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Dokumentenidentifikation DE69832654T2 13.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000872939
Titel Selektiver elektronischer Auslöser, Lastschalter mit einem solchen Auslöser und ein selektives Auslöseverfahren
Anmelder Schneider Electric Industries SAS, Rueil-Malmaison, FR
Erfinder Boudaud, Dominique, 38050 Grenoble, cedex 09, FR
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69832654
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 08.04.1998
EP-Aktenzeichen 984100354
EP-Offenlegungsdatum 21.10.1998
EP date of grant 07.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse H02H 7/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Selektivauslöser mit

  • – mindestens einem Strom-Messwertgeber, der Primärströme abbildende Signale liefert,
  • – einer Verarbeitungseinheit mit selektiven, unverzögerten Auslösemitteln, die mit dem Strom-Messwertgeber verbunden sind und einen Auslösebefehl in Abhängigkeit von durch den genannten Messwertgeber gelieferten Signalen liefern.

Elektronische Auslöser bekannter Bauart umfassen normalerweise Verarbeitungseinheiten zur Ausführung der thermischen bzw. langzeitverzögerten, der magnetischen bzw. kurzzeitverzögerten sowie der unverzögerten Schutzfunktionen. Um die Selektivität zwischen zwei in Reihe oder in Kaskade geschalteten Leistungsschaltern zu gewährleisten, ist es bekannt, einen vorgeschalteten Leistungsschalter mit hohem Nennstrom und einen nachgeschalteten Leistungsschalter mit niedrigem Nennstromn zu verwenden. In diesem Fall ist die Selektivität bezüglich der unverzögerten Auslösung stromabhängig. Der Ansprechwert der unverzögerten Auslösung des nachgeschalteten Leistungsschalters ist dabei kleiner als der Ansprechwert des vorgeschalteten Leistungsschalters.

Es besteht auch die Möglichkeit, eine zeitabhängige Selektivität zwischen zwei Leistungsschaltern vorzusehen. In diesem Fall weist der Auslöser des vorgeschalteten Leistungsschalters eine Zeitverzögerung der unverzögerten Auslösefunktion auf, die größer ist als die Auslösezeit des Auslösers des nachgeschalteten Leistungsschalters.

Diese beiden Arten von Selektivität sind bei sehr hohen Kurzschlussströmen nicht sehr effektiv, da in beiden Leistungsschaltern Stromansprechwerte überschritten werden und eine zu lange Zeitverzögerung des Auslösers zu einem vorzeitigen Verschleiß der Kontakte des vorgeschalteten Leistungsschalters führen kann. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden Selektivauslöser mit Einrichtungen ausgerüstet, um die kurzschlussbedingten Rückprallvorgänge bzw. Ein-/Ausschaltspiele der Kontakte zu zählen. Ein solcher Auslöser ist insbesondere in der Europäischen Patentanmeldung EP0128084 beschrieben. Eine andere Art der Ausführung der Selektivität ist in der Patentanmeldung EP0350824 beschrieben, die einen Auslöser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angibt.

Diese Selektivauslöser nach dem bisherigen Stand der Technik müssen in strombegrenzenden Leistungsschaltern mit großen Abmessungen eingesetzt werden, die in der Lage sind, eine hohe Anzahl von Ein-/Ausschaltzyklen zu verkraften und so eine zuverlässige Selektivität in Bezug auf die nachgeschalteten Leistungsschalter zu gewährleisten.

Bei Verwendung solcher Selektivauslöser in normalen Leistungsschaltern geringer Baugröße besteht die Gefahr, dass die Lebensdauer dieser Schalter herabgesetzt wird. Dieser Nachteil ist im wesentlichen auf die zum Zählen der Rückprallvorgänge erforderliche Zeit zurückzuführen, die mehrere Wechselstrom-Periodendauern umfassen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Selektivauslöser mit sehr hoher Selektivität und sehr kurzer Ansprechzeit zu schaffen, der zudem in der Lage ist, die Lebensdauer der Leistungsschalter zu erhöhen.

Bei einem erfindungsgemäßen, im Patentanspruch l beschriebenen Auslöser umfassen die selektiven, unverzögerten Auslösemittel

  • – an den Strom-Messwertgeber angeschlossene, erste Detektiermittel zur Erkennung eines Betriebsbereichs,
  • – zweite Detektiermittel zur Erkennung von Rückstößen, die Primärstromunterbrechungen zwischen zwei Halbwellen eines Primärwechselstroms verursachen,
  • – mit den ersten und den zweiten Detektiermitteln verbundene Analysemittel, die dazu dienen, das Absetzen eines Auslösebefehls zu verhindern, wenn die Rückstöße bei Primärströmen erkannt werden, die unter einem festgelegten Schwellwert liegen.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung verhindern die Analysemittel das Absetzen eines Auslösebefehls, wenn die Rückstöße während eines festgelegten Analyseintervalls erkannt werden.

Die ersten Detektiermittel umfassen vorzugsweise erste Vergleichsmittel zum Vergleich der vom genannten Strom-Messwertgeber gelieferten Signale mit einem festgelegten ersten Schwellwert sowie die Mittel zur Bestimmung des Beginns des Analyseintervalls.

Die zweiten Detektiermittel umfassen vorteilhaft Mittel zur Detektion von Signalen, die die Änderung des Primärstroms über die Zeit abbilden.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Strom-Messwertgeber als Magnetkreis-Stromwandler ausgebildet, die einen Sekundärstrom mit Rückstöße abbildenden Signalspitzen liefern, wobei die Primärströme abbildenden Signale dem genannten Sekundärstrom entsprechen.

Die zweiten Rückstoß-Detektiermittel umfassen vorzugsweise Detektiermittel zur Erkennung von durch die Messwertgeber gelieferten Signalspitzen, um die genannten Signalspitzen während des festgelegten Analyseintervalls zu detektieren.

Die Mittel zur Bestimmung des Beginns des festgelegten Analyseintervalls umfassen vorteilhaft Detektiermittel zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder einer Nullnähe von durch die Messwertgeber gelieferten Signalen.

Nach einer Weiterbildung einer besonderen Ausgestaltung umfassen die zweiten Rückstoß-Detektiermittel Speichermittel zur Speicherung des Auftretens und des Wertes einer von den Messwertgebern gelieferten Signalspitze.

Die Analysemittel umfassen mit den Signalspitzen-Detektiermitteln verbundene zweite Vergleichsmittel zum Vergleich des Wertes der Signalspitzen mit einem festgelegten zweiten Schwellwert.

Die Vergleichsmittel vergleichen den Wert der von den Messwertgebern gelieferten Signalspitzen vorzugsweise nach Ablauf des festgelegten Analyseintervalls mit dem festgelegten zweiten Schwellwert.

Die Analysemittel verhindern beispielsweise das Absetzen eines Befehls für eine unverzögerte Auslösung, wenn die erkannten Signalspitzen unter dem festgelegten zweiten Schwellwert liegen.

Das festgelegte Analyseintervall ist vorzugsweise kleiner als zehn Millisekunden.

Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst von Primärströmen durchflossene Hauptkontakte, einen durch einen Auslösebefehl angesteuerten Ausschaltmechanismus zur Abschaltung der genannten Kontakte sowie einen Auslöser nach einer der genannten Ausgestaltungen, der den genannten Ausschaltmechanismus mit einem Auslösebefehl beaufschlagt.

Ein erfindungsgemäßes selektives Auslöseverfahren umfasst

  • – einem Schritt zur Messung eines Signals, das einen über einen zu schützenden elektrischen Leiter fließenden Primärstrom abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass es
  • – einen Schritt zum Vergleich des Messsignals mit einem festgelegten ersten Schwellwert,
  • – einen Schritt zur Bestimmung des Beginns der Rückstoßerfassung,
  • – eine Detektierphase festgelegter Dauer zur Erfassung des Auftretens von Rückstöße abbildenden Signalen unter den Messsignalen sowie
  • – einen Analyseschritt umfasst, der dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu verhindern, wenn die Rückstöße abbildenden Signale bei Primärströmen auftreten, die unter einem festgelegten zweiten Schwellwert liegen.

Nach einer ersten Ausgestaltung umfasst das selektive Auslöseverfahren

  • – einen Schritt zur Messung eines Signals, das einen durch einen Strom-Messwertgeber gelieferten Primärstrom abbildet,
  • – einen Schritt zum Vergleich des genannten Messsignals mit einem festgelegten ersten Schwellwert,
  • – einen Schritt zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder einer Nullnähe des Messsignals,
  • – eine Detektierphase festgelegter Dauer zur Erkennung von Spitzen im genannten Messsignal sowie einen Analyseschritt, der dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu verhindern, wenn die erfassten Signalspitzen unter einem festgelegten zweiten Schwellwert liegen.

Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Detektierphase einen Schritt zum Vergleich der erfassten Signalspitzen, um vor Ablauf der Detektierphase einen Auslösebefehl abzusetzen, wenn die erfasste Signalspitze einen festgelegten dritten Schwellwert überschreitet.

Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Detektierphase einen Schritt zum Vergleich des genannten Messsigmals mit einem festgelegten dritten Schwellwert, um vor Ablauf der Detektierphase einen Auslösebefehl abzusetzen, wenn keine Signalspitze erfasst wird und wenn das genannte Messsignal einen festgelegten vierten Schwellwert überschreitet.

Mehrere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen

1 das Blockschaltbild eines Leistungsschalters mit einem Auslöser bekannter Bauart;

2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Installation mit Leistungsschaltern, die mit Selektivauslösern ausgerüstet werden können;

3 Betriebsbereiche von Leistungsschaltern gemäß 2;

4 ein erstes Blockschaltbild einer selektiven Auslöseeinrichtung für einen erfindungsgemäßen Auslöser;

5 Kurven mit Darstellung der Kontaktrückprallwirkungen auf einen Primärstrom und auf ein von einem Strom-Messwertgeber geliefertes Signal;

6 ein Ablaufdiagramm, das ein erstes erfindungsgemäßes Auslöseverfahren abbildet;

7 und 8 Kurven gleichgerichteter Signale, die von in einem vorgeschalteten Leistungsschalter angeordneten Strom-Messwertgebern geliefert werden, wenn Kurzschlüsse auf der Abgangsseite des genannten vorgeschalteten Leistungsschalters oder von zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern bei einem ersten bzw. zweiten Stromwert auftreten.

9 ein zweites Blockschaltbild einer selektiven Auslöseeinrichtung für einen erfindungsgemäßen Auslöser mit Magnetkreis-Stromwandlern;

10, 11 und 12 ein zweites, drittes bzw. viertes Ablaufdiagramm, die jeweils erfindungsgemäße Auslöseverfahren abbilden.

Bei einem Leistungsschalter bekannter Bauart gemäß 1 umfasst ein elektronischer Auslöser eine Verarbeitungseinheit 1, die mit Strom-Messwertgebern 2a, 2b, 2c verbunden ist, welche Signale Isa, Isb und Isc liefern, die über die Hauptleiter 3a, 3b und 3c fließende Primärströme Ipa, Ipb und Ipc abbilden. Die Verarbeitungseinheit liefert einen Auslösebefehl an einen Ausschaltmechanismus 4 zur Abschaltung der Hauptkontakte 5 und Unterbrechung der Primärströme in den Hauptleitern.

Normalerweise umfasst die Verarbeitungseinheit eine Strommessschaltung 6, die mit den die Primärströme abbildenden Signalen Isa, Isb und Isc beaufschlagt wird, sowie eine elektronische Schaltung 7 zur Ausführung der Auslösefunktionen, die mit der genannten Messschaltung und mit dem Mechanismus 4 verbunden ist. Diese Auslösefunktionen sind auf bekannte Weise als thermische bzw. langzeitverzögerte Auslösung, als magnetische bzw. kurzzeitverzögerte Auslösung sowie als unverzögerte Auslösung ausgebildet. Die Schaltung 7 liefert einen Auslösebefehl, wenn Ströme über festgelegte Zeitdauern bestimmte Schwellwerte überschreiten.

Bei Auslösern, die dazu dienen, eine gute Selektivität zu gewährleisten, umfasst die Verarbeitungseinheit eine selektive Auslöseschaltung 8, die mit der Messschaltung 6 verbunden ist und in Abhängigkeit von den ihr zugeführten Primärströmen das Absetzen eines Auslösebefehls bewirkt oder verhindert.

Auslöseschaltungen bekannter Art zählen die Anzahl der Impulse oder Rückprallvorgänge aufgrund der Ein-/Ausschalthandlungen der Kontakte 5. Diese Schaltungen 8 sind besonders für strombegrenzende Leistungsschalter mit großen Abmessungen ausgelegt.

2 zeigt eine Installation mit Leistungsschaltern, die kaskadenförmig angeordnet sind und ein selektives Ansprechverhalten aufweisen müssen. Ein erster vorgeschalteter Leistungsschalter 10 mit einer selektiven Auslöseschaltung 8 ist an eine Hauptleitung 9 angeschlossen und speist eine Unterverteilungsleitung 11, an die zwei nachgeschaltete Leistungsschalter 12 und 13 angeschlossen sind.

Bei Auftreten eines Kurzschlusses in der über einen der nachgeschalteten Leistungsschalter, beispielsweise den Leistungsschalter 12, gespeisten Leitung 14 erkennt der Leistungsschalter 10 den Fehler, darf jedoch nicht sofort auslösen. In diesem Fall spricht der, den Fehler ebenfalls erkennende, nachgeschaltete Leistungsschalter 12 an und schaltet den Kurzschlussstrom ab. Der Leistungsschalter 10 erkennt daher keinen Fehler mehr, löst nicht aus und speist weiterhin die übrigen Leistungsschalter oder Geräte, insbesondere den Leistungsschalter 13.

Ein in der direkt über den vorgeschalteten Leistungsschalter 10 gespeisten Leitung 11 auftretender Kurzschluss wird ausschließlich von diesem Leistungsschalter 10 erfasst. In diesem Fall zählt eine unverzögerte Auslöseeinrichtung bekannter Art die Rückprallvorgänge oder setzt eine Zeitverzögerung der Auslösung in Gang, um die Selektivität zu gewährleisten.

In einem Auslöser nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die unverzögerte Auslöseeinrichtung in der Lage, schnell zwischen Kurzschlüssen in den direkt über den Leistungsschalter 10 gespeisten Leitungen 11 und solchen in den, über mindestens einen der beiden in Reihe geschalteten Leistungsschalter 10 und 12 gespeisten Leitungen 14 zu unterscheiden.

In 3 sind zwei Kurven dargestellt, die das Verhalten von zwei Leistungsschaltern unterschiedlicher Nenngröße in Abhängigkeit von Primärstrombereichen zeigen. Eine erste Kurve 15 betrifft einen vorgeschalteten Leistungsschalter 10 mit hohem Nennstrom, und eine zweite Kurve 16 betrifft einen nachgeschalteten Leistungsschalter mit niedrigerem Nennstrom.

Im vorgeschalteten Leistungsschalter 10 bewirkt der Primärstrom Ip, dessen Höhe in einem ersten Betriebsbereich 17a unter einem ersten Wert Ip1a liegt, kein Rückstoßen der Kontakte 5 des genannten Leistungsschalters. In einem zweiten Bereich 18a zwischen dem ersten Stromwert und einem zweiten Stromwert Ip2a erfolgt ein Rückstoßen der Kontakte 5, wodurch jedoch der Primärstrom nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Zwischen dem zweiten Stromwert Ip2a und einem dritten Stromwert Ip3a entsprechend einem dritten Bereich 19a beeinträchtigen die Kontaktrückstöße den Primärstrom und unterbrechen diesen, insbesondere am Ende einer halben Periodendauer. Oberhalb des dritten, sehr hohen Stromwerts Ip3a ist in einem vierten Betriebsbereich 20a eine unverzügliche Auslösung erforderlich, da ein Kurzschluss sehr nah am Ausgang des vorgeschalteten Leistungsschalters auftritt.

Der nachgeschaltete Leistungsschalter weist die gleichen Betriebsbereiche 17b, 18b, 19b und 20b auf, jedoch mit den gleichen Wirkungen bei niedrigeren Stromwerten. Diese Stromwerte entsprechen dem ersten Stromwert Ip1b, dem zweiten Stromwert Ip2b und dem dritten Stromwert Ip3b.

Zur Gewährleistung der Selektivität umfasst eine unverzögerte Auslöseschaltung 8 nach einer Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Erkennung von Kontaktrückstößen im vorgeschalteten Leistungsschalter 10 bzw. an den Kontakten des mit dem Leistungsschalter 10 in Reihe liegenden, nachgeschalteten Leistungsschalters 12. Die Mittel zur Erkennung der Rückstöße analysieren ein, den Primärstrom Ip abbildendes Signal Is und detektieren im genannten Signal Is Kontaktrückstöße abbildende Signale oder Signalformen. Darüber hinaus werden die Signale bzw. Signalformen analysiert, um zu bestimmen, um welche Rückstöße es sich handelt und aus welchem Betriebsbereich sie stammen.

Bei der Ausgestaltung gemäß 4 umfasst eine erfindungsgemäße selektive Auslöseeinheit 8 eine Betriebsbereichs-Detektierschaltung 21 sowie eine Detektierschaltung 22 zur Erkennung von Rückstößen, die den Primärstrom vor dem Ende der Halbwelle oder halben Periodendauer des genannten Primärstroms unterbrechen. Die beiden Detektierschaltungen sind mit einem Strom-Messwertgeber 2 verbunden und empfangen ein Signal Is, das einen Primärstrom Ip abbildet. Eine mit den beiden Detektierschaltungen verbundene Analyseschaltung 23 verhindert die unverzögerte Auslösung des vorgeschalteten Leistungsschalters. Zur Detektion des Betriebsbereichs vergleicht die Detektierschaltung 21 das Signal Is mit einem Schwellwert Sp, der den zweiten Stromwert Ip2a abbildet.

Die Rückstöße zeigen sich in den dritten Betriebsbereichen durch Abflachungen des Stroms zwischen zwei Primärstromspitzen. Diese Abflachungen können direkt durch Analyse des Signals Is oder mit Hilfe von Differenzierschaltungen detektiert werden.

Die Verwendung von Strom-Messwertgebern mit Magnetkreis kann die Rückstoßerkennung erleichtern, insbesondere wenn sich der Magnetkreis in den Betriebsbereichen zu sättigen beginnt, in denen die Rückstöße erzeugt werden. 5 zeigt die Form eines Signals Is, das einen Sekundärstrom eines von einem Primärstrom Ip durchflossenen Strom-Messwertgebers abbildet. In diesem Fall ist der Strom-Messwertgeber vorzugsweise ein Stromwandler.

Der Rückstoß der Kontakte 5 begrenzt den Strom Ip und unterbricht ihn anschließend zu einem Zeitpunkt t1 vor dem Ende der Halbwelle bzw. der halben Periodendauer zu einem Zeitpunkt t2. Da der Primärstrom hoch ist, sättigt sich der Magnetkreis des Stromwandlers und beginnt wie ein Differenzierglied zu wirken. Dies führt dazu, dass der Sekundärstrom Is dem Strom Ip vorauseilt. Zum Zeitpunkt t1 wird der Strom Ip unterbrochen, und die Richtung des Sekundärstroms kehrt sich um, was eine Stromspitze zur Folge hat. Diese einen Rückstoß abbildende Spitze kann von den Detektier- und Analyseschaltungen verwendet werden. Auf diese Weise kann die Kombination aus vorauseilender Phasenlage des Messwertgebersignals und Rückstoßwirkungen zur Erzeugung einer Spitze im Signal Is genutzt werden, die die genannten Rückstöße abbildet.

Diese Spitze wird innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls erzeugt, in dem ein Rückstoß auftreten kann.

In einem in 6 dargestellten Verfahren zur Anwendung der Erfindung besteht ein erster Schritt 25 in der Messung eines den Strom Ip abbildenden Signals. In einem anschließenden zweiten Schritt 26 wird das Signal mit einem ersten Schwellwert Sp verglichen, um den Betriebsbereich zu bestimmen. In einem Schritt 27 wird ein Anfangszeitpunkt für die Beobachtung der Rückstöße festgelegt. Wenn die Messwertgeber ein Differentialverhalten aufweisen oder einen Phasenvorlauf erzeugen, wird der Beginn der Beobachtung vorzugsweise durch den Nullgang des Messsignals ausgelöst. Ist das Signal beispielsweise ein gleichgerichtetes Signal, kann die Beobachtungszeit in Gang gesetzt werden, wenn das genannte Signal in Nullnähe gelangt.

Bei Verwendung solcher Messwertgeber geht der Nulldurchgang dem Zeitpunkt der Rückstöße voraus. Anschließend können die Rückstöße zwischen den Schritten 28 und 30, die den Beginn bzw. das Ende des Beobachtungsfensters markieren, in einem Schritt 29 detektiert werden.

Die Öffnungsdauer des Beobachtungsfensters ist vorzugsweise kürzer als zehn Millisekunden und beträgt beispielsweise zwischen 5 und 8 ms.

Nach der Beobachtungszeit kann in einem Analyseschritt 31 die Auslösung verhindert werden, wenn die Rückstöße bei einem Strom detektiert wurden, der unter einem zweiten Schwellwert Sr liegt. Im anderen Fall wird die Auslösung in einem Schritt 32 freigegeben.

Die 7 und 8 zeigen von den unverzögerten Auslöseeinrichtungen in Auslösern nach einer Ausgestaltung der Erfindung aufgenommenen Signale. Die Signale sind als Absolutwerte bzw. als gleichgerichtete Werte, insbesondere für eine Messschaltung 6 dargestellt.

Eine erste Kurve 33 in 7 zeigt den Verlauf eines Signals Is, das einen Strom Ip abbildet, wenn ein Kurzschluss auf der Abgangsseite des vorgeschalteten Leistungsschalters 10, beispielsweise in der Leitung 11 auftritt. Wenn das Signal Is (Kurve 33) den Schwellwert S1 überschreitet, wartet die Auslöseeinrichtung 8 ab, bis das Signal Is seinen Nulldurchgang passiert oder in Nullnähe gelangt, was zum Zeitpunkt t3 der Fall ist.

Anschließend überprüft sie während eines Analyseintervalls Ta, ob das Signal Is Rückstöße abbildende Signale enthält. Dabei prüft sie im Verlauf des Intervalls Ta das Vorhandensein von Signalspitzen und stellt zum Zeitpunkt t4 fest, ob Signalspitzen vorhanden sind oder nicht. Da diese Kurve 33 keine Signalspitzen enthält, lagen keine durch einen nachgeschalteten Leistungsschalter verursachten Rückstöße vor, so dass die unverzögerte Auslösung nicht verhindert wird, da nur der vorgeschaltete Leistungsschalter von diesem Kurzschluss betroffen ist.

Eine zweite Kurve 34 in 7 zeigt den Verlauf eines Signals Is, das einen Strom Ip abbildet, wenn ein Kurzschluss auf der Abgangsseite eines nachgeschalteten Leistungsschalters, beispielsweise in der Leitung 14 auftritt. Auch in diesem Fall überschreitet das Signal Is den Schwellwert S1, so dass der dritte und der vierte Betriebsbereich detektiert werden. Anschließend passiert das Signal zum Zeitpunkt t5 den Nulldurchgang oder gelangt in Nullnähe, und ein Intervall Ta entsprechend einem Beobachtungsfenster wird in Gang gesetzt. Während dieser Zeit prüft eine Detektierschaltung 22 das Vorhandensein von Signalspitzen. In dieser Kurve tritt eine Signalspitze 35 zum Zeitpunkt t6 auf. Die Signalspitze wird anschließend zum Zeitpunkt t7, am Ende der Beobachtungsintervalls analysiert. Liegt die Spitze unter einem zweiten Schwellwert S2, bedeutet dies, dass der Rückstoss an einem nachgeschalteten Leistungsschalter aufgetreten ist. Dieser nachgeschaltete Leistungsschalter spricht daher an und öffnet seine Kontakte, um den Kurzschluss abzuschalten. In diesem Fall verhindert die selektive Auslöseeinrichtung das Ansprechen des vorgeschalteten Leistungsschalters, um dem nachgeschalteten Leistungsschalter genügend Zeit zum Öffnen seiner Kontakte und zur Abschaltung des Kurzschlusses zu geben. Auf diese Weise ist die Selektivität gewährleistet.

In dieser Kurve 34 ist die Signalspitze kleiner, da der Rückstoß des nachgeschalteten Leistungsschalters bei Strömen Ip erfolgt, die unter den Strömen des vorgeschalteten Leistungsschalters liegen. Auch bei zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern und an beiden auftretenden Rückstößen ist der begrenzte Strom kleiner und die Signalspitze liegt unter dem Schwellwert S2.

8 zeigt eine dritte Kurve 36 des Signals Is, das einen sehr hohen Kurzschlussstrom Ip abbildet, der auf der Abgangsseite des vorgeschalteten Leistungsschalters 10, beispielsweise in der Leitung 11 auftritt. Wie bei den anderen Kurven überschreitet das Signal Is den Schwellwert S1 und hat zum Zeitpunkt t8 seinen Nulldurchgang. Anschließend erfolgt innerhalb eines Zeitfensters mit dem Analyseintervall Ta eine Prüfung auf das Auftreten von Signalspitzen. Hier wird eine Spitze zum Zeitpunkt t9 erkannt. Der Wert dieser Signalspitze kann gespeichert und anschließend am Ende des Intervalls Ta des Analysefensters verarbeitet werden. Da diese Spitze über dem zweiten Schwellwert S2 liegt, muss die Auslösung nicht unterdrückt werden, denn nur der vorgeschaltete Leistungsschalter arbeitet in seinem dritten Betriebsbereich. Die Signalspitze hoher Amplitude bildet Rückstöße der Kontakte des vorgeschalteten Leistungsschalters ab.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist es auch möglich, die Amplitude der Signalspitzen während des Analyseintervalls Ta zu erfassen. In diesem Fall kann bei einer Signalspitze oberhalb des Schwellwerts S2 die Auslösung vor dem Ende des Analyseintervalls bewirkt werden, um die Abschaltung des vorgeschalteten Leistungsschalters zu beschleunigen.

9 zeigt eine selektive, unverzögerte Auslöseeinrichtung für einen erfindungsgemäßen Auslöser. Die Einrichtung ist insbesondere für Auslöser mit Magnetkreis-Messgeber wie z.B. Stromwandler ausgelegt. Die Messschaltung 6 empfängt ein vom Messwertgeber geliefertes Signal und liefert ein Signal Is, das den Strom des Messwertgebers bzw. den Primärstrom Ip abbildet.

Das Signal wird in einer ersten Detektierschaltung 38 mit einem ersten Schwellwert S1 verglichen, und anschließend steuert die Schaltung 38 eine Detektierschaltung 39 zur Erfassung des Stromnulldurchgangs an. Beim Nulldurchgang des an die Schaltung 39 gelieferten Signals Is aktiviert die Schaltung eine Verzögerungsschaltung 40, die ihrerseits eine Detektierschaltung 41 zur Erfassung von Signalspitzen während des Intervalls Ta ansteuert. Das Intervall Ta beträgt vorzugsweise 10 ms. Die Detektierschaltung empfängt außerdem das Signal Is und erkennt das Auftreten von Signalspitzen. Wird eine Signalspitze detektiert, erfolgt ihre Speicherung in einer mit der Schaltung 41 verbundenen Speicherschaltung 42. Am Ende des Analyseintervalls vergleicht eine mit den Schaltungen 40 und 42 verbundene Analyseschaltung den Wert der Signalspitze mit dem Schwellwert S2. Liegt die Spitze unter dem Schwellwert S2, wird die unverzögerte Auslösung verhindert. Die Schaltung 43 kann auch erkennen, ob die Signalspitze über dem Schwellwert S2 liegt, und vor Ablauf des Intervalls Ta einen Auslösebefehl absetzen.

Die Signalspitzen-Detektierschaltung erkennt aufeinander folgende ansteigende und abfallende Flanken des Signals.

Die in den 4 bis 9 gezeigten Schaltungen können als analoge, digitale oder analog-digitale Schaltungen ausgebildet sein. Sie können als auch als Funktionen oder Sequenzen in Mikroprozessorschaltungen integriert sein. Diese Funktionen können getrennt ausgeführt oder mit anderen Auslösefunktionen kombiniert sein. Bei diesen Ausgestaltungen werden die Signale Is vorzugsweise als Abtastsignale erfasst.

Das in 10 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt ein selektives, unverzögertes Auslöseverfahren. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt 44 zum Vergleich des Signals Is mit einem ersten Schwellwert S1. Liegt das Signal über S1, erfolgt im anschließenden Schritt 45 die Detektion des Nulldurchgangs des genannten Signals Is. Der Nulldurchgang betrifft auch Werte in Nullnähe, insbesondere wenn es sich um ein gleichgerichtetes Signal handelt.

Nach der Erfassung des Nulldurchgangs beginnt eine Detektierphase mit einem Schritt 46, der eine Analysefenster öffnet. Während des Offnungsintervalls Ta des Analysefensters wird in einem Schritt 47 das Vorhandensein von Signalspitzen geprüft und in einem Schritt 48 der Wert der erkannten Signalspitzen gespeichert. In einem Schritt 49 wird das Ende des Öffnungsintervalls des Analysefensters sowie der Detektierphase erkannt. Anschließend wird in einem Schritt 50 die Auslösung verhindert, wenn die erfasste Signalspitze unter dem zweiten Schwellwert S2 liegt; andernfalls wird die Auslösung in einem Schritt 51 freigegeben.

Die 11 und 12 zeigen Varianten des Ablaufdiagramms aus 10.

Gemäß dem Ablaufdiagramm in 11 umfasst ein unverzögertes Auslöseverfahren im Anschluss an den Detektierschritt 48 bzw. den Speicherschritt 49 einen zusätzlichen Vergleichsschritt 52. Dieser Schritt 52 dient dazu, eine erfasste Signalspitze mit einem Schwellwert S3 zu vergleichen und in einem Schritt 51 eine Auslösung zu bewirken, wenn der Wert der Spitze über dem genannten Schwellwert S3 liegt.

Gemäß dem Ablaufdiagramm in 12 umfasst ein unverzögertes Auslöseverfahren im Anschluss an den Detektierschritt 48 bzw. den Speicherschritt 49 einen zusätzlichen Vergleichsschritt 53. Dieser Schritt 52 dient dazu, das Messsignal mit einem Schwellwert S4 zu vergleichen und in einem Schritt 51 eine Auslösung zu bewirken, wenn keine Signalspitze erkannt wurde und wenn der Wert des genannten Messsignals den genannten Schwellwert S4 überschreitet.

Die Schwellwerte S2, S3 und S4 weisen vorzugsweise den gleichen Wert auf, es können jedoch auch unterschiedliche Werte geeignet sein.

Die erfindungsgemäßen Auslöser mit selektiven, unverzögerten Auslöseinrichtungen sind vorzugsweise in Leistungsschalter integriert, die dazu dienen, auf der Einspeiseseite anderer Leistungsschalter installiert zu werden. Die Leistungsschalter mit solchen Auslösern sind nicht notwendigerweise strombegrenzende Leistungsschalter mit großen Abmessungen.

Obwohl die Strom-Messwertgeber vorzugsweise als Magnetkreis-Stromwandler ausgebildet sind, können erfindungsgemäße Auslöser auch andere Messwertgeber wie Hallgeneratoren, magnetfeldabhängige Widerstände oder Rogowskispulen umfassen.

In den selektiven, unverzögerten Auslöseeinrichtungen können anstelle von Signalspitzen auch andere Signale detektiert werden, um das Auftreten von Rückstößen oder Stromabflachungen im Primärstrom Ip nachzuweisen.


Anspruch[de]
  1. Elektronischer Selektivauslöser mit

    – mindestens einem Strom-Messwertgeber (2, 2a, 2b, 2c), der Primärströme (Ip, Ipa, Ipb, Ipc) abbildende Signale (Is, Isa, Isb, Isc) liefert,

    – einer Verarbeitungseinheit (1) mit selektiven, unverzögerten Auslösemitteln (8), die mit dem Strom-Messwertgeber verbunden sind und einen Auslösebefehl in Abhängigkeit von durch den genannten Messwertgeber gelieferten Signalen liefern,

    welcher Auslöser dadurch gekennzeichnet ist, dass die selektiven unverzögerten Auslösemittel

    – an den Strom-Messwertgeber angeschlossene, erste Detektiermittel (21, 26, 38, 44) zur Erkennung eines Betriebsbereichs,

    – zweite Detektiermittel (22, 29, 41, 47) zur Erkennung von Rückstößen, die Primärstromunterbrechungen zwischen zwei Halbwellen eines Primärwechselstroms (Ip) verursachen, und

    – mit den ersten und den zweiten Detektiermitteln verbundene Analysemittel (23, 31, 43, 50) umfassen, die dazu dienen, das Absetzen eines Auslösebefehls zu verhindern, wenn die Rückstöße bei Primärströmen erkannt werden, die unter einem festgelegten Schwellwert (Sp, S1) liegen.
  2. Auslöser nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet dass die Analysemittel das Absetzen eines Auslösebefehls verhindern, wenn die Rückstöße während eines festgelegten Analyseintervalls (Ta, 40, 28, 30, 46, 49) erkannt werden.
  3. Auslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Detektiermittel (21, 26, 38, 44) erste Vergleichsmittel (26, 38, 44) zum Vergleich der vom genannten Strom-Messwertgeber gelieferten Signale (Is) mit einem festgelegten ersten Schwellwert (S1) sowie die Mittel (27, 39, 45) zur Bestimmung des Beginns des Analyseintervalls (Ta) umfassen.
  4. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Detektiermittel (22, 41, 47) Mittel (41, 47) zur Detektion von Signalen umfassen, die die Änderung des Primärstroms (Ip) über die Zeit abbilden.
  5. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom-Messwertgeber (2) als Magnetkreis-Stromwandler ausgebildet sind, die einen Sekundärstrom (Is) mit Rückstöße abbildenden Signalspitzen (24, 35, 37) liefern, wobei die Primärströme abbildenden Signale dem genannten Sekundärstrom entsprechen.
  6. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Rückstoß-Detektiermittel Detektiermittel (41, 47) zur Erkennung von durch die Messwertgeber gelieferten Signalspitzen umfassen, um die genannten Signalspitzen während des festgelegten Analyseintervalls (Ta) zu detektieren.
  7. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung des Beginns des Analyseintervalls Detektiermittel (39, 45, 46) zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder einer Nullnähe von durch die Messwertgeber gelieferten Signalen (Is) umfassen.
  8. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Rückstoß-Detektiermittel (22) Speichermittel (42, 48) zur Speicherung des Auftretens und des Wertes einer von den Messwertgebern gelieferten Signalspitze (Is) umfassen.
  9. Auslöser nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysemittel mit den Detektiermitteln (41, 47) zur Erkennung von Signalspitzen verbundene zweite Vergleichsmittel (43, 50) zum Vergleich des Wertes der Signalspitzen mit einem festgelegten zweiten Schwellwert (S2, Sr) umfassen.
  10. Auslöser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmittel den Wert der von den Messwertgebern gelieferten Signalspitzen (24, 35, 37) nach Ablauf des festgelegten Analyseintervalls (Ta) mit dem zweiten festgelegten Schwellwert (S2) vergleichen.
  11. Auslöser nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysemittel das Absetzen eines Befehls für eine unverzögerte Auslösung verhindern, wenn die erkannten Signalspitzen (24, 35, 37) unter dem festgelegten zweiten Schwellwert (S2) liegen.
  12. Auslöser nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das festgelegte Analyseintervall kleiner als zehn Millisekunden ist.
  13. Leistungsschalter mit von Primärströmen (Ip, Ipa, Ipb, Ipc) durchflossenen Hauptkontakten und einem durch einen Auslösebefehl angesteuerten Ausschaltmechanismus (4) zur Abschaltung der genannten Kontakte, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Auslöser (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst, der den genannten Ausschaltmechanismus mit einem Auslösebefehl beaufschlagt.
  14. Selektives Auslöseverfahren mit

    – einem Schritt (25) zur Messung eines Signals (Is), das einen über einen zu schützenden elektrischen Leiter fließenden Primärstrom (Ip) abbildet,

    dadurch gekennzeichnet, dass es

    – einen Schritt (26) zum Vergleich des Messsignals mit einem festgelegten ersten Schwellwert (Sp),

    – einen Schritt (27) zur Bestimmung des Beginns der Rückstoßerfassung,

    – eine Detektierphase (28, 29, 30) festgelegter Dauer zur Erfassung des Auftretens von Rückstöße abbildenden Signalen unter den Messsignalen sowie

    – einen Analyseschritt (31) umfasst, der dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu verhindern, wenn die Rückstöße abbildenden Signale bei Primärströmen auftreten, die unter einem festgelegten zweiten Schwellwert (Sr) liegen.
  15. Selektives Auslöseverfahren nach Anspruch 14 mit einem Schritt zur Messung eines Signals (Is), das einen von einem Strom-Messwertgeber gelieferten Primärstrom abbildet, sowie einem Schritt (44) zum Vergleich des genannten Messsignals mit einem ersten festgelegten Schwellwert (S1), dadurch gekennzeichnet, dass es

    – einen Schritt (45) zur Erkennung eines Nulldurchgangs oder einer Nullnähe des Messsignals,

    – eine Detektierphase (4649) festgelegter Dauer zur Erkennung von Spitzen im genannten Messsignal sowie

    – eine Analysestufe umfasst, die dazu dient, die unverzögerte Auslösung zu verhindern, wenn die erfassten Signalspitzen unter einem festgelegten zweiten Schwellwert (S2) liegen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierphase einen Schritt (52) zum Vergleich der erfassten Signalspitzen umfasst, um vor Ablauf der Detektierphase einen Auslösebefehl abzusetzen, wenn eine erfasste Signalspitze einen festgelegten dritten Schwellwert (S3) überschreitet.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierphase einen Schritt (53) zum Vergleich des genannten Messsignals mit einem festgelegten dritten Schwellwert (S3) umfasst, um vor Ablauf der Detektierphase einen Auslösebefehl abzusetzen, wenn keine Signalspitze erfasst wird und wenn das genannte Messsignal einen festgelegten vierten Schwellwert (S4) überschreitet.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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