DE3520904A1 - Electronic switching device - Google Patents
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Abstract
Description
Siemens Aktiengesellschaft - - .. Unser Zeichen Berlin und München .. ζ. VPA 15 P 3 1 9 4 OESiemens Aktiengesellschaft - - .. Our symbols Berlin and Munich .. ζ. VPA 15 P 3 1 9 4 OE
Elektronische SchaltvorrichtungElectronic switching device
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltvorrichtung mit einem Leistungsschalter, der einen zu schaltenden Netzzweig mit einer Sammelschiene eines Netzes verbindet.The invention relates to an electronic switching device with a circuit breaker, the connects a network branch to be switched to a busbar of a network.
Unzulässige Betriebszustände von Netzzweigen werden in der Regel erst dann erkannt, wenn die elektrische Verbindung zwischen der Sammelschiene des Netzes und dem Netzzweig bereits hergestellt ist. Im Kurzschluß- oder Überlastfall sorgen dann in der Regel Sicherungseinrichtungen dafür, daß der betreffende Netzzweig von der Sammelschiene getrennt wird. Dies erfordert jedoch aufwendige Schalterkonstruktionen mit hohem Einschaltvermögen, da beispielsweise im Kurzschlußfall kurzfristig sehr hohe Ströme über die Kontaktelektroden fließen können. Außerdem können bei derartigen Sicherungseinrichtungen Folgeschäden in den im Netzzweig enthaltenen elektrischen Anlagen nicht ausgeschlossen werden.Inadmissible operating states of network branches are usually only recognized when the electrical connection between the busbar of the network and the network branch is already established. In short or In the event of an overload, safety devices then usually ensure that the relevant network branch from the Busbar is disconnected. However, this requires complex switch designs with a high making capacity, because, for example, in the event of a short circuit, very high currents briefly flow through the contact electrodes can. In addition, with such security devices, consequential damage can occur in the ones contained in the network branch electrical systems cannot be excluded.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung anzugeben, bei der die unmittelbare Verbindung eines fehlerbehafteten Netzzweiges mit der Sammelschiene des Netzes verhindert wird.The invention is therefore based on the object of specifying a switching device in which the immediate Connection of a faulty network branch with the Busbar of the network is prevented.
Die genannte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The stated object is now achieved according to the invention with the characterizing features of claim 1.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Schaltvorrichtung einen Mikrocomputer und einenIn an advantageous embodiment, the switching device contains a microcomputer and a
Moe 2 Hag / 5.6.1985Moe 2 Hag / 5.6.1985
iisiifc2090*iisiifc 2090 *
Analog-Digital-Wandler. Die Bestimmung des Phasenwinkels ψ und des Betrages |Z| der komplexen Impedanz Z_ des zu schaltenden Netzzweiges kann vorzugsweise auch im Mikrocomputer selbst vorgenommen werden. 5Analog-to-digital converter. The determination of the phase angle ψ and the amount | Z | the complex impedance Z_ of the network branch to be switched can preferably also be made in the microcomputer itself. 5
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 eine elektronische Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist und derenTo further explain the invention, reference is made to Reference is made to the drawing, in which Figure 1 shows an electronic switching device according to the invention is shown schematically and their
Figur 2 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform derFigure 2 shows a further advantageous embodiment of the
Erfindung zeigt.Invention shows.
In der Anordnung nach Figur 1 ist ein Netzzweig 6 über einen geöffneten Leistungsschalter 4 mit einer Sammelschiene 8 verbunden. Der Netzzweig 6 ist außerdem über einen geschlossenen Meßschalter 10 mit einer ersten Vorrichtung 12 verbunden, die ebenfalls an die Sammelschiene 8 angeschlossen ist. Der ersten Vorrichtung ist eine zweite Vorrichtung 14 zugeordnet, welche die Stellung der Schalter 4 und 10 steuert. Diese beiden Vorrichtungen 12 und 14 und die Schalter 4 und 10 bilden eine elektronische Schaltvorrichtung 2. Bei geöffnetem Leistungsschalter 4 ist der Meßschalter 10 geschlossen und die erste Vorrichtung 12 führt eine fortwährende Messung der Impedanz des Netzzweiges 6 durch und leitet die Meßergebnisse an die ebenfalls mit der Sammelschiene 8 verbundene Vorrichtung 14 weiter, die einen Vergleich der gemessenen Impedanzwerte mit zulässigen Grenzwerten für die Impedanz Z des Netzzweiges 6 durchführt. Vom Ergebnis dieses Vergleiches hängt es ab, ob der Leistungsschalter 4 freigegeben oder gesperrt wird. Erhält die Schaltvorrichtung 2 von außen beispielsweise durch Schließen eines dritten Schalters 146 einen Schaltbefehl und der Netzzweig befindet sich in einem für den Betrieb zulässigen Zu-In the arrangement according to FIG. 1, a network branch 6 is connected to a busbar via an open circuit breaker 4 8 connected. The network branch 6 is also via a closed measuring switch 10 with a first Device 12 connected, which is also connected to the busbar 8. The first device a second device 14 is assigned which controls the position of the switches 4 and 10. These two Devices 12 and 14 and the switches 4 and 10 form an electronic switching device 2. When the switch is open Circuit breaker 4, the measuring switch 10 is closed and the first device 12 performs a continuous measurement of the impedance of the network branch 6 and forwards the measurement results to the also The device 14 connected to the busbar 8 further, which compares the measured impedance values with permissible limit values for the impedance Z of the network branch 6 performs. From the result of this comparison it depends on whether the circuit breaker 4 is enabled or disabled. Receives the switching device 2 from outside, for example, by closing a third switch 146, a switching command and the network branch is located in an area permitted for operation
5 . K P 3 1 94 DE5. K P 3 1 94 DE
stand, so öffnet die zweite Vorrichtung 14 über die Steuerleitung 16 zunächst den Meßschalter 10 und schließt danach den Leistungsschalter 4. Liegt der Schaltbefehl von außen dann an, wenn sich der Netzzweig 6 in einem für den Betrieb unzulässigen Zustand befindet, so wird der Leistungsschalter 4 gesperrt und die Verbindung des Netzzweiges 6 zur Sammelschiene 8 des Netzes bleibt unterbrochen. Der Betriebszustand der Schaltvorrichtung 2 kann dem Benutzer zusätzlich mittels einer optischen oder akustischen Vorrichtung 148 angezeigt werden.stood, the second device 14 first opens the measuring switch 10 and via the control line 16 then closes the circuit breaker 4. If the switching command is applied from the outside when the network branch 6 is in an inadmissible state for operation, the circuit breaker 4 is blocked and the connection of the network branch 6 to the busbar 8 of the network remains interrupted. Of the The operating state of the switching device 2 can also be provided to the user by means of an optical or acoustic device 148 are displayed.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die zweite Vorrichtung 14 einen Mikrocomputer 144. Der Betrag und der Winkel der Impedanz des Netzzweiges 6 stehen am Ausgang der ersten Vorrichtung beispielsweise als analoge Spannungen zur Verfügung und werden einem Analog-Digital-Wandler 142 der zweiten Vorrichtung 14 zugeführt, welcher die digitalisierten Daten dem Mikrocomputer 144 weiterleitet. Im Mikro-• computer 144 sind die zulässigen Betriebsdaten des Netzzweiges 6 beispielsweise in einem PROM gespeichert. In an advantageous embodiment, the contains second device 14 a microcomputer 144. The magnitude and the angle of the impedance of the network branch 6 are available and are available at the output of the first device, for example as analog voltages an analog-to-digital converter 142 of the second device 14, which the digitized Data to the microcomputer 144 forwards. In the micro- • computer 144 are the permissible operating data of the Network branch 6 is stored in a PROM, for example.
In der Ausführungsform nach Figur 2 wird von einem Mikrocomputer 32 die Bestimmung des Phasenwinkels ^f und des Betrages |Z| der komplexen Impedanz Z_ durchgeführt. Ein Meßzweig 20 ist über den Meßschalter 10 mit dem Netzzweig 6 verbunden und enthält eine Wechselspannungsquelle 22, einen Widerstand R und Spannungsmesser 24 und 26. Bei geschlossenem Schalter 10 fließt über den Widerstand R ein Prüfstrom i durch den Netzzweig 6 und erzeugt einen Spannungsabfall der mittels des Spannungsmessers 24 gemessen wird. Der Spannungsmesser 26 ist über den Schalter 10 mit den Eingängen des Netzzweiges 6 verbunden. Die Spannung der Wechsel-In the embodiment according to FIG. 2, a microcomputer 32 determines the phase angle ^ f and the amount | Z | the complex impedance Z_ carried out. A measuring branch 20 is connected to the mains branch 6 via the measuring switch 10 and contains an alternating voltage source 22, a resistor R and voltmeters 24 and 26. When the switch 10 is closed, a test current i flows through the mains branch 6 via the resistor R and generates a voltage drop of the means of the voltmeter 24 is measured. The voltmeter 26 is connected to the inputs of the network branch 6 via the switch 10. The tension of the alternating
\/-*jZ 1 94 0E \ / - * jZ 1 94 0E
spannungsquelle 22 und der Widerstand R sind so bemessen, daß der Prüfstrom i selbst bei einem inneren Kurzschluß des Netzzweiges 6 so gering bleibt, daß weitere Schäden im Netzzweig nicht möglich sind. Die an den Ausgängen 240 und 260 der ersten Vorrichtung 20 anstehenden analogen Wechselspannungen sind somit proportional zum Strom i, der durch den Netzzweig 6 fließt bzw. zur Spannung u, die am Netzzweig 6 anliegt. Die Ausgänge 240 und 260 sind mit einem Analog-Digital-Wandler 30 verbunden, der die analogen Meßwerte jeweils mit einer vorbestimmten Taktrate digitalisiert und dem Mikrocomputer 32 weiterleitet. Im Mikrocomputer 32 werden die während wenigstens einer Periode der Wechselspannungsquelle 22 vom Analog-Digital-Wandler 30 bereitgestellten Digitalwerte für den Strom i und die Spannung u in vorbestimmte Speicherplätze eines adressierbaren Schreib-und Lesespeichers derart eingelesen, daß eine eindeutige Beziehung zwischen den Adressen jeweils zweier Speicherplätze und der Zeitdifferenz existiert, die zwischen den Zeitpunkten . der Analog-Digital-Wandlung der diesen Speicherplätzen zugeordneten Speicherinhalten besteht. Somit kann im Mikrocomputer 32 mittels einfacher Algorithmen sowohl der Betrag |Z| als auch der Phasenwinkel ψ der komplexen Impedanz Z_ ermittelt werden. Werden beispielsweise die Adressen der Speicherplätze für die digitalisierten Werte für den Strom i und die Spannung u ermittelt, bei denen jeweils der Speicherinhalt der jeweils zeitlich nächstfolgenden Adressen gegenüber dem vorherigen Wert einen vorbestimmten Vorzeichenwechsel, beispielsweise von Plus nach Minus, aufweist, so ist die zu ihnen gehörende Zeitdifferenz 4t ebenfalls bekannt. Ist der Wert für die Frequenz f der Wechselspannungsquelle 22 bekannt, so kann der Phasenwinkel ^P über die BeziehungThe voltage source 22 and the resistor R are dimensioned so that the test current i remains so low, even in the event of an internal short circuit in the network branch 6, that further damage to the network branch is not possible. The analog AC voltages present at the outputs 240 and 260 of the first device 20 are thus proportional to the current i flowing through the network branch 6 or to the voltage u applied to the network branch 6. The outputs 240 and 260 are connected to an analog / digital converter 30, which digitizes the analog measured values in each case at a predetermined clock rate and forwards them to the microcomputer 32. In the microcomputer 32, the digital values for the current i and the voltage u provided by the analog-to-digital converter 30 during at least one period of the AC voltage source 22 are read into predetermined memory locations of an addressable read and write memory in such a way that a clear relationship between the addresses of two Storage locations and the time difference that exists between the points in time. the analog-to-digital conversion of the memory contents assigned to these memory locations exists. Thus, both the amount | Z | as well as the phase angle ψ of the complex impedance Z_ can be determined. If, for example, the addresses of the memory locations for the digitized values for the current i and the voltage u are determined, for which the memory content of the next address in time has a predetermined change in sign compared to the previous value, for example from plus to minus, then this is to the time difference 4t belonging to them is also known. If the value for the frequency f of the alternating voltage source 22 is known, the phase angle ^ P can be obtained via the relationship
= 360° . Δ t . f= 360 °. Δ t. f
_φ *::γ];' VPA* .85 P 3 1 9 4 BE_φ *: γ]; ' VPA * .85 P 3 1 9 4 BE
ermittelt werden. Um eine Winkelauflösung von wenigstens 1° zu erhalten, muß die Taktrate mit der jeweils die analogen Meßwerte für den Strom i und die Spannung u digitalisiert werden, wenigstens das 360-fache der Frequenz f betragen. Der Betrag |Z| der Impedanz Z kann dadurch ermittelt werden, daß der Quotient aus den jeweils maximalen Werten der Speicherinhalte für die Spannung u und den Strom i gebildet wird. Nach Vergleich mit den in einem PROM gespeicherten zulässigen Betriebsdaten und bei Vorliegen eines erlaubten Betriebszustandes erfolgt dann die Freigabe des Leistungsschalters 4.be determined. In order to obtain an angular resolution of at least 1 °, the clock rate at which the analog measured values for the current i and the voltage u are digitized must be at least 360 times the frequency f. The amount | Z | the impedance Z can be determined in that the quotient is formed from the respective maximum values of the memory contents for the voltage u and the current i. After a comparison with the permissible operating data stored in a PROM and if a permissible operating state is present, the circuit breaker 4 is then released.
4 Patentansprüche
2 Fig\Wn4 claims
2 Fig \ Wn
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Claims (4)
Sie enthält3. Electronic switching device according to the preamble of claim 1, characterized by the following features:
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