DE19841610B4

DE19841610B4 - Schalterauslöseeinheit

Info

Publication number: DE19841610B4
Application number: DE19841610A
Authority: DE
Inventors: Mark J. Coventry Obermeier; Paul Hamilton West Hardford Singer; Alan Joseph Bristol Messerli
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: US5974545A; ITMI981983A0; ITMI981983A1; IT1302192B1; FR2768868A1; JP3890150B2; DE19841610A1; JPH11178190A; FR2768868B1

Abstract

Auslöseeinheit für eine Stromkreisunterbrechungsvorrichtung, enthaltend:
einen Mikrokontroller (32), der selektive Schaltungsschutzfunktionen enthält, wobei der Mikrokontroller beim Auftreten eines Überstromzustandes in einem zugeordneten, zu schützenden Stromkreis ein Unterbrechungssignal liefert,
einen nicht-flüchtigen Speicher (33), der mit dem Mikrokontroller (32) verbunden ist und der Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit und Abtast-Kalibrationsfaktoren enthält,
einen ROM (39) in dem Mikrokontroller (32), wobei der ROM Betriebsprogramme enthält, die den Mikrokontroller aktivieren, um den Kreisstrom abzutasten und eine Überstrom-Ermittlung durchzuführen,
einen RAM (36) in dem Mikrokontroller (32), wobei der RAM (36) mit dem ROM (39) und dem nicht-flüchtigen Speicher (33) in Wechselwirkung tritt, um die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit, Abtast-Kalibrationsfaktoren und die Betriebsprogramme einzugeben, die den Mikrokontroller aktivieren, um einen Strom in dem Stromkreis abzutasten und eine Überstrom-Ermittlungsfunktion für den Mikrokontroller zu liefern, und
ein Prioritäten setzendes Programm (53) in dem ROM (39),
das dem RAM (36) Abtast-Kalibrationsfaktoren...

Description

Die Verwendung von Mikroprozessoren in Schalterauslöseeinheiten, wie sie in der US 46 72 501 A mit der Bezeichnung ”Circuit Breaker and Protective Relay Unit” beschrieben sind, macht es erforderlich, daß der Mikroprozessor vollständig hochgefahren ist, bevor die Auslöseeinheit einen Überstromschutz ausführen kann.
Gemäß US 44 28 022 A mit der Bezeichnung ”Circuit Interrupter with Digital Trip Unit and Automatic Reset” werden die Steuerleitungen des Mikroprozessors inaktiviert, bis die Spannungsversorgung des Schalters den Mikroprozessor in der Schalterauslöseeinheit vollständig in Betrieb gesetzt hat.
Um einen raschen Betrieb der Schalterauslöseeinheit unmittelbar nach einer Stromkreisunterbrechung zu erleichtern, beschreibt US 47 10 845 A mit der Bezeichnung ”Digital Static Trip Device for Circuit Breaker” eine Speicherung der letzten Stromkreisproben bzw. -samples, die vor einer Unterbrechung empfangen worden sind. Das Patent beschreibt weiterhin die Verwendung einer analogen Auslöseeinheit, um während des Starts und der Initialisierung des Mikroprozessors der Auslöseeinheit für einen Schutz zu sorgen.
US 44 89 394 A mit der Bezeichnung ”Microprozessor Power an Reset System” beschreibt ein Verfahren, durch das das Initialisierungssignal des Mikroprozessors nach einem Spannungsverlust verzögert bzw. verschoben wird, bis der Mikroprozessor vollständig angesteuert worden ist.
In den meisten Stromkreisunterbrechungsvorrichtungen, die einen Mikroprozessor in der Auslöseeinheit enthalten, werden zusätzliche Schaltungskomponenten verwendet, um sicherzustellen, 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 Unterbrechung unter Ruhezuständen als sogenannte ”Störungs”-Auslösung zu vermeiden. Bei gewissen Anwendungen müssen Schutzfunktionen und/oder anwendungsbezogene Konfigurationsdaten in den Mikroprozessor während des Initialisierungsprozesses eingelesen werden, damit der Mikroprozessor vollständig funktionsfähig wird. Weiterhin notwendig zum Herbeiführen der Schaltungsschutzfunktion ist das Anlegen der Abtastalgorithmen, die von dem Mikroprozessor verwendet werden, um die Überstromermittlungen durchzuführen.
Ein Beispiel von einem Abtastalgorithmus, der in einem Mikroprozessor einer Auslöseeinheit für eine Überstromberechnung verwendet wird, ist in US 51 59 519 A mit der Bezeichnung ”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 zusätzliche Schaltungskomponenten erforderlich sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein rasches Hochfahren und Initialisieren des Mikroprozessors der Schalterauslöseeinheit aufgrund von in dem Mikroprozessor residenten Programmen zu gestatten, ohne daß zusätzliche Schaltungskomponenten erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung werden während des Startens des Mikroprozessors Hilfsinitialisierungsalgorithmen in einem Mikroprozessor der Schalterauslöseeinheit angelegt, um den Beginn des Abtastprozesses und das Anlegen der Schutzalgorithmen zu beschleunigen. Die Hilfsinitialisierungsalgorithmen beschleunigen 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 ersetzt.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung der Verwendung von einem Mikroprozessor in einer Schalterauslöseeinheit gemäß dem Stand der Technik.
2 ist eine schematische Darstellung von dem Mikrokontroller, der in der Schalterauslöseeinheit gemäß der Erfindung verwendet ist.
3 ist ein Fließbild von der Prozedur, die für die Hilfsinitialisierungs- und die vollständigen Initalisierungsalgorithmen verwendet wird, die in dem Mikrokontroller gemäß 2 gespeichert sind.
Bevor die digitale Schalterauslöseeinheit gemäß der Erfindung beschrieben wird, ist es hilfreich, eine derartige digitale Auslöseeinheit 10 gemäß dem Stand der Technik zu betrachten, die in 1 dargestellt ist und die gemäß den Lehren arbeitet, die in der vorgenannten US 46 72 501 A beschrieben sind. Strom- und Spannungssignale, die von Strom- und Spannungswand lern 11–17 erhalten werden, die in einem elektrischen Verteilungssystem verbunden sind, werden durch erste Multiplexer 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 Ausgangssteuerung 28 und Datensignale über den Sendeempfänger bzw. Transceiver 31 abzugeben. Wie in der vorgenannten US 46 72 501 A 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 gespeichert, wie beispielsweise Unterspannungsermittlung, Auslöseauftrittsanzeige, Konfigurations-Einstellpunkte, Kalibrationsfaktoren 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. befähigt zu werden, nach Programmen zu arbeiten, die in dem ROM 29 gespeichert sind. Die Kalibrationskonstanten des Mikroprozessors 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 meßbare Zeitperiode nicht funktionsfähig, bis alle Daten in dem RAM 25 resident werden.
Ein bekannter Mikrokontroller 32 ist in 2 gezeigt und enthält intern die meisten diskreten Komponenten, die in der Auslöseeinheit 10 gemäß 1 gezeigt sind. Der externe nicht-flüchtige Speicher (NVM) 33 ist mit dem Mikrokontroller 32 durch einen Leiter 34 verbunden und enthält den Konfigurationscode der Auslöseeinheit und auch die Kalibrationsfaktoren, die mit den derzeitigen Abtast- bzw. Samplingalgorithmen verwendet werden, die zuvor beschrieben wurden. Da der Mikrokontroller mehrere Konfigurationen haben kann in Abhängigkeit von den Kundenerfordernissen, können die in dem NVM 33 gespeicherten 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 Verteilungssystem 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 der vorgenannten US 46 72 501 A 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 3 Bezug genommen wird, versorgt der im Fließbild 53 dargestellte, Prioritäten setzende Algorithmus den RAM 36 mit den wesentlichen Daten, die für einen sofortigen Schaltungsschutz erforderlich sind, bevor die anderen Daten, die darin gespeichert sind, geliefert werden, damit die Stromwerte in der CPU 35 in einer zeitlich gesteuerten Weise bearbeitet werden können. Bei der Initialisierung werden die Mikrokontroller-Peripherieeinrichtungen, 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). Alternativ 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 Abtast-Algorithmen aufgerufen (Schritt 57), um die Stromwerte (44–47 in 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), damit 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 Kalibrationsfaktoren) in den RAM eingelesen (Schritt 60), um die Initialisierung des Mikrokontrollers abzuschließen.
Vorstehend wurde ein elektrischer Schalter mit einer Mikrokontroller-Auslöseeinheit beschrieben, die beim Initialisieren einen sofortigen Schaltungsschutz aufweist. Ein Prioritäten 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

Auslöseeinheit für eine Stromkreisunterbrechungsvorrichtung, enthaltend: einen Mikrokontroller (32), der selektive Schaltungsschutzfunktionen enthält, wobei der Mikrokontroller beim Auftreten eines Überstromzustandes in einem zugeordneten, zu schützenden Stromkreis ein Unterbrechungssignal liefert, einen nicht-flüchtigen Speicher (33), der mit dem Mikrokontroller (32) verbunden ist und der Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit und Abtast-Kalibrationsfaktoren enthält, einen ROM (39) in dem Mikrokontroller (32), wobei der ROM Betriebsprogramme enthält, die den Mikrokontroller aktivieren, um den Kreisstrom abzutasten und eine Überstrom-Ermittlung durchzuführen, einen RAM (36) in dem Mikrokontroller (32), wobei der RAM (36) mit dem ROM (39) und dem nicht-flüchtigen Speicher (33) in Wechselwirkung tritt, um die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit, Einstellpunkte der Auslöseeinheit, Abtast-Kalibrationsfaktoren und die Betriebsprogramme einzugeben, die den Mikrokontroller aktivieren, um einen Strom in dem Stromkreis abzutasten und eine Überstrom-Ermittlungsfunktion für den Mikrokontroller zu liefern, und ein Prioritäten setzendes Programm (53) in dem ROM (39), das dem RAM (36) Abtast-Kalibrationsfaktoren mit Priorität zuführt, die den Mikrokontroller (32) aktivieren, um den Strom abzutasten, und danach dem RAM (36) die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit und die Einstellpunkte der Auslöseeinheit zuführt, die den Mikrokontroller aktivieren, um für eine Überstrom-Ermittlung zu sorgen, bevor es dem RAM (36) gewählte Abtast-Kalibrationsfaktoren zuführt.
Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das Prioritäten setzende Programm (53) den RAM (36) mit den Abtast-Kalibrationsfaktoren versorgt, bevor der RAM (36) mit Konfigurationsinstruktionen und Einstellpunkten der Auslöseeinheit versorgt wird.
Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit Kurzzeit-, Langzeit- und Erdfehler-Ermittlungs-Algorithmen enthalten.
Schalter enthaltend: zwei trennbare Kontaktstücke, die für eine Verbindung in einem zu schützenden elektrischen Verteilungssystem angeordnet sind, und eine Auslöseeinheit nach Anspruch 1, die Signale zum Öffnen und Schliessen der Kontaktstücke liefert.
Schalter nach Anspruch 4, wobei das Prioritäten setzende Programm (53) dem RAM (36) die Abtast-Kalibrationsfaktoren zuführt, bevor der RAM (36) mit den Konfigurationsinstruktionen und den Einstellpunkten der Auslöseeinheit versorgt wird.
Schalter nach Anspruch 4, wobei die Konfigurationsinstruktionen der Auslöseeinheit Langzeit-, Kurzzeit- und Erdfehler-Ermittlungs-Algorithmen enthalten.