Further, it is advantageous if the upstream switch knows the identification numbers of the downstream switch.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schalteranordnung A zur Stromverteilung mit Hilfe von drei als Niederspannungs-Leistungsschalter ausgebildeten Schaltern CB1, CB2, CB3, die an eine Stromeinspeisung TM angeschlossen sind. Die Schalter CB2, CB3 sind von der Stromeinspeisung TM aus in Energieflussrichtung R gesehen dem Schalter CB1 unmittelbar nachgeordnet, der Schalter CB1 den Schaltern CB2, CB3 folglich unmittelbar vorgeordnet. Damit fließt der durch die Schalter CB2, CB3 fließende Strom auch über den vorgeordneten Schalter CB1. An die Schalter CB2, CB3 sind nur noch Verbraucher Z2, Z3 angeschlossen, keine weiteren Schalter nachgeordnet.The invention will be described below with reference to a drawing. The sole figure of the drawing shows a switch assembly A for power distribution by means of three designed as a low-voltage circuit breakers CB1, CB2, CB3, which are connected to a power supply TM. The switches CB2, CB3 are immediately downstream of the switch CB1 seen from the power supply TM in the direction of energy flow R, the switch CB1 therefore immediately upstream of the switches CB2, CB3. Thus, the current flowing through the switches CB2, CB3 also flows through the upstream switch CB1. To the switches CB2, CB3 only consumers Z2, Z3 are connected, no further switches downstream.
Zu jedem Schalter CB1, CB2, CB3 gehören mechanische Schaltkontakte SK1, SK2, SK3, über deren aneinander anliegende Kontaktelemente der Strom (allgemein die elektrische Energie) fließt. Weiter verfügt jeder Schalter CB1, CB2, CB3 über eine elektronische Auslöseeinheit ETU1, ETU2, ETU3, welche jeweils prüft, ob der durch den zugehörigen Schalter CB1, CB2, CB3 fließende Strom eine vorgegebene Strom-Bedingung erfüllt, hier ob eine Stromschwelle überschritten ist.Each switch CB1, CB2, CB3 includes mechanical switching contacts SK1, SK2, SK3, via whose contact elements the current flows (generally the electrical energy). Furthermore, each switch CB1, CB2, CB3 has an electronic trip unit ETU1, ETU2, ETU3, which in each case checks whether the current flowing through the associated switch CB1, CB2, CB3 fulfills a predetermined current condition, in this case whether a current threshold has been exceeded.
Zur Schalter-Unterscheidung ist jedem Schalter CB1, CB2, CB3 eine Identifikation ID1, ID2, ID3 in Form einer Identifikationsnummer zugeordnet, die jeweils in der Konfigurationsdatei des Schalters CB1, CB2, CB3 gespeichert ist.For switch discrimination, each switch CB1, CB2, CB3 is assigned an identification ID1, ID2, ID3 in the form of an identification number, which is stored in each case in the configuration file of the switch CB1, CB2, CB3.
Weiter sind die Schalter CB1, CB2, CB3 über deren Auslöseeinheiten ETU1, ETU2, ETU3 mittels Zweidrahtleitungen ZL1, ZL2, ZLg miteinander verbunden, wobei die Schalter CB2, CB3 eine Zweidrahtleitung ZLg zu dem Schalter CB1 teilen, d. h. zumindest eine Teillänge der Zweidrahtleitungen wird gemeinsam genutzt. (Diese Situation liegt in gewissem Sinne auch dann noch vor, wenn die Verbindungen K1, K2 an einem gemeinsamen Anschluss I des Schalters CB1 enden, d. h. dort jeweils entsprechend miteinander verbunden sind.)Furthermore, the switches CB1, CB2, CB3 are connected to one another via their trip units ETU1, ETU2, ETU3 by means of two-wire lines ZL1, ZL2, ZLg, the switches CB2, CB3 sharing a two-wire line ZLg with the switch CB1, ie. H. at least a partial length of the two-wire lines is shared. (This situation also exists in a certain sense even if the connections K1, K2 terminate at a common connection I of the switch CB1, that is, where they are respectively connected to one another.)
Alle Schalter CB1, CB2, CB3 schalten selektiv ab, was auch als Zone Selective Interlocking (ZSI) bekannt ist, d. h. die Auslöseeinheiten ETU2 oder ETU3 der nachgeordneten Schalter CB2, CB3 senden bei erfüllter Strom-Bedingung über die Zweidrahtleitungen ZL1, ZL2, ZLg ein Signal S (Verzögerungssignal) an die Auslöseeinheit ETU1 des unmittelbar vorgeordneten Schalters CB1. Bei einem Kurzschluss eines Verbrauchers Z2 oder Z3 ist die Strom-Bedingung des Schalters CB2 bzw. CB3 erfüllt, abhängig davon, in welchem Anlagenzweig (hier Verbraucher Z2, Z3) der Kurzschluss vorliegt.All switches CB1, CB2, CB3 selectively turn off, also known as Zone Selective Interlocking (ZSI), i. H. the tripping units ETU2 or ETU3 of the downstream switches CB2, CB3 send a signal S (delay signal) to the tripping unit ETU1 of the immediately upstream switch CB1 when the current condition is fulfilled via the two-wire lines ZL1, ZL2, ZLg. In the event of a short circuit of a consumer Z2 or Z3, the current condition of the CB2 or CB3 switch is fulfilled, depending on in which system branch (in this case consumer Z2, Z3) the short circuit exists.
Die Strom-Bedingung der Auslöseeinheit ETU1 des vorgeordneten Schalters CB1 ist dann aufgrund des Kurzschlusses ebenfalls erfüllt, weshalb die Auslöseeinheit ETU1 ohne Empfang des Signals S ebenfalls sofort auslösen würde, aber aufgrund des empfangenen Signals S verzögert auslöst. Die Verzögerungszeit von Schalter CB1 beträgt hier beispielhaft 50 ms. Hat der Schalter CB2 bzw. CB3 nach Ablauf der 50 ms immer noch nicht ausgelöst, löst der vorgeordnete Schalter CB1 aus.The current condition of the trip unit ETU1 of the upstream switch CB1 is then also satisfied due to the short circuit, which is why the trip unit ETU1 would trigger immediately without receiving the signal S, but delayed due to the received signal S triggers. The delay time of switch CB1 is 50 ms by way of example here. If the switch CB2 or CB3 still has not triggered after the 50 ms have elapsed, the upstream switch CB1 triggers.
Die Zweidrahtleitungen ZL1, ZLg und ZL2, ZLg bilden zusammen mit einer Stromquelle des vorgeordneten Schalters CB1 einen offenen Stromkreis. Das Signal S wird als Verzögerungssignal an die Auslöseeinheit ETU1 gesendet, indem die Auslöseeinheit ETU2 bzw. ETU3 den Stromkreis schließt.The two-wire lines ZL1, ZLg and ZL2, ZLg form an open circuit together with a current source of the upstream switch CB1. The signal S is sent as a delay signal to the trip unit ETU1 by the trip unit ETU2 or ETU3 closes the circuit.
Da die Schalter CB2, CB3 quasi die unterste Staffel (Ebene) der Schalteranordnung bilden, lösen sie unverzögert aus (bis auf die konstruktionsbedingte unvermeidliche Eigenverzögerung).Since the switches CB2, CB3, so to speak, form the lowest level (level) of the switch arrangement, they trigger instantaneously (with the exception of the design-related unavoidable self-delay).
Die Zweidrahtleitungen ZL1, ZL2, ZLg bilden hier verallgemeinert Kommunikationsverbindungen (kurz Verbindungen K1, K2, Kg) zwischen den Schaltern CB1 und CB2 sowie CB1 und CB3.The two-wire lines ZL1, ZL2, ZLg form generalized communication links (short connections K1, K2, Kg) between the switches CB1 and CB2 as well as CB1 and CB3.
Zur Prüfung der Integrität der Verbindungen K1, K2, Kg gibt jeder nachgeordnete Schalter CB2, CB3 seine Identifikation ID2, ID3 in zyklischen Abständen auf seine Verbindung K1, Kg bzw. K2, Kg. Dies erfolgt in vorgegebenen Zeitfenstern in Form einer seriellen Bitfolge BID2, BID3 (praktisch als Pulsmuster), in der die jeweilige Identifikation ID2, ID3 codiert enthalten ist. Die Bitfolgen BID2, BID3 sind jeweils aus mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Bits gebildet, in der Figur aus jeweils drei Bits. Die Bitfolgen BID2, BID3 unterscheiden sich deutlich von dem Signal S.To check the integrity of the connections K1, K2, Kg, each downstream switch CB2, CB3 gives its identification ID2, ID3 at cyclic intervals to its connection K1, Kg or K2, Kg. This takes place in predetermined time windows in the form of a serial bit sequence BID2, BID3 (practically as a pulse pattern) in which the respective identification ID2, ID3 is encoded. The bit sequences BID2, BID3 are each formed from a plurality of temporally consecutive bits, in each case three bits. The bit sequences BID2, BID3 differ significantly from the signal S.
Bei Ausbleiben einer Bitfolge BID2 oder BID3 liegt eine Störung der zugehörigen Verbindung K1, Kg bzw. K2, Kg vor. Die Störung wird entsprechend (auf bekannte Weise) signalisiert, um behoben zu werden.If there is no bit sequence BID2 or BID3 there is a fault in the associated connection K1, Kg or K2, Kg. The fault is signaled accordingly (in known manner) to be corrected.
Die Integrität der Verbindungen K1, K2, Kg kann von allen nachgeordneten Schaltern CB2, CB3 zu allen übergeordneten Schaltern CB1 durchgängig überprüft werden. Fehlerhafte Verbindungen K1, Kg; K2, Kg können eindeutig identifiziert werden.The integrity of the connections K1, K2, Kg can be checked continuously by all downstream switches CB2, CB3 to all higher-level switches CB1. Faulty connections K1, Kg; K2, Kg can be clearly identified.
Zur Prüfung werden hier vorteilhafterweise die bereits vorhandenen ZSI-Verbindungen K1, K2, Kg in Form von Zweidrahtleitungen ZL1, ZL2, ZLg verwendet, die Prüfung kann aber auch über zusätzliche Verbindungen z. B. in Form von Bus-Verbindungen und dergleichen ausgeführt werden.For testing, the existing ZSI connections K1, K2, Kg in the form of two-wire lines ZL1, ZL2, ZLg are advantageously used here, but the test can also be carried out via additional connections z. B. in the form of bus connections and the like.
Bei einer weiteren Ausführung schickt jeder nachgeordnete Schalter CB2, CB3 seine Bitfolge BID2, BID3 an den vorgeordneten Schalter CB1 und der vorgeordnete Schalter CB1 leitet die Bitfolge BID2, BID3 an eine übergeordnete Einheit weiter, welche prüft, ob eine BID2, BID3 ausbleibt. Die übergeordnete Einheit signalisiert bei Ausbleiben einer Bitfolge BID2, BID3 eine Störung.In a further embodiment, each downstream switch CB2, CB3 sends its bit sequence BID2, BID3 to the upstream switch CB1, and the upstream switch CB1 forwards the bit sequence BID2, BID3 to a higher-level unit which checks whether a BID2, BID3 is missing. The higher-level unit signals a fault in the absence of a bit sequence BID2, BID3.
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