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Einrichtung zur Überwachung von Stromkreisen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Stromkreisen
und liegt insbes auf dem Gebiet der Steurungs- und Diagnosetechnik, bsw. zur Überwachung
von Steuer- oder Signalstromkreisen mit Schützen, Relais, Magnetventilen, Klappen,
Steuermotoren oder sonstvgen elektrischen Verbrauchern.
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Die Funktionsweise elektrischer Verbraucher ist häufig von einem Beobachtungsort
aus nicht unmittelbar erkennbar Zur Erlangung von Rückschlüssen darüber, ob Steuerbefehle
tatsächlich ausgeführt werden, sind verschiedene Methoden bekannt geworden Beispielsweise
können in solchen Stromkreisen, die durch Relais angesteuert werden, Hilfeskontakte
der Relais zur Überwachung herangezogen werden Fehler in einem durch ein Relais
geschalteten Stromkreis, z.B. ein Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung, können
hierdurch jedoch nicht festgestellt werden Die Anwendung ist auf durch Relais oder
Schütze und dgl. gesteuerte Stromkreise beschränkt.
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Es ist bekannt, den Strom in Stromkreisen durch in die Stromkreise
eingefügte Stromwandler zu messen und damit Aufschluß über den Betriebszustand der
elektrischen Verbraucher zu erlangen. Diese Methode ist jedoch in vielen Fällen
wegen der relativ hohen Stromwandler- und Signalaufbereitungskosten unwirtschaftlich.
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Durch Messen des Spannungsabfalles eines im Stromkreis befindlichen
Widerstandes kann ebenfalls der Strom im Stromkreis überwacht werden. Auch hier
ist die Signalaufbereitung relativ aufwendig. Darüberhinaus ist in nachteiliger
Weise der Überwachungskreis mit dem zu überwachenden Stromkreis galvanisch verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Überwachung von
Stromkreisen zu schaffen, die eine unmittelbare Überwachung der in den Stromkreisen
fliessenden Ströme ermöglicht und die eingangs genannten Nachteile vermeidet.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe für eine Einrichtung zur
Überwachung von Stromkreisen dadurch, daß in wenigstens einem Stromkreis wenigstens
ein Stromrelais angeordnet ist, dessen Schaltkontaktanschlüsse galvanisch vom Stromkreis
getrennt sind und welches bei Über- bzw. Unterschreiten eines Stromwertes des Stromkreises
eine Schaltfunktion ausführt, und daß die Schaltkontaktanschlüsse mit einer Steuer-
und/oder Auswerteeinrichtung verbunden sind.
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Durch diese Anordnung kann überprüft werden, ob in dem Stromkreis
ein Strom fließt und ob dieser vorgegebene Werte über- oder unterschreitet. Einen
Kurzschluß im Stromkreis, z.B. durund/ch Überbrückung des Verbrauchers, oder eine
Leitungsunterbrechung im Stromkreis
kann eine Schaltfunktion auslösen
und die Störung an die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung melden.
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Liegt der Strom in dem Stromkreis innerhalb vorgegebener Werte, so
kann in der Regel davon ausgegangen werden, daß der Verbraucher störungsfrei arbeitet.
Bei Auswahl geeigneter Stromrelais können die Stromschaltschwellen sehr genau vorgegeben
werden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung tritt besonders bei Überwachungseinrichtungen
für solche Stromkreise hervor, die durch eine Steuer- und Auswerteeinheit gespeist
werden. Die Stromüberwachung der Steuerleitungen erfolgt noch innerhalb der Steuer-
und Auswerteeinrichtung. Es sind neben den Steuerleitungen keine zusätzlichen Leitungen
zwischen der Steuer- und Auswerteeinrichtung und den Verbrauchern notwendig, so
daß sich bei räumlicher Trennung zwischen Steuer- und Auswerteeinrichtung und den
d@n Verbrauchern im Vergleich zu Lösungen, bei denen an den Verbrauchern
Kontrollorgane, z.B. Hilfskontakte angebracht sind, Einsparungen an Material und
Arbeitsaufwand ergeben.
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Durch die galvanische Trennung von Stromkreis und Überwachungskreis
wird eine gegenseitige Beeinflußung vermieden0 In vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung sind im Stromkreis zwei Stromrelais in Reihe geschaltet, wobei das eine
Stromrelais bei einem unteren Stromschwellwert und das andere Stromrelais bei einem
oberen Stromschwellwert seinen Schaltzustand ändert Auf diese Weise können selektiv
Fehler in Strompfaden auf Grund Unterbrechung oder Kurzschluß erkannt werden.
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Vorzugsweise enthält die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine elektronische
Signalverarbeitung bsw. einen Mikrorechner. Einerseits können durch den Einsatz
von Mikrorechnern sehr viele Steuerungsaufgaben komfortabel und preiswert gelöst
werden. Die Umsetzung der Rechnerbefehle in Schalthandlungen bedarf dabei der Komponenten
wie Schütze und Relais etc., die ihrerseits die Verbraucher ansteuern. Darüber hinaus
kann der Mikrorechner auch die Auswertung der Überwachungssignale übernehmen, die
durch die erfindungsgemäße Einrichtung bereitgestellt werden. Bei geeigneter Programmierung
veranlaßt der Mikrorechner die Ausgabe von Überwachungssignalen und im Störungsfall
ggf. die Durchführung von Notprogrammen, die einen weiteren Betrieb der Anlage ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung optische
und/oder akustische Signale auslösen, die über den jeweiligen Schaltzustand des
oder der Stromrelais und damit auch über den Betriebsstrom des Verbrauches Auskunft
geben. Hierdurch kann der Betriebszustand sowie Störungen einer Anlage zur Anzeige
gebracht werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in geeigneter Weise ergänzt
werden, in dem die Steuer- und Auswerteeinrichtung einen Speicher aufweist, der
Überwachungssignale speichert und auf Abruf den Betriebszustand und/oder Störungen
zur Anzeige bringt. Die Ausgabe der Betriebskenndaten kann bsw. bei Abruf durch
das Bedienungspersonal sequentiell in codierter Form über ein Ausgabegerät erfolgen.
Nach Abruf wird der Speicher gelöscht und während des Betriebs durch neue Betrieb-und
Stördaten belegt.
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Erfindungsgemäß kann das Stromrelais im wesentlichen durch einen im
Stromkreis liegenden Widerstand, einem hierzu parallel geschalteten lichtmittierenden
Sender und einem im Beleuchtungsfeld des Senders liegenden lichtempfindlichen Empfänger,
der bei Überschreiten einer vorgegebenen Belauchtungsstärke eine Schalt funktion
ausführt, gebildet sein. Solch ein optoelektro nisches Koppelelement dient vorwiegend
der galvanischen Trennung des Stromkreises und des Überwachungskreises.
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Der im Stromkreis liegende Widerstand kann so bemessen werden, daß
bei Überschreiten eines Stromschwellwertes der Spannungsabfall über dem Widerstand
ausreicht 7 um am lichtemittierenden Sender (z.B. eine Leuchtdiode) eine Beleuchtungsstärke
hervorzurufen, die den lichtempfind, lichen Empfänger (z.B. ein Fototransistor)
zu einer Schalthandlung veranlaßt.
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Insbesondere hei niederohmigen Verbraucherstromkreisen ist es vorteilhaft,
das Stromrelais aus einer im Strom kreis liegenden Magnetspule sowie einem im Bereich
des Magnetfeldes der Magnetspule liegenden Schaltelement, dessen Schaltzustand durch
das Magnetfeld beeinflußt ist, auszubilden. Hier ist es von besonderem Vorteil2
wenn das Schaltelement aus zwei lamellenförmig ausge bildeten Kontakten aus magnetischem
Material besteht.
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Die Kontakte werden vorzugsweise im Inneren der Magnet spule angeordnet.
Bei Auftreten eines Magnetfeldes schließt sich der Magnetfluß über die heiden Lamellen,
die dadurch wie gegensätzliche Magnetpole aneinandergezogen werden. Durch Auslegung
der Spulendimension und Spulenwindungszahl und durch Bemessung der Federkraft der
Lamellen kann der Auslösestromwert des Schaltelementes eingestellt werden. Sollen
in einem Stromkreis z.B.
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zwei Stromschwellwerte überwacht werden, so läßt sich dies durch zwei
hintereinandergeschaltete Magnetspulen
unterschiedlicher Windungszahl,
in denen sich zwei gleiche Reedkontakte befinden, realisieren.
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In vorteilhafter Weise läßt sich in dem Magnetfeld der Magnetspule
ein Schaltelement anordnen, das aus einem Hall-Effekt-Sensor mit einer nachgeschalteten
Elektronik, die einerseits als Konstantstromquelle für den Hall-Querstrom dient
und andererseits die Hall-Spannung in magnetfeldabhängige Schaltzustandssignale
überträgt, besteht. Derartige Hall-Effekt-Sensoren mit nachgeschalteter Elektronik
sind als integrierte Bausteine erhältlich.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen näher erläutert werden.
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Es zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einer Einrichtung
zur Überwachung eines Stromkreises und Fig.2 Signaldiagramme.
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In der Fig. 1 ist ein Stromkreis 10 dargestellt, in dem sich eine
Spannungsquelle 11 ein Verbraucher 12 eine Kontaktstelle 13 sowie zwei Widerstände
iL', 15 befinden.
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Der Strom I im Stromkreis ist durch einen Pfeil symbolisiert Die Kontaktstelle
13 ist Teil eines Steuerrelais 16 welches über Steuerleitungen 17 mit einer Steuer-
und
Auswerteeinrichtung 18 verbunden ist. Soll der Verbraucher
12 eingeschaltet werden, so sendet die Steuer-und Auswerteeinrichtung 18 über die
Steuerleitungen 17 einen Befehl an das Steuerrelais 16, welches seine Kontaktstelle
13 schließt. Der Stromkreis 10 ist damit geschlossen, so daß ein Strom I durch den
Verbraucher 12 fließt. über den Widerständen 14, 15 fällt jeweils eine Spannung
ab.
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Parallel zu den Widerständen 14, 15 ist jeweils eine Leuchtdiode 19,
20 geschaltet. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Spannungsabfall über dem Widerstand
14, 15 sendet die Leuchtdiode 19, 20 Licht aus, was durch Zick-Zack Pfeile dargestellt
ist. Das Licht tritt auf jeweils eine lichtempfindliche Fläche eines Fototransistors
21, 22 auf. Bei ausreichender Beleuchtungsstärke schaltet der Fototransistor 21,
22 durch. Über Schaltkontaktanschlüsse 23, 24 wird der Schaltungszustand des Fototransistors
21, 22 an die Steuer- und Auswerteinrichtung 18 übermittelt.
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Das System von Leuchtdiode 19, 20 und Fototransistor 21, 22 ist in
einer durch strichlierte Linien angedeuteten Baueinheit als Schaltelement 25, 26
zusammengefaßt. Das Schaltelement 25, 26 stellt in Verbindung mit dem Widerstand
14, 15 ein Stromrelais dar.
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Die beiden dargestellten Schaltelemente 25, 26 sind identisch. Die
beiden Widerstände 14, 15 weisen jedoch unterschiedliche Widerstandswerte auf, so
daß bei gleichem Strom 1 im Stromkreis unterschiedliche Spannungen an den beiden
Schaltelementen 25, 26 anliegen.
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Daher sprechen die beiden Schaltelemente 25, 26 bei unterschiedlichen
Stromwerten I an. Der Widerstand 14 ist derart bemessen, daß das Schaltelement 25
bei einem
unteren Stromschwellwert Imin anspricht. Hierdurch kann
überwacht werden, ob der Stromkreis 10 von Strom I durchflossen wird. Der Widerstand
15 ist derart ausgelegt, daß das Schaltelement 26 bei einem oberen Stromschwellwert
Imax anspricht. Hierdurch wird eine Kurzsehlußstromtlherwachung im Stromkreis 10
vorgenommen.
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Durch die Fig. 2 sollen die Schaltzustände der beiden Schaltelemente
25, 26 dargestellt werden. In einem oberen Diagramm ist der Strom I im Stromkreis
10 als konstant ansteigende Funktion über der Zeit t dargestellt. Darunter sind
zwei Schaltfunktionen U1 und U2 über die Zeit Z dargestellt, wobei U1 den Schaltzustand
des Schaltelementes 25 und U2 den Schaltzustand des Schaltelementes 26 charakterisiert.
Es ist ersichtlich, daß, sobald der Strom I einen unteren Stromschwellwert Imin
übersteigt, das Schaltelement 2S eine Schaltfunktion U1 ausführt. Übersteigt der
Strom 1 einen oberen Stromschwellwert Imax, so führt auch das Schaltelement 26 eine
Schalfunktion U2 aus.
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In der Fig. 1 ist ferner ein BedienungsDult 27 dargestellt, welches
über Zuleitungen 28 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 verbunden ist. Auf
dem Bedienungspult 27 befinden sich nicht dargestellte Signallampen die über den
Schaltungszustand der Schaltelemente 25, 26 Auskunft geben. Es können drei Schaltzustände
angezeigtwerden: a) Schaltelement 25 und 26 sind nicht betätigt. Dies bedeutet,
sofern die Kontaktstelle 13 geschlossen ist, daß eine Leitungsunterbrechung im Stromkreis
10, z.B.
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wurden Anschlußstecker des Verbrauchers nicht eingesteckt, vorliegt.
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b) Lediglich das Schaltelement 25 ist betätigt. Der Verbraucher wird
mit Betriehsstrom versorgt.
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c) Die Schaltelemente 25 und 26 sind betätigt. Dies bedeutet, daß
im Stromkreis ein Überstrom, z.B. in Folge eines Kurzschlußes, fließt.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Verbraucher 12 kann ein Schütz, ein
Relais oder ein anderes Schaltelement sein, das seinerseits einen Stromkreis schaltet.
Es kann sich bei dem Verbraucher 12 auch um ein Magnetventil, eine Klappe einen
Steuermotor oder einen sonstigen elektrischen Verbraucher handeln.
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Die in der Fig 1 dargestellten Stromrelais, bestehend aus je einem
Widerstand 14, , 15 und einem optoelektrischen Schallelement 25, 26 können erfindungsgemäß
durch Reedkontakte oder Hall-Effekt-Sensoren ersetzt werden
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