SE516437C2 - Förfarande, anordning, apparat och användning, dataprogram med dataprodukt för prediktering av en nollgenomgång hos en växelström - Google Patents

Description

alu 30 :xf35 516 437' innan den bryts. växelströmmen erhåller dock vid uppträdande av nämnda fel vanligtvis en Iikströmskomponent (dc-komponent), vars storlek är beroende av tidpunkten för felets uppträdande, och denna dc-komponent överlagras växelströmmen, vilket i värsta fall kan göra att det kan ta ett flertal perioder hos växel- strömmen innan någon nollgenomgång inträffar. Därför har man hittills efter uppträdande av ett fel helt enkelt väntat så länge att en brytning helt säkert kan göras i samband med en nollgenom- gång av växelströmmen, varvid man då utgår ifrån att felet kan ha inträffat vid den mest ogynnsamma tidpunkten vad gäller dc- komponenten. Denna långa väntan innebär naturligtvis över- hängande risker för större skador på nämnda utrustning än om brytningen hade kunnat ske vid en tidigare tidpunkt. Vid detta tillvägagångssätt för brytning av växelströmmen kommer natur- ligtvis i de flesta fall brytningen att ske efter uppträdande av flera nollgenomgångar, då det måste finnas en ordentlig säkerhets- marginal mot ett för tidigt brytande.

Det vore därför önskvärt att bryta växelströmmen betydligt tidi- gare just när detta är möjligt, det vill säga prediktera (förutsäga) en nollgenomgång hos växelströmmen i det enskilda fallet för att kunna uppnå en brytning vid en optimal tidpunkt. Därmed inte sagt att det alltid är önskvärt att bryta strömmen vid den först uppträdande nollgenomgången, eftersom dc-komponenten fortfa- rande kan vara så stor att den energi som en vid kontaktstället genererad ljusbåge kommer att få blir för hög och den bortbrända materialmängden blir stor, så att brytaren eller kopplaren kan delvis förstöras eller haverera.

En annan anledning till önskemål om prediktering av en nollge- nomgång är hos en kopplare med brytning genom kontaktsepare- ring förekomsten av den mekaniska gångtiden hos en sådan kopplares kontaktsystem, vilken nödvändiggör start av den meka- niska rörelsen en viss tid före nollgenomgången för att brytning skall kunna ske vid denna. 10 15 20 25 if: 3Û :snus 2.2 516 437 Det påpekas att uppfinningen är applicerbar på öppnande av strömvägar försedda med allehanda typer av elektriska kopplare, då det är intressant att för konventionella brytare via en nämnd prediktering uppnå en välkontrollerad ljusbågstid i brytkammaren, men uppfinningen riktar alldeles speciellt in sig på så kallade hybridbrytare av den typ som beskrivs i exempelvis sökandens ännu hemliga, svenska patentansökning 9904164-2. Hos en så- dan hybridbrytare med två i strömvägen parallellkopplade grenar, en i den ordinarie strömvägen genom kopplaren med en kommu- tator, och en med ett element med förmåga att spärra ström ige- nom sig i åtminstone en spärriktning och leda ström igenom sig i åtminstone en riktning, och ett brytande kontaktdon seriekopplat med elementet, är det av stort intresse att kunna styra kontak- töppningen av kommutatorn till växelströmmens nollgenomgång för att undvika ljusbâge. Eftersom nämnda element måste spärra för att en öppning av kontaktdonet skall kunna ske strömlöst är det vid användande av element i form av likriktande dioder en förutsättning att kommutatorn inte öppnas förrän en nollgenom- gång av växelströmmen kan uppnås. Motsvarande problem är applicerbara på hybridbrytaren beskriven i sökandens ännu hem- liga, svenska patentansökning 9904166-7. Det kan således både finnas önskemål om att prediktera en nollgenomgång för att vara säker på att en brytning verkligen kan ske och för att bestämma den optimala tidpunkten för brytningen, exempelvis synkronisera brytningen med den predikterade tidpunkten för en nollgenom- gång.

SAMMANFATTNING AV UPPFlNNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning samt ett förfarande av inledningsvis definierat slag, vilka gör det möjligt att med god precision prediktera en tidig nollge- nomgång hos en växelström efter uppträdande av en felström i en strömväg.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att förse en an- ordning av nämnt slag med organ anordnade att i strömvägen :vara 10 15 20 25 30 35 516 437 känna av strömmen, en inrättning anordnad att utifrån av nämnda organ avkända värden på växelströmmen beräkna dc-nivån hos strömmen, det vill säga förskjutningen av växelströmmens sym- metrilinje relativt dess nollnivå, och dc-nivåns avklingning med tiden, varvid inrättningen är anordnad att prediktera tidpunkten för en kommande nollgenomgång hos växelströmmen utifrån åt- minstone strömvärden erhållna genom nämnda strömavkänning, den beräknade dc-nivån, den beräknade dc-avklingningen och en uppgift om växelströmmens periodtid, samt ett förfarande enligt bifogade självständiga förfarandepatentkrav.

Den så utformade uppfinningsenliga anordningen möjliggör ett tillförlitligt predikterande av en kommande nollgenomgång, då en kommande nollgenomgång beräknas utifrån nämnda avkända strömvärden under hänsynstagande till både dc-nivån hos växel- strömmen och hur snabbt denna klingar av. Härigenom blir det möjligt att styra en brytare så att den mekaniska rörelsen hos ett kontaktdon startas en viss tid före en kommande nollgenomgång för att uppnå brytning just vid nollgenomgången, därest önskemål om detta finnes. Inte heller finns det någon risk för att något för- sök till brytning görs innan någon nollgenomgång uppträtt, då en sådan först predikteras.

Det påpekas att, även om anordningen är till för att prediktera en nollgenomgång vid uppträdande av fel, såsom en kortslutning, i en strömväg och anordnas för detta syfte, kan den naturligtvis, eftersom den ändå finns där, även användas för att optimera brytning av strömmen i strömvägen vid normal lastström.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda strömavkänningsorgan anordnade att detektera tidpunkten för en nollgenomgång av strömmen, och inrättningen är anordnad att ta med tidpunkten för den detekterade nollgenomgången vid pre- dikteringen av en tidpunkt för en kommande nollgenomgång av växelströmmen. Genom att på detta sätt en nollgenomgång först fastställs och det utgås från denna tidpunkt vid beräknande av en spur: 10 15 20 25 30 35 516 437 kommande nollgenomgång blir predikteringen av en kommande nollgenomgång tillförlitlig.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda organ anordnade att känna av växelströmmen efter uppträdande av nämnda felström under en tid av åtminstone en period av växelströmmen, och inrättningen är anordnad att använda genom avkänning av växelströmmen under denna tid resulterande ström- värden för beräkning av nämnda dc-avklingnlng. Genom att känna av växelströmmen under åtminstone en period kan de in- verkningar som övertonskomponenter kan ha på växelströmmens utseende och därmed dessas eventuella påverkan av tidpunk- terna för de predikterade nollgenomgångarna elimineras. De övertoner som uppträder under en hel period kommer nämligen att vara desamma som de som uppträder under nästa hela period och de kommer därigenom inte att påverka tidpunkterna för de predikterade nollgenomgångarna. Således blir predikteringen i stort sett okänslig för övertoner.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen medel anordnade att integrera den av nämnda organ detekterade växelströmmen över en första och en lika lång andra tidsperiod som är väsentligen en period av växelströmmen, och inrättningen är anordnad att bilda kvoten av dessa strömin- tegrationsvärden och utnyttja denna för beräkning av nämnda dc- avklingning. Detta utgör ett tillförlitligt sätt att beräkna dc-av- klingningen på. Det påpekas att den andra tidsperioden börjar efter den första, men att de två mycket väl kan delvis överlappa varandra.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen organ anordnade att beräkna derivatan av växelströmmen vid en detekterad nollgenomgång genom infor- mationer från nämnda strömavkänningsorgan, och inrättningen är anordnad att använda detta derivatavärde vid beräknande av en kommande nollgenomgång hos växelströmmen. Därvid bestäms :vann 10 15 20 25 30 35 516 437 derivatan företrädesvis utifrån detekterade värden på växel- strömmen nära före eller nära efter nämnda nollgenomgàng.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är strömavkänningsorganen anordnade att till inrättningen leverera värdet på växelströmmen hos två på varandra följande strömtop- par, och inrättningen är anordnad att bilda ett medelvärde av dessa båda strömvärden för användning som nämnda dc-nivå vid beräkning av nämnda kommande nollgenomgång hos växel- strömmen. På detta sätt kan dc-nivån enkelt fastställas med ef- tersträvad noggrannhet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är an- ordningen avsedd för en växelström i form av en trefasväxel- ström, inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivån för två faser genom medelvärdesbestämning av två på varandra följande strömtoppar hos respektive fas, och inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivåns avklingning med tiden utifrån relationen mellan dessa båda dc-nivåer och sedan använda den beräknade avklingningen vid predikteringen av en kommande nollgenom- gång hos växelströmmen. På detta sätt kan vid trefasfel dc-av- klingningen beräknas mycket snabbt och därigenom även förut- sättning skapas för en tidig prediktering av en kommande nollge- nomgång hos växelströmmen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen dessutom organ anordnade att beräkna ac-av- klingningen hos växelströmmen, det vill säga minskningen av växelströmmens amplitud med tiden, utifrån av nämnda strömav- känningsorgan levererade strömvärden, vilket förbättrar nog- grannheten hos predikteringen ytterligare, men kan kräva en längre tid för beräkningen av tidpunkten för en kommande nollge- nomgång.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är av- känningsorganen anordnade att sampla värdet på växelströmmen med en samlingsfrekvens under åtminstone en hel strömperiod »sarr 10 15 20 25 30 35 516 437 och minnesorgan anordnade att lagra de samplade värdena, och inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivån vid en given tid- punkt genom att bilda medelvärdet av de lagrade strömvärdena för tidsperioden en strömperiod bakåt från nämnda tidpunkt och sedan använda denna dc-nivå vid predikteringen. Därvid kan med fördel antagas att dc-nivåns avklingning är exponentiell och inrättningen vara anordnad att beräkna dess tidskonstant genom att dividera den genom dividering erhållna dc-nivån med sin tidsderivata. Detta bildar grunden för en möjlighet att prediktera en kommande nollgenomgång hos växelströmmen utan att först behöva detektera någon nollgenomgång. Närmare bestämt är enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inrättningen anordnad att prediktera dc-nivån i en framtida tidpunkt utifrån den för nämnda givna tidpunkt beräknade dc- nivån och dc-nivåns avklingning med tiden, och inrättningen är anordnad att prediktera ett värde på växelströmmen i nämnda framtida tidpunkt genom att från det en strömperiod tidigare än sistnämnda tidpunkt uppmätta värdet på strömmen subtrahera differensen mellan den beräknade dc-nivån en strömperiod före den framtida tidpunkten och den predikterade dc-nivån hos strömmen i nämnda framtida tidpunkt. Med hjälp av den på detta sätt predikterade strömmen kan framtida nollgenomgångar hos denna sökas på olika sätt, till exempel genom utnyttjande av intervallhalveringsmetoden.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda avkännarorgan anordnade att detektera tidpunkten för ett toppvärde hos växelströmmen, och inrättningen är anordnad att använda denna tidpunkt som referens för predikteringen av kommande nollgenomgångar hos växelströmmen. Härigenom kan en kommande nollgenomgång predikteras mycket tidigt, och närmare bestämt kan hos en vidareutveckling av denna utfö- ringsform detta ske genom att inrättningen hos en sådan anord- ning dessutom är anordnad att prediktera tidpunkten för den närmast på nämnda toppvärde följande nollgenomgången hos växelströmmen genom att addera 1A av en strömperiod och en vunna 10 15 20 25 30 35 516 437 första korrektionsfaktor till toppvärdestidpunkten, varvid korrek- tionsfaktorn bildas av en produkt av en konstant, d och (1 - äå-'âšx ), varvid d är andelen av dc-nivån som återstår efter en halv strömperiod, imax nämnda toppvärde hos strömmen och dimax toppvärdet på en normerad derivata av strömmen under halvperioden närmast före tidpunkten för strömmens toppvärde, varvid normeringen är så vald att imax och dimax får samma numeriska värde när strömmen är en ren sinusfunktion.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är an- ordningen anordnad att utföra en prediktering av växelströmmens nollgenomgång vid en elektrisk kopplare innefattande två i strömvägen parallellt kopplade grenar, varvid den första av dem innefattar ett första kontaktdon med två relativt varandra för öpp- nande och slutande 'rörliga kontakter och den andra innefattar ett element med förmåga att spärra ström genom sig i åtminstone en spärriktning och leda ström genom sig i åtminstone en riktning, varvid ett andra kontaktdon med två relativt varandra för öpp- nande och slutande rörliga kontakter är seriekopplat med ele- mentet, samt varvid kopplaren även innefattar en enhet anordnad att styra öppning av nämnda strömväg på grundval av nämnda prediktering genom att styra det första kontaktdonet att öppna för överförande av strömmen till elementet när detta är i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan det andra kontaktdonet att öppna när elementet är i ett tillstånd av spärrande av ström genom sig för brytande av strömmen genom kopplaren. Den uppfinningsen- liga anordningen är speciellt fördelaktig i samband med en sådan elektrisk kopplare, då den möjliggör en kontaktöppning hos det första kontaktdonet vid strömmens nollgenomgång för undvi- kande av ljusbåge, varpå det andra kontaktdonet sedan kan öpp- nas när elementet är i ett spärrande tillstånd, vilket i fallet av en likriktande diod är efter nästa nollgenomgång. Detta gäller även en anordning enligt bifogade patentkrav 51, vilken avser predik- tering av växelströmmens nollgenomgång vid en elektrisk kopp- lare av den typ som finns beskriven i sökandens ännu hemliga, svenska patentansökning 9904166-7. Det påpekas här att det är viktigt att "prediktera" eller i förväg bestämma riktningen på »vann 10 15 20 25 30 35 5,16 v43? strömmen vid den predikterade nollgenomgàngen. Detta kan gö- ras på många olika sätt, såsom genom att bestämma strömmens derivata i ett givet ögonblick, detektera ett strömtoppvärde osv.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är an- ordningen utformad för prediktering av en nollgenomgång vid en växelström i form av en flerfasväxelström, varvid en separat styr- bar elektrisk kopplare är anordnad i nämnda strömväg för re- spektive fas. Enligt uppfinningen är i detta fall inrättningen an- ordnad att beräkna nämnda kommande nollgenomgång hos växelströmmen individuellt för varje fas hos växelströmmen för att bestämma individuellt för varje kopplare lämplig tidpunkt för öppningen av just den kopplaren. Härigenom blir det möjligt att uppnå en brytning av växelströmmen för varje enskild fas just när detta är lämpligast för fasen ifråga, och det blir också möjligt att samordna brytningen av växelströmmarna hos de olika faserna med varandra därest önskemål om detta finnes. Detta innebär en mycket stor förbättring i förhållande till det hittills använda tillvä- gagångssättet, då samtliga faser brutits bort samtidigt eller med en viss fast fasförskjutning, efter en fördröjning som innebär att det med säkerhet har kunnat sägas att nollgenomgångar uppträ- der hos alla faserna. Genom uppfinningen kan istället faserna brytas bort vid olika tidpunkter beroende på de dc-komponenter de innehåller. Det blir även möjligt att bestämma ordningsföljden på bortbrytningen av faserna i beroende av strömvärdena levere- rade av strömavkänningsorganen.

Uppfinningen avser även en apparat, ett datorprogram samt en datorprogramprodukt enligt motsvarande bifogade patentkrav.

Det inses lätt att förfarandet enligt uppfinningen definierat i bifogade uppsättning förfarandepatentkrav är väl lämpat att utföras genom programinstruktioner från en processor påverkbar av ett med ifrågavarande programsteg försett datorprogram.

Ehuru ej explicit uttryckt i patentkrav inbegriper uppfinningen sådana apparater, datorprogram och datorprogramprodukter kombinerade med ett förfarande enligt vilket som helst av bifogade förfarandepatentkrav. -uønn 10 15 20 25 30 516 437 10 Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: fig 1-3 är förenklade vyer illustrerande en anordning för predikte- ring av en nollgenomgång hos en växelström enligt en föredra- gen utföringsform av uppfinningen applicerad på en första typ av kopplare, fig 4-6 är vyer motsvarande fig 1-3 av en uppfinningsenlig anord- ning applicerad på en andra typ av kopplare, fig 7 illustrerar schematiskt hur ett förfarande för prediktering av nollgenomgångar enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen utförs, fig 8 illustrerar schematiskt hur ett förfarande för prediktering av nollgenomgångar enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen utförs, fig 9 och 10 illustrerar schematiskt hur förfaranden för predikte- ring av nollgenomgångar enligt tredje respektive fjärde före- dragna utföringsformer av uppfinningen utförs, och fig 11 illustrerar hur strömmens dc-avklingning kan beräknas snabbt vid uppträdande av fel hos en trefasväxelströmsmatning. orala 10 15 20 25 30 35 516 437 11 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras schematiskt en elektrisk kopplare för växelström av den typ som uppfinningen är speciellt väl applicerbar på, nämligen en sådan som finns beskriven i tidigare nämnda svenska patentansökning 9904164-2, och vilken här är försedd med en anordning för prediktering av en nollgenomgång hos en växelström enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Den elektriska kopplaren 1 är inkopplad i en strömväg 2 för att snabbt kunna öppna eller sluta denna och därigenom bryta re- spektive upprätta strömmen i strömvägen. Därvid är en sådan kopplare anordnad per fas, så att ett trefasnät uppvisar tre så- dana kopplare på en och samma ort. Kopplaren uppvisar en inre cylinder 3, som är roterbart anordnad kring en axel 4 och uppvi- sar en rörlig kontaktdel 5. En andra cylinder 6 är anordnad ut- vändigt om cylindern 3 och uppvisar fyra utmed den rörliga de- lens 5 rörelsebana anordnade kontakter 7-10 anordnade att i an- liggning mot den rörliga delen 5 bilda goda elektriska kontakter.

Kopplaren är inkopplad i strömvägen via de båda yttre kontak- terna 7 respektive 10.

Mellan de båda yttre kontakterna och den närmast intilliggande inre kontakten är ett halvledarelement i form av en diod 11, 12 inkopplat med ledningsriktning från den yttre till den intilliggande kontakten. Dioderna skulle lika gärna kunna vara båda två rik- tade med ledningsriktning mot den yttre kontakten.

Kopplaren uppvisar dessutom en drivinrättning anordnad att driva den inre cylindern 3 till rotation för rörelse av den rörliga kon- taktdelen 5 relativt de andra kontakterna 7-10. l detta fall utgörs drivinrättningen av en schematiskt antydd integrerad elektrisk motor 13, vilken kan vara av en mängd olika typer.

Till kopplaren är en uppfinningsenlig anordning 14 för predikte- ring av en nollgenomgång hos växelströmmen i strömvägen 2 an- sluten. Denna anordning uppvisar schematiskt antydda organ 15 »supa 10 15 20 25 30 35 516 437 12 anordnade att känna av strömmen i strömvägen genom att känna av riktningen och storleken på den och därigenom även detektera tidpunkten för en nollgenomgång av strömmen. Avkännarorganen är anordnade att sända signalerna med informationerna om strömmen vidare till en analog/digital-omvandlare 16 för om- vandlande av de analoga signalerna till digitala signaler. l signal- vägen före och efter omvandlaren är filter 17, 18 anordnade att filtrera bort störsignaler, speciellt högfrekventa störsignaler, från signalerna från avkänningsorganen 15. Ströminformationerna sänds vidare till en inrättning 19 anordnad att med hjälp av dessa göra en beräkning av tidpunkten för en eller flera kommande nollgenomgångar hos växelströmmen. Till inrättningen är vidare anslutna medel 20 anordnade att integrera den av avkännaror- ganen 15 detekterade växelströmmen över en första och en lika làng andra tidsperiod som är väsentligen en strömperiod och sända dessa informationer vidare till inrättningen 19, som är an- ordnad att bilda kvoten av dessa båda strömintegrationsvärden och utnyttja denna tid för beräkning av dc-avklingningen hos växelströmmen, det vill säga utvecklingen av växelströmmens dc- komponent över tiden.

Vidare uppvisar anordningen organ 21 anordnade att beräkna de- rivatan av växelströmmen vid en detekterad nollgenomgång ge- nom informationer från strömavkänningsorganen 15 och sända dessa informationer vidare till inrättningen 19, som är anordnad att använda detta derivatavärde vid beräknande av tidpunkten för en kommande nollgenomgång. inrättningen 19 är dessutom anordnad att på basis av signalerna från strömavkänningsorganen 15 beräkna dc-nivån hos växel- strömmen vid en given tidpunkt, såsom vid en detekterad nollge- nomgång, och detta kan inrättningen företrädesvis göra genom att bilda ett medelvärde hos växelströmmen vid två på varandra följande strömtoppar och anse det utgöra nämnda dc-nivà.

När inrättningen på detta sätt predikterat en kommande nollge- nomgång sänder den styrsignaler till en styrenhet 22 anordnad annan 10 15 20 25 30 35 516 437 13 att styra motorn 13 och därigenom den rörliga kontaktdelens 5 rörelse för uppnående av ett brytförlopp anpassat till tidpunkten för den predikterade nollgenomgången. Det tas även hänsyn till diverse andra villkor samt en samordning med övriga faser sker innan motorn 13 startas.

Funktionen hos en kopplare av illustrerat slag framgår mera i detalj av ovannämnda svenska patentansökning men kommer här att kort sammanfattas: När önskemål om brytning av en ström i strömvägen 2 uppstår, exempelvis genom att avkännarorganen 15 känner av en mycket hög ström i strömvägen 2, vilken kan vara förorsakad av en kortslutning utmed denna, då vore det möjligt att för uppnående av snabbast möjliga brytning detektera riktningen på växelströmmen och göra rotationsriktningen av cy- lindern 3 och därmed den rörliga kontaktdelen 5 beroende därav, men hos föreliggande uppfinning prioriteras en mycket god preci- sion vid själva brytningen framför största möjliga snabbhet. I det slutna läget enligt fig 1 går hela strömmen igenom kopplaren mellan de båda yttre kontakterna 7, 10 via den rörliga delen 5 som förbinder de förra galvaniskt med varandra. Vi antar att det har fattats beslut om att utföra brytningen genom roterande av den inre cylindern 3 i fig 1 sett medurs, då skall detta företrädes- vis göras så att en öppning av kontaktdonet bildat av kontakterna 7 och 8 görs vid en nollgenomgång av strömmen, så att detta kan ske utan bildande av någon ljusbåge. Detta skall då ske när dio- den är på väg att bli framspänd, så att strömmen då kopplas över till dioden 11 istället.

När sedan spänningen över kopplaren byter riktning kommer inte någon ström att flyta igenom denna, utan en spänning kommer att byggas upp över den då backspända dioden 11 och nu fort- sättes rotationsrörelsen av den rörliga kontaktdelen 5 åt samma håll som tidigare, så att den galvaniska förbindelsen mellan kontakten 8 och kontakten 10 brytes, varvid denna brytning kan ske ljusbågsfritt, då inte någon ström går igenom kontaktstället vid brytningstillfället. Därigenom uppnås det i fig 3 visade helt öppnaläget arna; 10 15 20 25 30 35 5161437 14 l fig 4 illustreras schematiskt den allmänna uppbyggnaden av en elektrisk kopplare enligt ovannämnda svenska patentansökning 9904166-7, vilken är inkopplad i en strömväg 2 för att snabbt kunna öppna och sluta denna. Därvid är en sådan kopplare an- ordnad per fas, så att ett trefasnät uppvisar tre sådana kopplare på en och samma ort. Kopplaren innefattar två i strömvägen pa- rallellkopplade grenar 34, 35 med vardera åtminstone två serie- kopplade mekaniska kontaktdon 36-39. Ett halvledarelement 40 i form av en diod är anordnat att förbinda mittpunkterna 41, 42 mellan de båda kontaktdonen hos vardera gren med varandra.

En uppfinningsenlig anordning 14 för manövrering av den elek- triska kopplaren är ansluten till denna och uppbyggnaden därav är densamma som beskrivits ovan för utföringsformen enligt fig 1-3.

Funktionen hos denna elektriska kopplare år följande: När öns- kemål om brytning av strömmen i strömvägen 2 uppstår, exem- pelvis genom att avkännarorganet 15 känner av en mycket hög ström i strömvägen, vilken kan vara förorsakad av en kortslutning utmed denna, bestäms på ovan beskrivet sätt genom resultatet av avkänningen när det är lämpligt att bryta strömmen igenom respektive elektriska kopplare. När det sedan väl bestämts att en given elektrisk kopplare skall öppnas, då fattar styrenheten 22 först beslut om vilka två kontaktdon, här kontaktdonen 37 och 38 (se fig 5), som skall öppna för att en temporär strömväg skall kunna upprättas genom halvledarelementet 39. Detta beslut är således beroende av i vilket läge strömmen i strömvägen just då befinner sig. l läget enligt fig 4 går hela strömmen igenom kopp- laren igenom de båda grenarna 34, 35 och ingenting igenom dio- den. När nu brytning skall ske skall strömmen så fort som möjligt föras över till att gå igenom dioden istället. Strömmen kan kopp- las in till dioden från ett visst håll under den del av en växel- strömsperiod som ligger mellan tidpunkten strax innan dioden blir framspänd i den riktningen och tidpunkten då dioden blir backspänd nästa gång. Detta innebär vid en helperiod av 20ms i :nous 10 15 20 25 30 35 516 437 15 praktiken att ett öppnande av kontaktdonen enligt fig 5 kan ske exempelvis cirka 2ms före nollgenomgång mot framspännings- riktning till och med nästa nollgenomgång. Då fel halvperiod hos växelspänningen för ett öppnande av kontaktdonen 37 och 38 enligt dessa premisser föreligger, kan istället omedelbart kon- taktdonen 36 och 39 öppnas för upprättande av den temporära strömvägen istället. Följaktligen kan denna temporära strömväg upprättas omedelbart efter detekterande av behov av och möjlig- het till öppnande av kopplaren för slutande av strömmen igenom den.

När det i fig 5 illustrerade temporärt slutna läget uppnås genom öppnande av kontaktdonen 37, 38 blidas en liten gnista i gapet mellan kontakterna hos respektive kontaktdon, vilket resulterar i en spänning av vanligtvis 12-15 V, vilken kommer att driva på överföringen av strömmen genom dioden 40. När sedan ström- men över kopplaren byter riktning kommer inte någon ström att flyta genom denna, utan en spänning kommer att byggas upp över den då backspända dioden 40, och nu öppnas åtminstone ett av de båda övriga kontaktdonen 36, 39, så att den temporära strömvägen öppnas, varvid denna öppning kan ske ljusbågsfritt, då inte någon ström går igenom kontaktstället vid öppningstill- fället. Därigenom uppnås det i fig 6 visade helt öppna läget hos kopplaren, i vilket strömmen igenom den är permanent bruten.

Det är vid denna avslutande öppning viktigt att den sker så pass snabbt att spänningen över dioden 40 inte hinner byta riktning igen och denna börjar leda. Utnyttjandet av samma halvledar- element i den temporära strömvågen oberoende av åt vilket håll strömmen då går igenom kopplaren möjliggör stora Kostnadsin- besparingar genom att antalet halvledarelement blir väsentligt reducerat i förhållande till tidigare kända kopplare av detta slag.

Den uppfinningsenliga anordningen har till syfte att prediktera en kommande nollgenomgång eller flera kommande nollgenom- gàngar hos växelströmmen för att uppnå ett i tiden optimalt bryt- förlopp enligt ovan. Hur detta i praktiken är avsett att ske kom- mer nu att förklaras under hänvisning till fig 7 och 8, vilka illust- Iran; 10 15 20 25 30 35 516 437 16 rerar växelströmmens I utveckling över tiden t efter en kortslut- ning utmed nämnda strömväg.

I fig 7 illustreras hur växelströmmen hos en fas utvecklas efter uppträdande av en kortslutning hos nämnda strömväg vid tid- punkten t1. Det framgår genom att jämföra växelströmmens symmetrilinje med linjen för en nollström att växelströmmen får en betydande likströmskomponent som avklingar med tiden.

Detta innebär att avståndet mellan på varandra följande nollge- nomgångar ävenledes varierar med tiden, och det är inte heller så att varannan nollgenomgång, det vill säga en nollgenomgång efter en period är belägen i tiden en period hos växelströmmen efter varandra, det vill säga i fallet av 50 Hz 20 ms.

Under en tidsperiod t; av drygt en period hos växelströmmen, det vill säga drygt 20 ms, efter den detekterade kortslutningen av- kännes och registreras värdet på växelströmmen, varvid två noll- genomgångar 23, 24 detekteras. Därefter görs vid tidpunkten ta en första prediktering av kommande nollgenomgångar 25-27.

Därvid görs predikteringarna av nollgenomgångarna 25 och 27 med utgångspunkt från den uppmätta nollgenomgången 23 och den av nollgenomgången 26 utifrån den uppmätta nollgenom- gången 24. Genom att basera predikteringen på helperioder (istället för halvperioder) blir predikteringen tämligen oberoende av både jämna och udda övertoner.

I fig 8 illustreras hur det vid nämnda prediktering kan tas hänsyn till dc-nivån samt dc-avklingningen hos växelströmmen. Inrätt- ningen 19 är anordnad att utifrån strömavkänningssignalerna le- verera ett värde på dc-nivån vid en tidpunkt t., genom att bilda medelvärdet av två intilliggande toppvärden 28, 29 hos växel- strömmen.

Vidare beräknas derivatan hos växelströmmen vid en detekterad nollgenomgång genom att mäta strömmen vid två tidpunkter nära nollgenomgången vid t., och dividera skillnaden i strömnivå mel- lan dessa med tiden, såsom visas genom punkterna 30 och 31. :unna 10 15 20 25 30 35 516 437 17 Därvid sker avläsningen av strömmen alltid på den sida av strömnoll som den långa halvvågen av växelströmmen ligger, dvs på sidan med ett positivt dc-tillskott. För att bestämma dc-av- klingningen hos växelströmmen integreras växelströmmen över en första och en efterföljande (eventuellt med viss överlappning) lika lång andra tidsperiod, vilka vardera är väsentligen en period av växelströmmen, och kvoten av dessa båda strömintegrations- värden bildas sedan för att utnyttja dem vid beräkning av dc-av- klingningen.

Därvid används för predikteringen av en kommande nollgenom- gång företrädesvis formeln: rpm, = tm + T + dc x (1-d2ys Där står dessa för följande: tpæd predikterad tidpunkt för nollgenomgång tm registrerad tidpunkt för nollgenomgång T periodtid hos växelströmmen dc dc-nivå vid tiden tm d dc-avklingning (andel som återstår efter en halv period) hur stor del som klingar av på en period s strömderivata vid nollgenomgång (före eller efter ström- noll beroende på tecken hos dc). d är det värde som erhålles genom integrerande av strömmen under en period och bildande av kvoten med den integration som gjordes under en föregående lika lång period. s är strömderiva- tan som kan bestämmas genom att läsa av strömvärdet en viss tid (till exempel 1 ms) före eller efter en nollgenomgång. Det framgår i fig 5 hur en predikterad tidpunkt t6 för nollgenom- gången först erhålles, men hur detta korrigeras till t5 genom hänsynstagande till termen 32, vilken är lika med dc (1-d2). Detta görs genom införande av en tidskorrektion 33 som är 32/s = t6- t5. :annu 10 15 20 25 30 35 516 437 18 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen lagras en hel period av strömmen i ett buffertminne. dc-nivån och dess avklingning beräknas kontinuerligt genom integration av buffert- minnet. Vid varjetidpunkt kan en period av strömmen predikteras genom antagandet att strömmen blir densamma som den var en period tillbaka i tiden minus den aktuella dc-avklingningen.

Den uppfinningsenliga predikteringen får en god noggrannhet, och den är speciellt väl lämpad vid en flerfasväxelström med en separat styrbar elektrisk kopplare anordnad i strömvägen för re- spektive fas, då en bortbrytning av de olika faserna kan ske vid för varje fas lämpliga tidpunkter.

Nu skall ett förfarande för prediktering av en kommande nollge- nomgång enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen förklaras under hänvisning till fig 9. Detta förfarande byg- ger på att åtminstone en period av strömmen från och med upp- trädandet av en felström samplas och sparas i ett minnesorgan.

Kurvan 43 visar den genom integration beräknade dc-nivån hos strömmen, och denna beräknas vid en tidpunkt t, vilken här är tidpunkten för prediktering, genom att medelvärdet av de i nämnda minnesorgan lagrade strömvärdena för tidsperioden en strömperiod bakåt från nämnda tidpunkt bildas eller rekursivt med så kallat "rullande medelvärde"-filter, vilket innebär att man hela tiden tar bort det äldsta samplade värdet och lägger till ett nytt. Därvid uppnås för ide* vid tidpunkten t: idält) = idält-l) + (imâilül-imättlf-TD/T Därvid är T antalet sampel på en strömperiod.

Vidare antages det att dc-nivåns avklingning är exponentiell och dess tidskonstant r beräknas genom att dividera den genom divi- deringen erhållna dc-nivån med sin tidsderivata enligt F-idäü) / (didflU/df) anar: 10 15 20 25 30 35 516 437 19 Härigenom kan dc-nivån hos strömmen beräknas vid en godtyck- lig tidpunkt, så att denna vid sampel t+t1 blir: idc(t+t1) = idc(t)*eXp(-t1/t) Med hjälp av detta kan strömmen vid sampel t+t1 predikteras en- ligt: ipfed(ï+f1) = im.m(f+f1-T)-(idc(ï+f1-T)-idc(f+ï1)) Således predikteras ett värde på växelströmmen i en framtida tidpunkt genom att från det en strömperiod tidigare än sist- nämnda tidpunkt uppmätta värdet på strömmen subtrahera diffe- rensen mellan den beräknade dc-nivån en strömperiod före den framtida tidpunkten och den predikterade dc-nivån hos strömmen i nämnda framtida tidpunkt. Med hjälp av den predikterade strömmen kan framtida nollgenomgångar sökas med hjälp av till exempel intervallhalveringsmetoden. l fig 10 illustreras schematiskt hur en kommande nollgenomgång kan predikteras enligt ett förfarande enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen. Detta förfarande är av modellen "snabbt", då det endast krävs att avkänningsorganet känner av strömmen under 'A tidsperiod. Detta förfarande bygger på att tid- punkten t0 för ett toppvärde hos växelströmmen detekteras och används som referens för prediktering av kommande nollgenom- gångar hos växelströmmen. Därvid gäller vid prediktering av de nästföljande båda nollgenomgàngarna vid t1 och t2 att följande formler används: t2pred=t1pfed+172+kOff2 Korr1 och korr2 beräknas med hjälp av kvoten mellan maxström (imax) och maxderivata (dimax) under den senaste halvperioden enligt fig 10 samt dc-nivåns avklingning med tiden: apan» 10 15 20 25 30 35 516 4 37 - Išïï; :ff :jjï - :fjæ zff: - : I ' 20 korr1=Ad(1-imax/dimax) korr2=Bkorr1d, varvid A, B år konstanter, och dimax den normerade derivatans 44 toppvärde halvperioden närmast före, varvid normeringen är sådan att vid ren sinusfunktion blir imax = dimax. d är andelen av dc-nivån som återstår efter en halv period.

Slutligen illustreras schematiskt i fig 11 hur dc-nivåns avklingning med tiden beräknas hos en trefasväxelström. dc-nivån beräknas för två faser r, s genom medelvärdesbestämning av två på var- andra följande strömtoppar 45, 46 hos respektive fas. dc-nivåns avklingning med tiden beräknas utifrån relationen mellan dessa båda dc-nivåer, och sedan används den vid predikteringen av en nollgenomgång hos växelströmmen. Närmare bestämt kan därvid följande ekvationssystem ställas upp: y1r - y2r - dcr(1/~/d-\/d)= 2 ymax y1s - y2s - dcs (1/~/d-~/d)= -2ymax, där d anger hur stor del av dc-nivån som är kvar efter % strömpe- riod, och 2ymax är avståndet mellan två på varandra följande strömtoppar i frånvaro av dc-avklingning. Ur detta ekvationssys- tem kan d lösas ut och därmed dc-avklingning beräknas.

På motsvarande sätt kan dc-nivåns avklingning med tiden beräk- nas vid uppträdande av en felström i en enfasväxelström genom att då genom nämnda strömavkänning värdet på växelströmmen hos tre på varandra följande strömtoppar bestämmes, och att därvid ett motsvarande ekvationssystem ställs upp med en jäm- förelse av de första båda strömtopparna i den första ekvationen och den andra och tredje strömtoppen i den andra ekvationen.

Genom att det uppfinningsenliga förfarandet för prediktering av en nollgenomgång hos växelströmmen tillåter ett stort övertons- innehåll kan en noggrann prediktering göras även vid till exempel en en- eller tvåfasig kortslutning av en generator eller då felstäl- »vara 10 15 20 516 4:37 21 let innehåller en ljusbåge. Med fördel används en uppfinningsen- lig anordning för prediktering av en nollgenomgång av växel- strömmen i en strömväg i ställverk för elförsörjning inom industri eller vid distributions- eller transmissionsnät, och predikteringen sker företrädesvis hos en växelström i en strömväg med en spänning på mellanspänningsnivä, det vill säga mellan 1-52 kV.

Uppfinningen är dock inte begränsad till växelspänningar med dessa nivåer.

Vidare är uppfinningen speciellt applicerbar på prediktering av en nollgenomgång hos en växelström i en strömväg igenom en elek- trisk kopplare anordnad att klara av en driftström av 1 kA, före- trädesvis minst 2 kA.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till mo- difikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på omrä- det, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna definieras i de bifogade patentkraven.

Som redan tidigare nämnts är uppfinningen applicerbar på alle- handa typer av elektriska kopplare.

Claims (60)

xynon 10 15 20 25 30 35 516 ' 43 7 §ïï°§ï§ - - 33"* = 22 Patentkrav

1. Förfarande för prediktering av en nollgenomgáng hos en växelström efter uppträdande av en felström i en strömväg (2) för bestämmande av lämplig tidpunkt för öppning av en i strömvägen anordnad elektrisk kopplare (1) för brytning av strömmen i ström- vägen, kännetecknat därav, att strömmen i strömvägen avkän- nes, att dc-nivån hos strömmen, det vill säga förskjutningen av växelströmmens symmetrilinje relativt dess nollnivå, och dc-ni- våns avklingning med tiden beräknas utifrån avkända värden på växelströmmen, och att en tidpunkt för en kommande nollgenom- gång hos växelströmmen predikteras utifrån åtminstone ström- värden erhållna genom nämnda strömavkänning, den beräknade dc-nivàn, den beräknade dc-avklingningen och växelströmmens pefiodüd.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att vid nämnda strömavkänning tidpunkten för en nollgenomgáng av strömmen detekteras och att tidpunkten för den detekterade nollgenom- gången tas med vid predikteringen av en tidpunkt för en kom- mande nollgenomgáng av växelströmmen.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att nämnda avkänning av växelströmmen efter uppträdande av nämnda felström utförs under en tid av åtminstone en period av växelströmmen och genom avkänning av växelströmmen under denna tid resulterande strömvärden används för beräkning av nämnda dc-avklingning.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat därav, att det är noll- genomgångar inom en på nämnda åtminstone ena period följande period av växelströmmen som predikteras.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att tidpunkten för åtminstone två nollgenomgångar av strömmen detekteras och data därom används för nämnda pre- diktering av en kommande nollgenomgáng. »nn-n 10 15 20 25 30 35 516 437 ff '" ' 23

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att växelströmmen integreras över en första och en därpå följande lika lång andra tidsperiod som är väsentligen en period av växelströmmen, och att kvoten av dessa båda strömintegra- tionsvärden bildas och utnyttjas för beräkning av nämnda dc-av- klingning.

7. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat därav, att derivatan av växelströmmen vid en detekterad nollgenomgång beräknas uti- från nämnda strömdetektering, och att detta derivatavärde an- vänds vid beräknande av en kommande nollgenomgång hos växelströmmen.

8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat därav, att nämnda de- rivata bestäms utifrån detekterade värden på växelströmmen nära före eller nära efter nämnda nollgenomgång.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att genom nämnda strömavkänning värdet på växelström- men hos tvà på varandra följande strömtoppar bestämmes och ett medelvärde av dessa båda strömvärden bildas och tas med som nämnda dc-nivå vid predikteringen.

10. Förfarande enligt krav 9, varvid växelströmmen är en tre- fasväxelström, kännetecknat därav, att dc-nivàn beräknas för två faser genom medelvärdesbestämning av två på varandra föl- jande strömtoppar hos respektive fas, och att dc-nivåns avkling- ning med tiden beräknas utifrån relationen mellan dessa båda dc-nivåer och sedan används vid predikteringen.

11. Förfarande enligt krav 9, varvid växelströmmen är en en- fasväxelström, kännetecknat därav, att genom nämnda ström- avkänning värdet på växelströmmen hos en på nämnda båda strömtoppar följande tredje strömtopp bestämmes, att ett medel- värde bildas även av strömvärdet hos den tredje och den denna föregående strömtoppen för beräknande av en andra dc-nivå, och ~,|;: 10 15 20 25 30 35 516 437 24 att dc-nivàns avklingning med tiden beräknas utifrån relationen mellan dessa båda dc-nivåer och sedan används vid predikte- nngen.

12. Förfarande enligt krav 6 och 7 samt eventuellt något av öv- riga föregående krav, kännetecknat därav, att tidpunkten för en kommande nollgenomgâng predikteras genom att addera tid- punkten för den detekterade nollgenomgången med växelström- mens periodtid och termen dc-nivån vid tidpunkten för den de- tekterade nollgenomgången dividerat med nämnda derivata och multiplicerad med (1-d2), där d är nämnda kvot.

13. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att växelströmmens ac-avklingning, det vill säga minsk- ningen av växelströmmens amplitud med tiden, beaktas vid nämnda prediktering.

14. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att värdet på växelströmmen under åtminstone en hel strömperiod lagras i ett minne, att dc-nivån och dc-avklingningen beräknas kontinuerligt genom integration av minnet, och att nämnda nollgenomgâng av strömmen predikteras genom att för varje tidpunkt beräkna strömmens värde en period framåt genom det värde som råder vid nämnda varje tidpunkt minus den aktuella dc-avklingningen.

15. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att värdet på växelströmmen samplas med en samplingsfrekvens under åt- minstone en hel strömperiod och de samplade värdena lagras i ett minnesorgan, och att dc-nivån vid en given tidpunkt beräknas genom att bilda medelvärdet av de lagrade strömvärdena för tidsperioden en strömperiod bakåt från nämnda tidpunkt och denna dc-nivå sedan används vid predikteringen av en kommande nollgenomgâng hos växelströmmen.

16. Förfarande enligt krav 15, kännetecknat därav, att det anta- ges att dc-nivåns avklingning är exponentiell och dess tldskon- lugn: 10 15 20 25 30 35 516 437 25 stant beräknas genom att dividera den genom nämnda dívidering erhållna dc-nivån med sin tidsderivata.

17. Förfarande enligt krav 15 eller 16, kännetecknat därav, att dc-nivån i en framtida tidpunkt predikteras utifrån den för nämnda givna tidpunkt beräknade dc-nivån och dc-nivåns av- klingning med tiden, och att ett värde på växelströmmen i nämnda framtida tidpunkt predikteras genom att från det en strömperiod tidigare än sistnämnda tidpunkt uppmätta värdet på strömmen subtrahera differensen mellan den beräknade dc-nivån en strömperiod före den framtida tidpunkten och den predikte- rade dc-nivån hos strömmen i nämnda framtida tidpunkt.

18. Förfarande enligt krav 17, kännetecknat därav, att intervall- halveringsmetoden används för att söka kommande nollgenom- gångar hos strömmen med hjälp av nämnda predikterade värde på växelströmmen.

19. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att tidpunkten för ett toppvärde hos växelströmmen detekteras och används som referens för prediktering av kommande nollgenomgàngar hos växelströmmen.

20. Förfarande enligt krav 19, kännetecknat därav, att tidpunk- ten för den närmast på nämnda toppvärde följande nollgenom- gången hos växelströmmen predikteras genom att addera “A av en strömperiod och en första korrektionsfaktor till toppvärdestid- punkten, och att korrektionsfaktorn bildas av en produkt av en konstant d och (1 -L-Tâšx ), varvid d är andelen av dc-nivån som återstår efter en halv strömperiod, imax nämnda toppvärde hos strömmen och dimax toppvärdet på en normerad derivata av strömmen under halvperioden närmast före tidpunkten för strömmens toppvärde, varvid normeringen är så vald att imax och dimax får samma numeriska värde när strömmen är en ren sinusfunktion. :nina 10 15 20 25 30 35 516 437 26

21. Förfarande enligt krav 20, kännetecknat därav, att tidpunk- ten för den näst närmast på nämnda strömtoppvärde följande nollgenomgángen predikteras genom att addera 1/2 av en ström- period och en andra korrektionsfaktor till tidpunkten för den predikterade nollgenomgángen följande närmast på nämnda toppvärde, varvid den andra korrektionsfaktorn bildas av en produkt av den första korrektionsfaktorn da och en konstant.

22. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att den avkända växelströmmen underkastas en ana- log/digital-omvandling före nämnda beräkningar.

23. Förfarande enligt krav 22, kännetecknat därav, att en filtre- ring av den avkända strömsignalen sker åtminstone före nämnda omvandling för att filtrera bort högfrekventa störsignaler.

24. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att predikteringen av växelströmmens nollgenomgång ut- förs vid en elektrisk kopplare (1) innefattande två i strömvägen parallellkopplade grenar, varvid den första av dem innefattar ett första kontaktdon med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter (5, 7, 8) och den andra innefattar ett element (11, 12) med förmåga att spärra ström genom sig i åt- minstone en spärriktning och leda ström genom sig i åtminstone en riktning, varvid ett andra kontaktdon med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter är seriekopplat med elementet, samt varvid kopplaren även innefattar en enhet (22) anordnad att styra öppning av nämnda strömväg på grundval av nämnda prediktering genom att styra det första kontaktdonet att öppna för överförande av strömmen till elementet när detta är i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan det andra kontaktdo- net att öppna när elementet är i ett tillstånd av spärrande av ström genom sig för brytande av strömmen genom kopplaren.

25. Förfarande enligt något av kraven 1-23, kännetecknat därav, att detekteringen av växelströmmens nollgenomgång utförs vid en elektrisk kopplare med åtminstone två i en strömväg genom a~rno 10 15 20 25 30 35 516 437 27 kopplaren anordnade kontaktdon och ett halvledarelement (40) med förmåga att spärra ström genom sig i åtminstone en första spärriktning samt en enhet (22) anordnad att styra öppningen av en strömväg genom kopplaren genom att styra ett första av kontaktdonen att öppna för överförande av strömmen genom kopplaren till halvledarelementet när detta är i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan det andra kontaktdonet att öppna när halvledarelementet är i ett tillstånd av spärrande av strömmen genom det för permanentande av brytningen av strömmen genom kopplaren, att strömvägen uppvisar två mellan en första och en andra ände hos kopplaren parallellkopplade grenar (34, 35) tvärförbundna med varandra genom halvledarelementet, att rikt- ningen och storleken hos strömmen genom kopplaren avkänns, att för nämnda brytande av strömmen i strömvägen genom kopp- laren först båda grenarna öppnas, den ena från nämnda första ände sett före och den andra från den första änden sett efter respektive grens anslutning till halvledarelementet, varvid vilken av grenarna som öppnas före och vilken som öppnas efter nämn- da anslutning görs beroende av avkänningen av strömmen, så att strömmen överförs i en temporär strömväg mellan nämnda båda ändar igenom en del av den ena grenen, halvledarelementet och en del av den andra grenen när halvledarelementet är i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan permanentas brytningen av strömmen genom kopplaren när halvledarelementet är i ett tillstånd av spärrande av strömmen genom sig genom öppnande av nämnda temporära strömväg, och att öppningen av ström- vägen och brytningen av strömmen däri styrs på grundval av nämnda prediktering av en nollgenomgång hos strömmen.

26. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid växel- strömmen är en flerfasväxelström och en separat styrbar elek- trisk kopplare är anordnad i nämnda strömväg för respektive fas, kännetecknat därav, att nämnda kommande nollgenomgång hos växelströmmen predikteras individuellt för varje fas hos växel- strömmen för bestämmande individuellt för varje kopplare av lämplig tidpunkt för öppning av just den kopplaren och brytning av strömmen genom den. nanuu 10 15 20 25 30 35 516 437 28

27. Anordning för prediktering av en nollgenomgàng hos en väx- elström efter uppträdande av en felström i en strömväg (2) för bestämmande av lämplig tidpunkt för öppning av en i strömvägen anordnad elektrisk kopplare (1) för brytning av strömmen i ström- vägen, kännetecknad därav, att den innefattar organ (15) an- ordnade att i strömvägen känna av strömmen, att den innefattar en inrättning (19) anordnad att utifrån av nämnda organ avkända värden på växelströmmen beräkna dc-nivån hos strömmen, det vill säga förskjutningen av växelströmmens symmetrilinje relativt dess nollnivà, och dc-nivåns avklingning med tiden, och att nämnda inrättning är anordnad att prediktera tidpunkten för en kommande nollgenomgàng hos växelströmmen utifrån åtminstone strömvärden erhållna genom nämnda strömavkänning, den be- räknade dc-nivån, den beräknade dc-avklingningen och en upp- gift om växelströmmens periodtid.

28. Anordning enligt krav 27, kännetecknad därav, att nämnda organ (15) är anordnade att detektera tidpunkten för en noll- genomgàng av strömmen, och att inrättningen (19) är anordnad att ta med tidpunkten för den detekterade nollgenomgången vid predikteringen av en tidpunkt för en kommande nollgenomgàng av växelströmmen.

29. Anordning enligt krav 27 eller 28, kännetecknad därav, att nämnda organ (15) är anordnade att känna av växelströmmen efter uppträdande av nämnda felström under en tid av åtminstone en period av växelströmmen, och att inrättningen (19) är anord- nade att använda genom avkänning av växelströmmen under denna tid resulterande strömvärden för beräkning av nämnda dc- avklingning.

30. Anordning enligt krav 29, kännetecknad därav, att nämnda inrättning (19) är anordnad att beräkna nollgenomgångar hos växelströmmen inom en på nämnda åtminstone ena period föl- jande period av växelströmmen. snus; 10 15 20 25 30 35 516 437 29

31. Anordning enligt något av kraven 27-30, kännetecknad därav, att nämnda organ (15) är anordnade att detektera tid- punkten för åtminstone två nollgenomgàngar av strömmen, och att inrättningen (19) är anordnad att använda data om dessa båda nollgenomgàngar för att beräkna tidpunkten för en kom- mande nollgenomgång.

32. Anordning enligt något av kraven 17-20, kännetecknad därav, att den dessutom innefattar medel (20) anordnade att in- tegrera den av nämnda organ detekterade växelströmmen över en första och en lika lång andra tid som är väsentligen en period av växelströmmen, och att nämnda inrättningen (19) är anordnad att bilda kvoten av dessa båda strömintegrationsvärden och ut- nyttja denna för beräkning av nämnda dc-avklingning.

33. Anordning enligt krav 28, kännetecknad därav, att den in- nefattar organ (21) anordnade att beräkna derivatan av växel- strömmen vid en detekterad nollgenomgång genom informationer från nämnda strömavkänningsorgan, och att inrättningen (19) är anordnad att använda detta derivatavärde vid beräknande av en kommande nollgenomgång hos växelströmmen.

34. Anordning enligt krav 33, kännetecknad därav, att nämnda organ (21) för beräknande av derivatan är anordnade att be- stämma derivatan utifrån detekterade värden på växelströmmen nära före eller nära efter nämnda nollgenomgång.

35. Anordning enligt något av kraven 27-34, kännetecknad därav, att nämnda strömavkänningsorgan (15) är anordnade att till nämnda inrättning (19) leverera värdet på växelströmmen hos två på varandra följande strömtoppar (28, 29), och att inrätt- ningen är anordnad att bilda ett medelvärde av dessa båda strömvärden för användning som nämnda dc-nivà vid beräk- ningen av nämnda kommande nollgenomgång hos växelström- men. »ka-a 10 15 20 25 30 35 516 437 30

36. Anordning enligt krav 35, varvid växelströmmen är en tre- fasväxelström, därav, att inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivån för två faser genom medelvärdesbestämning av två på varandra följande strömtoppar (yj, yz) hos respektive fas, och att inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivåns avklingning med tiden utifrån relationen mellan dessa båda dc- nivåer och sedan använda den vid predikteringen av en kommande nollgenomgång.

37. Anordning enligt krav 35, varvid växelströmmen är en en- fasväxelström, kännetecknad därav, att nämnda strömavkän- ningsorgan (15) är anordnade att till nämnda inrättning även leverera värdet på växelströmmen hos en på nämnda båda strömtoppar följande tredje strömtopp, att inrättningen är anordnad att bilda ett medelvärde även av strömvårdet hos den tredje och den denna föregående strömtoppen för beräknande av en andra dc-nivå, och att inrättningen är anordnad att beräkna dc-nivåns avklingning med tiden utifrån relationen mellan dessa båda dc-nivàer och sedan använda denna vid predikteringen av en kommande nollgenomgång.

38. Anordning enligt krav 32 och 33 samt eventuellt något av öv- riga föregående anordningskrav, kännetecknad därav, att nämnda inrättning (19) är anordnad att beräkna tidpunkten för en kommande nollgenomgàng genom att addera tidpunkten för den detekterade nollgenomgången med växelströmmens periodtid och termen dc-nivån vid tidpunkten för den detekterade nollge- nomgången dividerat med nämnda derivata och multiplicerad med (1-d2), där d är nämnda kvot.

39. Anordning enligt något av kraven 27-38, kännetecknad därav, att den innefattar organ anordnade att beräkna ac-av- klingningen hos växelströmmen, det vill säga minskningen av växelströmmens amplitud med tiden, utifrån av nämnda strömav- känningsorgan levererade strömvärden. »1110 10 15 20 25 30 35 516 4317 31

40. Anordning enligt krav 27, kännetecknad därav, att den in- nefattar ett minnesorgan anordnat att lagra av strömavkännings- organet (15) avkända värden på växelströmmen för åtminstone en hel strömperiod, att inrättningen (19) är anordnad att konti- nuerligt beräkna dc-nivån och dc-avklingningen genom integra- tion av i minnesorganet lagrade strömdata, och att inrättningen dessutom är anordnad att beräkna nämnda nollgenomgång av strömmen genom att för varje tidpunkt beräkna strömmens värde en period framåt genom det värde som råder vid nämnda varje tidpunkt minus den aktuella dc-avklingningen.

41. Anordning enligt krav 27, kännetecknad därav, att avkän- ningsorganen (15) är anordnade att sampla värdet på växelströmmen med en samlingsfrekvens under åtminstone en hel strömperiod och ett minnesorgan är anordnat att lagra de samplade värdena, och att inrättningen (19) är anordnad att beräkna dc-nivån vid en given tidpunkt genom att bilda medelvärdet av de lagrade strömvärdena för tidsperioden en strömperiod bakåt från nämnda tidpunkt och sedan använda denna dc-nivà vid predikteringen av en kommande nollgenom- gång hos växelströmmen.

42. Anordning enligt krav 41, kännetecknad därav, att inrätt- ningen (19) är anordnad att antaga att dc-nivåns avklingning är exponentiell och beräkna avklingningens tidskonstant genom att dividera den genom divideringen erhållna dc-nivån med sin tidsderivata.

43. Anordning enligt krav 41 eller 42, kännetecknad därav, att inrättningen (19) är anordnad att prediktera dc-nivån i en fram- tida tidpunkt utifrån den från nämnda givna tidpunkt beräknade dc-nivån och dc-nivåns avklingning med tiden, och att inrätt- ningen är anordnad att prediktera ett värde på växelströmmen i nämnda framtida tidpunkt genom att från det en strömperiod tidi- gare än sistnämnda tidpunkt uppmätta värdet på strömmen subtrahera differensen mellan den beräknade dc-nivån en ström- »>;.: 10 15 20 25 30 35 516 437 32 period före den framtida tidpunkten och den predikterade dc- nivån hos strömmen i nämnda framtida tidpunkt.

44. Anordning enligt krav 43, kännetecknad därav, att inrätt- ningen (19) är utformad att använda intervallhalveringsmetoden för att söka kommande nollgenomgångar hos växelströmmen med hjälp av nämnda predikterade värde på växelströmmen.

45. Anordning enligt krav 27, kännetecknad därav, att avkän- ningsorganen (15) är anordnade att detektera tidpunkten för ett toppvärde hos växelströmmen, och att inrättningen (19) är anordnad att använda den sistnämnda tidpunkten som referens för prediktering av kommande nollgenomgångar hos växelström- men.

46. Anordning enligt krav 45, kännetecknad därav, att inrätt- ningen (19) är anordnad att prediktera tidpunkten för den närmast på nämnda toppvärde följande nollgenomgàngen hos växelströmmen genom att addera *A av en strömperiod och en första korrektionsfaktor till toppvärdestidpunkten, och att den är anordnad att bilda nämnda korrektionsfaktor av en produkt av en konstant, d och (1 -äfj-'rfj-:x ), varvid d är andelen av dc-nivån som återstår efter en halv strömperiod, imax nämnda toppvärde hos strömmen och dimax toppvärdet på en normerad derivata av strömmen under halvperioden närmast före tidpunkten för strömmens toppvärde, varvid normeringen är så vald att imax och dimax får samma numeriska värde när strömmen är en ren sinusfunktion.

47. Anordning enligt krav 46, kännetecknad därav, att inrätt- ningen (19) är utformad att prediktera tidpunkten för den näst närmast på nämnda strömtoppvärde följande nollgenomgàngen genom att addera % av en strömperiod och en andra korrek- tionsfaktor till den predikterade nollgenomgàngen följande närmast på nämnda toppvärde, varvid inrättningen är anordnad att bilda den andra korrektionsfaktorn av en produkt av den första korrektionsfaktorn, d och en konstant. »min 10 15 20 25 30 35 516 437 33

48. Anordning enligt något av kraven 27-47, kännetecknad därav, att den innefattar en analog/digital-omvandlare (16) an- ordnad att omvandla från strömavkänningsorganet (15) kom- mande detekterade strömvärdessignaler till digital form för vida- resändande till nämnda inrättning (19).

49. Anordning enligt krav 48, kännetecknad därav, att den in- nefattar organ (17, 18) för frekvensfiltrering av från strömavkän- ningsorganet kommande avkända strömsignaler både före och efter nämnda omvandling för att filtrera bort störsignaler, företrä- desvis högfrekventa sådana, från strömsignalerna.

50. Anordning enligt något av kraven 27-49, kännetecknad därav, att den är anordnad att utföra en prediktering av växel- strömmens nollgenomgång vid en elektrisk kopplare (1) innefat- tande två i strömvägen parallellkopplade grenar, varvid den första av dem innefattar ett första kontaktdon med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter(5, 7, 8) och den andra innefattar ett element (11, 12) med förmåga att spärra ström genom sig i åtminstone en spärriktníng och leda ström ge- nom sig i åtminstone en riktning, varvid ett andra kontaktdon med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter (5, 8, 9) är seriekopplat med elementet, samt varvid kopplaren även innefattar en enhet (22) anordnad att styra öppning av nämnda strömväg på grundval av nämnda prediktering genom att styra det första kontaktdonet att öppna för överförande av strömmen till elementet när detta år i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan det andra kontaktdonet att öppna när ele- mentet är i ett tillstånd av spärrande av ström genom sig för brytande av strömmen genom kopplaren.

51. Anordning enligt något av kraven 27-49, kännetecknad därav, att den är anordnad att utföra en prediktering av växel- strömmens nollgenomgång vid en elektrisk kopplare innefattande åtminstone två i en strömväg genom kopplaren anordnade kon- taktdon och ett halvledarelement (40) med förmåga att spärra :»,-1 10 15 20 25 30 35 516 437 i: i» "i 34 ström genom sig i åtminstone en första spärriktning samt en enhet (22) anordnad att styra brytningen av en ström i en strömväg genom kopplaren genom att styra ett första av kontaktdonen att öppna för överförande av strömmen genom kopplaren till halvledarelementet när detta är i eller på väg in i ledande tillstånd och sedan det andra kontaktdonet att öppna när halvledarelementet är i ett tillstånd av spärrande av strömmen genom det för permanentande av brytningen av strömmen genom kopplaren, att det totala antalet kontaktdon hos kopplaren är åtminstone fyra med två seriekopplade i var sin av två i nämnda strömväg parallellkopplade grenar (34, 35), att halvledar- elementet är anordnat att förbinda mittpunkterna (41, 42) mellan de båda kontaktdonen hos vardera grenen med varandra, att kopplaren innefattar åtminstone ett organ (15) anordnat att avkänna riktningen på strömmen genom kopplaren, att styrenhe- ten är anordnad att styra brytningen av strömmen i strömvägen genom att styra ett i den rådande strömriktningen sett före nämnda mittpunkt beläget första kontaktdon hos den ena, första grenen att öppna och ett i strömriktningen efter mittpunkten be- läget andra kontaktdon hos den andra grenen att öppna för överförande av strömmen till en temporär strömväg igenom halvledarelementet när detta är i eller på väg in i ledande till- stånd och sedan permanenta brytningen av strömmen i strömvä- gen genom kopplaren när halvledarelemetet är i ett tillstånd av spärrande av strömmen genom sig genom öppnande av åtmins- tone ett kontaktdon hos kopplaren anordnat i den temporära strömvägen genom halvledarelementet, och att styrenheten är anordnad att välja vilken gren som skall vara den första på grundval av informationer från strömavkänningsorganet samt att styra brytningen av strömmen i strömvägen i beroende av resul- tatet av predikteringen av nämnda nollgenomgång hos växel- strömmen.

52. Anordning enligt något av kraven 27-51, varvid växelström- men är en flerfasväxelström och en separat styrbar elektrisk kopplare (1) är anordnad i nämnda strömväg för respektive fas, kännetecknad därav, att nämnda inrättning (19) är anordnad att ».»». 10 15 20 25 30 35 516 437 35 beräkna nämnda kommande nollgenomgång hos växelströmmen individuellt för varje fas hos växelströmmen för bestämmande in- dividuellt för varje kopplare av lämplig tidpunkt för öppningen av just den kopplaren.

53. Användning av en anordning enligt något av kraven 27-52 för prediktering av en nollgenomgång av växelströmmen i en ström- väg i ställverk för elförsörjning inom industri eller vid distribu- tions- eller transmissionsnät.

54. Användning av en anordning enligt något av kraven 27-52 för prediktering av en nollgenomgång hos en växelström i en ström- väg med en spänning mellan 1-52 kV.

55. Användning av en anordning enligt något av kraven 27-52 för prediktering av en nollgenomgång hos en växelström i en ström- väg igenom en elektrisk kopplare anordnad att klara av en drift- ström av 1 kA, företrädesvis minst 2 kA.

56. Användning av en anordning enligt något av kraven 27-52 för prediktering av en nollgenomgång hos en växelström i en ström- väg ansluten till en generator.

57. Apparat för prediktering av en nollgenomgång hos en växel- ström efter uppträdande av en felström i en strömväg (2) för be- stämmande av lämplig tidpunkt för öppning av en i strömvägen anordnad elektrisk kopplare (1) för brytning av strömmen i ström- vägen, varvid apparaten innefattar en programmodul innehål- lande minst en processor anordnad att utföra programinstruktio- ner att avkänna strömmen i strömvägen, att beräkna dc-nivån hos strömmen, det vill säga förskjutningen av växelströmmens symmetrilinje relativt dess nollnivå, och dc-nivåns avklingning med tiden utifrån avkända värden på växelströmmen, och att prediktera en tidpunkt för en kommande nollgenomgång hos växelströmmen utifrån åtminstone strömvärden erhållna genom nämnda strömavkänning, den beräknade dc-nivån, den beräk- nade dc-avklingningen och växelströmmens periodtid. >.»>» 10 15 20 516 437 36

58. Datorprogram för prediktering av en nollgenomgàng hos en växelström efter uppträdande av en felström i en strömväg (2) för bestämmande av lämplig tidpunkt för öppning av en i strömvägen anordnad elektrisk kopplare (1) för brytning av strömmen i ström- vägen, varvid datorprogrammet innefattar instruktioner för att pà- verka en processor att framkalla avkänning av strömmen i ström- vägen, beräkning av dc-nivån hos strömmen, det vill säga för- skjutningen av växelströmmens symmetrílinje relativt dess noll- nivå, och dc-niváns avklingning med tiden utifrån avkända värden på växelströmmen, och prediktering av en tidpunkt för en kom- mande nollgenomgàng hos växelströmmen utifrån åtminstone strömvärden erhållna genom nämnda strömavkänning, den be- räknade dc-nivån, den beräknade dc-avklingningen och växel- strömmens periodtid.

59. Datorprogram enligt krav 58 tillhandahållet åtminstone delvis över ett nätverk såsom Internet.

60. Datorprogramprodukt som kan laddas direkt in i internminnet hos en digital dator och innefattar mjukvarukodpartier för ge- nomförande av stegen enligt något eller några av kraven 1-26 när produkten körs i en dator.