DE3880524T2

DE3880524T2 - Leistungsschaltapparat in der Ausführung als einsparender Nennwertstecker.

Info

Publication number: DE3880524T2
Application number: DE88301429T
Authority: DE
Inventors: Joseph Jacob Matsko; Gary Francis Saletta
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2008-02-20
Also published as: CA1305244C; KR960011513B1; IN168673B; EP0279690A3; ES2040837T3; KR880010530A; NZ223503A; US4809125A; BR8800687A; ZA88568B; AU604088B2; AU1096988A; DE3880524D1; EP0279690B1; EP0279690A2; JPS63302718A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Festkörper-Trennschalter im allgemeinen, und insbesondere auf solche Trennschalter, die in Trennschaltervorrichtungen in gegossenen Gehäusen oder Gehäusen mit Metallabschirmungen verwendet werden, und die in der Lage sind, auf eine Reihe komplexer elektrischer Parameter einzuwirken, um die mit ihnen verbundenen elektrischen Leitungssysteme und Geräte zu schützen. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf solche Trennschalter, die dem Systemanwender Eingriffe erlauben, so daß die elektrischen Parameter sofort verstanden werden, und auf sie reagiert werden kann.
Heutzutage wird der Festkörper-Trennschalter in wesentlich komplexeren kommerziellen und industriellen Anwendungen eingesetzt, als dies beim ursprünglichen Trennschalter der Fall war, der ursprünglich als wieder in den Ausgangszustand zurücksetzbares Bauteil die gewöhnliche Sicherung ersetzte. Begleitet von der in letzter Zeit stattfindenden Explosion im Einsatzbereich und Leistungsvermögen der Mikroprozessortechnik und der damit verbundenen zunehmenden Kostenvorteile dieser Geräte, brachte die Anwendung der Mikroprozessortechnik im Bereich der Trennschalter zudem eine entsprechende Nachfrage nach komplexerer Analyse, besserer Leistungsfähigkeit und leichterer Bedienbarkeit dieser Festkörper-Trennschalter, während gleichzeitig der Kostenfaktor für diese Trennschalter gehalten oder verbessert werden sollte.
Ein bereits bestehender Festkörper-Trennschalter ist in den Beschreibungen zu U.S. Patent Nr. 4 331 997 und GB-A-2 073 972 offenbart. Dieses Gerät, welches die in der Einleitung zu Anspruch 1 genannten Merkmale umfaßt, war in der Lage, Mikroprozessortechnologie auf bestehende Trennschalter anzuwenden, während gleichzeitig die Überwachungssteuerung für Größen wie den Sofort-Schutz, den Schutz mit kurzer Verzögerungszeit, den Schutz mit langer Verzögerungszeit und den Schutz vor Erdschlüssen beibehalten wurde, die auf bestehenden Festkörper-Trennschaltungen anzutreffen waren, die diskrete Bausteine oder andere integrierte Schaltkreise benutzten. Als Beispiele für Trennschalter mit diskreten Bausteinen wird Bezug genommen auf die Angaben der U.S. Patente Nr. 3509326 und 3818 275.
Im Vergleich zu bekannten Trennschaltern zeigte der mikroprozessorgestützte Trennschalter Vorteile bei der Auswahl und beim Einstellen der Auslöseparameter. Die Auslegung des elektrischen Verteilungssystem wurde stark vereinfacht, da es nicht mehr länger erforderlich war einen iterativen Optimierungsprozeß (Trial-and-error) zur Ermittlung der Zeitabhängigkeit der Auslöseparameter im jeweiligen Anwendungsfall durchzuführen.
Obwohl dieser mikroprozessorgestützte Trennschalter wirkungsvoll war, und sicherlich einen Fortschritt gegenüber den damals bekannten Trennschaltern darstellte, war er doch bestimmten Beschränkungen unterworfen, die die vorliegende Anmeldung aufgreift und überwindet.
Eine solche Beschränkung tritt zum Beispiel bei der Verwendung des sogenannten Leistungssteckeinsatzes auf. Der Leistungssteckeinsatz dient dazu, wenigstens einen der strombegrenzenden Faktoren des Trennschalters festzulegen, wobei es sich bei diesen strombegrenzenden Faktoren zum einen um den Rahmen- Nennleistungsfaktor handelt, der den maximalen Stromfluß durch den jeweiligen Trennschalter festlegt, sowie zum anderen um den Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktor, der den ausgewählten maximalen Stromfluß für den jeweiligen Verwendungszweck des betreffenden Trennschalters festlegt. Es ist jedoch allgemeine Praxis, daß der Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktor ein Faktor aus einer Reihe von Abstufungsfaktoren relativ zum Rahmen-Nennleistungsfaktor sein kann, d. h., der Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktor kann ein beliebiger Wert aus einer Reihe von möglichen Werten sein, die kleiner sind als der Rahmen-Nennleistungsfaktor.
Des weiteren ist es bei der Auswahl des Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktors erforderlich, daß auch ein Grenzwert für den in dem mit dem elektrischen Leitungssystem verbundenen Erdpfad zulässigen Erdstrom gewählt wird. Im Gegensatz zur Auswahl des Rahmen-Nennleistungsfaktors ist es jedoch notwendig, daß bei der Auswahl des Erdstromgrenzwerts die Einhaltung bestimmter Spezifikationsnormen, wie z. B. der UL- und NEC-Normen, beachtet wird. Der in der Vergangenheit verwendete Trennschalter mußte deshalb einen Leistungssteckeinsatz umfassen, der nicht nur die Auswahl einer Anzahl von Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktoren ermöglichte, sondern zusätzlich auch eine Reihe von Auswahlmöglichkeiten für den Erdstromgrenzwert bot, die die Spezifizierungsnormen nicht überschritten.
Die Kombinationsmöglichkeiten zwischen Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktoren und Erdfehlerstromgrenzwerten ließ den Aufwand für die Bevorratung eines ausreichenden Lagerbestands sehr groß werden, und dort, wo der Versuch zur Minimierung des Bevorratungsaufwands gemacht wurde, geschah dies unter Verwendung verschiedener Bauteilausführungen. Zum Beispiel wurde eine mechanische Blockierklammer in Verbindung mit einem Bereichsauswahlpotentiometer benutzt, wobei die Klammer die Einstellung von Erdfehlerstromgrenzwerten verhinderte, die die Spezifizierungsnormwerte übertrafen.
Eine andere Methode bestand in der Verwendung verschiedener Stufen-Widerstände auf einer gedruckter Schalttafel, wobei die die Grenzwerte übertreffenden Einstellungen auf der Tafel abgedeckt wurden, so daß nur die zulässige Einstellung des Erdfehlerstromgrenzwerts gemacht werden konnte. Diese Methode benötigte jedoch ebenfalls zusätzlichen Bevorratungs- und Herstellungsaufwand, um die verschiedenen gewünschten Einstellstufen zu ermöglichen.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung für einen Festkörper- Trennschalter mit einem Leistungssteckeinsatz zur Kennzeichnungssicherung abzielt, sollte man sich vor Augen führen, daß vier zusätzliche, artverwandte Patentanmeldungen parallel hierzu eingereicht worden sind, mit dem Ziel, zusätzliche Beschränkungen der bekannten Festkörper-Trennschalter zu überwinden. Die verwandten Anmeldungen sind: Trennschalter mit Schaltung zur Übersteuerung der abgespeicherten Kennzeichnungsart, Europäische Patentanmeldung Nr. 88 301 428.4 (EP-A-0 279 689); Trennschalter mit einer Batteriehilfs- und Rücksetzschaltung, Europäische Patentanmeldung Nr. 88 301 431.8 (EP-A-0 279 692); Trennschalter mit wählbarer Anzeigevorrichtung, Europäische Patentanmeldung Nr. 88 301 430.0 (EP-A-0 279 691); und Trennschalter mit ganzzahliger Auslösekurvenanzeige, Europäische Patentanmeldung Nr. 88 301 427.6 (EP-A-0 284 198).
Das Anliegen der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Festkörper-Trennschalter bereitzustellen, der einen möglichst großen Bereich von Auswahlmöglichkeiten für den Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktor und den Erdfehlergrenzwert bietet, unter Verwendung der kleinstmöglichen Menge von Bauteilen, um hierdurch den Bevorratungsaufwand für alle Kombinationsmöglichkeiten von Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktoren und den Erdfehlergrenzwerten zu reduzieren.
Mit diesem Ziel vor Augen stellt die Erfindung einen Trennschalter bereit, wie er in Anspruch 1 beschrieben ist.
Ein besseres Verständnis der Erfindung wird durch die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen möglich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trennschalters gemäß des Stands der Technik.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Trennschalters.
Fig. 3 ein funktionelles Blockdiagramm des in Fig. 2 gezeigten Trennschalters.
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines typischen elektrischen Verteilungssystems, in dem Trennschalter der in Fig. 2 gezeigten Art eingesetzt werden.
Fig. 5 eine ausführliche Ansicht der Frontplatte des in Fig. 2 gezeigten Trennschalters.
Fig. 5a eine ausführliche Ansicht eines ersten alternativen Frontplattenausschnitts des in Fig. 2 gezeigten Trennschalters.
Fig. 5b eine ausführliche Ansicht eines zweiten alternativen Frontplattenausschnitts des in Fig. 2 gezeigten Trennschalters.
Fig. 6 ein ausführliches schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Anzeigetafelsystems.
Fig. 7 ein ausführliches schematisches Diagramm der in Fig. 3 gezeigten Übersteuerungsschaltung.
Fig. 8 ein ausführliches schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten
Fehler- und Frontplatten-Eingabesystems.
Fig. 9 ein ausführliches schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Systems zur Festlegung der Nennleistungen von Rahmen und Leistungssteckeinsatz
Fig. 10 ein ausführliches schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Hilfs- und Rücksetzsystems.
Fig. 11 ein ausführliches schematisches Diagramm der in Fig. 3 gezeigten Spannungsversorgungsschaltungen.
Fig. 12 ein ausführliches schematisches Diagramm in der in Fig. 3 gezeigten Strom- und Spannungskalibrierungs- und -Umwandlungsschaltungen.
Fig. 13 ein, teilweise in Form von Funktionsblöcken dargestelltes, schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Kommunikationssystems.
Fig. 14 ein ausführliches schematisches Diagramm der in Fig. 3 gezeigten Hilfs- Spannungsversorgungssysteme und Hilfs-Alarmsysteme.
Fig. 15 ein funktionelles Blockdiagramm des in Fig. 3 gezeigten 80C51 Mikrocomputers.
Fig. 16 ein Systemflußdiagramm der im Lesespeicher des in Fig. 3 gezeigten Mikroprozessors gespeicherten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 17 ein Flußdiagramm der ersten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 18A und 18B ein Flußdiagramm der zweiten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 19A und 19B ein Flußdiagramm der dritten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 20 ein Flußdiagramm der vierten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 21 ein Flußdiagramm der fünften Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 22 ein Flußdiagramm der sechsten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 23 ein Flußdiagramm der siebten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Fig. 24 ein Flußdiagramm der achten Funktion der in Fig. 16 gezeigten Hauptbefehlsschleife.
Bevor die Beschreibung und der Betrieb der vorliegenden Erfindung erläutert werden, soll erst eine kurze Beschreibung von Trennschaltern nach dem Stand der Technik sowie eine Erörterung des Einsatzes von Trennschaltern in einem typischen elektrischen Verteilungssystem gegeben werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält ein mikroprozessorgestützter Trennschalter 10 nach dem Stand der Technik drei Hauptsegmente: ein Segment für die Auslöseeinheit 11, ein Handsteuerungssegment 12 und ein Ladesegment 13, welche alle in einem gegossenen Gehäuse 14 untergebracht sind. Das Ladesegment 13 enthält eine Feder (nicht dargestellt) zur Bedienung der mit der Auslösespule (nicht dargestellt) verbundenen Kontakte (nicht dargestellt) und einen Handgriff 15 oder einen elektrischen Motor (nicht dargestellt) zum manuellen bzw. automatischen Aufziehen der Feder. Das Handsteuerungssegment 12 enthält eine Vielzahl von Druckknöpfen 16 zur Steuerung der Feder in Abhängigkeit von den Kontakten sowie Sichtfenster 17, durch welche der Zustand der Feder und der Kontakte beobachtet werden kann.
Die Auslöseeinheit 11 enthält ein Feld mit Potentiometern 18 zur selektiven Anpassung der Auslöseparameter zum Betrieb des Trennschalters, eine Gruppe fehleranzeigender LED 19 zur Anzeige einer Auslöseursache, ein Nennleistungs- Steckeinsatzelement 20 zur Festlegung des im Trennschalter 10 maximal zulässigen Dauerstroms sowie die numerischen Anzeigeelemente 21 mit den zugehörigen, die Parameterzuordnung ermöglichenden, LED 22. Die Auslöseeinheit 12 enthält zudem bestimmte Steuerdruckknöpfe 23, wie z. B. einen Rücksetz-Druckknopf, Erd- und Phasentest-Druckknöpfe und einen Spitzenenergierücksetz- Druckknopf, sowie mehrere Steuerschalter 24 zur bereichsweisen Festlegung charakteristischer Formen der Auslösekurve und zur Festlegung von Testkennwerten.
Um die speziellen Details der in Fig. 2 und 3 gezeigten Erfindung leichter verständlich zu machen, folgt zuerst eine kurze Diskussion der dem Unterbrechungsschema eines Verteilungsnetzes zugrundeliegenden Philosophie des Systemaufbaus.
Wie im folgenden mit Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert wird, müssen bei Verwendung eines Trennschalters in einem elektrischen Verteilungssystem, gleichgültig ob es sich hierbei um einen Trennschalter nach dem Stand der Technik oder um den hier offenbarten Typ eines Trennschalters handelt, bestimmte Kriterien für den Systemaufbau befolgt werden. Ein typisches elektrisches Verteilungssystem enthält mindestens eine Spannungsquelle, die in Fig. 4 in Blockform als erste und zweite Quelle 25 und 26 dargestellt ist, und die die dazugehörige erste und zweite Hauptverteilungsleitung 27 bzw. 28 unter Spannung setzt. In der ersten und zweiten Hauptverteilungsleitung 27 bzw. 28 befinden sich der dazugehörige erste bzw. zweite Haupttrennschalter 29 bzw. 30. Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Verbindungsleitung des Verteilungssystems 31, worin sich ein Verbindungstrennschalter 32 befindet, über den im Falle, daß der erste oder der zweite Haupttrennschalter ausgelöst wurden, eine Verbindung zur jeweils anderen Spannungsquelle 25 bzw. 26 hergestellt werden kann. Von der ersten und zweiten Hauptverteilungsleitung 27 bzw. 28 zweigen jeweils eine Vielzahl dazugehöriger Verzweigungsleitungen 33a bis 33d bzw. 34a bis 34d ab. In jeder einzelnen dieser vielen Verzweigungsleitungen 33a bis 33d und 34a bis 34d befindet sich jeweils ein dazugehöriger Verzweigungstrennschalter 35a bis 35d und 36a bis 36d zur Steuerung des durch die Verzweigungs-Verteilungsleitungen 33a bis 33 d und 34a bis 34d zu den Lastelementen 37 fließenden Stroms.
Als Beispiel für die Wirkung der im gesamten elektrischen Verteilungssystem angebrachten Trennschalter, wird das Vorliegen eines mit 38 bezeichneten Fehlerzustands in der Leitung 33b in der ersten Gruppe der Verzweigungs-Verteilungsleitungen angenommen. Der Fehlerzustand 38, z. B. ein durch einen Kurzschluß verursachter Überstrom, muß so schnell wie möglich abgestellt werden, vorzugsweise in einer Zeitspanne der Größenordnung 50 Millisekunden und kleiner, um Schaden am Verteilungssystem zu verhindern. Zusätzlich ist es notwendig, daß der Verzweigungstrennschalter 35b in dieser kurzen Zeit auslöst und abschaltet, damit der erste und zweite Haupttrennschalter 29 und 30 und der Verbindungstrennschalter 32 nicht auslösen, um die Spannungsversorgung der verbleibenden Verzweigungs-Verteilungsleitungen nicht abzuschneiden. Dieses Verfahren zur Koordination des Zeitablaufs der Auslöse- und Abschaltvorgänge der einzelnen Trennschalter setzt eine Verzögerungszeit voraus, wobei der erste und zweite Haupttrennschalter 29 und 30 so eingestellt sind, daß sie eine vorbestimmte Zeitspanne warten, bevor sie auslösen, um dem betroffenen Verzweigungstrennschalter 33b die Gelegenheit zum Auslösen zu geben. Wie aus Fig. 4 ersichtlich sind die erste und zweite Gruppe von Verzweigungstrennschaltern 33a bis 33d und 34a bis 34d vom ersten und zweiten Haupttrennschalter 29 und 30 entsprechend einer Anordnung in einzelnen Zonen getrennt, wobei der erste und zweite Haupttrennschalter in der mit "Zone 1" bezeichneten ersten Zone sind, und die erste und zweite Gruppe der Verzweigungs-Verteilungsschalter 33a bis 33d und 34 a bis 34d befinden sich in der mit "Zone 2" bezeichneten zweiten Zone. Es ist ersichtlich, daß sich unter Berücksichtigung der gleichen Zeitverzögerungsprinzipien in jeweils nachfolgenden Zonenschichten zusätzliche Zonenebenen hinzufügen lassen.
Wie besprochen warten der erste und zweite Haupttrennschalter eine voreingestellte Zeitspanne nach Registrierung des in einer anderen Zone aufgetretenen Fehlerzustands 38. Falls jedoch der Fehlerzustand 38 andauern sollte, würde der erste Haupttrennschalter 27 nach Verstreichen der voreingestellten Zeitspanne zum Auslösezustand übergehen. Die Registrierung des in einer anderen Zone, der Zone 2, aufgetretenen Fehlerzustands 38 erfolgt durch Zonenverbindungssignale, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden. An dieser Stelle sei nur kurz gesagt, daß es sich dabei um ein Signal handelt, das vom zuständigen Verzweigungstrennschalter 33b zum ersten Haupttrennschalter 29 gesendet wird, um das Übersschreiten eines Kurzzeit-Verzögerungs- oder eines Erdschluß-Ansprechstroms anzuzeigen. Jeder Trennschalter ist in der Lage, ein Erdschluß-Zonenverbindungssignal und ein Kurzzeit-Verzögerungs-Zonenverbindungssignal zu senden und zu empfangen.
Zur Abstimmung der Verzögerungszeiten und des Betriebsverhaltens der im elektrischen Verteilungssystem eingesetzten Trennschalter müssen die Kennwerte der Zeit-Auslösekurve berücksichtigt werden, die durch die in Fig. 5 gezeigten Auslösekurvensegmente dargestellt werden können. Allgemein kann die Zeit-Auslösekurve als Graph (im doppellogarithmischen Maßstab) des gewünschten Strom-Antwortverhaltens des Trennschalters über eine Zeitspanne hinweg angegeben werden, wobei, wie in Fig. 5 gezeigt, der Stromfaktor auf der horizontalen Achse und der Zeitfaktor auf der vertikalen Achse aufgetragen wird.
Von ganz links im oberen Bereich des größeren Hauptsegments der Auslösekurve ausgehend, sind spezielle Faktoren aufgetragen, die sich auf die Auslösung mit langer Verzögerungszeit beziehen, und dem abfallenden Teil der Kurve folgen. Die Auslösung mit langer Verzögerungszeit, häufig auch als thermische Auslösung bezeichnet, da sie der bei nichtelektronischen Vorläufermodellen von Trennschaltern auftretenden thermischen Auslösung am ähnlichsten ist, wird sowohl durch einen wählbaren Stromfaktor bestimmt, der als Langzeit-Verzögerungs-Ansprechfaktor LDPU (long delay pickup factor) bezeichnet wird und in Fig. 5 durch den ersten Stromwahlpfeil 40 dargestellt ist, als auch durch einen wählbaren Zeitfaktor bestimmt, der als Langzeit-Verzögerungsfaktor LDT (long delay time factor) bezeichnet wird und in Fig. 5 durch den ersten Zeitwahlpfeil 41 dargestellt ist. Bei der Parameterwahl für die Bereitstellung des Schutzes mit langer Verzögerungszeit zeigt der erste Stromauswahlpfeil 40 an, daß der LDPU-Faktor oder - Parameter die Auslösekurve längs der horizontalen Achse selektiv anpaßt. Zusätzlich paßt der LDT-Faktor oder -Parameter die Auslösekurve längs der vertikalen Achse selektiv an, wie durch den ersten Zeitwahlpfeil 41 veranschaulicht wird. Demgemäß sind die Grenzwerte für den Schutz mit langer Verzögerungszeit sowohl längs der X-Achse als auch längs der Y-Achse veränderbar und legen eine Auslösecharakteristik für den Schutz mit langer Verzögerungzeit fest, die der abfallenden Geraden 42 im ersten Abschnitt der Auslösekurve folgt.
In der Praxis zeigt der Schutz mit langer Verzögerungszeit eine I²T-Auslösecharakteristik für Ströme, die den LDPU-Pegel überschreiten. Es sollte klar sein, daß bei höheren Strömen, die über dem LDPU-Pegel liegen, eine kürzere LDT auftritt.
Bei höheren Stromflüssen im elektrischen Leitungssystem ist es notwendig, daß der Festkörper-Trennschalter schneller als im Falle des Schutzes mit langer Verzögerungszeit anspricht. Dieses schnellere Ansprechverhalten wird allgemein als Schutz mit kurzer Verzögerungszeit bezeichnet und wird durch den als Kurzzeit- Verzögerungsabschnitt der Auslösekurve 45 bezeichneten Teil des Hauptsegments der Auslösekurve in Fig. 5 festgelegt. Der Schutz mit kurzer Verzögerungszeit kann walilweise auf zwei verschiedene Arten festgelegt werden, und zwar wie in Fig. 5 dargestellt durch eine ausgezogene horizontale Linie 45a, die ein Antwortverhalten mit fester Zeit anzeigt, oder durch eine gestrichelte abfallende Linie 45b, die einem I²T-Antwortverhalten entspricht.
Ein zweiter Stromwahlpfeil 44 in unmittelbarer Nachbarschaft des Kurzzeit-Verzögerungsabschnitts der Auslösekurve 45 zeigt an, daß der Strompegel, bei welchem eine Auslösung mit kurzer Verzögerungszeit geschieht, eingestellt werden kann. Im allgemeinen wird dieser Strompegel als Kurzzeit-Verzögerungs-Ansprechfaktor SDPU (short delay pickup factor) bezeichnet. Unter bestimmten, später noch eingehender beschriebenen Bedingungen ist es notwendig, daß der Auslösevorgang mit kurzer Verzögerungszeit sofort nach Erfassung eines über dem SDPU-Faktors liegenden Strompegels erfolgt. Unter anderen Bedingungen wird der Kurzzeit-Verzögerungsabschnitt der Auslösekurve mit feststehender Zeit 45a verwendet. Unter nochmals anderen Bedingungen ist es notwendig eine I²T-Auslösecharakteristik zu verwenden, wie sie im Abschnitt 45b der Auslösekurve dargestellt ist. Aus dem letztgenannten Grund gibt es einen zweiten Zeitwahlpfeil 43 in unmittelbarer Nähe des Kurzzeit-Verzögerungsabschnitts der Auslösekurve 45b.
Die nächste Stufe des von dem Festkörper-Trennschalter gebotenen Schutzes ist ganz rechts im untersten Bereich des Hauptsegments der Auslösekurve dargestellt und entspricht dem durch den als Sofort-Auslösungsbereich der Auslösekurve 47 bezeichneten Bereich des sofortigen Schutzes. Bei sehr hohen Überstrompegeln in der elektrischen Schaltung ist es notwendig, daß der Trennschalter so schnell wie möglich einen Auslöse- und Abschaltvorgang durchführt, d. h. z. B. innerhalb von 50 Millisekunden oder weniger nachdem das Auftreten eines Überstroms registriert wurde. Wie durch den dritten Stromwahlpfeil 46 in nächster Nachbarschaft des Sofort-Auslösungsbereichs 47 der Auslösekurve zu sehen ist, kann dieser Überstrompegel selektiv angepaßt werden.
Wie in Fig. 5 im kleineren Segment der Auslösekurve zu sehen ist, liefert der Erdschlußfehlerschutz den gleichen Schutzumfang wie der Schutz mit kurzer Verzögerungszeit, d. h. der Erdschlußfehlerschutz bei feststehender Zeitspanne wird durch die durchgezogene Linie 48 und der I²T-Erdschlußfehlerschutz wird durch die gestrichelte abfallende Linie 48b dargestellt. Der Erdschlußfehlerschutz bewirkt, daß ein Erdschluß-Auslöse- und Abschaltvorgang stattfindet, falls über mit dem elektrischen Leitungssystem zusammenhängenden Erdschlußpfad ein bestimmter Strompegel fließen sollte, der den Erdschluß-Ansprechfaktor, im folgenden GFPU-Faktor (ground fault pickup factor) genannt, überschreitet. Der GFPU- Faktor oder -Parameter ist selektiv verstellbar, wie durch den vierten Stromwahlpfeil 49 in unmittelbarer Nachbarschaft des Erdschlußfehlerbereichs der Auslösekurve 48 zu sehen ist.
Unter bestimmten, später noch eingehender beschriebenen Bedingungen ist es notwendig, eine bestimmte Zeitspanne, die sogenannte Erdschlußfehlerzeit zu warten, bevor eine Erdschlußfehlerauslösung stattfindet. Im folgenden wird diese Zeitspanne als GFT-Faktor oder -Parameter (ground fault time factor) bezeichnet. Der GFT-Faktor ist ebenfalls selektiv einstellbar, wie durch den dritten Zeitwahlpfeil 50 veranschaulicht wird.
Die Erfindung bezieht sich auf Festkörper-Trennschalter im allgemeinen, und insbesondere auf solche Geräte, die eine große Anzahl von Leistungssteckeinsatz- Nennleistungsfaktoren sowie Erdfehleransprechfaktoren unter Verwendung einer kleinstmöglichen Menge von Bauteilen ermöglichen, um alle Kombinationsmöglichkeiten von Leistungssteckeinsatz-Nennleistungsfaktoren und Erdfehleransprechfaktoren abzudecken.
Bei der Erfindung besteht die Möglichkeit, abgetastete aufbereitete Signale, welche der Stromstärke in einem elektrischen Leitungssystem entsprechen, so zu bearbeiten, daß man Betriebskennwerte daraus erhält, die dann mit voreingestellten Auslöseparametern verglichen werden, um festzustellen, ob ein Auslöse- und Abschaltvorgang durchgeführt werden soll. Bei der Erfindung besteht des weiteren die Möglichkeit, den passenden Auslöseparameter, der dem zusammen mit einem ausgewählten Leistungssteckeinsatz-Nennleistungswert des Trennschalters verwendeten Erdfehleransprechfaktor entspricht, dadurch auszuwählen, daß eine Begrenzungsvorrichtung eine Vergleichsoperation durchführt, wobei der ausgewählte Erdfehleransprechwert dahingehend überprüft wird, ob er mit einem vorabfestgelegten oberen Grenzwert übereinstimmt, der in Abhängigkeit vom ausgewählten Leistungssteckeinsatz-Nennleistungswert des jeweiligen Trennschalters bestimmt wird. Die Begrenzungsvorrichtung bietet des weiteren die Möglichkeit, daß falls der ausgewählte Erdfehleransprechwert den oberen Grenzwert für den entsprechenden Leistungssteckeinsatz-Nennleistungswert übertrifft, die Begrenzungsvorrichtung statt dessen einen alternativen Erdfehleransprechwert einsetzen wird, der von der Betriebsvorrichtung als ausgewählter Auslöseparameter zum Vergleich mit den entsprechenden Betriebskennwerten verwendet wird.
Bei der Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise des mikrogestützten Festkörper-Trennschalters gemäß der vorliegenden Anwendung, wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen, worin der Festkörper-Trennschalter 60 mit drei zusammensteckbaren Haupteinschüben dargestellt ist, nämlich dem Hilfsauslöseeinschub 61, dem Eingabeeinschub 62 und dem Auslöseeinschub 63, welche in ein gegossenes Isolierungsgehäuse 64 eingeschoben sind.
Der Hilfsauslöseeinschub 61 enthält als Komponenten eine Hilfsspannungsquelle für den Auslöseeinschub 63, die im Falle einer Unterbrechung der Hauptspannungsversorgung gebraucht wird, und eine Alarmausgabeschaltung, die mit externen Anzeigen verwendet werden kann. Die Schaltungen des Hilfsauslöseeinschubs, die im Vergleich zur Grundausführung des Festkörper-Trennschalters 60 zusätzliche optionale Eigenschaftsmerkmale anbieten, können ohne großen Aufwand hinzugefügt und entfernt werden, und werden später noch eingehender mit Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben. Der Eingabeeinschub 62 enthält eine Anschlußtafel 65, durch welche verschiedene Eingangs- und Ausgangssignale und - zustände auf den Auslöseeinschub 63 gegeben werden können
Der in Fig. 2 gezeigte Auslöseeinschub 63 besteht im wesentlichen aus drei Hauptbereichen, die im folgenden beschrieben werden: der Kernbereich für die Fehleranzeige und -auswahl 63a, der, wie in Fig 2. gezeigt, im unteren Bereich sitzt, den Anzeigetafelbereich 63b, der, wie in Fig. 2 gezeigt im oberen Bereich sitzt, und der Leistungssteckeinsatzbereich 63 c, der ungefähr im mittleren rechten Bereich des Auslöseeinschubs 63 liegt.
Im Kernbereich für die Fehleranzeige und -auswahl 63a liegen die Segmente der Auslösekurve und eine Reihe von Anzeigeelementen, Drehschaltern und Druckknöpfen, die mit Bezugnahme auf Fig. 5 ausführlicher beschrieben werden. Der Anzeigtafelbereich 63b beinhaltet Anzeigeelemente und Druckknöpfe, welche vom Bedienungspersonal benutzt werden, um die Betriebsbedingungen des Festkörper-Trennschalters 60 besser zu verstehen und besser darauf reagieren zu können. Die Anzeigeelemente und Druckknöpfe werden ebenfalls mit Bezugnahme auf Fig. 5 ausführlicher beschrieben werden.
Bei der Auslegung eines elektrischen Verteilungssystems unter Verwendung von mehreren der in Fig. 2 gezeigten Festkörper-Trennschalter, können sich die Anforderungen an den für jeden einzelnen Festkörper-Trennschalter wünschenswerten Umfang an Einstellmöglichkeiten zur kostengünstigsten Realisierung dieser speziellen Ausführung erheblich von den Anforderungen eines anderen elektrischen Verteilungssystems unterscheiden. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, den Festkörper-Trennschalter 60 mit der größtmöglichen Anzahl von Leistungsmerkmalen auf einer Optionsbasis auszustatten, so daß Leistungsmerkmale nach Belieben hinzugefügt und entfernt werden, und nur der tatsächlich jeweils benötigte und kostengünstigste Leistungsumfang gewählt wird. Dieser Philosophie folgend kann nicht nur der Hilfsauslöseeinschub 61, sondern auch der Anzeigetafelbereich 63b des Auslöseeinschubs 63 hinzugefügt oder entfernt werden, so wie es jeweils nötig ist.
Nicht nur der Kernbereich für die Fehleranzeige und -auswahl 63a des Festkörper-Trennschalters 60 ist wesentlich, sondern man muß auch die Grundausführung des Festkörper-Trennschalters 60 mit einem Leistungssteckeinsatzbereich 63c versehen. Der Leistungssteckeinsatzbereich 63c legt die maximale Dauerstromstärke fest, die durch den Festkörper-Trennschalter 60 fließen darf, und wird später unter Bezugnahme auf Fig. 9 noch eingehender beschrieben.
Die Verwendung des vorliegenden mikroprozessorgestützten Festkörper-Trennschalters 60 in einem bestimmten elektrischen Leitungssystem, wie z. B. in einer Gruppe von Verzweigungs-Verteilungsleitungen 33a bis 33d, kann am besten mit Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Blockdiagramm beschrieben werden, worin das elektrische Verteilungssystem ein Dreiphasenstromkreis ist, der mit Leitungsanschlüssen 70 verbunden ist, welche mit der Anschlußtafel 65 verbunden sind und zu drei jeweils entsprechenden internen Leitungen 71 führen. Obwohl hier nur die Verwendung in einem Dreiphasenstromkreis gezeigt wird, kann der Festkörper-Trennschalter selbstverständlich auch in abweichenden Einphasen- oder Mehrfachphasenanordnungen verwendet werden.
Mit den drei Leitungen 71 sind jeweils Phasenstromwandler 72 und ein Erdstromwandler 73 verbunden, die dazu dienen, Stromwerte zu erzeugen, die dem Stromfluß in den Phasenleitungen und der Erdleitungsschleife des elektrischen Stromkreises proportional sind:
Der vom Erdstromwandler 73 bereitgestellte Erdstromwert wird auf einen Erdstromgleichrichter 75 gegeben, um eine Vollweggleichrichtung des eintreffenden Erdschlußwechselstroms durchzuführen. Auf gleiche Art und Weise werden die Werte des Leitungsphasenstroms auf einen Phasenstromgleichrichter 74 gegeben, der an den eintreffenden Phasenwechselströmen eine Vollweggleichrichtung durchführt. Sowohl der gleichgerichtete Erdstrom als auch die gleichgerichteten Phasenströme werden auf eine Summierschaltung 76 gegeben, um einen Kondensator zu laden, an dem eine Gleichspannung aufgebaut wird, die danach an eine Spannungsversorgungsschaltung 77 gelegt wird. Die Spannungsversorgungsschaltung 77 setzt diese ausgegebene spezielle Gleichspannung auf kontrollierte Gleichspannungspegel, die von den sonstigen Schaltungsteilen des Festkörper- Trennschalters 60 verwendet werden können. Diese kontrollierten Gleichspannungspegelwerte enthalten unter anderem 5 Volt, 16 Volt und 30 Volt.
Die Spannungsversorgungsschaltung 77 kann diese spezielle Gleichspannung zur Erzeugung der kontrollierten Gleichspannungspegel auch von der Hilfsspannungsversorgung 61 oder von einer externen Gleichspannungsquelle beziehen.
Die Summierschaltung 76 wird durch ein Nebenschluß-Steuerungs-FET-Element 78 reguliert, so daß unter bestimmten Voraussetzungen die Ausgabe der Summierschaltung 76 auf Erde gelegt wird, anstatt der Spannungsversorgungsschaltung 77 zugeführt zu werden.
Das Nebenschluß-Steuerungs-FET-Element 78 wird an seinem Gate-Anschluß durch ein Signal gesteuert, das in einem Nebenschluß- und Zerhacker-Steuerbereich 79b erzeugt wird, welcher mit einem anwenderspezifischen integrierten Mehrzweck-Schaltkreis (IC) 79 verbunden ist. Betrachtet man den den Nebenschluß- und Zerhacker-Steuerbereich 79b des anwenderspezifischen Mehrzweck- IC 79, so sieht man, daß das Nebenschlußsignal erzeugt wird, um den Nebenschluß-Steuerungs-FET 78 nur dann anzusteuern, wenn registriert wird, daß die Gleichspannungsausgabe der Summierschaltung 76 einen bestimmten gewünschten Wert erreicht hat, um so zu verhindern, daß der mit der Summierschaltung verbundene Ladekondensator überladen wird.
In dem anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 ist auch ein mit einer 5 Volt Spannungsquelle versehener Steuerbereich 79b zur Steuerung des Zerhackers enthalten. Der Zerhacker-Steuerbereich 79b sorgt auch dafür, daß der Bereich der 5 Volt Spannungsversorgung der Spannungsquelle 77 deaktiviert wird, wenn das Ausgangssignal der Summierschaltung 76 unterhalb der speziellen Gleichspannung ist. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß jeder Schaltungsbereich des Festkörper-Trennschalters 60, der von einem 5 Volt Signal abhängt, im Falle eines nicht ausreichend hohen Ausgangssignals der Summierschaltung 76 deaktiviert ist, wie dies z. B. geschehen könnte, wenn die Phasenströme im elektrischen Leitungssystem unterbrochen werden.
Der anwenderspezifische Mehrzweck-IC 79 enthält auch einen Strom-Multiplexing-Bereich 79a. Die gleichgerichteten Ströme werden durch eine Signalaufbereitungsschaltung 80 für die Eingabe in den den Strom-Multiplexing-Bereich 79a des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 aufbereitet. Der Strom-Multiplexing- Bereich 79a wird durch Signale des Mikroprozessors 100 so gesteuert, daß ein bestimmtes Stromsignal ausgewählt und vom anwenderspezifischen Mehrzweck-IC auf Befehl des Mikroprozessors 100 ausgegeben werden kann.
Das ausgewählte Stromsignal, welches einem abgetasteten Wert der Phasen- und Erdströme entspricht, wird auf eine Stromkalibrierungsschaltung 81 gegeben, die eine Anpassung des Kalibrierpegels an die Stromsignale erlaubt. Das Ausgangssignal der Stromkalibrierungsschaltung 81 wird als Kanal 1 bezeichnet und auf einen Analog-Digital-Wandler 82 gegeben, bei dem es sich um einen kommerziell verfügbaren Typ handeln kann, wie z. B. den von National Semiconductor Corp. hergestellten ADC0844.
Entsprechend zur Stromkalibrierungsschaltung 81 gibt es eine Spannungs-Multiplexing-, Aufbereitungs und Kalibrierungsschaltung 83, die die Phasen-Nulleiter- Spannungen in jeder der Phasen des elektrischen Leitungssystems registrieren kann und dazu dient, Spannungsausgangssignale, die als Kanal 2 bezeichnet werden, zu kalibrieren. Die Spannungskalibrierungsschaltung 83 ist ebenfalls mit dem A/D-Wandler 82 verbunden.
Eine Schaltung zur Festlegung der Rahmen- und Leistungssteckeinsatz-Nennleistung 84, die mit dem Leistungssteckeinsatzsegment 63c der Auslöseeinheit verbunden ist, erzeugt je ein Signal zur Festlegung der Leistungssteckeinsatz- und Rahmen-Nennleistung, die mit Kanal 3 bzw. Kanal 4 bezeichnet werden, und ebenfalls auf den A/D-Wandler 82 gegeben werden.
Der den Datenfluß durch den Festkörper-Trennschalter 60 steuernde Mikroprozessor 100 ist ein 8-bit CMOS Mikroprozessor, der die Handelsbezeichnung 80C51 Mikroprozessor trägt. Der 80C51 enthält eine CPU und zugehörige ROM und RAM Speicher, ein serielles Ein-/Ausgabe-Port, vier parallele Ein-/Ausgabe-Ports und einen im Chip integrierten Schwing- und Steuerkreis, und kann von der Intel Corporation bezogen werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt hat der Mikroprozessor 100 vier parallele Ein-/Ausgabe- Ports, die als Port 0, 1, 2 und 3 bezeichnet werden, und von denen jedes eine spezielle Aufgabe erfüllt. Port 0 z. B. wird als Datenbus 101a bezeichnet, über den Daten ausgetauscht werden. Nach Eintreffen eines entsprechenden Befehls des Mikroprozessors 100 werden z. B. die Ausgabedaten des A/D-Wandler 82 über den Datenbus 101 empfangen. Dieser Befehl wird zum A/D-Wandler 82 von Port 1, 101b des Mikroprozessors 100 mittels der Steuerschaltung 85 geschickt.
Port 2, Bezugszeichen 101c, des Mikroprozessors 100 ist so ausgelegt, daß es Informationen empfängt und sendet, die sich in erster Linie auf das Kommunikationsnetzwerk 86 beziehen, welches dazu dient, diesen speziellen Festkörper- Trennschalter 60 mit einem zentralen, die Abläufe zwischen einer größeren Anzahl von Trennschaltern koordinierenden, Netzwerk (nicht dargestellt) zu verbinden.
Port 3, 101d des Mikroprozessors 100 ist so ausgelegt, daß es Ein-/Ausgabe-Operationen für allgemeine Steuersignale durchführen kann, wie z. B. Adreßsteuerung des Strom-Multiplexing-Bereichs 79a des anwenderspezifischen Mehrzweck- IC 79, Empfang eines Übersteuerungssignals und Steuerung eines externen Relais.
Mit dem Mikrocomputer 100 über den Datenbus 101 a verbunden ist das Anzeigetafelsystem 87, welches nicht nur den Anzeigetafelbereich 63b des Auslöseeinschubs 63 enthält, sondern auch die zum Betreiben des Anzeigtafelbereichs 63b notwendigen Schaltungen.
Das Fehleranzeige- und Frontplattensystem 88, welches den Fehleranzeige- und Parameterauswahlbereich 63a des Auslöseeinschubs 63 und die zu dessen Betrieb gebrauchten Schaltungen enthält, ist ebenfalls mit dem Mikroprozessor 100 über den Datenbus 101a verbunden.
Mit dem Fehleranzeige und Frontplattensystem 88 ist ein Hilfs- und Rücksetzsystem 89 verbunden, welches im Falle einer Unterbrechung der Schaltung und der daran anschließenden Unterbrechung der 5 Volt Versorgungsspannung dafür sorgt, daß eine Spannungsquelle zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Fehlerursachenanzeige bereit steht, und weiterhin dafür sorgt, daß der Betrieb des Mikrocomputers nicht gestört wird, wenn das System ausgeschaltet oder neu gestartet wird.
Ein Auslösesignal, das vom Mikrocomputer bei Erfassung eines Überstromzustandes ausgesandt wird, wird vom Fehler- und Frontplattensystem auch an eine Auslösezuordnungsschaltung 90 geleitet. Die Auslösezuordnungsschaltung 90 kann auch ein zweites Auslösesignal erhalten, welches von einer Hardware-Übersteuerungsschaltung 91 erzeugt wird. Die Übersteuerungsschaltung 91 überwacht die Ausgabe der Stromaufbereitungsschaltung 80 und erzeugt das zweite Auslösesignal unmittelbar nach Erfassung eines Überstroms, der größer als die Zerstörschwelle des Trennschalters ist. Die Auslösezuordnungsschaltung 90 kann bei Vorliegen einer der beiden Arten des Auslösesignals das Gate des Auslöse- FET 92 ansteuern.
Eine mit dem Auslösemechanismus 93 verbundene Auslösespule 93a wird erregt, wenn das Gate des Auslöse-Fet 92 durch die Auslösezuordnungsschaltung auf "ON" gesetzt wird.
Des weiteren sind mit dem Auslösemechanismus 93 Auslöseschalter 93b verbunden, welche in den elektrischen Anschlußleitungen 71 angebracht sind und sich öffnen, wenn die Auslösespule 93a und der manuelle Steuermechanismus 93c zur Auslösung von Hand erregt werden.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist der Mikroprozessor 100 ein Intel 80C51 Mikroprozessor mit einem 8-bit Format, der eine CPU Einheit 102 enthält, mit welcher die Befehle und Daten in den verschiedenen Speicherbereichen gemaß einem Programmablauf bearbeitet werden, der durch eine, später mit Bezugnahme auf Fig. 16 noch ausführlicher diskutierte, Hauptbefehlsschleife festgelegt wird. Die Hauptbefehlsschleife ist im Programmspeicher 103 gespeichert, welcher im vorliegenden Fall ein nichtflüchtiger Nur-Lese-Speicher (ROM) ist. Daten, die in der Hauptbefehlsschleife bearbeitet werden sollen, werden in den Datenspeicher 104 ein- und ausgelesen.
Die zeitliche Koordination der Aktionen des Mikroprozessors 100 wird durch eine externe Zeitgebervorrichtung 110 gesteuert, welche im vorliegenden Fall als Kristall dargestellt ist, aber welche auch durch verschiedene andere, allesamt im Rahmen der vorliegenden Anwendung liegenden Ausführungen von Zeitgebern realisiert werden kann. Die Zeitgebervorrichtung 110 ist über einen Schwingkreis und ein Zeitgebersteuerungssegment 109 an die CPU 102 angeschlossen.
Das in Fig. 6 gezeigte Anzeigetafelsystem enthält elektrische und elektronische Schaltungen, die zu dem in Fig. 2 gezeigten Anzeigetafelbereich 63b und dem Auslöseeinschub 63 gehören, und diese steuern. Im Vergleich zum gesamten Festkörper-Trennschalter 60 ist das Anzeigetafelsystem samt dem Anzeigetafelbereich 63b und den dazugehörigen Schaltungen nur eine Zusatzausstattung und nicht unabdingbar für die Aufrechterhaltung der grundlegenden Schutz- und Überwachungsfunktionen des Festkörper-Trennschalters 60.
Falls diese Zusatzausstattung jedoch verwendet wird, bietet das in Fig. 6 gezeigte Anzeigetafelsystem dem Bedienungspersonal die Möglichkeit, die im Mikrocomputer 100 gespeicherten Informationen abzurufen und Phasenstromamplituden, Erdstromamplituden, Momentan- und Spitzennachfragewerte, Energieverbrauch sowie die in der Vergangenheit aufgetretenen Fehlerursachen darzustellen. Zuordnungs-LED, die sich in unmittelbarer Nähe der Anzeigeelemente befinden, erlauben eine Identifizierung des augenblicklich dargestellten Parameters.
In der Mitte des Anzeigetafelsystems befindet sich eine intelligente vierstellige alphanumerische Anzeige 120, welche leicht von Herstellern wie Siemens oder National Semiconductor bezogen werden kann.
Die alphanumerische Anzeige 120 enthält Dateneingaben über eine Vielzahl von Eingabeleitungen 121. In Fig. 6 ist ein Beispiel mit acht solcher Leitungen gezeigt. Zwei Steuerleitungen dienen dazu, Signale CS1 und CS2 auf die alphanumerische Anzeige 120 zu geben. Die Steuersignale CS1 und CS2 werden in einem Mikrocomputer 100 erzeugt und steuern den Datenfluß zur alphanumerischen Anzeige 120. Die alphanumerische Anzeige 120 arbeitet mit einer Spannungsversorgung von 5 V und zieht ungefähr 100 Milliampere Strom. Eine unabhängige 5 V Spannungsquelle wird als in das Anzeigetafelsystem festeingebauter Baustein mitgeliefert. Diese Spannungsquelle ist von der 5 V Systemspannungsquelle 77b abgetrennt, um eine übermäßige Beanspruchung der 5 V Systemspannungsquelle durch das Anzeigesystem auszuschließen.
Die 5 V Spannung der unabhängigen Spannungsquelle wird durch eine allgemein als Bezugspunkt 123 eingezeichnete Regelungsschaltung an die alphanumerische Anzeige 120 angelegt. Die Regelungsschaltung 123 bezieht ihre Spannung von einer Hilfsspannungsquelle, wo es z. B. um die in Fig. 3 gezeigte Hilfsspannungs- und Hilfsalarmschaltung 61 handeln kann. Die Regelungsschaltung 123 enthält einen Transistor Q102 und dazugehörige Bausteine R106 und R107, die so ausgelegt sind, daß sie das Vorhandensein einer Hilfsspannungsquelle erkennen, und daraufhin folgend ein Anzeige-Freigabesignal erzeugen können.
Ebenfalls enthalten in der Regelungsschaltung 123 sind die Bausteine, welche tatsächlich die Hilfsspannungsversorgung so ansteuern, daß sie 5 V Spannung liefert. Diese Bausteine sind unter anderem der Transistor Q103, der Kondensator C103, der Widerstand R105 und die Zener-Diode D109.
Im Anzeigetafelsystem wird ein Anzeigepufferelement 124 benutzt, um den Mikroprozessor 100 von der alphanumerischen Anzeige 120 abzukoppeln. Der Anzeigepuffer 124 ist ein Puffer mit drei möglichen Zuständen, nämlich einem positiven Zustand, einem negativen Zustand und einem hochohmigen Zustand. Der Anzeigepuffer 124 hält an seinem Ausgang die aus dem Mikroprozessor stammenden Anzeigedaten zum Datenaustausch über die Vielzahl von Eingabeleitungen 121 bereit.
Der Anzeigepuffer 124 hält diese Anzeigebits jedoch nur dann bereit, wenn das Anzeige-Freigabesignal vom Regelungsschaltkreis 123 erhalten wird. Der Anzeigepuffer 124 erhält über Port 0, dem Datenbus 101a des Mikroprozessors, die Datenbits, die es an die alphanumerische Anzeige 120 weitergibt.
Gleichzeitig mit der Übertragung der Datenbits an den Anzeigepuffer 124, gibt Port 1, 101b des Mikroprozessors 100, einen speziellen Code an das Multiplexerelement 125 aus, um eine spezielle Zuordnungs-LED zu aktivieren, die den jeweils gerade angezeigte Parameter eindeutig bestimmt. Dieser Markierungs- Multiplexer 125 verhält sich als 3-Bit zu 8-Bit Decoder, d. h. der Markierungs- Multiplexer 125 erhält über Port 1 drei Bit Information, und decodiert diese Information, um eine passende aus acht möglichen LED aufleuchten zu lassen. Wie in Fig. 6 gezeigt, benutzt der Festkörper-Trennschalter 60 nur sieben der acht möglichen Ausgänge des Markierungs-Multiplexers 125, um jeweils eine von sieben Zuordnungs-LED zu aktivieren. Diese Zuordnungs-LED sind im Anzeigetafelbereich 63b des Auslöseeinschubs 63 gezeigt, und werden als Phasenstrom-LED IA, IB und IC, 126a bis 126c, Erdstrom-LED 126d, Momentannachfragewert-LED 127, Spitzennachfragewert-LED 128 und als Energieverbrauchs-LED MW-H LED 129 bezeichnet.
Eine achte LED 130 zur Anzeige eines Hochlastzustandes des Festkörper-Trennschalters 60 befindet sich ebenfalls im Anzeigetafelbereich 63b, wird aber durch ein separates Hochlastsignal aktiviert. Wenn die Hochlast-Diode LED 130 leuchtet, so bedeutet dies, daß der Festkörper-Trennschalter 60 einen Strom im elektrischen Leitungssystem überwacht, der 85% des maximalen Nennstroms übersteigt.
Ebenfalls von Port 1, 101b des Mikroprozessors wird Information an einen Steuerungs-Multiplexer 131 ausgegeben, der das erste und zweite Steuerungssignal CS1 bzw. CS2 ausgibt. Die Widerstände R100 und R102 sind in den beiden Steuerleitungen angebracht, um die alphanumerische Anzeige 120 noch weiter vom Mikroprozessor 100 abzukoppeln.
Ein Anzeigen-Nebenschluß-FET Q101 und ein dazugehöriger Vorwiderstand R101 sind so an den Spannungsklemmen V+, V- der alphanumerischen Anzeige 120 angeschlossen, daß die an der alphanumerischen Anzeige 120 anliegende Spannung in Abhängigkeit von der Ausgabe des Anzeigepuffers 124 gesteuert wird.
Wie bereits erwähnt bietet das Anzeigetafelsystem einen Benutzerdialogmodus, der dem Bedienungspersonal die selektive Beeinflussung der Anzeigeeigenschaften erlaubt, um so die gewünschte Information in einem geregelten und bequemen Tempo zu erhalten.
Um diese Funktion zu erhalten wird ein Anzeigeschrittdruckknopf 132 im Anzeigetafelbereich 63b des Auslöseeinschubs 63 in nächster Nähe der Zuordnungs-LED 126a bis 126d und 127 bis 129 sowie der alphanumerischen Anzeige 120 angebracht.
Wenn der Druckknopf für den Anzeigeschritt 132 gedrückt wird, so koppelt er, wie in Fig. 6 gezeigt, ein "Low"-Eingangssignal auf einen Druckknopf-Multiplexer 133, welcher, wenn er von einem Signal vom Port 3, 101 d des Mikroprozessors angesteuert wird, den Zustand des Druckknopfs für den Anzeigeschritt 132 an einen Eingang des Ports 1, 101b des Mikroprozessors übermittelt. Die Erkennung dieses Zustandes des Druckknopfs für den Anzeigeschritt 132 löst eine Operation in der Hauptbefehlsschleife aus, welche den nächsten auf der alphanumerischen Anzeige 120 und auf den Zuordnungs-LED anzuzeigenden Parameter auswählt.
Ein zweiter Druckknopf, ein Druckknopf für die Nachfragerücksetzung 134, ist ebenfalls auf dem Anzeigetafelbereich 63b Auslöseeinschubs 63 in unmittelbarer Nachbarschaft des Druckknopfs für den Anzeigeschritt 132 angebracht, und koppelt, wenn er gedrückt wird, ebenfalls ein "Low"-Signal an den Druckknopf-Multiplexer 133. Der Zustand dieses Druckknopfs für die Nachfragerücksetzung 134 wird bei Eintreffen eines Befehls vom Port 3, 101d des Mikroprozessors 100 ebenfalls über das Port 1, 101b des Mikroprozessors 100 übermittelt.
Der Druckknopf für die Nachfragerücksetzung 134 dient dazu, den im Speicher gespeicherten Wert für den Spitzennachfragewert zurückzusetzen, wobei dieser Spitzennachfragewert die höchste Leistung darstellt, die über den elektrischen Leitungsschaltkreis seit der letzten Betätigung des Druckknopfs für die Nachfragerücksetzung oder seit dem Einschalten des Festkörper-Trennschalters 60 nachgefragt worden ist.
Wie zuvor diskutiert, ist das Anzeigetafelsystem optional und deshalb kann dieser Zusatz weggelassen werden, um einen kostengünstigeren, dabei aber doch voll einsatzfähigen Festkörper-Trennschalter zu ergeben. Um dies als Zusatzfunktion anzubieten, wird die Architektur der Schaltung so ausgelegt, daß wesentliche Kernkomponenten wie der Mikroprozessor 100 und der Druckknopf-Multiplexer 133 nicht auf derselben Schalttafel angebracht sind wie die optionalen Anzeigetafelkomponenten.
Somit kommt die Grundausführung des Festkörper-Trennschalters 60 ohne den Anzeigetafelbereich 63b und ohne die Systemschalttafel (nicht gezeigt) aus, auf der die Bausteine der Anzeigetafel aufgebracht sind. Statt dessen kann die Grundausführung mit einer Blind-Frontabdeckplatte (nicht gezeigt) versehen werden.
Ahnlich wie bei der Diskussion des in Fig. 6 gezeigten Anzeigetafelsystems, wird die Diskussion des in Fig. 7 gezeigten Fehler- und Frontplatten-Eingabesystems unter Bezugnahme auf den Auslöseeinschub 63 und insbesondere unter Bezugnahme auf den Fehleranzeige- und Fehlerauswahlbereich 63a durchgeführt. Auf den in Fig. 5 ausführlicher dargestellten Auslöseeinschub 63 wird hier zusammen mit den Schaltungskomponenten Bezug genommen, die mit dem in Fig. 7 gezeigten Fehler- und Frontplatten-Eingabesystem verbunden sind. Da das Fehler- und Frontplatten-Eingabesystem zum Kernbereich des Systems gehört, werden bestimmte Kernkomponenten, die zuvor diskutiert worden waren, hier ebenfalls dargestellt, und es werden konsequenterweise dieselben Bezugsnummern wie zuvor verwendet.
Eines der Hauptkriterien, die das Fehler- und Eingabesystem erfüllen muß, ist die leichte Bedienbarkeit und Verständlichkeit dieser Schnittstellenanordnung für das Bedienungspersonal, das sich aus naturgemäß aus Personen mit sehr unterschiedlichen Fähigkeiten und Fertigkeiten zusammensetzt. Dieses Fehler- und Eingabesystem sollte jede Bedienperson unabhängig vom Grade seiner Erfahrung oder seiner Muttersprache in die Lage versetzen, den Festkörper-Trennschalter im Zusammenhang mit einem elektrischen Verteilungssystem zu bedienen und zu verstehen.
Um dies zu erreichen wird, wie in Fig. 5 zu sehen, die herkömmliche Zeit-Auslösekurve mit zwei Auslösekurvensegmenten mit fehleranzeigenden LED versehen, die an den einzelnen Kurvenabschnitten angebracht sind, und den zuvor diskutierten Schutzarten entsprechen. Zum Beispiel wird eine LED für die Auslösung mit langer Verzögerung 140 am Langzeit-Verzögerungsabschnitt der Auslösekurve 42 des Hauptsegments der Auslösekurve angebracht, eine LED für die Auslösung mit kurzer Verzögerung 141 wird am Kurzzeit-Verzögerungsabschnitt der Auslösekurve 45 angebracht, eine LED für sofortige Auslösung 142 wird am Sofort-Auslösungsbereich der Auslösekurve 47 angebracht, und eine LED für die Erdschluß-Auslösung 143 wird am Erdschlußfehlerbereich der Auslösekurve 48 des zweiten Auslösekurvensegments angebracht.
Im Fehleranzeige- und Auswahlbereich 63a des Auslöseeinschubs 63 ist zudem eine Vielzahl von Drehknöpfen zu sehen, die ungefähr in der Nähe der von ihnen beeinflußten Abschnitte der Haupt- und Zweitauslösekurvensegmente angebracht sind.
Der erste Drehknopf 144 dient dazu, einen Wert für den LPDU-Faktor einzustellen, welcher aus einer Reihe von durch den ersten Stromwahlpfeil 40 angezeigten Stromeinstellungen auswählbar ist. Ein zweiter Drehknopf 145 wählt einen Wert für den LDT-Faktor entsprechend dem Bereich des ersten Zeitwahlpfeils 41 aus. Ein dritter Drehknopf 146 wählt den Wert für den SDPU-Faktor entsprechend dem Bereich des zweiten Stromwahlpfeils 43 aus. Ein vierter Drehknopf 147 wählt den Wert für den SDT-Faktor entsprechend dem Bereich des zweiten Zeitwahlpfeils 44 aus. Ein fünfter Drehknopf 156 wählt den Wert für den INSTPU- Faktor entsprechend dem Bereich des dritten Stromwahlpfeils 44 aus. Ein sechster Drehknopf 148 wählt den Wert für den GFPU-Faktor entsprechend dem Bereich des vierten Stromwahlpfeils 49 aus. Ein siebter Drehknopf wählt den Wert für den GFT-Faktor entsprechend dem Bereich des dritten Zeitwahlpfeils 50 aus. Ein achter Drehknopf 150 dient dazu, Testwerte sowohl für den Phasenstrom als auch für den Erdstrom auszuwählen. Diese Testwerte werden zur Simulation tatsächlich auftretender Stromwerte benutzt. Die Testwerte werden von der Hauptbefehlsschleife nur in Verbindung mit dem gedrückten Testdruckknopf 151 bearbeitet, und nur dann, wenn später noch näher beschriebene tatsächliche Stromwerte auftreten. Die Testläufe können entweder in einem Auslöse- oder in einem Nicht-Auslösemodus durchgeführt werden, d. h., wenn der Teststrom den vorgewählten Teststromwert erreicht, wird die Hauptbefehlsschleife entweder ein Auslösesignal auslösen, oder die Auslösung dieses Auslösesignals verhindern.
Auf der sich unmittelbar neben dem Testdruckknopf 151 befindlichen Fehlerauswahl- und Fehleranzeigefrontplatte 63a ist ein Auslöse-Rücknahme-Druckknopf 152 angebracht, der es dem Bedienungspersonal erlaubt, den Auslösezustand zurückzunehmen, falls es die Betriebsbedingungen erlauben.
Wegen der oben erwähnten Anbringung der fehleranzeigenden LED 140 bis 143 auf den Auslösekurvensegmenten und den faktorauswählenden Drehknöpfen 144 bis 150 und 156 in unmittelbarer Nachbarschaft der Auslösekurvensegmente, ist es ersichtlich, daß jede Bedienungsperson mit einem Verständnis der Eigenschaften der herkömmlichen Zeit-Auslösekurve den Festkörper-Trennschalter 60 bedienen und verstehen kann.
Wie in Fig. 7 gezeigt, sind die vielen faktorauswählenden Drehknöpfe 144 bis 150 und 156 mittels eines Datenbusses 101a an den Mikroprozessor 100 angeschlossen. Der Schleifer eines jeden über acht Stellungen verfügenden Drehschalters kann individuell durch einen Drehschalter-Multiplexer 153 auf "Low" gesetzt werden. Abhängig von der Schalterstellung wird diese logische "0" nur auf einer der acht Datenbusleitungen erscheinen. Dadurch kann der Mikroprozessor 100 die Schleiferstellung eines jeden der acht Drehknöpfe bestimmen.
Über den Datenbus 101a wird ebenfalls die Information übertragen, die zur Aktivierung einer der vier die Fehlerursache anzeigenden LED 140 bis 143 gebraucht wird. Diese Fehlerursacheninformation wird auf ein Zwischenspeicherelement gegeben, welches im Falle einer den Mikroprozessor 100 außer Betrieb setzenden Leitungsunterbrechung dazu dient, die die Fehlerursache anzeigende LED in Betrieb zu halten.
Der Testdruckknopf 151 dient im gedrückten Zustand dazu, ein "Low"-Signal auf einen Eingang des Druckknopf-Multiplexers 133 zu legen. Wenn der Druckknopf- Multiplexer 133 durch ein bestimmtes mit dem Testdruckknopf 151 in Verbindung stehenden und vom Mikroprozessor 100 ausgesandten Signal angesprochen wird, wird die Betätigung des Testdruckknopfs 151 dem Port 1, 101b des Mikroprozessors 100 mitgeteilt.
Eine LED zur Anzeige des Betriebszustandes 155 ist ebenfalls auf dem Fehleranzeige- und Fehlerauswahlbereich 63a des Auslöseeinschubs 63 angebracht, um anzuzeigen, daß der Mikroprozessor 100 ordnungsgemäß arbeitet. Verbunden mit der Betriebszustandssanzeige-LED 155 ist ein Betriebszustandsanzeige-FET Q202, sowie ein dazugehöriger Vorwiderstand R207, die auf herkömmliche Art und Weise zur Steuerung der LED miteinander verbunden sind.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist ein Widerstandnetzwerk RN201 zum Anlegen der Spannung an den Datenbus 101a angeschlossen. Dieses Widerstandsnetzwerk ist als ein einzelnes Element dargestellt, es enthält in Wirklichkeit jedoch je ein Widerstandselement für jede der 8 Datenbusleitungen.
Die Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 liefern die grundlegenden Vorrichtungen zur Ausgabe von Informationen an das Bedienungspersonal, in dem sie es über die Zustände des elektrischen Leitungssystems informieren. Bei Verwendung der LED zur Anzeige der Fehlerursache anstelle der üblicherweise verwendeten Kipphebelanzeigen, die keine Spannungsversorgung benötigen, wird es zwangsweise notwendig, daß eine Spannungsquelle zur Spannungsversorgung der Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 zur Verfügung steht,. wenn die Systemspannungsversorgung 177, die von Leitungsströmen aufrechterhalten wird, zusammengebrochen ist. Das in Fig. 8 gezeigte Hilfs- und Rücksetzsystem erfüllt diese Aufgabe.
Wie zuvor diskutiert, wird die LED Information zur Kontrolle der Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 über einen Datenbus 101a an ein Zwischenspeicherelement 154 übertragen, welches das zuletzt übertragene Eingangssignal hält, bis diese Information später geändert wird.
Die Ausgangsleitungen des Zwischenspeichers, die ein "High"-Signal zur Aktivierung jeder beliebigen Fehlerursachenanzeige-LED liefern, übertragen auch das "High"-Signal, welches den Fehlertyp anzeigt, auf eine Reihe von Alarmelementen, die in Fig. 14 als Bestandteil der in Fig. 3 gezeigten Hilfsspannungsversorgungs- und Alarmschaltung 61 dargestellt sind. Ein Langzeit-Verzögerungs- Alarmsignal wird ausgesandt, wenn ein Langzeit-Verzögerungs-Auslösezustand eingetreten ist, ein Erdschlußalarmsignal wird ausgesandt, wenn ein Erdschluß- Auslösezustand eingetreten ist, und ein Kurzschlußalarmsignal wird ausgesandt, wenn entweder ein Sofort-Auslösezustand oder ein Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösezustand eingetreten ist, wobei die beiden letztgenannten Auslösezustände mit nur einem solchen Alarmsignal belegt werden. Diese Alarmsignale werden durch ein Widerstandsnetzwerk RN203 und Dioden 207 und 208 zwischengespeichert, bevor sie an die in Fig. 14 gezeigten Alarmschaltungen weitergeleitet werden.
Das Zwischenspeicherelement 154 erfüllt den Zweck, die Hochlast-LED 130 anzusteuern, welche aufleuchtet, wenn der Festkörper-Trennschalter 60 einen Strom im elektrischen Leitungssystem erfaßt, welcher 85% des maximalen Nennwerts überschreitet. Zusätzlich ermöglicht das Zwischenspeicherelement 154 das Zuschalten des Auslösesignals.
Wenn der Auslöse- und Abschaltvorgang jedoch erst einmal ausgelöst wurde, bricht die von der 5 V Systemspannungsquelle 77b gelieferte Spannung wegen der Unterbrechung des Stroms aus den Stromwandlern 72 und 73 zusammen. Um den ununterbrochenen Betrieb des Zwischenspeichers 154 zu jeder Zeit, auch nach einer Auslösung, zu gewährleisten, ist eine Spannungs-Vergleichs- und -Zuordnungsschaltung im Hilfs- und Rücksetzsystem enthalten. Die 5 V Systemspannungsquelle 77b wird hierbei mit einer separaten Gleichspannungsquelle verglichen, die in Fig. 8 als Batterie mit fester Gleichspannung dargestellt ist, die dem Betrag nach kleiner ist als die Ausgangsspannung der 5 V Systemspannungsquelle. Hierdurch wird sichergestellt, daß wenn der Festkörper-Trennschalter 60 im Ruhebetrieb läuft, die Zuordnung immer so erfolgt, daß die mit der 5 V Systemspannungsquelle 77b zusammenhängende höhere Spannung ausgewählt wird. Durch diese Voreinstellung der Vergleichs- und -Zuordnungsschaltung, welche eine erste Zuordnungs-Diode D212 umfaßt, die in der Versorgungsleitung der 5 V Spannungsquelle 77b angebracht ist, sowie eine zweite Zuordnungs-Diode 213, die in der Versorgungsleitung der Batterie angebracht ist, wird die Ladung der Batterie geschont und während des Ruhebetriebs nicht entleert.
Das Batterieelement und die zweite Zuordnungs-Diode D213 sind längs des Leistungssteckeinsatzbereichs 63c des in Fig. 5 gezeigten Auslöseeinschubs 63 so angebracht, daß wenn die Batterie erschöpft ist, eine Ersatzbatterie eingesetzt werden kann, ohne den Festkörper-Trennschalter 60 von der Spannungsversorgung abklemmen zu müssen, was bei der Wartung eines intern angebrachten Elements notwendig wäre. Bei der vorliegenden Anwendung handelt es sich bei der Batterie um eine 3 V Lithium-Mangandioxid Uhrenbatterie, die in der Lage ist, die Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 für bis zu 14 Tage nach Auftreten einer Auslösung mit Spannung zu versorgen. Es bleibt anzumerken, daß auch andere Arten von Batterien als innerhalb der Erfindung liegend betrachtet werden.
In Verbindung mit dem Batterieelement ist auf dem Leistungssteckeinsatzabschnitt 63c ebenfalls eine Batterieprüf-LED 162 und ein zugehöriger Treiberwiderstand R605 angebracht. Die Batterieprüf-LED und der Treiberwiderstand R605 sind mit der Batterie 161 und mit einem Lampenprüf-Druckknopf 163 in Reihe geschaltet. Wird der Lampenprüf-Druckknopf betätigt, so wird der Stromkreis von der Batterie 161 zur Batterieprüf-LED 162 geschlossen, um den Zustand der Batterie 161 anzuzeigen.
Während des Übergangs vom Ruhebetrieb zu einem Zustand, bei dem eine Auslösung erfolgt ist und bei dem die 5 V Systemspannungsversorgung gerade am Zusammenbrechen ist, ist es notwendig zu verhindern, daß Störsignale des Busses das Zwischenspeicherelement 154 so stark beeinflussen, daß eine falsche Fehlerursachen-LED aktiviert werden könnte oder gar die Aktivierung aller Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 unterbleiben könnte. Während dieses Übergangs könnte ein falscher Impuls an der Zwischenspeicher-Freigabeleitung LE des Zwischenspeichers 154 auftreten.
Um zu verhindern, daß dieser falsche Impuls eine Fehleranzeige fehlerhaft auslöst oder diese völlig verhindert, wird ein FET Transistor Q204 zwischen der Zwischenspeicher-Freigabeleitung LE und einer Ausgangs-Freigabeleitung OE des Zwischenspeicher 154 so angebracht, daß vom Bus stammende Störsignale nicht zu einer fehlerhaften oder ausbleibenden Fehleranzeige führen. Der Gate-Anschluß des FET Q204 ist mit dem OE-Ausgang des Zwischenspeichers 154 verbunden, so daß ein Rücksetzsignal, welches dem Zusammenbruch der 5 V Systemspannungsversorgung vorausgeht, dazu führt, daß der Zwischenspeicher 154 von der 5 V Systemspannungsversorgung getrennt wird, in dem es auf die Ausgabe-Freigabeleitung OE und über den FET Q204 auf den Zwischenspeicher-Freigabeausgang LE einwirkt.
Ein Auslöserücksetz-Druckknopf 152 und eine zugehörige Rücksetzschaltung werden mit dem Hilfs- und Rücksetzsystem bereitgestellt, welches ein Rücksetzen des Zwischenspeicherelements 154 erlaubt, so daß die Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 gelöscht werden können.
Der FET Q203 ist so angeschlossen, daß seine Drain- und Source-Anschlüsse mit dem Systemrücksetz-Druckknopf 152 in Serie geschaltet sind, wobei es sich bei diesem Druckknopf um einen einpoligen Typ handelt. Falls die 5 V Systemspannung anliegt, schaltet sie das Gate des FET Q203 auf "ON", so daß bei Drücken des System-Auslöserücksetz-Druckknopfs 152 die Kathode der Diode D124 auf Erde gelegt wird, und ein "Low"-Signal über den Multiplexer 133 gesandt wird, welches am Port 1, 101b des Mikroprozessors 100 erkannt wird. Wenn der Mikroprozessor 100 feststellt, daß das Rücksetzsignal auf "Low" liegt, wird ein Rücksetzbefehl in der Software aufgerufen, und der Auslösezustand wird aufgehoben, so daß ein Signal über die Diode D215 auf den Zwischenspeicher-Freigabeausgang LE gesandt werden kann, wobei die Fehlerursachenanzeige gelöscht wird.
Auch wenn die 5 V Systemspannungsversorgung noch nicht erneuert wurde, kann es trotzdem wünschenswert sein, die Fehlerursachenanzeige zu löschen. Drücken des Auslöserücksetz-Druckknopfes 152 bewirkt, daß ein anderer Signalweg benutzt wird. Dies erlaubt das Rücksetzen der Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143, sobald das Bedienungspersonal die notwendige Information gesammelt hat; zusätzlich möchte das Bedienungspersonal eventuell den Betrieb der optionalen Alarme unterbrechen, während es die Fehlerursache beseitigt. Da die 5 V Systemspannungsquelle 77b nicht verfügbar ist, befindet sich der FET Q204 im "OFF"-Zustand. Zusätzlich hat der Vergleichs-und Zuordnungsmechanismus des Hilfs- und Rücksetzsystems angesprochen, um die Batteriespannung an einen elektrischen Verbindungspunkt zu legen, wobei durch Drücken des Auslöserücksetz-Druckknopfes 152 ein "High"-Signal von der Batterie ausgehend an den Verbindungspunkt gelegt wird, und von dort in Folge an einen Widerstand R206, an einen Kondensator C209, an eine Diode 216, bis an den Zwischenspeicher-Freigabeanschluß LE des Zwischenspeichers 154. Ein "High"-Impuls am LE-Anschluß versetzt den Zwischenspeicher 154 deshalb in die Lage, die vom Datenbus 101a kommenden Eingangssignale zwischenzuspeichern, die auf dem "Low"-Pegel sind, da der Mikroprozessor 100 nicht mit Spannung versorgt wird. Diese "Low"-Eingangssignale des Zwischenspeichers 154 bewirken dann das Erlöschen der Fehlerursachenanzeige-LED 140 bis 143 und der zugehörigen Alarmeinrichtungen.
Das System zur Festlegung der Nennleistung des Leistungssteckeinsatzes des Festkörper-Trennschalters 60, welches den maximal zulässigen Erdschlußstrom festlegt, der in einer zum elektrischen Leitungssystem gehörenden Erdschleife fließen kann, umfaßt einen in Fig. 9 gezeigten Hardwareanteil und einen durch das in Fig. 19 gezeigte Flußdiagramm dargestellten Softwareanteil.
Es sind Spezifizierungsnormen für die maximal zulässigen Erdfehlerströme in Trennschaltern festgelegt worden, die Unterbrechungsnennleistungen zwischen 400 und 5000 Ampere aufweisen können. Unabhängig von der Unterbrechungsnennleistung des Trennschalters, wurde ein UL/NEC Standardwert für die Spezifizierung auf maximal 1200 Ampere festgelegt. Zusätzlich gibt es, wie in Fig. 5, 5A und 5B gezeigt, verschiedene Arten von Konstruktionsmöglichkeiten für Trennschalter, wie z. B. die Typen mit gegossenem Gehäuse und die Typen mit Metallabschirmungen. Für jeden Typ gibt es eine Anforderung bestimmte Stromgrenzwerte einzuhalten, welche durch das Fehleranzeige- und Frontplattensystem 88 ausgewählt werden können. Diese Grenzwerte und die zugehörigen Zustände werden im folgenden ausführlicher diskutiert werden.
Die Auslöseeinheit 63 kann mit jedem beliebigen Trennschalter aus dieser Menge von Typen mit verschiedenen Nennleistungen ausgewählt werden. Bei der Installation des Leistungssteckeinsatzes 63c in der Auslöseeinheit 63 programmiert der Benutzer den Vollaststrom oder die Nennleistung des Trennschalters in den Mikroprozessor 100. Man stellt fest, daß der Leistungssteckeinsatz 63c Leistungssteckeinsatz-Codierungsinformationen 63d enthält, die sich auf den benutzten Typ von Trennschalter und die dazugehörigen Codier-Multiplikatoren beziehen. Man sollte sich auch vergegenwärtigen, daß jeder beliebige Leistungssteckeinsatz 63c mit jeder beliebigen Kurvenanordnung benutzt werden kann, und daß die hier ausgewählte Art nur zur Veranschaulichung dient.
Wie in Fig. 9 gezeigt, welche eine Vergrößerung der zuvor in Fig. 7 gezeigten Auswahlanordnung für den GFPU-Faktor enthält, erfüllen zwei Widerstände im Leistungssteckeinsatz 63c die Aufgabe, die Unterbrechungsnennleistung festzulegen. Jeder der beiden Widerstände bildet eine Hälfte eines Spannungsteilers, der eine bestimmte Spannung an den Eingängen CH. 3 und CH. 4 des A/D-Wandlers 82 erzeugt. Ein erster Widerstand, der Rahmennennleistungs-Festlegungs-Widerstand R603, bestimmt die maximale Belastbarkeit des Trennschalters selbst, die allgemein hin als Rahmennennleistung bezeichnet wird. Ein zweiter Widerstand, der Steckeinsatznennleistungs-Festlegungs-Widerstand R604, bestimmt die maximale Belastbarkeit der zu schützenden Last, welche typischerweise geringer als die Rahmennennleistung ist. Der Mikroprozessor 100 führt periodisch A/D Umwandlungen auf den Eingängen CH. 3 und CH. 4 durch, und wählt auf diesen Ergebnissen aufbauend von internen Wertetabellen einen Stromwert aus, der als die Vollastnennleistung des Trennschalters 60 betrachtet wird.
Der GFPU-Faktor ist vom Bedienungspersonal manuell als eine von acht möglichen Einstellungen auswählbar, die vom Mikroprozessor 100 über den Datenbus 101a gelesen werden. Die jeweilige zu diesem Zeitpunkt über den Datenbus 101a eingelesene Information wird in einem der Datenspeicherregister 104 gespeichert, um von einem Erdfehler-Unterprogramm in Verbindung mit dem die Vollastnennleistung repräsentierenden Stromwert weiterbenutzt zu werden.
Nachdem die den ausgewählten GFPU-Faktor betreffende Information sowie der Wert der Leistungssteckeinsatznennleistung für den jeweiligen Festkörper- Trennschalter erfaßt worden sind, muß das in Fig. 19 gezeigte Erdfehler-Unterprogramm Entscheidungsoperationen durchführen, bevor der ausgewählte GFPU-Faktor durch die Hauptprogrammschleife bearbeitet werden kann, wobei diese Entscheidungsprozeduren dafür sorgen, daß die Spezifikationsnormen nicht überschritten werden.
Fig. 19, ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs des Erdfehler-Unterprogramms, zeigt, wie das Erdfehler-Unterprogramm zuerst eine Entscheidung trifft, ob ein Testlauf vom Bedienungspersonal ausgelöst wurde. Die Flußpfade, die mit dieser Entscheidung sowie der Entscheidung, ob eine Kurve vom I²T-Typ ausgewählt worden ist, verbunden sind, werden in Folge ausführlicher diskutiert werden.
Die Entscheidung, welcher Wert für die GFPU-Einstellung verwendet wird, verlangt zuerst, daß der ausgewählte GFPU-Wert wie im Funktionsblock F303 gezeigt in ein Register geladen wird, und daß die Leistungssteckeinsatz-Einstellung für die Rahmennennleistung wie im Funktionsblock 304 gezeigt in ein anderes Register geladen wird. Das Erdfehler-Unterprogramm entscheidet dann zuerst, ob die Rahmennennleistung 5000 Ampere entspricht, F305, und falls ja, fährt das Programm damit fort, einen Wert von 1200 Ampere für die GFPU-Einstellung zu laden, unabhängig von der ausgewählten GFPU-Einstellung.
Falls die Antwort nach dem Entscheidungsfunktionsblock F305 "Nein", ist, führt das Erdfehler-Unterprogramm damit fort, spezifische Werte für die Rahmennennleistung abzufragen, bis eine "Ja"-Entscheidung erreicht worden ist. Solche speziellen Abfragen der Rahmennennleistung sind in den Entscheidungsfunktionsblöcken F306a bis F306e dargestellt, wobei der Entscheidungsfunktionsblock F306e abfragt, ob die Rahmennennleistung 1600 Ampere beträgt. Falls die Antwort auf den Entscheidungsfunktionsblock F306e "Nein" ist, kann daraus geschlossen werden, daß die Rahmennennleistung zu 1200 Ampere oder weniger ausgewählt wurde, so daß gleichgültig welcher GFPU-Faktor gewählt wurde, er immer in den Spezifikationsnormen liegt.
Falls jedoch die Antwort auf irgendeiner der Entscheidungsfunktionsblöcke F306a bis F306e positiv ausfällt, muß auf eine zweite Ebene der Entscheidungsfindung gegangen werden. Diese zweite Ebene bezieht sich auf die Entscheidung, ob der ausgewählte GFPU-Faktor zulässig ist. Wenn das Erdfehler-Unterprogramm feststellt, daß eine Rahmennennleistung über 1200 Ampere ausgewählt wurde, muß es verifizieren, daß der ausgewählte GFPU-Faktor bei Multiplikation mit der Rahmennennleistung ein Ergebnis liefert, das die 1200 Ampere Spezifikationsnorm nicht überschreitet. Aus diesem Grunde kann die zweite Ebene der Entscheidungsfindung entweder zu einer Bestätigung des gewählten GFPU-Faktors führen, d. h. es wird zugelassen, daß er von der Hauptprogrammschleife weiter bearbeitet wird, oder die maximale Erdfehlernennleistung von 1200 Ampere kann statt des ausgewählten GFPU-Faktors eingesetzt werden. Die Entscheidungsfunktionsblöcke der zweiten Ebene F307a bis F307e verwenden ein Wertetabelle-Verfahren, das auf der Einstellung des GFPU-Drehknopfs 148 aufbaut.
Wenn das Erdfehler-Unterprogramm entschieden hat, ob der ausgewählte GFPU- Faktor oder der eingetauschte maximale GFPU-Faktor verwendet werden, wird eine weitere Entscheidung getroffen mit Hinblick auf den Vergleich des GFPU- Faktors mit den im Erdungspfad des elektrischen Leitungssystems tatsächlich fließenden Erdfehlerströmen. Diese Entscheidung und weitere zugehörige Entscheidungen werden weiter unten ausführlicher besprochen werden.
Zusätzlich zum zuvor diskutierten Sofort-Schutz wird vom Festkörper-Trennschalter 60 noch verlangt, daß wenn ein höherer Strompegel als der Sofort-Ansprechwert im elektrischen Leitungssystem festgestellt wird, was z. B. durch einen Verdrahtungsfehler bei der Installation geschehen kann, eine Sofort-Auslösung stattfindet. Solch ein Verhalten wird üblicherweise als "Hardware-Übersteuerungsschutz" bezeichnet, und wird in der gegenwärtigen Anwendung durch die in Fig. 10 gezeigte Übersteuerungsschaltung erzielt.
Da die Hardware-Übersteuerungsschaltung von der maximalen Belastbarkeit des gesamten Festkörper-Trennschalters 60 bei gegebener Rahmennennleistung und nicht nur von der des Auslöseeinschubs 63 abhängt, wäre es des weiteren vorteilhaft, das oder die Elemente, die die maximale Belastbarkeit der Kontakte 93b festlegen, getrennt vom Auslöseeinschub 63 anzubringen. Das Element, welches diese maximale Belastbarkeit festlegt, die als Ansprechfaktor der Übersteuerungsschaltung bezeichnet werden kann, wird während der Herstellung des Trennschalters montiert, da zu diesem Zeitpunkt der Ansprechfaktor der Übersteuerungsschaltung festgelegt wird.
Wie in Fig. 10 zu sehen, ist das Element, welches den Ansprechfaktor der Übersteuerungsschaltung festlegt, eine Zener-Diode 170, deren Anodenanschluß über einen ersten Leistungssteckeinsatzanschluß 171 mit einem elektrischen Verbindungspunkt 173 verbunden ist. Der Kathodenanschluß der Übersteuerungs-Zener-Diode 170 ist über einen zweiten Leistungssteckeinsatzanschluß 172 mit einem Widerstandselement des Widerstandsnetzwerkelements RN302 verbunden. Durch das Anbringen der Übersteuerungs-Zener-Diode 170 zwischen den beiden Leistungssteckeinsatzanschlüssen 171 und 172 kann die Zener-Diode so an einem bestimmten Ort im Festkörper-Trennschalter 60 positioniert werden, daß größtmögliche Zugänglichkeit bei der Herstellung und Wartung gegeben ist.
Eine Übersteuerungs-Zuordnungs-Anordnung, welche drei mit umgekehrter Spannung betriebene Zuordnungs-Dioden D317 bis D319 enthält, erzeugt ein Übersteuerungssignal am Anodenanschluß der Zener-Diode 170, wobei dieses Übersteuerungssignal proportional zum höchsten der im elektrischen Leitungssystem fließenden Phasenströme ist. Das Übersteuerungssignal ist eine negative vollweg-gleichgerichtete Spannung, die proportional zum höchsten Phasenstrom ist, und durch den Brückengleichrichter samt dazugehörigem Stromerfassungswiderstand erzeugt wird, bei welchem der höchste Phasenstrom erfaßt wird. Drei Brückengleichrichterschaltungen 74a bis 74 c und drei zugehörige Stromerfassungswiderstände R314 bis R316 erfassen die Phasenströme von drei jeweils zugehörigen Stromwandlern (nicht gezeigt), und erzeugen drei einzelne Übersteuerungssignale, wobei die drei Zuordnungs-Dioden D317 bis D319 entscheiden, welches das höchste davon ist. Der vom Brückengleichrichter abgegebene positive Gleichstrom wird auf die in Fig. 3 gezeigten Strom-Multiplexerschaltung 79 gegeben, die in Fig. 11 ebenfalls ausführlicher dargestellt ist, wie weiter unten diskutiert werden wird.
Die Übersteuerungs-Zener-Diode 170 ist so ausgewählt, daß ihr Durchbruch bei dem gewünschten Strompegel stattfindet.
Wenn die Übersteuerungs-Zener-Diode 170 im Ruhebetrieb ist, d. h. wenn kein Durchbruch stattgefunden hat, liegt am Übersteuerungs-FET Q304 eine Vorspannung derart an, daß Strom durch einen ersten Strompfad 174 fließt. Die Elemente C304, RN302 und D310 begrenzen die Höhe der negativen Spannung, die an das Gate des Übersteuerungs-FET Q304 angelegt werden kann auf Werte innerhalb der Spezifikation. Der erste Strompfad 174 bewirkt einen Stromfluß von der +5 V Spannungsquelle durch ein Widerstandselement des Widerstandsnetzwerks RN302, durch die Drain-Source Verbindung des Übersteuerungs-FET Q304 und zur Erde. Wenn der Übersteuerungs-FET Q304 sich in einem "ON"-Zustand befindet und Strom durch seine Drain-Source Verbindung fließt, fließt ein Strom durch den ersten Strompfad 174, so daß der +5 V Pegel über das Widerstandselement des Widerstandsnetzwerks RN302 erheblich abfällt und kein Überlast-Auslösesignal an den FET 92 weitergeschickt wird.
Wenn ein Übersteuerungszustand eingetreten ist, so daß die Übersteuerungs-Zener-Diode leitet, wird die Gate-Source Verbindung des Übersteuerungs-FET 304 an negative Spannung gelegt und der Übersteuerungs-FET 304 wird dadurch in einen "OFF"-Zustand geschaltet. In diesem Falle fließt Strom durch einen zweiten Pfad, welcher den Stromfluß von einer +5 V Spannungsquelle zum FET 92 durch RN302 und D308 ermöglicht und den FET 92 anschaltet und damit die Auslöse- Spule 93a erregt und einen Auslöse- und Abschaltvorgang hervorruft. Der Widerstand 304 und der Kondensator 303 dienen zur Bereitstellung einer Vorspannung.
Im zweiten Strompfad ist an einem Punkt zwischen der Diode D308 und dem Gate-Anschluß des Auslöse-FET 92 eine Software-Auslöse-Verbindungs-Leitung angeschlossen, auf der eine Diode 307 angebracht ist, die auf dieselbe Art und Weise wie Diode D308 an einer Vorspannung liegt, so daß ein Strom zum Gate-Anschluß des Auslöse-FET 92 fließen kann. Die Software-Auslöse-Leitung überträgt das Auslösesignal vom Mikrocomputer 100 zum Auslöse-FET 92, sobald eine der Auslöseschutzvorrichtungen betätigt worden ist.
Ist ein Hardware-Übersteuerungszustand eingetreten, so muß diese Tatsache
dem Mikrocomputer 100 mitgeteilt werden, und dies geschieht unter Verwendung der Abtastleitung 175. Da der erste Strompfad 174 wegen des Vorliegen eines "OFF"-Zustandes beim Übersteuerungs-FET Q304 geöffnet ist, wird ein von der +5 V Spannungsquelle kommender Strom in den zweiten Strompfad umgeleitet. Der Mikroprozessor erkennt das Auftreten des Übersteuerungs-Auslösezustands zu Anzeigezwecken.
Da der Festkörper-Trennschalter 60 nicht nur elektronische Schaltungselemente enthält, die eine +5 V Gleichspannung für den Ruhebetrieb brauchen, sondern auch Komponenten, die bei höheren Spannungspegeln arbeiten, wie z. B. die Auslösespule 93, die eine +30 V Gleichspannungsquelle erfordert, und die Kalibrierungselemente 81 und 83, die eine +16 V Gleichspannungsquelle erfordern, enthält der Auslöseeinschub auch Schaltkreise zur Spannungsversorgung, welche im wesentlichen alle benötigten Betriebsspannungen des Festkörper-Trennschalters 60 liefern können, vorausgesetzt, daß eine Eingangsspannungsquelle vorhanden ist.
Diese Eingangsspannungsquelle wird typischerweise aus den Leitungs-Phasenströmen gespeist, welche an das Segment der Auslöseeinheit 63 mit Hilfe der Stromwandler 72 und 73 gekoppelt sind. Eine der Anzahl der Phasen im elektrischen Leitungssystem entsprechende Anzahl von Vollweg-Brückengleichrichtern zuzüglich eines zusätzlichen Vollweg-Brückengleichrichters für den Erdstrom werden in der Spannungsversorgungsschaltung als Erst-Eingangsspannungsquelle bereitgehalten. Wie in Fig. 11 gezeigt, werden für ein 3-Phasensystem insgesamt vier Vollweg-Brückengleichrichter benötigt, die mit BR1, BR2, BR3 und BR4 bezeichnet werden.
Wenn die Vollweggleichrichtung der Phasen- und Erdströme erfolgt ist, werden sie an der Anode der Summier-Diode D313 aufsummiert. Die aufsummierten Ströme werden dann dazu verwendet, einen Kondensator C306 bis zu 30 V Gleichspannung aufzuladen, wobei dieser Aufladevorgang durch einen Nebenschluß-FET reguliert wird, der von einem Nebenschluß-Steuerbereich 79b des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 gesteuert wird. Das Gate des Nebenschluß-FET 78 wird auf "ON" geschaltet, wenn festgestellt worden ist, daß der Kondensator C306 auf den erforderlichen Gleichspannungspegel von + 30 V aufgeladen worden ist. Wenn das Gate des Nebenschluß-FET 78 auf "ON" steht, werden die aufsummierten Ströme des Vollweg-Brückengleichrichters auf Erde gelegt, und der Kondensator C306 kann dann nicht auf einen Pegel oberhalb des 30 V Gleichspannungspegels geladen werden.
Der Spannungsquellen-Verbindungspunkt verbindet nicht nur die Erst-Eingangsspannungsquelle der Summier-Diode D313 mit dem Kondensator C306, sondern bringt noch zusätzlich Zweit-Eingangsspannungsquellen ein, wie z. B. eine externe Gleichspannungsquelle und eine Hilfsspannungsquelle über die Diode D307. Am Spannungsquellen-Verbindungspunkt findet ein Vergleich und eine Zuordnung der Erst- und Zweit-Eingangsspannungsquellen statt, so daß die höchste der Eingangsspannungsquellen den Kondensator C306 aufladen kann.
Der Nebenschluß-Steuerbereich 79b des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 benutzt Eingangssignale von einer Nebenschluß-Steuerschaltung, um die notwendigen Spannungspegel zu überwachen. Diese Nebenschluß-Steuerschaltung umfaßt als Komponenten die Dioden D309, D310 und D311, die Widerstände R303 und R304 und sowohl mit dem Widerstandsnetzwerk RN303 als auch mit dem Kondensator C307 zusammenhängende Widerstandselemente, die auf so eine Art und Weise angeordnet sind, daß spezielle Spannungspegel auf den anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 gegeben werden, damit der anwenderspezifische Mehrzweck-IC den Betrieb des Nebenschluß-Steuerungs-FET 78 steuern kann. Zusätzlich ist am Verbindungspunkt der Widerstände R303 und R304 eine Spannung von +16 V Gleichspannung verfügbar. Diese Anwendung benutzt deshalb den anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 dazu, die Aufgaben der Überwachung der Betriebsspannungen und der Steuerung des Ladevorgangs des Kondensators zu erfüllen, Aufgaben, die auch durch eine gewöhnliche Vergleichsschaltung erfüllt werden können, wobei davon ausgegangen wird, daß auch eine solche Vergleichsschaltung durch die vorliegende Anwendung abgedeckt wird.
Bei Erfassung der passenden Betriebsspannungen an den Kondensatoren C306 und an den Eingängen der Nebenschluß-Steuerschaltung, ist der anwenderspezifische Mehrzweck-IC 79 zusätzlich in der Lage, den Betrieb einer von einem Zerhacker gesteuerten +5 V Spannungsquelle zu überwachen. Die in Fig. 11 gezeigte von einem Zerhacker gesteuerte Spannungsquelle ist aus zwei Verstärkern A1 und A2 und den mit ihnen verbundenen Elementen zum Anlegen einer Vorspannung aufgebaut, nämlich das den Zerhacker steuernde Transistorpaar Q308 mit den zugehörigen Elementen zum Anlegen einer Vorspannung, und zugehörige Steuer- und Filterkomponenten, nämlich die Induktivität L301, die Dioden D317 und D318, der Widerstand R317 und der Kondensator C313 und der FET Q306.
Dabei kann der anwenderspezifische Mehrzweck-IC 79 die Bereitstellung von Spannung durch die vom Zerhacker gesteuerte Spannungsquelle 77b nur dann ermöglichen, wenn die Betriebsspannung des Kondensators C306 die erforderlichen +30 V Gleichspannungspegel aufweist. In dieser Anwendung wird die Steuerung der vom Zerhacker gesteuerten Spannungsquelle 77b jedoch durch Verwendung desselben Signals erreicht, das den Nebenschluß-Steuerungs-FET 78 steuert. Mit anderen Worten: Der Signalpegel, der durch die Nebenschluß-Steuerschaltung erreicht wird, die sich unter Kontrolle des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC befindet, der das Gate des Nebenschluß-Steuerungs-FET 78 auf "ON" schaltet, um einen +30 V Ladungsspannungspegel am Kondensator C306 zu halten, ermöglicht auch den Betrieb der vom Zerhacker gesteuerten Spannungsquelle 77b.
Man erreicht damit, daß die Art der zur Lieferung der gleichgerichteten +5 V Betriebsspannung der elektronischen Komponenten des Festkörper-Trennschalters 60 verwendeten Spannungsquelle kein kritischer Faktor ist, und daß die +5 V Ausgangsspannung nur verfügbar ist, wenn die passenden Betriebsspannungen des Systems vorliegen. Zusätzlich stellt der anwenderspezifische Mehrzweck-IC 79 selbst keinen kritischen Faktor für den Betrieb des Festkörper- Trennschalters 60 dar. Wie zuvor erwähnt, kann der anwenderspezifische Mehrzweck-IC durch einen separaten elektronischen Schaltkreis mit einer Anzahl diskreter Bausteine ersetzt werden, wobei dieser Schaltkreis die folgenden typischen Aufgaben durchführen würde: Überwachung der Ausgangsspannungen, Bereitstellung eines einzelnen Signals zur Steuerung des Ladevorgangs des Kondensators und Einschalten der +5 V Gleichspannungsquelle.
Die Phasen- und Erströme, deren Nutzen zum Aufladen des Kondensators C306 und zur Energieversorgung der Systemspannungsquelle 77 in Fig. 11 diskutiert wurde, sind ebenfalls durch einen Strom-Multiplexing-Bereich 79a des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 gekoppelt, um aufbereitete Signale zu liefern, welche der Mikroprozessor 100 selektiert und sammelt, um sie in den verschiedenen Schutz-Unterprogrammen der Hauptbefehlsschleife anzuwenden.
Wie in Fig. 12 zu sehen, werden die Phasen- und Erdströme von den Stromwandlern 72 und 73 ausgekoppelt, und in die vier Vollweg-Brückengleichrichter BR1 bis BR4 eingekoppelt. Jeder Strom vollendet seinen Rückweg zu seiner zweiten Wicklung (nicht gezeigt) über Stromerfassungs-Widerstände R314 bis R317, und produziert dabei ein negatives vollweg-gleichgerichtetes Spannungsanalog seiner selbst. Jedes dieser korrespondierenden Spannungssignale wird dann über die Widerstände R310 bis R313 in einen Strom zurückgewandelt und wird auf die Eingänge des Strom-Multiplexing-Bereichs 79a des anwenderspezifischen Mehrzweck-IC 79 gelegt. Der Strom-Multiplexing-Bereich 79a wird mittels eines über das Port 3, 101c des Mikroprozessors übertragenen Auswahlcodes gesteuert, so daß der Strom-Multiplexing-Bereich 79a, wenn er über den Mikroprozessor gesteuert wird, einen einzelnen Wert am Anschluß IOUT ausgibt, welcher proportional zum Strom an einem seiner Eingänge ist. Der Mikroprozessor 100 legt auch fest, daß ein größerer Bereich des Eingangsstroms durch den Analog-Digital- Wandler 82 digitalisiert werden kann, wobei der letztendliche Stromwert intern auf seinen wahren Wert zurückskaliert wird.
Der vom Strom-Multiplexing-Bereich 79a ausgegebene Strom wird auf eine Stromkalibrierungsschaltung 81 gegeben, welcher ein Stromkalibrierungs-Potentiometer F301 und eine Stromkalibrierungs-Verstärkungsschaltung enthält, die mit der Bezugsnummer 190 bezeichnet wird. Die Ausgabe der Stromkalibrierungs-Verstärkungsschaltung 190 wird mit Kanal 1 bezeichnet und wird auf den Analog-Digital-Wandler 82 gegeben.
Als Kanal 2 bezeichnet und ebenfalls auf den Analog-Digital-Wandler 82 gegeben wird ein Spannungssignal, welches von der Spannungskalibrierungsschaltung 83 ausgegeben wird. Die Spannungskalibrierungsschaltung umfaßt ein Spannungskalibrierungspotentiometer P302 und einen Spannungskalibrierungsverstärker, der mit der Bezugsnummer 191 bezeichnet wird. Das Signal, auf das die Spannungskalibrierungsschaltung 83 reagiert, wird dorthin als eine durch den Multiplexer gelaufene Spannung zwischen Phase und Nulleiter eingegeben, und zwar in einer solchen Höhe, wie es notwendig ist, um die tatsächlich mit dem elektrischen Leitungssystem verbundene Leistung und Energie zu berechnen. Ein Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexing-Element 192 empfängt die Spannungen zwischen Phase und Nulleiter für jede der Phasen des elektrischen Leitungssystems. Die Widerstände R401 bis R406 bilden drei Spannungsteilerschaltungen, die zusammen mit den Dioden D401 bis D406 bewirken, daß die Eingabesignale der Phasen-Nulleiter-Spannungen begrenzt werden, und bilden eine Signalaufbereitungsschaltung, durch welche die Phasen-Nulleiter-Spannungen hindurch müssen, bevor sie auf die drei Eingabeleitungen des Vorzeichen- und Spannungs- Multiplexers 192 gegeben werden.
Der Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexer 192 gibt nach Empfang eines passenden Auswahlcodes vom Mikroprozessor 100 ein Multiplex-Spannungssignal auf die Spannungskalibrierungsschaltung 83 aus. Der vom Port 3, 101c des Mikroprozessors 100 ausgesandte Code tastet gleichzeitig die Phasen-Nulleiter- Spannungen einer bestimmten Phase sowie das Vorzeichen des Stroms in dieser Phase ab.
Die Eingaben auf den Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexer werden vom Ausgang der Stromwandler 72 an einem Punkt vor den jeweils einer der drei Phasen entsprechenden Vollweg-Brückengleichrichtern abgenommen. Diese Signale werden durch eine Begrenzungs- und Entkopplungsanordnung eines Widerstands und einer Diode voneinander entkoppelt und begrenzt, die, wie in Fig. 12 gezeigt, Widerstandselemente des Widerstandsnetzwerks RN402 und die Dioden D408 bis 413 umfaßt.
Die Vorzeichensignalausgabe des Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexers 192 wird auf eine Digitalisierungsschaltung geleitet, die ein digitales "High"- oder "Low"-Signal liefert, das das Vorzeichen des Stroms anzeigt, wobei dieses digitalisierte Vorzeichen auf das Port 3, 101c des Mikroprozessors 100 gegeben wird. Diese Digitalisierungsschaltung umfaßt einen NPN-Transistor Q401 und dazugehörige Bausteine zum Anlegen einer Vorspannung, nämlich die Widerstände R407 und R409 und die Diode D407.
Da die tatsächliche Leistung und Energie nur dann benötigt werden, wenn das in Fig. 6 gezeigte Anzeigetafelsystem als eine Zusatzausstattung ausgewählt worden ist, sind der Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexer 192 und die dazugehörige Schaltung eine Zusatzausstattung, und in der Tat sind sie auch von der Anzeigetafel unabhängig. Der Festkörper-Trennschalter 60 kann so konfiguriert werden, daß er das optionale Anzeigetafelsystem mit dem in Fig. 12 gezeigten Energie- und Spannungsversorgungsschaltung umfaßt, oder er kann ohne diese Schaltung konfiguriert werden. Der Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexer 192 und die dazugehörigen Schaltkreise sind in der Tat mit der Kommunikationsschaltung und dem in Fig. 2 gezeigten Eingabeeinschub 62 verbunden.
Ein Auswalil-Multiplexer 193 wird auch als Teil der in Fig. 12 gezeigten Kalibrierungs- und Auswählschaltungen gezeigt, und dient dazu, dem Hersteller des Festkörper-Trennschalters die Möglichkeit zu geben, Optionen zu deaktivieren, die der Benutzer des Festkörper-Trennschalters nicht käuflich erworben hat. Der Auswahl-Multiplexer 193 wird mit sieben Auswahlmöglichkeiten gezeigt, welche mit Hilfe von umsteckbaren Überbrückungsverbindungen aktivierbar oder deaktivierbar sind. Die deaktivierbaren Optionen sind: Kurzzeit-Verzögerung, Erdfehlerschutz, Sofort-Schutz, Diskriminator-Schutz, Deaktivierung des Langzeit- Verzögerungsspeichers zusätzlich zur Aktivierung einer Überbrückungsverbindung, die bestimmt, welche Wertetabelle bei der Langzeit-Verzögerung zugrunde gelegt werden soll.
Wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, müssen nicht alle Schutzmöglichkeiten für jede Anwendung des Festkörper-Trennschalters ausgewählt sein. Wenn eine bestimmte Anwendung des Festkörper-Trennschalters nur Langzeit-Verzögerungs-Schutz und Sofort-Auslöse-Schutz benötigt, wie dies in dem in Fig. 5A gezeigten Beispiel zutrifft, so wird ein Frontplattenabschnitt benützt, der nur den Langzeit-Verzögerungsabschnitt und den Sofort-Auslöseabschnitt 47 der Auslösekurve zeigt. In diesem Falle würde der Kurzzeit-Verzögerung-Auslöse-Schutz durch Einstecken einer entsprechenden Überbrückungsverbindung deaktiviert.
Fig. 5B zeigt die Situation, in der nur der Langzeit-Verzögerungs- und der Kurzzeit-Verzögerungs-Schutz gebraucht werden, was zur Deaktivierung des Sofort- Auslöse-Schutzes durch Einstecken der entsprechenden Überbrückungsverbindung führt. Die Aktivierung des Langzeit-Verzögerungs-Speichers erlaubt die schrittweise Verminderung einer Langzeit-Verzögerungs-Zwischensumme, wenn ein Zustand unterhalb des Langzeit-Ansprechfaktors erfaßt wird, wobei dieses Langzeit-Verzögerungs-Speicherverhalten weiter unten ausführlicher besprochen wird.
Im Gegensatz zu der über den Vorzeichen- und Spannungs-Multiplexer 192 übertragenen Spannungskalibrierungs- und Vorzeicheninformation, ist die Aktivierungsinformationsschaltung keine Zusatzausstattung, sondern ist tatsächlich eine mit der benötigten Spannungsversorgungsschalttafel verbundener Schaltkreis.
Bei der Konfigurierung eines elektrischen Verteilungssystems, das eine Reihe von Festkörper-Trennschaltern 60 umfaßt, ist es vorteilhaft, soviel Information wie nur möglich zwischen dem Festkörper-Trennschalter 60 und einer zentralen Kontrollstelle (nicht dargestellt) zu übertragen, und zudem diese Information an benachbarte Festkörper-Trennschalter 60 zu übertragen, deren Betriebszustände sich gegenseitig beeinflussen könnten, wie zuvor bei der Besprechung der Zonenverbindungsanordnung ausgeführt.
Um den Festkörper-Trennschalter 60 mit der zentralen Kontrollstelle kommunizieren zu lassen, welche vom Festkörper-Trennschalter weit entfernt ist und welche Lastüberwachungs- und Lastabschaltaufgaben vollführt, stellt das in Fig. 13 gezeigte Kommunikationssystem eine Zweidraht-Kommunikationsvorrichtung 200 bereit. Eine Impedanzanpassungsschaltung 201 koppelt das in den gestrichelten Bereichen von Fig. 13 mit der Bezugsnummer 86 bezeichnete Kommunikationssystem mit minimalem Signalverlust oder -verzerrung an die Leitungsdrähte 200. Eine Leitungstreiberschaltung 202 bereitet das eintreffende Kommunikationssignal so auf, daß das Kommunikationssignal vom anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203 weiterverarbeitet werden kann. Auf ähnliche Art und Weise bereitet eine Verstärkungsschaltung 205 das vom anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203 ausgegebene Kommunikationssignal auf, so daß dieses Kommunikationssignal über die Leitungsdrähte 200 zur zentralen Kontrollstelle (nicht gezeigt) übertragen werden kann.
Der anwenderspezifische Kommunikations-IC 203 ist eine in sich geschlossene Kommunikationsschaltung, deren Funktion auch mit diskreten Bausteinen realisiert werden kann. Solch eine Ausführung kann auch an Stelle des anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203 verwendet werden, ohne vom Umfang dieser Anwendung abzuweichen. Eine externe Oszillatoranordnung ist dargestellt, welche die Frequenzen festlegt, auf welche der Festkörper-Trennschalter 60 antwortet.
Der anwenderspezifische Kommunikations-IC 203 kann durch einen 12-bit Adressenauswahlcode programmiert werden, der durch die drei gezeigten BCD-Schalter SW1 bis SW3 festgelegt wird, so daß jedem mit dem elektrischen Verteilungssystem verbundenen Festkörper-Trennschalter ein individueller Adressierungscode zugewiesen werden und mit ihm entsprechend kommuniziert werden kann. Die BCD Schalter SW1 bis SW3 programmieren hiermit den anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203, so daß seine Information an den Mikroprozessor 100 nur dann übertragen wird, wenn sein zugehöriger Adreßcode im einkommenden Kommunikationssignal erkannt wird.
Der anwenderspezifische Kommunikations-IC 203 dient dazu, das eintreffende Kommunikationssignal zu demodulieren, und daraus eine digitalisierte Nachricht abzuleiten, die vom Mikroprozessor 100 auf Befehl eines Lese/Schreib-Signals über einen seriellen Dateneingang an das Port 2, 101 c geleitet werden. Zwischen dem Port 2, 101c des Mikroprozessors und dem anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203 werden auch ein Unterbrechungssignal und ein Sicherheitsüberprüfungssignal ausgetauscht. Das Sicherheitsüberprüfungssignal erlaubt es dem Mikroprozessor 100, die Vollständigkeit der einkommenden digitalen Nachricht zu überprüfen, und diese Nachricht zurückzuweisen, wenn ein Fehler in der Nachrichtenübertragung aufgetreten ist, wie dies z. B. beim plötzlichen Auftreten von Rauschen auf der Übertragungsleitung geschehen kann. Verschiedene Arten von Sicherheitsprüfungen werden zu diesem Zwecke benützt, und es wird davon ausgegangen, daß sie innerhalb der vorliegenden Anwendung liegen. Ein Beispiel hierfür wäre die BCH Fehlererkennung.
Der Mikroprozessor 100 hat die Fähigkeit, den Unterbrechungsschalter nach Empfang eines Fernbefehls über den anwenderspezifischen Kommunikations-IC 203 wieder zu schließen. Ein Signal-Invertierungs-FET Q505 und dazugehörige Vorwiderstände R507 und R513 eröffnen die Möglichkeit, das Signal zum Schließen eines in Fig. 14 gezeigten Wiederschlußrelais CR805 zu liefern.
Ein Schließsignal, welches den Zustand der Hauptkontakte (nicht gezeigt) des Trennschalters bestätigt, wird über einen Multiplexer an den Eingang des Ports 1, 101b des Mikroprozessors geführt.
Ebenfalls an den Mikroprozessor werden die Zonenverbindungssignale SIN und GIN übertragen, welche den mit diesem speziellen Festkörper-Trennschalter 60 verbundenen Mikroprozessor 100 darüber informieren, daß ein Fehlerzustand von einem anderen Festkörper-Trennschalter erfaßt wurde. Wie zuvor ausgeführt zeigt das SIN-Signal an, daß ein Kurzschlußzustand aufgetreten ist, und das GIN-Signal zeigt an, daß ein Erdfehlerzustand aufgetreten ist und von einem Trennschalter, der sich weiter unten in den Leitungssträngen befindet, erfaßt worden ist.
In ähnlicher Weise werden Zonenverbindungssignale SOUT und GOUT durch diesen speziellen Festkörper-Trennschalter 60 erzeugt, und an andere Festkörper-Trennschalter übertragen, um anzuzeigen, daß dieser spezielle Trennschalter eine Unterbrechung auslösen wird, um den Fehlerzustand zu beseitigen. Das SOUT- und GOUT-Signal werden über den Zwischenspeicher 154 nach Erhalt dieser Information über den Datenbus 101a und die Freigabe des Zwischenspeicherelements 154 übertragen.
Das Hilfsspannungsquellen- und Alarmschaltungsmodul 61 stellt eine Spannungsquelle mit ungeregelter 30 V Gleichspannung von einer 120/240 V, 50/60Hz Eingangs-Wechselspannungsquelle als mögliche Zusatzausstattung bereit.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist diese externe Wechselspannungseinspeisung an die Primärwindungen eines Abwärtstransformators T1 gekoppelt. Die Sekundärwindungen des Transformators T1 sind mit einem Vollweg-Brückengleichrichter BR701 verbunden, dessen Ausgangssignal durch einen Kondensator C701 gefiltert wird, so daß die ungeregelte 30 V Gleichspannung an den mit der Hilfsspannungsquelle 61 verbundenen +30 V Anschlüssen und Erdanschlüssen bereit gestellt werden kann.
Ebenfalls in dem in Fig. 14 gezeigten Hilfsspannungsquellen- und Alarmschaltkreismodul 61 enthalten sind eine Reihe von Relaiselementen, die mit CR801 bis CR805 bezeichnet werden. Der vom Hilfsspannungsquellenbereich erzeugte +30 V Gleichspannungspegel wird an je eine Seite jedes Relaiselements gelegt. Zur Erregung eines der Relaiselemente CR801 bis 805, von denen jedes einzelne mit speziellen Betriebs- oder Fehlerzuständen zusammenhängt, wie z. B. einem Hochlastzustand, einem Kurzschlußzustand, einem Erdfehlerzustand, und einem Unterbrechungszustand mit langer Verzögerung, muß ein Signal von dem in Fig. 8 gezeigten Zwischenspeicher 154 erhalten werden. Nach Erhalt eines "High"- Signals vom Zwischenspeicher 154, welches das Auftreten eines solchen Fehlers oder Betriebzustandes anzeigt, wird das Gate eines mit dem jeweiligen Relaiselement CR801 bis CR805 verbundenen FET auf "ON" geschaltet, wodurch die Spule dieses Relaiselements erregt werden kann. Eine Stromrückfuhrdiode D801 bis D805 ist mit jedem einzelnen der Spulenelemente verbunden.
Die Anschlußkontakte der Relaiselemente CR801 bis CR805 sind in Fig. 14 entsprechend den von ihnen angezeigten Alarm- oder Betriebszuständen gezeigt, und können z. B. dazu verwendet werden, eine Fernanzeige zu betreiben, die das Bedienungspersonal darüber informiert) daß ein Fehlerzustand oder ein bestimmter Betriebszustand aufgetreten ist.
Man stellt fest, daß das Wiederschlußrelais CR805 und der dazugehörige, unter Bezug auf die Kommunikationsschaltung in Fig. 13 zuvor bereits kurz beschriebene Schließkontakt hier an der Hilfsspannungsquelle und Alarmschaltung 61 angebracht sind.
Der Betrieb des in Fig. 2 gezeigten Festkörper-Trennschalters wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Hauptbefehlsschleife dargestellt werden, gefolgt von einer speziellen Bezugnahme auf die in Fig. 16 ausführlich dargestellten Funktionsblöcke.
Die in Fig. 16 dargestellte Hauptbefehlsschleife zeigt nicht nur die Operationen, die innerhalb des mikroprozessorgestützten Festkörper-Trennschalters durchgeführt werden, sondern auch die Reihenfolge, in der diese Operationen durchgeführt werden. Vom Zeitpunkt des erstmaligen Anlegens der Spannungsversorgung an den Festkörper-Trennschalter 60, bis zur Beendigung des 65536. Abtastschritts, folgen alle Befehle in der Hauptbefehlsschleife der vorabfestgelegten Reihenfolge, die die Möglichkeiten des Sofort-Schutzes, Diskriminator-Schutzes, Kurzzeit-Verzögerungs-Schutzes, Langzeit-Verzögerungs-Schutzes, und Erdfehlerschutzes alle in einer angemessenen Zeit ermöglichen, um Schaden von der Last abzuhalten.
Nachdem das Anlegen der Spannungsversorgung erkannt worden ist, führt die Hauptbefehls-Schleife, wie in Fig. 16 gezeigt, alle notwendigen Hardwarerücksetzungs- und Systeminitialisierungsoperationen durch, die das Initialisieren der Ports und Register umfassen, sich aber nicht auf diese beschränken. Diese Rücksetz- und Initialisierungsoperationen sind in Fig. 16 als Bezugszeichen T101 dargestellt.
Die Hauptbefehlsschleife wartet dann auf eine Zeitgeber-Unterbrechungsoperation, die als Funktion T102 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Überprüfung durchgeführt, ob der Festkörper-Trennschalter mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz arbeiten soll, was während der Herstellung eingestellt worden ist, und dazu dient, daß eine Basisabtastperiode festgelegt werden kann. Diese Basisabtastperiode ist die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Abtastmeßreihen für Strom und Spannung für jede einzelne Phase.
Wie zuvor diskutiert ist es notwendig, in der Lage zu sein, einen Auslöse- und Abschaltvorgang in einer sehr kurzen Zeitspanne auszulösen, die typischerweise in der Größenordnung von 50 ms nach Eintritt eines Überstromzustands liegt, um Schaden von dem elektrischen Leitungssystem fernzuhalten. Dem steht die Forderung nach einer ausreichenden Zeitspanne für die ausreichende Durchführung von Abtast- und Rechenoperationen an den aufbereiteten Signalen entgegen, um sicherzustellen, daß eine zutreffende Entscheidung gefällt wurde, ob oder ob nicht ein Auslösevorgang durchgeführt werden soll. Man muß sich auch vor Augen führen, daß bei der Abstimmung zwischen der Abtastfrequenz und der Frequenz der abgetasteten Wellenform eine Schwebungsfrequenz von 1 Hz berücksichtigt werden muß, welche im Falle eines 60 Hz Signals weitere 16,67 Millisekunden beansprucht, d. h. die Abtast- und Rechenoperationen müssen innerhalb ca. 33,33 Millisekunden nach dem Auftreten des Überstromzustands stattfinden. Der vorliegende Festkörper-Trennschalter 60 kann auch so konfiguriert werden, daß er mit einer Frequenz von 50 Hz arbeitet, was einfach nur die erneute Berechnung der der 1 Hz Schwebungsfrequenz entsprechenden Periodendauer erfordert, wobei eine solche Konfiguration ebenfalls als im Bereich der vorliegenden Anwendung liegend betrachtet wird.
Bei Auswahl der passenden Anzahl von Stromabtast- und Rechenoperationen, wurde davon ausgegangen, daß acht Abtastvorgänge eine genaue Bestimmung ermöglichen, ob ein Überstromzustand vorliegt. Die für den in Fig. 15 gezeigten externen Zeitgeber 110 auszuwählende Frequenz kann aus der Anzahl der zur Erreichung von acht Abtastvorgängen durchzuführenden Operationen in der Hauptprogrammschleife berechnet werden.
Obwohl die obige Auswahl von acht Abtastvorgängen bevorzugt wird, sieht man leicht ein, daß andere Abtastraten und Festlegungen der externen Frequenz gewählt werden können, ohne den von der vorliegenden Anwendung abgedeckten Bereich zu verlassen.
Mit der Zeitgeberunterbrechungsfunktion T102 beginnend, geht die Hauptbefehlsschleife weiter zur ersten mit F100 bezeichneten Hauptprogrammfunktion weiter, welche die Ausführung von Unterprogrammen zum Abtasten der Phasenströme und Spannungen, das Quadrieren und Aufsummieren der Werte der abgetasteten Ströme, sowie die Bildung einer Zwischensumme für die verbrauchte Leistung umfaßt.
Nach Beendigung der obigen mit der ersten Hauptprogrammfunktion F100 verbundenen Unterprogramme, führt die Hauptbefehlsschleife eine erste mit SD100 bezeichnete Abtastentscheidung durch. Diese erste Abtastentscheidung SD100 prüft, ob acht volle Abtastvorgänge durchgeführt worden sind. Falls es nicht der achte Abtastvorgang ist, führt die Hauptbefehlsschleife eine Reihe von Buchführungsaufgaben durch, die die Überprüfung der INCOM Kommunikationsverbindung IC 203 H101, die Überprüfung der Leistungssteckeinsatz- und Rahmennennleistungen H102, die Selbstüberprüfung des Nur-Lese-Speichers (ROM) 103 und die Überprüfung der verschiedenen Druckknöpfe H104 des Festkörper- Trennschalters 60 umfassen.
Falls festgestellt wurde, daß dies ein achter Abtastdurchgang ist, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die als F200 bezeichnete zweite Hauptprogrammfunktion durchzuführen, welche die Durchführung eines Sofort-Schutz-Unterprogramms, eines Unterprogramms für den Kurzzeit-Verzögerungs-Schutz, und das Diskriminator-Unterprogramm umfaßt.
Nach Beendigung der zweiten Hauptprogrammfunktion F200, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit F300 bezeichnete dritte Hauptprogrammfunktion auszuführen, welche die Durchführung des Erdfehlerschutz-Unterprogramms umfaßt.
Nach Beendigung der dritten Hauptprogrammfunktion F300, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit F400 bezeichneten zusätzlichen Buchführungsaufgaben auszuführen, welche die Durchführung des Auslöse-Unterprogramms umfassen, gefolgt von einem Unterprogramm zur Rücksetzung der für die vergangenen acht Abtastvorgänge für die Phasen- und Erdströme aufaddierten Zwischensummen auf Null.
Nach Beendigung der vierten Hauptprogrammfunktion F400, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit SD200 bezeichnete zweite Abtastentscheidungsfunktion auszuführen, welche überprüft, ob 64 Abtastvorgänge durchgeführt worden sind. Falls der augenblicklich durchgeführte Abtastvorgang nicht ein 64. Vorgang ist, fährt die Hauptbefehlsschleife damit fort, zur Zeitgeber-Unterbrechungsfunktion T102 zurückzukehren, um auf die nächsten durchzuführenden Abtastvorgänge zu warten.
Falls die Antwort auf die zweite Abtastentscheidung SD200 positiv ist, fährt die Hauptprogrammschleife damit fort, die mit F500 bezeichnete fünfte Hauptprogrammfunktion durchzuführen, die die Ausführung eines Langzeit-Verzögerungs- Unterprogramms umfaßt.
Nach Beendigung der fünften Hauptprogrammfunktion F500, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit F600 bezeichnete sechste Hauptprogrammfunktion durchzuführen, die die Ausführung eines Anzeige-Unterprogramms umfaßt, gefolgt von einer Rücksetzung auf Null der Summen der Phasen- und Erdströme für die einzelnen Abtastvorgänge.
Nach Beendigung der sechsten Hauptprogrammfunktion F600, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit SD300 bezeichnete dritte Abtastentscheidungsfunktion auszuführen, welche überprüft, ob 256 Abtastvorgänge durchgeführt worden sind. Eine negative Antwort auf die dritte Abtastentscheidung SD300 führt zu einer Rückkehr zur Zeitgeber-Unterbrechungsfunktion T102. Falls die Antwort auf die dritte Abstastentscheidung SD300 positiv ausfällt, fährt die Hauptbefehlsschleife damit fort, die mit F700 bezeichnete siebte Hauptprogrammfunktion auszuführen, welche das Unterprogramm zur Berechnung der Durchschnittsleitung und zur Skalierung der beim Anzeige-Unterprogramm gebrauchten Leistung und Energie durchführt.
Nach Beendigung der siebten Hauptprogrammfunktion F700, fährt die Hauptbefehlsschleife fort, die mit SD400 bezeichnete vierte Abtastentscheidungsfunktion auszuführen, welche überprüft, ob dies ein 65536. Abtastvorgang ist. Falls die Antwort auf die vierte Abstastentscheidung SD400 negativ ausfällt, wird die Hauptbefehlsschleife beendet und man kehrt zur Zeitgeber-Unterbrechungsfunktion T102 zurück. Falls die Antwort auf die vierte Abstastentscheidung SD400 positiv ausfällt, fährt die Hauptprogrammschleife damit fort, die mit F800 bezeichnete achte Hauptprogrammfunktion durchzuführen, welche ein Unterprogramm zur Bestimmung des beim Anzeige-Unterprogramm eingesetzten Spitzennachfragewerts durchführt. Nach Beendigung der achten Hauptprogranimfunktion F800, ist die Hauptbefehlsschleife beendet, so daß die Hauptbefehlsschleife zur Zeitgeber-Unterbrechungsfunktion T102 zurückkehren kann, um die Abtastsequenz von neuem zu beginnen.
Wie in Fig. 17 zu sehen, beginnt die Befehlssequenz in der ersten Hauptprogrammfunktion F100 mit der Auswahl des mit IA bezeichneten Stroms in der Phase A und der mit VA bezeichneten Spannung zwischen der Phase A und dem Nulleiter. Diese Auswahlfunktion wird mit F101 bezeichnet und dient zur Digitalisierung von IA und VA. Nach der Auswahl des Phasenstroms IA und der Phasen-Nulleiter-Spannung VA, fährt das Unterprogramm damit fort, den Phasenstrom IA und die Phasen-Nulleiter-Spannung VA durch die Kanäle 1 und 2, wie in dem mit F102 bezeichneten Block gezeigt, abzutasten. Eine Umwandlung der Größe des Phasenstroms IA wird im nächsten als F103 bezeichneten Funktionsblock durchgeführt, wobei diese Umwandlung dazu führt, daß der Phasenstrom IA als 12-bit Binärzahl dargestellt wird. Wie im Funktionsblock F104 gezeigt wird diese 12-bit Binärzahl quadriert und repräsentiert damit das Quadrat des Phasenstroms IA. Dieser Wert für den quadrierten Phasenstrom wird dann zu laufenden Summen für die Phase A hinzugezählt, wobei diese Summen als ASUM und A8SUM bezeichnet werden und einer Summe von 64 quadrierten Strömen bzw. 8 quadrierten Strömen entsprechen.
Dieselbe Reihenfolge von Befehlen wird für die Ströme und die Phasen-Nulleiter- Spannungen für die Phasen B und C wiederholt. Entsprechend wirken die Funktionsblöcke F105 bis F108 auf den Phasenstrom B und die Phasen-Nulleiter- Spannung VB. Die Funktionsblöcke F109 bis F112 wirken auf die Phase C ein. Schutzfunktionen des Festkörper-Trennschalters 60 werden ebenfalls für die Erdfehlerströme durchgeführt. Die Funktionsblöcke F113 bis F116 veranschaulichen die Durchführung der obengenannten Operationen für den Strom, der im mit dem elektrischen Leitungskreis verbundenen Erdpfad gemessen wird.
Nach den obigen Operationen wird die momentane Leistung in jeder der drei Phasen des elektrischen Leitungskreises berechnet und aufsummiert. Um diese Berechnung z. B. mit dem Strom in Phase A durchzuführen, holt sich das Programm den Wert für die Amplitude des Stroms in Phase A, und ebenso das Vorzeichen des Stromflusses, wobei dieser Holvorgang im Funktionsblock F117 gezeigt wird. Nachdem die Phasen-Nulleiter-Spannung für die Phase A bereits abgetastet worden ist, zeigt der Funktionsblock F118, daß die Leistung durch Multiplikation dieser Phasen-Nulleiter-Spannung für die Phase A mit dem Strom der Phase A berechnet werden kann, während immer noch das Vorzeichen des Stroms berücksichtigt wird. Der Funktionsblock F119 veranschaulicht, daß das Ergebnis dieser Berechnung dann zur Leistungs-Zwischensumme hinzuaddiert wird. Die Funktionsblöcke F120 bis F122 veranschaulichen die Berechnung der Leistung und das Hinzuzählen zur Leistungszwischensumme für die Phase B des Systems. Die Funktionsblöcke F123 bis F125 veranschaulichen in gleicher Weise die Berechnung der Leistung und das Hinzuzählen zur Leistungszwischensumme für die Phase C des Systems. Nach Vollendung des Funktionsblocks F125, ist die Hauptprogrammfunktion F100 beendet, so daß die Hauptbefehlsschleife mit der Ausführung der ersten Abstastentscheidungsfunktion SD100 fortfahren kann.
Die in Fig. 18 gezeigte zweite Programmfunktion F200 wird durchgeführt, nachdem die erste Abstastentscheidungsfunktion SD100 die Feststellung getroffenen hat, daß eine Reihe von acht Abtastvorgängen durchgeführt worden ist.
Nachdem die Feststellung getroffen worden ist, daß es sich um einen achten Abtastvorgang handelt, fährt die zweite Hauptprogrammfunktion F200 damit fort, das Sofort-Unterprogramm auszuführen, welches damit beginnt, daß die Quadratsummen der Stromwerte der vorausgegangenen acht Abtastvorgänge geholt werden, die mit A8SUM, B8SUM und C8SUM bezeichnet werden und im Funktionsblock F201 dargestellt sind. Der Funktionsblock F201 dient ebenfalls dazu, die höchste der drei Quadratsummen der Ströme zu bestimmen, die mit MAXI² bezeichnet wird. Das Sofort-Unterprogramm fährt fort, eine Schalter-Lese-Operation am Schalter 156 durchzuführen, welcher die Sofort-Ansprechwert-Auswahl festlegt, wobei dieser Schalter-Lese-Vorgang mit F202 bezeichnet wird.
Nach der Entscheidung, welche der drei Wertetabellen für den Sofort-Ansprechwert verwendet werden soll, die basierend auf der wie in Funktionsblock F203 gezeigt den Rahmentyp und die Art des Trennschalter-Steckers widerspiegelnden Codierung des Leistungssteckeinsatzes 63d getroffen wird, wird in F204 ein Sofort-Ansprechwert ausgewählt. Im Funktionsblock F203 wird ebenfalls gezeigt, wie die Zuweisung der 6. und 7. Schalterstellungen auf dem INSTPU SW Schalter 156 die Grenzwerte für den Sofort-Ansprechfaktor für die Art des jeweils verwendeten Trennschalters festlegen, wobei diese beiden Einstellungen die Pro-Einheit- Multiplikatoren (M1, M2) festlegen, die in der Hauptprogrammschleife für Umrechnungszwecke verwendet werden.
Wie im Funktionsblock F205 gezeigt, vollführt das Sofort-Unterprogramm eine Vergleichsoperation zwischen diesen beiden Werten, und falls der MAXI²-Wert den Sofort-Ansprechwert aus der Wertetabelle übertrifft, wird, wie in den Funktionsblöcken F206 und F206a gezeigt, ein Sofort-Auslösezustand initiiert.
Das Diskriminator-Unterprogramm dient dem Zwecke der Überwachung der Stromzustände während der ursprünglichen Leistungsaufnahme durch den Trennschalter. Zu diesem Zweck arbeitet das Diskriminator-Unterprogramm nur während ein paar Zyklen zu Beginn, und wird im weiteren umgangen, bis eine weitere Anfangs-Leistungsaufnahme erfolgt. Man sollte ebenfalls zur Kenntnis nehmen, daß die Anfangs-Leistungsaufnahme als das Einsetzen eines vorabfestgelegten minimalen Stromwerts im elektrischen Leitungssystem erfaßt wird.
Der Funktionsblock F207 zeigt, daß der minimale Stromwert, der eine Ausführung des Diskriminator-Unterprogramms auslösen wird, 0,1 in jeweiligen Einheiten beträgt. Falls dieser minimale Stromwert nicht erreicht wird, wird ein mit DCOUNT bezeichneter Diskriminatorzähler auf Null gesetzt, F207 b. Falls dieser Wert übertroffen wurde, fährt das Diskriminator-Unterprogramm damit fort, den Diskriminatorschutz auszuführen und den Diskriminatorzähler DCOUNT zu erhöhen, bis ein Wert von 4 erreicht worden ist, F208. Falls der Wert von DCOUNT 4 erreicht hat, richtet der Funktionsblock 208 den Befehlsablauf so aus, daß der Diskriminatorschutz eingestellt wird. Der Diskriminatorschutz besteht darin, daß der MAXI²-Wert mit einem vorabgewählten Stromwert, in diesem Fall 11 in den jeweiligen Einheiten, verglichen wird, wobei diese Überprüfungsfunktion im Funktionsblock F210 gezeigt wird. Falls der MAXI²-Wert den vorabfestgelegten Wert überschreitet, wird ein Diskriminator-Auslöse- und Abschaltvorgang initiiert, F210a.
Da das Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm mit einem optionalen Kurzzeit- Verzögerungs-Schutz zusammenhängt, muß es zuerst durch Überprüfung der entsprechenden, mit dem Multiplexer 193 zusammenhängenden Umsteckverbindung feststellen, ob der Kurzzeit-Verzögerungs-Schutz aktiviert worden ist. Falls diese Überprüfung F211 zu der Feststellung führt, daß der Kurzzeit-Verzögerungs-Schutz nicht aktiviert worden ist, ist die zweite Hauptprogrammfunktion F200 abgeschlossen.
Falls der Kurzzeit-Verzögerungs-Schutz aktiviert worden ist, wird eine Schalter- Lese-Operation F212 am Kurzzeit-Verzögerungsschalter 146 durchgeführt, und abhängig von der Bestimmung der Leistungssteckeinsatz-Codierung 63d, welche die Rahmenart und die Art des Leistungssteckeinsatzes widerspiegelt (F213 für den Festkörper-Trennschalter 60), wird wie in F214 gezeigt, einer von drei Kurzzeit-Verzögerungs-Ansprech-Tabellenwerten SDPU bestimmt. Ahnlich wie die Zuordnung der Schalterpositionen 6 und 7 auf dem Schalter INSTPU SW 156 bestimmen die 6. und 7. Schalterstellung für den SDPU-Schalter 146 die Grenzwerte für die Kurzzeit-Verzögerungs-Ströme für diesen speziellen Typ von Trennschalter. Die vom SDPU-Schalter 146 weitergeleitete Information umfaßt sechs Festeinstellungen und die beiden wählbaren Einstellungen, die wenn sie gewählt werden die auf dem Leistungssteckeinsatz 63c aufgebrachten Werte haben.
Diese Kurzzeit-Verzögerungs-Einstellung SDPU wird dann in F125 mit dem MAXI²-Wert verglichen. Falls der MAXI²-Wert kleiner als die SDPU-Einstellung ist, sorgt das Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm dafür, daß das SOUT- Signal ausbleibt, F215b, setzt dann eine Kurzzeit-Verzögerungs-Zwischensumme STALLY auf 0 zurück, F215c, und geht dann zum Ende der zweiten Hauptprogrammfunktion F200 weiter.
Wenn der MAXI²-Wert größer als oder gleich der SDPU-Einstellung ist, wird ein Befehl zur Aussendung des SD-Verbindungssignals SOUT durchgeführt, F216. Statt einen Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösezustand zu diesem Zeitpunkt zu initiieren, entscheidet das Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm zuerst, ob das Kurzzeit-Verzögerungs-Verbindungssignal SIN vorliegt, F217, was anzeigen würde, daß der Kurzzeit-Verzögerungs-Fehlerzustand von einem anderen Trennschalter erkannt worden ist. Falls dieses Kurzzeit-Verzögerungs-Verbindungs- Eingabesignal SIN nicht empfangen wird, fährt das Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm dann mit der Abfrage fort, ob die zweite Erkennung des Kurzzeit- Verzögerungs-Zustandes in Folge vorliegt, F218. Die Bedingung, daß dieser Zustand zweimal aufeinanderfolgend festgestellt werden muß, verhindert, daß der Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösezustand fälschlicherweise initiiert wird, wie dies durch Rauschen geschehen könnte.
Im Gegensatz zur schnellen Initiierung des Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösezustands bei Vorliegen des Kurzzeit-Verzögerungs-Fehlers an der augenblicklichen Stelle, führt das aktive SIN-Signal bei Abwesenheit des aktiven SOUT-Signals zu einer zeitverzögerten Antwort auf den erfaßten Kurzzeit-Verzögerungs-Fehlerzustand.
Im zeitverzögerten Bereich des Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramms kann die Antwort entweder vom I²T-Typ, F220, oder mit fester Zeit, F222, sein. Falls eine I²T-Antwort gewählt wurde, die dem in Fig. 5 gezeigten gestrichelten abfallenden Kurzzeit-Verzögerungs-Bereich 45 b entspricht, wird eine mit STALLY bezeichnete Kurzzeit-Verzögerungs-Zwischensumme berechnet, F221, um sie mit einer mit STALLY LIMIT bezeichneten Kurzzeit-Verzögerungs-Zwischensummen-Obergrenze gemäß des am SDT-Schalter 147 abgelesenen SDT-Faktors zu vergleichen, die einem aus einer Kurzzeit-Verzögerungs-Zwischensummen-Wertetabelle genommenen vorabbestimmten Wert entspricht.
Der STALLY-Wert für das I²T-Antwortverhalten wird ausgehend von der Gleichung STALLY = STALLY + MAXI² berechnet, wobei der resultierende STALLY- Wert dem vorhergehenden STALLY-Wert, erhöht um den MAXI²-Wert, entspricht. Falls die Vergleichsfunktion F224 feststellt, daß der gemessene STALLY- Wert gleich dem oder größer als der STALLY-Grenzwert ist, wird ein Kurzzeit- Verzögerungs-Zustand ausgelöst, F225, und die zweite Hauptprogrammfunktion wird beendet.
Falls das I²T-Antwortverhalten nicht aktiviert wurde, wird der gemessene STAL- LY-Wert durch die Beziehung STALLY = STALLY + 10 PU² bestimmt, und dieser Wert wird dann mit der STALLY-Obergrenze verglichen, um festzustellen, ob eine Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösung durchgeführt werden soll. Die Berechnung des gemessenen STALLY-Werts im Funktionsblock F222 ergibt eine Festzeit-Auslösung, die dem in Fig. 5 gezeigten ausgezogenen senkrechten Kurzzeit-Verzögerungs-Abschnitt der Auslösekurve 45a entspricht.
Nach Beendigung des Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramms fährt die Hauptbefehlsschleife damit fort, die dritte Hauptprogrammfunktion F300 auszuführen, die die Auswahl der passenden Erdfehlereinstellung GFPU durchführt, und diese Erdfehlereinstellung zum Vergleich mit dem gemessenen Erdfehlerwert benutzt, um festzustellen, ob und wann ein Erdfehler-Auslösezustand initiiert werden sollte.
Wie aus Fig. 19 ersichtlich, überprüft das Erdfehler-Unterprogramm zuerst mittels einer Abfrage der entsprechenden Überbrückungsverbindungen des Auswahl- Multiplexers 192, ob der Erdfehlerschutz tatsächlich in dieser Anwendung aktiviert ist. Falls der Erdfehlerschutz nicht aktiviert wurde, geht die Hauptbefehlsschleife zur nächsten Hauptprogrammfunktion weiter. Falls dieses Schutzmerkmal aktiviert worden ist, wird das Erdfehler-Unterprogramm prüfen, ob das Bedienungspersonal die Durchführung eines Tests verlangt hat, F301, und falls ja, ob der gemessene Erdfehlerstrom zu diesem Zeitpunkt gleich dem oder größer als der vorabfestgelegte Schwellwert ist, F302. Falls ein solcher Erdstrom erfaßt wird, mißachtet das Unterprogramm die Aufforderung, einen Testlauf durchzuführen, F302a. Falls jedoch dieser Erdfehlerstrom unterhalb des Schwellwerts liegt, wird eine Schalter-Lese-Operation F321 an dem Testdrehschalter 150 durchgeführt, um einen Testwert auszuwählen, der in die Vergleichsoperation eingesetzt wird, die bestimmt, ob ein Erdfehler-Auslösezustand initiiert werden sollte, F322.
Falls das Bedienungspersonal keinen Testlauf angefordert hat, führt das Erdfehler-Unterprogramm eine Schalter-Lese-Operation, F303, am GFPU-Schalter 148 durch, und dieser Wert wird dazu benutzt, um einen Erdfehler-Ansprechwert GFPU zur Verwendung in der folgenden Operation zu holen.
Nach der Bestimmung dieses GFPU-Werts wählt das Erdfehler-Unterprogramm den Wert der Leistungssteckeinsatz-Leistung vom Kanal 3 des A/D-Wandlers 82 aus, und führt dann den Teil des Programms aus, der überprüft, ob der ausgewählte GFPU-Wert innerhalb der UL/NEC-Spezifikationsnormen liegt.
Die Vergleichsoperation, F309, wird zwischen dem gemessenen Erdfehlerstromwert, der aus der Summation der vorhergehenden acht Abtastvorgänge für die Erdströme genommen und mit G8SUM bezeichnet wird, sowie dem ausgewählten GFPU-Wert durchgeführt. Ein Erdverbindungs-Ausgangssignal GOUT wird ausgesandt, falls der G8SUM-Wert gleich dem oder größer als der GFPU-Einstellwert ist, F310. Falls der GFPU-Faktor übertroffen worden ist, wird zunächst eine Überprüfung durchgeführt, um zu sehen, ob ein Erdfehler-Verbindungssignal GIN vom einem anderen Festkörper-Trennschalter erhalten worden ist, F311. Falls so ein GIN-Signal empfangen worden ist, gibt das Erdfehler-Unterprogramm eine zeitverzögerte Antwort, ähnlich wie bei beim Kurzzeit-Verzögerungs- Schutz, F314. Falls das GIN-Signal nicht erfaßt worden ist, führt das Erdfehler- Unterprogramm dieselbe Art von schneller Auslösung wie beim Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm durch. Das heißt, ein darauffolgendes zweites Auftreten des Erdüberstroms muß erfaßt werden, F312, um einen Erdfehler-Auslösezustand zu initiieren, F313, wodurch eine fehlerhafte Auslösung vermieden wird, falls es sich bei dem ersten Auftreten um Rauschen gehandelt hat.
Ähnlich wie das Kurzzeit-Verzögerungs-Unterprogramm führt auch das Erdfehler-Unterprogramm nach Erhalten eines GIN-Signals eine zeitverzögerte Auslösung durch, die entweder eine I²T-Auslösung oder eine Festzeit-Auslösung sein kann, F314. Falls eine dem in Fig. 5 gezeigten gestrichelten, abfallenden Erdfehler-Abschnitt der Auslösekurve 48b entsprechende I²T-Auslösung aktiviert wurde, wird ein Erdungs-Zwischensummenwert GTALLY berechnet, F315, wobei die Beziehung GTALLY = GTALLY + G8SUM verwendet wird. Falls die I²T-Auslösung nicht aktiviert wurde, wird GTALLY = GTALLY + 0,625 PU² berechnet, F316. Eine Obergrenze GTALLY LIMIT wird in Abhängigkeit vom GFT-Schalter 149 ausgewählt. Die Vergleichsoperation F317 des berechneten GTALLY mit GTALLY LIMIT liefert die Entscheidungsgrundlage dafür, ob der Erdfehler-Auslösezustand initiiert werden soll oder nicht, F313. Man sollte sich vor Augen führen, daß der Wert für GTALLY nicht auf Null gesetzt wird, wenn festgestellt wird, daß G8SUM niedriger als GFPU ausgefallen ist. Statt dessen wird der GTALLY-Wert bei Auftreten eines G8SUM-Werts, der kleiner als der GFPU-Wert ist, um einen bestimmten, durch die Beziehung GTALLY = GTALLY - 0,25 PU² festgelegten Wert erniedrigt. Dies bietet dem Erdfehler-Unterprogramm eine Möglichkeit, Erdfehler zu umgehen, die durch Funkenüberschlag entstehen.
Nachdem die Unterprogramme, die die verschiedenen Schutzmerkmale, wie den Sofort-Schutz, den Diskriminator-Schutz etc. aktivieren, ausgeführt worden sind, muß noch die Umwandlung des initiierten Auslösezustandes in einen Befehl durchgeführt werden, der den Auslösemechanismus betätigt und die notwendigen Fehlerursacheninformationen anzeigt. Diese Umwandlung wird durch die in Fig. 20 gezeigte vierte Hauptprogrammfunktion F400 durchgeführt, die hauptsächlich das Auslöse- und Abschalt-Unterprogramm enthält.
Das Auslöse- und Abschalt-Unterprogramm bestimmt zuerst, ob das Auslöse-Flag F401 gesetzt worden ist, wobei das Auslöse-Flag das jeweilige Bit innerhalb der programmierten Bit-Zuweisungen ist, daß durch ein beliebiges einen Auslösezustand initiierendes Schutz-Unterprogramm aktiviert wird. Falls festgestellt wird, daß das Auslöse-Flag nicht gesetzt wurde, fährt das Auslöse- und Abschalt-Unterprogramm damit fort, den für die aufsummierten Phasenstromquadrate und das Erdstromquadrat der vergangenen acht Abtastvorgänge gesammelten Speicherinhalt zu löschen, wobei diese aufsummierten Ströme als A8SUM, B8SUM, C8SUM und G8SUM bezeichnet werden, und daraufhin an das Ende des vierten Hauptprogramms F400 zu gehen.
Falls festgestellt wird, daß das Auslöse-Flag gesetzt worden ist, entscheidet das Auslöse-Unterprogramm dann, welches Schutz-Unterprogramm den Auslösezustand initiiert hat, und bringt die passende Fehlerursachenanzeigen-LED zum Leuchten.
Falls das Auslöse-Flag durch das Sofort-Auslöse-Unterprogramm, das Leistungssteckeinsatz-Überprüfungs-Unterprogramm, oder das Diskriminator-Unterprogramm gesetzt worden ist, wird eine als LED4 bezeichnete LED zum Leuchten gebracht. Falls ein Kurzzeit-Verzögerungs-Auslösezustand erfaßt worden ist, wird eine als LED3 bezeichnete LED zum Leuchten gebracht. Falls ein Erdfehler-Auslösezustand erfaßt worden ist, wird eine als LED2 bezeichnete LED zum Leuchten gebracht. Falls ein Langzeit-Verzögerungs-Auslösezustand erfaßt worden ist, wird eine als LED1 bezeichnete LED entweder zum Blinken oder zum kontinuierlichen Aufleuchten gebracht, abhängig davon, ob ein Langzeit-Verzögerungs-Auslösezustand aufgetreten ist, oder ob ein Zustand vorliegt, der einem Langzeit-Verzögerungs-Auslösezustand nahe kommt. Nachdem die Feststellung, welches Schutzmerkmal den Auslösezustand hervorgerufen hat, getroffen worden ist, fährt das Auslöse- und Abschalt-Unterprogramm dann fort, das Auslöse-Ausgangs-Port auf 1 zu setzen, welches dadurch die Betätigung des Auslösemechanismus 93 ermöglicht. Da das Auslöse-Ausgangs-Port nun auf "High" gesetzt worden ist, ist das Auslöse- und Abschalt-Unterprogramm abgeschlossen.
Die fünfte Hauptprogrammfunktion F500, die im wesentlichen aus dem Langzeit- Verzögerungs-Unterprogramm besteht, wird nur ausgeführt, nachdem festgestellt worden ist, daß die Hauptbefehlsschleife eine Gruppe von 64 Abtastvorgängen beendet hat, wobei diese Feststellung durch die in Fig. 16 gezeigte zweite Abtastentscheidung SD200 getroffen wird.
Nach Beendigung der ersten Gruppe mit 64 Abtastvorgängen, löst die fünfte Hauptprogrammfunktion einen Befehl zum Abschalten des Wiederschlußrelaistreibers aus, wodurch die Betätigungsdauer des Wiederschlußrelais auf ca. ¼ Sekunde begrenzt wird.
Der erste Befehl F503, der durch das Langzeit-Verzögerungs-Unterprogramm ausgeführt wird, ist das Holen des vorab während der Ausführung der ersten Hauptprogrammfunktion F 100 bestimmten MAXI²-Wertes. Nachdem festgestellt worden ist, daß der Langzeit-Verzögerungs-Schutz gewählt worden ist, holt sich das Langzeit-Verzögerungs-Unterprogramm einen LDPU-Wert, der der Einstellung des LDPU Schalters 144 und der Auswahl einer ersten oder zweiten Langzeit-Verzögerungs-Tabelle entspricht. Die Auswahl dieser Tabellen wird dadurch getroffen, daß überprüft wird, welche der beiden zu dem Auswahl-Multiplexer 193 gehörigen umsteckbaren Langzeit-Verzögerungs-Überbrückungsverbindungen gewählt worden ist.
Ein Vergleich zwischen dem vorab geholten MAXI²-Wert und dem gerade eben geholten LDPU-Faktor entscheidet dann, ob ein LDPU-Flag gesetzt werden sollte, oder ob ein alternativer Langzeit-Verzögerungs-Unterprogrammpfad eingeschlagen werden sollte, der festlegt, ob der LDPU-Faktor in Betracht gezogen wird, der ein Aufleuchten der Hochlastdiode erforderlich machen würde.
Falls der LDPU-Faktor vom MAXI²-Wert erreicht oder übertroffen worden ist, wird das LDPU-Flag gesetzt, und eine als LTALLY bezeichnete Langzeit-Verzögerungs-Zwischensumme wird gemäß LTALLY = LTALLY + MAXI² berechnet. Der resultierende LTALLY-Wert wird dann in einem Vergleich mit dem Grenzwert LTALLY LIMIT benutzt, der in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters LDT 145 festgelegt wird. Falls der gemessene LTALLY-Wert den Grenzwert LTALLY LIMIT übertrifft, wird ein Langzeit-Verzögerungs-Auslösezustand initiiert und die fünfte Hauptprogrammfunktion F500 wird beendet. Falls der resultierende LTALLY-Wert kleiner als der Grenzwert LTALLY LIMIT ist, wird die fünfte Hauptprogrammfunktion F500 beendet, ohne daß ein Langzeit-Verzögerungs-Zustand ausgelöst wird.
Falls das LDPU-Flag nicht gesetzt worden ist, wie dies passiert, wenn der MAXI²-Wert kleiner als der LDPU-Faktor ist, dann folgt das Langzeit-Verzögerungs-Unterprogramm dem Alternativpfad, welcher bestimmt, ob der MAXI²- Wert gleich oder größer als 85% des LDPU-Faktors ist. Falls ja, wird die Hochlast LED zum Aufleuchten gebracht, falls nein, wird das LDPU-Flag gelöscht. Dieser alternative Programmpfad des Langzeit-Verzögerungs-Unterprogramms entscheidet dann, ob der Langzeit-Verzögerungs-Speicher durch eine zum Auswahl-Multiplexer 193 gehörige umsteckbare Überbrückungsverbindung aktiviert worden ist oder nicht. Falls der Langzeit-Verzögerungs-Speicher nicht aktiviert worden ist, wird der Faktor LTALLY nach dem Löschen des LDPU-Flags ebenfalls gelöscht. Falls der Langzeit-Verzögerungs-Speicher aktiviert ist, wird die Langzeit-Verzögerungs-Zwischensumme LTALLY erniedrigt, ähnlich wie es bei der Erdfehler- Zwischensumme GTALLY der Fall war, so daß falls der MAXI²-Wert den LDPU- Faktor sporadisch übertrifft oder gleich groß wie er wird, der LTALLY-Faktor einen von Null verschiedenen Wert erhält. Das Verringern der LTALLY-Zwischensumme vollzieht sich gemäß der Beziehung LTALLY = LTALLY -1 PU², wobei eine Untergrenze von Null eingehalten wird. Nach Abschluß dieser Verminderungsprozedur ist die fünfte Hauptprogrammfunktion F500 abgeschlossen, und die Hauptbefehlsschleife kann mit der Ausführung der sechsten Hauptprogrammfunktion F600 fortfahren.
Nach dem 64. Abtastvorgang wird ebenfalls die sechste Hauptprogrammfunktion durchgeführt, die hauptsächlich das in Fig. 22 gezeigte Anzeige-Unterprogramm enthält.
Die erste im Anzeige-Unterprogramm ausgeführte Funktion ist die Bestimmung, ob ein Auslöse-Flag F601 gesetzt ist. Falls festgestellt wurde, daß ein Auslösezustand initiiert worden ist, stellt das Anzeige-Unterprogramm dann fest, ob ein "Keine-Auslöse-Ursache"-Flag gesetzt worden ist, F602. Falls das "Keine-Auslöse- Ursache"-Flag gesetzt ist, führt das Anzeige-Unterprogramm fort, jede auftretende Warnung anzuzeigen, falls dies notwendig ist, F604. Falls das "Keine-Auslöse- Ursache"-Flag nicht gesetzt ist, zeigt das Anzeige-Unterprogramm jede auftretende Fehlerursachennachricht anzuzeigen, F603. Die von der Funktion F604 in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit angezeigten Arten von Warnmeldungen sind: RAM Fehler, ROM Fehler, Leistungssteckeinsatz-Fehler, fehlende Spannungsversorgung, und der Langzeit-Verzögerungs-Zustand.
Falls keine Warnungs- oder Auslösemeldungen ausgegeben werden, wählt das Anzeige-Unterprogramm die anzuzeigenden Parameter aus, welche die folgenden sein können: Wurzel des quadratischen Mittelwerts der Phasenströme, Spitzennachfragewert, augenblicklicher Nachfragewert oder Energie. Diese Auswahl steht letztendlich unter Kontrolle des Benutzers, der sie über Eingaben am Anzeigeschrittdruckknopf 132 festlegen kann.
Einmal eingestellt wird der anzuzeigenden Parameter zuerst skaliert und dann auf die alphanumerische Anzeige 120 ausgegeben, F606. Nachdem diese Information auf die Anzeige ausgegeben worden ist, erledigt das Anzeige-Unterprogramm Buchführungsaufgaben wie das Löschen der einzelnen als ASUM, BSUM und CSUM bezeichneten individuellen Phasenstromsummen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Anzeige-Unterprogramm ebenso wie die sechste Hauptprogrammfunktion F600 beendet, so daß die Hauptbefehlsschleife, wie in Fig. 16 gezeigt, fortfahren kann, eine dritte Abtastentscheidung SD300 durchzuführen.
Falls festgestellt worden ist, daß die Hauptbefehlsschleife den 256. Abtastvorgang oder ein Vielfaches von 256 abgeschlossen hat, wird die siebte Hauptprogrammfunktion F700, die hauptsächlich ein Skalierungs-Unterprogramm zur Skalierung der Leistung und der Energie enthält, durchgeführt.
Wie in Fig. 23 gezeigt, holt sich ein Leistungsskalierungs-Unterprogramm F701 zuerst einen Zwischensummenwert PTALLY, der die Summe der Phasenleistungsmomentanwerte ist.
Das Leistungsskalierungs-Unterprogramm überprüft dann mittels eines Befehls F702, ob eine positive Zwischensumme PTALLY vorliegt. Die Alternative hierzu wäre das Auftreten eines negativen Leistungsflusses, das zu einem Setzen eines Negativ-Leistungs-Flags führen würde, damit diese Information angezeigt werden kann. Falls eine Negativ-Leistungs-Situation erfaßt wird, vollführt das Leistungs-Skalierungs-Unterprogramm eine Zwei-Komplement-Operation an der Zwischensumme PTALLY, um einen äquivalenten positiven Ausdruck zu erzeugen, F704. Die Leistungs-Skalierungs-Prozedur berechnet die Durchschnittsleistung gemäß P-AVE/4= PTALLY (256·2), und setzt dann den Wert der Zwischensumme PTALLY auf Null, F705.
Bevor die berechneten Durchschnittsleistungswerte skaliert werden, stellt das Leistungsskalierungs-Unterprogramm zuerst fest, ob ein Auslöse-Flag gesetzt worden ist, und falls ja, werden die zuvor berechneten Werte für die Leistung und die Energie gespeichert, damit ein Verlaufsprotokoll diese Parameter enthält und eine Änderung während des Auslöse- und Abschaltvorgangs verhindert wird.
Falls keine Auslösung stattgefunden hat, holt sich das Leistungs-Skalierungs-Unterprogramm einen mit Y bezeichneten Leistungs-Skalierungs-Faktor aus einer Leistungs-Skalierungs-Tabelle und skaliert den Durchschnittswert P-AVE/4 gemäß der Beziehung P-AVE/4 = P-AVE/4·Y/2²&sup0;, wobei diese Berechnung einen Wert der Durchschnittsleistung in MW-H ergibt.
Nachdem das Leistungs-Skalierungs-Unterprogramm auf diese Art und Weise beendet worden ist, fährt die siebte Hauptprogrammfunktion F700 fort, das Energieskalierungs-Unterprogramm auszuführen. Ähnlich wie der erste Befehl beim Leistungs-Skalierungs-Unterprogramm, bestimmt das Energie-Skalierungs-Unterprogramm zuerst, ob ein Test-Flag gesetzt worden ist, damit falls ja, der vorliegende skalierte Energiewert nicht vom Testergebnis beeinflußt wird, d. h. das Vorliegen eines Test-Flags muß zur Beendigung des Energie-Skalierungs-Unterprogramms und der siebten Hauptprogrammfunktion F700 führen. Falls jedoch ein Test nicht aktiviert ist, fährt das Energie-Skalierungs-Unterprogramm damit fort, sich den nächsten mit Z bezeichneten Energie-Skalierungs-Faktor aus einer Wertetabelle von Energie-Skalierungs-Faktoren zu holen. Wenn der Energie-Skalierungs-Faktor Z vorliegt, holt sich das Energie-Skalierungs-Unterprogramm dann den P-AVE/4-Faktor und fährt damit fort, den als ETALLY bezeichneten und gemäß der Gleichung ETALLY = ETALLY + PAVE/4·Z berechneten Wert der Energie-Zwischensumme zu holen. Bevor dieser Wert der skalierten Energie- Zwischensumme auf die Anzeige gegeben wird, muß das Energie-Skalierungs-Unterprogramm zuerst feststellen, ob diese berechnete Zwischensumme ETALLY einen vorabfestgelegten Grenzwert überschreitet, der in Abhängigkeit der Anzeigemöglichkeiten einer alphanumerischen Anzeige 120 festgelegt wird. In diesem Falle wird der Grenzwert für die Zwischensumme ETALLY als 99,9 MW-H (Megawattstunden) festgelegt. Falls die Zwischensumme ETALLY den entsprechenden ETALLY Grenzwert überschreitet, setzt das Energie-Skalierungs-Unterprogramm die ETALLY-Zwischensumme auf Null und fährt fort, einen neuen ETALLY-Wert zu erzeugen, der dann auf die Anzeige gegeben wird. Nach Beendigung des Energie-Zwischensummen-Unterprogramms, ist die siebte Hauptprogrammfunktion F700 beendet, so daß die Hauptbefehlsschleife fortfahren kann, eine vierte Abtastentscheidung durchzuführen, wobei festgestellt wird, ob die Hauptbefehlsschleife sich in einem 65536. Abtastvorgang befindet.
Falls die Hauptbefehlsschleife festgestellt hat, daß es sich um ein 65536. Abtastintervall handelt, führt die Hauptbefehlsschleife die achte Hauptprogrammfunktion durch, die hauptsächlich die Aufgabe erfüllt, den Spitzenachfragewert für die Anzeige zu skalieren. Dieses Spitzennachfragewert-Unterprogramm holt zuerst eine als DTALLY bezeichnete Momentan-Zwischensumme, die die als Summe der 256 P-AVE-Werte, die jeweils bei Vollendung eines 256. Abtastintervalls vorlagen, berechnet wurde. Das Spitzennachfrage-Unterprogramm dividiert dann den DTALLY-Wert durch 256, um den über die vorausgegangenen 65536 Abtastvorgänge durchschnittlich aufgetretenen Nachfragewert zu bestimmen. Man sollte sich hierbei vergegenwärtigen, daß die Vollendung eines 65536. Abtastvorgangs ungefähr dem Verstreichen eines Fünf-Minuten-Intervalls entspricht, daß seit der letzten Berechnung des letzten Spitzennachfragewerts verstrichen ist. Das Spitzennachfragewert-Unterprogramm vollführt dann eine Operation, wobei der zuletzt gemessene und als DTALLY bezeichnete Nachfragewert mit dem als PDTALLY bezeichneten Spitzennachfragewert verglichen wird, der sich im Speicher befindet, und den höchsten seit Einschalten der Spannungsversorgung gemessenen Nachfragewert darstellt. Falls sich ergibt, daß der vorliegende Spitzennachfragewert kleiner als der zuletzt berechnete Nachfragewert ist, wird der zuletzt erhaltene Nachfragewert behalten und wird zum neuen Spitzennachfragewert. Falls der zuletzt erhaltene Nachfragewert den vorliegenden Spitzennachfragewert nicht übertrifft, wird der aktuelle Spitzennachfragewert beibehalten. Das Spitzenwertnachfrage-Unterprogramm setzt die augenblickliche Nachfrage-Zwischensumme DTALLY dann zurück auf Null und vollendet sowohl die Ausführung der achten Hauptprogrammfunktion als auch der Hauptprogrammschleife, so daß die Sequenz der Abtastvorgänge von neuem gestartet werden kann.

Claims

1. Trennschalter (60) mit:

Trennmitteln (93b, 93a, 98) in einem im Normalzustand geschlossenen, elektrischen Stromkreis (70,71) zum Unterbrechen des Stromkreises bei Auftreten eines Auslösesignals,

an den Stromkreis angeschlossenen Stromerfassungsmitteln (72-75,80) zur Erzeugung eines dem Stromfluß proportionalen Stromwertes, wobei die Stromerfassungsmittel ein Erfassungssignal erzeugen, welches die Größe des Stromwertes wiedergibt,

einer Steuervorrichtung (100), die von dem Erfassungssignal mindestens einen Betriebskennwert ableitet, wobei die Steuerungsvorrichtung (100) den mindestens einen Betriebskennwert mit mindestens einem entsprechenden Auslöseparameter vergleicht und ein Auslösesignal erzeugt, wenn mindestens ein Betriebskennwert mindestens gleich dem entsprechenden mindestens einen Auslöseparameter ist, und wobei der mindestens eine ausgewählte Auslöseparameter ein Erdschlußfehler- Ansprechwert ist, der einem vorbestimmten, für einen dem Stromkreis zugehörigen Erdpfad erlaubten Fehlerstrom repräsentierenden Erdschlußfehler- Stromgrenzwert entspricht, wobei die Steuervorrichtung weiter Begrenzungsmittel in Abhängigkeit eines vorbestimmten Betriebswertsignals aufweist, welches proportional dem erlaubbaren Maximalstrom über den Trennschalter ist, wobei die Begrenzungsmittel ermöglichen, einen Betriebswert aus einem Bereich möglicher Betriebswerte als Funktion des vorbestimmten Betriebswertsignals auszuwählen, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Betriebswerte einen ihm zugehörigen oberen Grenzwert für Erdschlußfehlerströme hat, wobei die Begrenzungsmittel auch entscheiden (F300), ob der vorbestimmte Erdschlußfehler- Ansprechwert unterhalb des oberen Erdschlußfehler- Stromgrenzwertes liegt, der zum ausgewählten Betriebswert gehört, und den vorbestimmten Erdschlußfehler- Ansprechwert akzeptieren, wenn der vorbestimmte Erdschlußfehler- Ansprechwert unterhalb des oberen Erdschlußfehler- Stromgrenzwertes liegt, und

daß die Begrenzungsmittel den ausgewählten Erdschlußfehler- Ansprechwert durch einen alternativen Erdschlußfehler- Ansprechwert ersetzen, wenn der erste Wert den größten Grenzwert für den Erdschlußfehlerstrom übersteigt.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, wobei das Betriebswertsignal durch Auswahl eines Betriebswertsteckers (63c) eingestellt wird, dem ein Bereichswert- Einstellelement zugeordnet ist, welches einen bestimmten Betriebswert aus einem Bereich vorbestimmter Betriebswerte auswählt.

3. Trennschalter nach Anspruch 2, wobei das Bereichswert- Einstellelement ein Widerstand (R604) ist, der, wenn er an einem der Steuervorrichtung zugeordneten Festwiderstand (R603) angeschlossen ist, einen Spannungsteiler aufbaut, der von der Steuervorrichtung auslesbar ist und das ausgewählte Betriebswertsignal bestimmt.

4. Trennschalter nach Anspruch 3, bei dem ein Ausgang der Spannungsteilerschaltung an einem Analog/Digitalwandler (82) mit einem von der Steuervorrichtung auslesbaren Ausgang angeschlossen ist.

5. Trennschalter nach Anspruch 1, bei dem der Erdschlußfehler- Ansprechwert aus einer Vielzahl von möglichen Stellungen durch Einstellen eines Drehschalters (148) in eine gewünschte Stellung auswählbar ist.

6. Trennschalter nach Anspruch 5, bei dem die Mehrzahl möglicher Drehschalterstellungen einer Mehrzahl von Erdschlußfehler- Ansprechwerten zugeordneten Bruchteilwerten entspricht, so daß die Erdschlußfehler- Ansprechwerte in Abhängigkeit von einem Betriebswert für den in Abhängigkeit des Betriebswertes betriebenen Trennschalter reduziert werden können.

7. Trennschalter nach Anspruch 1, bei dem die Steuervorrichtung einen Mikroprozessor (100) mit dazugehörigem, zur Datenübertragung vorgesehenen Datenbus und mindestens ein Daten und eine Vielzahl von Steuerbefehlen speicherndes Speicherelement (103, 104) umfaßt.

8. Trennschalter nach Anspruch 7, bei dem die Begrenzungsmittel eine bestimmte Anzahl von Steuerbefehlen umfassen, wobei der erste der Steuerbefehle die digitale Darstellung des Betriebswertsignals einliest und ein zweiter Steuerbefehl die gewählte Stellung für den Erdschlußfehler- Ansprechwert einliest.

9. Trennschalter nach Anspruch 8, bei dem die Begrenzungsmittel auch Steuerbefehle zur Bestimmung des Betriebswerts und des Erdschlußfehler- Ansprechwerts umfassen, wobei, wenn der Betriebswert und der Erdschlußfehler- Ansprechwert so zusammenwirken, daß der obere Grenzwert für den Erdschlußfehlerstrom eingehalten wird, die gewählte Einstellung für den Erdschlußfehler- Ansprechwert von dem Mikroprozessor weiterbehandelt wird.

10. Trennschalter nach Anspruch 9, bei dem der obere Grenzwert für den Erdschlußfehlerstrom 1200 A ist.

11. Trennschalter nach Anspruch 1, bei dem der Vergleichsschritt der Steuervorrichtung einen der Erdschlußfehler Ansprechwerte und den alternativen Erdschlußfehler- Ansprechwert mit mindestens einem Betriebskennwert vergleichen, der einen Erdschlußfehlerstromwert vom im Stromkreis zugehörigen Erdschlußpfad berücksichtigt, und bei dem die Auslösemittel ein Auslösesignal erzeugen, wenn der Erdschlußfehlerstromwert einen der Erdschlußfehler- Ansprechwerte oder alternative Erdschlußfehler- Ansprechwerte übersteigt.

12. Trennschalter nach Anspruch 11, der auch Testmittel (150, 151) umfaßt, die mit der Steuervorrichtung zusammenwirken und einen Testparameter für den Erdschlußfehlerstromwert ersetzen können, so daß die Steuervorrichtung bei verlangter Testbedingung die Vergleichsoperation mit dem Testfehlerwert ausführt.

13. Trennschalter nach Anspruch 12, bei dem die Steuervorrichtung das Anfordern einer Testbedingung ignoriert und den Erdschlußfehlerstromwert bei dem Vergleich benutzt, wenn der Erdschlußfehlerstromwert einen vorbestimmten Wert überschreitet.

14 Trennschalter nach Anspruch 13, bei dem der vorbestimmte Wert für den Erdschlußfehlerstrom mindestens 10 Prozent des vorbestimmten Erdschlußfehler- Ansprechwerts beträgt.