DE19812882C2 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Leistungsschalters und Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energietechnik und be­ trifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Lei­ stungsschalters und ein Verfahren zum Betrieb einer Schal­ tungsanordnung.

Nach GROHMANN, W.; KOMMUTAT, G.; NIEBERGALL, H.: Neues, elek­ tronisches Schaltfehlerschutzgerät; Siemens Energietechnik 5, 1983, H. 2 S. 93-96, ist ein Schaltfehlerschutzgerät mit hoher Verfügbarkeit zur Ansteuerung eines Leistungsschalters bekannt. Das Schaltfehlerschutzgerät weist einen Kommandopfad auf, welcher der Weiterleitung von Schaltsignalen dient. Zur Anlagensteuerung vorgesehene Ausgabe- und Freigaberelais wer­ den von einem Mikrocomputer angesteuert. Zur Gewährleistung einer sicheren Funktionsfähigkeit werden die Ausgabe- und Freigaberelais ständig auf Ruhelage überwacht.

Nach DULLNI, E.; FINK, H.; HÖRNER, G.: Steuerung moderner Leistungsschalter: etz, 1995, H. 11, S. 8-14 ist eine Schutz- und Steuereinheit für einen Leistungsschalter bekannt, die als Unterbrecherelemente elektronische Halbleiterbausteine einsetzt. Die Ein- und Ausschaltkreise werden durch die Schutz- und Steuereinheit selbstdiagnostizierend überwacht.

Aus der Offenlegungsschrift DE 44 32 643 A1 ist es bekannt, einen Fehlerstromsschutzschalter hinsichtlich seiner Funk­ tionsfähigkeit zu überprüfen, wobei während der Überprüfung eine Abschaltung nachgeordneter Verbraucher vermieden wird.

Dazu sind zwei Unterbrecherelemente in Parallelschaltung vor­ gesehen. Ein Bypassschalter (erstes Unterbrecherelement) ist zu den Kontakten (zweites Unterbrecherelement) des Fehler­ stromschutzschalters parallel geschaltet. Bei einer Prüfung des Fehlerstromschutzschalters werden dessen Kontakte geöff­ net, nachdem der bis dahin offene Bypassschalter geschlossen worden ist. Die Bypasskontakte sind somit im Wechsel zu den Kontakten des Fehlerstromschutzschalters geöffnet.

Das Schalten eines Leistungsschalters erfolgt üblicherweise durch ein Betätigen eines elektromechanischen Schaltauslö­ sers, der mit einem Kommandopfad verbunden ist und über die­ sen Schaltsignale empfängt. Wenn die Betriebsbereitschaft des Leistungsschalters hergestellt ist, wird der Kommandopfad durch Schließen eines Freigaberelais geschlossen und das Schalten ermöglicht. Zur Verhinderung eines Schaltvorganges bei einem nicht betriebsbereiten Leistungsschalter wird der Kommandopfad durch das Freigaberelais gesperrt. Bei langen Betriebsphasen des Hochspannungsschalters, die mehrere Jahre betragen können, ist es möglich, daß das geschlossene Freiga­ berelais dauerhaft überbrückt und nicht mehr schaltbar ist. Ein möglicherweise notwendiges Auftrennen des Kommandopfades, das bei Betriebsstörungen erforderlich sein kann, ist nach­ folgend nicht mehr möglich, und dies kann zu Ausfällen des Leistungsschalters oder zu Unfällen führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die den Ausfall des Freigaberelais verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schal­ tungsanordnung zur Ansteuerung eines Leistungsschalters mit einem zur Weiterleitung von Schaltsignalen dienenden Kommandopfad, der zu einem Schaltauslöser führt, und mit einer Freigabeeinheit, die zur Unterbrechung des Kommandopfades vorgesehen ist, wobei die Freigabeeinheit zwei Unterbrecher­ elemente in Parallelschaltung zur unmittelbaren Trennung des Kommandopfades umfaßt, die bei Freigabe des Kommandopfades im Wechsel geöffnet sind.

Durch Verwendung von zwei parallelgeschalteten Unterbrecher­ elementen kann der Ausfall eines Unterbrecherelementes be­ reits im Betriebszustand, bei dem der Kommandopfad geschlos­ sen ist, erkannt werden. Dazu werden die beiden Unterbrecher­ elemente im Wechsel geöffnet und geschlossen. Bei Ausfall eines Unterbrecherelementes, z. B. bei dauerhaftem Kurz­ schluß, kann dies nach dem nächsten Wechsel erkannt werden. Dazu wird das Unterbrecherelement, das einen Öffnungsbefehl erhalten hat, auf Durchgang geprüft und bei ermitteltem Kurz­ schluß ausgetauscht. Außerdem wird der Auslöser durch die Freigabeeinheit blockiert und ein Warnsignal ausgegeben. Die Überprüfung der Unterbrecherelemente erfolgt vorzugsweise durch eine in die Freigabeeinheit integrierte Prüfeinheit. Das wechselseitige Öffnen und Schließen der Unterbrecherele­ mente verringert außerdem deren Betriebseinsatzzeit und ver­ mindert so die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß während der Freigabe jedes der Unterbre­ cherelemente erst dann geöffnet werden kann, wenn das jeweils andere Unterbrecherelement geschlossen ist.

Der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Wechseln der Schaltzustände der Unterbrecherelemente ist so bemessen, daß in regelmäßigen Abständen die Überprüfung der einzelnen Un­ terbrecherelemente erfolgen kann, ohne diese durch die Wech­ sel der Schaltzustände nennenswert zu belasten. Dabei werden die Unterbrecherelemente im Wechsel überlappend geschaltet. Das bedeutet, daß das zu öffnende erste Unterbrecherelement solange geschlossen bleibt, bis das andere Unterbrecherelement geschlossen ist. Erst danach wird das erste Unterbre­ cherelement geöffnet. Dadurch ist der Kommandopfad bei Be­ triebsbereitschaft des Leistungsschalters stets geschlossen. Gleichzeitig kann bei Betriebsbereitschaft die Funktionsfä­ higkeit der einzelnen Unterbrecherelemente regelmäßig über­ prüft werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterbrecherelemente elektronische Bau­ elemente, insbesondere Halbleiterelemente, sind.

Durch Verwendung der elektronischen Bauelemente werden die teuren und aufwendigen mechanischen Freigaberelais kostengün­ stig ersetzt. Gleichzeitig ist eine unmittelbare Ansteuerung und Integration der Unterbrecherelemente in elektronische oder digitale Steueranlagen möglich.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kommandopfad von einem Bussystem einer Steuereinheit über einen Signalumsetzer zu dem Auslöser führt, und daß der Signalumsetzer auf ein Schaltkommando hin ein Beaufschlagen des Schaltauslösers mit einer Steuerspan­ nung ermöglicht.

Die durch die Steuereinheit erkannten Schaltkommandos werden über das Bussystem an den Signalumsetzer weitergeleitet und dort in eine Steuerspannung umgesetzt. Bei Freigabe des Kom­ mandopfades wird nachfolgend durch Beaufschlagen des Schaltauslösers mit der Steuerspannung der Schaltvorgang aus­ gelöst. Der Signalumsetzer dient somit der Umsetzung von energiearmen, beispielsweise digitalen, Schaltkommandos in energiereiche Schaltsignale, die unmittelbar einen Schalt­ vorgang des Schaltauslösers bewirken.

Ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Zeit­ abständen das bis dahin geschlossene Unterbrecherelement ge­ öffnet wird, nachdem das bis dahin offene Unterbrecherelement geschlossen worden ist.

Das überlappende Schalten sichert ein ständiges Freischalten des Kommandopfades bei gleichzeitig möglichem Überprüfen der Unterbrecherelemente.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert und in Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in verschiedenen Funktionszuständen der Freigabeeinheit und

Fig. 5 die mit einem Bussystem verknüpfte Schaltungsanord­ nung.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine erfindungsgemäße Schaltungs­ anordnung 2 zur Ansteuerung eines Leistungsschalters darge­ stellt, die eine zwei Funktionszustände aufweisende Freiga­ beeinheit 4 umfaßt, wobei der Funktionszustand der Kom­ mandopfadfreigabe in den Fig. 1 bis 3, der Funktionszu­ stand der Kommandopfadauftrennung in Fig. 4 dargestellt ist. Die Freigabeeinheit 4 ist in einem Kommandopfad 6 integriert, der durch die Freigabeeinheit 4 wahlweise freigeschaltet oder gesperrt werden kann. Die Freigabeeinheit 4 umfaßt ein erstes Unterbrecherelement 8 und ein zweites Unterbrecherelement 10, die zueinander parallelgeschaltet sind und von einer Freigabelogik 12 angesteuert werden. Durch die Freigabelogik 12 wird überprüft, ob der Leistungsschalter in einem betriebsbereiten Zustand ist. Sofern die Betriebsbereitschaft hergestellt ist, werden die Unterbrecherelemente 8 und 10 im Wechsel geschlossen und geöffnet. Bei einem derartigen Wechsel der Schaltzustände der Unterbrecherelemente 8 und 10 wird zunächst das noch offene Unterbrecherelement 8 geschlossen, bevor das bis dahin geschlossene Unterbrecher­ element 10 geöffnet wird. Bei einem erneuten Wechsel wird das nun offene Unterbrecherelement 10 geschlossen und nachfolgend das Unterbrecherelement 8 geöffnet. Der Ablauf eines Wechsels der Schaltzustände der Unterbrecherelemente 8 und 10 ist in seiner Reihenfolge den Fig. 1 bis 3 zu entnehmen. In all diesen Schaltzuständen der Unterbrecherelemente 8 und 10 ist der Kommandopfad 6 geschlossen. Die Freigabeeinheit 4 als ganzes ermöglicht somit ein Weiterleiten von Schaltkommandos zu einem Schaltauslöser 14, solange der Leistungsschalter betriebsbereit ist.

Bei nicht betriebsbereitem Leistungsschalter werden durch die Freigabelogik 12 die beiden Unterbrecherelemente 8 und 10 ge­ öffnet und somit der Kommandopfad 6 unterbrochen. In diesem in Fig. 4 dargestellten Funktionszustand der Freigabeeinheit 4 ist das Auslösen eines Schaltvorgangs des Leistungsschal­ ters durch den Schaltauslöser 14 unterbunden.

Durch den periodischen Wechsel der Schaltzustände der einzel­ nen Unterbrecherelemente 8 und 10 können diese wechselseitig durch die Freigabelogik 12 auf Funktionsfähigkeit auch bei dauerhaft geschlossenem Kommandopfad überprüft werden. Dazu wird das jeweils offene Unterbrecherelement 8 oder 10 auf Durchgang überprüft und bei negativem Ergebnis der Schaltauslöser 14 gesperrt sowie ein Warnsignal abgegeben. Zu diesem Zweck weist die Freigabelogik 12 eine Prüfeinheit auf. Die bei vielen Arten von Unterbrecherelementen 8 und 10, insbesondere bei Halbleiterbauelementen, bestehende Gefahr des dauerhaften Durchlegierens kann durch das wechselseitige Öffnen und Schließen der beiden Unterbrecherelemente 8 und 10 frühzeitig erkannt und somit ein Ausfall der Freigabeeinheit 4 verhindert werden. Die Betriebssicherheit von Leistungs­ schaltern, insbesondere das Verhindern von Schaltvorgängen bei nicht betriebsbereiten Leistungsschaltern, ist somit dauerhaft gewährleistet.

Eine mit einer Steuereinheit 20 und einem Bussystem 22 ver­ knüpfte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 24 ist in Fig. 5 dargestellt. Der Kommandopfad 26 führt hier von der Steuer­ einheit 20 über das Bussystem 22 zu einem Signalumsetzer 28 und von dort zu einem Schaltauslöser 30. Zwischen dem Si­ gnalumsetzer 28 und dem Schaltauslöser 30 ist die Freiga­ beeinheit 32 in dem Kommandopfad 26 integriert. Bei be­ triebsbereitem Leistungsschalter ist wenigstens eines der beiden Unterbrecherelemente 34 und 36 der Freigabeeinheit 32 geschlossen, so daß ein von der Steuereinheit 20 abgegebenes Schaltkommando bis zum Schaltauslöser 30 weitergeleitet werden kann. Durch die Steuereinheit 20 werden eingehende Schaltkommandos erkannt und über das vorzugsweise digitale Bussystem 22 an den Signalumsetzer 28 weitergeleitet. Dieser schließt bei Vorliegen eines Schaltkommandos einen Stromkreis 38, wodurch der Schaltauslöser 30 mit einer Steuerspannung 40 beaufschlagt wird. Hierdurch wird, falls der Leistungs­ schalter betriebsbereit ist, ein Schaltvorgang desselben Leistungsschalters ausgelöst.

Der Schaltauslöser 30 ist vorzugsweise eine Spule 20 mit beweglichem Stößelkern 42, der bei einem durch Beaufschlagen des Schaltauslösers 30 mit der Steuerspannung 40 erzeugten Stromfluß durch die Spule 30 bewegt wird und dadurch eine Sperrklinke 44 aus ihrer Sperrstellung drückt. Diese gibt nachfolgend eine federbelastete Schaltstange 46 des Lei­ stungsschalters frei, die zwei Schaltkontakte 48 und 50 des Leistungsschalters trennt oder zusammenbringt.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Leistungsschal­ ters
mit einem zur Weiterleitung von Schaltsignalen dienenden Kommandopfad (6), der zu einem Schaltauslöser (14) führt, und
mit einer Freigabeeinheit (4), die zur Unterbrechung des Kommandopfades (6) vorgesehen ist, wobei die Freigabeein­ heit (4) zwei Unterbrecherelemente (8, 10) in Parallel­ schaltung zur unmittelbaren Trennung des Kommandopfades (6) umfaßt, die bei Freigabe des Kommandopfades (6) im Wechsel geöffnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Freigabe jedes der Unterbrecherelemente (8, 10) erst dann geöffnet werden kann, wenn das jeweils andere Un­ terbrecherelement (8, 10) geschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherelemente (8, 10) elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterelemente, sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommandopfad (26) von einem Bussystem (22) einer Steuer­ einheit (20) über einen Signalumsetzer (28) zu dem Auslöser (30) führt, und daß der Signalumsetzer (28) auf ein Schaltkommando hin ein Beaufschlagen des Schaltauslösers (30) mit einer Steuerspannung (40) ermöglicht.

5. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in vorgegebenen Zeitabständen das bis dahin geschlossene Unterbrecherelement (8, 10) geöffnet wird,
nachdem das bis dahin offene Unterbrecherelement (8, 10) geschlossen worden ist.