FR2638583A1

FR2638583A1 - Microprocessor-based trip unit including means for calculating the root-mean-square value of the current

Info

Publication number: FR2638583A1
Application number: FR8814390A
Authority: FR
Inventors: Marc Levain
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1988-11-02
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1990-05-04
Anticipated expiration: 2008-11-02
Also published as: FR2638583B1

Abstract

The microprocessor of the trip unit calculates a value E representing the root-mean-square value of the measured current, upon reception of a sample Ii of order i, provided by an analog/digital converter receiving from a sensor analog signals representing the current, by adding the square of the sample of order i and subtracting the square of the sample of order i-n from the value representing the root-mean-square value calculated after receiving the sample of order i-1.

Description

DECLENCHEUR A MICROPROCESSEUR COMPORTANT DES MOYENS DE CALCUL DE
LA VALEUR EFFICACE DU COURANT.MICROPROCESSOR TRIGGER COMPRISING MEANS OF CALCULATION OF
THE EFFICIENT VALUE OF THE CURRENT.

L'invention concerne un déclencheur statique pour un disjoncteur électrique comportant - au moins un capteur engendrant des signaux analogiques représentatifs du courant parcourant un conducteur protégé par le disjoncteur, - des moyens d'échantillonnage et de conversion analogiquenumerique, auxquels sont appliques les signaux analogiques et délivrant à des instants d'échantillonnage prédéterminés des échantillons numériques correspondants, - un ensemble de traitement numérique a microprocesseur auquel sont appliques les échantillons numériques, l'ensemble de traitement comportant des moyens pour élever au carré les échantillons numériques et calculer par addition d'un nombre n prédeterminé de carrés d'échantlllons successifs une valeur représentative de la valeur efficace du courant parcourant le conducteur et des moyens pour comparer cette valeur à des seuils prédéterminés, de manière à engendrer un ordre de déclenchement du disjoncteur en cas de dépassement de ces seuils, - et des moyens de éclenchement du disjoncteur activés par l'ordre de déclenchement.The invention relates to a static trip device for an electric circuit breaker comprising - at least one sensor generating analog signals representative of the current flowing through a conductor protected by the circuit breaker, - analogical-digital sampling and conversion means, to which the analog signals are applied and delivering corresponding digital samples at predetermined sampling times, - a microprocessor digital processing unit to which the digital samples are applied, the processing unit comprising means for squaring the digital samples and calculating by adding a predetermined number n of successive sample squares a value representative of the effective value of the current flowing through the conductor and of means for comparing this value with predetermined thresholds, so as to generate an order for tripping the circuit breaker in the event of ssement of these thresholds, - and circuit breaker trip means activated by the trip order.

Dans les déclencheurs à microprocesseur, on utilise de plus en plus la valeur efficace du courant pour la réalisation des fonctions long retard et court retard. Dans les déclencheurs connus une valeur représentative de la valeur efficace du courant est obtenue par addition d'un nombre prédéterminé de carrés d'échantillons numériques successifs représentatifs du courant mesuré. La fréquence d'échantillonnage et le nombre d'échantillons numériques utilisé pour chaque calcul peuvent etre très différents d'un déclencheur à l'autre. A titre d'exemple, on connaît des déclencheurs calculant la valeur efficace à partir de 5 échantillons successifs et d'autres utilisant 256 échantilions.In microprocessor-based releases, the effective value of the current is used more and more for the realization of the long delay and short delay functions. In known triggers, a value representative of the effective value of the current is obtained by adding a predetermined number of squares of successive digital samples representative of the measured current. The sampling frequency and the number of digital samples used for each calculation can be very different from one trigger to another. For example, there are known triggers calculating the effective value from 5 successive samples and others using 256 samples.

L'invention a pour objet l'amélioration de la résolution de la valeur calculée et du temps de réponse des déclencheurs sans augmentation ni de la fréquence d'échantillonnage ni du nombre d'échantillons numériques utilisé pour le calcul de la valeur efficace.The object of the invention is to improve the resolution of the calculated value and the response time of the triggers without increasing either the sampling frequency or the number of digital samples used for the calculation of the effective value.

Ce but est atteint par le fait qu'à la réception d'un échantillon numérique d'ordre i, i étant supérieur à n, l'ensemble de traitement met en mémoire, dans une mémoire vive, le carré de l'échantillon numérique qui lui est appliqué, la mémoire vive contenant les carrés des échantillons numeriques d'ordre i-n à i-l, calcule une nouvelle valeur représentative de la valeur efficace par addition à la valeur, mémorisée dans la mémoire vive, représentative de la valeur efficace calculée à la réception de l'échantillon d'ordre i-l du carré de l'échantillon d'ordre i et soustraction du carré de ltéchantillon d'ordre i-n, la nouvelle valeur étant mise en mémoire dans la mémoire vive.This object is achieved by the fact that on reception of a digital sample of order i, i being greater than n, the processing unit stores, in a random access memory, the square of the digital sample which applied to it, the random access memory containing the squares of the digital samples of order in to it, calculates a new value representative of the effective value by addition to the value, memorized in the random access memory, representative of the effective value calculated on reception of the sample of order il from the square of the sample of order i and subtraction of the square of the sample of order in, the new value being stored in the RAM.

En régime transitoire, à la réception d'un échantillon numérique d'ordre i, i étant inférieur ou égal à n, l'ensemble de traitement met en mémoire, dans la mémoire vive, le carre de l'échantillon numérique qui lui est appliqué et calcule une valeur partielle par addition de ce carré à la somme, mémorisée dans la mémoire vive, des carrés des échantillons précédents, une valeur représentative de la valeur efficace étant calculée après réception de certains échantillons numériques, d'ordre m inférieur à n, par multiplication de la valeur partielle par le facteur n/m.In transient mode, on reception of a digital sample of order i, i being less than or equal to n, the processing unit stores in memory, the edge of the digital sample which is applied to it and calculates a partial value by adding this square to the sum, stored in the random access memory, of the squares of the preceding samples, a value representative of the effective value being calculated after reception of certain digital samples, of order m less than n, by multiplying the partial value by the factor n / m.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donne à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 7 représente un schema synoptique d'un déclencheur à microprocesseur pour la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 est l'organigramme de la fonction calcul de la valeur représentative de la valeur efficace du courant.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the following description of an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example and shown in the appended drawings, in which: - Figure 7 shows a block diagram of a microprocessor-based release for implementing the invention; - Figure 2 is the flowchart of the function calculating the value representative of the rms value of the current.

Sur la figure 1, un réseau de distribution électrique à quatre conducteurs (trois phases et neutre) d'alimentation d'une charge (non représentée) comporte un disDoncteur 10 susceptible d'interrompre le circuit en position d'ouverture. Le mécanisme 12 du disjoncteur 10 est piloté par un relais polarisé 14 de commande de déclenchement du disjoncteur en cas de surcharge ou de court-circuit. A chaque conducteur est associé un transformateur de courant 16 qui délivre un signal analogique proportionnel au courant parcourant le conducteur associé. Ce signal est appliqué à un circuit de mise en forme 18. Les sorties
I1, I2, I3, IN du circuit 18 sont appliquées par l'intermédiaire d'un multiplexeur 20 à un convertisseur analogique-numérique 22 dont la sortie est reliée à une porte d'entrée/sortie 1 d'un microprocesseur 24.Le microprocesseur comporte une porte de sortie 2 reliée au relais polarisé 14. Bien entendu, le microprocesseur est connecté aux divers auxiliaires (non représentés) nécessaires à son fonctlonnement, et à au moins une mémoire morte (ROM) 26 et une mémoire vive (RAM) 28. Dans le mode de réalisation particulier représenté, il est également prévu une mémoire non volatile 30 de type EEPROM ou NOVRAM. Le multiplexeur et le convertisseur analogique-numérique sont contrôlés par le microprocesseur.In FIG. 1, an electrical distribution network with four conductors (three phases and neutral) supplying a load (not shown) comprises a circuit breaker 10 capable of interrupting the circuit in the open position. The mechanism 12 of the circuit breaker 10 is controlled by a polarized relay 14 for controlling tripping of the circuit breaker in the event of an overload or a short circuit. Each conductor is associated with a current transformer 16 which delivers an analog signal proportional to the current flowing through the associated conductor. This signal is applied to a shaping circuit 18. The outputs
I1, I2, I3, IN of circuit 18 are applied via a multiplexer 20 to an analog-digital converter 22, the output of which is connected to an input / output gate 1 of a microprocessor 24. The microprocessor has an output door 2 connected to the polarized relay 14. Of course, the microprocessor is connected to the various auxiliaries (not shown) necessary for its operation, and to at least one read only memory (ROM) 26 and a random access memory (RAM) 28 In the particular embodiment shown, there is also provided a non-volatile memory 30 of the EEPROM or NOVRAM type. The multiplexer and the analog-to-digital converter are controlled by the microprocessor.

Le déclencheur selon la figure 1 assure la fonction de protection, notamment les déclenchements long retard et court retard, respectivement lors d'une surcharge et d'un défaut apparaissant dans le circuit des conducteurs. Il est inutile de décrire en détail cette fonction de protection qui est bien connue et décrite par exemple dans la demande de brevet européen
No. 195.693. The trip device according to FIG. 1 provides the protection function, in particular the long delay and short delay trips, respectively during an overload and a fault appearing in the circuit of the conductors. It is unnecessary to describe in detail this protective function which is well known and described for example in the European patent application
No. 195.693.

Le microprocesseur 24 utilise les échantillons numériques I(i) qui lui sont fournis par le convertisseur ana logique/numérique 22 pour calculer une valeur E représentatlve de la valeur efficace du courant dans chacun des conducteurs. La valeur E calculée est ensuite comparee à des valeurs de seuil stockées dans une mémoire pour détecter tout dépassement de l'un de ces seuils et engendrer un ordre de déclenchement, temporisé ou instantané, qui est transmis au relais 14 pour provoquer ltouverture du disjoncteur 10. Le déclencheur peut bien entendu assurer non seulement les fonctions long retard et court retard pour chacune des phases et le neutre du réseau à protéger, mais également d'autres fonctions, notamment de protection terre ou de déclenchement instantané.The microprocessor 24 uses the digital samples I (i) which are supplied to it by the analog / digital converter 22 to calculate a value E representative of the effective value of the current in each of the conductors. The calculated value E is then compared with threshold values stored in a memory to detect any overshoot of one of these thresholds and generate a trip order, timed or instantaneous, which is transmitted to the relay 14 to cause the opening of the circuit breaker 10 The trip unit can of course not only provide the long delay and short delay functions for each of the phases and the neutral of the network to be protected, but also other functions, in particular earth protection or instantaneous tripping.

Le calcul de la valeur E représentativede la valeur efficace est réalisé à partir d'un nombre n prédéterminé d'échantillons numériques successifs au courant mesuré (phase, neutre ou terre). Pour chaque courant (phase, neutre ou terre) la valeur numérique I(i) de l'échantillon appliqué à la porte 1 du microprocesseur est élevée au carré. Dans les déclencheurs connus, une valeur representative de la valeur efficace, en fait une valeur proportionnelle au carré de la valeur efficace, est obtenue par addition du carré de la valeur d'un certain nombre d'échantillons successifs.The calculation of the representative value E of the effective value is carried out from a predetermined number n of successive digital samples at the measured current (phase, neutral or earth). For each current (phase, neutral or earth) the digital value I (i) of the sample applied to gate 1 of the microprocessor is squared. In known triggers, a value representative of the effective value, in fact a value proportional to the square of the effective value, is obtained by adding the square of the value of a certain number of successive samples.

Selon l'invention, la valeur E représentative de la valeur efficace est réactualisée chaque fois qu'un échantillon numérique I(i) correspondant au courant considéré est appliqué à l'entrez du microprocesseur. Pour cela, on conserve dans des emplacements (TAB) de la mémoire vive 28 les carrés des n échantillons précédents, la dernière valeur E représentative de la valeur efficace calculée étant également conservée dans la mémoire vive.Ainsi à la réception d'un échantillon numérique
I(i) d'ordre i, i étant supérieur à n, le microprocesseur calcule le carré de cet échantillon, le met en mémoire et calcule une nouvelle valeur E représentative de la valeur efficace par addition à la valeur representative de la valeur efficace calculée à la réception de l'échantillon d'ordre i-1 du carré de ltéchantillon I(i) d'ordre i et soustraction du carré de l'échantillon I(i-n) d'ordre i-n (voir organigramme de la figure 2).According to the invention, the value E representative of the effective value is updated each time that a digital sample I (i) corresponding to the current considered is applied to the input of the microprocessor. For this, the squares of the n previous samples are stored in locations (TAB) of the RAM 28, the last value E representative of the calculated effective value also being stored in the RAM. Thus on reception of a digital sample
I (i) of order i, i being greater than n, the microprocessor calculates the square of this sample, stores it and calculates a new value E representative of the effective value by addition to the representative value of the calculated effective value upon receipt of the sample of order i-1 from the square of the sample I (i) of order i and subtraction of the square of the sample I (in) of order in (see flowchart in Figure 2).

Ainsi la valeur E représentative de la valeur efficace est, à chaque instant, formée par la somme des carres des n derniers échantillons numeriques et toute variation du courant est prise en compte dès que possible.Thus the value E representative of the effective value is, at each instant, formed by the sum of the squares of the last n digital samples and any variation of the current is taken into account as soon as possible.

Lors de la mise en route du declencheur il s'établit un régime transitoire, le régime permanent décrit ci-dessus ne pouvant être utilise qu'a partir de n+1 échantillons.When the trip device is started, a transient regime is established, the permanent regime described above can only be used from n + 1 samples.

En régime transitoire, quand i est inférieur ou égal à n, le microprocesseur calcule une valeur partielle E' par addition à la valeur partielle E' précédemment calculée du carré de ltéchantillon I(i). De cette manière la valeur partielle E' représente la somme des carrés des échantillons reçus et la premiere valeur E représentative de la valeur efficace est obtenue après acquisition de l'échantillon d'ordre n. Le microprocesseur transfère alors la valeur partielle E' dans l'emplacement de mémoire prévu pour la valeur E.Afin de permettre un déclenchement court retard, qui a une réponse courte, de ordre de 100 ms, si nécessaire sans attendre le calcul de la première valeur E représentative de la valeur efficace prenant en compte n échantillons, le microprocesseur calcule au moins une autre valeur E représentative de la valeur efficace à partir d'un nombre m réduit d'echanti 1 lons . In transient conditions, when i is less than or equal to n, the microprocessor calculates a partial value E 'by addition to the partial value E' previously calculated of the square of the sample I (i). In this way the partial value E 'represents the sum of the squares of the samples received and the first value E representative of the effective value is obtained after acquisition of the sample of order n. The microprocessor then transfers the partial value E 'into the memory location provided for the value E. In order to allow a short delay trigger, which has a short response, of the order of 100 ms, if necessary without waiting for the calculation of the first E value representative of the effective value taking into account n samples, the microprocessor calculates at least one other value E representative of the effective value from a reduced number m of samples 1 lons.

Cette valeur E est obtenue par multiplication par un coefficient n/m de la valeur partielle E' calculée après acquisition de l'échantillon d'ordre m (voir l'organigramme de la figure 2 > . This value E is obtained by multiplying by a coefficient n / m the partial value E 'calculated after acquisition of the sample of order m (see the flowchart of FIG. 2>.

Dans un mode de réalisation préférentiel, le nombre n est égal à seize et en régime transitoire on calcule une première valeur E avec quatre échantillons, puis une seconde avec huit échantillons, avant d'obtenir la première valeur prenant en compte seize échantillons. Le nombre n d'échantillons utilisés est déterminé pour chaque application particulière en fonction notamment de la vitesse d'échantillonnage, de la précision désirée, et de la capacité de calcul du microprocesseur. In a preferred embodiment, the number n is equal to sixteen and in transient regime a first value E is calculated with four samples, then a second with eight samples, before obtaining the first value taking into account sixteen samples. The number n of samples used is determined for each particular application as a function in particular of the sampling speed, the desired precision, and the computing capacity of the microprocessor.

Claims

1. Static trip unit for an electric circuit breaker (10) comprising: - at least one sensor (16) generating analog signals representative of the current flowing through a conductor protected by the circuit breaker, - means (22) for sampling and analog conversion - digital, to which the analog signals are applied and delivering at predetermined sampling times the corresponding digital samples, - a digital microprocessor processing unit (24) to which the digital samples are applied, the processing unit comprising means for raising squared the digital samples and calculate by adding a predetermined number "n" of successive sample squares a value (E) representative of the effective value of the current flowing through the conductor and of means for comparing this value with predetermined thresholds, so as to generate a tripping order for the circuit breaker in c as exceeding these thresholds, - and means (14, 12) for tripping the circuit breaker activated by the tripping order, tripping device characterized in that on receipt of a digital sample of order i, i being greater at n, the processing unit stores, in a random access memory (28), the square of the digital sample applied to it, the random access memory (28) containing the squares of the digital samples of order in to i -1, calculates a new value (E) representative of the effective value by addition to the value, memorized in the random access memory, representative of the effective value calculated on reception of the sample of order il of the square of the sample of order i and subtraction of the square of the sample of order in, the new value being stored in the random access memory (28).

2. Trigger according to claim 1, characterized in that on reception of a digital sample of order i, i being less than or equal to n, the processing assembly stores in the random access memory (28) , the square of the digital sample applied to it and calculates a partial value (E ') by adding this square to the sum, stored in the RAM (28), of the squares of the previous samples, a value (E ) representative of the rms value being calculated after receipt of certain digital samples, of order m less than n, by multiplication of the partial value (E ') by the factor n / m.