DE3153169C2

DE3153169C2 - Digitaler Überstromauslöser

Info

Publication number: DE3153169C2
Application number: DE19813153169
Authority: DE
Inventors: Hans-Eberhard Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Simmel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1981-09-21
Publication date: 1986-11-13

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Überstromausiöser mit einer Stromversorgung aus dem zu überwachenden Stromkreii und n.rt einem nichtpermanenten digitalen Speicher fü·· einen thermischen Anregungszustand charakterisierende V erte und mit vom Ausfall der Stromversorgung gesteuerten Mitteln zur Aufladung eines einen Abkühlvorgang simulierenden RC-Gliedes.

Beim Wiedereinschalten von durch Überstromauslöser abgeschalteten Anlagen oder Netzen muß der momentan in der Anlage vorhandene thermische Zustand berücksichtigt werden, weil eine nach dem Wiedereinschalten erfolgende Energiezufuhr eine von dem Zustand vor dem Wiedereinschalten abhängige Wirkung hat. Dabei ist der Zustand vor dem Wiedereinschalten nicht nur abhängig vom beim Auslösen vorhandenen Zustand, sondern auch von der seit dem Auslösen verstrichenen Zeit, während der eine Abkühlung der abgeschalteten Anlage erfolgt.

In thermisch arbeitenden Überstromauslösern ist die für die thermische Auslösung relevante Information in Form von Wärme gespeichert. Nach dem Ansprechen kühlen diese Überstromauslöser ab, so daß sich die oben gestellte Forderung von selbst erfüllt.

Bei digital arbeitenden Überstromauslösern soll dagegen eine rein rechnerische Nachbildung des thermischen Anregungszustandes in einem Mikroprozessor erfolgen, wobei die zahlenmäßige Speicherung dieses Zustandes in einem nichtpermanenten (flüchtigen) Speicher stattfindet. Soll, wie es zweckmäßig ist, ein digitaler Überstromauslöser seine Versorgungsenergie dem zu überwachenden Netz entnehmen, so verschwinden die im riichtpermanenten Speicher abgelegten digitalen Informationen, wenn der Überstromauslöser anspricht oder das zu überwachende Netz anderweitig abgeschaltetwird.

In der internationalen Patentanmeldung WO 81/02 496 ist ein digitaler Überstromauslöser mit einem Mikroprozessor beschrieben, bei dem das thermische Verhalten des Auslösers rechnerisch über die Software des Mikroprozessors nachgebildet ist.

Ein eingangs beschriebener digitaler Überstromauslöser ist der DD-Patentschrift 1 47 595 zu entnehmen. Bei diesem Oberstromauslöser sind ein nichtpermanenter digitaler Speicher für den thermischen Anregungszustand dss Auslösers charakterisierende Werte und Mittel zur Umwandlung des Speicherinhaltes in eine proportionale Spannung vorgesehen, mit der ein RC-Glied aufgeladen wird. Als derartiges Mittel dient ein Digital-Analog-Wandler. Die Aufladung des RC-Gliedes findet statt, wenn die Versorgungsspannung des Oberstromauslösers eine Aufrechterhaltung des Speioherzustandes des nichtpermanenten digitalen Speichers nicht mehr gewährleistet Das aufgeladene RC-Glied simuliert mit seiner zeitabhängigen Entladung auch einen Abkühlvorgang während der Zeit, in welcher der Überstromauslöser abgeschaltet ist
Ein Digital-Analog-Wandler stellt eine anspruchsvolle und deshalb aufwendige Einheit dar, die normalerweise nicht zur Ausstattung eines Mikroprozessors gehört. Darüber hinaus ist jedoch auch mit anderen denkbaren Umsetzmethoden für den Speicherinhalt des digitalen Speichers in eine proportionale Spannung zur Aufladung des RC-Gliedes ein nicht unerheblicher Zeitverlust verbunden, der * om Augenblick der Auslösung an läuft Er kann dazu führen, daß der simulierte Abkühlvorgang mit der wirklichen Abkühlung nicht exakt übereinstimmt

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen eingangs beschriebenen digitalen Überstromauslöser so abzuwandeln, daß keine Mittel zur Umsetzung des digital gespeicherten thermischen Anregungszustandes in eine analoge Spannung notwendig sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Als zusätzlich vorgesehener permanenter Speicher kann zweckmäßig ein digitaler Speicher verwendet werden, der über einen Energiespeicher gespeist wird. Als Energiespeicher kann zweckmäßig auch ein Kondensator dienen.

Das Abkühlen eines Körpers wird in erster Näherung durch folgende Gleichung beschrieben:

δ U) = α U₀) ■ e "

wobei ff(t)dm zeillichen Verlauf einer Temperatur darstellt. i?ffo) ist die Temperatur in einem Anfangszusuind. Wie zu sehen ist, verläuft die Abkühlungsfunktion nach einem Exponentialgeselz, wobei reine Abkühlungs/.citkonstante darstellt. Diese Abkühlungsfunktion entspricht in ihrer Form der Entladegleichung eines RC-Gliedes:

UU) = UU₀)-z",

Hier stellt U(tn) die Spannung eines Kondensators im aufgeladenen Zustand dar, τ ist die Zeitkonstantc des RC-Gliedes. Es läßt sich deshalb für einen digitalen Überstromauslöser die thermische Abkühlung durch ein sich entladendes RC-Glied nachbilden, das vor dem Aussetzen der Betriebsenergie auf eine definierte Spannung aufgeladen worden ist. Nach dem Wiedereinschalten der Betriebsspannung liest der Mikroprozessor des digitalen Überstromauslösers über einen Analogein-

gang die am RC-GIied anstehende Spannung ein, sie ist proportional zum neuen thermischen Ausgangsanregungszustand des Überstromauslösers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Figur schematisch dargestellt.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zur Konservierung des thermischen Anregungszustandes beim Auslösen ein zusätzlicher, über eine Pufferbatterie betriebener Halbleiterspeicher (RAM) verwendet wird.

In der Schaltung nach der Figur sind zwei Befehlsausgänge 1 und 2 eines Mikroprozessors 3 zur Steuerung von Schaltern la und 4 vorgesehen. Mit dem Schalter la wird eine RC-Kombination 5 an eine Betriebsspannung Ub gelegt Mit dem Schalter 4 wird die nach Öffnen des Schalters la am RC-GIied anstehende Entladespannung einem Eingang 6 des Mikroprozessors 3 zugeführt, der mit einem Analog-Digital-Konverter verbunden ist Einem nicht dargestellten internen, nichtpermanenten Speicher des Mikroprozessors ist ein zusätzlicher Speieher 7 parallelgeschaltet der seine Betriebssspannung nicht wie der Mikroprozessor aus dem zu schützenden Netz, sondern aus einem Energiespeicher 8 bezieht Ein weiterer Steuerausgang 9 des Mikroprozessors steuert einen Auslöseschalter 10, der das zu schützende Netz oder die zu schützende Anlage abschaltet.

Der thermische Anregungszustand $(to), der im Mikroprozessor 3 digital gespeichert ist, wird beim Ausfallen der Betriebsenergie in den gepufferten Speicher 7 übernommen. Gleichzeitig wird das RC-Glied 5 auf eine bekannte Spannung, nämlich die Betriebsspannung Ub, über den Schalter la aufgeladen. Eine nicht dargestellt'. Verzögerungseinrichtung gestattet es dabei, die ausgefallene Betriebsspannung über die Zeitspanne, die zur Speicherung notwendig ist, festzuhalten.

Nach dem Wiedereinschalten der Betriebsspannung findet der Mikroprozessor 3 am RC-GIied 5 die Spannung

-i-2!

U(Z) = U₁₁-O ,

und im zusätzlichen Speicher den Wert für &(t$ vor. Nach einer Analog-Digital-Umwandlung der Spannung kann der Mikroprozessor 3 durch eine einfache Multiplikation den momentanen thermischen Anregungszusland des Überstromauslösers errechnen, der seinen neuen Anfangszustand bedeutet

d(t) - ÜL~1—!_ _dUii) = _dUo) . _e

IzJZ ⁵°

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Digitaler Oberstromauslöser mit einer Stromversorgung aus dem zu überwachenden Stromkreis und mit einem nichtpermanenten digitalen Speicher für einen thermischen Anregungszustand charakterisierende Werte und mit vom Ausfall der Stromversorgung gesteuerten Mitteln zur Aufladung eines einen Abkühlvorgang simulierenden RC-Gliedes, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher permanenter, digitaler Speicher (7) zur Speicherung der den thermischen Anregungszustand charakterisierenden Werte beim Auslösen vorgesehen ist und das RC-Glied (5) beim Auslösen mit einer bekannten Spannung (Ub) aufgeladen wird und daß eine Wiederkehr der Stromversorgung eine Multiplikation des Wertes der verbliebenen Ladespannung des RC-Gliedes (5) nach dessen Analog-Digital-WandJung mit dem Speicherinhalt des zusätzlichen permanenten Digitalspeichers (7) mit Hilfe eines Mikroprozessors (3) einleitet.

2. Digitaler Oberstromauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Speicher (7) ein aus einem Energiespeicher (8) gespeister Halbleiterspeicher ist.