DE3153749C2 - Trennschalter mit Testmöglichkeiten - Google Patents
Trennschalter mit TestmöglichkeitenInfo
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- DE3153749C2 DE3153749C2 DE3153749A DE3153749A DE3153749C2 DE 3153749 C2 DE3153749 C2 DE 3153749C2 DE 3153749 A DE3153749 A DE 3153749A DE 3153749 A DE3153749 A DE 3153749A DE 3153749 C2 DE3153749 C2 DE 3153749C2
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- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Trennschalter nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
In industriellen und kommerziellen Anwendungsgebieten finden Leistungsschalter
zum Schützen elektrischer Leitungen und daran angeschlossener
Geräte vor Beschädigungen aufgrund zu starker Ströme weitverbreitete
Anwendung. Wenngleich Leistungsschalter anfänglich als direkter Ersatz
für Sicherungen verwendet wurden, wurde von ihnen nach und nach gefordert,
kompliziertere Schutzaufgaben zu erfüllen als diejenige, eine Stromunterbrechung
herbeizuführen, wenn der Stromfluß einen bestimmten
Pegel überschreitet. Es wurden differenziertere Zeit/Strom-Auslösekennlinien
vorgesehen, indem z. B. ein Leistungsschalter bei großer Überlast rasch öffnen
und bei geringeren Lastströmen jedoch verzögert
unterbrechen sollte, wobei die Verzögerungszeit etwa umgekehrt proportional dem Grad der Überlast ist. Weiterhin wurde von Leistungsschaltern
gefordert, bei Erfassung von Erdschlußströmen eine Unterbrechung
herbeizuführen. Mit dem Ansteigen der Komplexität elektrischer
Verteilungsschaltungen wurden die Steuerteile von
Leistungsschaltern miteinander verbunden, um Selektivität und Koordinierungsmöglichkeiten
zu schaffen. Hierdurch hatte der Systemingenieur die Möglichkeit, die
Reihenfolge festzulegen, in der die verschiedenen Leistungsschalter
unter speziellen Fehlerbedingungen abschalten.
Gegen Ende der 60iger Jahre wurden elektronische Festkörper-Steuerschaltungen
für die Verwendung in Hochleistungs-Niederspannungs-Leistungsschaltern
entwickelt. Diese Steuerschaltungen nahmen Funktionen wahr,
wie das sofortige und verzögerte Auslösen oder Abschalten, was bisher
durch magnetisch und thermisch arbeitende Mittel ereicht wurde. Die
verbesserte Genauigkeit und Flexibilität der elektronischen Festkörper-
Steuerschaltungen waren Ursache für
deren Verbreitung, wenngleich die elektronischen Steuerschaltungen teurer
waren als ihre mechanischen Gegenstücke.
Die ersten elektronischen Steuerschaltungen machten Gebrauch von diskreten
Bauteilen, wie z. B. Transistoren, Widerständen und Kondensatoren. Jüngere
Anordnungen besaßen integrierte Schaltkreise, die zu einer verbesserten
Produktleistung bei etwas verminderten Kosten führte.
Der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrundeliegende Stand der Technik ist
durch die EP-A 5 324 bekannt und offenbart einen Trennschalter, dessen Trennfunktionen
von einem Mikroprozessor entsprechend den aufgenommenen Strömen
und einer vorprogrammierten Kennlinie gesteuert ist. Eine Testeinrichtung ist
nicht vorgesehen.
Die Zeitschrift "IEEE Transactions on Power Apparatus Systems", No. 1,
Jan./Feb. 1980, Seiten 341 bis 351, beschreibt ein Schutzsystem für eine Verteileranlage
SDCS-1, bei der auch ein Test der Schutzfunktionen softwaremäßig
durchgeführt wird. Das Abschalten wird dabei nur simuliert. Es ist keine Gewähr
dafür gegeben, daß im Fehlerfall die Abschaltung auch tatsächlich stattfindet.
Da die Energiekosten weiter rasch ansteigen, besteht ein wachsendes
Interesse an der wirksamen Steuerung des Verbrauchs elektrischer
Energie durch Schaffung höher entwickelter elektrischer Verteilungsschaltungen.
Es wird daher ein Leistungsschalter benötigt, der eine
komplexere Analyse elektrischer Bedingungen in einem zu schützenden
Schaltkreis und noch bessere Möglichkeiten zur Koordination mit anderen
Schaltern bietet. Wie stets, ist es in hohem Maße wünschenswert,
diese Möglichkeiten bei den gleichen oder geringeren Kosten zu schaffen.
Leistungsschalter der erwähnten Art besitzen
eine komplexe Elektronik, so daß nicht sicher ist, daß immer ein zuverlässiger
Betrieb des Trennschalters gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Trennschalter der beschriebenen Art zu
schaffen, der einen sicheren Betrieb gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch einen Trennschalter nach dem Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist
der Trennschalter eine Anordnung zur Durchführung eines Tests auf, bei dem
ein simulierter Fehlerstromwert mit der Zeit/Strom-Auslösekennlinie verglichen
wird. Dies ist erfindungsgemäß möglich, ohne daß der normale Betrieb des
Trennschalters unterbrochen wird. Ein erfindungsgemäßer Trennschalter erlaubt
also eine einfache Testmöglichkeit. Durch die Möglichkeit, den Test so
durchzuführen, daß der normale Betrieb des Trennschalters nicht unterbrochen
wird, können Tests sehr häufig durchgeführt werden, was automatisch zu einem
sicheren Betrieb durch Überwachung führt. Beim erfindungsgemäßen Trennschalter
kann die Wirkungsweise nicht nur simuliert, sondern auch ein Testbetrieb durchgeführt
werden, bei dem eine Auslösung der Trennvorrichtung erfolgt. Weiter
kann der erfindungsgemäße Trennschalter auch manuell getestet werden. Der
Test befindet sich immer unter der Kontrolle des Menschen statt eines Computers,
der aufgrund von Programm- oder Systemfehlern möglicherweise ermittelt,
daß der Schutzschaltkreis noch in Ordnung ist, wenn dies längst nicht mehr der
Fall ist.
Beide genannten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Trennschalters erhöhen
die Sicherheit. Durch die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Trennschalter auch
mit simulierten Testströmen auslösen zu lassen, wird auch die Elektromechanik
mitgeprüft. Die direkte Kontrolle durch den Menschen deckt Unwägbarkeiten
auf, wie sie beispielsweise auftreten können, wenn das System gemäß dem
Stand der Technik mit einer geänderten Software betrieben wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen
aufgeführt. Danach besitzt der erfindungsgemäße Trennschalter eine Einrichtung
zum Einleiten eines simulierten Fehlerstroms und Mittel zum Spezifizieren der
Stärke des invertierten Fehlerstroms. Die Auslöseeinheit vergleicht dann den
Wert des simulierten Fehlerstroms mit der Zeit/Strom-Auslösekennlinie und
simuliert eine Auslöseoperation entsprechend der Kennlinie. An einer
Ergebnisanzeige kann eine Bedienungsperson das Ergebnis des Testvergleichs
ablesen.
Da in Abhängigkeit des Stromes verschiedene Zeiten ablaufen, ist es zweckmäßig,
auch Vorrichtungen zur Anzeige des Testendes vorzusehen. Ein
erfindungsgemäßer Trennschalter testet so die Elektronik bis zu dem
Auslösemechanismus, der die Zuleitung vom Stromversorgungsnetz her
unterbricht. Um auch diesen Auslösemechanismus testen zu können, sieht eine
Weiterbildung auch vor, das durch den Test simulierte Fehlersignal dazu zu
benutzen, eine tatsächliche Auslösung der Trennvorrichtung herbeizuführen.
Diese zusätzliche Betriebsart wird durch Schalten eines Schalters ermöglicht.
Weitere Vorteile und Erfindungen ergeben sich auch aus der Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Ansprüchen und
der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters;
Fig. 2 ein funktionelles Blockdiagramm des Leistungsschalters gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm eines typischen elektrischen Verteilungssystems
unter Verwendung von Leistungsschaltern der in Fig. 1
dargestellten Art;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Zeit/Strom-Auslösekennlinie
des Leistungsschalters gemäß Fig. 1, dargestellt im doppeltlogarithmischen
Maßstab;
Fig. 5 eine detaillierte Vorderansicht der Frontplatte der Auslöseinheit
des Leistungsschalters gemäß Fig. 1 und 2;
Fig. 5A ein Blockdiagramm des in Fig. 2 gezeigten Mikrocomputers;
Fig. 6 ein detailliertes schematisches Diagramm des Frontplatten-
Anzeigesystems gemäß Fig. 5;
Fig. 7 ein detailliertes schematisches Diagramm des Parameter-
Eingabesystems gemäß Fig. 2;
Fig. 8 ein detailliertes schematisches Diagramm der Bauartnummer-
Kennzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 2;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm der Fernanzeige und Spannungs
versorgung gemäß Fig. 2;
Fig. 10 ein Wellenformdiagramm, das an verschiedenen Stellen der
Fernanzeige und Spannungsversorgung gemäß Fig. 9 auftretende
Größen zeigt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm der in Fig. 2 dargestellten System-
Spannungsversorgung;
Fig. 12 ein schematisches Diagramm der in Fig. 11 dargestellten
System-Spannungsversorgung;
Fig. 13 ein Impulsdiagramm, das die an verschiedenen Stellen der
System-Spannungsversorgung gemäß Fig. 11 und 12 auftretenden
Schaltpegel zeigt;
Fig. 14 ein schematisches Diagramm des Daten-Eingabe/Ausgabe-
Systems und der Spannungsversorgung gemäß Fig. 2;
Fig. 15 ein Impulsdiagramm, das an verschiedenen Stellen des Systems
gemäß Fig. 14 auftretende Wellenformen darstellt;
Fig. 16 ein schematisches Diagramm einer Schaltung für die Hardware-
Initialisierung bei Netzeinschaltung und für automatisches
Rücksetzen;
Fig. 17 ein Flußdiagramm der in dem Lesespeicher des in Fig. 2
dargestellten Mikrocomputers gespeicherten Haupt-Befehlsschleife,
Fig. 18 ein Flußdiagramm der ersten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 19 ein Flußdiagramm der zweiten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 20 ein Flußdiagramm der dritten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 21 ein Flußdiagramm der vierten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 22 ein Flußdiagramm der fünften Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 23 ein Flußdiagramm der sechsten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 24 ein Flußdiagramm der siebten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 25 ein Flußdiagramm der achten Funktion der in Fig. 17 gezeigten
Haupt-Befehlsschleife;
Fig. 26 ein Flußdiagramm des gemeinsamen Anzeige-Unterprogramms
gemäß Fig. 17;
Fig. 27 ein Flußdiagramm des Auslöse-Unterprogramms gemäß Fig. 17;
und
Fig. 28 ein Flußdiagramm des Unterprogramms zum Erhalten von
Einstellwerten von den Potentiometern gemäß Fig. 5.
Bevor die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wird,
mag es hilfreich sein, im einzelnen die Funktion eines Leistungsschalters
in einem elektrischen Energieverteilungssystem zu erläutern. Fig. 3
zeigt ein typisches elektrisches Verteilungssystem. Über Leistungsschalter
50, 52 und 54 werden mehrere elektrische Lasten 48 von einer von
zwei elektrischen Energiequellen 56 und 58 gespeist. Bei den Quellen 56
und 58 kann es sich um an eine elektrische Hochspannungsleitung angeschlossene
Transformatoren, einen dieselgetriebenen Notgenerator oder
um eine Kombination dieser Elemente handeln. Die von der ersten
Quelle 56 abgegebene Leistung gelangt durch einen ersten Haupt-
Leistungsschalter 50 zu mehreren Verzweigungs-Leistungsschaltern 60-66.
In ähnlicher Weise gelangt Leistung von der zweiten Quelle 58 über
einen zweiten Haupt-Leistungsschalter 52 zu einer zweiten Gruppe von
Verzweigungs-Leistungsschaltern 68-74. Alternativ kann Leistung von
entweder der Quelle 56 oder der Quelle 58 über den Verbindungs-
Leistungsschalter 54 an die Verzweigungs-Leistungsschalter der jeweils
gegenüberliegenden Seite geliefert werden. Im allgemeinen sind Haupt-
und Verbindungs-Leistungsschalter 50, 52 und 54 derart miteinander koordiniert,
daß keine Verzweigungsschaltung gleichzeitig von zwei Quellen
gespeist wird. Die Leistungsfähigkeit der Haupt- und Verbindungs-
Leistungsschalter 50, 52 und 54 ist für gewöhnlich größer als die der
Verzweigungs-Leistungsschalter.
Sollte beispielsweise am Punkt 76 eine Störung auftreten (ein anormal
starker Stromfluß), ist es wünschenswert, daß dieser Zustand von dem
Verzweigungs-Leistungsschalter 62 erfaßt wird, so daß dieser Schalter
rasch auslöst oder öffnet, um die Störung von jeder elektrischen Energiequelle
zu trennen. Die Störung am Punkt 76 kann ein großer Überstrom
sein, der z. B. durch einen Kurzschluß zwischen zwei Phasenleitern des
Schaltkreises verursacht wird, oder es kann sich um eine Überlastung
handeln, die nur geringfügig über der Nennleistung des Leistungsschalters
liegt, und die durch einen blockierten Motor verusacht wird. Andererseits
kann es sich um eine Störung durch Erdschluß handeln, verursacht durch
das Durchschlagen der Isolation eines der Leiter, so daß ein relativ
kleiner Stromfluß zu einem auf Erdpotential liegenden Gegenstand
fließen kann. In jedem Fall würde die Störung auch durch die Haupt-
oder Verbindungs-Schalter 50, 52 oder 54 erfaßt werden, durch die die
von dem Verzweigungs-Leistungsschalter 52 geführte Leistung zum Zeitpunkt
der Störung fließt. Es ist jedoch wünschenswert, daß nur der
Verzweigungs-Leistungsschalter 52 zum Abtrennen der Störung von der
elektrischen Energiequelle arbeitet, nicht aber die Haupt- oder Verbindungsschalter.
Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn der Haupt-
oder Verbindungs-Leistungsschalter ausgelöst wird, ein Netzausfall
bei mehr als nur der an der Verzweigungs-
Leistungsschalter angeschlossenen Last auftreten würde,
bei der die Störung aufgetreten
ist. Es ist daher wünschenswert, daß die Haupt- und Verbindungsschalter
50, 52 und 54 eine längere Verzögerungsdauer nach der Erfassung
einer Störung aufweisen, bevor sie eine Auslösung einleiten.
Die Koordinierung der Verzögerungszeiten unter den Haupt-, Verbindungs-
und Verzweigungs-Leistungsschaltern für verschiedene Störungsursachen
ist der Hauptgrund dafür, daß höher entwickelte Steuerungen für eine
Auslöseeinheit erforderlich sind.
Um in der oben erläuterten Weise die Koordinierung der Leistungsschalter
untereinander zu erreichen, müssen für jeden Leistungsschalter Zeit/-
Strom-Auslösekennlinien spezifiziert werden. Leistungsschalter
nach dem Stand der Technik haben ähnliche Kennlinien wie in Fig. 4 dargestellt ist, wobei beide
Achsen logarithmischen Maßstab aufweisen. Wenn die Stromstärke unter
dem maximal zulässigen Nenn-Dauerstrom des Leistungsschalters liegt,
bleibt der Schalter geschlossen. Wenn der Strom jedoch
stärker wird, ist es an irgendeiner Stelle, beispielsweise am Punkt
300 in Fig. 4, wünschenswert, daß der Leistungsschalter auslöst, d. h.
abschaltet, falls dieser Überlastungsstrom über einen längeren Zeitraum
hinweg andauert. Sollte der Strom entsprechend dem maximal zulässigen
Nenn-Dauerstrom dauernd fließen, so wird, wie in Punkt 300 in
Fig. 4 zu erkennen ist, der Leistungsschalter nach etwa 60 Sekunden
auslösen.
Bei etwas höheren Stromstärken ist die Auslösezeit für den Schalter etwas
kürzer. Bei dem 1,6fachen des maximalen Dauerstroms beispielsweise
(vgl. 302 in Fig. 4) schaltet der Leistungsschalter nach etwa 30 Sekunden
ab. Der Abschnitt der Kurve zwischen den Punkten 300 und 304 ist als
Kennlinienteil mit langer Verzögerung oder als thermischer Kennlinienteil
des Schalters bekannt, da diese Kennlinie bei herkömmlichen Leistungsschaltern
durch ein Bimetallelement erhalten wurde. Es ist wünschenswert,
daß sowohl die Stromschwelle bei der der Abschnitt langer Verzögerung beginnt,
als auch die Auslösezeit, die für irgendeinen Punkt in diesem Abschnitt
erforderlich ist, einstellbar sind. Diese Parameter sind als Ansprechwert
für lange Verzögerung, bzw. als lange Verzögerungszeit bekannt
und in der Zeichnung durch Pfeile 306 bzw. 309 kenntlich gemacht.
Bei starken Überstrompegeln, beispielsweise beim 12fachen des maximalen
Dauerstroms und darüber, ist es wünschenswert, daß der Leistungsschalter
so rasch wie möglich abschaltet. Diese Stelle 312 in der Kennlinie
ist als "Sofort"- oder magnetischer Auslösepegel bekannt, da bei her
kömmlichen Leistungsschaltern ein in Serie mit den Kontakten liegender
Elektromagnet verwendet wurde, um ein möglichst rasches Ansprechen
zu erzielen. Der Ansprechwert für sofortige Auslösung ist für gewöhnlich
einstellbar, wie durch den Pfeil 314 angedeutet ist.
Zur Unterstützung der Koordinierung von Leistungsschaltern innerhalb
eines Verteilungssystems besitzen moderne Leistungsschalter zusätzlich
einen Kennlinienteil 316 für kurze Verzögerung. Dieser Kennlinienteil
liegt zwischen den Abschnitten für lang verzögerte Auslösung und sofortige
Auslösung. Die vorliegende Erfindung gestattet die Einstellung
sowohl des Ansprechwertes für kurze Verzögerung als auch der kurzen
Verzögerungszeit, die durch die Pfeile 314 und 320 angedeutet ist.
Unter gewissen Bedingungen ist es wünschenwert, daß die Auslösezeit
in dem Abschnitt kurzer Verzögerung auch umgekehrt zum Quadrat der
Stromstärke variiert. Dies ist als I²t-Kennlinie bekannt, was in Fig. 4
durch die gestrichelte Linie 310 angedeutet ist.
Im folgenden wird Bezug genommen auf die Zeichnung, in der gleiche
Bezugszeichen entsprechende Bauteile bezeichnen. Fig. 1 und 2 zeigen
eine perspektivische Ansicht bzw. ein funktionelles Blockdigramm eines
erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 in einem gegossenen Gehäuse.
Wenngleich der Trennschalter 10 ein dreiphasiger Leistungsschalter
ist, der bei einem dreiphasigen elektrischen
Schaltkreis verwendet wird, so ist die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt.
Erfindungsgemäß könnte auch ein einphasiger Schaltkreis oder eine
andere Art von Mehrphasenschaltkreis verwendet werden. An Eingangsanschlüsse
12 ist eine Energiequelle, wie z. B. ein Transformator oder
eine Schalttafel-Sammelschiene angeschlossen, an die Ausgangsanschlüsse
14 ist eine elektrische Last angeschaltet.
Die die Anschlüsse 12 und 14 verbindenden internen Anschlußleitungen 16 stehen außerdem in Verbindung
mit Trennkontakten 18, die zum selektiven Öffnen und Schließen
eines elektrischen Schaltkreises durch den Leistungsschalter in Abhängigkeit
von manuell oder automatisch eingeleiteten Befehlen öffnen und
schließen. Die Kontakte 18 werden mechanisch von einer Auslösemechanik
20 betätigt, die auf manuell oder automatisch gegebene Befehle anspricht,
um die Kontakte 18 zu öffnen oder zu schließen.
Jede der internen, auch als Phasenleiter 16 bezeichneten Anschlußleitungen ist von einem Stromwandler 24 umgeben,
der den Pegel des Stromflusses durch den Leiter 16 ermittelt.
Das Ausgangssignal der Stromwandler 24 gelangt zusammen mit dem
Ausgangssignal eines Stromwandlers 28, der den Pegel des in dem Schaltkreis
fließenden Erdstroms erfaßt, zu einer Auslöseeinheit 26. Die Auslöseeinheit
26 überwacht permanent den Pegel der in dem Schaltkreis,
an den der Schalter 10 angeschlossen ist, fließenden Phasen- und Erd
schlußströme und gibt ein Befehlssignal an eine den Mechanismus 20
betätigende Auslösespule 22, um die Kontakte 18 immer dann zu öffnen,
wenn elektrische Bedingungen in dem zu schützenden Schaltkreis vorbestimmte,
in der Auslöseeinheit 26 gespeicherte Grenzwerte überschreiten.
Unter normalen Betriebsbedingungen kann der Mechanismus 20 durch
manuell über eine Handbetätigungsvorrichtung 32 gegebene Befehle veranlaßt
werden, die Kontakte 18 zu öffnen und zu schließen. In Fig. 1
sieht man, daß der Leistungsschalter 10 ein gegossenes Isolierstoffgehäuse
34 aufweist. Die Anschlüsse 12 und 14 befinden sich auf der
Rückseite des Gehäuses 34 und sind daher in Fig. 1 nicht zu sehen.
Auf der rechten Seite des Gehäuses 34 ist ein Handgriff 36 angebracht,
mittels dessen eine Bedienungsperson eine (nicht gezeigte) Feder in der
Auslösemechanik 20 spannen kann. Die Handbetätigungsvorrichtung 32 befindet
sich in der Mitte des Gehäuses 34. Fenster 38 und 40 lassen
den Spannzustand der Feder bzw. die Stellung der Kontakte 18 erkennen.
Ein Druckknopf 42 ermöglicht es der Bedienungsperson, einen internen
Elektromotor in Gang zu setzen, um die Feder entsprechend der Hand
betätigung mittels des Handgriffs 36 zu spannen. Mittels eines Druckknopfes
44 kann die Bedienungsperson bewirken, daß die Feder die
Auslösemechanik 20 betätigt, um die Kontakte 18 zu schließen. In ähnlicher
Weise ermöglicht ein Druckknopf 46 der Bedienungsperson, die Feder
und die Mechanik zu veranlassen, die Kontakte 18 zu öffnen.
Die Frontplatte der Auslöseeinheit 26 liegt auf der linken Seite des Gehäuses
34, wie man in Fig. 1 erkennt. Diese Frontplatte ist im einzelnen
in Fig. 5 dargestellt und enthält mehrere Anzeigelampen, Potentiometer,
numerische Anzeigevorrichtungen sowie Schalter, die der Bedienungsperson
ermöglichen, die elektrischen Parameter des zu schützenden Schaltkreises
und die derzeit in die Auslöseeinheit eingegebenen Grenzwerte
abzulesen und neue Grenzwerte einzugeben, falls dies erwünscht ist.
Ein Leistungssteckeinsatz 78 wird in die Fronttafel der Auslöseeinheit
26 eingeschoben, wodurch der maximale Dauerstrom bestimmt ist, der
durch den von dem Leistungsschalter zu schützenden Schaltkreis fließen
darf. Dieser kann kleiner als die tatsächliche Leistung des Schalters sein,
welche als System- oder Rahmengröße bekannt ist. Beispielsweise kann
die Systemgröße des Leistungsschalters 1600 Ampere betragen; nach der Installation
des Leistungsschalters verbraucht aber der zu
schützende Schaltkreis vielleicht nur 1000 Ampere. Daher kann ein
Leistungssteckeinsatz in die Auslöseeinheit eingesetzt werden, der sicherstellt,
daß der zulässige maximale Dauerstrom, der durch den Schalter
fließen darf nur 1000 Ampere beträgt, selbst wenn der Leistungsschalter
selbst in der Lage ist, 1600 Ampere sicher zu übertragen.
Oben rechts an der Frontplatte der Auslöseeinheit ist eine Buchse 132 für
eine Hilfs-Wechselspannungsquelle vorgesehen.
Diese Buchse wird dazu verwendet, dem Schaltkreis der Auslöseeinheit
eine Hilfs-Wechselspannung als Betriebsspannung zuzuführen (separat
von dem zu schützenden elektrischen Schaltkreis).
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Auslösespule 22 über eine Leitung 136
von der Spannungsversorgung 144 gespeist wird. Der Stromfluß durch
die Auslösespule wird von einer nicht verriegelnden Schaltanordnung
gesteuert, wie z. B. einem schaltenden Feldeffekttransistor 192, der durch
die Hauptschaltung der Auslöseeinheit betätigt wird. Die Verwendung
eines nicht verriegelnden Schalters anstelle eines gesteuerten Silicium
gleichrichters (SCR) oder einer anderen Art von Schaltgerät gemäß dem
Stand der Technik schafft verbesserten Schutz vor Störungen.
Der Leistungsschalter 10 enthält weiterhin drei parellel geschaltete,
normalerweise geöffnete thermisch aktivierte Schalter 141, die bezüglich
des FET 192 parallel geschaltet sind. Diese Schalter sind körperlich
auf den Leitungen 16 in der Nähe der Kontakte 18 montiert, auf jeder
Anschlußleitung 16 ist ein Schalter vorgesehen.
Jeder Schalter enthält ein Bimetallelement, welches die Schalterkontakte
schließt, wenn die Temperatur des zugehörigen Leiters auf 150°C ansteigt,
und zurücksetzt, wenn die Leitertemperatur unter 130°C abfällt.
Wenngleich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bimetallschalter
verwendet wird, können auch andere Arten thermisch aktivierter
Schalter Anwendung finden, beispielsweise können Thermistoren auf dem
Leiter montiert werden. Alternativ können auch Strahlungsfühler Anwendung
finden. Infrarotdetektoren könnten die an den Kontakten oder
Leitern erzeugte Wärme erfassen, während Ultraviolett- oder HF-Dektektoren
die Strahlung aufnehmen könnten, die durch Lichtbögen an Kontakten oder
Anschlüssen entstehen.
Die Schalter 141 dienen zum direkten Erregen der Auslösespule 22 bei
hohen Temperaturen. Zusätzlich steht die Hardware-Unterbrechungsleitung
des Mikrocomputers mit der aktiven Seite des Schalters 141 in
Verbindung, um dem Mikrocomputer 154 zu signalisieren, daß eine Auslösung
stattgefunden hat. Dies veranlaßt die Ausführung geeigneter,
in dem internen ROM des Mikrocomputers 154 gespeicherter Befehle dazu,
Ausgangsdaten an eine Fernanzeige 145 zu geben. Da die Auslösemechanik
20 etwas mehr als 30 Millisekunden zum Öffnen der Kontakte im
Anschluß an einen Auslösebefehl benötigt, hat die Auslöseeinheit 26
zwei vollständige Operationszyklen Zeit, selbst wenn von außen keine
Spannung eingespeist wird. Alternativ könnten die Schalter 141 nur mit
dem Mikrocomputer 154 in Verbindung stehen, so daß dieser den Auslösevorgang
in Gang setzt und Ausgangsdaten ebenso erzeugt, wie eine
Überstrom-Auslösung.
Die die elektrischen Parameter in dem Schaltkreis betreffende Information
wird von den drei Phasenstromwandlern 24 geliefert, von denen
jeder den Stromfluß durch den jeweiligen Phasenleiter des Schaltkreises
überwacht. Der Wandler 28 umgibt die drei Phasenleiter des Schaltkreises
und erfaßt Ströme, die durch die Phasenleiter aus einer Quelle
stammen und dann über unzulässige Wege über Erde zurückfließen, die
für gewöhnlich als Erdfehlerströme bezeichnet werden.
Die Signale von den Stromwandlern 24 gelangen an eine Gleichrichter-
und Zuordnungsschaltung 142, die einen Gleichstrom abgibt, der proportional
zu dem höchsten augenblicklichen Wechselstrom auf irgendeiner
der drei Phasen ist. Die Schaltung 142 liefert die normale Betriebsspannung
für die Auslöseeinheit über eine Spannungsversorgung 144. Die
Wandler 24 und 28 dienen als Stromquellen und liefern an die Schaltung
142 eine begrenzte Spannung von etwa 40 Volt. Diese wird von der
Spannungsversorgung 144 in drei Betriebsspannungen umgesetzt: Eine
mit VREF bezeichnete Referenz- oder Bezugsspannung von 1,67 Volt,
eine Betriebsspannung von 5 Volt für den Mikrocomputer und die
zugehörige Schaltung der Auslöseeinheit und eine Versorgungsspannung
von 40 Volt, welche die Auslösespule 22 betätigt. Die Information von
der Gleichrichter- und Zuordnungsschaltung 142, welche proportional
zum derzeitigen Wert des Phasenstroms ist, gelangt außerdem zu einer
Hilfsschaltung und zur Hauptschaltung der Auslöseeinheit, wie
in Fig. 2 angedeutet ist.
Das Signal von dem Erdstromwandler 28 gelangt an eine Gleichrichterschaltung
146, die eine alternative Quelle für die Betriebsspannung
der Auslöseeinheit über die Spannungsversorgung 144 darstellt und
außerdem zum derzeitigen Wert des Erdstroms proportionale Information
an die Schaltung der Auslöseeinheit gibt. An die Spannungsversorgung
144 kann außerdem eine Betriebsspannung in der Größenordnung
von etwa 40 Volt durch eine externe Gleichspannungsquelle 148
gegeben werden; auch kann eine externe Wechselspannung 150
eine Versorgungsspannung über die Frontplattenbuchse 132 der Auslöseeinheit
an einen Gleichrichter 152 und dann an die Spannungsversorgung
144 geben.
Die Hauptschaltung der Auslöseeinheit enthält einen Informationsprozessor
und Ablaufsteuerung 154, wobei es sich z. B. um einen Mikrocomputer
8048 der Firma Intel Corporation handeln kann, der käuflich
erworben werden kann. Ein Blockdiagramm der Steuerung 154 ist in
Fig. 5A dargestellt. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung des
8048-Mikrocomputers wird verwiesen auf das MCS-48 Microcomputer
User′s Manual, veröffentlicht von der Intel Corporation.
An den Datenbus 172 des Mikrocomputers 154 ist ein Analog/Digital-
Umsetzer 156 angeschlossen, beispielsweise ein Umsetzer vom Typ
ABC3084 der Firma National Semiconductor Corporation. Von einem
Multiplexer 158 (z. B. vom Typ CD 4051B) wird nach Maßgabe einer von
dem Mikrocomputer über den Port 1 an den Multiplexer 158 gegebenen
Adresse einer von acht Eingängen für den Analog/Digital-Umsetzer
(ADU) 156 ausgewählt. Die Eingänge sind: Spitzenwertdetektor 160
und 162 für die Phasenstrom-, bzw. Erdstromwerte, eine Mittelungsschaltung
164 zum Mitteln des Phasenstroms, ein Paar Multiplexer 166
und 168 zum Ablesen der Frontplattenschalter und Potentiometer, die
von dem Mikrocomputer über den Port 2 adressiert und ausgewählt
werden, und vier Leitungen einer Bauartnummer-Kennzeichnungsvorrichtung
170. Die Kennzeichnungsvorrichtung 170 ermöglicht es dem
Personal, dem Mikrocomputer 154 Information betreffend Optionsmerkmale
oder Betriebsarten zuzuleiten, wie z. B. Information über die
Erdschlußerfassung und die Möglichkeit serieller Eingabe/Ausgabe, mit
der die spezielle Auslöseeinheit versorgt wird. Durch die Verwendung
einer solchen Kennzeichnungsschaltung kann eine einzige Mikrocomputer
konfiguration für mehrere unterschiedliche Modelle von Auslöseeinheiten 26
vorgesehen werden.
Weiterhin sind an den Datenbus 172 des Mikrocomputers ein externer
Lesespeicher (ROM) 151 und ein Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 angeschlossen,
durch das die Auslöseeinheit mit anderen Bauteilen des
Leistungsschalters des elektrischen Energieverteilungssystems Information
austauschen kann. Die Betriebsspannung für das Daten-Eingabe/Ausgabe-
System wird von einer separaten Spannungsversorgung 176 geliefert,
wobei die Versorgungsspannung von dem Fünf-Volt-Bus der Spannungsversorgung
144 abgeleitet wird. Bei der Daten-E/A-Spannungsversorgung
176 handelt es sich um eine gepulste Spannungsversorgung, die von einer
an den Port 1 des Mikrocomputers 154 angeschlossenen Leitung 178
aktiviert wird.
Die Eingabe in den Mikrocomputer 154 von den Grenzwertpotentiometern
und -schaltern der Auslöseeinheit-Frontplatte erfolgt, wie aus Fig. 2
ersichtlich ist, über Multiplexer 166 und 168, die zu dem Multiplexer
158 führen. Die Ausgabeinformation für die Frontplatten-Anzeigevorrichtung
mit den Leuchtdioden 84 bis 100 und den numerischen Anzeigen
80 und 82 kommt vom Mikrocomputer 154 über den Port 2 liefert
außerdem Adressen- und Auswahlinformation an die Multiplexer 166
und 168.
Port 1 des Mikrocomputers 154 hat vielfältige Funktionen. Die Steuerung
des ADU 156 erfolgt über eine Leitung 180 vom Port 1 aus, um einen
Schalttransistor 182 zu schalten, welcher die Bezugsspannung für den
ADU ändert. Die Eingabe in den ADU 156 durch den Multiplexer 158
wird über eine Leitung 184 vom Port 1 gesteuert, um einen Schalttransistor
186 zu betätigen und dadurch den zu dem ADU 156 führenden
Multiplexerausgang unter Steuerung des durch den Mikrocomputer 154
abgearbeiteten Programms selektiv zu erden. Dies wird im folgenden
noch erläutert. Das Erden des Ausgangs des Multiplexers 158 bei gleichzeitiger
Auswahl eines der Spitzenwertdetektoren 160 und 162 veranlaßt
ein Rücksetzen der Spitzenwertdetektoren.
Vom Port 1 des Mikrocomputers gelangt über Adreßleitungen 188 Adreßinformation
an den Multiplexer 158, wodurch dieser eine Auswahl
unter seinen verschiedenen Eingängen für die Einheiten 160, 162, 164, 166, 168 und 170
trifft.
Die Steuerung der Auslösespule 22 erfolgt durch den Mikrocomputer 154
über den Port 1 und eine Auslöseleitung 190. Wenn also bestimmt wird,
daß ein Auslösevorgang stattzufinden hat, sendet der Mikrocomputer
154 über den Port 1 ein Signal über die Auslöseleitung 190 an den
Schalttransistor 192, um die Auslösespule 22 zu erregen, den
Mechanismus 22 zu aktivieren und die Kontakte 18 zu trennen.
Diese Betriebsart ist für sehr geringe Stromstärken des durch
den Leistungsschalter fließenden Stroms vorgesehen (weniger als 0,25 Einheiten der
System- und Nennleistung), wenn der Auslöseeinheit keine externe
Leistung zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen kann der Auslöseeinheit
die notwendige Betriebsspannung nicht kontinuierlich zugeführt
werden, und einige der normalen Funktionen der Auslöseeinheit werden dann
nicht zuverlässig durchgeführt. Daher erzeugt die Spannungsversorgung
einen Spannungsversorgungsimpuls für die Schaltung der Auslöseeinheit,
welcher ausreicht, einen normalen Betriebszyklus der Auslöseeinheit
durchzuführen, aber auf der numerischen Anzeige 80 lediglich
den Wert des derzeit durch den Schalter fließenden Phasenstroms
anzeigen kann. Dieser Wert wird durch die Anzeige blinkend dargestellt,
wobei sich die Blinkfrequenz mit ansteigendem Laststrom erhöht.
Bei Lastströmen über 0,25 Einheiten der Systemnennleistung
wird in der Betriebsart 2 gearbeitet.
In dieser Betriebsart wird gearbeitet, wenn der Laststrom größer als
0,25 Einheiten der Systemnennleistung, jedoch kleiner als 1,0 Einheiten
der Leistungssteckeinsatz-Nennleistung ist, oder wenn die Auslöseeinheit
extern gespeist wird.
Wie man aus Fig. 5 ersehen kann, enthält die Frontplatte der Auslöseeinheit
eine Anzahl von Einstellpotentiometern, Leuchtdiodenanzeigen
(LED′s), Druckknopfschaltern und Zwei-Stellungs-Schaltern. Die Frontplatte
enthält weiterhin ein Paar numerischer Anzeigen 80, 82. Die
elektronische Schaltung innerhalb der Auslöseeinheit veranlaßt die
numerischen Anzeigen 80 und 82, sequentiell den augenblicklichen Wert
der elektrischen Bedingungen in dem zu schützenden Schaltkreis und
die verschiedenen Grenzwerteinstellungen anzuzeigen, die durch die
Zeit/Strom-Auslösekurve des Leistungsschalters definiert sind, so wie
diese Werte gerade eingestellt sind. Im eingeschalteten Zustand zeigen
die Leuchtdioden durch die jeder Anzeige zugeordnete Beschriftung
an, welcher Wert zu jedem Zeitpunkt durch die numerischen Anzeigen
80 und 82 dargestellt wird. Nach Wunsch können die auf den numerischen
Anzeigen 80 und 82 zur Anzeige gelangenden Zahlenwerte auch über
den SER AUS-Anschluß des Daten-E/A-Systems 174 zu einer weiter entfernten
Stelle gesendet werden.
Bei der folgenden Erläuterung der in Fig. 5 dargestellten Frontplatte
der Auslöseeinheit soll von oben nach unten vorgegangen werden. Die
Leuchtdiodenanzeige 84 trägt links die Bezeichnung "Phasenstrom" und
rechts die Bezeichnung "Erdstrom". Wenn die Leuchtdiode eingeschaltet
ist, bedeutet dies, daß die derzeitige, auf den Einheitswert bezogene
Stromstärke in der zu schützenden dreiphasigen Schaltung in der linken
numerischen Anzeige 80 zur Anzeige gebracht wird und daß der derzeitige,
auf eine Einheit bezogene Wert des Erdstroms in der zu
schützenden Schaltung auf der rechten digitalen Anzeige 82 angezeigt
wird. In ähnlicher Weise trägt die Leuchtdiode 86 die Bezeichnung
"Spitzen-KW-Einstellwert" bzw. "Spitzen-KW seit letztem Rücksetzen".
Wenn diese Leuchtdiode eingeschaltet ist, ist der in der linken numerischen
Anzeige 80 dargestellte Wert der von der zu schützenden Schaltung gelieferte
Kilowatt-Wert, der die Erzeugung eines "Nachfrage"-Signals durch
das Daten-Eingabe/Ausgabe-System veranlaßt. Auf der numerischen Anzeige
82 wird der Spitzenwert der Kilowattzahl angegeben, die seit
dem letzten Zurückstellen der Anzeige (durch den rechts daneben befindlichen
Druckknopf 105) durch den Schalter gezogen wurden. Die
Leuchtdioden 88 und 90 zeigen entsprechend "derzeitige KW" und
"MW×Stunden" bzw. den mit der Leistungsspannung wie folgt multiplizierten
Leistungsfaktor ("PF×Leitungsspannung") an:
Hierdurch kann ein Benutzer auf einfachere Weise für ein System Energie
managementfunktionen wahrnehmen. Es wird nur eine dauernde Anzeige
der augenblicklichen Nachfrage, der Spitzennachfrage und des Ge
samtenergieverbrauchs geschaffen, sondern darüber hinaus kann durch das
über das Daten-E/A-System in Abhängigkeit der "Spitzen-KW"-Über
wachungsfunktion gelieferte Ausgangssignal eine Alarmierung oder automatische
Lastabschaltung erfolgen.
Nach Wunsch kann dem Leistungsschalter 10 ein Potentialwandler hinzugefügt
werden, um die Leiterspannung zu überwachen, so daß das
Eingeben eines Wertes der Leitungsspannung nicht notwendig ist. Weiterhin
könnte ein Hochgeschwindigkeits-ADU hinzugefügt werden, um die
Leitungsspannung und den Phasenstrom mit einer so hohen Geschwindigkeit
abzutasten, daß eine direkte Berechnung der Leistung möglich ist,
so daß die Bedienungsperson nicht mehr den Leistungsfaktor eingeben
muß.
Unter dem Leistungssteckeinsatz 78 erkennt man eine Reihe von Leuchtdioden,
die die Bezeichnung "Sofort", "lange Verzögerung", kurze Verzögerung"
und "Erdschluß" tragen. Links von der Reihe der Leuchtdioden
findet sich die Beschriftung "Strom-Ansprechwert", rechts die Beschriftung
"Zeit in". Wenn die mit "Sofort" beschriftete Leuchtdiode 92
leuchtet, so bedeutet dies, daß der Wert des Stroms, welcher zu einer
sofortigen Abschaltung führt, derzeit in der linken digitalen Anzeige 80
zur Anzeige gelangt. Per definitionem erfolgt die sofortige Auslösung
unmittelbar, so daß keine entsprechende Zeit angezeigt wird und die
Anzeige 82 leer ist. Wenn die Leuchtdiode 94 mit der Bezeichnung
"lange Verzögerung" leuchtet, so zeigt dies an, daß die linke numerische
Anzeige 80 derzeit den Stromwert anzeigt, bei dem eine lange verzögerte
Auslösung eingeleitet wird, während die rechte numerische Anzeige 82
in Sekunden den Zeitparameter einer lange verzögerten Auslösung darstellt.
Diese Zeit- und Stromwerte entsprechen der oben im Zusammenhang
mit der Zeit/Strom-Auslösekurve des Leistungsschalters erläuterten
lange verzögerten Auslösung.
Wenn die Leuchtdiode 96 mit der Bezeichnung "kurze Verzögerung" leuchtet,
zeigt die linke numerische Anzeige 80 den Stromwert an, welcher
eine kurz verzögerte Auslösung veranlaßt, während die rechte numerische
Anzeige 82 in Perioden die Zeitdauer einer kurz verzögerten Auslösung
angibt. Wenn die Leuchtdiode 98 mit der Beschriftung "Erdschluß"
leuchtet, zeigt die linke numerische Anzeige 80 den Wert des Erdstroms
an, der eine Erdschluß-Auslösung veranlaßt, während die rechte
numerische Anzeige 82 die Anzahl von Perioden anzeigt, die zwischen
der Erfassung des Erdschlußstroms und dem Befehl zum Auslösen des
Trennschalters liegen.
Wie man aus Fig. 5 ersieht, besitzen einige der Beschriftungen das
Symbol eines voll ausgezeichneten Kreises, wohingegen andere Beschriftungen
ein voll ausgezogenes Quadrat aufweisen. Die kreisförmigen
Symbole zeigen an, daß der zu der jeweiligen Beschriftung gehörige
Parameter als Vielfaches der Systemnennleistung angezeigt wird.
Die mit einem rechteckigen Symbol versehenen Parameter werden als
Vielfache der Leistungssteckeinsatz-Nennleistung angezeigt. Als Beispiel
sei angenommen, daß die Anzeigen 80 und 82 momentan die Werte
0,61 bzw. 0,003 anzeigen und die Leuchtdiode 84 erleuchtet sei. Dies
bedeutet einen derzeitigen Phasenstrom von 976 Ampere (0,61×System-
Nennleistung=0,61×1600 A=976) und einen derzeitigen Erdstrom
von 3,6 Ampere (0,003×Leistungssteckeinsatz-Nennleistung=0,003×1200 A=3,6 A).
Ein Paar von Miniaturschaltern 102 und 104, die die Bezeichnung "I²T-
Verhalten" tragen, werden zum Variieren der Form der Zeit/Strom-
Auslösekurve in den Bereichen für kurze Verzögerung, bzw. Erdschluß
verwendet. Wenn die Schalter 102 und 104 in der unteren Stellung sind,
bedeutet dies, daß die Abschnitte "Erdschluß" und "kurze Verzögerung"
der Kurve nicht eine I²T-Schräge übersteigen, sondern stattdessen
horizontal verlaufen. Wenn die Schalter 102 und 104 in der oberen
Stellung sind, wird die I²T-Kennlinie verwendet, und die Auslösung
mit kurzer Verzögerung hat die in Fig. 4 dargestellte Gestalt.
Ein an den zugehörigen Schaltkreis angeschlossener Potentialwandler
könnte dazu verwendet werden, Daten betreffend der Leitungsspannung
zu erhalten, und eine schnelle Abtastung und eine direkte Multiplikation
der Augenblickswerte des Phasenstroms und der Leitungsspannung könnten
zum Berechnen der Wirkleistung herangezogen werden. Das hier offenbarte
Verfahren jedoch stellt ein geeignetes und kostenwirksames Verfahren
dar, welches die bei Potentialwandlern auftretenden Isolationsprobleme
vermeidet.
Zusammengefaßt: Im normalen Betrieb werden die folgenden Verarbeitungsschritte
nacheinander ausgeführt, wobei sich die gesamte Sequenz
pro Sekunde 60mal wiederholt: Spitzen-KW, MW-Stunden-Integration,
sofortige Auslösung, lang verzögerte Auslösung, kurz verzögerte Auslösung
und Erdschlußauslösung.
Darüber hinaus werden die folgenden Werte nacheinander paarweise angezeigt,
wobei jede Anzeige 4 Sekunden dauert: DERZEITIGER PHASENSTROM
- DERZEITIGER ERDSTROM, SPITZEN-KW-EINSTELLWERT
(Nachfrage) - SPITZEN-KW SEIT RÜCKSETZEN, DERZEITIGE KW-MWH,
LEISTUNGSFAKTOR×LEISTUNGSSPANNUNG, ANSPRECHWERT FÜR
SOFORTIGE AUSLÖSUNG-ZEIT, ANSPRECHWERT FÜR LANGE VERZÖGERUNG-
ZEIT, ANSPRECHWERT FÜR KURZE VERZÖGERUNG-
ZEIT, ANSPRECHWERT FÜR ERDSCHLUSS-ZEIT.
In dieser Betriebsart wird gearbeitet, wenn entweder der Phasenstrom
über dem Ansprechwert für lange Verzögerung liegt oder der Erdstrom
über dem Ansprechwert für Erdstrom liegt. Die Abfolge der angezeigten
Werte und der Leuchtdiodenanzeige wird wie in Betriebsart 2
fortgesetzt, selbst wenn der Leistungsschalter überlastet ist. Darüber
hinaus wird die Leuchtdiode 94 für den Ansprechwert für lange Verzögerung
eingeschaltet.
Wenn die Überstrom- oder Erdschlußbedingung andauert, leitet die Auslöseeinheit
eine Auslösung nach Maßgabe der von dem Benutzer geladenen
Zeit/Strom-Auslösekennlinie ein. Wenn eine Auslösung erfolgt, wird
die die Auslösung in Gang setzende Funktion (lange Verzögerung, kurze
Verzögerung, sofortiges Ansprechen oder Erdschluß) auf der Frontplatte
durch Erregen der entsprechenden Leuchtdiode, 92, 94, 96 oder 98 angezeigt.
Die Information über die Ursache der Auslösung wird von dem
Daten-E/A-System an die Fernanzeige 145 gegeben. Zusätzlich wird
der auf die Einheit bezogene Phasen- oder Erdschlußstrom, der die
Auslösung verursacht hat, auf der numerischen Anzeige 80 angezeigt
und festgehalten.
Zusätzlich zu der seitens des Mikrocomputers veranlaßten Auslösung weist
der Leistungsschalter die Thermoschalter 141 als Sicherungssystem auf.
Sollte dieses System eine Auslösung in Gang setzen, wird die "Sofort"-
Leuchtdiode 92 erleuchtet, auf der numerischen Anzeige wird ein Wert
von 15,93 Stromeinheiten angezeigt, und von dem Daten-E/A-System
wird ein Signal "Sofort" abgegeben.
Wie man aus Fig. 5 ersieht, enthält die Frontplatte der Auslöseeinheit
außerdem mehrere Grenzwertpotentiometer, die den verschiedenen Beschriftungen
auf der Frontplatte der Auslöseeinheit zugeordnet sind.
Diese Potentiometer sind vorgesehen, damit eine Bedienungsperson die
Schaltungsanordnung der Auslöseeinheit einstellen kann, um die Art der
Auslösekennlinien zu definieren, die von der Auslegung des gesamten
elektrischen Verteilungssystems gefordert werden. Wenn eine Bedienungsperson
eines der Potentiometer auswählt, beispielsweise das Potentiometer
"Stromansprechwert SOFORT" 112, so wird diese Einstellung von der
Schaltung der Auslöseeinheit erfaßt, und die sequentielle Anzeige der
Werte wird unterbrochen. Der eingestellte Parameterwert wird sofort
auf der numerischen Anzeige angezeigt, und die entsprechende Leucht
diodenanzeige wird eingeschaltet. Wenn z. B. gewünscht wird, den Stromansprechwert
für sofortige Auslösung einzustellen, steckt die Bedienungsperson
einen Schraubendreher oder ein anderes Werkzeug in
das Potentiometer 112 und verstellt es. Sofort leuchtet die Leuchtdiodenanzeige
"Sofort" 92 auf und der derzeitige Stromansprechwert für die sofortige
Auslösung wird auf der numerischen Anzeige 80 angezeigt. Diese
Zahl wird im auf Einheiten bezogenen Format angegeben, d. h. als Vielfaches
der System-Nennleistung, wie es durch das ausgezogene runde
Symbol spezifiziert wird. Wenn also das Potentiometer 112 gedreht wird,
ändert sich der in der Anzeige 80 dargestellte Wert langsam, indem er
in diskreten Schritten von beispielsweise 1,00 bis zu dem maximal
zulässigen Wert ansteigt, wie er innerhalb der Auslöseeinheit gespeichert
ist. Dieser Wert hier 10,0. Wenn der gewünschte Wert erreicht
ist, wird die Einstellung des Potentiometers beendet und die Auslöseeinheit
nimmt ihre sequentielle Abtastung und Anzeige der derzeitigen
Werte und Einstellungen wieder auf. In ähnlicher Weise kann jedes der
Potentiometer auf der Frontplatte der Auslöseeinheit eingestellt werden,
um die gewünschte Parametereinstellung vorzunehmen.
In der Vergangenheit hat die Einstellung von Parameterwerten unter
Verwendung von Potentiometern in Verbindung mit digitalen Schaltungen
Probleme aufgeworfen. Es bestand beispielsweise die Tendenz, daß sich
der eingestellte Wert eines Potentiometers von Minute zu Minute änderte,
was unmittelbar zu einem anderen angezeigten Wert führte. Dies verursachte
eine lästige schnelle Änderung der Anzeige, welche die Einstellung
schwierig machte. Weiterhin verursachten Temperaturschwankungen
und andere weniger wichtige Störungen in der Schaltung eine Änderung
der Anzeige und des eingestellten Wertes des Potentiometers, selbst
wenn keine Einstellung vorgenommen wurde. Darüber hinaus verhinderte
früher manchmal ein Fehler des Potentiometers, daß der festgelegte
Parameter überhaupt lesbar war.
Um diese Probleme zu vermeiden, verwendet die vorliegende Erfindung
die Potentiometer zum Auswählen eines von acht vorbestimmten Parameterwerten,
die in dem ROM des Mikrocomputers der Auslöseeinheit
gespeichert sind. Somit dient das Potentiometer als diskreter Mehrstellungsschalter
anstelle einer kontinuierlich veränderbaren Einstelleinrichtung.
Im Falle des Versagens eines Potentiometers wählt die
Auslöseeinheit den sichersten Wert für den dem fehlerhaften Potentiometer
zugeordneten Parameter zur Verwendung bei den Überwachungsfunktionen
aus.
Um die Einstellung noch bequemer zu gestalten, enthält die Auslöseeinheit
eine Hystereseeigenschaft, die im einzelnen im Abschnitt III.C.
beschrieben wird.
Ferner können Parameter von einer externen Schaltung über den Anschluß
SER EIN des Daten-E/A-Systems 174 eingegeben werden.
Die hier dargestellte Auslöseeinheit weist außerdem eine TEST-Betriebsart
auf. Durch Drücken eines der Druckknopfschalter 128, 130 kann eine
Überstrombedingung bzw. eine Erdschlußbedingung simuliert werden. Wenn
sich der Schalter 106 in der Stellung "nicht auslösen" befindet, bestimmt
sich der zu simulierende Fehlerstromwert durch die Einstellung des
Potentiometers 120, wenn der Schalter 128 oder 130 gedrückt ist. Befindet
sich der Schalter 106 in der Stellung "auslösen", werden feste
Werte für den Fehlerstrom simuliert. Diese simulierte Überstrom- oder
Erdschlußbedingung führt entweder zu einem tatsächlichen Öffnen der
Kontakte des Leistungsschalters oder nicht, je nachdem, wie es durch die Einstellung
des "auslösen"/"nicht auslösen"-Schalters 106 bestimmt ist. In jedem
Fall wird der Test nach dem Loslassen der Druckknöpfe 128, 130 eingeleitet,
was das Aufleuchten der "Testbetrieb"-Leuchtdiode 100 zur
Folge hat. Wenn der Verzögerungszeitraum zu Ende geht, wird die entsprechende
Leuchtdiode 92, 94 oder 96 erleuchtet, wodurch die erfolgreiche
Beendigung des Testes angezeigt wird. Wenn der Schalter 106 in
die Stellung "auslösen" gebracht ist, öffnen sich auch die Kontakte des
Leistungsschalters.
Durch die Verwendung der Testbetriebsart bei der Schalterstellung
"kein Auslösen" kann eine Bedienungsperson jeden gewünschten Punkt
in der Zeit/Strom-Auslösekennlinie prüfen. Sie tut dies durch Drücken
des gewünschten Testknopfes 128 oder 130 und durch Eingeben des
gewünschten Vielfachen des maximalen Dauerstroms über das Test-
Potentiometer 120. Dann läßt sie den gewünschten Phasen- oder Erdschluß-
Testknopf 128 oder 130 los. Die Auslöseeinheit simuliert einen
Fehler bei dem Pegel des über das Test-Potentiometer 120 eingegebenen
Vielfachen des maximalen Dauerstroms und simuliert eine Auslösung,
ohne daß die Kontakte tatsächlich geöffnet werden.
Nach Beendigung des Testes wird die Leuchtdiode 92, 94, 96 oder 98
eingeschaltet um anzuzeigen, ob der ausgelöste Schalter in der Betriebsart
"sofort", "lange Verzögerung", "kurze Verzögerung" oder "Erdschluß"
ausgelöst hat. Die Anzeige 80 zeigt im Einheitswert die Stromstärke
an, bei der der Leistungsschalter "ausgelöst", d. h. "abgeschaltet" wurde
(dieser Wert ist derselbe Wert, der über das Potentiometer 120 eingegeben
wurde), und die Anzeige 82 zeigt die Anzahl von Sekunden oder
Perioden (was durch die Leuchtdiode 92, 94, 96 oder 98 spezifiziert
wird), die nach Beginn des Testes, bei dem der Schalter ausgelöst
wurde, vergangen sind.
Während der Durchführung eines Testes wird bestimmt, welcher
von den folgenden Werten der größere Wert ist: Tatsächlicher Phasen-
(oder Erd-)Strom oder simulierter Phasen- (oder Erd-)Strom; der größere
der zwei verglichenen Werte wird mit den verschiedenen Einstellwerten
verglichen. Auf diese Weise kann ein Test stattfinden, ohne daß die
Schutzfunktion unterbrochen oder ausgesetzt wird. Wenn weiterhin der
simulierte Strom größer als der tatsächliche Strom ist, beide Werte jedoch
größer sind als der Ansprechwert für lange Verzögerung, erfolgt
am Ende des Testes eine Auslösung, und zwar ungeachtet der Stellung
des "auslösen"/"nicht auslösen"-Schalters 106.
Die Bedienungsperson kann dann den angezeigten Zeit/Strom-Wert aufzeichnen
um zu sehen, ob dieser Punkt auf der gewünschten Zeit/Strom-
Auslösekennlinie liegt. Auf diese Weise kann jede beliebige Anzahl von
Punkten getestet werden, was eine vollständige Verifizierung der in
die Auslöseeinheit eingegebenen Auslösekennlinie gestattet.
An die Auslöseeinheit 26 kann weiterhin eine Fernanzeige und Spannungsversorgung
145 angeschlossen sein. Dieses Gerät schafft die Möglichkeit,
an einer von dem Leistungsschalter 10 entfernten Stelle eine Anzeige
dafür zu erhalten, ob der Schalter ausgelöst wurde und was die
Ursache für die Auslösung war. Weiterhin kann das Gerät 145 anzeigen,
wenn die Spitzen-Leistungsnachfrage einen voreingestellten Grenzwert
überschritten hat. Diese Anzeigen erfolgen über vier Leuchtdioden, die
folgenden Bedingungen entsprechen: "Spitzen-KW-Nachfrage überschritten",
"Überstromauslösung" (lange Verzögerung), "Kurzschlußauslösung" (sofortige,
kurz verzögerte oder thermische Auslösung) und "Erdschlußauslösung".
Außerdem sind in der Fernanzeige 145 zwei Relais vorgesehen. Ein
Relais wird bei Erhalt einer Spitzen-KW-Nachfrage-Anzeige betätigt,
um eine automatische Lastabschaltung zu ermöglichen. Das andere
Relais wird bei Erhalt irgendeiner Art von Auslöse-Anzeige betätigt,
um eine Alarmglocke oder eine Alarmlampe einzuschalten oder eine
andere gewünschte Funktion einzuleiten.
Das Gerät 145 enthält weiterhin eine von der Wechelstromleitung gespeiste
Spannungsversorgung, die 32 Volt Gleichspannung abgibt. Der
Ausgang dieser Spannungsversorgung ist an den in Fig. 2 gezeigten Anschluß
EXT DC 148 angeschlossen.
Eine ausführliche Beschreibung der Schaltungsanordnung der Fernanzeige
und Spannungsversorgung ist im Abschnitt III.E. enthalten.
Der arithmetisch-logische und Steuer-Prozessor 154 ist ein Mikrocomputer
8048 der Firma INTEL Corporation. Aus Fig. 5A ist ersichtlich, daß
der einzelne, 40 Anschlußstifte aufweisende Baustein folgende Funktionen
enthält: Eine arithmetisch-logische Einheit von 8 Bits 153, eine Steuereinheit,
einen 1K×8-Bit-ROM-Programmspeicher 155, einen 64×8-Bit-
RAM-Datenspeicher 157, einen bidirektionalen 8-Bit-Datenbus 172 und
zwei quasi-bidirektionale 8-Bit-Ports Port 1 und Port 2. Weiterhin
sind zusätzliche Steuerleitungen vorgesehen. Hinsichtlich einer ausführlicheren
Beschreibung sei verwiesen auf das schon oben erwähnte
MST48 Microcomputer Users Manual. Unter Bezugnahme auf die Figuren,
speziell auf Fig. 2, soll nun die Verschaltung des Mikrocomputers 154
beschrieben werden.
Der achtadrige Datenbus 172 ist an die acht Ausgangsanschlüsse des
ADU 156 angeschlossen. Die 8 Bits umfassenden Digitalwerte, die von
dem ADU geliefert werden, werden dadurch von dem Mikrocomputer 154
durch folgende Sequenz gelesen: Auf der WR-Leitung des Mikrocomputers
154 wird ein Impuls an den ADU 156 gegeben, der dem ADU befiehlt,
die an seinen Eingangsanschlüssen anstehende Analoggröße in einen 8-Bit-
Digitalwert umzuwandeln. Nach Beendigung des Umwandlungsvorganges
erzeugt der ADU 156 auf der an den T1-Testanschluß des Mikrocomputers
angeschlossenen Leitung einen Impuls. Der Mikrocomputer erzeugt dann
einen Impuls auf der RD-Leitung, welcher das von dem ADU erzeugte
Bit-Muster in den Akkumulator des Mikrocomputers 154 überträgt.
Der Datenbus 172 ist außerdem an das Daten-Eingabe/Ausgabe-System
174 angeschlossen, um der Auslöseeinheit 26 zu ermöglichen, mit anderen
Leistungsschaltern und mit der Fernanzeige/Spannungsversorgung 145
in Übermittlungsverbindung zu treten. Das Daten-Eingabe/Ausgabe-
System wird im Abschnitt III.G. vollständig beschrieben werden.
Port 1 und Port 2 des Mikrocomputers schaffen die Möglichkeit, mit
anderen Bauelementen der Auslöseeinheit 26 Information auszutauschen
und Steuerungsaufgaben wahrzunehmen. Die spezielle Verschaltung soll
im folgenden beschrieben werden.
Leitung 0, Leitung 1, Leitung 2: Diese Leitungen liefern die Kanaladresseninformation
vom Mikrocomputer 154 an den Multiplexer 158,
wie in Fig. 2 bei 188 angedeutet ist.
Leitung 3: Diese Leitung (180 in Fig. 2) betätigt den FET 182, um die
an den ADU 156 gegebene Bezugsspannung zu ändern und dadurch die
Auflösung für die Phasenstrommessung für lange Verzögerung zu erhöhen.
Leitung 4: Diese Leitung aktiviert den Transistor 192 zum Erregen der
Auslösespule 22 und zur Schaltung der Auslösemechanik 20, um die Kontakte 18
des Schalters zu öffnen. Leitung 4 ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen
190 kenntlich gemacht.
Leitung 5: Diese Leitung betätigt den FET 186 zum Erden des Ausgangs
des Multiplexers 158, wodurch der Eingang des Multiplexers
148, der zu dieser Zeit ausgewählt ist, ebenfalls geerdet wird. Dadurch kann das
Aktivieren der Leitung 5 (184 in Fig. 2) die Spitzenwertdetektoren 160
und 162 zurücksetzen, wenn diese von dem Multiplexer 158 ausgewählt
werden.
Leitung 6: Diese Leitung aktiviert die Chipauswahl-(Chip Select-)Klemme
des externen ROM, wenn eine Leseoperation durchgeführt wird.
Leitung 7: Diese Leitung (178 in Fig. 2) erregt die Spannungsversorgung
176 des Daten-Eingabe/Ausgabe-Systems 174 periodisch.
Leitung 0; Leitung 1, Leitung 2, Leitung 3: Diese Leitungen übertragen
die von dem Mikrocomputer 154 an die Frontplatten-Anzeigevorrichtung
155 gesendeten Daten. Wie man aus Fig. 6 ersieht, gelangen diese
Digitalwerte über die genannten Leitungen an einen Zwischenspeicher-
Decoder 194 zwecks Anzeige auf den numerischen Anzeigen 80 und 82.
Leitung 0, Leitung 1 und Leitung 2 (207 in Fig. 6 und Fig. 7) übertragen
außerdem Kanaladressinformation an die Multiplexer 206, 166 und 168.
Leitung 3 (216 in Fig. 7) ist an die INHIBIT-Anschlüsse der Multiplexer
166 und 168 angeschlossen und dient zum Umschalten oder selektiven Aktivieren
der Multiplexer 166 und 168.
Leitung 4: Diese Leitung betätigt den Transistor 198, um den Dezimalpunkt
der numerischen Anzeigen 80 und 82 zu erleuchten.
Leitung 5: Diese Leitung ist an den "Zwischenspeicher-Freigabe"-Anschluß
des Zwischenspeicher-Decoders 194 angeschlossen und dient zum Einspeichern
der auf den Leitungen 0 bis 3 am Zwischenspeicher-Decoder 194
erscheinenden Datenwerte.
Leitung 6: Diese Leitung erregt den Transistor 208, der in Verbindung
mit den Ausgangsleitungen des Zwischenspeicher-Decoders 194 die Leuchtdiodenanzeigen
84 bis 98 aktiviert.
Leitung 7: Dies Leitung (212 in Fig. 6) ist an den INHIBIT-Anschluß des Multiplexers
206 angeschlossen.
Der Unterbrechungs-(Interrupt-)Anschluß 143 des Mikrocomputers ist
an die aktive Seite der Thermoschalter 141 angeschlossen. Das
Aktivieren dieser Schalter bewirkt, daß der Unterbrechungsanschluß
143 auf niedriges Potential (LOW) geht und die Unterbrechungsroutinen
in dem ROM angesprungen werden, um die thermische
Auslösung zu behandeln und eine sofortige Auslösung anzuzeigen.
Ein detailliertes schematisches Diagramm der Frontplatten-Anzeigevorrichtung
gemäß Fig. 2 ist in Fig. 6 dargestellt. Wie aus der Skizze
ersichtlich ist, ist ein 7-Segment-Zwischenspeicher-Decoder 194 (z. B.
vom Typ CD 4511B) vorgesehen. Von den Leitungen 0 bis 3 des Ports 2
des Mikrocomputers 154 wird ein 4-Bit-Eingangssignal geliefert. Die
Decoderschaltung 194 liefert auf sieben Leitungen ein Ausgangssignal
über ein Lastwiderstandsfeld 196 an ein Paar vierstelliger 7-Segment-
LED-Anzeigen 80 und 82. Eine achte Leitung aktiviert den Dezimalpunkt
der digitalen Anzeigen 80 und 82 über einen Transistor 198, der
über eine Leitung 200, die ebenfalls an das Port 2 des Mikrocomputers
154 angeschlossen ist, betätigt wird. Eine Treiberschaltung 202 und
ein Transistor 204 werden von einer Multiplexerschaltung 206 gesteuert,
die z. B. vom Typ CD4051B ist. Als Eingangssignal wird der Multiplexerschaltung
206 ein 3 Bit umfassendes Auswahl-Signal angeboten,
welches ebenfalls von drei Leitungen 206 des Ports 2 des Mikroprozessors
abgegeben wird. Die Leuchtdiodenanzeigen 84, 86, 88, 90, 92, 94,
96, 98 und 100 werden über den Transistor 208 von einer vom Port 2
des Mikrocomputers 154 kommenden Leitung in Verbindung mit den
digitalen Anzeigen 80 und 82 aktiviert. Die "Test"-Leuchtdiode 100 wird
ebenfalls von dem Transistor 208 und einem zusätzlichen Transistor 210
in Verbindung mit einer INHIBIT-Leitung 212, die ebenfalls vom Port
2 des Mikrocomputers an den Multiplexer 206 gelegt ist, aktiviert.
Für die Auslöseeinheit 26 werden Grenzwerte von den Potentiometern
108 bis 120 geliefert, wie in den Fig. 2, 5 und 7 dargestellt ist. Jedes
der Potentiometer ist mit einem Ende seines Widerstandselements an
die VREF-Quelle angeschlossen, die andere Klemme des Widerstandselementes
ist geerdet. Der Schleifer jedes Potentiometers steht in Verbindung
mit einem Eingangsanschluß eines der Multiplexer 166 und 168,
bei denen es sich z. B. um Multiplexer vom Typ CD4051B handelt. Auf
diese Weise liefert jedes der Potentiometer ein analoges Spannungssignal
an die zugehörige Multiplexer-Eingangsklemme. Diese Eingangsklemmen
werden von der 3-Bit-Adreßleitung 214 und einer INHIBIT-
Leitung 216 ausgewählt, die an den Port 2 des Mikroprozessors angeschlossen
sind.
Die Zwei-Stellungs-Schalter 102, 104 und 106 entsprechen den I²T-Ein/Aus-Schaltern
für Phasen- und Erdstrom und einer "Auslösen"/"nicht
Auslösen"-Funktion für den Testbetrieb. Man sieht, daß diese Schalter
dazu dienen, einen variablen Spannungsteiler zwischen VREF und Erde
zu bilden, der irgendeinen von sechs Analogspannungswerten an einen
Anschluß des Multiplexers 178 gibt. In ähnlicher Weise entsprechen
Druckknopfschalter 107, 105, 128 und 130 "Anzeige Rücksetzen",
"Nachfrage Rücksetzen", "Phasentest" und "Erdtest"; die Schalter geben
irgendeines von acht Analogspannungssignalen an einen anderen
Anschluß des Multiplexers 168.
Fig. 8 zeigt im einzelnen die in Fig. 2 dargestellte Bauartnummer-
Kennzeichnungsvorrichtung 170. Jede vierstellige dezimale Bauartnummer
entspricht einer speziellen Wahlkombination. Wie man in Fig. 8 erkennt,
liefert die Bauartnummer-Kennzeichnungsschaltung Eingangssignale an
vier Anschlüsse des Multiplexers 158. Jeder dieser Anschlüsse repräsentiert
eine Ziffer der dezimalen Bauartnummer und kann mit irgendeinem
von vier Anschlüssen eines von Widerständen 218, 220 und 222 gebildeten
Spannungsteilers, die zwischen Erde und VREF liegen, verbunden
werden. Diese Verbindungen werden von herstellerseitig verdrahteten
Überbrückungsverbindungen ausgewählt und eingerichtet, um jeden Anschluß
des Multiplexers 158 mit einem von vier möglichen Analogspannungssignalen
zu beaufschlagen. Dann liefert der Multiplexer 158
diese Werte auf Befehl zum ADU 156, der sie in den 8-Bit-Digitalcode
umsetzt, die von dem Mikrocomputer gelesen und als die Bauartnummer
interpretiert werden, wodurch der Mikrocomputer bestimmen kann, welche
der vielen Kombinationen für Optionen für die Auslöseeinheit 26 in dieser
speziellen Auslöseeinheit tatsächlich gegeben ist.
Das Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 liefert impulscodierte Ausgangssignale
über ein einzelnes, wahlweise ankoppelbares Paar von Leitungen,
um eine Fernanzeige dafür zu erzeugen, daß die von dem Leistungsschalter
gespeiste Last eine vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten
hat. Zusätzlich sind Anzeigen zur Darstellung der Ursache einer Auslösung
vorgesehen, nämlich Anzeigen eines Überstroms, eines Kurzschlusses
oder eines Erdschlusses. Die zu beschreibende Schaltung decodiert die
entsprechenden vier Eingangssignale, um sowohl Leuchtdiodenanzeigen
zu schaffen als auch Relais zu schließen.
Zusätzlich stellt die Schaltung eine Fern-Spannungsversorgung für die Spannungsversorgung 144 von der
Wechselstromleitung und von Batterien
dar. Diese Möglichkeit wird in solchen Anwendungsfällen benötigt, in
denen Daten kontinuierlich erhalten werden sollen, um z. B.
der Anzeige für die Ursache einer Auslösung und für Energiefunktionen,
z. B. Megawattstunden und Spitzennachfrageleistung.
Wie man in Fig. 9 sehen kann, liegt die Eingangsleistung über einem
Transformator 602 und einer Gleichrichterschaltung 604 an einem Filterkondensator
606, um einen Pegel von etwa 32 Volt zu erhalten. Ein
Strombegrenzungswiderstand 608 dient als Schutz gegen unbeabsichtigten
Kurzschluß an dem Ausgangsanschluß 610. Der Anschluß 610 steht in
Verbindung mit dem Anschluß EXT DC 148 (Fig. 2), und der Anschluß
612 ist mit der Logikerde der Auslöseeinheit 26 verbunden.
Liegt ein Verbindungsdraht zwischen den Anschlüssen 610 und 614,
können die drei internen 8-Volt-Nickel-Cadmium-Batterien 616 aktiviert
werden, damit die Ausgangsspannung bei 24 Volt gehalten wird, wenn die
Eingangs-Wechselspannung unterbrochen werden sollte. Für die Batterieaufladung
ist ein 10K-"Lade"-Widerstand 618 vorgesehen.
Durch einen Widerstand 620, eine Zenerdiode 622 und einen Kondensator
624 wird eine Versorgungsspannung von 8,2 Volt für die Decodier-
und Alarmschaltung erzeugt.
Der Daten-E/A-Ausgangsanschluß 508 in Fig. 14, der die Bezeichnung
"Fernanzeige Aus" trägt, ist an den Anschluß 626 in Fig. 9 angeschlossen,
und der Anschluß "E/A Gemeinsam" gemäß Fig. 14 ist an
den Anschluß 628 in Fig. 9 angeschlossen. Die 100 Mikrosekunden
dauernden, eine Amplitude von 4 Volt aufweisenden Ausgangsimpulse,
die auf die Anschlüsse 626 und 628 gegeben werden, rufen in einem
Optokoppler 630 einen Stromfluß von 8 Milliampere hervor. Dieser
Strom schaltet den Koppeltransistor durch, welcher am Widerstand 632
einen Spannungsimpuls von 8 Volt erzeugt.
Der Mikrocomputer 154 kann alle 2 Millisekunden einen Impuls mit
einer Dauer von 100 Mikrosekunden erzeugen oder maximal 8 Impulse
pro Periode der Wechselleistung. Es wird eine Codiermethode angewendet,
gemäß der einer von 8 Impulsen einen "Nachfrage"-Alarm bezeichnet.
Wenn eine Auslösung erfolgt ist, kennzeichnen zwei aufeinanderfolgende
Impulse von 8 Impulsen eine Erdschluß-Auslösung, drei
aufeinanderfolgende Impulse von 8 Impulsen kennzeichnen eine Überstromauslösung
(lange Verzögerung), fünf aufeinanderfolgende Impulse
von 8 Impulsen kennzeichnen eine Kurzschluß-Auslösung (entweder sofortige
oder kurz verzögerte Auslösung). Das Impuls-Codierschema
ist in Fig. 10 dargestellt.
Die Eingangsimpulse liefern Trigger-Eingangssignale für einen erneut retriggerbaren
Monoflop, der an seinem Ausgang Q1 ein 3 Millisekunden andauerndes
Signal abgibt. Der Monoflop ist Bestandteil einer integrierten
Schaltung 634, die beispielsweise vom Typ RCA CD4098 ist. Das Merkmal
der erneuten Triggerbarkeit bedeutet, daß jeder Impuls, der während
des 3 Millisekunden andauernden Zeitintervalls auftritt, ein neues,
3 Millisekunden dauerndes Intervall beginnen läßt. Die Wellenform B in
Fig. 10 zeigt das sich ergebende Ausgangssignal am Ausgang Q1, für
einen, zwei, drei und vier aufeinanderfolgende Eingangsimpulse entsprechend
einem "Nachfrage"-Alarm, einer "Erdschlußauslösung", einer
"lang verzögerten Auslösung" bzw. einer "Kurzschlußauslösung". Die
Amplitude der Q1-Impulse ist ungefähr gleich der Höhe der dem integrierten Schaltkreis
634 zugeführten Versorgungsspannung. Wenn das Q1-Ausgangssignal von
dem Widerstand 636 und dem Kondensator 638 gemittelt wird, wird
eine Gleichspannung C erzeugt, deren Wert einem der nachstehend angegebenen
Bruchteile der Versorgungsspannung entspricht: ³/₁₆ Volt,
⁵/₁₆ Volt, ⁷/₁₆ Volt oder ¹¹/₁₆ Volt. Dieser Wert wird auf die invertierenden
Eingänge eines Vierfach-Komparators 640 gegeben, die den
gefilterten Wert C mit festen Bruchteilen der Versorgungsspannung von
⅛ Volt, ¼ Volt, ⅜ Volt und ⁹/₁₆ Volt vergleichen. Diese Werte
werden von einem Spannungsteilernetzwerk erzeugt, das Widerstände
642, 644, 646, 648 und 650 enthält. Dann gibt der Komparator Ausgangssignale
ab, die angeben, welches der vier möglichen Impulsmuster
an die Eingangsanschlüsse 626 und 628 gegeben wurde. Wenn beispielsweise
eine "Nachfrage"-Bedingung vorliegt, wodurch ein Impulsmuster
entsprechend einem von 8 Impulsen erzeugt wird, beträgt die Gleichspannung
am invertierenden Eingang des Komparators A von 640 dann
³/₁₆ der Versorgungsspannung, was mehr ist als ⅛ der Versorgungsspannung,
jedoch weniger als ¼ der Versorgungsspannung. Folglich ist
der Ausgangsanschluß des Komparators A niederohmig, während sämtliche
anderen Ausgänge hochohmig sind. Durch einen Stromfluß durch den Widerstand
656 werden der Transistor 652 und das Relais 654 eingeschaltet,
ebenso die "Nachfrage"-Leuchtdiode 658.
Eine Überstrom-Auslösebedingung läßt drei aufeinanderfolgende Impulse
an den Eingangsanschlüssen 626 und 628 auftreten, und ein gemittelter
Wert von ³/₁₆ der Versorgungsspannung erscheint an den invertierenden
Eingängen der in der Komparatoranordnung 640 enthaltenen Vergleicher.
Dieser Wert ist größer als ⅜ der Versorgungsspannung, jedoch kleiner
als ⅝ der Versorgungsspannung. In diesem Fall sind die Ausgangsanschlüsse
der Vergleicher A, B und C niedrig. Ein Transistor 660 und
ein Relais 662 werden aufgrund des Stromflusses durch die Überstrom-
Leuchtdiode 664 und den Widerstand 666 eingeschaltet. Der Transistor
652 und die "Nachfrage"-Leuchtdiode sind ausgeschaltet aufgrund der
Kurzschlußwirkung des Transistors 668. Ebenso ist die "Erde"-Leuchtdiode
670 aufgrund der Kurzschlußwirkung der "Überstrom"-
Leuchtdiode 664 ausgeschaltet. Auf diese Weise dominiert stets der höchste Vergleichspegel.
Eine Funktion der integrierten Schaltung 672, bei der es
sich beispielsweise um den Typ CD040 von RCA handelt, und von Q1
besteht darin, eine ½ Sekunde dauernde EIN-Verzögerung für
die Vergleicher zu schaffen, die notwendig ist, damit sich die Spannung
am Kondensator 638 stabilisieren kann. Die Q1-Impulse erscheinen alle
¹/₆₀ Sekunden. Sie werden von einem Zähler 672 gezählt, bis 32 Impulse
gezählt sind und der Ausgang Q6 logisch eins wird. Zu diesem Zeitpunkt wird
der Ausgang Q1 eingeschaltet, und zusätzliche Impuls-Eingangssignale
werden von der Diode 674 gesperrt.
Etwa 30 Millisekunden nach dem letzten von dem Optokoppler
630 empfangenen Impuls wird die -Klemme des erneut triggerbaren
Monoflops 634 hoch. Dies setzt den Ausgang Q6 von 672 zurück und
schaltet Q1 ab. Die Funktion des Zählers 672 und von Q1 besteht darin,
ein sicheres Ein/Aus-Schalten der Leuchtdiodenanzeigen sowie der
Alarm/Verriegelungs-Aus- und "Nachfrage"-Relais 662 und 654 zu gewährleisten.
Wie oben erläutert wurde, ist in Betracht zu ziehen, daß ein erfindungsgemäß
aufgebauter Leistungsschalter in einem elektrischen Verteilungssystem
in Koordination mit einer Anzahl weiterer Leistungsschalter
verwendet wird. Es ist manchmal wünschenswert, daß verschiedene Befehle
und Informationen von diesem Leistungsschalter gesendet werden
und daß verschiedene, von anderen zugehörigen Leistungsschaltern gesendete
Parameter von diesem Leistungsschalter erfaßt werden. Diese
Information wird für das gewünschte Verriegelungsschema
benutzt, welches von dem Systemarchitekten oder -entwerfer spezifiziert
wird.
Das System enthält vier Ausgangsleitungen: "KV-(SD-)Verriegelung AUS"
(KV=kurze Verzögerung) 502, "Erdschlußverriegelung AUS" 504,
"SER AUS" 506 und "Fernanzeige AUS" 508.
Es sind drei Eingangsanschlüsse vorgesehen: "KV-(SD-)Verriegelung EIN"
(KV=kurze Verzögerung) 510, "Erdschlußverriegelung EIN" 512 und
"SER EIN" 514. Die Anschlüsse SER AUS und SER EIN werden zur
Übermittlung digitaler Daten zwischen dem Mikrocomputer 154 und
einer entfernt angeordneten digitalen Schaltung verwendet. Der Anschluß
"Fernanzeige AUS" stellt einen eins-aus-vier-codierten Impulsausgang
für die Anzeige der Ursache einer Auslösung (Überstrom, Kurzschluß
oder Erde) und einen "Spitzennachfrageleistung"-Alarm dar. Die
Eingangs- und Ausgangs-Verriegelungsanschlüsse gestatten direkte Verriegelungsverbindungen
zwischen Leistungsschaltern ohne zusätzliche
Bauelemente.
Wenn typische Optokopplerschaltungen verwendet werden, werden 40
Milliwatt Leistung benötigt (12 Milliampere bei 5 Volt Gleichspannung
für jede der sieben Leitungen). Die Leistung, die die Stromwandler 24
liefern können, beträgt lediglich etwa 500 Milliwatt (100 Milliampere bei
5 Volt Gleichspannung), von der das meiste vom Mikrocomputer 154
verbraucht wird. Herkömmliche Optokopplerschaltungen können daher
nicht verwendet werden.
Die Spannungsversorgung für das Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174
enthält einen Impulstransformator 501, der über einen über die Leitung 7 des Ports 1 ansteuerbaren Transistor 228 angeschlossen ist, wie es in Fig. 14 durch
das Bezugszeichen 178 angedeutet ist. Der Mikrocomputer liefert alle
2000 Mikrosekunden einen 100 Mikrosekunden andauernden Impuls,
wie es von dem gemeinsamen Anzeige- Unterprogramm vorgegeben wird,
um dadurch die Spannungsversorgungserfordernisse des Daten-Eingabe/
Ausgabe-Systems 174 um einen Faktor von etwa 20 zu 1 oder auf etwa
20 Milliwatt (4 Milliampere durchschnittlich bei 5 Volt Gleichspannung)
herabzusetzen. Dies ist wenig genug, um von der Spannungsversorgung
144 ohne Schwierigkeiten bereitgestellt werden zu können.
Die in der Spannungsversorgung 176 auftretenden Wellenformen sind in
Fig. 15 dargestellt. Die Wellenform A erscheint auf der Leitung 7 des
Ports 1 des Mikrocomputers 154. Für etwa 100 Mikrosekunden in einem
Zeitraum von etwa 2000 Mikrosekunden (tatsächlich ⅛×¹/₆₀ Sekunden)
wird die Leitung 7 vom Port 1 potentialmäßig niedrig auf Mikrocomputer-Schaltungserde
gehalten. Dies schaltet den Transistor 228 ein, wodurch +5 Volt
an den Eingang des Transformators 501 gelegt werden, wie in Wellenform
B in Fig. 15 zu sehen ist. Eine entsprechende Wellenform wird
an dem Ausgangsanschluß des Transformators 501 erzeugt, bezogen
auf den für das System gemeinsamen Anschluß des Daten-Eingabe/
Ausgabe-Systems 174.
Wenn z. B. von dem Anschluß "Fernanzeige AUS" 508 eine Ausgabe gewünscht
wird, wird die entsprechende Ausgangsleitung des Mikrocomputers,
nämlich Leitung 3 des Datenbusses 172, auf Schaltungserde gehalten,
wie in der Wellenform C in Fig. 15 zu sehen ist. Durch den durch den
Transistor 228 fließenden Strom wird die Leuchtdiode 516 eingeschaltet.
Der Phototransistor 517 schaltet dann den Transistor 518 an, wodurch
die Ausgangsspannung gemäß der Wellenform D entsteht. Wenn
die Leitung 178 (Wellenform C) "hoch" ist, ist das entsprechende Ausgangssignal
des Transistors 518 "Null", wie durch die Wellenform D dargestellt
ist.
Die Eingabeschaltung ist so ausgelegt, daß sie sowohl mit einem direkt
gekoppelten Gleichspannungssignal von einem zum Stand der Technik gehörenden Leistungsschalter
als auch mit einer Impulseingabe arbeitet, wie sie weiter unten in
diesem Abschnitt beschrieben wird. Ein Eingangssignal an beispielsweise
dem Anschluß "SER EIN" 514, wie in der Wellenform E dargestellt
ist, erscheint ebenfalls am Gate des FET 236, wie in der Wellenform F
gezeigt ist. Wenn die Impulsspannung am Ausgang des Impulstransformators
501 erscheint, fließt Strom in die Leuchtdiode 238 und dann
durch den FET 236, der durch das Eingangssignal am Anschluß "SER EIN"
514 eingeschaltet wurde. Der FET 236 besitzt eine Einschalt-Gate-
Spannung von 2,5 Volt und einen internen Gate-Source-Zenerdiodenschutz
von 15 Volt. Dieser Bereich ist erforderlich, damit das 4 Volt betragende
Impuls-Eingangssignal verarbeitet werden kann, das von der Mikrocomputerschaltung
geliefert wird, damit auch ein 12-Volt-Gleichspannungssignal verarbeitet werden
kann, welches von der älteren Art von Festkörper-Auslöseeinheit
geliefert wird.
Der FET 236 erfüllt zwei Funktionen: Als erstes stellt er ein Speicherelement
dar, wenn das Eingangssignal ein Impuls ist. Dies geschieht
in Verbindung mit dem Kondensator 232, der über den Widerstand 230
von dem 100 Mikrosekunden andauernden Eingangsimpuls aufgeladen wird.
Die Werte des Kondensators 232 und des Widerstandes 230 werden so
gewählt, daß sich eine Zeitkonstante von 15 Mikrosekunden ergibt. Der
Kondensator 232 wird über den Widerstand 234 entladen, der so bemessen
ist, daß sich eine Zeitkonstante von 10 Millisekunden ergibt. Der Kondensator
232 kann über 230 nicht aufgeladen werden, weil das Eingangssignal
von dem Emitter eines npn-Transistors geliefert wird. Somit wird
das Gate des Transistors 236 so lange auf hohem Potential gehalten,
wie Eingangsimpulse alle 2 Millisekunden auftreten. Etwa 10 Millisekunden
nach dem Verschwinden der Eingangsimpulse schaltet der Transistor
236 ab.
Die zweite Aufgabe des Transistors 236 besteht in der Stromverstärkung.
Der Optokoppler 226 benötigt etwa 20 Milliampere zum Einschalten des
zugehörigen Phototransistors. Dieser Strom wird von dem Transistor 236
geliefert. Die hohe Gleichspannungs-Eingangsimpedanz am Eingangsanschluß
ist deshalb erforderlich, weil ältere Auslöseeinheit-Steuerschaltungen
lediglich einen kleinen Eingangs-Gleichstrom liefern können.
Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Eingangssignals wird
von dem Mikrocomputer auf der Leitung Null des Datenbusses erfaßt
(vgl. Wellenform G); die Leitung hat während der 100 Mikrosekunden
anhaltenden Impulsdauer hohes Potential, wenn, und nur wenn ein
Eingangssignal am Anschluß 514 vorhanden ist. Ein Masseanschluß-
Widerstand 237 ist vorgesehen, um an die Daten-Eingangsanschlüsse
angeschlossenen Datenbusleitungen auf Schaltungserde zu halten, wenn
kein Eingangssignal am Anschluß 514 vorhanden ist. Auf diese Weise
kann ein von einem Leistungsschalter, einem Notstromgenerator oder
einer anderen zugehörigen Einheit des elektrischen Energieverteilungssystems
kommendes Signal von dem Mikrocomputer 154 erfaßt werden,
und der Leistungsschalter 10 wird in der vorgesehenen Weise
gesteuert. Weiterhin können über den Anschluß
"SER EIN" 510 Parameterwerte von einer entfernten Stelle eingespeist
werden. Entsprechende Befehle in dem ROM codieren dann die
ankommende Information und speichern sie in dem RAM, wo sie für
die Verwendung bei den Grenzwert-Prüffunktionen zur Verfügung stehen.
Die Spannungsversorgung 144 gemäß Fig. 2 ist in Fig. 11 in Blockdiagrammform
dargestellt. Die Spannungsversorgungsschaltung kann von
einer von vier Quellen gespeist werden: einer externen Wechsel- oder
Gleichspannung, der Fernanzeige 145 gemäß Fig. 2, einem Stromeingang
von dem Erdstromwandler 28 oder einem Stromeingang von den
drei Phasenstrom-Meßwandlern 24.
Die gleichgerichtete Ausgangsgröße der externen Wechselspannungsquelle
wird mit der von der Fernanzeige kommenden Gleichspannung verglichen,
und der größte augenblickliche Wert wird von einem Spannungszuordner
702 an den Energiespeicherkondensator 704 der Spannungsversorgung
geliefert, um von dem Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler
706 und der Auslösespule 202 verwendet zu werden. Ein Spannungsfühler
708 überwacht das Ausgangssignal des Spannungszuordners 702.
Immer wenn diese Spannung größer als 22 Volt Gleichspannung ist, wird
der Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler 706 eingeschaltet. Ein
Stromschalter 710 wird in die Stellung (2) gezogen, wenn die Spannung
24 Volt Gleichspannung überschreitet. Der Wandler 706 liefert die 5 Volt
Versorgungsgleichspannung (mit 100 Milliampere) für die Mikrocomputerschaltung,
eine Bezugsspannung VREF (1,64 Volt Gleichspannung) und
ein Netz-Ein-Rücksetz-Steuersignal RS.
Die Einheit kann außerdem entweder von dem gleichgerichteten Ausgangssignal
des Erdstromwandlers 28 oder dem gleichgerichteten zugeordneten
Ausgangsstrom der drei Phasenstromwandler 24 gespeist werden. Die
zwei Ströme werden bei 712 summiert und dem Schalter 710 zugeführt,
der den Strom entweder dem Energiespeicherkondensator 704 oder einer
Crow-bar-Schaltung 714 zuführt. Der Strom fließt in dem
Kondensator 704, bis die Kondensatorspannung etwa 39 Volt Gleichspannung
erreicht. An diesem Punkt überträgt der Schalter 710 den Strom zu der
Crow-bar-Schaltung 714. Das Umleiten des Stromes wird fortgesetzt,
bis die Spannung am Kondensator 704 auf etwa 34 Volt Gleichspannung
abfällt und der Schalter 710 den Strom erneut in den Kondensator
fließen läßt.
Die Spannungsversorgung 144 ist in Fig. 12 im einzelnen dargestellt.
Der ankommende externe Wechselstrom (EXT AC) wird von BR 201 gleichgerichtet
und mit dem externen Gleichspannungs-Eingangssignal verglichen.
Das Ergebnis wird über D101 an Energiespeicherkondensatoren
C102 und C 112 geleitet. Die gefühlte Spannung wird außerdem zu der
Crow-bar-Schaltung geführt, die von Leistungs-Feldeffekttransistoren
Q101 und NAND-Gliedern A und B (die als Negatoren verschaltet sind)
gebildet wird. Die Vierfach-NAND-Schaltung wird von dem durch R103,
D107, D 108 und D 109 fließenden Strom gespeist, welcher eine temperaturstabilisierte
Spannung von etwa 10 Volt Gleichspannung an den Stift 14
von IC101 erzeugt. Das Vierfach-NAND-Glied besitzt eine Eingangshysterese,
die veranlaßt, daß das Ausgangssignal auf niedriges Potential schaltet, wenn die
Eingänge etwa 70% der Versorgungsspannung (7 V=) überschreiten. Das
Ausgangssignal bleibt dann auf niedrigem Pegel, bis die Eingangssignale
auf 30% der Versorgungsspannung (3 V=) abfallen. Die Crow-bar-
Schaltung wird eingeschaltet, wenn am Widerstand R105 7 Volt Gleichspannung
auftreten, was 25 Volt Gleichspannung an dem externen
Gleichspannungseingang entspricht (7 V= zuzüglich des Abfalls an R104,
R102 und D103). Man erkennt, daß die Crow-bar-Schaltung außerdem eingeschaltet
wird, wenn die Spannung am Energiespeicherkondensator 39 V=
den Spannungsabfall an R105, R104, R102 und D104 überschreitet, also wenn
die Spannung an R105 7 V= erreicht.
Wenn externe Leistung zur Verfügung steht, wird der Ein/Aus-Zustand
des Wandlers 706 von der externen Versorgungsspannung gesteuert und
nicht von der Spannung des Speicherkondensators.
Der 24 V=-Schaltpunkt für die externe Gleichspannungseingabe entspricht
der minimalen Gleichspannung, die für die Betätigung der Auslösespule 22
erforderlich ist. Die 39 V=-Grenze der Spannung am Energiespeicherkondensator
ist ein Kompromiß zwischen der 50-Volt-Maximalgrenze
des Kondensators und der 30-Volt-Minimaleingabe für den Wandler, die
notwendig ist, um 5 Volt Gleichspannung bei 100 Milliampere Gleichstrom
abzugeben, wobei das Minimum-Stromwandler-Ausgangssignal 32 mAEFF
beträgt.
Stromnebenschlüsse R100 und R101 werden dazu verwendet, den Phasen-
bzw. Erdstrom zu fühlen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Stromfluß
durch die Widerstände entweder durch Q101 (Crow-bar-Schaltung "EIN")
oder C105 und C112 (Crow-bar-Schaltung "AUS") und IC102 erfolgt.
Die benötigte Ausschaltverzögerung von 15 Millisekunden für die
+5 V=-Versorgung wird mittels einer Diode D110, eines Widerstandes
R107 und eines Kondensators C102 erreicht. Wenn die Spannung an den
Stiften 8 und 9 des IC101 unter 3 V= abfällt, nimmt der Ausgangsstift
10 hohes Potential an. Eine 15 Millisekunden dauernde Verzögerung
liegt vor, bevor der Stift 12 und der Stift 13 7 V= erreichen. Zu
diesem Zeitpunkt geht der Stift 15 auf niedriges Potential, wodurch
die +5 V=-Bezugsspannung auf Null geht.
Der Spannungsfühler 708 bewirkt außerdem eine Ein/Aus-Steuerung
für den Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler 706. Der Wandler 706
wird eingeschaltet, wenn die Kondensatorspannung 37 V= erreicht, er
wird ausgeschaltet, wenn die Spannung auf 33 V= abfällt. Eine 15 Millisekunden
dauernde Verzögerung im Aus-Signal stellt sicher, daß der
Mikrocomputer 154 lange genug eingeschaltet ist, um den derzeitigen
Wert des Phasen- und Erdstromes selbst dann anzuzeigen, wenn der
Ausgangsstrom der Wandler 24 zu klein ist, um den Betrieb des Wandlers
706 aufrechtzuerhalten. Hierdurch wird die Aufrechterhaltung
eines Auslösesignals für so lange Zeit sichergestellt, daß die Auslösespule
22 ausgelöst werden kann. Man beachte, daß die Auslösespule
von dem nicht verriegelnden FET 192 gesteuert wird, anstatt durch
ein schaltendes oder verriegelndes Gerät, wie z. B. einem gesteuerten
Siliciumgleichrichter, wie er im Stand der Technik verwendet wird.
Hierdurch wird eine Unempfindlichkeit gegen durch Störungen verursachte
Auslösungen geschaffen. Solche Auslösungen können durch
elektrische Überschwinger entstehen. Die erwähnte Tatsache verhindert,
daß dann, wenn die Betriebsspannung von einer Batterie geliefert wird,
ein unnötiger Stromverbrauch durch die Spannungsversorgung entsteht.
Die Schaltpunkte des Spannungsfühlers 708 und der Crow-bar-Schaltung 714
sind in Fig. 13 dargestellt.
Bei dem Wandler 706 handelt es sich um einen Wandler vom Zerhackertyp,
der aus dem Schalttransistor IC102, der Induktivität L101, einer
"freilaufenden" Diode D112 und einer vom Transistoren Q103 und Q104
gebildeten Spannungsrückkopplung besteht. Die Spannung an der Basis
von Q103 wird durch R109 auf +5 V= eingestellt. Diese Spannung entspricht
etwa ½ der temperaturstabilisierten Spannung von +10 V=,
die von D107, D108 und D109 erzeugt wird.
Die Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn die Ausgangsspannung unter
+5 V= liegt, ist Q103 eingeschaltet, Q104 ist ausgeschaltet. Der
Kollektorstrom von Q103 ist der Basisstrom des pnp-Darlington-
Transistors IC102, der dann eingeschaltet wird. Werden der Induktivität
101 etwa +35 V= zugeführt, steigt der Strom linear an. Der
Strom fließt in C106 und die angeschlossene Last. Wenn die Ausgangsspannung
+5 V= übersteigt, wird Q103 ausgeschaltet, und Q104 wird
eingeschaltet. Der Kollektorstrom von Q104 schaltet Q102 an, der
die Basis von IC102 klemmt, wodurch dieser rasch ausgeschaltet wird.
Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Strom in L101 von IC102 auf die
Diode D112. Die Ausgangsspannung beginnt abzunehmen, bis Q103
einschaltet und Q104 ausschaltet und sich der Vorgang selbst wiederholt.
Die Hysterese bei dem Ein/Aus-Schalten ergibt sich aus dem
naturgemäßen Über- und Unterschwingen des durch L101 und C106
gebildeten Resonanzkreises. Die positive Schaltrückkopplung erfolgt
durch C103 und R110. Die Schaltpunkte der Spannungsversorgung 144
sind in Fig. 13 dargestellt.
Zusätzlich zu dem +5 V=-Pegel liefert die Spannungsversorgung 144
außerdem eine Bezugsspannung VREF, die von dem Mikrocomputer 154
gebraucht wird. Von dem IC103 wird in Kombination mit R114, R115,
R116 und C106 ein zusätzliches Signal, nämlich ein Netz-Ein-Rücksetz-
Signal für den Mikrocomputer geliefert. Wenn der Wandler einschaltet
und +5 Volt Gleichspannung erzeugt werden, bleibt die -Leitung für
etwa 5 Millisekunden auf Schaltungserde. Dieses Signal gelangt an
den Mikrocomputer, der dann zurückgesetzt wird. Die Diode D111 bewirkt
ein zwischenzeitliches Rücksetzen bei Netzausschaltung, sobald die 5-Volt-
Bezugsspannung auf Null heruntergeht, was einen sicheren Betrieb sowohl
bei Netz-Ein- als auch bei Netz-Aus-Schaltungen gewährleistet.
Der intern in dem Mikrocomputer vorgesehene Lesespeicher (ROM) speichert
Befehle, die eine Folge von acht Hauptfunktionen definieren,
die bei jeder Periode des Wechselstroms, d. h., alle 16,667 Millisekunden,
abgearbeitet werden. Jede Funktion ist verantwortlich für das Auffinden
eines oder mehrerer Parameterwerte außerhalb des Mikrocomputers.
Diese Parameter sind z. B. Werte, die von dem zu schützenden elektrischen
Schaltkreis aufgenommen werden, wie der Phasenstrom und der
Erdstrom, weiterhin Werte, die durch die Potentiometer und Schalter
auf der Frontplatte spezifiziert werden. Die entsprechende Funktion
lädt dann den Parameterwert in eine spezifizierte Speicherstelle innerhalb
des Schreib/Lese-Speichers (RAM). Darüber hinaus sind die meisten
Funktionen außerdem verantwortlich für die Durchführung einer oder
mehrerer Grenzwertprüfungen, so z. B für den Vergleich des derzeitigen
Phasenstroms mit dem Ansprechwert für sofortige Auslösung
(im folgenden als Sofort AW abgekürzt). Da die gesamte Schleife
der acht Funktionen alle 16,667 Millisekunden durchgeführt wird, erfolgt
jede Grenzwertprüfung bei dieser Geschwindigkeit.
Zusätzlich zu der Aufgabe des Abtastens und Grenzwertprüfens ist jede
Funktion für zwei Operationen verantwortlich, die sich auf die numerischen
Anzeigen 80 und 82 in der Frontplatte beziehen. Alle 4 Sekunden wird innerhalb
einer Funktion ein Anzeigeparameterwert aus der zugewiesenen Speicherstelle
des RAM gelesen. Dann wird innerhalb der Funktion dieser Parameterwert
in vier Ziffernwerte formatiert. Entspricht beispielsweise der derzeitige
Phasenstrom 2,14 Einheiten, würden innerhalb der entsprechenden Funktion vier
Ziffernwerte erzeugt, nämlich eine Leerstelle, eine 2, eine 1 und eine
4. Diese Ziffernwerte würden dann in zugewiesene Speicherstellen des
RAM gebracht werden, wobei jede Stelle einer Ziffernstelle der
numerischen Anzeige 80 entspricht. Im allgemeinen werden innerhalb jeder
Funktion zwei Parameterwerte formatiert, so daß insgesamt acht Ziffernwerte
in die entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert werden. Diese Ziffernwerte
verbleiben 4 Sekunden lang in dem RAM, bis die nächste Funktion
neue Ziffernwerte abspeichert.
An dieser Stelle befinden sich die Ziffernwerte in dem RAM. Sie
müssen nun zu der 48449 00070 552 001000280000000200012000285914833800040 0002003153749 00004 48330richtigen Ziffer innerhalb der numerischen Anzeigen
80 und 82 geschickt werden, dies ist die zweite Operation, die von
den acht Hauptfunktionen wahrgenommen wird. Jede Funktion führt jedesmal,
wenn sie ausgeführt wird, das Auffinden eines
der Ziffernwerte aus dem RAM und das Senden dieses Ziffernwertes
über den Port 2 des Mikrocomputers 154 an die numerische Anzeige 80
oder 82 durch. Der Digitalwert erscheint dann an der richtigen
Stelle innerhalb der numerischen Anzeige erleuchtet. Da etwa alle 2 Millisekunden
(16,667/8 ms) eine neue Funktion ausgeführt wird, erscheint der
Digitalwert für diesen Zeitabschnitt auf der numerischen Anzeige,
bevor er erlischt und der nächste Ziffernwert an eine andere Ziffernstelle
der numerischen Anzeige gesendet wird. Zu jedem beliebigen
Zeitpunkt erscheint also lediglich eine Ziffer auf der numerischen
Anzeige 80 und 82. Die Ziffern blinken jedoch so rasch, daß sie einem
Betrachter als gleichzeitig erleuchtet erscheinen.
Das externe ROM 151 wird optional, d. h. wahlweise, eingesetzt, und es
kann dazu verwendet werden, Befehle zum Wahrnehmen zusätzlicher
Funktionen zu speichern, so z. B. für weitere Funktionen bezüglich des
Daten-E/A-Systems. Außerdem kann die Wertetabelle für die Potentiometereinstellungen
in dem externen ROM gespeichert werden, um ein Wechseln
der Tabellenwerte zu erleichtern.
Die Organisation der Hauptbefehlsschleife in dem ROM des Mikrocomputers
ist in Fig. 17 dargestellt. Die acht Hauptfunktionen sind als FUNKTx
bezeichnet, wobei x die Werte 1 bis 8 annehmen kann. Die von diesen
Funktionen aufgerufenen hauptsächlichen Unterprogramme sind das
gemeinsame Anzeigeprogramm CMDIS, das Analog/Digital-Umsetzprogramm
ADCV1, das Unterprogramm zum Umschalten zwischen den zwei Anzeigepaneelen-
Multiplexern 166 und 168 für die Anzeigen und zum Durchführen der Analog/
Digital-Umsetzung TADCV sowie das Unterprogramm "Lesen" zum Einlesen
diskreter Werte von den Potentiometereinstellungen. Die Hauptfunktionen
sowie die entsprechenden Unterprogramme sollen im folgenden
ausführlich erläutert werden.
Dieses Unterprogramm wird von jeder Hauptfunktion aufgerufen und
daher alle 2 Millisekunden ausgeführt. Es bringt einen Digitalwert,
wie er von dem Register R1 adressiert wird, zur Anzeige und führt
eine Analog/Digital-Umsetzung auf einer der 8 Eingangsleitungen des
Multiplexers 158 durch, wie es durch das Register R6 spezifiziert
wird.
Das Unterprogramm CMDIS gibt auf der Leitung 7 des Ports 1 einen
Impuls mit einer Dauer von 100 Mikrosekunden ab, um die
Daten-Eingabe/Ausgabe-Spannungsversorgung 176 zu erregen. Ein Abschnitt
von CMDIS, bezeichnet mit TADCV, schaltet zwischen dem
Multiplexer 166 und dem Multiplexer 168 um, um ein Potentiometer
von der anderen Seite der Schalttafel zu lesen. Weiterhin vervollständigt
CMDIS eine Zeitverzögerung um sicherzustellen, daß jede
Hauptfunktion in exakt 16,667/8 Millisekunden durchgeführt wird.
Für eine ausführliche Beschreibung von CMDIS soll nun auf Fig. 26
Bezug genommen werden. Zuerst wird ein interner Zähler geprüft um
zu bestimmen, ob das 16,667/8 ms dauernde Zeitfenster abgelaufen
oder verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall, läuft das Unterprogramm
in der Schleife, bis das Zeitfenster abgelaufen ist. Dann wird der
Zähler zurückgesetzt.
Als nächste wird die Leitung 7 von Port 1 aktiviert, um zwei Funktionen
zu erfüllen. Durch diese Leitung wird der Chipauswahl-Anschluß des
Analog/Digital-Umsetzers deaktiviert. Diese Leitung steht außerdem in
Verbindung mit dem Transistor 228 der Daten-Eingabe/Ausgabe-Spannungsversorgung.
Somit bildet die Aktivierung der Leitung 7 des Ports 1 die
Vorderflanke eines etwa 100 Mikrosekunden andauernden Impulses für
die Daten-E/A-Spannungsversorgung.
Nun werden vorher vorhandene Alarmbedingungen geprüft um zu bestimmen,
ob ein Impuls auf dem Anschluß SER AUS der optisch gekoppelten
Daten-Eingabe/Ausgabe-Schaltung 174 ausgesendet werden
sollte. Wie oben beschrieben wurde, liefert SER AUS ein impulscodiertes
Signal über einem 16,667-Millisekunden-Zeitfenster, um die
Fernanzeige über mögliche Alarm- oder Auslösebedingungen zu informieren.
Nun wird das Register 6 erhöht, um die Kanaladresse für die nächste
Eingangsleitung zu erhalten, auf die der Multiplexer 158 zugreifen
soll. Das Register 1 wird nun um 1 erniedrigt, um die Adresse des nächsten
Digitalwertes für die Anzeige zu erhalten.
Indem das Register R1 als Adressenanzeiger verwendet wird, wird nun
einer von acht Digitalwerten aus dem RAM geholt und
für die Ausgabe an die numerischen Anzeigen vorbereitet. Da der Digitalwert lediglich
4 Bits benötigt, werden die oberen 4 Bits dazu verwendet, die
Zwischenspeicher-Freigabeleitung 5 des Ports 2 und die Inhibitleitung 7
des Ports 2 richtig einzustellen. Die Leuchtdiodenanzeige 84, 86, 88,
90, 92, 94, 96, 98 oder 100, die den derzeit angezeigten Parameter
darstellt, wird vom Bit 6 des Ports 2 gesteuert. Das entsprechende
Bit in dem angezeigten Digitalwert wird von dem Unterprogramm SRACE
in FUNKT1 gesetzt oder zurückgesetzt. Diese Steuerinformation sowie
der Digitalwert werden dann über das Port 2 an den Zwischenspeicher-
Decoder 194 im Anzeigesystem 155 gesendet.
Die Kanaladresse für den Multiplexer 158, enthalten im Register R6,
wird nun über das Port 2 ausgesendet. Es wird die Analog/Digital-
Umsetzroutine ADCV1 ausgeführt, und der Digitalwert des Einganges des
Multiplexers 158 wird im Register 3 und im Akkumulator gespeichert.
Diese Funktion initialisiert zuerst das Register R1 mit einer Adresse,
die um eins größer ist als die Adresse von Ziffer 1, dem Digitalwert,
der in der am weitesten rechts liegenden Stelle der numerischen Anzeigen
80 und 82 angezeigt wird (der Wert wird vor der Verwendung
von DMDIS vermindert). Die Funktion initialisiert außerdem das Register
R6 mit der ersten Kanaladresse, auf die der Multiplexer 158 zugreift.
Als nächstes wird das Unterprogramm SRACE betreten. Dieses Unterprogramm
erhöht einen 4-Sekunden-Zähler. Wenn dieser Zähler von
einem Hexadezimalwert FF auf Null überläuft, zeigt dies an, daß
die 4-Sekunden-Anzeigedauer verstrichen ist und gemäß Zeitsteuerung
wird ein neues Paar von Werten in den numerischen Anzeigen 80 und
82 dargestellt. Dies erfolgt durch Verschieben des Inhaltes des Registers
R7. Als nächstes setzt SRACE das Bit 6 in eine der acht Ziffernwert-
RAM-Speicherstellen, so daß die den angezeigten Parametern
entsprechende Leuchtdiodenanzeige eingeschaltet wird.
Nun wird die gemeinsame Anzeigeroutine CMDIS aufgerufen. Nach Beendigung
der Routine wird die 1. Ziffer, die am weitesten rechts liegende
Ziffernstelle der numerischen Anzeige 82, eingeschaltet, und der derzeitige
Phasenstrom wird nun gelesen und von dem ADU 156 verarbeitet.
Der derzeitige Phasenstrom wird dann im RAM gespeichert.
Nun wird das Indexregister R7 geprüft um zu bestimmen, ob es Zeit
ist, den derzeitigen Phasenstromwert auf der numerischen Anzeige 80
der Frontplatte zur Anzeige zu bringen. Falls ja, wird der derzeitige
Phasenstromwert in vier Ziffernwerte formatiert, und jeder dieser
Ziffernwerte wird in Speicherstellen ZIFFER 8, ZIFFER 7, ZIFFER 6,
ZIFFER 5 innerhalb des RAM entsprechend den am weitesten links
liegenden Anzeigeziffern gespeichert, d. h., in den Ziffernstellen für
die numerische Anzeige 80. Außerdem wird der derzeitige Erdstrom
in vier Digitalwerte formatiert. Diese Digitalwerte werden in den RAM-
Speicherstellen ZIFFER 4, ZIFFER 3, ZIFFER 2 und ZIFFER 1 entsprechend
den Werten der am weitesten rechts liegenden Ziffern gespeichert,
d. h., entsprechend den vier Ziffernstellen der numerischen Anzeige 82.
(In den Flußdiagrammen wird für den derzeitigen Phasenstromwert die
Abkürzung PPCUR und für den derzeitigen Erdstromwert die Abkürzung
PGCUR verwendet.)
Als nächstes wird der für die Funktion der langen Verzögerung verwendete
Wert des Phasenstroms gelesen. Um einen Wert zu erhalten,
der doppelte Auflösung des Standardwertes des derzeitigen Phasenstroms
aufweist, wird die dem ADU 156 zugeleitete Bezugsspannung
über die Leitung 6 des Ports 1 eingestellt. Der ADU wird nun veranlaßt,
erneut den Wert des Spitzenwertdetektors 160, wie er
über den Multiplexer 158 geliefert wird, umzusetzen. Im Anschluß an
die Beendigung der Analog/Digital-Umsetzung wird der Kondensator
des Phasenstrom-Spitzenwertdetektors 160 durch Erden des Ausgangs
des Multiplexers 158 über den FET 186 entsprechend dem über
die Leitung 5 des Ports 1 gegebenen Befehl zurückgesetzt. Der Wert
des Phasenstroms für lange Verzögerung ist nun im RAM gespeichert.
Dieser Wert ist im Flußdiagramm gemäß Fig. 18 mit LDPU abgekürzt.
FUNKT1 sendet über den Port 1 eine Kanaladresse an den Multiplexer
158, um den Erdstrom-Spitzenwertdetektor 162 auszuwählen.
Die Analog/Digital-Umsetzroutine ADCV1 wird aufgerufen, den Erdstrom
zu lesen und den Wert in einen Digitalwert umzusetzen. Nun
wird der Erdstrom-Spitzenwertdetektorkondensator zurückgesetzt.
Bei höheren Werten des Phasenstroms kann der Erdstromwandler 28
fiktive Werte des Erdstroms erzeugen, obwohl ein solcher Wert in Wirklichkeit
nicht existiert. Dieser Effekt ist umso spürbarer, desto mehr der
Phasenstrom ansteigt. Daher wird dem fiktiven Erdstrom dadurch Rechnung
getragen, daß der Wert des in dem RAM zu speichernden Erdstroms um
einen Faktor 1/8 des Phasenstroms vermindert wird, wenn der Phasenstrom
zwischen 1,5 Einheiten und 9 Einheiten liegt. Wenn der derzeitige
Wert des Phasenstroms größer ist als 9 Einheiten, wird der
Erdstrom dadurch vernachlässigt, daß der derzeitige Erdstromwert auf
Null gesetzt wird, wobei der richtige Wert des Erdstroms nun in dem
RAM gespeichert ist.
Diese Funktion bestimmt den durchschnittlichen Phasenstrom, nimmt
Energieberechnungen vor und legt die Bauartnummer der Auslöseeinheit
26 fest. Zuerst wird der Multiplexer 158 über den Port 1 mit einer
Adresse versorgt, die durch das Register R6 indiziert wird, um die
Mittelungsschaltung 164 zu veranlassen, einen Analogwert an den ADU 156
zu geben. Es wird die gemeinsame Anzeigeroutine aufgerufen, durch
die veranlaßt wird, daß Ziffer 2, d. h. die zweite Ziffernstelle von rechts
in der numerischen Anzeige 82, eingeschaltet wird, und daß ein Digitalwert
für den durchschnittlichen Phasenstrom eingelesen wird. Der durchschnittliche
Phasenstrom ist in dem Flußdiagramm durch die Abkürzung
IAVE bezeichnet. Als nächstes wird der Wert des mittleren Phasenstroms
mit dem Produkt aus Leistungsfaktor (PF) und Leitungsspannung,
wie sie durch das Potentiometer 110 der Frontplatte spezifiziert wird,
multipliziert. Das Ergebnis ist der Wert für die derzeitige Kilowattzahl,
PRKW. Dieser Wert wird zwischenzeitlich gespeichert und außerdem
auf die Megawattstunden-Zwischensumme addiert. Es wird geprüft,
ob PRKW größer ist als der nach der letzten Betätigung des Kilowatt-
Rücksetzknopfes 105 registrierte Spitzen-Kilowattwert (PKACKW). Ist
PRKW größer als dieser Wert, wird der aufgelaufene Spitzen-Kilowattwert
mit PRKW gleichgesetzt, und beide Werte werden in dem RAM
gespeichert.
Das Register R7 wird daraufhin geprüft, ob es an der Zeit ist, die derzeitigen
Kilowatt- und Megawattstundenwerte auf den numerischen
Anzeigen 80 und 82 anzuzeigen. Ist dies der Fall, so werden die genannten
Größen in vier Ziffernwerte formatiert und in die Speicherstellen
für die Ziffernwerte innerhalb des RAM geladen.
Nun wird für den Multiplexer 158 eine Adresse erzeugt, um die
Bauartnummer-Kennzeichnungsvorrichtung 170 anzusprechen, so daß
diese einen Wert an den ADU 156 gibt. Nun erfolgt die A/D-Umsetzung
der Bauartnummer und der umgesetzte Wert wird im RAM gespeichert,
um anzuzeigen, welches der verschiedenen wahlweisen (optionalen)
Merkmale in der vorliegenden Auslöseeinheit enthalten ist, und um die
Ausführung der entsprechenden Befehle weiter unten im ROM auszuwählen.
Die erste Aufgabe dieser Funktion besteht darin, die Anzahl von über
den Anschluß FER AUS auszusendenden Impulse zurückzusetzen. Diese
Information wird später von dem gemeinsamen Anzeigeprogramm dazu
verwendet, den richtigen Impulscode auf dem seriellen Ausgang (SER
AUS) zu erzeugen. Das gemeinsame Anzeigeprogramm wird nun ausgeführt,
um die Ziffer 3 einzuschalten, wobei es sich um die dritte
Ziffer von rechts auf den numerischen Anzeigen handelt, und um einen
Digitalwert von dem Spitzen-Kilowatt-Einstellpotentiometer 108 einzulesen.
(Dieses Potentiometer ist in Fig. 20 durch KWST-Pot abgekürzt.)
Als nächstes wird ein Flag gesetzt, um zu verhindern, daß ein fehlerhafter
Impuls von dem Anschluß SER AUS ausgesendet wird. Dann wird
das Unterprogramm "Lesen" zum Einlesen von acht diskreten
Werten der Spitzen-Kilowatteinstellung entsprechend der Spezifikation des
entsprechenden Potentiometers 108 ausgeführt. Diese Routine wird
unten noch im einzelnen erläutert.
Nun wird geprüft, ob es Zeit für die Anzeige der Spitzen-Kilowatt-
Einstellung (KWST) auf der numerischen Anzeige 80 ist. Falls ja,
wird die Spitzen-Kilowatteinstellung, wie sie durch das Unterprogramm
LESEN bestimmt wurde, in vier Digitalwerte formatiert und in den
Ziffernwert-Speicherstellen innerhalb des RAM gespeichert, welche den
Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechen.
In dem RAM wird eine laufende Zwischensumme der Kilowattzahl gehalten.
Diese Zwischensumme wird von dem derzeitigen Kilowattwert
bei jeder Ausführung von FUNKT3 erhöht, um dadurch die Kilowattwerte
über die Zeit zu integrieren, was zu einem den Kilowattstunden
entsprechenden Wert führt. Nun wird diese Stelle des RAM
geprüft, um zu bestimmen, ob ein Wert entsprechend den Kilowattstunden
erreicht ist. Falls ja, wird eine Megawattstunden-Zwischensumme
im RAM erhöht, und die Kilowattstunden-Zwischensumme wird
unter Beibehaltung des Restes zurückgesetzt. Es wird geprüft, ob
es an der Zeit ist, den Inhalt der Megawattstunden-Zwischensumme
auf der Anzeige darzustellen. Falls ja, so wird diese Größe in vier
Ziffernwerte formatiert und in den Ziffernwert-Speicherstellen des
RAM entsprechend der numerischen Anzeige 82 gespeichert.
Nun wird die Leitung 3 des Ports 2 aktiviert, um den Multiplexer 166
auszuwählen und den Multiplexer 168 als Eingabequelle für den Multiplexer
158 auszuschließen. Es erfolgt eine Analog/Digital-Umsetzung
der Wert der Frontplattenschalter 102, 104 und 106, und ein für jede
Kombination der Schaltereinstellungen eindeutiger Digitalwert wird in
dem RAM gespeichert.
Die erste Aufgabe von FUNKT4 besteht darin, das gemeinsame Anzeigeprogramm
zum Einschalten der Ziffer 4 aufzurufen, wobei es sich bei
der Ziffer 4 um die vierte Ziffer von rechts der numerischen Anzeige 82
handelt. Ferner wird das PF×LF-Potentiometer 110 (Potentiometer für
die Größe Leistungsfaktor (PF)×Leitungsspannung (LS)) abgelesen und
es wird ein entsprechender Digitalwert zurückgegeben. Nun wird das
Unterprogramm "Lesen" aufgerufen, um den dem Digitalwert des
PF×LS-Potentiometers 110 entsprechenden Tabellenwert zu erhalten.
Wenn es an der Zeit ist, den PF×LS-Wert anzuzeigen, wird dieser
Wert in vier Ziffernwerte formatiert und in den der numerischen
Anzeige 80 entsprechenden Speicherstellen des RAM gespeichert.
Nun wählt die Leitung 3 des Ports 2 den Multiplexer 166 als Eingabequelle
für den ADU 156 über den Multiplexer 158 aus, es wird eine
Analog/Digital-Umsetzung auf dem Spannungsteilernetzwerk, welches
die Druckknopfschalter 105, 107, 128 und 130 enthält, durchgeführt.
Ein dem Muster der nun gedrückten Druckknöpfe entsprechender eindeutiger
Digitalwert wird in dem RAM gespeichert. Diese Größe wird
außerdem daraufhin überprüft, ob überhaupt irgendein Druckknopf
gedrückt wurde. Falls nicht, wird die Routine FUNKT5 angesprungen.
Andernfalls wird geprüft, ob der Kilowatt-Rücksetz-(KWST-)Druckknopf
105 gedrückt wurde. Falls ja, wird der Wert der Spitzen-Kilowattzahl
im RAM gelöscht. Als nächstes wird geprüft, ob die System-
Rücksetztaste 107 gedrückt wurde. Falls ja, werden sämtliche Auslöseanzeigen
gelöscht, die seriellen Ausgangs-Impulscodes werden auf
Null gesetzt, die Anzeigesequenz wird zurückgesetzt, und die Unterbrechung
wird freigegeben. Wenn der System-Rücksetzknopf nicht gedrückt
wurde, dann ist einer der Test-Druckknöpfe 128 und 130 gedrückt.
Der Digitalwert des über die Multiplexer 166 und 158 gelesenen Druckknopfes
wird nun in einem Test Flag gespeichert.
Es wird die gemeinsame Anzeigeroutine aufgerufen, um die Ziffer 5, d. h.
die fünfte Ziffer von rechts gesehen, anzuzeigen, und um das Potentiometer
112 für den Sofort-Ansprechwert abzulesen. Das Unterprogramm
"Lesen" liest den von der gemeinsamen Anzeigeroutine gelieferten
Digitalwert der Potentiometereinstellung ein und ermittelt den aktuellen
Einstellwert aus der in dem ROM gespeicherten Tabelle. Nun wird geprüft,
ob es Zeit für die Anzeige des eingestellten Sofort-Ansprechwertes
auf der numerischen Anzeige 80 ist. Falls ja, wird der Sofort-
Ansprechwert in vier Ziffernwerte formatiert und in den Ziffern der
numerischen Anzeige 80 entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert.
Nun wird das Test-Potentiometer über die Multiplexer 168 und 158
gelesen, und es wird ein entsprechender Digitalwert ermittelt. Der
zuvor von der Abtastung der Frontplattenschalter erhaltene Digitalwert
wird nun geprüft, um zu bestimmen, ob der Schalter 106 in der Stellung
"Auslösen" ist. Falls ja, wird in die RAM-Speicherstelle, wo normalerweise
der Wert des Test-Potentiometers 120 gespeichert würde, ein
fester Wert gespeichert. Dieser feste Wert wird zu einem späteren
Zeitpunkt der Ausführung des Tests als sechs Einheiten
für den Phasenstrom oder 1,5 Einheiten für den Erdstrom interpretiert. Wenn der
Schalter 106 in der Stellung "nicht auslösen" ist, wird als nächstes
geprüft, ob mehr als ein Druckknopf gedrückt ist. Dies ist ein unzulässiger
Zustand, und es wird kein Test durchgeführt. Wenn ermittelt ist,
daß nur ein Druckknopf gedrückt ist, wird geprüft, um welchen
Druckknopf es sich handelt. Wurde der Druckknopf "Erde" 130 gedrückt,
wird geprüft, ob der Wert des Test-Potentiometers 120, wie er im RAM
gespeichert ist, größer oder gleich dem derzeitigen Wert des Erdstroms
ist. Falls nicht, so bedeutet dies, daß der tatsächliche Wert des Erdstroms,
der nun von dem System erfaßt wird, größer als der Wert des
von dem Potentiometer 120 simulierten Erdstroms ist. Daher wird kein
Test ausgeführt und die Auslöseeinheit führt die Standard-Erdstrom-
Grenzwertprüfungen durch. Wenn der Wert des Test-Potentiometers 120,
wie er im RAM gespeichert ist, größer ist als der derzeitige Wert des
Erdstroms, werden Indizes gesetzt, um die Test-Leuchtdiode 100 anzuschalten,
der Wert des Test-Potentiometers 120 wird in vier Ziffernwerte
formatiert und in den den Ziffern der numerischen Anzeige 82
entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert, und die Anzeige der
numerischen Anzeige 82 wird dabei festgehalten.
Ist der Druckknopf "Phase" 128 gedrückt, wird geprüft, ob der Wert
des Test-Potentiometers, wie er im RAM gespeichert ist, größer
als der derzeitige Phasenstrom ist. Falls nicht, ist der tatsächliche Wert
des Phasenstroms kritischer als der simulierte Testwert, und es wird
kein Test durchgeführt. Stattdessen werden von dem System die normalen
Grenzwertprüfungen den derzeitigen Phasenstrom betreffend durchgeführt.
Wenn der simulierte Testwert des Phasenstroms größer ist als
der derzeitige Wert des Phasenstroms ist, wird ein Index gesetzt, um
die Test-Leuchtdiode 100 einzuschalten, der Wert des Test-Potentiometers
120 wird in vier Ziffernwerte formatiert und in den den Ziffern der
numerischen Anzeige 80 zugeordneten RAM-Speicherstellen gespeichert,
und es wird ein Index gesetzt, um die numerische Anzeige 80 festzuhalten,
d. h. "einzufrieren".
Es wird nun geprüft, ob das Test-Flag gleich dem durch die Abtastung
der Druckknöpfe erzeugten Bit-Muster ist. Falls ja, so bedeutet dies,
daß der Test-Druckknopf noch gedrückt wird. Weil nicht eher ein
Test durchgeführt wird, als bis der Knopf losgelassen ist, wird zu diesem
Zeitpunkt kein Test durchgeführt. Unterscheidet sich der Wert des
Test-Flags von dem des Druckknopfes, wird geprüft, ob der Druckknopf
"Phase" 128 gedrückt ist. Falls ja, wird der Wert des Test-Potentiometers
120 in den dem derzeitigen Phasenstrom und dem lange verzögerten
Phasenstrom entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert. Wurde
der Knopf "Erde" gedrückt, wird der Wert des Test-Potentiometers 120
in denjenigen RAM-Speicherstellen gespeichert, die dem derzeitigen
Wert des Erdstroms entsprechen. Dies beendet den Abschnitt der in
Funktion 5 enthaltenen Testfunktion.
Als nächstes wird der derzeitige Wert des Phasenstroms mit dem Sofort-
Ansprechwert verglichen, der durch das Potentiometer 112 spezifiziert
ist. Wenn der derzeitige Wert des Phasenstroms unter diesem Wert liegt,
wird sofort in die Funktion 6 eingetreten. Wenn der derzeitige Wert des
Phasenstroms größer ist als der Sofort-Ansprechwert, wird ein Index
gesetzt, um das gemeinsame Anzeigeunterprogramm zu veranlassen, ein
Muster von Impulsen an den Anschluß SER AUS auszugeben, um anzuzeigen,
daß eine sofortige Auslösung erfolgt ist, und es wird das Unterprogramm
"Auslösen" aufgerufen, was in einem späteren Abschnitt erläutert
werden wird.
Die gemeinsame Anzeigeroutine wird zum Einschalten der Ziffer 6 ausgeführt,
und das Potentiometer für den Ansprechwert für lange Verzögerung
wird gelesen und umgesetzt. Der Digitalwert entsprechend
dieser Potentiometereinstellung wird nun durch das Unterprogramm
"Lesen" behandelt, um den entsprechenden Tabellenwert zu ermitteln.
Wenn es Zeit für die Anzeige des Ansprechwertes für lange Verzögerung
auf den numerischen Anzeigen ist, wird der Ansprechwert für lange
Verzögerung (LDPU) in vier Ziffernwerte formatiert und in den RAM-
Speicherstellen gespeichert, die den Ziffern der numerischen Anzeige
80 entsprechen. Als nächstes wird das Potentiometer 122 für die lange
Verzögerungszeit (LDT-Potentiometer) abgetastet, und der gelesene Wert
wird in einen Digitalwert umgewandelt und von der Routine "Lesen"
verarbeitet, um den Tabellenwert für die lange Verzögerungszeit zu
ermitteln.
Dann wird für die lange Verzögerung eine Grenzwertprüfung durchgeführt,
indem zuerst der Phasenstrom für lange Verzögerung und der
Ansprechwert für lange Verzögerung verglichen werden (LDPC<LDPU?).
Ist der Phasenstrom für lange Verzögerung (LDPC) nicht größer als der
Ansprechwert für lange Verzögerung, wird die Zwischensumme für lange
Verzögerung um das Quadrat der Differenz zwischen dem eingestellten
Ansprechwert für lange Verzögerung und den Phasenstrom für lange
Verzögerung vermindert. Dann wird in FUNKT7 eingetreten.
Wenn der Phasenstrom für lange Verzögerung größer ist als der Ansprechwert
für lange Verzögerung, wird die Zwischensumme für lange Verzögerung
um das Quadrat des Phasenstroms für lange Verzögerung erhöht.
Es wird nun geprüft, ob die Zwischensumme für lange Verzögerung
größer als der Wert ist, der für eine lange verzögerte Auslösung
spezifiziert wird. Falls nicht, wird die FUNKT7
angesprungen. Wenn der Stromwert der Zwischensumme größer als der
Auslösepegel ist, wird in dem RAM ein Code gespeichert, damit das gemeinsame
Anzeigeprogramm den richtigen Impulscode über den Anschluß
SER AUS abgibt, um so eine lange verzögerte Auslösung anzuzeigen.
Als nächstes wird das Unterprogramm "Auslösen" aufgerufen, und
die Zwischensumme für lange Verzögerung wird gelöscht. Dann wird
FUNKT7 begonnen.
Das gemeinsame Anzeigeprogramm wird aufgerufen, um die Ziffer 7 anzuzeigen
und einen Digitalwert der Einstellung des Potentiometers 116
für den Ansprechwert für kurze Verzögerungszeit zu erhalten. Dann wird
die Routine "Lesen" aufgerufen, um den entsprechenden Tabellenwert
für den dem vom Potentiometer abgetasteten Digitalwert entsprechenden
Ansprechwert für kurze Verzögerung einzulesen. Es wird geprüft,
ob es Zeit für die Anzeige des Ansprechwertes für kurze Verzögerung
ist. Falls ja, wird der Ansprechwert für kurze Verzögerung in vier
Ziffernwerte formatiert und in denjenigen RAM-Speicherstellen gespeichert,
die den Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechen.
Leitung 3 von Port 2 wird nun aktiviert, um Multiplexer 166 auszuwählen,
das Potentiometer 124 für kurze Verzögerungszeit (SDT) abzutasten und
hieraus einen Digitalwert zu ermitteln. Dann wird der Tabellenwert für
die kurze Verzögerungszeit durch das Programm "Lesen" ermittelt.
Wenn es nun Zeit für die Anzeige der kurzen Verzögerungszeit ist,
wird der Wert der kurzen Verzögerungszeit in vier Ziffernwerte formatiert
und in den RAM-Speicherstellen gespeichert, die für die Anzeige
als Ziffern 1 bis 4 in der numerischen Anzeige 82 vorgesehen sind.
Nun wird der Grenzwert für die kurze Verzögerung geprüft, indem zuerst
der derzeitige Phasenstrom (PPCUR) mit dem Ansprechwert für
kurze Verzögerung (SDPU) verglichen wird. Wenn der eingestellte
Ansprechwert nicht überschritten wird, wird die Zwischensumme für
kurze Verzögerung (SD) gelöscht und in die Funktion 8 eingetreten.
Wenn der derzeitige Phasenstrom größer ist als der Ansprechwert für
kurze Verzögerung, wird die RAM-Speicherstelle entsprechend dem
Muster der Schalter 102, 104 und 106 geprüft, um zu bestimmen, ob
eine kurz verzögerte I²T-Funktion über den Schalter 102 aufgerufen
ist. Falls ja, wird das Quadrat des derzeitigen Phasenstromwertes auf
die Zwischensumme für die kurze Verzögerung addiert, und der neue
Wert der Zwischensumme für die kurze Verzögerung wird mit dem Auslösepegel
für kurze Verzögerung verglichen. Wenn der Auslösepegel
überschritten wird, wird ein Impulscode für den Anschluß SER AUS und
die Fernanzeige gespeichert und es wird das Unterprogramm "Auslösen"
aufgerufen. Wird der Zwischensummen-Auslösepegel nicht überschritten,
wird in die Funktion 8 begonnen.
Wurde für den Test kurzer Verzögerung keine I²T-Funktion spezifiziert,
wird der derzeitige Phasenstromwert auf den Zwischenwert
für die kurze Verzögerung addiert und es wird ein Vergleich durchgeführt,
um zu bestimmen, ob der neue Wert der Zwischensumme für
die kurze Verzögerung nun den Zwischenwert-Auslösepegel für kurze
Verzögerung überschreitet. Falls nicht, wird sofort zu FUNKT8 gesprungen.
Wenn der Zwischensummen-Auslösepegel überschritten wird, wird
der Impulscode für SER AUS und die Fernanzeige gespeichert, und es
wird die Routine "Auslösen" vor dem Eintritt in FUNKT8 aufgerufen.
Die gemeinsame Anzeigeroutine wird aufgerufen, um Ziffer 8 anzuzeigen,
die am weitesten links liegende Ziffernstelle in der numerischen Anzeige
80, und um das Potentiometer für den Erdschluß-Ansprechwert abzutasten
und umzuwandeln. Der Tabellenwert für den Erdschluß-Ansprechwert
(GFPU) entsprechend dem Digitalwert des Potentiometers 118 wird
dann von dem Unterprogramm "Lesen" bestimmt und im RAM gespeichert.
Wenn es nun an der Zeit ist, den Erdschluß-Ansprechwert anzuzeigen,
wird diese Größe in vier Ziffernwerte formatiert und in den
den vier Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechenden RAM-
Speicherstellen gespeichert.
Das Potentiometer 126 für die Erdschlußzeit (GFT) wird nun abgetastet,
und es wird ein entsprechender Digitalwert ermittelt. Dann
bestimmt das Unterprogramm "Lesen" den Tabellenwert entsprechend
dem Digitalwert des Potentiometers 126. Wenn es an der Zeit ist für
die Anzeige des Erdschlußwertes, wird diese Größe in vier Ziffernwerte
formatiert und in den den vier Ziffern der numerischen Anzeige 82
entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert. Nun wird geprüft,
ob der derzeitige Wert des Erdschlußstroms (PGCUR) größer ist als
der Erdschluß-Ansprechwert (GFPU). Falls nicht, erfolgt eine zusätzliche
Prüfung dahingehend, ob der derzeitige Wert des Erdschlußstroms
größer ist als die Hälfte des Erdschluß-Ansprechpegels. Falls
ja, wird das Erdschluß-Verriegelungsflag gesetzt. Die Erdschluß-Zwischensumme
wird anschließend erniedrigt, und die Schleife kehrt zu FUNKT1
zurück.
Wenn der derzeitige Wert des Erdschlußstroms nicht größer ist als
der Erdschluß-Ansprechpegel, wird anschließend die das Frontplatten-
Schaltermuster spezifizierende Speicherstelle des RAM geprüft. Ist
der Erdschluß-I²T-Schalter 104 gesetzt, wird eine Größe entsprechend
dem 1,5fachen des derzeitigen Wertes des Erdschlußstroms auf die
Erdschluß-Zwischensumme (GF-Zwischensumme) addiert. Wenn der I²T-
Schalter 104 nicht gesetzt ist, wird die Erdschluß-Zwischensumme lediglich
erhöht.
Als nächstes wird geprüft, ob die Erdschluß-Zwischensumme größer
ist als der Erdschlußzeit-Grenzwert. Falls nicht, wird bei FUNKT1 erneut
in die Hauptprogrammschleife eingetreten. Ist die Zwischensumme (GF) größer
als die Erdschlußzeit (GFT), wird ein Impulscode gespeichert, der ermöglicht,
daß das richtige Codemuster auf dem Anschluß SER AUS
abgegeben wird, und es wird das Unterprogramm "Auslösen" vor der
Rückkehr zum oberen Teil der Hauptprogrammschleife bei FUNKT1
aufgerufen.
Dieses Unterprogramm wird immer dann ausgeführt, wenn elektrische
Bedingungen des Leistungsschalters die Grenzwerte der Zeit/Strom-
Kennlinie, wie sie über die Frontplatte der Auslöseeinheit 26 eingegeben
wurden, überschritten werden. Bedingungen außerhalb der
Grenzen werden durch die aufrufenden Funktionen der Hauptprogrammschleifenbefehle
erfaßt, die in dem ROM gespeichert sind.
Das Unterprogramm "Auslösen" prüft zuerst das Auslöseflag, um zu
bestimmen, ob diese Auslösebedingung bei einer vorhergehenden Ausführung
der Hauptschleife erfaßt wurde. Falls ja, wird im nächsten
Schritt das Register R7 gesetzt und die numerische Anzeige festgehalten.
Ist dies das erste mal, daß die Auslösebedingung erfaßt wird,
wird das Auslöseflag zurückgesetzt, und der derzeitige Wert des
Phasenstroms wird in die Ziffernwertstellen des RAM entsprechend den
Ziffern der numerischen Anzeige 80 geladen. Als nächstes wird Bit 6
der entsprechenden Ziffernwertstelle im RAM gesetzt, um zu veranlassen,
daß die richtige Leuchtdiode auf der Frontplatte leuchtet, um
diejenige Funktion anzuzeigen, die den Auslösevorgang verursacht hat.
Man beachtet, daß, wenn Bit 6 eines Ziffernwerts auf Port 2 gesendet
wird, die Leitung 6 von Port 2 aktiviert wird, wenn und nur wenn
die an die richtige Leuchtdiode angeschlossene Ziffer erleuchtet ist.
Dies schaltet den Transistor 208 an, um die richtige Leuchtdiode (LED)
zu erleuchten.
Dann wird das Register R7 gesetzt, um die numerische Anzeige einzufrieren
und zu verhindern, daß irgendeine der Funktionen der Hauptschleife
versucht, eine andere Größe zur Anzeige zu bringen. Nun erfolgt
eine Unterbrechungssperre, und es wird geprüft, ob dieser Aufruf
der Routine "Auslösen" das Ergebnis eines ausgeführten Test war,
d. h. das Ergebnis davon, daß die Bedienungsperson entweder den Knopf
"Phase" 128 oder den Knopf "Erde" 130 betätigt hat. Falls ja, wird
geprüft, ob der Schalter 106 sich in der Stellung "nicht auslösen"
befindet. Ist dies der Fall, setzt das Unterprogramm das Testflag und
den 4-Sekunden-Zeitgeber zurück und kehrt zur aufrufenden Stelle
zurück.
Wenn der Schalter 106 sich in der Stellung "Auslösen" befindet oder
wenn der Aufruf des Unterprogramms "Auslösen" nicht durch einen
Test veranlaßt wurde, wird die Leitung 4 des Ports 1 betätigt. Hierdurch
wird ein Signal über die Leitung 190 (Fig. 2) an den Transistor
192 gegeben, welches die Auslösespule 22 betätigt und ein
Öffnen der Kontakte 18 veranlaßt. Das Testflag und der 4-Sekunden-
Zeitgeber werden zurückgesetzt und das Unterprogramm kehrt zur
aufrufenden Stelle zurück.
Dieses Unterprogramm erfüllt eine Tabellen-Nachschlagefunktion, so
daß die Grenzwert-Einstellpotentiometer auf der Frontplatte der Auslöseeinheit
26 irgendeinen der acht diskreten Werte auswählen können
anstatt ein sich kontinuierlich änderndes Ausgangssignal abzugeben.
Zusätzlich schafft das Unterprogramm einen Hystereseeffekt, wenn die
Potentiometer eingestellt werden, um das unerwünschte Ändern der
Potentiometerwerte bei Änderung der Umgebungstemperatur auszuschalten
und den Einstellvorgang leichter und einfacher zu gestalten.
Nach Eintritt in das Unterprogramm "Lesen" enthält das Register R0 die
Adresse derjenigen RAM-Speicherstelle, unter der der auszulösende
Parameterwert gespeichert ist, Register R2 enthält die Anfangsadresse
der Tabelle von 8 Werten, die von dem Potentiometer ausgewählt
werden können, und der Akkumulator und Register R3 enthalten jeweils
den Digitalwert der von dem Potentiometer eingestellten Spannung,
wie sie an den ADU 156 geliefert wird.
Zuerst wird geprüft, ob bereits ein Auslösevorgang stattgefunden hat.
Falls ja, wird das Unterprogramm sofort verlassen. Andernfalls werden
von dem 8 Bits umfassenden Digitalwert der Potentiometer-Spannungseinstellung
die unteren fünf Bits fallengelassen, und die drei höchstwertigen
Ziffern werden zyklisch vertauscht, um die niedrigstwertigen Bits zu
werden. Der Akkumulator enthält somit eine Binärzahl mit einem Dezimalwert
zwischen Null und 7. Diese Größe wird dann auf die Anfangsadresse
der Tabelle addiert, die im Register R2 gespeichert ist, wodurch
sich die RAM-Adresse des von dieser speziellen Einstellung des
Potentiometers ausgewählten Tabellenwertes ergibt. Der so erhaltene
Wert kann zum Aktualisieren des speziell eingestellten Parameters
herangezogen werden oder nicht, abhängig von dem vorhergehenden
Wert dieses Potentiometers.
Wenn die neue Einstellung, wie sie von der Tabelle erhalten wird,
der alten Einstellung gleicht, wird die alte Einstellung in das RAM
unter die durch das Register R0 spezifizierte Adresse zurückgeladen.
Wenn der neue Einstellwert nicht dem alten Einstellwert gleicht, erfolgt
der Hysteresetest.
Grundsätzlich prüft der Hysteresetest den gesamten 8-Bit-Ausgang des
ADU 156, wie er von dem Potentiometer abgetastet wird. Sind Bit 1
und Bit 2 gleich, d. h. sind die Bits entweder 00 oder 11, wird der neue
Einstellwert ignoriert, und der alte Einstellwert wird in das RAM zurückgeladen.
Der Zweck dieser Maßnahme läßt sich aus Tabelle I ersehen,
in der von 28 möglichen Kombinationen des ADU-Ausgangssignals 8 Werte
dargestellt sind. Wie bereits erläutert wurde, bestimmen die höchstwertigen
Bits, d. h. die Bits 5, 6 und 7, den Einstellpunkt des Potentiometers.
Wie man aus Tabelle I ersieht, erhöht sich die Potentiometereinstellung
in binäre Schreibweise von 100 auf 101, wenn das Ausgangssignal
des Analog/Digital-Umsetzers von dem Wert D auf den Wert E
wechselt. Durch Ignorieren einer Änderung in der Potentiometereinstellung,
bei der Bits 1 und 2 entweder 11 oder 00 sind, wird ein
Hystereseeffekt erzielt.
Vergegenwärtigt man sich, daß der Hysteresetest nur durchgeführt wird,
wenn eine Änderung in den oberen drei Bits des Ausgangssignals des
ADU vorliegt, ersieht man, daß ein Erhöhen des Ausgangssignals des
ADU vom Wert B auf den Wert C nicht dazu führt, daß ein neuer
Wert gespeichert wird, weil die oberen drei Bits von B und C gleich
sind. Ein Ansteigen vom Wert B auf den Wert G jedoch würde eindeutig
dazu führen, daß ein neuer Wert gespeichert wird, da Bit 5 die Ausgangsgröße
von 0 auf 1 gewechselt hat.
Ohne die Ausführung des Hysteresetests würde ein Ansteigen der ADU-
Ausgangsgröße vom Wert C auf den Wert F in ähnlicher Weise dazu
führen, daß ein neuer Potentiometerwert gespeichert wird. Dies jedoch
stellt eine Änderung des Wertes von etwa 3/256 der maximalen Potentiometereinstellung
oder weniger als 1,2% dar. Eine solche Veränderung
kann leicht aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur auftreten.
Durch die Verwendung des Hysteresetests, in dem die ADU-Ausgangsgröße
mit gleichen Werten in den Bits 1 und 2 ignoriert werden, würde
eine Änderung der ADU-Ausgangsgröße vom Wert C auf den Wert F
dazu führen, daß die neue Potentiometereinstellung ignoriert wird und
die alte Potentiometereinstellung in den RAM zurückgeladen wird,
weil Bit 1 und 2 des Wertes F beide Null sind. Wenn in ähnlicher
Weise die Bedienungsperson den Wert des Potentiometers vermindern
würde, was zur Folge hat, daß die ACU-Ausgangsgröße sich vom Wert
G auf den Wert C ändert, würde ebenfalls der neue Wert ignoriert
und der alte Wert beibehalten werden, weil die Bits 1 und 2 des Wertes
C beide 1 sind, und der Hysteresetest würde die neue Einstellung
zurückweisen. Man sieht daher, daß der Hysteresetest sicherstellt, daß
die Potentiometereinstellung um mehr als 4/256 des insgesamt möglichen
Einstellbereichs geändert werden muß, bevor eine neue Einstellung
akzeptiert wird. Man könnte entgegenhalten, daß der beschriebene
Hysteresetest nicht ausreichend genau ist, weil eine zulässige Einstellungsänderung
möglicherweise ignoriert wird. Dies könnte beispielsweise
eintreten, wenn die alte Potentiometereinstellung eine ADU-
Ausgangsgröße erzeugt, die wesentlich größer als der Wert H,
beispielsweise 10110101 ist, und der neue Potentiometereinstellwert, der
von einem ADU-Ausgangssignal erzeugt wird, der Wert D ist. Man
sieht, daß dies eine sehr große Winkeländerung des Potentiometers darstellt
und dennoch die einen dem Wert D entsprechenden Wert erzeugende
Endstellung ignoriert würde, weil Bit 1 und Bit 2 beide 1 sind. Es sei
jedoch daran erinnert, daß ein interaktiver Vorgang stattfindet und
daß der von dem Unterprogramm "Lesen" ausgewählte Parameterwert
vom Standpunkt einer menschlichen Bedienungsperson aus gesehen sofort
auf der numerischen Anzeige 80 oder 82 dargestellt wird. In dem gerade
angegebenen Beispiel würde die Bedienungsperson sehen, daß eine sehr
große Verstellung des Potentiometers keine Änderung des Einstellwertes
erzeugt, und die Bedienungsperson würde selbstverständlich noch eine
weitere Einstellung vornehmen. An irgendeinem Punkt würden die
weiteren Einstellversuche dazu führen, daß ein neuer Wert von der
Routine "Lesen" ausgewählt wird und auf der numerischen Anzeige
dargestellt wird. Wäre die erzeugte Änderung größer als erwünscht,
würde die Bedienungsperson eine Rückstellung in die entgegengesetzte
Richtung vornehmen, wobei zur Durchführung dieses Vorganges wesentlich
weniger Zeit benötigt wird, als für die Erklärung dieses Vorganges.
Die dargestellte Methode ist eine äußerst kostenwirksame und bequeme
Methode zum Eingeben von Parameteränderungen für die Zeit/Strom-
Auslesekennlinie in einen Leistungsschalter. Die Einstellung des
Potentiometers auf die äußeren oberen und unteren Grenzwerte hat
zur Folge, daß der sicherste Wert angezeigt wird.
Für den Fall, daß das Bit 2 nicht gleich dem Bit 3 ist, d. h., daß der
Hysteresetest die Einstellung nicht ignoriert, wird in das Register R7
ein Bitmuster geladen, um diesen Einstellwert auf der numerischen
Anzeige 80 oder 82 darzustellen. Dann wird der 4-Sekunden-Zeitgeber
zurückgesetzt und der neue Einstellwert wird in der diesem speziellen
Parameter entsprechenden RAM-Speicherstelle gespeichert. Dann kehrt
das Unterprogramm zu der aufrufenden Funktion zurück.
Wenn eine ADU-Ausgangsgröße von lauter Nullen oder lauter Einsen
erhalten wird, interpretiert das Programm "Lesen" dies als einen
Potentiometerfehler. Dann wird aus der Tabelle der sicherste Parameterwert
ausgewählt, auf der numerischen Anzeige 80 oder 82 dargestellt
und im RAM gespeichert.
Nach der Netzeinschaltung muß der Mikrocomputer 154 initialisiert
werden. Bei dem Intel 8048 erfolgt dies über einen -Stift, der,
falls er auf niedrigen Potential gehalten wird, das Programm veranlaßt,
auf die Adresse Null zu "springen", welche vereinbarungsgemäß
die Startadresse des Start-Unterprogramms bei Netzeinschaltung ist.
Der -Stift wird von der Spannungsversorgung über D900 für etwa
5 Millisekunden auf niedrigem Potential gehalten, nachdem +5 V= angelegt
sind.
Der -Stift beeinflußt jedoch nicht die von dem Mikrocomputer kommenden
E/A-Leitungen, und so können diese während der Netzeinschalt-
Einschwingvorgänge entweder einen hohen oder niedrigen Ausgangszustand
einnehmen, welcher im Fall von vier speziellen Leitungen des Ports 1
und des Ports 2 verursachen kann, daß eine übermäßige Versorgungsspannungsableitung,
ja selbst ein unvorhergesehener Auslösevorgang des
Leistungsschalters 10 oder anderer angeschlossener Schalter erfolgt.
Es handelt sich um folgende Leitungen:
- 1. LED (Leitung 6 von Port 2; diese Leitung sollte auf niedrigem Potential sein, um sicherzustellen, daß sämtliche Leuchtdioden- (LED-)Anzeigen auf der Frontplatte ausgeschaltet sind).
- 2. INHIBIT (212) (Leitung 7 von Port 2; diese Leitung sollte im dritten Zustand sein, d. h. hochohmig, um sicherzustellen, daß sämtliche acht Ziffern der 7-Segment-LED-Anzeigen 80 und 81 ausgeschaltet sind).
- 3. IMPULS 178 (Leitung 7 des Ports 1; diese Leitung sollte hochohmig sein, um sicherzustellen, daß der Impulstransformator 501 ausgeschaltet ist).
- 4. AUSLÖSEN (190) (Leitung 4 von Port 1; sollte hochohmig sein, um sicherzustellen, daß bei der Netzeinschaltung keine falsche Auslösung erfolgt).
Die gewünschte Hochohmigkeit wird mittels eines Hexadezimalpuffers
U900 erzielt. Wenn des Mikrocomputers 154 niedrig ist, ist "Sperren"
(A) von U900 niedrig (entfernt), wodurch "Sperren" (B) hoch (aktiv) ist.
Auf diese Weise werden die vier kritischen Leitungen vom Mikrocomputer
154 in den hochohmigen Zustand geschaltet, mit Ausnahme von LED;
diese Leitung wird wunschgemäß durch den Masseanschluß-Widerstand R905
auf niedrigem Potential gehalten.
Eine zweite Funktion des U900 besteht darin, den in Fig. 16 dargestellten
Zähler U901 zurückzusetzen.
Ist einmal ein erfolgreicher Netzeinschalt-Übergang erfolgt, fährt der
Mikrocomputer 154 unendlich mit der Ausführung einer logischen und
sequentiellen Folge von Befehlen fort. Bei ungewöhnlichen Bedingungen,
z. B. bei solchen Bedingungen, die von elektrischen System-Einschwingvorgängen
verursacht werden, ist es möglich, daß ein Befehl nicht
richtig ausgeführt wird. Der einzige Weg zum Zurückstellen des Mikrocomputers
154 auf seine ordnungsgemäße Programmausführung besteht
darin, eine weitere Rücksetzoperation vorzunehmen. In unbewachten
Anlagen muß dieses Rücksetzen automatisch erfolgen.
Das Rücksetzen erfolgt mittels eines Zählers U901, der einen 400-kHz-
Taktausgang (ALE) vom Mikrocomputer 154 dazu verwendet, eine
feste Zeitverzögerung zwischen dem letzten RS-Impuls von U901 und
einem hohen Signal auf Q11 des Mikrocomputers) zu schaffen.
Wenn der RS-Impuls von U901 früh genug kommt, bleibt die Basis vom Q11 auf niedrigem Potential
und der Mikrocomputer wird nicht zurückgesetzt.
Die RS-Impulse von U901 werden vom Kollektor des Transistors 228
abgeleitet. Normalerweise haben diese Impulse eine Breite von 100 µs
und treten etwa 2 Millisekunden auf. Die Schaltung ist so ausgelegt,
daß die Basis von Q11 5,46 Millisekunden Anlaufzeit benötigt (d. h. um auf
hohes Potential zu gehen), und daher ist die Basis von Q11 stets auf niedrigem
Potential.
Wenn eine falsche Befehlsausführungssequenz erfolgt, würden die folgenden
möglichen Bedingungen ein automatisches Rücksetzen des
Mikrocomputers (Q11 würde die Zeitsperre überschreiten, d. h. auf
hohes Potential gehen) bewirken:
Wenn diese Bedingung länger als 300 µs vorliegt, wird der Impulstransformator
501 gesättigt, und RS von U901 bleibt niedrig.
Bei dieser Bedingung bleibt RS von U901 niedrig.
Wenn die Einschaltimpulse für den Transistor 228 weniger als alle
5,46 ms auftreten, bleibt RS von U901 lange genug niedrig, daß ein
Rücksetzen des Mikroprozessors erfolgen kann.
Eine rasche Impulsansteuerung des Transistors 228 wird von R900 und
C900 (Zeitkonstante: 29 µs) ausgefiltert.
Der Transformator T501 wird für 100 µs von dem Transistor 228 für
eine Spannung von 5 V gepulst. Wenn 228 ausgeschaltet wird, fließt
der Magnetisierungsstrom des Transformators durch die Diode D901,
was zu einer Spannung von etwa -0,5 V führt, die an den Transformator
501 gelegt wird. Die durchschnittliche Spannung des Transformators
muß Null sein, und somit werden 1000 µs
zum "Rücksetzen" des Magnetisierungsstroms des Transformators
auf Null benötigt. Ein Ein-Aus-Verhältnis von 1 zu 10 oder weniger muß aufrechterhalten
werden, damit der Transformator 501 funktioniert, oder der
Kern des Transformators wird schließlich gesättigt. Wenn der Transformator
501 gesättigt wird, gelangen die RS-Impulse nicht an U901, und
Q11 wird die Zeitsperre überschreiten und den Mikrocomputer zurücksetzen.
Claims (5)
1. Trennschalter mit einer Trennvorrichtung zum gesteuerten Unterbrechen
des Stromflusses durch ein angeschlossenes Stromversorgungsnetz, einer
Fühlvorrichtung zum Feststellen des über die Trennvorrichtung fließenden
Stromes, einer zwischen die Fühlvorrichtung und die Trennvorrichtung geschalteten
Auslöseeinheit zum Vergleich des über die Trennvorrichtung
fließenden Stromes mit einer durch vorgebbare, dem gestörten Zustand
des Stromversorgungsnetzes zugeordnete Parameter definierten Zeit/Strom-
Auslösekennlinie und zum Betätigen der Trennvorrichtung, wenn die Stärke
des durch sie fließenden Stromes die Zeit/Strom-Auslösekennlinie überschreitet
und ferner mit Anzeigevorrichtungen, welche bei Betätigung der
Trennvorrichtung ansprechen,
wobei ein Mikrocomputer (154) zur Erzeugung des Auslösesignals der Trennvorrichtung (18) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trennschalter Taster (128, 130) zur Testauslösung unter Simulation verschiedene Störungszustände aufweist,
daß der Trennschalter einen Schalter (106) mit einer ersten, die Auslösung des Trennschalters im Testfall verhindernden Schaltstellung und einer zweiten,
die Auslösung des Trennschalters im Testfall zulassenden Schaltstellung aufweist,
daß der Mikrocomputer (154) an einer Einlesevorrichtung (168) angeschlossen ist, mit der die Schaltstellungen des Schalters (106) und der Taster (128, 130) abfragbar sind,
daß der Mikrocomputer (154) an einen Speicher (155) angeschlossen ist, der einen Speicherteilbereich vorsieht, welcher Befehle für den Mikrocomputer (154) zum Ausführen eines Tests umfaßt, die bei mindestens einem gedrückten Taster (128, 130) die vom Stromversorgungsnetz erfaßten Stromwerte unberücksichtigt lassen und durch simulierte Testwerte ersetzen,
und daß vom Speicher (155) abgerufene Befehle den Mikrocomputer veranlassen, bei der ersten Schaltstellung des Schalters (106) und bei mindestens einer gedrückten Taste (128, 130) die Programmschritte zum Auslösen der Trennvorrichtung (18) zu umgehen und in der zweiten Schaltstellung des Schalters (106) ein Auslösen der Trennvorrichtung (18) erlauben.
wobei ein Mikrocomputer (154) zur Erzeugung des Auslösesignals der Trennvorrichtung (18) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trennschalter Taster (128, 130) zur Testauslösung unter Simulation verschiedene Störungszustände aufweist,
daß der Trennschalter einen Schalter (106) mit einer ersten, die Auslösung des Trennschalters im Testfall verhindernden Schaltstellung und einer zweiten,
die Auslösung des Trennschalters im Testfall zulassenden Schaltstellung aufweist,
daß der Mikrocomputer (154) an einer Einlesevorrichtung (168) angeschlossen ist, mit der die Schaltstellungen des Schalters (106) und der Taster (128, 130) abfragbar sind,
daß der Mikrocomputer (154) an einen Speicher (155) angeschlossen ist, der einen Speicherteilbereich vorsieht, welcher Befehle für den Mikrocomputer (154) zum Ausführen eines Tests umfaßt, die bei mindestens einem gedrückten Taster (128, 130) die vom Stromversorgungsnetz erfaßten Stromwerte unberücksichtigt lassen und durch simulierte Testwerte ersetzen,
und daß vom Speicher (155) abgerufene Befehle den Mikrocomputer veranlassen, bei der ersten Schaltstellung des Schalters (106) und bei mindestens einer gedrückten Taste (128, 130) die Programmschritte zum Auslösen der Trennvorrichtung (18) zu umgehen und in der zweiten Schaltstellung des Schalters (106) ein Auslösen der Trennvorrichtung (18) erlauben.
2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Trennschalter ein Potentiometer (120) und Einlesevorrichtungen
(168) zum Einlesen für den eingestellten Potentiometerwert in den Mikrocomputer
(154) vorsieht,
daß der Speicher (155) Befehle enthält, um in der ersten Schaltstellung des Schalters (106) die simulierten Testwerte in Abhängigkeit von der Einstellung des Potentiometers (120) zu setzen.
daß der Speicher (155) Befehle enthält, um in der ersten Schaltstellung des Schalters (106) die simulierten Testwerte in Abhängigkeit von der Einstellung des Potentiometers (120) zu setzen.
3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
Ergebnisanzeigen (92 bis 98), mit denen einer Bedienungsperson das Ergebnis
des Tests angezeigt wird.
4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Taster (128) für den Test unter Simulation eines Phasenfehlers
und ein anderer Taster (130) für den Test unter Simulation eines Erdungsfehlers
vorgesehen ist.
5. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlesevorrichtung einen vom Mikrocomputer (154) gesteuerten
Multiplexer (168) umfaßt, mit dem die Schaltstellungen des Schalters (106)
und der Taster (128, 130) in den Mikroprozessor (154) einlesbar sind.
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DE3153749A Expired - Lifetime DE3153749C2 (de) | 1980-04-15 | 1981-04-10 | Trennschalter mit Testmöglichkeiten |
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