DE19630614A1 - Schaltanlage - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage für Hoch- oder Mit
telspannung mit einer zentralen Steuereinrichtung.
Schaltgeräte in der Hoch- oder Mittelspannungstechnik werden
in der Regel über konkrete Steuerleitungen angesteuert, die
beispielsweise einer sogenannten "Leittechnik für Schaltanla
gen" zugehören können. In dem Aufsatz "Neue Leittechnik für
Schaltanlagen durch Einsatz von Mikrorechnern" aus ETG-Fach
berichte Nr. 14, Titel: "Mikroelektronik in der Energietech
nik", Seiten 22 bis 31, sind hierzu verschiedenste Leitungs
konfigurationen beispielhaft beschrieben.
Dabei ist jedem Abzweig einer Schaltanlage jeweils ein Ab
zweiggerät zugeordnet, das über eine Eigenbedarfsspannungs
versorgung der Anlage mit Energie versorgt ist und über eine
parallele Verdrahtung mit den Schaltgeräten verbunden ist.
Aus der EP-0 355 532 B1 ist eine Anordnung zum Übertragen von
Daten und einer Versorgungsspannung über eine Busleitung be
kannt, wobei eine Anwendung in der Verfahrens- und Prozeß
technik vorgesehen ist. Dabei können räumlich voneinander
entfernt liegende Feldgeräte eigensicher und explosionsge
schützt mit geringem Aufwand an eine entfernte Zentrale an
geschlossen werden. Als Busleitung kann dabei bevorzugt eine
Spannungsversorgungsleitung in der jeweiligen Anlage dienen.
Derartige Versorgungsleitungen sind jedoch in der Regel von
Fehlern und Spannungseinbrüchen betroffen, so daß in sicher
heitstechnischen Anlagen eine zuverlässige Datenübertragung
zwischen den jeweiligen Geräten nicht unbedingt gewährleistet
ist. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in Schaltanlagen
zur Energieversorgung kritisch, bei denen noch zusätzlich die
Problematik der elektromagnetischen Beeinflussung besteht.
In der älteren deutschen Patentanmeldung 195 20 596.0 wurde
bereits vorgeschlagen, bei Schaltanlagen eine redundante In
formationsübertragung über eine Hilfsspannungsversorgung vor
zusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache prak
tikable Lösung für eine Informationsübertragung mit hoher
Ausfallsicherheit bei einer Schaltanlage für Hoch- oder Mit
telspannung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Schaltan
lage für Hoch- oder Mittelspannung mit einer zentralen Steu
ereinrichtung, die über eine erste Busleitung mit einer vor
gegebenen Anzahl von Feldgeräten verbunden ist, wobei die
Feldgeräte jeweils eine erste und zweite Schnittstelle auf
weisen, wobei an die zweite Schnittstelle eine feldbezogene
zweite Busleitung angeschlossen ist, an die Steuergeräte von
Erdungs- und/oder Trennungsschaltern anschließbar sind, wobei
die Busleitung von einer Eigenbedarfsleitung gebildet ist,
und wobei an einer vorgegebenen Anzahl von Feldgeräten je
weils zumindest ein Leistungsschalter anschließbar ist.
Diese Schaltanlage weist bezogen auf ihren leittechnischen
Aufbau eine Struktur auf, die optimal den Bedürfnissen der
Schaltanlage angepaßt ist, wobei auf Feldleitebene der Ver
drahtungsaufwand für Steuerleitungen gering gehalten ist. Da
bei können beispielsweise für ein durchschnittliches Schalt
gerät circa 20 Adern eingespart werden.
Es ist dabei günstig, wenn die Leistungsschalter über eine
dritte Schnittstelle an die jeweils zugeordneten Feldgeräte
angeschlossen sind. Damit können zeitkritische Betriebsvor
gänge, z. B. Schutz-Aus-Befehle, schnell und sicher direkt
ausgeführt werden, ohne daß die Betriebssicherheit der Anlage
kritisch gefährdet ist.
Die dritte Schnittstelle kann dabei als Busschnittstelle aus
gebildet sein, an die weitere Teilnehmergeräte anschließbar
sind. Somit ist diese Schnittstelle multifunktionell. Als
weitere Teilnehmergeräte kommen beispielsweise mobile Termi
nals, insbesondere ein Laptop, zur Dateneingabe und -abfrage,
Schutzgeräte, Eingabegeräte für Meldungen und Meßwerte oder
sonstige auf Feldleitebene benötigte Einrichtungen in Frage.
Die dritte Schnittstelle weist bevorzugt eine höhere Daten
übertragungsrate als die erste Schnittstelle auf, wodurch dem
erhöhten Informationsflußbedarf an dieser Schnittstelle Rech
nung getragen ist.
Die Steuereinrichtungen der jeweiligen Leistungsschalter kön
nen eine Baueinheit mit den jeweils zugeordneten Feldgeräten
bilden. Damit ist ein platzsparender Aufbau innerhalb der
Schaltanlage möglich. Die feldbezogene "Intelligenz" kann so
mit beispielsweise in dem Steuerschrank des Leistungsschal
ters integriert werden.
Den Feldgeräten kann mit Vorteil jeweils eine Schaltfehler
schutz-Einrichtung zugeordnet sein, so daß auf Feldebene ein
sicheres Schalten gewährleistet ist. Dabei können feld- und
anlagenbezogene Verriegelungsbedingungen zur Anwendung kom
men. Dabei ist es günstig, wenn die jeweiligen Schaltfehler
schutz-Einrichtungen mit den zugeordneten Feldgeräten jeweils
eine Baueinheit bilden, wodurch der platzsparende Aufbau ver
bessert ist. Die Schaltfehlerschutz-Einrichtung kann auch
funktioneller Bestandteil des Feldgerätes im Sinne eines Pro
grammbausteins bei Ausbildung mit einer digitalen Datenverar
beitung mit Rechner sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere Vorteile und De
tails werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltanlage in einer Prinzipdarstellung ihres
leittechnischen Aufbaus,
Fig. 2 eine weitere alternative Schaltanlage und
Fig. 3 eine Schaltanlage gemäß Fig. 1 mit einer feldübergrei
fenden Datenverbindung.
Fig. 1 zeigt eine erste Schaltanlage 1a mit einer Prinzipdar
stellung seiner leittechnischen Datenverbindungen. Dabei ist
auf Stationsleitebene S eine zentrale Steuereinrichtung 3
vorgesehen, die als zentrale Leit- und Kommandozentrale für
die gesamte Schaltanlage oder Station dient. Diese kann
selbstverständlich nach dem Stand der Technik mit nicht näher
gezeigten Bedien- und Visualisierungsmitteln, insbesondere
Bildschirm, Tastatur, Drucker usw., ausgestattet sein.
Für eine Verbindung zu einer übergeordneten Netzleitzentrale
kann eine sogenannte Fernwirkschnittstelle 5 vorgesehen sein.
Zu derartigen allgemeinen leittechnischen Gesichtspunkten bei
Schaltanlagen nach dem Stand der Technik wird auch auf den
bereits eingangs erwähnten Aufsatz verwiesen. Mit F und U
sind nachfolgend die Feldleitebene bzw. die Geräteebene be
zeichnet. In den Figuren sind die Ebenen durch strichpunk
tierte Linien voneinander getrennt.
Die zentrale Steuereinrichtung 3 ist über eine erste Buslei
tung 7 mit einer beliebigen Anzahl von Feldgeräten 9 verbun
den. Der Einfachheit halber ist vorliegend lediglich ein
Feldgerät 9 dargestellt. Für eine Mehrfachanordnung siehe
beispielhaft auch Fig. 3.
Zum Anschluß der ersten Busleitung 7 weist die zentrale Steu
ereinrichtung 3 einen entsprechenden Ausgang oder eine ent
sprechende Schnittstelle auf. Da diese erste Busleitung 7 für
die gesamte Station zur Verfügung stehen soll, kann diese
auch als Stationsbus bezeichnet werden.
Das Feldgerät 9 weist eine erste Schnittstelle 11 für den An
schluß der ersten Busleitung 7 und eine zweite Schnittstelle
13 für den Anschluß einer feldbezogenen zweite Busleitung 15
auf. Über diese zweite Busleitung 15 sind alle Schaltgeräte
eines Feldes, beispielsweise ein Leistungsschalter 17, eine
vorgebbare Anzahl von Erdungsschaltern 19a bis 19n und eine
vorgebbare Anzahl von Trennungsschalter 21a bis 21n ange
schlossen.
Die zweite Busleitung 15 ist dabei von einer Eigenbedarfslei
tung gebildet, die zur Eigenbedarfsspannungsversorgung der
feldinternen Geräte dient. Zur Darstellung dieser Funktion
ist die zweite Busleitung 15 mit einer Gleichspannungsquelle
23 verbunden. Die Gleichspannungsquelle 23 liefert die elek
trische Energie für die Hilfseinrichtungen der im Feld vorge
sehenen Geräte, z. B. für Motorantriebe von Schaltgeräten, für
Meldeeinrichtungen usw.
In diesem Sinne kann bei der zweiten Busleitung 15 auch von
einem sogenannten "Eigenbedarfsbus" gesprochen werden. Es
wird also die Eigenbedarfsversorgung gleichzeitig als Bus
verwendet. Dies erfolgt bevorzugt feldbezogen. Es sind also
für eine Befehls- oder Meldeübertragung zwischen der Zentral
steuereinrichtung 3 und den jeweiligen Schaltgeräten 17 bis
21n keine parallelen Verdrahtungen zur Übermittlung der je
weiligen Informationen nötig. Es wird eine bereits vorhandene
Leitung, nämlich eine Eigenbedarfsleitung, als zweite Buslei
tung 15 verwendet.
Das feldbezogene Feldgerät 9 kann dabei mehrere Funktionen,
Einrichtungen oder Komponenten umfassen. Es kann auch eine
Gehäuseeinheit darstellen, in dem verschiedene Komponenten
zur Erfüllung der nachfolgend beschriebenen Funktionen unter
gebracht sein können. Die an sich bekannten Komponenten sind
in den Figuren separat ohne Verbindungslinien dargestellt.
Ein Buskoppler 25 sorgt für den Datenverkehr zwischen dem
Feldgerät 9 und der zweiten Busleitung 15. Hier können bei
spielsweise auch Prioritäten in der Bearbeitungsreihenfolge
zwischen unterschiedlichen Schaltgeräten beachtet oder vorge
geben werden.
Eine weitere Einrichtung oder Funktion ist eine Schaltfehler-Schutz
einrichtung, nachfolgend Schaltfehlerschutz 27 genannt,
der gemäß den einschlägigen Vorschriften für die Reihenfolge
von Schalthandlungen entsprechende Freigaben oder Sperrungen
übernimmt. Hier werden also die Verrieglungsbedingungen für
die jeweiligen Schaltgeräte 17 bis 21n bearbeitet. Diese kön
nen feldbezogen oder unter Berücksichtigung von übergeordne
ten Gesichtspunkten über die zentrale Steuereinrichtung 3
auch anlagenbezogen sein.
Weiterhin umfaßt das Feldgerät 9 eine allgemeine Feldleitein
richtung 29, die insbesondere für den Datenverkehr zur und
von der zentralen Steuereinrichtung 3 zuständig ist und all
gemeine Funktionsaufgaben für das jeweilige Feld übernimmt.
Hier können beispielsweise auch Parameterdaten oder allge
meine feldbezogene Funktionen, z. B. für eine Meldungsverar
beitung oder die Hinterlegung von Parametrierdaten, vorgese
hen sein.
Zusätzlich kann optional an das Feldgerät 9 auch über eine
beliebig ausgestaltete dritte Schnittstelle 31 eine weitere
Einrichtung 30, z. B. ein Parametriergerät oder ein Handtermi
nal angeschlossen werden.
Bei der gezeigten zweiten Busleitung 15 kann es sich auch
prinzipiell um ein Busleitungssystem handeln, bei dem bei
spielsweise eine redundante Informationsübertragung gegeben
ist. Dazu eignen sich insbesondere Anlagen, in denen je Feld
mehrere Eigenbedarfsversorgungen, z. B. eine Wechselspannungs- und
Gleichspannungsversorgung, befinden. Durch diese redun
dante Lösung kann die Datenübertragung im Feld wesentlich si
cherer ausgestaltet werden.
Ein derartiger Eigenbedarfsbus ist eine kosten- und aufwand
günstige Ergänzung zu einem zentralen Bussystem (gemäß der
ersten Busleitung 7) oder einem feldbezogenen Prozeßbus anzu
sehen, an dem alle Betriebsmittel im Feld angeschlossen wer
den müßten. Durch die vorliegende Lösung tritt also nicht nur
eine Dezentralisierung der Verarbeitungseinrichtung, sondern
auch der gesamten Bustechnik ein.
Fig. 2 zeigt eine alternative zweite Schaltanlage 1b, bei der
bezogen auf das gesamte Feld, also auf Feldleitebene F, das
Feldgerät 9 eine dritte Schnittstelle 31 für eine dritte Bus
leitung 33 aufweist. Diese dritte Busleitung 33 weist gegen
über der zweiten Busleitung 15 eine wesentlich höhere Daten
übertragungsrate auf und eignet sich daher insbesondere für
den Anschluß von Geräten mit hohem Informationsbedarf oder
solchen, die eine zeitkritische Bearbeitung benötigen. Hierzu
gehören insbesondere der Leistungsschalter 17 mit seiner zu
gehörigen Steuerung. Weitere Geräte können beispielsweise ein
Terminal 34 oder sonstige feldbezogene Geräte, z. B. ein
Schutzgerät, ein aktiver Meßwandler und ein Ein-Ausgabegerät
sein. Für derartige Geräte ist beispielhaft ein Gerät mit dem
Bezugszeichen 35 gezeigt.
Selbstverständlich kann für diese feldbezogene dritte Buslei
tung 33 zusätzlich eine redundante Datenverbindung über eine
weitere Busleitung 36 (strichliert dargestellt) vorgesehen
werden. Auf diese Weise ist auch bei den sicherheitstechnisch
relevanten Informationsübertragungen mit einer hohen Daten
übertragungsrate eine sichere Betriebsführung gewährleistet.
Sinngemäß ist auch die zweite Busleitung 15 redundant aus
führbar. Die Fig. 2 zeigt hierzu ein Doppelsystem bei dem eine
Eigenbedarfsversorgung über eine Gleich- und Wechselspan
nungsquelle 23 bzw. 23a erfolgt.
Für die Ausführung gemäß Fig. 2 gilt selbstverständlich, daß
die Anordnung der Geräte oder Funktionsblöcke, insbesondere
Buskoppler 25, Schaltfehlerschutz 27 und Feldleiteinrichtung
29, beliebig konfiguriert, gruppiert oder aufgeteilt sein
können. So ist z. B. denkbar, daß einzelne Teilfunktionen auch
eine Baueinheit mit der nicht näher gezeigten Steuereinrich
tung des Leistungsschalters 17 bilden. Hierzu würde sich bei
spielsweise eine Integration des Schaltfehlerschutzes 27 im
Leistungsschalter 17 anbieten. Die örtliche und/oder funktio
nelle Einbindung ist also variabel.
Fig. 3 zeigt eine Schaltanlage 1c mit mehreren Feldern, wobei
die Feldgeräte 9a, 9b, 9c beispielhaft einem Abzweigfeld, einem
Kuppelfeld bzw. einem weiteren Abzweigfeld zugeordnet sein
können. Für den internen Aufbau der Feldgeräte 9a, 9b, 9c
gilt das bereits oben Gesagte.
Der feldbezogene Aufbau gleicht im Prinzip der Ausführung ge
mäß Fig. 1, wobei für die jeweiligen Leistungsschalter
17a, 17b, 17c eine alternative Ankopplung direkt an die Feldge
räte 9a, 9b, 9c strichliert dargestellt ist.
Zusätzlich ist bei dieser Gesamtdarstellung ein Bus 36 vorge
sehen, der ebenfalls als Eigenbedarfsbus oder auch als zu
sätzlicher Bus auf herkömmlicher Bustechnik ausgebildet sein
kann. Wichtig ist dabei, daß der Bus 36 feldübergreifend
wirksam ist und dabei die Feldgeräte 9a bis 9c miteinander
verbindet. Dies kann beispielsweise für die Schaltfehler
schutzfunktion von besonderem Interesse sein. Dies gilt ins
besondere, wenn feldübergreifende Verriegelungen vorgesehen
werden müssen, bei denen zentrale Informationen im Kuppelfeld
vorliegen. Dabei erfolgt dann eine Abfrage vom jeweiligen Ab
zweig zu dem übergeordneten Feldgerät mit Zentralfunktion,
vorliegend Feldgerät 9b.
Wesentlich für die vorliegende Idee ist, daß bezogen auf die
leittechnischen Einrichtungen der Schaltanlage ein hierarchi
scher Aufbau vorgesehen ist, der auch die Busstruktur umfaßt.
Die unterste Bus ebene im Feld wird dabei kostensparend von
einem Eigenbedarfsbus gebildet, bei dem keine zusätzliche
Verdrahtung im Feld vorgesehen werden muß.
Ausgehend vom Innovationstempo in der Elektronik kann davon
ausgegangen werden, daß zukünftig eine erhebliche Erhöhung
der Datenübertragungsraten für derartige Eigenbedarfsbussy
steme zu erwarten ist. Dadurch ist es prinzipiell möglich,
daß in Zukunft sogar der gesamte Datenverkehr einer Anlage
über ein Eigenbedarfsbussystem geführt werden kann. Dies gilt
auch für Daten, Parameter sonstiger Geräte, wobei zeitkriti
schen Funktionen bei der Entwicklung besondere Aufmerksamkeit
gewidmet werden muß.
Claims (7)
1. Schaltanlage (1a, 1b, 1c) für Hoch- oder Mittelspannung mit
einer zentralen Steuereinrichtung (3), mit der über eine er
ste Busleitung (7) eine vorgebbare Anzahl von Feldgeräten (9)
mit jeweiligen ersten Schnittstellen (11) verbunden ist,
- - wobei die Feldgeräte (9) jeweils eine zweite Schnittstelle (13) für eine feldbezogene zweite Busleitung (15) aufweisen, an die die Steuergeräte von Erdungs- und/oder Trennungsschal tern (19a bis 21n) angeschlossen sind,
- - wobei die zweite Busleitung (15) von einer Eigenbedarfslei tung gebildet ist, und
- - wobei an einer vorgebbaren Anzahl von Feldgeräten (9) je weils zumindest ein Leistungsschalter (17) angeschlossen ist.
2. Schaltanlage nach Anspruch 1, wobei der/die Leistungs
schalter (17) über die zweite oder eine dritte Schnittstelle
(13 bzw. 31) an die jeweils zugeordneten Feldgeräte (31) an
geschlossen ist/sind.
3. Schaltanlage nach Anspruch 2, wobei die dritte Schnitt
stelle (13) als Busschnittstelle ausgebildet ist, an die wei
tere Teilnehmergeräte, insbesondere Bedien- und/oder Schutz
geräte, anschließbar sind.
4. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die
dritte Schnittstelle (31) eine höhere Datenübertragungsrate
als die zweite Schnittstelle (13) aufweist.
5. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die
Steuereinrichtungen der jeweiligen Leistungsschalter (17)
eine Baueinheit mit den jeweils zugeordneten Feldgeräten (9)
bilden.
6. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Feldgeräte (9) jeweils eine Schaltfehler-Schutzeinrichtung
(27) umfassen.
7. Schaltanlage nach Anspruch 6, wobei die jeweiligen Schalt
fehler-Schutzeinrichtungen (27) mit den jeweils zugeordneten
Feldgeräten (9) eine Baueinheit bilden.
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