AT414321B - Residual current circuit breaker has device for accurately acquiring current coupled to supply network, analysis unit for spectral characterization of residual current connected to isolation unit - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter mit einer Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes innerhalb eines elektrischen Energieversorgungsnetzes und einer Netztrenn-Einheit, wobei die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes eine Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes, welche mit dem Energieversorgungsnetz koppelbar ist, umfasst, die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes eine Fehlerstromanalyse-Einheit zur spektralen Charakterisierung des Fehlerstromes umfasst, die mit der Netztrenn-Einheit verbunden ist.The invention relates to a residual current circuit breaker comprising a unit for detecting a fault current within an electrical power supply network and a power disconnection unit, wherein the unit for detecting a fault current comprises a device for signal-true recording of the fault current which can be coupled to the power grid, the unit for detection a fault current comprises a fault current analysis unit for the spectral characterization of the fault current, which is connected to the power disconnection unit.
Durch die zunehmende Verwendung von Umrichtern, Schaltnetzteilen, Leistungselektronik-Einheiten od. dgl. in Energieversorgungsnetzen ist im verstärkten Ausmaß mit nicht sinusförmigen Ableitströmen zu rechnen. Während reine Sinussignale bei herkömmlichen Fehlerstromde-tektions-Systemen, wie z.B. Fl-Schaltern, keine Fehlauslösungen verursachen, führen die mit Oberwellen behafteten Signale und nicht-harmonische Überlagerungen von Signalen bei der derzeit zur Fehlerstromdetektion verwendeten Analogelektronik zu ungewollten Effekten, wie Gleichrichtung, Demodulation, Resonanz- und Filterverhalten usw., die ab einer bestimmten Komplexität der für die Fehlerdetektion vorgesehenen elektronischen Schaltungsanordnung das Abschaltverhalten negativ beeinflussen und daher zur Beeinträchtigung der Sicherheit führen können. Demodulationseffekte, Koppelkapazitäten und Resonanzeffekte od. dgl. sind somit die Ursache für ein nicht vorhersagbares Abschaltverhalten konventioneller Fehlerstromschutzschalter.Due to the increasing use of converters, switching power supplies, power electronics units or the like in energy supply networks, non-sinusoidal leakage currents can be expected to an increased extent. While pure sinusoidal signals are commonplace in conventional fault current detection systems, such as those shown in FIG. Fl-switches, cause no false triggering, the harmonic signals and non-harmonic interference of signals in the currently used for residual current detection analog electronics lead to unwanted effects, such as rectification, demodulation, resonance and filter behavior, etc., the above a certain complexity of provided for the fault detection electronic circuitry negatively affect the turn-off and therefore can lead to impairment of safety. Demodulation effects, coupling capacitances and resonance effects or the like are thus the cause of an unpredictable turn-off behavior of conventional residual current circuit breakers.
Die WO 01 95451 A behandelt eine Software- unterstützte Fehlerstromermittlung für Si-cherheits- und Überwachungssysteme. Der Fehlerstrom wird dabei signalgetreu angebildet und die Frequenz eines auftretenden Fehlerstroms wird mittels einer Softwareroutine ermittelt und der Fehlerstrom klassifiziert und bewertet. Der Fehlerstrom wird in eine von drei Frequenzklassen eingeteilt und gegebenenfalls hinsichtlich der Art des Fehlerstroms weiter unterteilt, d.h. Wechselfehlerstrom, pulsierender Fehlerstrom, Gleichstrom. Je nach Einteilung des Fehlerstroms kommen andere, gespeicherte Auslösegrenzwerte für die Höhe des Fehlerstroms zum Einsatz. Nachteilig an einer Ausführung gemäß der WO 01 95451 A ist, dass diese lediglich für einen einzigen Fehlerstrom mit einer bestimmten Frequenz beschrieben. Mit einem Verfahren gemäß der WO 01 95451 A kann kein komplexes Fehlerstromsignal, welches sich aus verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen zusammensetzt signalgetreu bewertet werden.WO 01 95451 A deals with software-supported fault current detection for safety and monitoring systems. The fault current is signal faithfully formed and the frequency of an occurring fault current is determined by means of a software routine and the fault current classified and evaluated. The fault current is divided into one of three frequency classes and, if appropriate, further divided with respect to the type of fault current, i. Alternating fault current, pulsating fault current, direct current. Depending on the classification of the fault current, other stored trip limit values are used for the magnitude of the fault current. A disadvantage of an embodiment according to WO 01 95451 A is that this described only for a single fault current with a specific frequency. With a method according to WO 01 95451 A, no complex fault current signal, which is composed of different components with different frequencies can be signal faithfully evaluated.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Fehlerstrom-Schutzschalter anzugeben, der auch bei nicht rein sinusförmigen Fehlerströmen ein vorhersagbares Auslöseverhalten zeigt.The object of the invention is therefore to provide a fault current circuit breaker, which shows a predictable tripping behavior even with not purely sinusoidal fault currents.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Detektion von Fehlerströmen über einen weiten Frequenzbereich zu ermöglichen.Another object of the invention is to enable the detection of fault currents over a wide frequency range.
Aufgabe der Erfindung ist es weiters, eine laufende Beurteilung der in einem Netz auftretenden Fehlerströme abrufen zu können.The object of the invention is furthermore to be able to retrieve an ongoing assessment of the fault currents occurring in a network.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Fehlerstromanalyse-Einheit zumindest eine Filter-Einheit, mit, vorzugsweise tieffrequenter, Bandpasscharakteristik zur Filterung des Fehlerstromsignals, und eine Transformations-Einheit, zum Transformieren des in der Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes gebildete Fehlerstromsignal aus dem Zeitbereich in einen Bildbereich, vorzugsweise in den Frequenzbereich, umfasst.According to the invention this is achieved in that the fault current analysis unit at least one filter unit with, preferably low-frequency, bandpass characteristic for filtering the fault current signal, and a transformation unit, for transforming the error current signal formed in the device for faithful recording of the fault current from the time domain in an image area, preferably in the frequency domain.
Auf diese Weise wird der Fehlerstrom nicht nur mehr nach seinem Effektivwert beurteilt, sondern als Signal betrachtet, dessen Frequenzanteile mit Hilfe von mathematischen Methoden einer Signalanalyse zugeführt werden. Aufgrund der dadurch erzielten Ergebnisse kann eine präzise Überwachung des zulässigen Maximalwerts durchgeführt und damit eine vorhersagbare Auslösung des Fehlerstrom-Schutzschalters bewirkt werden. Durch die Filter-Einheit können vor allem der Anteil der niederfrequenten Schwingungen am Fehlerstrom bei der Messwertberechnung berücksichtigt werden. 3In this way, the fault current is not only judged by its rms value, but considered as a signal whose frequency components are fed by means of mathematical methods of signal analysis. Due to the results achieved thereby, a precise monitoring of the permissible maximum value can be carried out and thus a predictable tripping of the residual current circuit breaker can be effected. Above all, the proportion of low-frequency oscillations in the fault current during the measured value calculation can be taken into account by the filter unit. 3
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Mit sinnvollem Aufwand wird diese Betrachtungsweise des Fehlerstromes durch digitale Signalverarbeitung ermöglicht. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes weiters eine Einheit zur Abtastung und Quantisierung des Fehlerstromes, vorzugsweise einen Analog-Digital-Wandler umfaßt. An welcher Stelle des 5 Signalverarbeitungspfades eine Umwandlung von Analogsignal in Digitalsignal erfolgt, kann je nach Gestaltung der Signalverarbeitung unterschiedlich sein, für die Realisierung sind insbesondere digitale Signalprozessoren geeignet.With reasonable effort, this approach of the fault current is made possible by digital signal processing. In a further embodiment of the invention can be provided that the unit for detecting a fault current further comprises a unit for sampling and quantization of the fault current, preferably an analog-to-digital converter. At which point of the 5 signal processing path, a conversion of analog signal into digital signal takes place, may be different depending on the design of the signal processing, for the realization of digital signal processors are particularly suitable.
Um eine Verfälschung des im Analog-Digitalwandler abgetasteten Signals zu vermeiden, kann io gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes weiters ein Anti-Aliasing-Filter umfassen.In order to avoid a corruption of the signal sampled in the analog-to-digital converter, according to a further embodiment of the invention, the unit for detecting a fault current may further comprise an anti-aliasing filter.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß die Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes durch eine Förster-Sonde gebildet ist, deren 15 Ausgang mit einer Regler-Einheit verbunden ist, welche das am Ausgang der Förster-Sonde anliegende Ausgangssignal auf Null kompensiert.A further embodiment of the invention may consist in that the device for signal reproduction of the fault current is formed by a Förster probe whose output is connected to a regulator unit which compensates for the present at the output of the Förster probe output signal to zero.
Das Ausgangssignal der Förstersonde wird dabei als Regelgröße für die Regler-Einheit verwendet, dessen Aufgabe es ist, das Ausgangssignal auf Null zu kompensieren. Auf diese Weise 20 entsteht ein signalgetreues Abbild des Fehlerstromes.The output of the forester probe is used as a control variable for the controller unit, whose task is to compensate for the output signal to zero. In this way, a true-to-life image of the fault current is produced.
Um den Magnetwerkstoff der Förster-Sonde wechselseitig in Sättigung zu bringen, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung ein Modulator zur Vormagnetisierung der Förster-Sonde vorgesehen sein. Ein Fehlerstromsignal kann nun daran erkannt werden, daß es zu einer ab-25 weichenden Aussteuerung des Magnetwerkstoffes führt, als es durch die Vormagnetisierung vorgegeben ist.In order to bring the magnetic material of the Förster probe mutually in saturation, a modulator for biasing the Förster probe can be provided in a further embodiment of the invention. A fault current signal can now be recognized by the fact that it leads to a deflection of the magnetic material that deviates from that predetermined by the premagnetization.
Als Sonde können auch andere Sondentypen verwendet werden, die in der Lage sind, einen Fehlerstrom signalgetreu darzustellen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit kann daher in 30 Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes durch Shunts, Hall-Bauelemente oder aus Kombinationen aus Magnet-und Hallbauelementen gebildet ist.As a probe, other types of probes can be used, which are able to represent a fault current signal faithful. Without limiting the generality, it can therefore be provided in a further development of the invention that the device is formed to receive the residual current in a signal-faithful manner by means of shunts, Hall components or combinations of magnetic and Hall components.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zumindest eine 35 Filter-Einheit durch eine Filter-Einheit mit Tiefpaßcharakteristik gebildet ist, deren Ausgang mit einer Signalbewertungs-Einheit, vorzugsweise einer Einheit zur Berechnung des Effektivwertes des gefilterten Fehlerstromsignals, verbunden ist, daß die Transformations-Einheit mit einer Spektralbewertungs-Einheit, vorzugsweise einer Einheit zur Berechnung des Effektivwertes des Frequenzspektrums verbunden ist, und daß der Ausgang der Signalbewertungs-Einheit und der 40 Ausgang der Spektralbewertungs-Einheit mit Eingängen einer Summier-Einheit verbunden sind und der Ausgang der Summier-Einheit mit einer Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung verbunden ist, die an die Netztrenn-Einheit angeschlossen ist, welche Maximalwertüberwachungsvorrichtung bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Grenzwertes die Netztrenn-Einheit betätigt. 45According to a further embodiment of the invention, it can be provided that the at least one filter unit is formed by a filter unit having a low-pass characteristic whose output is connected to a signal evaluation unit, preferably a unit for calculating the effective value of the filtered fault current signal. in that the transformation unit is connected to a spectral evaluation unit, preferably a unit for calculating the effective value of the frequency spectrum, and that the output of the signal evaluation unit and the output of the spectral evaluation unit are connected to inputs of a summing unit and the output the summation unit is connected to a maximum value monitoring device which is connected to the network separation unit, which maximum value monitoring device actuates the network separation unit when a predeterminable limit value is exceeded. 45
Eine vielfach bereits mit Unterstützung integrierter Schaltkreise anwendbare Transformationsmethode stellt die Fourier-Transformation, insbesondere in Form von Fast-Fourier-Transformation dar. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann daher darin bestehen, daß die Transformations-Einheit durch eine Fourier-Transformations-Einheit, insbesondere eine so diskrete Fourier-Transformations-Einheit gebildet ist.A transformation method that can be used in many cases with the aid of integrated circuits represents the Fourier transformation, in particular in the form of fast Fourier transformation. A further embodiment of the invention can therefore consist in that the transformation unit can be replaced by a Fourier transformation unit such a discrete Fourier transform unit is formed.
Es können aber auch andere mathematische Transformationsmethoden im Rahmen der Erfindung sinnvoll angewendet werden. Eine bevorzugte Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß die Transformations-Einheit durch eine Gabor-Transformations-Einheit oder eine 55 Wavelet-Transformations-Einheit gebildet ist, die Aussagen über das Zeitverhalten des 4However, other mathematical transformation methods within the scope of the invention can also be usefully applied. A preferred variant of the invention can consist in that the transformation unit is formed by a Gabor transformation unit or a wavelet transformation unit which makes statements about the time behavior of FIG
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Frequenzspektrums des Fehlerstromsignals ermöglichen.Frequency spectrum of the fault current signal enable.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß zwischen den Ausgang der Transformations-Einheit und den Eingang der Spektralbewertungs-Einheit eine Korrelations-5 Einheit geschaltet ist, welche mit einer Einheit zur Speicherung zumindest eines Vergleichsspektrums verbunden ist.A further embodiment of the invention can be that between the output of the transformation unit and the input of the spectral evaluation unit, a correlation unit is connected, which is connected to a unit for storing at least one comparison spectrum.
Durch den Vergleich mit einem den Normalzustand charakterisierenden Vergleichsspektrum kann die Schwelle für eine Maximalwert-Überschreitung auf einen bestimmten Frequenzbereich io bezogen werden.By comparing it with a comparison spectrum characterizing the normal state, the threshold for exceeding the maximum value can be related to a specific frequency range io.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß der Ausgang der Transformations-Einheit an den Eingang einer Signalkonfigurations-Einheit schaltbar ist, die mit einem Speicher-Eingang der Einheit zur Speicherung zumindest eines Vergleichsspektrums 15 sowie mit einem Eingang der zumindest einen Filter-Einheit zur Einstellung von Filterkoeffizienten verbunden ist.A further embodiment of the invention may be that the output of the transformation unit is switchable to the input of a signal configuration unit connected to a memory input of the unit for storing at least one comparison spectrum 15 and to an input of the at least one filter unit connected to the setting of filter coefficients.
In der Signalkonfigurations-Einheit wird das für den Vergleich in der Korrelations-Einheit erforderliche Signal bearbeitet und analysiert. Weiters ermöglicht sie die Beeinflussung der Filterko-20 effizienten der Filter-Einheit.In the signal configuration unit, the signal required for the comparison in the correlation unit is processed and analyzed. It also makes it possible to influence the filter coefficients of the filter unit.
Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß die zumindest eine Filter-Einheit durch zwei oder mehrere parallelgeschaltete Filter-Einheiten mit Bandpaßcharakteristik gebildet ist, die Eingänge zur Einstellung von Filterkoeffizienten aufweisen und deren Ausgänge jeweils 25 über eine Signalbewertungs-Einheit mit Eingängen einer Summier-Einheit verbunden sind und der Ausgang der Summier-Einheit mit einer Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung verbunden ist, die an die Netztrenn-Einheit angeschlossen ist, welche Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Grenzwertes die Netztrenn-Einheit betätigt, und daß die Transformations-Einheit mit einer Signal-Konfigurations-Einheit verbunden 30 ist, deren Ausgänge mit den Eingängen zur Einstellung von Filterkoeffizienten verbindbar sind.Another variant of the invention may consist in that the at least one filter unit is formed by two or more parallel filter units with bandpass characteristic having inputs for setting filter coefficients and their outputs 25 each via a signal evaluation unit with inputs of a summing Unit and the output of the summing unit is connected to a maximum value monitoring device which is connected to the power disconnection unit, which maximum value monitoring device operates when exceeding a predeterminable limit, the power disconnection unit, and that the transformation unit with a signal configuration unit is connected 30 whose outputs are connectable to the inputs for setting filter coefficients.
Mit Hilfe der zwei oder mehreren Filter-Einheiten mit Bandpaß-Charakteristik wird der gesamte interessierende Frequenzbereich für die Fehlerstromsignal abgedeckt. Die Filter-Koeffizienten werden mit Hilfe der Transformations-Einheit bestimmt. Nach Einstellung der Koeffizienten 35 geschieht die Fehlerstrom-Überwachung mit Hilfe der Filter-Einheiten im Zeitbereich.With the help of the two or more filter units with band-pass characteristics, the entire frequency range of interest for the fault current signal is covered. The filter coefficients are determined using the transform unit. After setting the coefficients 35, the fault current monitoring takes place with the aid of the filter units in the time domain.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fehlerstrom-Überwachung eines Energieversorgungsnetzes, bei dem eine Netztrenn-Einheit betätigt wird, sobald eine Maximalwertüberschreitung eines aus einer Fehlerstrommessung abgeleiteten Fehlerstrom-Meßwertes festgestellt 40 wird.Furthermore, the invention relates to a method for fault current monitoring of a power supply network, in which a power disconnect unit is actuated as soon as a maximum value overrun of a derived from a fault current measurement residual current measured value is detected 40.
Die eingangs genannten Aufgaben der Erfindung werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das signalgetreue Fehlerstromsignal aus dem Zeitbereich in den Bildbereich, vorzugsweise in den Frequenzbereich, transformiert und aus dem sich ergebenden Spektrum ein Teilbe-45 trag des Fehlerstrom-Messwerts berechnet und/oder die Einstellung der Filterkoeffizienten zumindest eines Filters mit Bandpasscharakteristik zur, vorzugsweise tieffrequenten, Filterung des signalgetreuen Fehlerstromsignals bestimmt wird, wobei aus dem Ausgangssignal des zumindest einen Filters mit Bandpasscharakteristik der Fehlerstrom-Messwert oder ein Teilbetrag desselben berechnet wird. 50The above-mentioned objects of the invention are achieved in that the signal-faithful error current signal from the time domain in the image area, preferably in the frequency domain, transformed and calculated from the resulting spectrum a Teilbe-45 contract of the fault current measurement and / or setting the Filter coefficients of at least one filter with bandpass characteristic for, preferably low-frequency, filtering the signal-faithful fault current signal is determined, wherein from the output signal of the at least one filter with band-pass characteristic of the fault current measurement value or a partial amount thereof is calculated. 50
In Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Spektrum des Fehlerstromsignals mit wenigstens einem gespeicherten Frequenzspektrum verglichen wird. Dadurch kann das Fehlerstromsignal mit den typischerweise in der zu schützenden Anlage auftretenden spektralen Fehlerstromkomponenten verglichen werden und neu hinzukom-55 mende spektrale Fehlerstromkomponenten erkennen. 5In continuation of the method according to the invention, it can be provided that the spectrum of the fault current signal is compared with at least one stored frequency spectrum. As a result, the fault current signal can be compared with the spectral fault current components typically occurring in the system to be protected and detect newly added spectral fault current components. 5
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In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass aus dem aus dem Spektrum berechneten Teilbetrag des Fehlerstrom-Messwerts und dem aus dem wenigstens einen Filter mit Bandpasscharakteristik berechneten Teilbetrag des Fehlerstrom-Messwerts der Fehlerstrom-Messwert gebildet wird. Dadurch werden alle ermittelten Teilbeträge bewertet.In this context, it can be provided that the fault current measured value is formed from the partial amount of the fault current measured value calculated from the spectrum and the partial amount of the fault current measured value calculated from the at least one filter with a bandpass characteristic. As a result, all determined partial amounts are valuated.
Durch die Bewertung des Fehlerstromes als Signal mit einem Frequenzspektrum wird eine Fehlauslösung des Fehlerstromschutzschalters vermieden.By evaluating the fault current as a signal with a frequency spectrum false tripping of the residual current circuit breaker is avoided.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen eingehend erläutert. Es zeigt dabeiThe invention will be explained in detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters;Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the residual current circuit breaker according to the invention;
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Fehlerstromschutzschalters gemäß Fig. 1;Fig. 2 is a simplified block diagram of the residual current circuit breaker according to Fig. 1;
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer weiteren Variante der Erfindung;3 is a simplified block diagram of another variant of the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Konfigurations-Betriebs des Fehlerstromschutzschalters nach Fig. 1;4 shows a schematic illustration of the configuration operation of the residual current circuit breaker according to FIG. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Normal-Betriebs des Fehlerstromschutzschalters nach Fig. 1 undFig. 5 is a schematic representation of the normal operation of the residual current circuit breaker of FIG. 1 and
Fig. 6 ein Teil eines Blockschaltbildes einerweiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters.Fig. 6 is a part of a block diagram of another embodiment of the residual current circuit breaker according to the invention.
In Fig. 1 ist ein allgemeines elektrisches Energieversorgungsnetz 40 schematisch gezeigt, dessen Zugang für einen nicht dargestellten Verbraucher durch eine Netztrenn-Einheit 20 unterbrochen werden kann. Sobald im Energieversorgungsnetz 40 ein Fehlerstrom zu fließen beginnt, der einen vorbestimmbaren Fehlerstrom-Meßwert übersteigt, wird die Netztrenn-Einheit 20 betätigt und dadurch eine Gefährdung von Personen verhindert. Das Auftreten eines solchen Fehlerstromes wird durch eine Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes 42 überwacht.In Fig. 1, a general electrical power grid 40 is shown schematically, the access for a consumer, not shown, can be interrupted by a power disconnect unit 20. As soon as a fault current begins to flow in the power supply network 40, which exceeds a predeterminable fault current measured value, the power disconnect unit 20 is actuated, thereby preventing a hazard to persons. The occurrence of such a fault current is monitored by a unit for detecting a fault current 42.
Erfindungsgemäß umfaßt die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes 42 eine Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes 1,41, welche mit dem Energieversorgungsnetz 40 koppelbar ist und die im Rahmen der Erfindung in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein kann.According to the invention, the unit for detecting a fault current 42 comprises a device for signal-true recording of the fault current 1,41, which can be coupled to the power supply network 40 and which may be formed in different ways within the scope of the invention.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes durch eine Förster-Sonde 41 gebildet ist, deren Ausgang mit einer Regler-Einheit 1 verbunden ist, welche das am Ausgang der Förster-Sonde 41 anliegende Ausgangssignal auf Null kompensiert. Die Regler-Einheit 1 umfaßt einen PID-Regler 43, dessen Regelgröße durch das Ausgangssignal der Förstersonde 41 gebildet ist. Durch das Kompensieren des Ausgangssignals der Förster-Sonde 41 wird am Ausgang des PID-Reglers 43 ein signalgetreues Abbild des Fehlerstromes generiert, welches als Fehlerstromsignal weiterverarbeitet wird.In the embodiment of FIG. 1, the device for faithful recording of the fault current is formed by a Förster probe 41, whose output is connected to a controller unit 1, which compensates for the present at the output of the Förster probe 41 output signal to zero. The controller unit 1 comprises a PID controller 43 whose controlled variable is formed by the output signal of the forester probe 41. By compensating the output signal of the Förster probe 41, a signal-true image of the fault current is generated at the output of the PID controller 43, which is further processed as a fault current signal.
Als Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes können aber auch andere Vorrichtungen Verwendung finden, so z.B. Shunts, Hallbauelemente oder Kombinationen aus Magnet- und Hallbauelementen. Die dabei verwendeten Regler-Typen unterliegen wie im vorgenannten Anwendungsfall für die Förstersonde 41 ebenfalls keinerlei Einschränkungen.However, other devices may also be used as a device for recording the fault current in a faithful manner, e.g. Shunts, Hall components or combinations of magnetic and Hall components. The regulator types used in this case are also subject to no restrictions, as in the aforementioned application for the forester probe 41.
Die auf diese Weise realisierte signalgetreue Abbildung des Fehlerstromes erlaubt die Detektion von Fehlerströmen innerhalb eines sehr weiten Frequenzbereiches, z.B. von 0 Hz, also Gleichstrom, bis ungefähr 20 kHz.The signal faithful reproduction of the fault current realized in this way allows the detection of fault currents within a very wide frequency range, e.g. from 0 Hz, that is direct current, to about 20 kHz.
Zur Vormagnetisierung der Förstersonde 41 ist ein Modulator 44 vorgesehen, dessen Aufgabe darin besteht, den Magnetstoff der Förstersonde 41 wechselseitig in Sättigung zu bringen. Dies kann durch einen geeigneten Signalgenerator geschehen, der mit einer Spule der Förstersonde 41 verbunden ist. Es entsteht ein Spektrum, welches, da es z.B. von einem Rechtecksignal 6For biasing the forester probe 41, a modulator 44 is provided, the task of which is to bring the magnetic substance of the forester probe 41 into mutual saturation. This can be done by a suitable signal generator which is connected to a coil of the forester probe 41. A spectrum is created which, since it is e.g. from a square wave signal 6
AT 414 321 B abgeleitet ist, nur ungeradzahlige Oberwellen enthält. Ein Fehlerstromsignal führt nun zu einer anderen Aussteuerung des Magnetwerkstoffes, was dann zum Auftreten von geradzahligen . Oberwellen führt. Bei der Förstersonde 41 wird z.B. die zweite Harmonische (geradzahlige Oberwelle) zur Beurteilung des Fehlersignals herangezogen. Hier wird dann die zweite Ober-5 welle mit Hilfe des PID-Reglers 43 auf Null kompensiert, um so ein signalgetreues Abbild des Fehlerstromsignals zu erhalten.AT 414 321 B, contains only odd harmonics. A fault current signal now leads to a different modulation of the magnetic material, which then leads to the occurrence of even-numbered. Harmonics leads. For Forster probe 41, e.g. the second harmonic (even harmonic) used to evaluate the error signal. Here, the second upper wave is then compensated to zero with the aid of the PID controller 43, so as to obtain a true-to-life image of the fault current signal.
Eine mit dem PID-Regler 43 verbundene Korrektur-Einheit 45 ist mit einer im Bereich der Förstersonde 41 angeordneten Temperaturmeßsonde 46 verbunden und mißt deren Temperatur, io Auf diese Weise kann eine Kompensation des Temperaturganges der Förstersonde 41 vorgenommen werden.A correction unit 45 connected to the PID controller 43 is connected to a temperature measuring probe 46 arranged in the region of the forester probe 41 and measures its temperature. In this way compensation of the temperature characteristic of the forester probe 41 can be compensated.
Zur Beurteilung des Fehlerstromsignals umfaßt die Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes 42 erfindungsgemäß weiters eine Fehlerstromanalyse-Einheit 100 zur spektralen Charakterisie-15 rung des Fehlerstromes, die mit der Netztrenn-Einheit 20 verbunden ist.In order to assess the fault current signal, the unit for detecting a fault current 42 according to the invention further comprises a fault current analysis unit 100 for the spectral characterization of the fault current, which is connected to the network separation unit 20.
Um die Schwierigkeiten, die bei den bisher bekannten Fehlerstromschutzschaltern auftreten, zu vermeiden, wird der Fehlerstrom nicht allein aus einer einfachen Schwellwertüberschreitung bestimmt, sondern als ein von der Zeit abhängiges Signal unter Berücksichtigung der verschie-20 denen Frequenzanteile behandelt, aus dem sich dieses Signal zusammensetzt. Nach durchgeführter mathematischer Analyse des Fehlerstromsignals kann eine geeignete Reaktion als Ergebnis der Auswertung erfolgen.In order to avoid the difficulties that occur in the previously known residual current circuit breakers, the fault current is not determined solely from a simple Schwellwertüberschreitung, but treated as a time-dependent signal taking into account the various 20-frequency components, from which this signal is composed , After performing mathematical analysis of the fault current signal, a suitable reaction can take place as a result of the evaluation.
Grundsätzlich kann das aus der Einheit zur Detektion eines Fehlerstromes 42 abgeleitete Feh-25 lerstromsignal entweder analog oder digital weiterverarbeitet werden. In der Praxis wird bevorzugt die Umwandlung des zunächst analogen Fehlerstromsignals in ein digitales Fehlerstromsignal durchgeführt, um den Aufwand für die Bewertung des Fehlerstromsignals möglichst gering zu halten, wodurch eine Miniaturisierung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters möglich ist. 30In principle, the error signal derived from the unit for detecting a fault current 42 can be further processed either analogously or digitally. In practice, the conversion of the initially analog fault current signal into a digital fault current signal is preferably carried out in order to minimize the effort for the evaluation of the fault current signal, whereby a miniaturization of the residual current circuit breaker according to the invention is possible. 30
Das aus dem PID-Regler 43 gewonnene, signalgetreue Fehlerstromsignal wird in Fig. 1 einem mit dem Ausgang des PID-Reglers 43 verbundenen Verstärker 2 mit einem variablen Verstärkungsfaktor zugeführt, der beispielsweise über die Korrektur-Einheit 45 beeinflußt werden kann, um eine Temperaturkompensation der Förster-Sonde 41 über den Verstärkungsfaktor zu er-35 möglichen.The reproduced from the PID controller 43, signal faithful error current signal is supplied in Fig. 1 connected to the output of the PID controller 43 amplifier 2 with a variable gain, which can be influenced, for example via the correction unit 45 to a temperature compensation of Förster probe 41 about the amplification factor to be possible.
Am Ausgang des Verstärkers 2 ist eine Einheit zur Abtastung und Quantisierung des Fehlerstromes in Form eines Analog-Digital-Wandlers 3 angeschlossen, der das analoge Fehlerstromsignal in digitale Information umwandelt. Diese Umwandlung kann je nach Aufbau des 40 erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters auch an einer anderen Stelle des Signalpfades geschehen.At the output of the amplifier 2, a unit for sampling and quantization of the fault current in the form of an analog-to-digital converter 3 is connected, which converts the analog fault current signal into digital information. Depending on the structure of the residual current circuit breaker according to the invention, this conversion can also be effected at a different location of the signal path.
Zur Vermeidung von Abtastfehlern ist im Analog-Digital-Wandler 3 weiters ein aus dem Stand der Technik bekannter Anti-Aliasing-Filter vorgesehen. 45To avoid sampling errors in the analog-to-digital converter 3 further known from the prior art anti-aliasing filter is provided. 45
Der Verstärker 2 kann wahlweise als analoge Signalverstärkungseinheit an der in Fig. 1 gezeigten Stelle vorgesehen sein, er kann aber auch softwaremäßig durch Multiplikation des im Analog-Digital-Wandler 3 digitalisierten Fehlerstromsignals mit Koeffizienten realisiert sein, in welchen Koeffizienten z.B. der Temperaturgang der Förstersonde 41 berücksichtigt ist. 50The amplifier 2 can optionally be provided as an analog signal amplification unit at the location shown in FIG. 1, but it can also be implemented by software multiplication of the digitized in the analog-to-digital converter 3 error current signal with coefficients in which coefficients, e.g. the temperature coefficient of the forester probe 41 is taken into account. 50
Nach dem Analog-Digital-Wandler 3 wird das digitalisierte Fehlerstromsignal einerseits einem Filterpfad 50 und andererseits einem Transformationspfad 51 zugeführt, wobei grob gesprochen im Filterpfad 50 der niederfrequente Anteil des Fehlerstromsignals, z.B. im Bereich kleiner als 400 Hz, und im Transformationspfad 51 der hochfrequente Anteil des Fehlerstromsignals, 55 z.B. im Bereich größer als 400 Hz, verarbeitet werden. Zu diesem Zweck umfaßt die Fehler- 7After the analog-to-digital converter 3, the digitized error current signal is supplied on the one hand to a filter path 50 and on the other hand to a transformation path 51, roughly speaking in the filter path 50 the low-frequency component of the error current signal, e.g. in the range less than 400 Hz, and in the transformation path 51 the high-frequency component of the error current signal, 55 e.g. in the range greater than 400 Hz, are processed. For this purpose, the error 7 includes
AT 414 321 B stromanalyse-Einheit zumindest eine Filter-Einheit 15 und eine Transformations-Einheit 5, in welcher das in der Vorrichtung zur signalgetreuen Aufnahme des Fehlerstromes gebildete Fehlerstromsignal aus dem Zeitbereich in einen Bildbereich, vorzugsweise in den Frequenzbereich, transformierbar ist.AT 414 321 B at least one filter unit 15 and a transformation unit 5, in which the fault current signal formed in the device for faithful recording of the fault current from the time domain in an image area, preferably in the frequency domain, transformable.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Fehlerstromschutzschalters. Das oder die im Filterpfad 50 verwendeten Filter kann bzw. können durch Ermittlung in einem nachfolgend noch beschriebenen Konfigurations-Betrieb an die Gegebenheiten des gemessenen Fehlerstromsignals angepaßt werden. Im Transformationspfad 51 werden die höheren Signalfrequenzen des gemessenen Fehlerstromsignals durch mathematische Transformation verarbeitet.Fig. 2 shows a simplified block diagram of the residual current circuit breaker shown in Fig. 1. The one or more filters used in the filter path 50 can be adapted to the conditions of the measured fault current signal by determination in a subsequently described configuration operation. In the transformation path 51, the higher signal frequencies of the measured fault current signal are processed by mathematical transformation.
Alternativ können auch mehrere parallele Filterpfade 151, 152.....15n zum Einsatz kommen, wie in Fig. 3 dargestellt, welche zusammen einen bestimmten Frequenzbereich überdecken.Alternatively, it is also possible to use a plurality of parallel filter paths 151, 152 ..... 15n, as shown in FIG. 3, which together cover a specific frequency range.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Filter-Einheit durch eine Filter-Einheit mit Tiefpaßcharakteristik 15 gebildet ist, deren Ausgang mit einer Signalbewertungs-Einheit, die in Fig. 1 als Einheit zur Berechnung des Effektivwertes 16 des gefilterten Fehlerstromsignals realisiert ist, verbunden ist. Als Durchlaßbereich kann z.B. 0 Hz bis 400 Hz ausgeführt sein, wobei der Eingang der Filter-Einheit mit Tiefpaßcharakteristik 15 mit dem Ausgang des Analog-Wandlers 3 verbunden ist. Bevorzugt ist die Filter-Einheit 15 als digitaler Filter implementiert, es kann in diesem wahlweise auch das Abtasten und Quantisieren des Fehlerstromsignals vorgenommen und dafür auf den Analog-Wandler 3 verzichtet werden. Eine analoge Auslegung der Filter-Einheit 15 ist auch möglich, eine automatische Abstimmung desselben, wie sie nachfolgend beschrieben ist, ist aber dann mit Schwierigkeiten verbunden. In Fig. 1 erfolgt diese automatische Abstimmung der Filter-Einheit 15 über einen Abstimmungs-Eingang, welcher mit einer Signalkonfigurations-Einheit 7 verbunden ist.In the embodiment according to FIG. 1, the filter unit is formed by a filter unit with low-pass characteristic 15 whose output is connected to a signal evaluation unit, which is realized in FIG. 1 as a unit for calculating the effective value 16 of the filtered error current signal , As a pass band, e.g. 0 Hz to 400 Hz, wherein the input of the filter unit with low-pass characteristic 15 is connected to the output of the analog converter 3. Preferably, the filter unit 15 is implemented as a digital filter, it can be done in this optionally also the sampling and quantization of the error current signal and it is dispensed with the analog converter 3. An analogous design of the filter unit 15 is also possible, an automatic vote of the same, as described below, but is then associated with difficulties. In Fig. 1, this automatic tuning of the filter unit 15 via a tuning input, which is connected to a signal configuration unit 7.
Die mit dem Ausgang der Filter-Einheit 15 verbundene Einheit zur Berechnung des Effektivwertes 16 berechnet den Effektivwert des digitalisierten und gefilterten Fehlerstromsignals und gibt diesen an ihrem Ausgang aus, der mit einem Eingang einer Summier-Einheit 14 verbunden ist. An dieser Stelle endet der Filterpfad und mündet in die Summier-Einheit 14, deren Ausgang mit einer Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung 17 verbunden ist, die über ein logisches ODER-Glied 18 an die Netztrenn-Einheit 20 angeschlossen ist, welche Maximalwertüberwa-chungs-Vorrichtung 17 bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Grenzwertes die Netztrenn-Einheit 20 betätigt. Dadurch wird der Verbraucher vom Energieversorgungsnetz 40 getrennt.The rms value calculating unit 16 connected to the output of the filter unit 15 calculates the RMS value of the digitized and filtered error current signal and outputs it at its output, which is connected to an input of a summation unit 14. At this point, the filter path ends and terminates in the summing unit 14 whose output is connected to a maximum value monitoring device 17, which is connected to the network separation unit 20 via a logical OR element 18, which maximum value monitoring device 17 when a predeterminable limit value is exceeded, the network separation unit 20 is actuated. As a result, the consumer is disconnected from the power grid 40.
Die Signalbewertungs-Einheit 16 kann in anderen erfindungsgemäßen Varianten als Einheit zur Berechnung des Spitzenwertes oder als Einheit zur Berechnung des Mittelwertes od. dgl. ausgebildet sein. Da es aber derzeit üblich ist, Fehlerstromgrenzwerte als Effektivwerte festzulegen, ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Signalbewertungs-Einheit als Einheit zur Berechnung des Effektivwertes verwirklicht.The signal evaluation unit 16 can be embodied in other variants according to the invention as a unit for calculating the peak value or as a unit for calculating the mean value or the like. However, since it is currently customary to define residual current limit values as rms values, in the exemplary embodiment according to FIG. 1 the signal evaluation unit is implemented as a unit for calculating the effective value.
Im Transformationspfad 51 ist zunächst ein Verstärker 4 angeordnet, dessen Eingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 3 und dessen Ausgang mit dem Eingang der Transformations-Einheit 5 verbunden ist, die das Fehlerstromsignal aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert.In the transformation path 51, an amplifier 4 is initially arranged, whose input is connected to the output of the analog-to-digital converter 3 and whose output is connected to the input of the transformation unit 5, which transforms the error current signal from the time domain into the frequency domain.
Der Verstärker 4 verfügt in Fig. 1 über einen Steuereingang, über den sein Verstärkungsfaktor - sowie bei Verstärker 2 - durch die Korrektur-Einheit 45 angepaßt werden kann. Diese Beeinflussungsmöglichkeit kann weggelassen oder an einer anderen Stelle vorgesehen sein.The amplifier 4 has in Fig. 1 via a control input over which its gain factor - as well as amplifier 2 - can be adjusted by the correction unit 45. This possibility of influencing may be omitted or provided elsewhere.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Transformations-Einheit durch eine Fourier-Transformations-Einheit 5, insbesondere eine diskrete Fourier-Transformations-Einheit gebildet, welche vorzugsweise mit Hilfe der Fast Fourier-Transformation (FFT) verwirklicht werden kann. 8In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the transformation unit is formed by a Fourier transformation unit 5, in particular a discrete Fourier transformation unit, which can preferably be realized by means of the Fast Fourier Transformation (FFT). 8th
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Das Zeitsignal wird dabei in ein Frequenzspektrum transformiert.The time signal is transformed into a frequency spectrum.
Es können aber auch andere Transformationsmethoden angewandt werden, sodaß die Transformations-Einheit ebenso gut durch eine Laplace-Transformations-Einheit, insbesondere eine 5 diskrete Laplace-Transformations-Einheit gebildet sein könnte. Die Laplace-Transformation stellt ja eine Verallgemeinerung der Fourier-Transformation dar, deren diskrete Version die z-Transformation darstellt. Weiterführende Möglichkeiten bieten die Gabortransformation, sowie die Wavelet-Transformation, die es ermöglichen, Aussagen über das Zeitverhalten des Frequenzspektrums des Fehlerstromsignals zu machen. Bei der Fourier-Transformation kann ja io keine Aussage über das zeitliche Verhalten eines Signalspektrums getroffen werden.However, other transformation methods can also be used, so that the transformation unit could just as easily be formed by a Laplace transformation unit, in particular a 5-discrete Laplace transformation unit. After all, the Laplace transformation represents a generalization of the Fourier transformation whose discrete version represents the z-transformation. Further possibilities are provided by the Gabor transformation, as well as the wavelet transform, which make it possible to make statements about the time behavior of the frequency spectrum of the fault current signal. In the Fourier transformation, yes, no statement can be made about the temporal behavior of a signal spectrum.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Umschalter 60 am Ausgang der Fourier-Transformations-Einheit 5 vorgesehen, der in seiner Normalstellung eingezeichnet ist, die dem Normalbetrieb des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters entspricht. Zwischen den 15 Ausgang der Transformations-Einheit 5 und den Eingang einer Spektralbewertungs-Einheit 11 ist eine Korrelations-Einheit 8 geschaltet, welche mit einer Einheit zur Speicherung zumindest eines Vergleichsspektrums 12 verbunden ist.In the embodiment of FIG. 1, a switch 60 is provided at the output of the Fourier transform unit 5, which is located in its normal position, which corresponds to the normal operation of the residual current circuit breaker according to the invention. Between the output of the transformation unit 5 and the input of a spectral evaluation unit 11, a correlation unit 8 is connected, which is connected to a unit for storing at least one comparison spectrum 12.
Das in der Fourier-Transformations-Einheit 5 gebildete Signal wird der mit dieser verbundenen 20 Korrelations-Einheit 8 zugeführt, in welcher ein Vergleich des Frequenzspektrums des aktuellen Fehlerstromsignals mit einem oder mehreren gespeicherten Frequenzspektren durchgeführt wird. Über die Korrelations-Einheit 8 ist die Transformations-Einheit 5 mit der Spektralbewertungs-25 Einheit, die in Fig. 1 als Einheit zur Berechnung des Effektivwertes des Frequenzspektrums 11 ausgebildet ist, verbunden, deren Ausgang mit einem weiteren Eingang der Summier-Einheit 14 verbunden ist.The signal formed in the Fourier transform unit 5 is supplied to the associated with this 20 correlation unit 8, in which a comparison of the frequency spectrum of the current error current signal with one or more stored frequency spectra is performed. Via the correlation unit 8, the transformation unit 5 is connected to the spectral evaluation unit 25, which is formed in FIG. 1 as a unit for calculating the effective value of the frequency spectrum 11, the output of which is connected to a further input of the summation unit 14 is.
Der zweiten Stellung des Umschalters 60 entspricht der Konfigurations-Betrieb des erfindungs-30 gemäßen Fehlerstromschutzschalters. Während des Konfigurations-Betriebs ist der Ausgang der Transformations-Einheit 5 an den Eingang einer Signalkonfigurations-Einheit 7 geschaltet, der mit einem Speicher-Eingang der Einheit zur Speicherung zumindest eines Vergleichsspektrums 12 verbunden ist. 35 Konfigurations-Betriebsstellung (nicht in Fig. 1 gezeigt) des Umschalters 60:The second position of the changeover switch 60 corresponds to the configuration operation of the residual current circuit breaker according to the invention. During configuration operation, the output of the transformation unit 5 is connected to the input of a signal configuration unit 7, which is connected to a memory input of the unit for storing at least one comparison spectrum 12. 35 configuration operating position (not shown in FIG. 1) of the switch 60:
Der Konfigurations-Betrieb (Fig. 4) dient der Kalibrierung des erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalters und der Erfassung der betriebsmäßig möglichen Signalspektren. Dazu werden im Energieversorgungsnetz 40 Lastschwankungen vorgenommen, indem beispielsweise ver-40 schiedene an dem Energieversorgungsnetz angeschlossene Verbraucher aktiviert und deaktiviert werden. Während des Konfigurations-Betriebs wird das Spektrum des während des Normalbetriebs auftretenden Fehlerstroms gemessen und unter Berücksichtigung der geltenden Normen in einem Ist-Signalspeicher 9 gespeichert, der zwischen die Signal-Konfigurations-Einheit 7 und der Einheit zur Speicherung des Vergleichsspektrums 12 geschaltet ist. 45The configuration mode (FIG. 4) serves to calibrate the residual current circuit breaker according to the invention and to detect the operationally possible signal spectra. For this purpose, 40 load fluctuations are made in the power grid by, for example ver-40 different connected to the power grid consumers are activated and deactivated. During the configuration operation, the spectrum of the fault current occurring during normal operation is measured and stored in an actual latch 9, which is connected between the signal configuration unit 7 and the comparison spectrum storage unit 12, taking into account the applicable standards. 45
Da es bei der Messung des Vergleichsspektrums zu Fehlern kommen kann, durch deren Auftreten es zu einer Überschreitung der zulässigen Maximalwerte, die z.B. in einer Norm festgelegt sein können, kommen kann, sind in der Maximalwert-Tabelle 10 die maximal tolerierbaren Normenwerte abgespeichert, welche zur Ermittlung der tatsächlichen Vergleichswerte herange-50 zogen werden, die in der Vergleichsspeicher-Einheit 12 als Grundlage für den Vergleich dienen. Der Ist-Signalspeicher 9 und die Maximalwert-Tabelle 10 können in der Vergleichsspeicher-Einheit 12 beinhaltet sein.Since errors can occur in the measurement of the comparison spectrum, by the occurrence of which it is possible to exceed the permissible maximum values, e.g. can be set in a standard, are stored in the maximum value table 10, the maximum tolerable norm values, which are used for determining the actual comparison values, which are used in the comparison memory unit 12 as the basis for the comparison. The actual latch 9 and the maximum value table 10 may be included in the comparison storage unit 12.
In der Vergleichsspeicher-Einheit 12 sind jedenfalls die gültigen Vergleichswerte gespeichert, 55 die für den Vergleich herangezogen werden. Diese werden durch Begrenzung des im Ist- 9In any case, the valid comparison values stored in the comparison memory unit 12 are 55, which are used for the comparison. These are determined by limiting the actual 9
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Signalspeicher 9 gespeicherten Spektrums durch die normenabhängigen Werte aus der Maximalwert-Tabelle 10 gebildet.Signal storage 9 stored spectrum formed by the norm-dependent values from the maximum value table 10.
Die in der Vergleichsspeicher-Einheit 12 abgelegten Werte dienen im Normal-Betrieb dem 5 Vergleich mit dem aus dem Transformationspfad 51 ermittelten Spektrum und zudem der Einstellung des digitalen Filters 15 mit Tiefpaßcharakteristik im Filterpfad 50, der allgemein auch aus mehreren parallel geschalteten Filtern mit Bandpaßverhalten zusammengesetzt sein kann (Fig. 3). Die Einstellung erfolgt über die Signalkonfigurations-Einheit 7, in der das in der Fourier-Transformations-Einheit 5 transformierte Signal bearbeitet und analysiert wird sowie die Para-io meter für die Modifikation der Filterkoeffizienten des digitalen Filters 15 mit der Tiefpaßcharakteristik festgelegt werden.The values stored in the comparison memory unit 12 are used in normal operation for comparison with the spectrum determined from the transformation path 51 and also for the setting of the digital filter 15 with low-pass characteristic in the filter path 50, which is generally also composed of a plurality of filters with bandpass characteristics connected in parallel may be (Fig. 3). The adjustment takes place via the signal configuration unit 7, in which the signal transformed in the Fourier transformation unit 5 is processed and analyzed, and the parameters for the modification of the filter coefficients of the digital filter 15 with the low-pass characteristic are determined.
Kommt es im Konfigurations-Betrieb zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Werte des Signalspektrums, so führt die Vergleichsspeicher-Einheit 12 eine Notauslösung der Netztrenn-15 Einheit 20 durch. Zu diesem Zweck ist ein Notauslöse-Ausgang der Vergleichsspeicher-Einheit 12 mit dem logischen ODER-Glied 18 verbunden. Damit wird verhindert, daß einerseits normenwidrige Werte zum Vergleich herangezogen werden, andererseits, daß eine defekte Anlage weiter in Betrieb ist. Es wird eine Meldung an eine Steuereinheit 19 abgegeben, die dann den Konfigurations-Betrieb abbricht. 20If the maximum permissible values of the signal spectrum are exceeded in the configuration mode, then the comparison memory unit 12 performs an emergency release of the network separation unit 20. For this purpose, an emergency trip output of the compare memory unit 12 is connected to the logical OR gate 18. This prevents the use of values that are not compliant with standards, but also that a defective system continues to operate. A message is issued to a control unit 19, which then terminates the configuration operation. 20
Die Steuereinheit 19 gibt weiters Korrekturfaktoren und Steuerbefehle aus den Werten des PID-Reglers 43, der Signalkonfigurations-Einheit 7, externen Bedienelementen 26 und eines externen PC 25, welcher über eine graphische Bedieneroberfläche (GUI) auf das System zugreift, aus. Es besteht auch für den Benutzer die Möglichkeit einer manuellen Modifikation der Ver-25 gleichswerte im Rahmen der zulässigen Grenzwerte aus den entsprechenden Normen und der Filterparameter des Tiefpaß-Filters 15.The control unit 19 further outputs correction factors and control commands from the values of the PID controller 43, the signal configuration unit 7, external controls 26, and an external PC 25 accessing the system via a graphical user interface (GUI). There is also the possibility for the user of manually modifying the calibration values within the permissible limit values from the corresponding standards and the filter parameters of the low-pass filter 15.
Eine weitere Funktion der Steuereinheit 19 besteht in der Ansteuerung des Umschalters 60, über den zwischen Konfigurations-Betrieb und Normal-Betrieb umgeschaltet werden kann. 30 Wegen der Frequenzauflösung und der erreichbaren Bandbreite werden die Samplerraten und Meßdauer der verschiedenen Betriebsarten mit dem Umschalten des Umschalters 60 ebenfalls angepaßt.Another function of the control unit 19 is the control of the switch 60, can be switched over the between configuration mode and normal operation. Because of the frequency resolution and the achievable bandwidth, the sample rates and measurement duration of the various modes are also matched with the switching of the switch 60.
Normal-Betriebsstellung (in Fig. 1 gezeigt) des Umschalters 60: 35Normal operating position (shown in Fig. 1) of the switch 60: 35
Im Normal-Betrieb (Fig. 5) wird das Fehlerstromsignal laufend gemessen und dem Filterpfad 50 und dem Transformationspfad 51 zugeführt. Signalanteile mit niedrigen Frequenzen werden vom Filter 15 durchgelassen bzw. entsprechend den eingestellten Filterkoeffizienten gedämpft. Signalanteile mit hohen Frequenzen werden im Transformationspfad 51 über die Fourier-40 Transformations-Einheit 5 in ein Frequenzspektrum umgesetzt, welches in der Korrelations-Einheit 8 mit den im Konfigurations-Betrieb gemessenen und in der Vergleichsspeicher-Einheit 12 gespeicherten Werten verglichen wird. Der Unterschied zwischen dem Frequenzspektrum des aktuell gemessenen Fehlerstromsignals und dem Vergleichsspektrum wird am Ausgang der Korrelations-Einheit 8 ausgegeben, der Effektivwert dieses Ausgangssignals in der Spektralbe-45 wertungs-Einheit 11 berechnet und in der Summations-Einheit 14 zu dem durch die Einheit zur Berechnung des Effektivwertes 16 bewerteten Tiefpaß-Signals addiert. Die am Ausgang der Summier-Einheit 14 angeschlossene Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung 17 entscheidet über eine Auslösung und betätigt gegebenenfalls die Netztrenn-Einheit 20. so Alle Filteraufgaben - außer die Anti-Aliasing-Filterfunktion-, Berechnungen des Effektivwertes (RMS), mathematische Transformationen, Spektrenvergleich und Maximalwertüberwachung, wie sie im Funktionsblock 100 verwirklicht sind, können in einem integrierten digitalen Signalprozessor (DSP), ASIC oder Mikro-Controller (pC) vorgenommen werden. 55 Eine mit der Maximalwertüberwachungs-Vorrichtung 17 verbundene Kommunikations-Einheit 1 0In normal operation (FIG. 5), the fault current signal is continuously measured and fed to the filter path 50 and the transformation path 51. Signal components with low frequencies are transmitted by the filter 15 or attenuated in accordance with the set filter coefficients. Signal components with high frequencies are converted in the transformation path 51 via the Fourier-40 transformation unit 5 into a frequency spectrum which is compared in the correlation unit 8 with the values measured in the configuration mode and stored in the comparison memory unit 12. The difference between the frequency spectrum of the currently measured error current signal and the comparison spectrum is output at the output of the correlation unit 8, the effective value of this output signal is calculated in the spectral evaluation unit 11 and in the summing unit 14 by the unit for calculation of the RMS 16-valued low-pass signal. The maximum value monitoring device 17 connected to the output of the summing unit 14 decides on triggering and, if appropriate, actuates the network separation unit 20. Thus all filter tasks-except the anti-aliasing filter function, RMS calculations, mathematical transformations, spectral comparison and maximum value monitoring, as implemented in functional block 100, may be performed in an integrated digital signal processor (DSP), ASIC, or microcontroller (pC). 55 A communication unit 1 0 connected to the maximum value monitoring device 17
AT 414 321 B 13 ermöglicht eine Überwachung des Konfigurations- und Normal-Betriebs sowie der im Normal-Betrieb ermittelten Werte und allgemeiner Systemparameter z.B. über ein Modem und weitere Schnittstellen, z.B. Ethernet-Anschluß, Funkmodul od. dgl..AT 414 321 B 13 makes it possible to monitor the configuration and normal operation as well as the values determined in normal operation and general system parameters, e.g. via a modem and other interfaces, e.g. Ethernet connection, radio module or the like ..
Findet z.B. eine Maximalwert-Überschreitung statt, wird der Verbraucher vom Energieversorgungsnetz 40 durch Betätigung des Schalters 20 getrennt und es wird eine entsprechende Meldung an die Kommunikations-Einheit 13 weitergegeben, die im einfachsten Fall eine LED oder ein Summer sein kann.Finds e.g. If the maximum value is exceeded, the consumer is disconnected from the power supply network 40 by actuation of the switch 20 and a corresponding message is forwarded to the communication unit 13, which in the simplest case may be an LED or a buzzer.
Weiters kann ständig der Wert, welcher zur Maximalwertüberschreitung geführt hat, an die Kommunikations-Einheit 13 ausgegeben werden, um ein laufendes Überwachen der Anlage von außen durchführen zu können.Furthermore, the value which has led to the maximum value overrun can constantly be output to the communication unit 13 in order to be able to carry out continuous monitoring of the system from the outside.
Zwischen dem Ausgang der Fourier-Transformations-Einheit 5 und dem Eingang der Korrelations-Einheit 8 ist in Fig. 1 eine optionale Korrekturfunktions-Einheit 6 angeordnet, die Operationen über eine Systemfunktion h(x) ausführen kann, wie z.B. das Bilden eines Absolutbetrages, das Quadrieren eines Spektrums oder das Abspalten des Imaginärteils.Between the output of the Fourier transform unit 5 and the input of the correlation unit 8 is arranged in Fig. 1 an optional correction function unit 6 which can perform operations via a system function h (x), e.g. forming an absolute value, squaring a spectrum or splitting off the imaginary part.
In der Korrelations-Einheit 8 wird das aktuell gemessene Spektrum mit dem in Konfigurations-Betrieb gemessenen und in der Vergleichsspeicher-Einheit 12 gespeicherten Werten verglichen. Der Vergleich besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einer einfachen Subtraktion, könnte aber auch durch eine andere Korrelationsfunktion geschehen. Es wird ein Maß der Verschiedenheit der beiden in der Korrelations-Einheit verglichenen Signale ermittelt.In the correlation unit 8, the currently measured spectrum is compared with the value measured in the configuration mode and stored in the comparison memory unit 12. The comparison consists in the embodiment shown in FIG. 1 of a simple subtraction, but could also be done by another correlation function. A measure of the difference between the two signals compared in the correlation unit is determined.
In einer weiteren Variante der Erfindung, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird der gesamte Frequenzbereich durch parallel geschaltete Filter-Einheiten 101,102 .... 10n mit Bandpaßcharakteristik abgedeckt, sodaß die Fehlerstrom-Information aus der Summe der Ausgänge der Filter-Einheiten 101,102.....10n gewonnen werden kann.In a further variant of the invention, which is shown in FIG. 6, the entire frequency range is covered by parallel-connected filter units 101, 102... 10n with bandpass characteristic, so that the residual current information is taken from the sum of the outputs of the filter units 101, 102 ..... 10n can be won.
Der Transformationsteil dient nur mehr der Ermittlung von Filterkoeffizienten. Die Eingänge zur Einstellung dieser Filterkoeffizienten der Filter-Einheiten 101, 102..... 10n sind mit entspre chenden Ausgängen der Signal-Konfigurations-Einheit 7 verbunden, welche mit der Transformations-Einheit 5 in Verbindung steht. Die Ausgänge der Filter-Einheiten 101, 102.....10n sind jeweils über eine Signalbewertungs-Einheit 116 mit Eingängen einer Summier-Einheit 114 verbunden und der Ausgang der Summier-Einheit 114 ist mit der Maximalwertüberwachungsvorrichtung 17 verbunden, die an die Netztrenn-Einheit 20 angeschlossen ist. Die Maximalwert-überwachungs-Vorrichtung betätigt bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Grenzwertes die Netztrenn-Einheit 20. Im Normalbetrieb arbeitet die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform somit nur im Zeitbereich.The transformation part only serves to determine filter coefficients. The inputs for setting these filter coefficients of the filter units 101, 102 ..... 10n are connected to corre sponding outputs of the signal configuration unit 7, which is in communication with the transformation unit 5. The outputs of the filter units 101, 102 ..... 10n are each connected via a signal evaluation unit 116 to inputs of a summing unit 114, and the output of the summing unit 114 is connected to the maximum value monitoring device 17, which is connected to the mains Unit 20 is connected. The maximum value monitoring device actuates the network separation unit 20 when a predeterminable limit value is exceeded. In normal operation, the embodiment shown in FIG. 6 thus operates only in the time domain.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Fehlerstrom-Überwachung eines Energieversorgungsnetzes 40, bei dem eine Netztrenn-Einheit 20 betätigt wird, sobald eine Maximalwertüberschreitung eines aus einer Fehlerstrommessung abgeleiteten Fehlerstrom-Meßwertes festgestellt wird.The invention also provides a method for fault current monitoring of a power supply network 40, in which a power disconnection unit 20 is actuated as soon as a maximum value overrun of a fault current measured value derived from a fault current measurement is ascertained.
Zunächst wird der Fehlerstrom signalgetreu abgebildet, das signalgetreue Fehlerstromsignal aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert und aus dem sich ergebenden Spektrum entweder ein Teilbetrag des Fehlerstrom-Meßwerts berechnet und/oder die Einstellung der Filterkoeffizienten zumindest eines Tiefpaß-Filters zur Filterung des signalgetreuen Fehlerstromsignals bestimmt, wobei aus dem Ausgangssignal des zumindest einen Tiefpaß-Filters der Fehlerstrom-Meßwert oder ein Teilbetrag desselben berechnet wird.First, the residual current is reproduced true to the signal, transforms the signal from the real-time error current signal in the frequency domain and calculated from the resulting spectrum either a partial amount of the residual current measured value and / or determines the setting of the filter coefficients of at least one low-pass filter for filtering the signal faithful error current, wherein the error current measured value or a partial amount thereof is calculated from the output signal of the at least one low-pass filter.
Claims (16)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018127452B3 (en) | 2018-11-05 | 2019-09-26 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Method for operating a dimmer-light bulb combination and dimmer for a dimmer-light bulb combination |
-
2003
- 2003-05-20 AT AT0912303A patent/AT414321B/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018127452B3 (en) | 2018-11-05 | 2019-09-26 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Method for operating a dimmer-light bulb combination and dimmer for a dimmer-light bulb combination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATA91232003A (en) | 2006-07-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20200715 |