DE4406902C2

DE4406902C2 - Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten

Info

Publication number: DE4406902C2
Application number: DE4406902A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Bungartz; Oliver Dipl Ing Borchmann
Original assignee: Kloeckner Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: ITMI950397A0; ITMI950397A1; IT1275259B; JPH07325979A; FR2717004A1; US5614888A; DE4406902A1; FR2717004B1

Description

Die Erfindung beschreibt eine Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten, insbesondere Leistungs schaltern, die eine elektronische Auslösevorrichtung aufweisen und die im Fehlerfall eines zu schützenden elektrischen Systems wirksam werden, wobei die elektronische Auslösevorrichtung im wesentlichen aus einem Mikrocontroller besteht, der eine Fehler auswertung durchführt und für jede Fehlerart jeweils einen Ausgangspin zur Verfügung stellt, von dem das entsprechende Fehlermeldesignal signalverstärkt einem elektrischen Relais zugeführt wird.

Ein Schutzschaltgerät der eingangs genannten Art ist als Lei stungsschalter NZM 10 der Fa. Klöckner-Moeller bekannt geworden. Die Wirkung der elektronischen Auslösevorrichtung dieses Lei stungsschalters, die durch eine entsprechende Schaltungsanordnung realisiert ist, wurde in einer Werbeschrift, W 123-7276, der Fa. Klöckner-Moeller beschrieben. Darin wird die Wirkungsweise des aus einem Bausteinsystem bestehendem Leistungsschalter NZM 10 dargestellt. Einer dieser Bausteine ist der Meldeblock, der die Schutzfunktionen

- Auslösung durch Überlast
- Auslösung durch Kurzschluß
- Lastabwurf

signalisiert. Der Meldeblock meldet den Betriebszustand des Schalters vor Ort oder in der Ferne. Vor Ort wird "Alarm" oder "Überlast- und Kurzschlußauslösung" durch eine Leuchtdiodenan zeige signalisiert. Ihre Spannungsversorgung kann zwischen 24 und 240 V AC/DC betragen und ist unabhängig vom Hauptstrom. Zuver lässige Meldefähigkeit besteht damit in jedem Betriebszustand. Für die Fernmeldung der Schutzfunktionen sind jeweils ein Öffner und ein Schließer vorgesehen. Die Signale stehen damit für weitere Steuerungsaufgaben zur Verfügung. Aufwendig ist hierbei der Kontaktapparat der Melderelais, da für Schließer- und Öffnerfunktionen separate Kontakte verwendet werden. Außerdem wird bei elektronischen Schaltungen großer Wert auf möglichst geringen Energieverbrauch gelegt. Dies wird bei dem genannten Stand der Technik durch die permanente Ansteuerung der Relais zwangsläufig nicht optimal erreicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die es erlaubt, eine Schließer- oder Öffner funktion für eine Betriebszustandsmeldung des Schutzschaltgerätes über eine einfache Kontaktstelle vorzunehmen und die durch energiesparende Maßnahmen gegenüber dem genannten Stand der Technik eine wirtschaftliche Lösung darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem jedes Fehler meldesignal einer zugehörigen Signalverarbeitungsanordnung zugeführt wird und mittels logischer Verknüpfung unter Einwirkung eines statischen Vorgabesignals und eines Taktsignals in ein Steuersignal umgewandelt wird, das auf das jeweils als bistabiles Relais ausgebildete elektrische Relais wirkt, dessen Kontakt apparat entsprechend dem Signalzustand des Vorgabesignals eine Schließerfunktion oder eine Öffnerfunktion ausführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet, wobei nach Anspruch 2 die logische Verknüpfung der Fehlermeldung derart erfolgt, daß das Vorgabesignal als Eingangssignal und das Signal der Fehlermeldung als Eingangssignal eines ersten Exclusiv-Oder-Gatters wirkt und das Ausgangssignal des ersten Exclusiv-Oder-Gatters zum einen direkt auf ein ersten Spulenanschluß des bistabilen Relais und zum anderen als Eingangssignal eines zweiten Exclusiv-Oder- Gatters wirkt, wobei ein synchrones Taktsignal als weiteres Eingangssignal des zweiten Exclusiv-Oder-Gatters wirkt, dessen Ausgang auf einen zweiten Spulenan schluß des bistabilen Relais wirkt.

Nach Anspruch 3 ist es besonders vorteilhaft, daß das synchrone Taktsignal vom Mikrocontroller erzeugt wird und ein Tastverhältnis Taktimpuls zu Pausenimpuls von 1 : 1 aufweist und permanent auf den Eingang wirkt und nach Anspruch 4 das Vorgabesignal von einem Schalter erzeugt wird und als statisches Eingangssignal wirkt, wobei nach Anspruch 5 bei geschlos senem Schalter und beim Auftreten einer Fehlermeldung der Kontaktapparat des bistabilen Relais als Schließerkontakt wirkt und nach Anspruch 6 bei geöffnetem Schalter und Auftreten einer Fehlermeldung der Kontaktapparat des bistabilen Relais als Öffnerkontakt wirkt.

Weiterhin ist es nach Anspruch 7 von besonderem Vorteil, daß das Fehlermeldesignal als Aktiv-Low-Signal ausgeführt ist und, daß nach Anspruch 8, jede Fehlermeldung von einer Signalzustandsanzeige abgetastet und optisch angezeigt wird. Schließlich ist es nach Anspruch 9 vorteilhaft, daß die Schaltungsanordnung eine indirekte Überwachung der Relais bewirkt, indem spätestens nach halber Einschaltdauer des Taktimpulses die Relais zwangsläufig in ihre vorgesehene Schaltsollstellung gesetzt werden. Die Erfindung nutzt die Eigenschaften eines bistabilen Relais. Zwei Exclu siv-Oder-Gatter verknüpfen das Fehlermeldesignal mit einem statischen Vor gabesignal und einem, vom Mikrocontroller erzeugten, Taktsignal. Das Taktsignal weist eine synchrone Taktfrequenz mit einem Taktverhältnis Impulszeit Ti zu Pausenzeit Tp von 1 : 1 auf. Nach einem Polaritätswechsel der Steuerimpulse an den Spulenanschlüssen des bistabilen Relais, schaltet das Relais. Durch die getaktete Ansteuerung, entsprechend dem Taktver hältnis, wird der Energieverbrauch des Relais bis zur Hälfte reduziert. Der Einsatz des bistabilen Relais bewirkt eine Reduzierung des Kontaktapparates auf lediglich ein Einfachkontakt, der entsprechend dem Potential des Vor wahlsignals als Schließer- oder Öffnerkontakt arbeitet. Mit einem Ausgangs pin für die Fehlermeldung sind durch die logische Verknüpfung zwei Funk tionsarten der Kontakte zu erreichen. Der niedrige Energieverbrauch des Relais erlaubt eine direkte Ansteuerung ohne zusätzliche Treiberstufen. Bei einfacher Verwendung von bistabilen Relais, z. B. zur Energieverringerung, kann durch externe Einflüsse wie Stoß und Rütteln ein ungewolltes Setzen bzw. Rücksetzen der Relais erfolgen, was von der Schaltungslogik unerkannt bleibt. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird das unbeabsich tigte Umschalten der Kontakte automatisch nach halber Taktimpulszeit Ti/2 korregiert.

Mit der Erfindung wird somit der Bauteilebedarf, der Energiebedarf und der Raumbedarf der Schaltungsanordnung auf einen Mindestbedarf beschränkt und falsch gesetzte Relais werden automatisch korrigiert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung, die eine vom Microcontroller ausgehende Fehlermeldung verarbeitet und ein bistabiles Relais ansteuert;

Fig. 2 ein Impulsdiagramm, wobei der Meldekontakt des bistabilen Relais für die Zeit der Fehlermeldung eine Öffnerfunktion aufweist und

Fig. 3 ein Impulsdiagramm, wobei der Meldekontakt des bistabilen Relais für die Zeit der Fehlermeldung eine Schließerfunktion aufweist.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung, die eine vom Microcontroller ausgehende Fehlermeldung verarbeitet und ein bistabiles Relais ansteuert. Der Mikrocontroller MC weist zum einen die Ausgänge für die Fehlermeldung FM, FM1 . . . FMn und zum anderen den Taktausgang "Takt" auf. Die Fehlermeldungen sind Low-aktiv, so daß bei Erscheinen eines Fehlermeldesignals die mit einem Vorwiderstand gegen Pluspotential + geschalteten Leuchtdioden LM, LM1 . . . LMn aufleuchten und die Fehlermeldung visualisieren. Die Schaltungsanordnung SA besteht im wesentlichen aus einem ersten Exclusiv-Oder-Gatter XOR1, einem zwei ten Exclusiv-Oder-Gatter XOR2, einem Widerstand R und einem Schalter DIP, der vorzugsweise in Dual-In-line Package-Bauweise ausgeführt ist. Die Fehlermeldung FM liegt an dem Eingang I2 des ersten Exclusiv-Oder-Gat ters XOR1, dessen Eingang I1 mit einem statischen Vorgabesignal beauf schlagt ist. Das Vorgabesignal wird erzeugt, indem der Eingang I1 über den Widerstand R an Minuspotential - und über den Schalter DIP an Pluspoten tial + geschaltet ist. Der Eingang I3 eines zweiten Exclusiv-Oder-Gatters XOR2 ist direkt mit dem Ausgang Q1 des ersten Exclusiv-Oder-Gatters XOR1 verbunden. Der Eingang I4 des zweiten Exclusiv-Oder-Gatters XOR2 ist mit dem Taktausgang Takt des Microcontrollers MC verbunden. Der Ausgang Q1 des ersten Exclusiv-Oder-Gatters XOR1 ist mit einem Spulen anschluß A eines bistabilen Relais RB verbunden und der Ausgang Q2 des zweiten Exclusiv-Oder-Gatters XOR2 ist mit dem Spulenanschluß B des bistabilen Relais RB verbunden. Die Schaltungsanordnungen SA1 . . . SAn sind gleichermaßen aufgebaut wie die Schaltungsanordnung SA, wobei die Fehlermeldungen FM1 . . . FMn als Signaleingänge wirken und die bistabilen Relais RB1 . . . RBn von den entsprechenden Schaltungsanordnungen SA1 . . . SAn angesteuert werden. Die logische Verknüpfung und die daraus resultierende Signalfolge, bzw. die pulsierende Erregung der Spule des bistabilen Relais RB, wird in der Zeichnung Fig. 2 und Fig. 3 verdeutlicht. Dabei wird auf die Schaltungsanordnung SA der Fig. 1 Bezug genommen. Die Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm, wobei der Meldekontakt des bistabilen Relais für die Zeit der Fehlermeldung eine Öffnerfunktion aufweist.

Der Schalter DIP ist geöffnet, so daß über den Widerstand R ein Low- Signal am Eingang I1 des ersten Exclusiv-Oder-Gatters XOR1 statisch ansteht. Das Fehlermeldesignal verhält sich Low-aktiv, so daß im Normal betrieb die Fehlermeldung FM High-Signal liefert. Der Ausgang Q1 des Exclusiv-Oder-Gatters XOR1 wechselt sein Spannungspotential von High auf Low, wenn das Fehlersignal erscheint und bleibt für die Dauer der Fehlermeldung FM auf Low-Potential. Der Ausgang Q2 des Exclusiv-Oder- Gatters XOR2 pulsiert entsprechend der Signale an seinem Eingang I3, der direkt mit dem Ausgang Q1 des Exclusiv-Oder-Gatters XOR1 verbunden ist und dem Eingang I4, der mit dem Taktausgang "Takt" des Mikrocontrollers MC verbunden ist. Wenn keine Fehlermeldung FM ansteht, sind die Aus gangsimpulse zum Spulenanschluß B des bistabilen Relais RB den Signalen des Taktausganges Takt gegenüber negiert. Mit der abfallenden Flanke der Fehlermeldung FM wird das Spannungspotential an dem Spulenanschluß A negativ gegenüber dem Spulenanschluß B, so daß der Kontakt des bista bilen Relais RB für die Dauer der Fehlermeldung FM geöffnet ist und als Öffnerkontakt arbeitet. Sobald die Fehlermeldung verschwindet, schließt der Kontakt mit der nächsten abfallenden Flanke an Spulenanschluß B. Es wird dabei vorausgesetzt, daß der Kontakt dann geöffnet ist, wenn das Span nungspotential am Spulenanschluß A positiv gegenüber Spulenanschluß B ist. Im anderen Fall öffnet der Kontakt nämlich dann, wenn Spulenanschluß A negatives Potential gegenüber Spulenanschluß B aufweist. Die Impuls folge für die Erregung der Spule des Relais RB verdeutlicht die Schalt funktion des Kontaktes. Hierbei wird auch deutlich, daß der Energiever brauch für die Erregung des bistabilen Relais RB durch die Taktansteuerung wesentlich vermindert ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Impulsdiagramm, wobei der Meldekontakt des bistabilen Relais für die Zeit der Fehlermeldung eine Schließerfunktion aufweist.

Bei geschlossenem Schalter DIP liegt am Eingang I1 des Exclusiv-Oder- Gatters XOR1 ein statisches High-Signal, demzufolge sich das Potential am Spulenanschluß A und am Eingang I3 des Exclusiv-Oder-Gatters XOR2 um kehrt. Das Potential der Ansteuerung des bistabilen Relais RB, an den Anschlüssen A, B, ist invers gegenüber der Darstellung in Fig. 2. Für die Zeit der Fehlermeldung arbeitet der Meldekontakt in seiner Funktion als Schließerkontakt. Durch die Festlegung der Schaltposition des Schalters DIP wird das Vorwahlsignal definiert und die Schaltfunktion eines Einfachkon taktes des bistabilen Relais RB festgelegt.

In Fig. 2 und Fig. 3 wird deutlich gemacht, daß ein durch äußere Einflüsse, beispielsweise Schock, falsch gesetztes Relais, was normalerweise unerkannt bleibt, nach halber Taktimpulszeit Ti/2 wieder in seine ursprüngliche Position zurückgesetzt wird. Somit erfolgt durch die Schaltungsanordnung eine indirekte Relaisüberwachung.

Claims

1. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschalt geräten, insbesondere Leistungsschaltern, die eine elektronische Auslösevorrichtung aufweisen und die im Fehlerfall eines zu schützenden elektrischen Systems wirksam werden, wobei die elektronische Auslösevorrichtung im wesentlichen aus einem Mikrocontroller besteht, der eine Fehlerauswertung durchführt und für jede Fehlerart jeweils einen Ausgangspin zur Verfügung stellt, von dem das entsprechende Fehlermeldesignal signalver stärkt einem elektrischen Relais zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fehlermeldesignal (FM, FM1 . . . FMn) einer zugehörigen Signalverarbeitungsanordnung (SA, SA1 . . . SAn) zugeführt wird und mittels logischer Verknüpfung unter Einwirkung eines statischen Vorgabesignals und eines Taktsignals (Takt) in ein Steuersignal umgewandelt wird, das auf das jeweils als bistabiles Relais (RB, RB1 . . . RBn) ausgebildete elektrische Relais wirkt, dessen Kontaktapparat entsprechend dem Signalzustand des Vorgabesignals eine Schließerfunktion oder eine Öffnerfunktion ausführt.

2. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfung der Fehlermeldung (FM, FM1 . . . FMn) derart erfolgt, daß das Vorgabesignal als Eingangssignal (I1) und das Signal der Fehlermeldung (FM, FM1 . . . FMn) als Eingangssignal (I2) eines ersten Exclusiv-Oder-Gatters (XOR1) wirkt;
das Ausgangssignal (Q1) des ersten Exclusiv-Oder-Gatters (XOR1) zum einen direkt auf einen ersten Spulenanschluß (A) des bistabilen Relais (RB) und zum anderen als Eingangssignal (I3) eines zweiten Exclusiv-Oder- Gatters (XOR2) wirkt;
ein synchrones Taktsignal (Takt) als weiteres Eingangssignal (I4) des zweiten Exclusiv-Oder-Gatters (XOR2) wirkt, dessen Ausgang (Q2) auf einen zweiten Spulenanschluß (B) des bistabilen Relais (RB) wirkt.

3. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das synchrone Takt signal (Takt) vom Mikrocontroller (MC) erzeugt wird und ein Tastverhältnis Taktimpuls (Ti) zu Pausenimpuls (Tp) von 1 : 1 aufweist und permanent auf den Eingang (I4) des Exclusiv-Oder-Gatters (XOR2) wirkt.

4. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorgabesignal von einem Schalter (DIP) erzeugt wird und als statisches Eingangssignal (I1) wirkt.

5. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Schalter (DIP) und Auftreten einer Fehlermeldung (FM) der Kontaktapparat des bistabilen Relais (RB) als Schließerkontakt wirkt.

6. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Schalter (DIP) und Auftreten einer Fehlermeldung (FM) der Kontaktapparat des bistabilen Relais (RB) als Öffnerkontakt wirkt.

7. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlermeldesignal (FM, FM1 . . . FMn) als Aktiv-Low-Signal ausgeführt ist.

8. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fehlermeldung (FM, FM1 . . . FMn) von einer Signalzustandsanzeige (LM, LM1 . . . LMn) abgetastet und optisch angezeigt wird.

9. Schaltungsanordnung für eine Meldeeinrichtung in Schutzschaltgeräten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (SA, SA1 . . . SAn) eine indirekte Überwachung der Relais (RB, RB1 . . . RBn) bewirkt, indem spätestens nach halber Einschalt dauer des Taktimpulses (Ti) die Relais (RB, RB1 . . . RBn) zwangsläufig in ihre vorgesehene Schaltsollstellung gesetzt werden.