DE4000627A1 - Digitaler leistungstrennschalter mit auswaehlbaren ausloeseparametern - Google Patents

Digitaler leistungstrennschalter mit auswaehlbaren ausloeseparametern

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DE4000627A1
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John James Dougherty
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Description

Industrielle Starkstromkreise werden zur Zeit durch thermische, magnetische, elektromechanische und elektronische Leistungstrennvorrichtungen geschützt, die derart nach Maß angefertigt oder ausgelegt sind, daß ihr Ansprechverhalten zeitreziprok vom Überstrom abhängig ist. Vor dem Auftreten einer Stromkreisunterbrechung tritt daher für einen niedrigen Überstrom eine lange Zeitverzögerung auf, wohingegen für einen hohen Überstrom die Zeitverzögerung bis zur Stromkreisunterbrechung kürzer ist. Beim Auftreten eines Kurzschlußstromes ist der Stromkreis momentan zu unterbrechen.
Die in Leistungsschaltern benutzten thermischen und magnetischen Abschalt- oder Auslöseeinheiten basieren näherungsweise auf einer Zeit-Überstrom-Beziehung, die sich mit der ersten Potennz der Zeit und mit der zweiten Potenz des Stromes (I²t) ändert, wohingegen bei den in elektromechanischen Relais benutzten Induktionsscheiben die Beziehung zwischen der Zeit und dem Strom beispielsweise durch ein Polynom bestimmt ist, das der I²t-Beziehung in einem geringeren Maß angenähert ist. Eine ausführliche Beschreibung der Arbeitsweise von elektromechanischen Relais findet man in einem Aufsatz mit dem Titel "Digital Immerse Time-Overcurrent Relay Using Counters", von M. Ramamoorty, erschienen im ECI Journal, El, 1980.
Zeit-Überstrom-Auslöseparameter für elektronische Stromkreisunterbrechungsvorrichtungen vom sogenannten "analogen" Typ machen Gebrauch von den Verzögerungskennlinien elektronischer Bauteile, beispielsweise von der Verzögerung durch einen Kondensator, um die Langzeit- und Kurzzeitverzögerungen vor einer Stromkreisunterbrechung festzulegen. Ein solcher analoger Stromkreistrennschalter ist aus der US-PS 42 66 259 bekannt.
Zeit-Überstrom-Auslöseparameter für elektronische Stromkreistrennschalter vom sogenannten "digitalen" Typ sind in einem elektronischen Speicher abgelegt und werden von einem Mikroprozessor benutzt, um für die Langzeit- und Kurzzeitunterbrechung bzw. -trennung zu sorgen. Ein digitaler Stromkreistrennschalter ist beispielsweise aus der US-PS 46 72 501 bekannt.
Um das Verriegelungssystem zwischen miteinander verbundenen elektronischen Stromkreistrennschaltern zu koordinieren, signalisiert der nachgeordnete oder nachgeschaltete Stromkreistrennschalter dem vorgeordneten oder vorgeschalteten Stromkreistrennschalter, daß dieser die Trennung verzögern soll, bis der nachgeschaltete Stromkreistrennschalter reagiert hat, um eine drohende Störung zu beseitigen bzw. einen drohenden Kurzschluß abzuschalten. Verriegelungsfunktionen zwischen elektronischen Stromkreistrennschaltern sind beispielsweise aus der US-PS 44 68 714 bekannt, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Verwendet man einen elektronischen Stromkreistrennschalter als Hauptleistungstrenner in einem Energieverteilungssystem, bei dem in den Abzweigstromkreis elektromechanische Relais oder thermische und magnetische Auslösevorrichtungen verwendet werden, muß man gewöhnlich für eine gewisse Koordination sorgen, damit die Trennvorrichtung, die am nächsten bei der Störung oder dem Kurzschluß vorgesehen ist, den Abzweigstromkreis unterbricht oder trennt, bevor der elektronische Stromkreis- oder Leistungstrennschalter den Hauptstromkreis trennt. Ein früher Versuch, unter Verwendung eines digitalen elektronischen Stromkreistrenners eine Koordinierung zwischen elektromechanischen Relais vorzusehen, ist aus der US-PS 42 75 445 bekannt. Einen jüngeren Versuch, einen digitalen Stromkreistrenner innerhalb von Stromkreisen mit Elektromotoren zu koordinieren, ist in der deutschen Patentanmeldung P 39 33 201.2 vorgeschlagen. Bezüglich der Offenbarung wird auf diese Anmeldung besonders Bezug genommen.
Obgleich derartige digitale elektronische Stromkreistrenner mit Mikroprozessoren, die für spezifische Zeit-Überstrom-Trennungen programmiert sind, bekannt und allgemein in Gebrauch sind, ist derzeit kein Stromkreistrenner dieser Art kommerziell verfügbar, den man so auslegen oder "schneidern" könnte, daß er zu einer großen Vielfalt von Zeit-Überstrom-Auslöseparametern passen würde, wie man sie in den zuvor beschriebenen nicht elektronischen Unterbrechungs- oder Trennvorrichtungen vorfindet. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen digitalen elektronischen Leistungstrennschalter anzugeben, der in der Fabrik bzw. in seiner Fertigungsstätte oder an seinem Einsatzort je nach Bedarf oder Kundenspezifikation so eingerichtet oder geschneidert werden kann, daß er innerhalb spezieller Energieverteilungssysteme, die sowohl elektronische als auch nicht elektronische Stromkreistrennvorrichtungen enthalten, eine Systemkoordinierung vorsieht.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen beispielshalber näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine grafische Darstellung der Abschalt- oder Auslösezeit als Funktion des Stroms für verschiedenartige Stromkreistrennvorrichtungen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines einfachen industriellen Energieverteilungssystems,
Fig. 3A und 3B grafische Darstellungen der Auslösezeit als Funktion von Vielfachen des Nennstroms für Stromkreistrennvorrichtungen, die in dem Energieverteilungssystem nach Fig. 2 dargestellt sind,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines elektronischen Leistungstrennschalters, der von einem geschneiderten Überstromschutzalgorithmus nach der Erfindung Gebrauch macht,
Fig. 5 ein Flußdiagramm vom Betrieb des in Fig. 4 dargestellten elektronischen Leistungstrennschalter, und
Fig. 6 ein Flußdiagramm des im elektronischen Leistungstrennschalter nach Fig. 4 benutzten Interpolationslogarithmus.
Vor der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung bzw. von maßgeschneiderten Überstromschutzparametern nach der Erfindung ist es hilfsreich, unter Bezugnahme auf Fig. 1 von verschiedenartigen Leistungstrennvorrichtungen die zugehörigen Zeit-Überstrom-Parameter zu betrachten. Ein thermisches Relais oder ein thermischer Stromkreistrenner folgt im unteren, mittleren und höheren Schutzstrombereich einer mit 10 bezeichneten Kennlinie und approximiert dabei eine I²t-Beziehung, wobei die bis zum Auslösen eines Überstromzustands zulässige Zeit der zweiten Potenz eines Stroms umgekehrt proportional ist. Vor der Unterbrechung oder Trennung eines Überstroms mit einem niedrigen Wert wird somit eine lange Zeitspanne zugelassen, und zwar im Vergleich zu einem relativ kurzen Zeitinkrement vor der Unterbrechung oder Trennung eines Überstromzustands mit einem hohen Überstromwert.
Ein magnetisches Induktionsscheibenrelais, bei dem die von dem abgefühlten Starkstrom erzeugte elektrische Energie mit der Kraft einer geeichten Feder ausgewogen oder in Vergleich gesetzt wird, und zwar zur Steuerung der Bewegung einer Scheibe, hat eine bei 10 dargestellte Zeit-Überstrom-Kurve und wird im allgemeinen am Einsatzort zur Erfüllung spezifischer Stromkreisanforderungen eingestellt. In der bereits eingangs genannten Druckschrift mit dem Titel "Digital Inverse Time-Overcurrent Relay Using Counters" ist die Arbeitsweise eines solchen magnetischen Induktionsrelais beschrieben.
Das Zeit-Überstrom-Verhalten eines elektronischen Stromkreis- oder Leistungsschalters ist für einen analogen Signalprozessor, wie er aus der US-PS 42 66 259 bekannt ist, bei 12 dargestellt. Dieses Verhalten ist aus der Beziehung I²t=K abgeleitet, und die Auslösezeitkalibrierung wird durch Einzelbauteile, wie Kondensatoren und Dioden, bestimmt. Ein digitaler Signalprozessor, wie er aus der zuvor genannten US-PS 46 72 501 bekannt ist, verwendet einen Mikroprozessor, um fortlaufend in Übereinstimmung mit gespeicherten Algorithmen eine das Zeit- Überstrom-Verhalten oder Zeit-Überstrom-Ansprechen beschreibende Kurve zu berechnen.
Es sei bemerkt, daß die Zeit-Überstrom-Kurve für alle drei Vorrichtungen gewisse Abweichungen oder Änderungen bezüglich des Auslösezeitverhaltens beim Übergang von den niedrigen, mittleren zu höheren Überstrombereichen aufweisen. Wenn solche Vorrichtungen gleichzeitig in einem elektrischen Verteilungssystem verwendet werden, müssen Maßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, daß die Vorrichtung, die sich am dichtesten bei dem Ursprung für den Überstromzustand befindet, früher anspricht als eine nachgeordnete oder nachgeschaltete Vorrichtung, um eine sogenannte "Unfug"-Auslösung zu vermeiden.
Wenn in einem gemeinsamen elektrischen Verteilungssystem elektronische Leistungstrenner als vorgeschaltete und nachgeschaltete Stromkreistrennvorrichtungen benutzt werden, kann man die elektronischen Leistungstrenner miteinander verbinden, um sicherzustellen, daß der nachgeschaltete Leistungstrenner vor dem vorgeschalteten Trenner oder Unterbrecher reagiert, um die Störung zu beseitigen bzw. den Überstromzustand abzuschalten. Aus der bereits genannten US-PS 44 68 714 ist ein derartiges Verfahren zum Zwischenverbinden elektronischer Leistungstrenner bekannt.
Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form ein industrielles Energieverteilungsnetz 13, bei dem im primären Hauptspeisekabel eines dreiphasigen Energieverteilungssystems eine magnetische Induktionsscheibe oder ein magnetisches Relais 14 verwendet wird. Von dem Dreiphasensystem ist jeweils nur ein einziger Leiter dargestellt, wie der Einphasenleiter 1. Das sekundäre Hauptspeisekabel 2 auf der entgegengesetzten Seite eines Energieverteilungstransformators 9 ist durch einen elektronischen Leistungstrenner 8 von einer Art geschützt, wie sie aus der bereits erwähnten US-PS 46 72 501 bekannt ist. Der Leistungstrenner 8 steht über das nachfolgende sekundäre Hauptspeisekabel 7 mit einer Vielzahl Abzweigspeisekabel 6A bis 6D in Verbindung. Das Abzweigspeisekabel 6A ist mittels eines thermischen Magnetrelais 5 geschützt, das die bei 10 in Fig. 1 dargestellten Auslöseparameter aufweist und einen Elektromotor 4 als ein Beispiel eines Industriegeräts schützt. Die Verwendung eines thermomagnetischen oder thermischen Magnetrelais zum Schutz von Induktionsgeräten, wie Elektromotoren und Elektroöfen, ist in industriellen Energieverteilungsnetzen allgemein üblich.
Die Abzweigspeisekabel 6B bis 6D enthalten jeweils einen thermischen Magnetleistungsschalter, wie er beispielsweise aus der US-PS 44 80 242 bekannt ist, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Thermomagnetische Leistungsschalter oder Thermo-Magnetleistungstrenner 3 werden im allgemeinen in Stromkreisen verwendet, die im wesentlichen keine induktiven Geräte enthalten.
Die Auslösezeitkurven für die Stromkreistrennvorrichtungen in dem elektrischen Energieverteilungssystem 13 nach Fig. 2 sind in Fig. 3A unter Bezugnahme auf den bei 64 dargestellten Betriebsnennstrom dargestellt. Die thermische Auslösezeit 63 für die Leistungstrennvorrichtungen 3 und 5 nach Fig. 2 ist so gewählt, daß sie zur Wirkung kommt, bevor der elektronische Leistungstrenner 8 auslöst, dessen Unterbrechungs- oder Trennungszeit durch die eingezeichnete Auslösezeitkurve 62 definiert ist, die wiederum derart gewählt ist, daß der elektronische Leistungstrenner vor der magnetischen Induktionsscheibe 14 auslöst, deren Auslösekurve bei 61 eingezeichnet ist. Die Koordination zwischen den einzelnen Leistungstrennvorrichtungen wird dadurch erreicht, daß bei jedem Schutzniveau die Auslösepegel oder Auslösewerte höher eingestellt werden, um sicherzustellen, daß der Leistungstrenner, der sich am dichtesten beim Ursprung des Überstromzustands befindet, zuerst wirksam wird. Um für die Überlappung der in Fig. 1 dargestellten Zeit-Überstrom- Kurven eine Kompensation vorzusehen, werden die verschiedenartigen Leistungstrennvorrichtungen derart eingestellt, daß sie die in Fig. 3A dargestellten Auslösezeiten 61 bis 63 vorsehen. Der Abstand zwischen den einzelnen Kurven stellt sicher, daß für Störungen, die oberhalb der Abzweigstromkreis-Trennvorrichtung auftreten, keine Überlappung vorhanden ist, gestattet aber, daß die höheren Ströme für längere Zeitspannen fließen können. Um eine Überhitzung der in Fig. 2 dargestellten Speiseleiter 1, 7 und 6A bei den höchsten Stromwerten zu verhindern, sind die Leiter mit Absicht überdimensioniert, um I²R-Erhitzungsauswirkungen im wesentlichen zu vermindern. Seitdem ist nun erkannt worden, daß durch Entwickeln einer maßgeschneiderten elektronischen Auslösekurve, die bei 65 in Fig. 3B dargestellt ist, und Verwendung dieser Kurve anstelle der herkömmlichen elektronischen Auslösekurve 62, die Auslösekurve für die magnetische Scheibe durch eine in Fig. 3B bei 66 dargestellte Kurve ersetzt werden kann. In Fig. 3B ist auch die herkömmliche elektronische Auslösekurve 62 und die ursprüngliche Magnetscheiben- Auslösekurve 61 strichpunktiert eingezeichnet, um den jetzt dichteren Abstand zwischen der thermischen, elektronischen und magnetischen Auslösezeitkurve 63, 65 und 66 zu veranschaulichen. Der jetzt dichte Abstand zwischen den einzelnen Auslösekurven gestattet es, die Abmessungen der elektrischen Leiter zu vermindern, wobei gleichzeitig sichergestellt bleibt, daß die Leistungstrennvorrichtung, die sich am nächsten beim Ursprung des Überstromzustands befindet, durch Unterbrechen oder Trennen des Starkstroms anspricht, bevor dies die vorgeschalteten oder stromaufwärts liegenden Leistungsschalter tun.
Die maßgeschneiderte elektronische Auslösezeitkurve 65 läßt es zu, daß der elektronische Stromkreis- oder Leistungstrenner anstelle von existierenden magnetischen Scheibenrelais oder in Kombination damit verwendet werden kann. Die spezifische Auslösezeitkurve für jedes industrielle Energieverteilungssystem kann am Einsatzort dadurch maßgeschneidert werden, daß ein spezifischer Algorithmus vorgesehen wird, der zwischen den Datenpunkten auf der Thermomagnetauslösekurve 63 und der Magnetscheibenkurve 61 nach Fig. 3A eine Extrapolation vornimmt. Um unbeabsichtigte Modifikationen der innerhalb des Speichers des elektronischen Leistungstrenners abgelegten Auslöseparameter zu vermeiden, können eine wegnehmbare Tastatur und Anzeigeeinheit verwendet werden, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 39 26 414.9 beschrieben ist. Die entfernbare Tastatur und entfernbare Anzeigeeinheit gestatten es somit einem Bediener, die Auslösepunkte einzugeben, die für die Thermomagnet- und Magnetscheibenleistungstrennvorrichtung existieren, und dann durch Anwendung spezifischer Algorithmen für die Thermomagnet- und Magnetscheibentrennvorrichtung, die bereits in dem industriellen Energieverteilungssystem existent sind, die spezifische elektronische Auslösekurve 65 nach Fig. 3B maßzuschneidern.
Die maßgeschneiderte elektronische Leistungstrenner- Auslösekurve 65 wird aus festen Punkten erzeugt, die von den Kurven (1 bis 12) von Fig. 1 (oder irgendeiner anderen Kurve, die den Systemschutz und die Systemkoordination verbessern kann), genommen, und zwar für Werte innerhalb des hohen, mittleren und unteren Strombereiches, und dann auf einen geeigneten logarithmischen oder linearen Interpolationsalgorithmus angewendet. Die logarithmische Interpolation wird ausgewählt, um die Auslösepunkte zwischen den festen Punkten zu identifizieren, und zwar wegen der logarithmischen Natur der einzelnen Kurven. Die Logarithmuswerte der festen Punkte können in einem Speicher gespeichert werden, und zwar, wenn erwünscht, im Format einer Nachsuchetabelle. Gleichermaßen kann die lineare Interpolation verwendet werden, die eine einfachere Prozessorrealisierung gestattet, jedoch eine weniger genaue Anpassung an die Kurve vorsieht. Der logarithmische Interpolationsalgorithmus zum Erzeugen der maßgeschneiderten elektronischen Auslösekurve ist wie folgt gegeben:
Tx=(T(i-1)+(T(i)-T(i-1))*0,9954*log₁₀[(1+10*(Ix²-I²(i-l)))/(I²(i)-I²(i-1))].
Darin ist:
Tx die interpolierte Auslösezeit,
Ix der Störungs- oder Fehlerstrom,
T(i-1) die Auslösezeit bei I(i-1),
I(i-1) der Strom des nächsten festen Punktes unterhalb des Fehlerstroms,
T(i) die Auslösezeit bei I(i),
I(i) der Strom des nächsten festen Punktes oberhalb des Fehlerstroms,
0,9954 eine Skalierungs- oder Maßstabskonstante (1/log₁₀(11)),
i Index der Nachschlagtabelle
Für eine lineare Kurve ist der Algorithmus einfacher:
Tx=T(i-1)+(T(i)-T(i-1))*(Ix-I(i-1))/(I(i)-I(i-1)).
Ein digitaler Leistungstrennschalter 15 zur Realisierung der maßgeschneiderten elektronischen Auslösezeitkurve 65 nach Fig. 3B ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Leistungstrenner oder Leistungstrennschalter ist ähnlich demjenigen, der aus der bereits erwähnten US-PS 46 72 501 bekannt ist, bei dem der durch einen Leiter 16 eines dreiphasigen Energieverteilernetzes fließende Starkstrom Io mit Hilfe eines Stromwandlers 17 abgekühlt wird, der eine Primärwicklung 18 aufweist, die in Reihe mit dem Stromleiter 16 liegt, und der einen Kern 19 hat. Obgleich nur ein Starkstromleiter und nur ein Stromwandler dargestellt sind, kommen für jede einzelne Phase des dreiphasigen Verteilersystems jeweils ein separater Stromleiter und ein separater Stromwandler zur Anwendung. Eine Sekundärwicklung 20 des Stromwandlers 17 ist über einen Anschlußverbinder 21 mit dem digitalen Leistungstrenner 15 verbunden. Der dem abgefühlten Starkstrom Io entsprechende Strom Ix auf der Sekundärseite des Stromwandlers 17 fließt durch eine Bürde RB und erzeugt dort ein zum Sekundärstrom Ix proportionales Spannungssignal Vx. Dieses Spannungssignal gelangt über eine Leitung 22 zu einer Signalkonditionierschaltung 23 sowie zu einem Netzgerät oder einer Stromversorgungseinrichtung 24, die die Betriebsenergie für die anderen Komponenten der Trennvorrichtung zur Verfügung stellt. Zu diesem Zweck ist die Stromversorgungseinrichtung über eine Leitung 25 mit einer Hilfsstromquelle VEXT verbunden. Von der Signalkonditionierschaltung 23 gelangt das konditionierte Spannungssignal über einen Datenbus 26 zu einem Mikroprozessor 27, der dazu dient, das Auftreten eines Überstromzustands festzustellen. Die festen Punkte, die längs der thermischen und magnetischen Auslösekurve 63 bzw. 61 nach Fig. 3A genommen wurden, sind in einem Speicher 29 in Gestalt eines EEPROM 29 gespeichert, der über einen Datenbus 28 mit dem Mikroprozessor 27 verbunden ist.
Die Befehle an den Prozessor werden über ein externes Programmiergerät 38 eingegeben, das vorübergehend mit dem Prozessor verbunden wird, und zwar über einen Datenbus 37, einen Anschlußverbinder 36 und einen Datenbus 33. Das externe Programmiergerät wird verwendet, um die spezifischen Punkte in dem EEPROM-Speicher abzulegen. Beim Normalbetrieb ist das Programmiergerät nicht angeschlossen. Wird für eine berechnete Zeitspanne ein vorbestimmter Stromzustand überstiegen, gibt der Prozessor 27 ein Auslösesignal an eine Trennstufe oder einen Puffer 31 über eine Leitung 30 ab, und vom Puffer 31 gelangt dieses Auslösesignal über eine Leitung 34 zu einem Stromkreisunterbrecher oder Stromkreistrenner 35. Der Puffer erhält seine Energie über eine Leitung 32 von der Stromversorgungseinrichtung 24. Das Programmiergerät 38 enthält in bezug auf den im Prozessor 27 enthaltenen Mikroprozessor einen separaten Mikroprozessor und ist im wesentlichen in der US-PS 46 72 501 beschrieben. Bei Empfang eines Überstromzustands am Datenbus 26 berechnet der Prozessor die entsprechende Auslösezeit durch Auslesen der in dem EEPROM-Speicher abgelegten festen Punkte und durch Speicherung dieser Punkte in einem flüchtigen Speicher, der in dem Prozessor 27 enthalten ist. Alternativ können auch alle in dem EEPROM Speicher 29 abgelegten festen Punkte bei "Leistung hoch" der Auslöseeinheit in den flüchtigen Speicher eingelesen werden, so daß sie einem schnellen Zugriff unterliegen oder vorverarbeitet werden können, beispielsweise zum Zwecke des Berechnens der Zeitdifferenzen zwischen den festen Punkten. Der Prozessor interpoliert dann die Integrationsrate, die der gewünschten Auslösezeit entspricht, um die maßgeschneiderte elektronische Auslösezeitkurve 65 vorzusehen, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 3B beschrieben wurde. Während die Zeitgleichungen die gewünschte Wirkung für den Stromkreistrennerbetrieb beschreiben, ist innerhalb des Mikroprozessors ein Operationsverfahren erforderlich, das die Messung von Zeit umfaßt. Ein Verfahren, das hierfür vorgeschlagen wird, ist die digitale Integration. Bei der digitalen Integration wird ein Register oder eine Gruppe aus Registern oder Speicherplätzen in regelmäßigen Zeitabständen aktualisiert, um die erforderlichen Zeitmeßelemente vorzusehen. Bei jeder Aktualisierung werden die Register inkrementiert oder dekrementiert, und zwar mit einer Rate, die der gewünschten Variablen proportional ist, welche in diesem Fall der Strom ist. Bei jeder Aktualisierung werden die Register auch mit einem Maximalzählwert verglichen, um die Beendigung oder Vervollständigung der Integration anzuzeigen.
Die Zeitgleichung muß in eine Gleichung überführt werden, die einen Inkrementalwert vorsieht. Dieser Wert ist eine Funktion des maximalen Zählwerts, der Algorithmusrate und der gewünschten Zeit, und ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:
Darin ist:
D das Deltainkrement,
C der Maximalzählwert,
R die Algorithmusfrequenz (1/Periode),
Tx die Zeit zum Auslösen.
Da C und R für eine gegebene Konstruktion Konstanten sind, ist das Deltainkrement D der gewünschten Zeit umgekehrt proportional. Dies veranlaßt eine operationsmäßige Verbesserung, die darin gesehen wird, daß die Deltawerte bei den festen Punkten anstelle der Zeitwerte gespeichert werden. Die logarithmische Interpolation wird sehr leicht dadurch umgesetzt, daß man die gespeicherten Deltapunkte wie folgt verwendet:
Dx=D(i-1)+(D(i)-D(i-1)) · 0,9954 · log₁₀[(Ix²-I²(i-1))/(I²(i)-I²(i-1))].
Darin ist:
Dx das berechnete Delta für den Strom Ix,
D(i) das Delta für den Strom I(i),
D(i-1) das Delta für den Strom I(i-1),
I(i), I(i-1) wie zuvor.
Gleichermaßen wird die lineare Zeitgleichung wie folgt überführt:
Dx=D(i-1)+(D(i)-D(i-1)) · (Ix-I(i-1))/(I(i)-I(i-1)).
Der Prozessor 27 liefert das Auslöseausgabesignal an den Stromkreisunterbrecher 35, nachdem die berechnete Auslösezeit abgelaufen ist.
Das Programmiergerät 38 ist kein Teil des digitalen Leistungstrennschalters 15 und dient dazu, wie zuvor erläutert, als Mittel zur Eingabe der Interpolationskurvendatenpunkte in den EEPROM-Speicher 29. Es kann enthalten eine digitale Nachrichtenverbindung über den Datenbus 37 als Teil des fabrikinstallierten digitalen Leistungstrennschalters, oder es kann sich um ein am Einsatzort betreibbares Ferngerät handeln, wie es in der bereits erwähnten deutschen Patentanmeldung P 39 26 414.9 bzw. der US-PS 48 70 531 erläutert ist.
Die Arbeitsweise des digitalen Leistungstrennschalters 15 kann man sehr leicht erläutern unter Bezugnahme auf ein in Fig. 5 dargestelltes Flußdiagramm als auch unter Bezugnahme auf den in Fig. 4 dargestellten Aufbau des digitalen Leistungstrennschalters 15. Der zu überwachende Strom (Starkstrom) Io wird fortlaufend beim Block 39 als Ix abgefühlt und über den Datenbus 26 in den Prozessor 27 eingegeben. Dort wird das Stromsignal Ix gemäß einem Block 40 mit einem Schwellenwert IT verglichen, um das Auftreten eines Überstromzustands zu bestimmen. Beim Auftreten eines Überstromzustands gemäß einem Block 41 liest der Prozessor die im EEPROM-Speicher abgelegten festen Punkte gemäß einem Block 42 ein und berechnet gemäß einem Block 43 den Logarithmuswert des Stromsignals Ix. Gemäß einem Block 44 wird der Interpolationsalgorithmus angewendet, wobei das Deltainkrement Dx berechnet und zum Registerwert Cx addiert wird, um die Auslösezeit TT gemäß einem Block 45 zu interpolieren. Nachdem Cx den berechneten Maximalzählwert erreicht, wird gemäß einem Block 46 ein Auslösesignal an den Stromkreisunterbrecher 35 abgegeben, und zwar über die Trennstufe oder den Puffer 31 sowie die Leitungen 30, 34, um den Stromkreis zu unterbrechen oder zu trennen.
Die Realisierung des Interpolationslogarithmus geht am besten aus Fig. 6 hervor, worin das Operationsprogramm für den Interpolationsalgorithmus wie folgt voranschreitet: Bei einem Block 47 verursacht die Zeittaktunterbrechungsrate R, daß die Routine in regelmäßigen Abständen wiederholt wird und der Maximalstrom Ix gemäß einem Block 48 für jeden der separaten Phasenleiter bestimmt wird. Ist der maximale Stark- oder Leiterstrom nicht größer als der Schwellenwert IT wird gemäß einem Block 49 ein Abkühlungsalgorithmus ausgeführt, wobei der Registerwert Cx mit einer festen Rate K gemäß einem Block 50 dekrementiert wird. Falls gemäß einem Block 51 der Registerwert nicht kleiner als Null ist, endet hier die Routine, und zwar bis zur nächsten Zeittaktunterbrechung. Ist der Maximalstrom Ix größer als der Schwellenwert IT, wird gemäß einem Block 53 der Index i gleich Null gesetzt, und es wird bestimmt, ob der Maximalstrom Ix größer als der Strom I(i) ist, und zwar bei einem Block 54. Trifft dies nicht zu, werden die Deltapunkte Dx berechnet und gemäß einem Block 57 im Speicher gespeichert. Ist der Maximalstrom größer als Ix wird bei einem Block 55 der Index i verglichen mit imax, und falls kein Maximum vorliegt, wird der Index i bei einem Block 56 inkrementiert, bis das Intervall zum Interpolieren gefunden ist. Sobald die Deltapunkte Dx berechnet und gespeichert sind, und zwar gemäß dem Block 57, werden die Deltapunkte bei einem Block 58 den Registerwerten hinzuaddiert, und es wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Registerwert einen vorbestimmten Zählwert überschreitet, und zwar bei einem Block 59. Ist dies nicht der Fall, endet die Routine. Übersteigt der Registerwert den Zählwert, wird bei einem Block 60 ein Auslösemerkerzustand gesetzt, und anschließend endet die Routine.
Eine maßgeschneiderte elektronische Auslösezeitkurve ist für einen digitalen Leistungstrennschalter beschrieben worden, dem stromabwärts gelegene Stromkreise oder Abzweigstromkreise zugeordnet sind, die thermische und magnetische Stromkreisrelais verwenden. Der Zugriff zu dem Mikroprozessor in dem digitalen Leistungstrennschalter erfolgt mit Hilfe eines Programmiergeräts zwecks Eingabe von festen Setzpunkten in den Mikroprozessor und zum Ablegen der Setzpunkte in einem zugehörigen EEPROM.

Claims (12)

1. Digitaler Leistungstrennschalter mit wählbaren Auslöseparametern, enthaltend:
eine Stromeinrichtung (17) zum Bestimmen von Leiterstrom in einem elektrischen Energieverteilungssystem,
eine Signalprozessoreinrichtung (27), die mit der Stromeinrichtung (17) verbunden ist und dazu dient, das Auftreten eines Überstroms in dem elektrischen Energieverteilungssystem festzustellen und diese Überstrom nach einer berechneten Zeitverzögerung zu unterbrechen, und
eine Speichereinrichtung (29), die mit der Signalprozessoreinrichtung (27) verbunden ist und in der feste Datenpunkte abgelegt sind, welche thermischen und magnetischen Leistungstrennvorrichtungen entsprechen, welche Speichereinrichtung ferner einen Interpolationsalgorithmus zum Interpolieren zwischen diesen festen Datenpunkten enthält, um eine kontinuierliche Darstellung der berechneten Zeitverzögerung zu erzeugen.
2. Digitaler Leistungstrennschalter nach Anspruch 1, enthaltend einen Abkühlungsalgorithmus in Kombination mit dem Interpolationsalgorithmus zwecks Simulation der Abkühlung der Kabel innerhalb des elektrischen Energieverteilungssystems nach dem Wegfall des Überstromzustands.
3. Digitaler Leistungstrennschalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Interpolationsalgorithmus eine logarithmische oder lineare Interpolation umfaßt.
4. Digitaler Leistungstrennschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Speichereinrichtung (29) einen elektrisch löschbaren Speicher (EEPROM) enthält.
5. Digitaler Leistungstrennschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die festen Datenpunkte in der Speichereinrichtung (29) zur Zeit der Fertigung des digitalen Leistungstrennschalters installiert werden.
6. Digitaler Leistungstrennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die festen Datenpunkte in der Speichereinrichtung (29) zur Zeit des Gebrauchs des digitalen Leistungstrennschalters installiert werden.
7. Elektrisches Verteilungssystem mit maßgeschneiderten Schutzparametern, enthaltend in Kombination:
einen Hauptspeiseleiter (2,7), der mit mehreren Zweigspeiseleitern (6A, 6B, 6C, 6D) verbunden ist,
einen elektronischen Leistungstrennschalter (8; 15), der seriell in den Hauptspeiseleiter geschaltet ist und eine Unterbrechervorrichtung (35), eine Signalprozessoreinrichtung (27) und eine Speichereinrichtung (29) enthält, und
wenigestens einen Magnetrelaisleistungstrenner (3, 5), der seriell in einen der Zweigspeiseleiter geschaltet ist und dazu dient, elektrische Gerätschaften zu schützen, die mit diesem einen Zweigspeiseleiter verbunden sind, wobei die Speichereinrichtung (29) feste Schutzparameter enthält, die dem Magnetrelaisleistungstrenner entsprechen, und einen Interpolationsalgorithmus enthält, welche Signalprozessoreinrichtung (27) eine ideale Auslösezeitkurve aus den festen Schutzparametern beim Auftreten eines Überstromzustands in dem Hauptspeiseleiter oder in dem einen Zweigspeiseleiter berechnet.
8. Elektrisches Verteilungssystem mit maßgeschneiderten Schutzparametern, enthaltend in Kombination:
einen Hauptspeiseleiter (2, 7), der mit mehreren Zweigspeiseleitern (6A, 6B, 6C, 6D) verbunden ist,
einen elektronischen Leistungstrennschalter (8; 15) der seriell in den Hauptspeiseleiter geschaltet ist und eine Unterbrechervorrichtung (35), eine Signalprozessoreinrichtung (27) und eine Speichereinrichtung (29) enthält, und
wenigstens einen thermischen Relaisleistungstrenner (5), der seriell in einen (6A) der Zweigspeiseleiter geschaltet ist und zum Schutz elektrischer Gerätschaft dient, die mit diesem einen Zweigspeiseleiter verbunden ist, welche Speichereinrichtung (29) feste Schutzparameter enthält, die dem thermischen Relaisleistungstrenner entsprechen, und einen Interpolationsalgorithmus enthält, welche Signalprozessoreinrichtung eine ideale Auslösezeitkurve aus diesen festen Schutzparametern beim Auftreten eines Überstromzustands in dem Hauptspeiseleiter oder dem einen Zweigspeiseleiter berechnet.
9. Elektrisches Verteilungssystem mit maßgeschneiderten Schutzparametern, enthaltend in Kombination:
einen Hauptspeiseleiter (2, 7), der mit mehreren Zweigspeiseleitern (6A, 6B, 6C, 6D) verbunden ist,
einen elektronischen Leistungstrennschalter (8; 15), der seriell in den Hauptspeiseleiter geschaltet ist und eine Unterbrechervorrichtung (35), eine Signalprozessoreinrichtung (27) und eine Speichereinrichtung (29) enthält, und
wenigstens einen thermomagnetischen Leistungstrenner (3, 5), der seriell in einen der Zweigspeiseleiter geschaltet ist und dazu dient, elektrische Gerätschaft zu schützen, die mit dem einen Zweigspeiseleiter verbunden ist, welche Speichereinrichtung feste Schutzparameter enthält, die dem thermomagnetischen Leistungstrenner entsprechen, und einen Interpolationsalgorithmus enthält, welche Signalprozessoreinrichtung eine ideale Auslösezeitkurve aus diesen festen Schutzparametern beim Auftreten eines Überstromzustands in dem Hauptspeiseleiter oder dem einen Zweigspeiseleiter berechnet.
10. Elektrisches Verteilungssystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei dem der Interpolationsalgorithmus eine logarithmische oder eine lineare Interpolation umfaßt.
11. Elektrisches Verteilungssystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei dem die Speichereinrichtung (29) einen elektrisch löschbaren Speicher (EEPROM) enthält.
12. Elektrisches Verteilungssystem mit maßgeschneiderten Schutzparametern, enthaltend in Kombination:
einen Hauptspeiseleiter (2, 7), der mit mehreren Zweigspeiseleitern (6A, 6B, 6C, 6D) verbunden ist,
einen elektronischen Leistungstrennschalter (8; 15), der seriell in den Hauptspeiseleiter geschaltet ist und eine Unterbrechervorrichtung (35), eine Signalprozessoreinrichtung (27) und eine Speichereinrichtung (29) enthält, und
wenigstens ein Spannungsrelais oder wenigstens ein Leistungsrelais, das in einen der Zweigspeiseleiter geschaltet ist und dazu dient, elektrische Gerätschaft zu schützen, die mit diesem einen Zweigspeiseleiter verbunden ist, welche Speichereinrichtung (29) feste Schutzparameter enthält, die dem Spannungsrelais oder dem Leistungsrelais entsprechen und einen Interpolationsalgorithmus enthält, welche Signalprozessoreinrichtung eine ideale Auslösezeitkurve aus den festen Schutzparametern beim Auftreten eines Überstromzustands in dem Hauptspeiseleiter oder dem einen Zweigspeiseleiter berechnet.
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