DE102017101378A1

DE102017101378A1 - Stromkreisschutzsytem

Info

Publication number: DE102017101378A1
Application number: DE102017101378.4A
Authority: DE
Inventors: Yoshikiyo Tanabe; Masaru Kino; Yoshiki Hashimoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP6333869B2; CN106998055A; JP2017135780A; DE102017101378B4; CN106998055B; US10186391B2; US20170213678A1

Abstract

Das Stromkreisschutzsystem der vorliegenden Erfindung ist mit einem Ausgabegerät, das Ausgangssignale ausgibt, Steuergeräten, die von den Ausgangssignalen des Ausgabegeräts gesteuert werden, einer Stromversorgungseingangsklemme, die am Ausgabegerät, das für die Stromversorgung der Steuergeräte bestimmt ist, angebracht ist, einer Stromquelle, die die Stromversorgung für das Ausgabegerät bereitstellt und einen Erdungspol besitzt, einer Trennschaltung, die zwischen der Ausgangsklemme der Stromquelle und der Stromversorgungseingangsklemme des Ausgabegeräts angebracht ist, Schaltern, die zwischen der Trennschaltung und der Ausgangsklemme der Stromquelle angebracht sind, und einer Kurzschlussschaltung, die zwischen einer Stelle der Verbindung der Stromversorgungseingangsklemme mit der Trennschaltung und einem Erdungspol angebracht ist, ausgestattet und dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschaltung und die Kurzschlussschaltung nicht gleichzeitig schließen, und die Trennschaltung schließt und die Kurzschlussschaltung öffnet, wenn die Schalter schließen, und die Trennschaltung öffnet und die Kurzschlussschaltung schließt, wenn die Schalter öffnen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Stromkreisschutzsystem, insbesondere um ein solches, das mit einem Mittel versehen ist, das Steuergeräte in einer Schaltung, in der eine Stromquelle für den Betrieb der Steuergeräte beim Vorliegen von Sicherheitsbedingungen wie Not-OFF, Servo-OFF usw. abgetrennt wird, von der Stromversorgung trennt, wenn eine Störung in Form eines Kurzschlusses zwischen der Betriebs- und der Dauerstromversorgung auftritt, und die Störung nachweist.
2. Erläuterung der relevanten Technik
Um eine Arbeitsstromversorgung für Steuergeräte sicher abzutrennen, wird eine Schaltung verwendet, in der für die Trennung ein Doppelkontakt verwendet wird. Wenn sich bei dieser Lösung im Bereich hinter dem Doppelkontakt ein Kurzschluss zwischen einer anderen Stromversorgung (einer Stromversorgung, die nicht mit dem Doppelkontakt abgetrennt wird) und der Arbeitsstromversorgung ereignet, erfolgt auch bei Trennung durch den Doppelkontakt eine Stromversorgung durch die Arbeitsstromversorgung. Ein Kurzschluss zwischen den Stromversorgungen lässt sich zwar durch eine Überwachung der Spannung erkennen, ist aber gefährlich, da die Stromversorgungen nicht abgetrennt werden können.
1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen Gerätesteuerungssystems 1000. Eine Stromquellenausgangsklemme 41 einer Stromquelle 4 ist sowohl mit einer Leitung L1 an eine Dauerstromversorgungsklemme 32 als auch mit einer Leitung L2 an eine Stromversorgungseingangsklemme 3 eines Ausgabegeräts 1 angeschlossen. Dadurch wird das Ausgabegerät 1 von der Stromquelle 4 mit Strom (z.B. 24[V]) versorgt. Zwischen der Stromquellenausgangsklemme 41 und der Dauerstromversorgungsklemme 32 ist ein Schutzschalter (Breaker) QF1 und zwischen der Stromquellenausgangsklemme 41 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 sind ein Schutzschalter (Breaker) QF2 und ein Doppelschalter KM1, KM2 angebracht. Im Übrigen liegt eine zur Stromquellenausgangsklemme 41 unterschiedliche Klemme 42 der Stromquelle 4 an Erde.
Das Schließen und Öffnen des Schalters KM1 wird von einer ersten Spule 71 bewirkt, die auf Signale von einer Ausgangsklemme DO einer ersten CPU 61 hin tätig wird. Das Schließen und Öffnen des Schalters KM2 wird von einer zweiten Spule 72 bewirkt, die auf Signale von einer Ausgangsklemme DO einer zweiten CPU 62 hin tätig wird. Im Übrigen wird das Schließen und Öffnen der Kontakte eines elektromagnetischen Schalters 200, der zwischen einer Servo-Stromquelle 100 und einem Servo-Verstärker 300 angebracht ist, auch von der ersten und zweiten Spule 71, 72 bewirkt.
Wenn bei dem Gerätesteuerungssystem 1000, das 1 zeigt, im Bereich hinter dem Doppelschalter KM1, KM2 ein Kurzschluss zwischen der nicht durch den Doppelkontakt abgetrennten Dauerstromversorgungsklemme 32 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 auftritt, wird die Stromversorgungseingangsklemme 3, die für die Arbeitsstromversorgung da ist, auch bei Trennung durch den Doppelschalter KM1, KM2 von der Dauerstromversorgungsklemme 32 mit Strom versorgt.
Der Kurzschluss zwischen der Dauerstromversorgungsklemme 32 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 wird ausführlich erläutert. In dem Beispiel, das 2 zeigt, sind ein erstes Steuergerät 21 und ein zweites Steuergerät 22 auf korrekte Weise mit Leitungen an das Ausgabegerät 1 angeschlossen. In dem Beispiel verzweigen sich die Dauerstromversorgungsklemme 32 und die Stromversorgungseingangsklemme 3 in einer Abzweigklemmenleiste in mehrere Klemmen, über die das erste Steuergerät 21 und das zweite Steuergerät 22 angeschlossen sind. Vorliegend sind im Inneren des ersten Steuergeräts 21 zwei an der Stromversorgungseingangsklemme 3 hängende Klemmen durch einen Leiter 210 verbunden.
In dem Beispiel, das 3 zeigt, sind das erste Steuergerät 21 und das zweite Steuergerät 22 fehlerhaft mit Leitungen an das Ausgabegerät 1 angeschlossen. In dem Beispiel besteht der Anschlussfehler darin, dass die eine der Klemmen, mit denen der im ersten Steuergerät 21 befindliche Leiter 210 verbunden ist, wie mit der gestrichelten Linie gezeigt an der Dauerstromversorgungsklemme 32 hängt, während die andere Klemme an der Stromversorgungseingangsklemme 3 hängt. Es besteht die Gefahr, dass es auf diese Weise durch Anschlussfehler zu Kurzschlüssen zwischen der Dauerstromversorgungsklemme 32 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 kommt.
Ein solcher Kurzschluss zwischen den Stromversorgungen lässt sich als Abweichung vom Normalfall erkennen, wenn die Spannung an der Stromversorgungseingangsklemme 3 dadurch überwacht wird, dass eine Eingangsklemme DI der ersten CPU 61 wie in 1 gezeigt mit der Leitung L2 verbunden wird. Trotzdem besteht aber das Problem, dass der Kurzschluss zwischen der Dauerstromversorgungsklemme 32 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 nicht aufgehoben werden kann. Denn bei einem Kurzschluss liegen auch dann, wenn beide Schalter KM1, KM2 OFF sind, 24[V] an der Stromversorgungseingangsklemme (OUTP) 3, ohne dass die Möglichkeit besteht, die Stromversorgungseingangsklemme 3 von der Stromquelle zu trennen.
Im Übrigen sind Stromkreisschutzschalter bekannt, die einen Stromkreis auftrennen, wenn etwas Ungewöhnliches eintritt (siehe z.B. die Veröffentlichung der Patentoffenlegung 2011-016391, im Folgenden als "Patentdokument 1" bezeichnet). Im Patentdokument 1 wird ein Stromkreisschutzschalter offenbart, der mit dem Problem behaftet ist, dass zur Steuerung der Schaltung, aus der die Trennschaltung besteht, eine Halbleiterschaltung eingesetzt werden muss und zusätzlich eine Schaltung zum Nachweis von Störungen der Trennschaltung benötigt wird.
Überblick über die Erfindung
Bei herkömmlichen Stromkreisschutzschaltern besteht das Problem, dass zur Steuerung der Schaltung, aus der die Trennschaltung besteht, eine Halbleiterschaltung eingesetzt werden muss und zusätzlich eine Schaltung zum Nachweis von Störungen der Trennschaltung benötigt wird.
Das Stromkreisschutzsystem nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mit einem Ausgabegerät, das Ausgangssignale ausgibt, Steuergeräten, die von den Ausgangssignalen des Ausgabegeräts gesteuert werden, einer Stromversorgungseingangsklemme, die am Ausgabegerät, das für die Stromversorgung der Steuergeräte bestimmt ist, angebracht ist, einer Stromquelle, die die Stromversorgung für das Ausgabegerät bereitstellt und einen Erdungspol besitzt, einer Trennschaltung, die zwischen einer zum Erdungspol unterschiedlichen Ausgangsklemme der Stromquelle und der Stromversorgungseingangsklemme des Ausgabegeräts angebracht ist, Schaltern, die zwischen der Trennschaltung und der Ausgangsklemme der Stromquelle angebracht sind, und einer Kurzschlussschaltung, die zwischen einer Stelle der Verbindung der Stromversorgungseingangsklemme mit der Trennschaltung und einem Erdungspol angebracht ist, ausgestattet und dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschaltung und die Kurzschlussschaltung nicht gleichzeitig schließen und die Stromversorgung des Ausgabegeräts, wenn die Schalter schließen, dadurch erfolgt, dass die Trennschaltung schließt und die Kurzschlussschaltung öffnet, und, wenn die Schalter öffnen, dadurch abgetrennt wird, dass die Trennschaltung öffnet und die Kurzschlussschaltung schließt, und dass durch die Kurzschlussschaltung auch dann keine Stromversorgung des Ausgabegeräts zustande kommt, wenn die Ausgangsklemme der Stromquelle fälschlicherweise mit der Stromversorgungseingangsklemme kurzgeschlossen wird.
Vereinfachte Erläuterung der Figuren
Die Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Erläuterung von Ausführungsformen anhand beigefügter Figuren weiter verdeutlicht. In den beigefügten Figuren zeigt
1 den Aufbau eines herkömmlichen Gerätesteuerungssystems,
2 einen Verdrahtungsplan für einen Fall, in dem Steuergeräte korrekt mit Leitungen an ein herkömmliches Ausgabegerät angeschlossen sind,
3 einen Verdrahtungsplan für einen Fall, in dem Steuergeräte fehlerhaft mit Leitungen an ein herkömmliches Ausgabegerät angeschlossen sind,
4 den Aufbau eines Stromkreisschutzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
5 den Aufbau eines Ausgabegeräts in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, das Ausgänge vom Stromausgabetyp besitzt,
6 den Aufbau eines Ausgabegeräts in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, das Ausgänge vom Stromeingabetyp besitzt,
7 ein Diagramm für den zeitlichen Ablauf des Betriebs von Sicherheitsrelais, Ruhekontakt, und Arbeitskontakt in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
8 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs von Ruhekontakt und Arbeitskontakt in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass das Sicherheitsrelais OFF ist,
9 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs von Ruhekontakt und Arbeitskontakt in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass das Sicherheitsrelais ON ist,
10 die Route, entlang der der Strom in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung fließt, wenn eine Dauerstromversorgungsklemme und eine Stromversorgungseingangsklemme kurzschließen,
11 den Aufbau eines Stromkreisschutzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung,
12 eine Tabelle, in der der Zusammenhang zwischen Zustandsüberwachungssignalen und Prüfergebnissen für ungewöhnliche Zustände in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, und
13 den Aufbau eines Stromkreisschutzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Erläuterung
Im Folgenden wird das Stromkreisschutzsystem der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren erläutert.
[Ausführungsbeispiel 1]
Zunächst wird ein Stromkreisschutzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung erläutert. 4 zeigt eine Darstellung des Aufbaus des Stromkreisschutzsystems gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Das Stromkreisschutzsystem 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist mit einem Ausgabegerät 1, einem Steuergerät 2, einer Stromversorgungseingangsklemme 3, einer Stromquelle 4, einer Trennschaltung (KA1-2), einem Schutzschalter (QF2) und einer Kurzschlussschaltung (KA1-1) ausgestattet.
Das Ausgabegerät 1 gibt Ausgangssignale an das Steuergerät 2 aus. Außerdem ist das Ausgabegerät 1 mit der Stromversorgungseingangsklemme 3, einer Dauerstromversorgungsklemme 32 und einem Erdungspol (0[V]) versehen. Die Dauerstromversorgungsklemme 32 stellt eine aus der Stromquelle 4 gespeiste Dauerstromversorgung mit z.B. 24 [V] bereit und wird als Stromquelle für das Ausgabegerät und ein Netzwerk genutzt. Die Stromversorgungseingangsklemme 3 stellt die Arbeitsstromversorgung für das Steuergerät 2 bereit. Für die Stromversorgungseingangsklemme 3 wird auch die Bezeichnung "OUTP" verwendet.
5 zeigt ein Beispiel für ein Ausgabegerät, das Ausgänge vom Stromausgabetyp besitzt. Ein Ausgabegerät 1A mit Ausgängen vom Stromausgabetyp besitzt mehrere (z.B. n) an ein Netzwerk 80 angeschlossene Transistoren Tr11, Tr12, ... Tr1n und steuert mehrere (z.B. n) an die Emitter der jeweiligen Transistoren angeschlossene Steuergeräte, wobei das erste Steuergerät 21, die zweite Steuergerät 22, ... und das n-te Steuergerät 2n ist.
6 zeigt ein Beispiel für ein Ausgabegerät, das Ausgänge vom Stromeingabetyp besitzt. Ein Ausgabegerät 1B mit Ausgängen vom Stromeingabetyp besitzt mehrere (z.B. n) an ein Netzwerk 80 angeschlossene Transistoren Tr21, Tr22, ... Tr2n und steuert mehrere (z.B. n) an die Kollektoren der jeweiligen Transistoren angeschlossene Steuergeräte, wobei das erste Steuergerät 21, die zweite Steuergerät 22, ... und das n-te Steuergerät 2n ist.
Bei den in den 5 und 6 als Beispiele gebrachten Ausgabegeräten 1A, 1B werden Transistoren verwendet, es können aber auch andere Ausgabe-Module verwendet werden, die mit einem Netzwerk verbunden sind. Als Steuergeräte 21 bis 2n können Relais, elektromagnetische Schalter, Magnetventile, I/O-Geräte, Peripheriegeräte usw. verwendet werden. Im Übrigen muss in den 5 und 6 die Arbeitsstromversorgung bei Servo-OFF abgetrennt werden, damit die Steuergeräte 21 bis 2n nicht ungewollt eingeschaltet werden.
In 4 wird das Steuergerät 2 durch Ausgangssignale des Ausgabegeräts 1 gesteuert. Das in 4 gezeigte Beispiel ist nur mit einem Steuergerät 2 ausgestattet; dieses Beispiel stellt keine Beschränkung dar, wie die 5 und 6 zeigen, können mehrere Steuergeräte zur Ausstattung gehören.
Für die Stromversorgung des Steuergeräts 2 ist das Ausgabegerät 1 mit der Stromversorgungseingangsklemme 3 ausgestattet.
Die Stromquelle 4 stellt die Stromversorgung für das Ausgabegerät 1 bereit und besitzt eine Klemme 42, die an einen Erdungspol angeschlossen ist. Als Versorgungsspannung der Stromquelle können z.B. 24 [V] eingestellt sein; aber dieses Beispiel stellt keine Beschränkung dar, es kann auch eine andere Spannung benutzt werden.
Die Trennschaltung (KA1-2) wird zwischen einer zur Klemme 42 unterschiedlichen Ausgangsklemme 41 der Stromquelle 4 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 des Ausgabegeräts 1 angebracht. Die Trennschaltung (KA1-2) ist ein Arbeitskontakt (Normally Open), der von einem Sicherheitsrelais KA1 gesteuert öffnet und schließt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Sicherheitsrelais als Beispiel angeführt, aber es können auch andere Schalter (z.B. Relais, elektromagnetische Schalter usw.) verwendet werden.
Der Schutzschalter (Breaker) QF2 ist zwischen Schaltern (KM1, KM2) und der Stromquellenausgangsklemme 41 angebracht.
Die Kurzschlussschaltung (KA1-1) ist zwischen einem Punkt P des Anschlusses der Trennschaltung (KA1-2) an der Stromversorgungseingangsklemme 3 und einem Erdungspol angebracht. Die Kurzschlussschaltung (KA1-1) ist ein Ruhekontakt (Normally Close), der von dem Sicherheitsrelais KA1 gesteuert öffnet und schließt. Das Öffnen und Schließen der Trennschaltung (KA1-2) und der Kurzschlussschaltung (KA1-1) wird von dem Sicherheitsrelais KA1 so gesteuert, dass beide nicht gleichzeitig schließen. Das Sicherheitsrelais KA1, die Kurzschlussschaltung (KA1-1) und die Trennschaltung (KA1-2) bilden einen Stromkreisschutzschalter 5.
Wenn die Schalter (KM1, KM2) schließen, erfolgt die Stromversorgung des Ausgabegeräts 1 dadurch, dass die Trennschaltung (KA1-2) geschlossen und die Kurzschlussschaltung (KA1-1) geöffnet wird.
Wenn die Schalter (KM1, KM2) öffnen, wird das Ausgabegerät 1 dadurch von der Stromversorgung getrennt, dass die Trennschaltung (KA1-2) geöffnet und die Kurzschlussschaltung (KA1-1) geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, dass auch dann, wenn die Stromquellenausgangsklemme 41 fälschlicherweise mit der Stromversorgungseingangsklemme 3 kurzgeschlossen wird, dank der Kurzschlussschaltung (KA1-1) keine Stromversorgung des Ausgabegeräts zustande kommt.
Die Stromquellenausgangsklemme 41 der Stromquelle 4 ist sowohl mit einer Leitung L1 an der Dauerstromversorgungsklemme 32 als auch mit einer Leitung L2 an der Stromversorgungseingangsklemme 3 des Ausgabegeräts 1 angeschlossen. Dadurch wird das Ausgabegerät 1 von der Stromquelle 4 mit Strom (z.B. 24[V]) versorgt. Zwischen der Stromquellenausgangsklemme 41 und der Dauerstromversorgungsklemme 32 ist ein Schutzschalter (Breaker) QF1 und zwischen der Stromquellenausgangsklemme 41 und der Stromversorgungseingangsklemme 3 sind ein Schutzschalter (Breaker) QF2 und zwei Schalter (Hilfskontakte) KM1, KM2 angebracht. Im Übrigen ist die zur Stromquellenausgangsklemme 41 unterschiedliche Klemme 42 der Stromquelle 4 an einen Erdungspol (0[V]) angeschlossen.
Das Schließen und Öffnen des Schalters KM1 wird von einer ersten Spule 71 bewirkt, die auf Signale von einer Ausgangsklemme DO einer ersten CPU 61 hin tätig wird. Das Schließen und Öffnen des Schalters KM2 wird von einer zweiten Spule 72 bewirkt, die auf Signale von einer Ausgangsklemme DO einer zweiten CPU 62 hin tätig wird. Im Übrigen wird das Schließen und Öffnen der Kontakte (Hauptkontakte) eines elektromagnetischen Schalters 200, der zwischen einer Servo-Stromquelle 100 und einem Servo-Verstärker 300 angebracht ist, auch von der ersten CPU61 und der zweiten CPU62 gesteuert. Der Zustand des elektromagnetischen Schalters 200 wird dadurch überwacht, dass mit den Hauptkontakten gekoppelte Ruhekontakte an den Eingangsklemmen DI der ersten CPU61 und der zweiten CPU62 überwacht werden. Die Hauptkontakte des elektromagnetischen Schalters 200, die Schalter (Hilfskontakte) KM1, KM2 und die Ruhekontakte (Monitore) bewegen sich gekoppelt aufgrund von Signalen an die erste und zweite Bedienspule 71, 72.
Als Nächstes wird der Betrieb des Sicherheitsrelais anhand des in 7 dargestellten zeitlichen Ablaufs erläutert. Zunächst wird angenommen, dass bis zur Zeit t₁ das Sicherheitsrelais KA1 OFF, die Kurzschlussschaltung (KA1-1) geschlossen und die Trennschaltung (KA1-2) offen ist.
Als Erstes wird der Betrieb für den Fall erläutert, dass das Sicherheitsrelais KA1 von OFF nach ON umgeschaltet wird. Wenn das Sicherheitsrelais KA1 zum Zeitpunkt t₁ auf ON geschaltet wird, bleibt bis zur Zeit t₂ die Kurzschlussschaltung (KA1-1) geschlossen und die Trennschaltung (KA1-2) offen.
Dann wird die Kurzschlussschaltung (KA1-1) zum Zeitpunkt t₂ geöffnet. Dadurch sind sowohl die Kurzschlussschaltung (KA1-1) als auch die Trennschaltung (KA1-2) offen.
Zum Zeitpunkt t₃ ist dann die Kurzschlussschaltung (KA1-1) offen und die Trennschaltung (KA1-2) geschlossen.
Auf diese Weise wird erreicht, dass KA1-1 (Ruhekontakt) und KA1-2 (Arbeitskontakt) in der Phase, in der das Sicherheitsrelais KA1 von OFF nach ON wechselt, nicht gleichzeitig geschlossen sind.
Als Nächstes wird der Betrieb für den Fall erläutert, dass das Sicherheitsrelais KA1 von ON nach OFF umgeschaltet wird. Wenn das Sicherheitsrelais KA1 zum Zeitpunkt t₄ von ON nach OFF umgeschaltet wird, bleibt bis zur Zeit t₅ die Kurzschlussschaltung (KA1-1) offen und die Trennschaltung (KA1-2) geschlossen.
Dann wird die Trennschaltung (KA1-2) zum Zeitpunkt t₅ geöffnet. Dadurch sind sowohl die Kurzschlussschaltung (KA1-1) als auch die Trennschaltung (KA1-2) offen.
Zum Zeitpunkt t₆ ist dann die Kurzschlussschaltung (KA1-1) geschlossen und die Trennschaltung (KA1-2) offen.
Auf diese Weise wird erreicht, dass KA1-1 (Ruhekontakt) und KA1-2 (Arbeitskontakt) in der Phase, in der das Sicherheitsrelais KA1 von ON nach OFF wechselt, nicht gleichzeitig geschlossen sind.
Als Nächstes wird der Mechanismus für den Betrieb des Sicherheitsrelais KA1 erläutert. 8 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Ruhekontakts KA1-1 und des Arbeitskontakts KA1-2 in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass das Sicherheitsrelais KA1 OFF ist. Der Arbeitskontakt KA1-2 besitzt einen beweglichen Kontakt P1 und einen festen Kontakt P2. Wenn das Sicherheitsrelais KA1 OFF ist, entsteht ein Kontaktabstand zwischen den Kontakten P1 und P2 und der Arbeitskontakt KA1-2 ist offen.
Andererseits besitzt der Ruhekontakt KA1-1 einen festen Kontakt P3 und einen beweglichen Kontakt P4. Wenn das Sicherheitsrelais KA1 OFF ist, berühren sich die Kontakte P3 und P4 und der Ruhekontakt KA1-1 ist geschlossen. Im Übrigen sind die beweglichen Kontakte P1 und P4 durch ein Verbindungsteil C für bewegliche Kontakte miteinander verbunden.
Als Nächstes wird der Betrieb für den Fall erläutert, dass das Sicherheitsrelais KA1 ON ist. 9 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Ruhekontakts und des Arbeitskontakts in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass das Sicherheitsrelais ON ist. Wenn das Sicherheitsrelais KA1 ON ist, berühren sich die Kontakte P1 und P2 und der Arbeitskontakt KA1-2 ist geschlossen.
Andererseits entsteht, wenn das Sicherheitsrelais KA1 ON ist, ein Kontaktabstand zwischen den Kontakten P3 und P4 und der Ruhekontakt KA1-1 ist offen.
Hierbei sind die einzelnen Kontakte so aufgebaut, dass zwischen den Kontakten P1 und P2 und zwischen den Kontakten P3 und P4 jeweils ein Spalt entsteht und die beweglichen Kontakte P1 und P4 durch das Verbindungsteil C für bewegliche Kontakte miteinander verbunden sind. Dadurch wird in dem Moment, in dem sich die beweglichen Kontakte P1 und P4 bewegen, ein Zustand erreicht, in dem kein Kontakt einen anderen berührt, so dass es nicht vorkommen kann, dass sowohl der Ruhekontakt KA1-2 als auch der Arbeitskontakt KA1-1 geschlossen sind.
Wie oben beschrieben können in einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung die Trennschaltung (KA1-2) und die Kurzschlussschaltung (KA1-1) jeweils als Relaiskontakt ausgebildet werden. Weiter kann die Trennschaltung (KA1-2) als ein Arbeitskontakt und die Kurzschlussschaltung (KA1-1) als ein Ruhekontakt ausgebildet werden. Außerdem sind der Arbeitskontakt und der Ruhekontakt wie in den 8 und 9 gezeigt mechanisch miteinander verbunden; durch die mechanische Verbindung wird erreicht, dass der Arbeitskontakt und der Ruhekontakt nicht gleichzeitig geschlossen sind.
Hierbei kann an der Stromquellenausgangsklemme 41 ein Schutzschalter angebracht werden, der den Ausgang abtrennt, wenn ein Strom mit einer Stärke über einem im Voraus festgelegten Wert fließt. 10 zeigt die Route, entlang der der Strom im Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung fließt, wenn die Dauerstromversorgungsklemme und die Stromversorgungseingangsklemme kurzschließen. In 10 ist die Route, entlang der der Strom fließt, wenn die Dauerstromversorgungsklemme 32 und die Stromversorgungseingangsklemme 3 kurzschließen, mit einer gestrichelten Pfeillinie angezeigt.
Wegen der Kurzschlussschaltung KA1-1 ist die Stromquelle 4 kurzgeschlossen, so dass der Breaker QF1 auslöst. Durch die Verwendung eines schnell trennenden Schutzschalters (z.B. eines elektronischen Schutzschalters) als Breaker QF1 kann der Kurzschlussstrom begrenzt und die Belastung des Ruhekontakts reduziert werden.
Auf diese Weise kann auch dann, wenn die Stromquellenausgangsklemme fälschlicherweise mit der Stromversorgungseingangsklemme kurzgeschlossen wird, die Ausgabe der Stromquellenausgangsklemme abgesperrt werden, indem der Schutzschalter den durch den Kurzschluss der Stromquellenausgangsklemme verursachten Überstrom erkennt.
Mit einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung kann wie oben beschrieben auch bei einem Kurzschluss der Stromversorgung verhindert werden, dass eine Stromversorgung stattfindet, indem die auf der Kopplung der Kontakte des Sicherheitsrelais basierende Eigenschaft, dass der Arbeitskontakt und der Ruhekontakt nicht gleichzeitig ON sind, dazu genutzt wird, dass die Ausgabe der Stromquelle am Ruhekontakt kurzgeschlossen wird, während die Stromversorgung OFF ist.
[Ausführungsbeispiel 2]
Als Nächstes wird ein Stromkreisschutzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung erläutert. 11 zeigt den Aufbau des Stromkreisschutzsystems gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Das Stromkreisschutzsystem 102 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Stromkreisschutzsystem 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung dadurch, dass in die erste CPU61 und die zweite CPU62 des Stromkreisschutzsystems 102 mehrere Eingangssignale (SFDI1, SFDI2) eingegeben werden und die Spannung an der Stromversorgungseingangsklemme 3 des Ausgabegeräts 1 und die Zustände der Trennschaltung KA1-2 und der Kurzschlussschaltung KA1-1 mit Hilfe der in die erste CPU61 und die zweite CPU62 eingegebenen Signale überwacht werden und eine ungewöhnliche Bedingung gemeldet wird, wenn die erste CPU61 und die zweite CPU62 eine ungewöhnliche Spannung der Stromversorgungseingangsklemme 3 oder ungewöhnliche Zustände der Trennschaltung KA1-2 und der Kurzschlussschaltung KA1-1 erkennen. Der sonstige Aufbau des Stromkreisschutzsystems 102 gemäß Ausführungsbeispiel 2 ist gleich wie bei dem Stromkreisschutzsystem 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1, weshalb auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet wird.
Wie 11 zeigt, ist im Stromkreisschutzschalter 51 ein Kontakt KA1-3 angebracht, der mit einem Ende an eine Stromquelle 24[V] angeschlossen ist. Der Kontakt KA1-3 wird vom Sicherheitsrelais KA1 gesteuert. Durch den Kontakt KA1-3 erhält die erste CPU61 ein Signal SFDI1, mit dem der Zustand des Sicherheitsrelais KA1 überwacht wird.
Die Spannung an der Stromversorgungseingangsklemme 3 (OUTP) des Ausgabegeräts 1 wird als SFDI2 von der zweiten CPU62 überwacht.
Mit dem Eingangssignal SFDI1 der ersten CPU61, dem Eingangssignal SFDI2 der zweiten CPU62, der Spannung an der Stromversorgungseingangsklemme 3 (OUTP) und dem ON/OFF-Zustand des Sicherheitsrelais KA1, wie sie oben beschrieben sind, kann geprüft werden, ob der Trennschalter 51 in Ordnung ist oder nicht. 12 zeigt Beispiele für die verschiedenen Zustände dieser Anordnung und die Ergebnisse der Prüfung, ob etwas Ungewöhnliches vorliegt oder nicht.
Z.B. ist, wenn im Fall, dass KM1 und KM2 beide OFF sind, SFDI1 ON, SFDI2 ON, OUTP 0[V] und KA1 OFF sind, das Ergebnis, dass das Stromkreisschutzsystem 102 in Ordnung ist. Weiter ist, wenn im Fall, dass KM1 und KM2 beide ON sind, SFDI1 OFF, SFDI2 OFF, OUTP 24[V] und KA1 ON sind, das Ergebnis, dass das Stromkreisschutzsystem 102 in Ordnung ist.
Andererseits ist, wenn SFDI1 ON, SFDI2 OFF, OUTP 24[V] und KA1 OFF sind, unabhängig davon, ob KM1 und KM2 ON oder OFF sind, das Ergebnis, dass das Stromkreisschutzsystem 102 nicht in Ordnung ist, da OUTP 0[V] sein müsste, wenn es in Ordnung wäre. Weiter ist, wenn SFDI1 OFF, SFDI2 ON, OUTP 0[V] und KA1 ON sind, unabhängig davon, ob KM1 und KM2 ON oder OFF sind, das Ergebnis, dass das Stromkreisschutzsystem 102 nicht in Ordnung ist, da OUTP 24[V] sein müsste, wenn es in Ordnung wäre.
Mit einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung können ungewöhnliche Zustände der Schaltung wie oben beschrieben durch die Überwachung der Klemmenspannungen des Stromkreisschutzschalters und des Ausgabegeräts nachgewiesen werden.
[Ausführungsbeispiel 3]
Als Nächstes wird ein Stromkreisschutzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung erläutert. 13 zeigt den Aufbau des Stromkreisschutzsystems gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Das Stromkreisschutzsystem 103 gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Stromkreisschutzsystem 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung dadurch, dass die Trennschaltung KA1-2 einen oder mehr in Reihe geschaltete Trennschaltungsteile KA1-4 und die Kurzschlussschaltung KA1-1 einen oder mehr parallel geschaltete Kurzschlusschaltungsteile KA1-3 besitzt und dass der oder die Trennschaltungsteile KA1-4 genauso wie die Trennschaltung KA1-2 und der oder die Kurzschlussschaltungsteile KA1-3 genauso wie die Kurzschlussschaltung KA1-1 öffnen und schließen. Der sonstige Aufbau des Stromkreisschutzsystems 103 gemäß Ausführungsbeispiel 3 ist gleich wie bei dem Stromkreisschutzsystem 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1, weshalb auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet wird.
Da als Sicherheitsrelais KA1 ein aus mehreren Kontakten bestehendes Relais benutzt werden kann, kann der Trennschalter 52 wie in 13 gezeigt leicht realisiert werden. Im Übrigen sind in dem in 13 gezeigten Beispiel im Stromkreisschutzschalter 52 für die Trennschaltung zwei Kontakte in Reihe geschaltet; aber dieses Beispiel stellt keine Beschränkung dar, es können auch 3 und mehr Kontakte in Reihe geschaltet werden. Weiter sind in dem in 13 gezeigten Beispiel für die Kurzschlussschaltung zwei Kontakte parallel geschaltet, aber dieses Beispiel stellt keine Beschränkung dar, es können auch 3 und mehr Kontakte parallel geschaltet werden.
Durch die Anbringung von einem oder mehr mit der Trennschaltung in Reihe geschalteten Trennschaltungsteilen können die Schäden durch die mit dem Öffnen und Schließen der Kontakte verbundenen Lichtbogenentladungen verringert und die Lebensdauer der Kontakte verlängert werden. Weiter kann durch die Anbringung von einem oder mehr mit der Kurzschlussschaltung parallel geschalteten Kurzschlussschaltungsteilen eine Kurzschlussschaltung in Funktion bleiben, wenn bei einer anderen Kurzschlussschaltung durch die Anhaftung von Fremdkörpern usw. ein Funktionsfehler auftritt. Folglich lassen sich mit einem Stromkreisschutzsystem gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung erhöhte Redundanz, erhöhte Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer der Kontakte planen.
Mit einem Stromkreisschutzsystem gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann auch bei einem Kurzschluss der Stromversorgung verhindert werden, dass eine Stromversorgung stattfindet, indem die auf der Kopplung der Kontakte des Sicherheitsrelais basierende Eigenschaft, dass der Arbeitskontakt und der Ruhekontakt nicht gleichzeitig ON sind, dazu genutzt wird, dass die Ausgabe der Stromquelle am Ruhekontakt kurzgeschlossen wird, während die Stromversorgung OFF ist. Außerdem kann im Fall einer ON/OFF gesteuerten Stromversorgungsausgabe mit einer relativ einfachen Schaltung (ein Exemplar eines Sicherheitsrelais) bei einem Kurzschluss der Stromversorgung die Stromversorgung abgetrennt und der Kurzschluss nachgewiesen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

KA1 ON ist, ber [0053]

Claims

Stromkreisschutzsystem, das mit einem Ausgabegerät (1), das Ausgangssignale ausgibt, Steuergeräten (2), die von den genannten Ausgangssignalen des genannten Ausgabegeräts gesteuert werden, einer Stromversorgungseingangsklemme (3), die an dem genannten Ausgabegerät, das für die Stromversorgung der genannten Steuergeräte bestimmt ist, angebracht ist, einer Stromquelle (4), die die Stromversorgung für das genannte Ausgabegerät bereitstellt und einen Erdungspol besitzt, einer Trennschaltung (KA1-2), die zwischen einer zu dem genannten Erdungspol unterschiedlichen Ausgangsklemme (41) der genannten Stromquelle und der Stromversorgungseingangsklemme des genannten Ausgabegeräts angebracht ist, Schaltern (KM1, KM2), die zwischen der genannten Trennschaltung und der genannten Ausgangsklemme der Stromquelle angebracht sind, und einer Kurzschlussschaltung (KA1-1), die zwischen einer Stelle der Verbindung der genannten Stromversorgungseingangsklemme mit der genannten Trennschaltung und einem Erdungspol angebracht ist, ausgestattet und dadurch gekennzeichnet ist, dass die genannte Trennschaltung (KA1-2) und die genannte Kurzschlussschaltung (KA1-1) nicht gleichzeitig schließen, und die Stromversorgung des genannten Ausgabegeräts, wenn die genannten Schalter (KM1, KM2) schließen, dadurch erfolgt, dass die genannte Trennschaltung (KA1-2) geschlossen und die genannte Kurzschlussschaltung (KA1-1) geöffnet wird, und, wenn die genannten Schalter (KM1, KM2) öffnen, dadurch abgetrennt wird, dass die genannte Trennschaltung (KA1-2) öffnet und die genannte Kurzschlusschaltung (KA1-1) schließt, und dass durch die Kurzschlussschaltung auch dann keine Stromversorgung des genannten Ausgabegeräts zustande kommt, wenn die genannte Ausgangsklemme der Stromquelle fälschlicherweise mit der genannten Stromversorgungseingangsklemme kurzgeschlossen wird.
Stromkreisschutzsystem nach Anspruch 1, bei dem die genannte Trennschaltung (KA1-2) und die genannte Kurzschlussschaltung (KA1-1) beide Schalter sind, die genannte Trennschaltung (KA1-2) als ein Arbeitskontakt und die genannte Kurzschlussschaltung (KA1-1) als ein Ruhekontakt ausgebildet ist, der genannte Arbeitskontakt und der genannte Ruhekontakt mechanisch miteinander verbunden sind und durch die genannte mechanische Verbindung erreicht wird, dass der genannte Arbeitskontakt und der genannte Ruhekontakt nicht gleichzeitig geschlossen sind.
Stromkreisschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem an der genannten Ausgangsklemme (41) der Stromquelle ein Schutzschalter (QF1) angebracht ist, der den Ausgang abtrennt, wenn ein Strom mit einer Stärke über einem im Voraus festgelegten Wert fließt, und die Ausgabe der genannten Ausgangsklemme (41) der Stromquelle auch dann, wenn die genannte Ausgangsklemme der Stromquelle fälschlicherweise mit der genannten Stromversorgungseingangsklemme kurzgeschlossen wird, abgesperrt wird, indem der genannte Schutzschalter (QF1) den durch den Kurzschluss der genannten Ausgangsklemme der Stromquelle verursachten Überstrom erkennt.
Stromkreisschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das CPUs (61, 62) besitzt, in die mehrere Eingangssignale eingegeben werden, und bei dem die Spannung an der genannten Stromversorgungseingangsklemme (41) für die genannten Steuergeräte und die Zustände der genannten Trennschaltung (KA1-2) und der genannten Kurzschlussschaltung (KA1-1) mit Hilfe der in die genannten CPUs (61, 62) eingegebenen Signale überwacht werden und eine ungewöhnliche Bedingung gemeldet wird, wenn die genannten CPUs (61, 62) eine ungewöhnliche Spannung der genannten Stromversorgungseingangsklemme (41) oder ungewöhnliche Zustände der genannten Trennschaltung (KA1-2) und der genannten Kurzschlussschaltung (KA1-1) erkennen.
Stromkreisschutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die genannte Trennschaltung (KA1-2) einen oder mehr in Reihe geschaltete Trennschaltungsteile (KA1-4) besitzt, die Kurzschlussschaltung (KA1-1) einen oder mehr parallel geschaltete Kurzschlussschaltungsteile (KA1-3) besitzt und der oder die genannten Trennschaltungsteile genauso wie die genannte Trennschaltung und der oder die genannten Kurzschlussschaltungsteile genauso wie die genannte Kurzschlussschaltung öffnen und schließen.