DE19841610A1 - Schalterauslöseeinheit - Google Patents

Description

Die Verwendung von Mikroprozessoren in Schalterauslö­ seeinheiten, wie sie in dem US-Patent 46 72 501 mit der Be­ zeichnung "Circuit Breaker and Protective Relay Unit" beschrie­ ben sind, macht es erforderlich, daß der Mikroprozessor voll­ ständig hochgefahren ist, bevor die Auslöseeinheit einen Über­ stromschutz ausführen kann.

Gemäß dem US-Patent 44 28 022 mit der Bezeichnung "Circuit Interrupter with Digital Trip Unit and Automatic Reset" werden die Steuerleitungen des Mikroprozessors inakti­ viert, bis die Spannungsversorgung des Schalters den Mikropro­ zessor in der Schalterauslöseeinheit vollständig in Betrieb gesetzt hat.

Um einen raschen Betrieb der Schalterauslöseeinheit un­ mittelbar nach einer Stromkreisunterbrechung zu erleichtern, beschreibt das US-Patent 47 10 845 mit der Bezeichnung "Digital Static Trip Device for Circuit Breaker" eine Speicherung der letzten Stromkreisproben bzw. -samples, die vor einer Unterbre­ chung empfangen worden sind. Das Patent beschreibt weiterhin die Verwendung einer analogen Auslöseeinheit, um während des Starts und der Initialisierung des Mikroprozessors der Auslö­ seeinheit für einen Schutz zu sorgen.

US-Patent 44 89 394 mit der Bezeichnung "Microprocessor Power on Reset System" beschreibt ein Verfahren, durch das das Initialisierungssignal des Mikroprozessors nach einem Span­ nungsverlust verzögert bzw. verschoben wird, bis der Mikropro­ zessor vollständig angesteuert worden ist.

In den meisten Stromkreisunterbrechungsvorrichtungen, die einen Mikroprozessor in der Auslöseeinheit enthalten, wer­ den zusätzliche Schaltungskomponenten verwendet, um sicherzu­ stellen, daß der Mikroprozessor vollständig hochgefahren wird, bevor er initialisiert wird, um eine Schaltungsschutzfunktion zu beginnen, um sowohl ein Versagen beim Unterbrechen bei einer tatsächlichen Überlast zu verhindern als auch eine Unterbre­ chung unter Ruhezuständen als sogenannte "Störungs"-Auslösung zu vermeiden. Bei gewissen Anwendungen müssen Schutzfunktionen und/oder anwendungsbezogene Konfigurationsdaten in den Mikro­ prozessor während des Initialisierungsprozesses eingelesen wer­ den, damit der Mikroprozessor vollständig funktionsfähig wird. Weiterhin notwendig zum Herbeiführen der Schaltungsschutzfunk­ tion ist das Anlegen der Abtastalgorithmen, die von dem Mikro­ prozessor verwendet werden, um die Überstromermittlungen durch­ zuführen.

Ein Beispiel von einem Abtastalgorithmus, der in einem Mikroprozessor einer Auslöseeinheit für eine Überstromberech­ nung verwendet wird, ist in dem US-Patent 51 59 519 mit der Be­ zeichnung "Digital Circuit Interrupter with Improved Sampling Algorithm" beschrieben.

Es würde vorteilhaft sein, sowohl für ein Hochfahren als auch für eine Initialisierung der Schalterauslöseeinheit zu sorgen, ohne einen Kompromiß einzugehen bezüglich der Fähigkeit des Schalters, bei einem tatsächlichen Überstrom oder einem Kurzschluß für eine Unterbrechung zu sorgen und ohne daß zu­ sätzliche Schaltungskomponenten erforderlich sind.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein rasches Hochfah­ ren und Initialisieren des Mikroprozessors der Schalterauslö­ seeinheit aufgrund von in dem Mikroprozessor residenten Pro­ grammen zu gestatten, ohne daß zusätzliche Schaltungskomponen­ ten erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung werden während des Startens des Mi­ kroprozessors Hilfsinitialisierungsalgorithmen in einem Mikro­ prozessor der Schalterauslöseeinheit angelegt, um den Beginn des Abtastprozesses und das Anlegen der Schutzalgorithmen zu beschleunigen. Die Hilfsinitialisierungsalgorithmen beschleuni­ gen die Schutzfunktion während der Zeitperiode, in der der Mikroprozessor zunächst hochgefahren und initialisiert wird. Wenn der Initialisierungsprozeß abgeschlossen ist, werden die Hilfsinitialisierungen durch die gewählten Betriebswerte er­ setzt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vor­ teilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Verwen­ dung von einem Mikroprozessor in einer Schalterauslöseeinheit gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung von dem Mi­ krokontroller, der in der Schalterauslöseeinheit gemäß der Er­ findung verwendet ist.

Fig. 3 ist ein Fließbild von der Prozedur, die für die Hilfsinitialisierungs- und die vollständigen Initalisierungsal­ gorithmen verwendet wird, die in dem Mikrokontroller gemäß Fig. 2 gespeichert sind.

Bevor die digitale Schalterauslöseeinheit gemäß der Er­ findung beschrieben wird, ist es hilfreich, eine derartige di­ gitale Auslöseeinheit 10 gemäß dem Stand der Technik zu be­ trachten, die in Fig. 1 dargestellt ist und die gemäß den Leh­ ren arbeitet, die in dem vorgenannten US-Patent 46 72 501 be­ schrieben sind. Strom- und Spannungssignale, die von Strom- und Spannungswandlern 11-17 erhalten werden, die in einem elektri­ schen Verteilungssystem verbunden sind, werden durch erste Mul­ tiplexer 18, 19 über Sample-and-Hold(S/H)-Verstärker 20, 21 zu einem zweiten Multiplexer 22 übertragen. Die Signale werden dann durch einen Leiter 23 und einen A/D-Umsetzer 24 auf einen internen Datenbus 27 übertragen, der mit einem Mikroprozessor 30, einem RAM 25, einem nicht-flüchtigen Speicher (NVM) 26 und einem ROM 29 kommuniziert, um Steuersignale über die Ausgangs­ steuerung 28 und Datensignale über den Sendeempfänger bzw. Transceiver 31 abzugeben. Wie in dem vorgenannten US-Patent 46 72 501 beschrieben ist, werden Abtast- bzw. Samplingalgorithmen verwendet, um entsprechende Datensignale in den Mikroprozessor 30 in vorgeschriebenen Zeitsteuerintervallen einzugeben, und eine Anzahl von optionalen Funktionen werden in dem NVM 26 ge­ speichert, wie beispielsweise Unterspannungsermittlung, Auslö­ seauftrittsanzeige, Konfigurations-Einstellpunkte, Kalibrati­ onsfaktoren und ähnliches. Wenn der Auslöseeinheit das erste Mal Strom über die Stromwandler 11, 12, 13 zugeführt wird, braucht der Mikroprozessor eine gewisse Zeit, um hochgefahren und initialisiert zu werden, das heißt angesteuert bzw. befä­ higt zu werden, nach Programmen zu arbeiten, die in dem ROM 29 gespeichert sind. Die Kalibrationskonstanten des Mikroprozes­ sors sind im allgemeinen in dem nicht-flüchtigen Speicher (NVM) 26 gespeichert und werden unmittelbar nach dem Hochfahren zum RAM 25 übertragen für eine Operation durch den Mikroprozessor 30. Der Mikroprozessor 30 bleibt im allgemeinen für eine meß­ bare Zeitperiode nicht funktionsfähig, bis alle Daten in dem RAM 25 resident werden.

Ein bekannter Mikrokontroller 32 ist in Fig. 2 gezeigt und enthält intern die meisten diskreten Komponenten, die in der Auslöseeinheit 10 gemäß Fig. 1 gezeigt sind. Der externe nicht-flüchtige Speicher (NVM) 33 ist mit dem Mikrokontroller 32 durch einen Leiter 34 verbunden und enthält den Konfigurati­ onscode der Auslöseeinheit und auch die Kalibrationsfaktoren, die mit den derzeitigen Abtast- bzw. Samplingalgorithmen ver­ wendet werden, die zuvor beschrieben wurden. Da der Mikrokon­ troller mehrere Konfigurationen haben kann in Abhängigkeit von den Kundenerfordernissen, können die in dem NVM 33 gespeicher­ ten Daten einen wesentlichen Umfang haben. Beim Starten werden die Daten von dem NVM 33 zum RAM 36 und auch aus dem ROM 39 übertragen, damit die CPU 35 funktionsfähig gemacht wird. Die Stromsignale von dem zugeordneten elektrischen Verteilungssy­ stem werden über Leiter 44-47 in den Multiplexer 48 und in den A/D-Umsetzer 49 und von dort in die CPU 35 über einen Datenbus 51 eingegeben, um für die erforderliche Schutzfunktion über den Ausgangsleiter 52 in der Art und Weise zu sorgen, die in dem vorgenannten US-Patent 46 72 501 beschrieben ist. Es wurde festgestellt, daß es eine Verzögerung gibt von der Zeit, zu der die Kontaktstücke in dem zugehörigen Schalter (nicht gezeigt) zuerst schließen, bis zu der Zeit, zu der der Mikrokontroller 42 funktionsfähig wird in Anbetracht der großen Datenmenge, die von dem NVM 33 zum RAM 36 übertragen wird.

Gemäß der Erfindung, für die nun auch auf Fig. 3 Bezug genommen wird, versorgt der im Fließbild 53 dargestellte, Prio­ ritäten setzende Algorithmus den RAM 36 mit den wesentlichen Daten, die für einen sofortigen Schaltungsschutz erforderlich sind, bevor die anderen Daten, die darin gespeichert sind, ge­ liefert werden, damit die Stromwerte in der CPU 35 in einer zeitlich gesteuerten Weise bearbeitet werden können. Bei der Initialisierung werden die Mikrokontroller-Peripherieeinrich­ tungen, wie beispielsweise der RAM 36 und die CPU 35, zuerst initialisiert (Schritt 54) und die Abtast-Kalibrationsfaktoren werden aus dem ROM in den RAM eingelesen (Schritt 55). Alterna­ tiv kann die CPU sofort beginnen, den Strom abzutasten bzw. zu sampeln, ohne daß die Kalibrationsfaktoren angelegt werden (Schritt 56), wenn dies so gewünscht wird. Dann werden die Ab­ tast-Algorithmen aufgerufen (Schritt 57), um die Stromwerte (44-47 in Fig. 2) zu bearbeiten, und nur diejenigen Werte, die für die bestimmte Konfiguration der Auslöseeinheit in dem NVM 33 gewählt sind, werden in den RAM eingelesen (Schritt 58), da­ mit die CPU 35 für die Überstrom-Schutzfunktion 59 sorgen kann. Wenn die CPU 35 die Schutzfunktion 59 begonnen hat, wird der übrige Inhalt des NVM 33 (einschließlich gewählter Kalibrati­ onsfaktoren) in den RAM eingelesen (Schritt 60), um die Initia­ lisierung des Mikrokontrollers abzuschließen.

Vorstehend wurde ein elektrischer Schalter mit einer Mikrokontroller-Auslöseeinheit beschrieben, die beim Initiali­ sieren einen sofortigen Schaltungsschutz aufweist. Ein Priori­ täten festlegender Algorithmus, der in dem Mikrokontroller gespeichert ist, überträgt zunächst die Daten, die für einen Schaltungsschutz wesentlich sind, bevor die übrigen, darin gespeicherten Daten übertragen werden.

Claims (6)

1. Auslöseeinheit für eine Stromkreisunter­ brechungsvorrichtung, enthaltend:
einen Mikrokontroller (32), der selektive Schaltungs­ schutzfunktionen enthält, wobei der Mikrokontroller beim Auf­ treten eines Überstromzustandes in einem zugeordneten, zu schützenden Stromkreis ein Unterbrechungssignal liefert,
einen nicht-flüchtigen Speicher bzw. NVM (33), der mit dem Mikrokontroller (32) verbunden ist und der Konfigurations­ instruktionen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslö­ seeinheit und Abtast-Kalibrationsfaktoren enthält,
einen Festwertspeicher bzw. ROM (39) in dem Mikrokon­ troller (32), wobei der ROM Betriebsprogramme enthält, die den Mikrokontroller aktivieren, um den Kreisstrom abzutasten und eine Überstrom-Ermittlung durchzuführen,
einen Arbeitsspeicher bzw. RAM (36) in dem Mikrokon­ troller (32), wobei der RAM (36) mit dem ROM (39) und dem NVM (33) in Wechselwirkung tritt, um die Konfigurationsinstruktio­ nen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit, Ab­ tast-Kalibrationsfaktoren und die Betriebsprogramme einzugeben, die den Mikrokontroller aktivieren, um den Kreisstrom abzuta­ sten bzw. zu sampeln und eine Überstrom-Ermittlungsfunktion für den Mikrokontroller zu liefern und
ein Prioritäten setzendes Programm (53) in dem ROM (39), das dem RAM (36) festgesetzte Prioritäten enthaltende Ab­ tast-Kalibrationsfaktoren zuführt, die den Mikrokontroller (32) aktivieren, um den Kreisstrom abzutasten bzw. zu sampeln, dann dem RAM (36) die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit und die Einstellpunkte der Auslöseeinheit zuführt, die den Mi­ krokontroller aktivieren, um für eine Überstrom-Ermittlung zu sorgen, bevor der RAM (36) mit gewählten Abtast-Kalibrations­ faktoren versorgt wird.

2. Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das Prio­ ritäten setzende Programm (53) den RAM (36) mit den Abtast- Kalibrationsfaktoren versorgt, bevor der RAM (36) mit Konfigu­ rationsinstruktionen und Einstellpunkten der Auslöseeinheit versorgt wird.

3. Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei die Konfi­ gurationsinstruktionen der Auslöseeinheit Kurzzeit-, Langzeit- und Erdfehler-Ermittlungs-Algorithmen enthalten.

4. Schalter enthaltend:
zwei trennbare Kontaktstücke, die für eine Verbindung in einem zu schützenden elektrischen Verteilungssystem angeord­ net sind,
eine Auslöseeinheit, die Signale zum Öffnen und Schlie­ ßen der Kontaktstücke liefert und die enthält:
einen Mikrokontroller (32), der gewählte Schaltungs­ schutzfunktionen enthält, wobei der Mikrokontroller beim Auf­ treten eines Überstromzustands in dem zu schützenden elektri­ schen Verteilungssystem ein Unterbrechungssignal zum Öffnen der Kontaktstücke liefert,
einen nicht-flüchtigen Speicher bzw. NVM (33), der mit dem Mikrokontroller verbunden ist und Konfigurationsinstruktio­ nen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit und Abtast-Kalibrationsfaktoren enthält,
einen Festwertspeicher bzw. ROM (39) in dem Mikrokon­ troller, wobei der ROM (39) Betriebsprogramme enthält, die den Mikrokontroller aktivieren, um den Kreisstrom abzutasten bzw. zu sampeln und eine Überstrom-Ermittlung durchzuführen, und
ein Prioritäten setzendes Programm (53) in dem ROM (39), das einem Arbeitsspeicher bzw. RAM (36) die Abtast-Kali­ brationsfaktoren zuführt, um den Mikrokontroller zu aktivieren zum Abtasten des Kreisstroms und zum Ausführen einer Überstrom- Ermittlung, bevor der RAM (36) mit den Konfigurationsinstruk­ tionen der Auslöseeinheit, den Einstellpunkten der Auslöseein­ heit und den Abtast-Kalibrationsfaktoren versorgt wird, wodurch die Auslöseeinheit funktionsfähig wird, wenn die Kontaktstücke geschlossen werden.

5. Schalter nach Anspruch 4, wobei das Prioritäten setzende Programm (53) dem RAM (36) die Abtast-Kalibrationsfak­ toren zuführt, bevor der RAM (36) mit den Konfigurationsin­ struktionen und den Einstellpunkten der Auslöseeinheit versorgt wird.

6. Schalter nach Anspruch 4, wobei die Konfigurati­ onsinstruktionen der Auslöseeinheit Langzeit-, Kurzzeit- und Erdfehler-Ermittlungs-Algorithmen enthalten.