WO2001024340A1 - Method for obtaining a replacement quantity which represents a thermal state of an electric consumer, and circuit for carrying out said method - Google Patents

Method for obtaining a replacement quantity which represents a thermal state of an electric consumer, and circuit for carrying out said method Download PDF

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WO2001024340A1
WO2001024340A1 PCT/DE2000/003304 DE0003304W WO0124340A1 WO 2001024340 A1 WO2001024340 A1 WO 2001024340A1 DE 0003304 W DE0003304 W DE 0003304W WO 0124340 A1 WO0124340 A1 WO 0124340A1
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Ulrich Baumgaertl
Holger Hochgraef
Wolfgang Röhl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H6/00—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images
    • H02H6/005—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images using digital thermal images

Definitions

  • the time measuring device ZME is designed as a digital clock module U, for the operation of which a very small auxiliary energy is sufficient. This need for auxiliary energy is so low that a size is sufficient for the capacitor C, as it is easily possible in a circuit arrangement with small dimensions is to be accommodated.
  • the capacitor C can therefore be dimensioned such that the time measuring device ZME can be operated for hours or even for days if required.
  • step S1 If, as a result of the test carried out in step S1, the result is that no break in operation has started, this means the normal operation of the circuit arrangement with continuous or periodic measurement of the current I by the consumer V in step S2.
  • the data processing device MPE uses the the first calculation rule BV1 available to them and a time-dependent signal t a thermal substitute variable TEG of the consumer V.
  • the substitute variable is thus in the working memory of the data processing device MPE.
  • step S4 it is checked whether the substitute variable TEG exceeds a predetermined limit value, with the result that the circuit breaker LS is triggered in step S5 if the condition mentioned exists. If the limit value has not been exceeded, step S4 causes the process to return to step S1.

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Abstract

The invention relates to a method for generating and updating a replacement quantity (TEG) which represents a thermal state of an electric consumer. The method involves the obtaining of measured values for currents flowing through the consumer (V), and the determination of the thermal replacement quantity (TEG) is carried out by a data processing device (DV) using a first calculating specification (BV 1). The determined replacement quantity (TEG) is read into a non-volatile electronic memory (NFS) before the data processing device (DV) is shut down due to the break in operation (BP). The duration of the break in operation (BP) is defined by the timer (ZME), and an adapted replacement quantity (TEG-A) is determined using a second calculating specification (BV 2). The adapted replacement quantity (TEG-A) is used as a basis for further operation of the consumer (V) after the conclusion of the break in operation (BP), and the altered thermal state of the consumer (V) is appropriately taken into account.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Gewinnung einer einen thermischen Zustand eines elektrischen Verbrauchers repräsentierenden Ersatzgröße und Schaltungsanordnung zur Durchführung des VerfahrensMethod for obtaining a replacement quantity representing a thermal state of an electrical consumer and circuit arrangement for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Aktualisierung einer einen thermischen Zustand eines elektrischen Verbrauchers repräsentierenden Ersatzgröße mit folgenden Schritten:The invention relates to a method for generating and updating a substitute variable representing a thermal state of an electrical consumer, comprising the following steps:
Gewinnung von Messwerten des durch den Verbraucher fließenden Stromes,Obtaining measured values of the current flowing through the consumer,
Verarbeitung der Messwerte in einer Datenverarbeitungsvorrichtung anhand einer ersten Berechnungsvorschrift zur Ge- winnung der Ersatzgröße, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung aus dem Strom mit einer Hilfsenergie versorgt wird,Processing of the measured values in a data processing device on the basis of a first calculation rule to obtain the substitute size, the data processing device being supplied with auxiliary energy from the current,
Erfassung einer Betriebspause des Verbrauchers und Anpassung der Ersatzgröße an den aufgrund der Betriebspause veränderten thermischen Zustand des Verbrauchers.Detection of a break in operation of the consumer and adaptation of the replacement size to the thermal state of the consumer which has changed due to the break in operation.
Ein Verfahren dieser Art, wie es in der US 4 717 984 beschrieben ist, wird insbesondere zur Verbesserung des Schutzes solcher Verbraucher eingesetzt, die eine relativ große thermische Zeitkontante besitzen. Wird ein solcher Verbraucher willkürlich oder zum Schutz gegen Beschädigung infolge Überlastung abgeschaltet, so soll bei einer Wiedereinschaltung der tatsächliche thermische Zustand des Verbrauchers berücksichtigt werden. Dies kann in bekannter Weise durch eine Temperaturmessung des Verbrauchers geschehen, z. B. dadurch, dass an kritischen Stellen Temperatursensoren angeordnet werden. Der technische Aufwand für eine solche Messanordnung ist jedoch sehr hoch. Daher wird häufig der Weg beschritten, aus der Messung des durch den Verbraucher fließenden Stromes und der Zeit eine Ersatzgröße zu berechnen, die einen Näherungswert für den thermischen Zustand des Verbrauchers darstellt. Diese Berechnung kann in der Datenverarbeitungsvorrichtung eines elektronischen Überstromauslösers erfolgen, der zu einem im Stromkreis des Verbrauchers liegenden Schaltgerät gehört. Die erwähnte erste Berechnungsvorschrift wird auf den Verbraucher abgestimmt, um eine ausreichende Übereinstimmung der angepassten Ersatzgröße mit dem thermischen Verhalten des Verbrauchers zu gewährleisten.A method of this type, as described in US Pat. No. 4,717,984, is used in particular to improve the protection of those consumers who have a relatively large thermal time constant. If such a consumer is switched off arbitrarily or for protection against damage due to overload, the actual thermal state of the consumer should be taken into account when the consumer is switched on again. This can be done in a known manner by measuring the temperature of the consumer, e.g. B. in that temperature sensors are arranged at critical points. However, the technical effort for such a measuring arrangement is very high. Therefore, the path is often followed the measurement of the current flowing through the consumer and the time to calculate a substitute quantity which is an approximate value for the thermal state of the consumer. This calculation can take place in the data processing device of an electronic overcurrent release which belongs to a switching device located in the circuit of the consumer. The aforementioned first calculation rule is tailored to the consumer in order to ensure that the adapted substitute size matches the thermal behavior of the consumer sufficiently.
Während die Berechnung einer Näherungs- oder Ersatzgröße für den thermischen Zustand des Verbrauchers ("Thermisches Bild" oder ("Thermisches Abbild") im laufenden Betrieb keine Pro- bleme aufwirft, bereitet es Schwierigkeiten, aus beliebigem Anlass auftretende Betriebspausen des Verbrauchers im Berechnungsvorgang für die Ersatzgröße zu berücksichtigen. Eine solche Betriebspause kann dadurch bedingt sein, dass der Verbraucher durch ein zugeordnetes Schaltgerät abgeschaltet wird, nachdem eine dem Schaltgerät zugeordnete Schutzeinrichtung, z. B. ein elektronischer Überlastauslöser, die Überschreitung eines Grenzwertes für die Erwärmung des Verbrauchers festgestellt hat. Gleichfalls kann ein allgemeiner Netzausfall die Ursache für eine Betriebspause sein. In die- sen Fällen fehlt auch die Betriebsenergie für die Datenverarbeitungsvorrichtung, da diese aus dem Stromkreis des Verbrauchers entnommen wird. Mit der Stillsetzung der Datenverarbeitungsvorrichtung endet aber nicht nur die laufende Verarbeitung der Messwerte für den Strom, sondern es geht mit dem In- halt des Arbeitsspeichers auch die erwähnte, den thermischen Zustand des Verbrauchers repräsentierende Ersatzgröße verloren. Um den Betrieb des Verbrauchers nach einer Betriebspause mit zutreffenden Anfangswerten für den thermischen Zustand fortsetzen zu können, sieht das Verfahren nach der erwähnten US 4 717 984 vor, dass die bei Beginn der Betriebspause gültige thermische Ersatzgröße des Verbrauchers in einen setz- und lesbaren elektronischer Zähler überführt wird. Hierzu wird zunächst bei Beginn der Betriebspause des Verbrauchers der Betrieb der Datenverarbeitungsvorrichtung durch einen ständig geladenen Kondensator für kurze Zeit aufrechterhalten. Wäh- rend dieses kurzen Zeitraumes erzeugt die Datenverarbeitungs- vorrichtung in rascher Folge eine der Ersatzgröße entsprechende Anzahl von Impulsen, die dem elektronischen Zähler zugeführt werden. Zugleich wird ein Taktgeber zur Dekrementie- rung des anfänglichen Zählerstandes gestartet. Durch den Taktgeber wird somit der Zählerstand in linearer Abhängigkeit von der Zeit verringert. Wenn die Betriebspause beendet ist und die Datenverarbeitungsvorrichtung ihre Arbeit wieder aufnimmt, weist somit der elektronische Zähler einen entsprechend der Länge der Betriebspause verminderten Zählerstand auf, aus dem die Datenverarbeitungsvorrichtung die angepasste Ersatzgröße bestimmt.While the calculation of an approximate or substitute quantity for the thermal state of the consumer ("thermal image" or ("thermal image") during operation does not pose any problems, it is difficult to interrupt the consumer for any reason in the calculation process for the Such a break in operation may be due to the fact that the consumer is switched off by an associated switching device after a protective device assigned to the switching device, for example an electronic overload release, has determined that a limit value for the heating of the consumer has been exceeded A general power failure can be the cause of a break in operation. In these cases, the operating energy for the data processing device is also missing, since it is removed from the circuit of the consumer. However, the data processing device does not end when the data processing device is shut down ht is only the ongoing processing of the measured values for the current, but with the content of the working memory the aforementioned substitute size representing the thermal state of the consumer is also lost. In order to be able to continue the operation of the consumer after a break in operation with appropriate initial values for the thermal state, the method according to the US Pat. No. 4,717,984 mentioned provides that the thermal replacement quantity of the consumer that is valid at the beginning of the break in operation is put into a settable and readable electronic counter is transferred. For this purpose, the operation of the data processing device is initially maintained for a short time by a continuously charged capacitor at the beginning of the operational break of the consumer. During this short period of time, the data processing device generates in rapid succession a number of pulses corresponding to the substitute size, which are fed to the electronic counter. At the same time, a clock generator for decrementing the initial counter reading is started. The clock is thus reduced in a linear manner as a function of time by the clock generator. When the pause in operation has ended and the data processing device resumes its work, the electronic counter thus has a counter reading which is reduced in accordance with the length of the pause in operation, from which the data processing device determines the adapted substitute size.
Der Erfindung liegt ausgehend hiervon die Aufgabe zugrunde, bei vermindertem Aufwand die Aktualisierung der Ersatzgröße zu verbessern und die Anwendung des Verfahrens für sehr lange Betriebspausen zu ermöglichen.Proceeding from this, the object of the invention is to improve the updating of the replacement size with reduced effort and to enable the method to be used for very long breaks in operation.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Bereitstellung der Ersatzgröße in einem nichtflüchtigen elektronischen Speicher erfolgt, durch die Zeitmesseinrichtung (ZME) zeitabhhängige Signale an die Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) abgegeben werden, die Bestimmung der Dauer der Betriebspause mittels einer elektronischen Zeitmesseinrichtung geschieht, und die Ermittlung der angepassten Ersatzgröße nach Beendigung der Betriebspause durch gemeinsame Verarbeitung der ge- speicherten Ersatzgröße und der Dauer der Betriebspause in der Datenverarbeitungsvorrichtung anhand einer zweiten Berechnungsvorschrift erfolgt.According to the invention, this object is achieved in that the replacement variable is provided in a non-volatile electronic memory, by means of which the time-measuring device (ZME) sends time-dependent signals to the data processing device (MPE), the duration of the break in operation is determined by means of an electronic time measuring device, and the determination of the adjusted replacement size after the end of the break in operation is carried out by processing the stored replacement size and the duration of the break in operation in the data processing device using a second calculation rule.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung bei Beginn der Betriebspause nur wenige einfache Steuerbefehle oder sogar nur einen einzelnen Steuerbefehl an periphere Baugruppen abzugeben hat. Es ist also nur eine minimale Verlängerung des Betriebes der Datenverarbeitungsvorrichtung bei Eintritt der Betriebspause erforderlich. Dies führt zu hoher Funktionssicherheit bei geringem Schaltungsaufwand. Ferner ist der Energiebedarf von elektronischen Zeitmesseinrichtungen, z. B. in der Gestalt eines elektronischen Uhrenbausteins, niedrig und konstant. Daher können bei geringem Aufwand für die Bereit- Stellung einer Hilfsenergie auch sehr lange Betriebspausen überwacht werden. Wesentlich für die Erfindung ist dabei eine Anpassung der Ersatzgröße entsprechend der nichtlinearen Abkühlfunktion der Verbraucher im Unterschied zu einer linearen, d. h. direkt zeitabhängigen und damit angenäherten An- passung bzw. Korrektur. Die Güte der Anpassung der Ersatzgröße hängt somit nicht von der Dauer der Betriebspause ab. Dieser Vorteil beruht auf der Verarbeitung der gemessenen Dauer der Betriebspause unter Benutzung einer Berechnungsvorschrift erst nach Beendigung der Betriebspause.The method according to the invention is characterized in that the data processing device has to issue only a few simple control commands or even only a single control command to peripheral assemblies at the start of the break in operation. Only a minimal extension of the operation of the data processing device is required when the break in operation occurs. This leads to a high level of functional reliability with little circuitry. Furthermore, the energy requirement of electronic timing devices, such. B. in the form of an electronic watch module, low and constant. Therefore, very long breaks in operation can be monitored with little effort for the provision of auxiliary energy. It is essential for the invention to adapt the substitute size in accordance with the non-linear cooling function of the consumer, in contrast to a linear, ie. H. directly time-dependent and thus approximated adjustment or correction. The quality of the adjustment of the replacement size therefore does not depend on the duration of the break. This advantage is based on the processing of the measured duration of the business break using a calculation rule only after the business break has ended.
Wie vorstehend erläutert, kommt es bei dem Verfahren nach der Erfindung darauf an, dass die thermische Ersatzgröße in einem Speicher bereitgestellt wird, damit auf sie bei Beendigung der Betriebspause des Verbrauchers zugegriffen werden kann. Diese Bereitstellung kann dadurch erfolgen, dass die jeweils geltende Ersatzgröße nach Beginn der Betriebspause in den elektronischen Speicher eingeschrieben wird. Bei Verbrauchern mit nur langsamer thermischer Veränderung kann es aber ausreichend sein, die Ersatzgröße im laufenden Betrieb des Verbrauchers periodisch zu speichern, so dass stets ein gespeicherter Wert der Ersatzgröße zur Verfügung steht. Dies vereinfacht die von der Datenverarbeitungsvorrichtung zu Beginn der Betriebspause durchzuführende Routine.As explained above, it is important in the method according to the invention that the thermal replacement quantity is provided in a memory, so that it is terminated the operational break of the consumer can be accessed. This provision can be made by writing the applicable replacement size into the electronic memory after the start of the break in operation. For consumers with only a slow thermal change, it may be sufficient to periodically save the substitute size while the consumer is running, so that a stored value of the substitute size is always available. This simplifies the routine to be carried out by the data processing device at the beginning of the break in operation.
Im Rahmen der Erfindung kann die Zeitmesseinrichtung unterschiedlich betrieben werden. Insbesondere kann die Zeitmesseinrichtung als Stoppuhr betrieben und bei Beginn der Be- triebspause des Verbrauchers durch einen Befehl der Datenverarbeitungsvorrichtung vom Wert Null ausgehend in Lauf gesetzt werden, wobei als Messwert zweiter Art die bis zur Beendigung der Betriebspause verstrichene Zeit in der Datenverarbeitungsvorrichtung verarbeitet wird. Zu Beginn der Betriebspau- se ist daher durch die Datenverarbeitungsvorrichtung derWithin the scope of the invention, the timing device can be operated in different ways. In particular, the time measuring device can be operated as a stopwatch and can be started from the value zero by a command of the data processing device at the beginning of the operational break of the consumer, the time elapsed until the end of the operating break being processed in the data processing device as the measured value of the second type. At the beginning of the break in operation, the data processing device therefore switches the
Start der Zeitmesseinrichtung, falls erforderlich mit vorangehender Rücksetzung auf Null, zu veranlassen.To initiate the start of the timing device, if necessary with a previous reset to zero.
Als weitere Möglichkeit sieht ein abgewandelter Verfahrensab- lauf vor, dass die Zeitmesseinrichtung als Uhr (Echtzeituhr) betrieben, die Zeit bei Beginn der Betriebspause erfasst und in einem Speicher hinterlegt wird und dass die Zeit (bei Beendigung der Betriebspause) gleichfalls erfasst und aus dieser zusammen mit der gespeicherten Zeit des Beginns der Be- triebspause in der Datenverarbeitungsvorrichtung (DV) dieAs a further possibility, a modified process sequence provides that the time measuring device is operated as a clock (real-time clock), the time is recorded at the beginning of the break in operation and is stored in a memory, and that the time (when the break in operation ends) is also recorded and from it with the stored time of the start of the break in the data processing device (DV)
Dauer der Betriebspause (BP) bestimmt wird. Die vorstehend erläuterten Varianten -Uhr oder Stoppuhr - sind für die Bestimmung der Dauer der Betriebspause gleichwertig. Für den Benutzer bietet sich jedoch bei der Betriebsweise der Zeitmesseinrichtung als Uhr die Möglichkeit, auch das Datum auszulesen und gleichfalls in dem elektronischen Speicher abzulegen, sei es zur Protokollierung der Betriebspausen des Verbrauchers oder zur raschen Erkennung sehr langer Betriebspausen.Duration of the break (BP) is determined. The variants explained above - clock or stopwatch - are equivalent for determining the duration of the break in operation. However, when the time measuring device is operating as a clock, the user has the option of also reading out the date and likewise storing it in the electronic memory, be it for logging the breaks in operation of the consumer or for the rapid detection of very long breaks in operation.
Das Verfahren nach der Erfindung kann vorteilhaft mittels einer Schaltungsanordnung ausgeführt werden, in der als elektronischer Speicher für die Ersatzgröße und/oder die Zeit des Beginns der Betriebspause ein nichtflüchtiger Speicher vorgesehen ist. Damit entfällt das Problem einer Pufferung des Speichers und eines entsprechenden Aufwandes für eine Hilfs- energie. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, einen gemeinsamen nichtflüchtigen Speicher für die genannten zu speichernden Größen vorzusehen.The method according to the invention can advantageously be carried out by means of a circuit arrangement in which a non-volatile memory is provided as the electronic memory for the replacement size and / or the time of the start of the break in operation. This eliminates the problem of buffering the memory and the corresponding expenditure for auxiliary energy. In this context, it is advisable to provide a common non-volatile memory for the sizes to be stored.
Ferner empfiehlt es sich, als Zeitmesseinrichtung einen digital steuerbaren und lesbaren Uhrenbaustein zu verwenden. Uhrenbausteine dieser Art zeichnen sich durch einen außerordentlich geringen Energiebedarf aus und können daher über Stunden mittels eines kleinen Energiespeichers in Gestalt ei- nes Kondensators in Betrieb gehalten werden. Eine weitere Vereinfachung der Schaltungsanordnung ist dadurch zu erreichen, dass ein Uhrenbaustein mit integriertem nichtflüchtigem Speicher verwendet wirdIt is also advisable to use a digitally controllable and readable clock module as the time measuring device. Watch modules of this type are characterized by an extremely low energy requirement and can therefore be kept in operation for hours by means of a small energy store in the form of a capacitor. A further simplification of the circuit arrangement can be achieved in that a clock module with integrated non-volatile memory is used
Für die Schaltungsanordnung wird in einer vorteilhaften Ausführungsform keine gesonderte Datenverarbeitungsvorrichtung benötigt, wenn die durchzuführenden Aufgaben der Datenverar- beitungsvorrichtung eines elektronischen Überstromauslösers eines Schaltgerätes übertragen werden.In an advantageous embodiment, no separate data processing device is required for the circuit arrangement if the data processing tasks to be carried out beitungsvorrichtung an electronic overcurrent release of a switching device are transmitted.
Das Verfahren und die Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The method and the circuit arrangement according to the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.
Die Figur 1 ist ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des durch einen Verbraucher fließenden Stromes und der Erwär- mung des Verbrauchers in Abhängigkeit von der Zeit.FIG. 1 is a diagram to show the dependence of the current flowing through a consumer and the heating of the consumer as a function of time.
Die Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Verbrauchers, bei der eine den thermischen Zustand des Verbrauchers repräsentierende Ersatzgröße ermittelt und aktuali- siert wird.FIG. 2 shows a circuit arrangement for operating a consumer, in which a substitute variable representing the thermal state of the consumer is determined and updated.
Die Figur 3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zu Gewinnung der genannten Ersatzgröße, bei dem eine Zeitmesseinrichtung als Stoppuhr betrieben wird.FIG. 3 is a flowchart to illustrate a method for obtaining said substitute size, in which a time measuring device is operated as a stopwatch.
In der Figur 4 ist gleichfalls ein Flussdiagramm für ein Verfahren gezeigt, bei dem eine Zeitmesseinrichtung als Echtzeituhr betrieben wird.FIG. 4 also shows a flow chart for a method in which a time measuring device is operated as a real-time clock.
Das Diagramm in der Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Verlauf des durch einen Verbraucher fließenden Stromes sowie für die Erwärmung des Verbrauchers aufgrund dieses Stromes in Abhängigkeit von der Zeit. In dem Diagramm ist der Strom mit i(t) und die Temperatur mit T(t) bezeichnet. Es ist angenom- men, dass sich der Strom i(t) beispielsweise aufgrund wechselnder Belastung des Verbrauchers sprungartig ändert, wobei zur Vereinfachung der Darstellung Einschwingvorgänge und allmähliche Anstiege vernachlässigt sind. Die Erwärmung des Ver- brauchers T(t) steigt oder fällt dabei in bekannter Weise nach einer nichtlinearen Funktion von Strom und Zeit.The diagram in FIG. 1 shows an example of the course of the current flowing through a consumer and of the heating of the consumer due to this current as a function of time. In the diagram, the current is denoted by i (t) and the temperature by T (t). It is assumed that the current i (t) changes abruptly, for example due to changing loads on the consumer, with transient processes and gradual increases being neglected to simplify the illustration. The warming of the user T (t) rises or falls in a known manner after a non-linear function of current and time.
Wie die Figur 1 zeigt, wird der Verbraucher nach seiner Inbe- triebsetzung im Zeitpunkt t0 in einem späteren Zeitpunkt ti abgeschaltet, nachdem ein gestrichelt eingetragener Grenzwert der Erwärmung Tg überschritten ist. Es kommt zu einer Betriebspause BP bis zum Zeitpunkt T2 , zu dem der Verbraucher wieder in Betrieb genommen wird und die Erwärmung wieder an- steigt.As shown in FIG. 1, the consumer is switched off after the start of operation at time t 0 at a later time ti after a dashed limit value for heating T g has been exceeded. There is a break in operation BP until time T 2 , at which the consumer is put back into operation and the heating rises again.
Die im Zusammenhang mit dem in der Figur 1 veranschaulichten Betriebsablauf eines Verbrauchers wesentlichen Schaltungsmittel zeigt die Figur 2. Als Verbraucher V ist ein Motor darge- stellt, der mittels eines Leistungsschalters LS ein- und ausgeschaltet werden kann. Durch einen dem Leistungsschalter LS zugeordneten elektronischen Überstromauslöser wird der Leistungsschalter LS selbsttätig ausgelöst, um den Verbraucher V gegen Schäden infolge einer Überlastung zu schützen. Um diese Schutzfunktion zu gewährleisten, enthält die gezeigte Schaltungsanordnung einen Stromsensor SS, bei dem es sich in bekannter Weise um einen induktiven Stromwandler oder um ein sonstiges Gerät zur Stromerfassung handeln kann. Der durch den Stromsensor SS erfasste Strom wird einem Analog-Digital - Wandler AD zugeführt, der mit einer als Datenverarbeitungs- vorrichtung ausgebildeten Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden ist. Diese verfügt über eine erste Berechnungsvorschrift BV1, nach der eine thermische Ersatzgröße TEG berechnet wird, die dem jeweiligen thermischen Zustand des Verbrau- chers V entspricht. Dadurch, dass die Berechnungsvorschrift BV1 an das Verhalten und die Eigenschaften des Verbrauchers anzupassen ist, lässt sich eine weitgehende Übereinstimmung der thermischen Ersatzgröße TEG mit dem tatsächlichen Zustand des Verbrauchers V erreichen. Die zunächst im Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE befindliche thermische Ersatzgröße TEG kann periodisch oder bei Bedarf in einen nichtflüchtigen Speicher NFS ausgelagert werden, der mit der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE verbunden ist und in bekannter Weise durch ein EEPROM gebildet sein kann. Die Datenverarbeitungsvorrichtung MPE vergleicht die Ersatzgröße TEG mit vorgegebenen Grenzwerten und veranlasst beim Überschreiten dieses Grenzwertes die Auslösung einer Antriebs- und Ver- klinkungseinrichtung AVE des Leistungsschalters LS . Der Verbraucher V wird dann durch Öffnen der Schaltkontakte des Leistungsschalters LS abgeschaltet. Dies entspricht dem Vorgang im Zeitpunkt t]_ in der Figur 1.The circuit means essential in connection with the operating sequence of a consumer illustrated in FIG. 1 is shown in FIG. 2. A motor V is shown as consumer V, which can be switched on and off by means of a circuit breaker LS. The circuit breaker LS is triggered automatically by an electronic overcurrent release assigned to the circuit breaker LS in order to protect the consumer V against damage as a result of an overload. In order to ensure this protective function, the circuit arrangement shown contains a current sensor SS, which can be an inductive current transformer or another device for current detection in a known manner. The current detected by the current sensor SS is fed to an analog-to-digital converter AD, which is connected to a data processing device designed as a data processing device. This has a first calculation rule BV1, according to which a thermal equivalent quantity TEG is calculated, which corresponds to the respective thermal state of the consumer V. Because the calculation rule BV1 has to be adapted to the behavior and properties of the consumer, the thermal equivalent quantity TEG can largely be matched to the actual state of the consumer V. The thermal substitute variable TEG, which is initially in the working memory of the data processing device MPE, can be swapped out periodically or as required into a non-volatile memory NFS, which is connected to the data processing device MPE and can be formed in a known manner by an EEPROM. The data processing device MPE compares the substitute variable TEG with predetermined limit values and, if this limit value is exceeded, triggers a drive and latching device AVE of the circuit breaker LS. The consumer V is then switched off by opening the switching contacts of the circuit breaker LS. This corresponds to the process at time t] _ in FIG. 1.
Durch die Unterbrechung der Stromversorgung des Verbrauchers V wird auch eine aus dem Stromsensor SS gespeiste Stromversorgungseinrichtung SVE stillgesetzt, welche eine Hilfsenergie zum Betrieb der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE einschließlich peripherer Elemente, wie der Analog-Digital- Wandler AD, bereitstellt. Es steht jedoch weiterhin eine Hilfsenergie zur Verfügung, die durch einen im vorherigen normalen Betrieb mittels einer Diode D aufgeladenen Kondensator C bereitgestellt wird. Diese Hilfsenergie dient zum Betrieb einer Zeitmesseinrichtung ZME, die zeitabhängige digi- tale Signale zur Verarbeitung durch die Datenverarbeitungs- vorrichtung MPE bereitstellt und die von der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE gesteuert werden kann.The interruption of the power supply to the consumer V also shuts down a power supply device SVE which is supplied from the current sensor SS and which provides auxiliary energy for operating the data processing device MPE including peripheral elements, such as the analog / digital converter AD. However, an auxiliary power is still available, which is provided by a capacitor C charged in the previous normal operation by means of a diode D. This auxiliary energy is used to operate a time measuring device ZME, which provides time-dependent digital signals for processing by the data processing device MPE and which can be controlled by the data processing device MPE.
Die Zeitmesseinrichtung ZME ist als digitaler Uhrenbaustein U ausgebildet, zu dessen Betrieb eine sehr kleine Hilfsenergie ausreicht. Dieser Bedarf an Hilfsenergie ist so gering, dass für den Kondensator C eine Baugröße ausreicht, wie sie in einer Schaltungsanordnung mit geringen Abmessungen problemlos unterzubringen ist. Daher lässt sich der Kondensator C so dimensionieren, dass bei Bedarf ein Betrieb der Zeitmesseinrichtung ZME über Stunden oder auch über Tage möglich ist.The time measuring device ZME is designed as a digital clock module U, for the operation of which a very small auxiliary energy is sufficient. This need for auxiliary energy is so low that a size is sufficient for the capacitor C, as it is easily possible in a circuit arrangement with small dimensions is to be accommodated. The capacitor C can therefore be dimensioned such that the time measuring device ZME can be operated for hours or even for days if required.
Es kann sowohl schaltungstechnisch als auch hinsichtlich des Energiebedarfs vorteilhaft sein, einen Uhrenbaustein U zu wählen, der den nichtflüchtigen Speicher NFS als integrierten Bestandteil enthält. Dies ist in der Figur 2 als gemeinsamer strichpunktierter Rahmen der Baugruppen NFS und ZME angedeu- tet.It can be advantageous both in terms of circuitry and with regard to the energy requirement to select a clock module U which contains the non-volatile memory NFS as an integrated component. This is indicated in FIG. 2 as a common dash-dotted frame of the NFS and ZME modules.
Die in der Schaltungsanordnung gemäß der Figur 2 ablaufenden Vorgänge werden nachfolgend anhand der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Flussdiagramme erläutert .The processes taking place in the circuit arrangement according to FIG. 2 are explained below with reference to the flow diagrams shown in FIGS. 3 and 4.
Zunächst wird das Flussdiagramm gemäß der Figur 3 betrachtet, dem eine Betriebsweise der Zeitmesseinrichtung ZME als Stoppuhr zugrunde liegt. Die in der Schaltungsanordnung gemäß der Figur 2 ablaufenden Vorgänge beginnen in einem ersten Schritt Sl mit der Prüfung, ob der Beginn einer Betriebspause feststellbar ist. Dies kann im Zeitpunkt ti in Figur 1 nach einer Auslösung des Leistungsschalters LS (Figur 2) daran erkannt werden, dass der vom Stromsensor SS erfasste Strom auf den Wert 0 fällt. Das gleiche Ergebnis würde offensichtlich ein Ausfall des den Verbraucher V speisenden Netzes ohne Auslösung des Leistungsschalters LS bewirken.First of all, the flowchart according to FIG. 3 is considered, which is based on an operating mode of the time measuring device ZME as a stopwatch. The processes taking place in the circuit arrangement according to FIG. 2 begin in a first step S1 with the test as to whether the start of a break in operation can be determined. This can be recognized at time ti in FIG. 1 after the circuit breaker LS has tripped (FIG. 2) by the fact that the current detected by the current sensor SS drops to the value 0. The same result would obviously result in a failure of the network supplying the consumer V without triggering the circuit breaker LS.
Liegt als Ergebnis der im Schritt Sl vorgenommenen Prüfung als Ergebnis vor, dass keine Betriebspause eingesetzt hat, so bedeutet dies den normalen Betrieb der Schaltungsanordnung mit kontinuierlicher bzw. periodischer Messung des Stromes I durch den Verbraucher V im Schritt S2. Im folgenden Schritt S3 berechnet die Datenverarbeitungsvorrichtung MPE anhand der ihr zur Verfügung stehenden ersten Berechnungsvorschrift BV1 und eines zeitabhängigen Signals t eine thermische Ersatzgröße TEG des Verbrauchers V. Damit befindet sich die Ersatzgröße im Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE. Im folgenden Schritt S4 wird geprüft, ob die Ersatzgröße TEG einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, mit der Folge, dass der Leistungsschalter LS im Schritt S5 ausgelöst wird, wenn die genannte Bedingung besteht. Ist der Grenzwert nicht überschritten, so veranlasst der Schritt S4 die Rückkehr des Prozesses zum Schritt Sl.If, as a result of the test carried out in step S1, the result is that no break in operation has started, this means the normal operation of the circuit arrangement with continuous or periodic measurement of the current I by the consumer V in step S2. In the following step S3, the data processing device MPE uses the the first calculation rule BV1 available to them and a time-dependent signal t a thermal substitute variable TEG of the consumer V. The substitute variable is thus in the working memory of the data processing device MPE. In the following step S4 it is checked whether the substitute variable TEG exceeds a predetermined limit value, with the result that the circuit breaker LS is triggered in step S5 if the condition mentioned exists. If the limit value has not been exceeded, step S4 causes the process to return to step S1.
Hat demgegenüber die Prüfung im Schritt Sl ergeben, dass die Versorgung des Verbrauchers V unterbrochen wurde und demzufolge eine Betriebspause begonnen hat, so wird in der noch verbleibenden sehr kurzen Betriebsdauer der Datenverarbeitungsvorrichtung MPE (Figur 2) in einem Schritt S6 veranlasst, dass die augenblickliche Ersatzgröße TEG in den nicht flüchtigen Speicher NFS übertragen und dort gesichert wird, ohne dass hierfür während der Betriebspause ein Energiebedarf besteht. Dieser Schritt kann entfallen, wenn die Ersatzgröße TEG im ungestörten Betrieb periodisch gespeichert wird, wie dies als Schritt 61 im rechten Teil des Flussdiagramms angedeutet ist. Als letzten Schritt bewirkt die Datenverarbeitungsvorrichtung MPE vor Beendigung ihres Betriebes den Start der Zeitmesseinrichtung ZME. Diese beginnt nun nach der Art einer Stoppuhr zu laufen und erhält die hierfür benötigte Hilfsenergie aus dem Kondensator C (Figur 2) .If, on the other hand, the check in step S1 has shown that the supply to the consumer V has been interrupted and, as a result, a break in operation has begun, then in the remaining very short operating time of the data processing device MPE (FIG. 2), the current replacement size is initiated in a step S6 TEG is transferred to the non-volatile memory NFS and backed up there without the need for energy during the break. This step can be omitted if the substitute variable TEG is periodically stored in undisturbed operation, as is indicated as step 61 in the right part of the flowchart. As a last step, the data processing device MPE causes the time measuring device ZME to start before its operation ends. This now begins to run in the manner of a stopwatch and receives the auxiliary energy required for this from the capacitor C (FIG. 2).
Ein weiterer Schritt S8 dient zur Ermittlung des Endes der Betriebspause. Falls die Betriebspause andauert, verbleibt das Verfahren in einer Prüfschleife . Wird jedoch das Ende der Betriebspause festgestellt und nimmt die Datenverarbeitungs- vorrichtung MPE demzufolge ihren Betrieb wieder auf, so wird die Zeitmesseinrichtung im Schritt S9 angehalten. Anschließend wird im Schritt S10 die aus der Zeitmesseinrichtung ZME direkt ablesbare Dauer der Betriebspause BP zusammen mit der aus dem nichtflüchtigen Speicher NFS ausgelesenen thermischen Ersatzgröße TEG unter Verwendung einer zweiten Berechnungs- vorschrift BV2 verarbeitet, um eine angepasste Ersatzgröße TEG-A zu bestimmen. Diese angepasste Ersatzgröße TEG-A gelangt nun in den rechten Zweig des Flussdiagramms der Figur 3 und wird in dem schon erläuterten Schritt S4 der Prüfung auf Überschreitung eines Grenzwertes unterzogen.A further step S8 serves to determine the end of the break in operation. If the break in operation continues, the procedure remains in a test loop. However, if the end of the break in operation is ascertained and the data processing device MPE consequently resumes operation, then the timing device stopped in step S9. Then, in step S10, the duration of the break in operation BP, which can be read directly from the time measuring device ZME, is processed together with the thermal substitute variable TEG read from the non-volatile memory NFS using a second calculation rule BV2 in order to determine an adapted substitute variable TEG-A. This adjusted substitute variable TEG-A now reaches the right branch of the flowchart in FIG. 3 and is subjected to the test for exceeding a limit value in step S4 already explained.
Dem weiteren Beispiel für einen Verfahrensablauf nach der Erfindung, wie er in der Figur 4 dargestellt ist, liegt eine Betriebsweise der Zeitmesseinrichtung ZME (Figur 2) als nor- male Uhr bzw. Echtzeituhr zugrunde. Dies bedeutet, dass die jeweilige Zeit und bei Bedarf auch das zugehörige Datum durch die Datenverarbeitungsvorrichtung MPE jederzeit digital ausgelesen werden können. Durch dieses Vorgehen ergeben sich in der Figur 4 Änderungen im linken Zweig des Flussdiagrammes gegenüber der Figur 3. Im übrigen sind in der Figur 4 für mit der Figur 3 übereinstimmende Schritte die gleichen Bezeichnungen enthalten.The further example of a method sequence according to the invention, as shown in FIG. 4, is based on an operating mode of the time measuring device ZME (FIG. 2) as a normal clock or real-time clock. This means that the respective time and, if necessary, the associated date can be read out digitally at any time by the data processing device MPE. This procedure results in changes in FIG. 4 in the left branch of the flowchart compared to FIG. 3. In addition, FIG. 4 contains the same designations for steps corresponding to FIG. 3.
Der erste unterschiedliche Schritt in der Figur 4 ist im An- schluss an den Schritt S6 der Schritt 11, in welchem der Anfangswert der Betriebspause BP in den nichtflüchtigen Speicher NFS überführt wird. Wird im folgenden Schritt S8 das Ende der Betriebspause gefunden, so wird zunächst in einem Schritt S12 der Endwert der Betriebspause BP aus der Zeit- messeinrichtung ZME gelesen. Diesen Endwert verarbeitet dieThe first different step in FIG. 4 is subsequent to step S6, step 11, in which the initial value of the pause in operation BP is transferred to the non-volatile memory NFS. If the end of the break in operation is found in the following step S8, the end value of the break in operation BP is first read from the time measuring device ZME in a step S12. The processes this final value
Datenverarbeitungsvorrichtung MPE in einem Schritt S13 zusammen mit dem aus dem nichtflüchtigen Speicher NFS zugeführten Anfangswert der Betriebspause BP zur tatsächlichen Dauer der Betriebspause und bearbeitet mit dem gefundenen Wert die aus dem nichtflüchtigen Speicher NFS zugeführte ursprüngliche Er- satzgröße TEG zur Bildung der angepassten Ersatzgröße TEG-A. Alle übrigen Schritte des Verfahrens entsprechen dem bereits anhand der Figur 3 erläuterten Verfahren. Data processing device MPE in a step S13 together with the initial value of the pause in operation BP supplied from the non-volatile memory NFS for the actual duration of the Operating pause and uses the found value to process the original replacement variable TEG supplied from the non-volatile memory NFS to form the adapted replacement variable TEG-A. All other steps of the method correspond to the method already explained with reference to FIG. 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erzeugung und Aktualisierung einer einen thermischen Zustand eines elektrischen Verbrauchers (V) re- präsentierenden Ersatzgröße (TEG, TEG-A) mit folgenden Schritten:1. Method for generating and updating a substitute variable (TEG, TEG-A) representing a thermal state of an electrical consumer (V) with the following steps:
Gewinnung von Messwerten des durch den Verbraucher (V) fließenden Stromes (i(t)),Obtaining measured values of the current (i (t)) flowing through the consumer (V),
Verarbeitung der Messwerte in einer Datenverarbeitungsvor- richtung (MPE) anhand einer ersten Berechnungsvorschrift (BV1) zur Gewinnung der Ersatzgröße (TEG) , wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) aus dem Strom mit einer Hilfsenergie versorgt wird, Erfassung einer Betriebspause (BP) des Verbrauchers (V) und Ermittlung einer an den aufgrund der BetriebspauseProcessing the measured values in a data processing device (MPE) on the basis of a first calculation rule (BV1) for obtaining the substitute size (TEG), the data processing device (MPE) being supplied with auxiliary energy from the electricity, recording a break in operation (BP) of the consumer ( V) and determine one at the due to the break
(BP) veränderten thermischen Zustand des Verbrauchers (V) angepassten Ersatzgröße (TEG-A) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Bereitstellung der Ersatzgröße (TEG) in einem nicht- flüchtigen elektronischen Speicher (NFS) erfolgt , durch die Zeitmesseinrichtung (ZME) zeitabhhängige Signale an die Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) abgegeben werden, die Bestimmung der Dauer der Betriebspause (BP) mittels einer elektronischen Zeitmesseinrichtung (ZME) geschieht, und die Ermittlung der angepassten Ersatzgröße (TEG-A) nach Beendigung der Betriebspause (BP) durch gemeinsame Verarbeitung der gespeicherten Ersatzgröße (TEG) und der Dauer der Betriebspause in der Datenverarbeitungsvorrichtung(BP) changed thermal state of the consumer (V) adjusted substitute size (TEG-A), characterized in that the provision of the substitute size (TEG) takes place in a non-volatile electronic memory (NFS) by the time measuring device (ZME) to time-dependent signals the data processing device (MPE) is delivered, the duration of the break (BP) is determined by means of an electronic time measurement device (ZME), and the determination of the adjusted substitute size (TEG-A) after the end of the break (BP) by jointly processing the stored substitute size (TEG) and the duration of the break in the data processing device
(MPE) anhand einer zweiten Berechnungsvorschrift (BV2) erfolgt. (MPE) based on a second calculation rule (BV2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss die Bereitstellung der Ersatzgröße (TEG) durch periodische Speicherung der jeweils in der Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) vorhandenen Ersatzgöße (TEG) im laufenden Betrieb des Verbrauchers (V) erfolgt.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a sss the provision of the replacement size (TEG) by periodic storage of the replacement size (TEG) present in the data processing device (MPE) during ongoing operation of the consumer (V).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss die Zeitmesseinrichtung (ZME) als Stoppuhr betrieben und durch Befehle der Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) bei Beginn der Betriebspause (BP) in Lauf gesetzt sowie bei Beendigung der Betriebspause (BP) angehalten wird, wobei die verstrichene Zeit als Dauer der Betriebspause von der Datenver- arbeitungsvorrichtung (MPE) aus der Zeitmesseinrichtung (ZME) gelesen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the time measuring device (ZME) is operated as a stopwatch and is started by commands from the data processing device (MPE) at the start of the break in operation (BP) and is stopped at the end of the break in operation (BP), the elapsed time being read as the duration of the break from operation by the data processing device (MPE) from the time measuring device (ZME).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss die Zeitmesseinrichtung (ZME) als Uhr betrieben, die Zeit4. The method according to any one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the time measuring device (ZME) operated as a clock, the time
(ti) bei Beginn der Betriebspause (BP) erfasst und in einem Speicher hinterlegt wird und dass die Zeit (t2) bei Beendigung der Betriebspause (BP) gleichfalls erfasst und aus dieser zusammen mit der gespeicherten Zeit (tx) des Beginns der Betriebspause (BP) in der Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) die Dauer der Betriebspause (BP) bestimmt wird.(ti) recorded at the start of the break (BP) and stored in a memory and that the time (t 2 ) at the end of the break (BP) is also recorded and from this together with the stored time (t x ) of the start of the break (BP) in the data processing device (MPE) the duration of the break (BP) is determined.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss der Speicher für die Ersatzgröße und /oder die Zeit (ti) des Beginns der Betriebspause (BP) als nichtflüchtiger Speicher ausgebildet ist. 5. Circuit arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that ss the memory for the replacement size and / or the time (ti) of the start of the break (BP) is designed as a non-volatile memory.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss ein gemeinsamer nichtflüchtiger Speicher für die Ersatzgröße (TEG) und die Zeit (ti) vorgesehen ist.6. Circuit arrangement for performing the method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that a common non-volatile memory for the substitute size (TEG) and the time (ti) is provided.
7. Sehaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss die Zeitmesseinrichtung (ZME) als digital steuerbarer und lesbarer Uhrenbaustein (U) ausgebildet ist.7. viewing arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the time measuring device (ZME) is designed as a digitally controllable and readable clock module (U).
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss ein Uhrenbaustein (U) mit integriertem nichtflüchtigem Speicher (NFS) vorgesehen ist.8. Circuit arrangement according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a ss a clock module (U) with integrated non-volatile memory (NFS) is provided.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ss die Datenverarbeitungsvorrichtung (MPE) durch die Datenverarbeitungsvorrichtung eines elektronischen Überstromauslösers eines Schaltgerätes (LS) gebildet ist. 9. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the data processing device (MPE) is formed by the data processing device of an electronic overcurrent release of a switching device (LS).
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