DE102010021599A1 - Device for monitoring fault in closed alternate current circuit of protection device, has generation unit for comparing integrated current measurement signal with predetermined threshold level and for generating trigger signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend eine Messvorrichtung zur Ermittlung eines Strommesssignals und eine Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Auslösesignals zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion.The invention relates to a device for fault monitoring in a closed AC circuit, comprising a measuring device for determining a current measuring signal and an evaluation unit for generating a trigger signal for triggering a safety function.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises.The invention also relates to a device for protecting an electrical AC circuit.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises.Moreover, the invention relates to a method for fault monitoring in a closed AC circuit and a method for protecting an AC electrical circuit.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die zusätzliche Überwachungen von elektrischen Energieleitungen vornehmen. So sind aus den
Die
Die
Die
In der
Der vorliegenden Erfindung liegt im Lichte des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und eine verbesserte Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zu schaffen.The present invention has the object, in the light of the prior art, of providing an improved apparatus for monitoring faults in a closed AC circuit and an improved apparatus for protecting an AC electrical circuit.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis und ein verbessertes Verfahren zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises anzugeben.It is also an object of the present invention to provide an improved method of fault monitoring in a closed AC circuit and an improved method of protecting an AC electrical circuit.
Die der Erfindung bezüglich der Vorrichtung zur Störungsüberwachung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis, umfassend eine Messvorrichtung zur Ermittlung eines Strommesssignals und eine Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Auslösesignals zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, wobei die Auswerteeinheit (
- – eine erste Filtereinrichtung (
14 ) zur Erzeugung eines gefilterten Strommesssignals (15 ), bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist, - – eine Integrationseinrichtung (
16 ) zur Erzeugung eines integrierten Strommesssignals (17 ) durch Integration des gefilterten Strommesssignals (15 ) im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz, - – eine Vergleichs- und Auslösesignalerzeugungseinheit (
18 ) zum Vergleich des integrierten Strommesssignals (17 ) mit einem vorgebbaren Schwellenwert (19 ) und zur Erzeugung des Auslösesignals (13 ) bei Überschreitung des Schwellenwertes (19 ).
- A first filter device (
14 ) for generating a filtered current measurement signal (15 ) in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed, - An integration device (
16 ) for generating an integrated current measurement signal (17 ) by integration of the filtered current measuring signal (15 ) in the frequency domain outside the fundamental mode of the AC mains frequency, - A comparison and release signal generation unit (
18 ) for comparing the integrated current measuring signal (17 ) with a predefinable threshold (19 ) and for generating the trigger signal (13 ) when the threshold is exceeded (19 ).
Die der Erfindung bezüglich der Vorrichtung zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Störungsüberwachung umfasst und zusätzlich eine Schutzvorrichtung mit einer Ansprechschwelle zur Unterbrechung des Wechselstromkreises im Überlast- oder Kurzschlussfall, wobei das Auslösesignal mit der Schutzvorrichtung zur Unterbrechung des Wechselstromkreises zusammenwirkt und wobei der Schwellenwert so einstellbar ist, dass das Auslösesignal bereits erzeugbar ist, wenn bei Auftreten einer Störung im Wechselstromkreis, die Ansprechschwelle der Schutzvorrichtung noch nicht erreicht ist.The invention with respect to the device for protecting an electrical AC circuit underlying object is inventively achieved in that it comprises a device according to the invention for fault monitoring and in addition a protective device with a threshold for interrupting the AC circuit in case of overload or short circuit, the trigger signal cooperates with the protection device to interrupt the AC circuit and wherein the threshold is adjustable is that the trigger signal is already generated, if the threshold of the protection device is not reached when a fault occurs in the AC circuit.
Die der Erfindung bezüglich des Verfahrens zur Störungsüberwachung in einem geschlossenen Wechselstromkreis zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
- – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes,
- – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist,
- – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz,
- – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und
- – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes. Die der Erfindung bezüglich des Verfahrens zum Schutz eines elektrischen Wechselstromkreises zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
- – Erfassen eines Stromsignals der Wechselstromleitung auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes,
- – Erzeugen eines gefilterten Strommesssignals, bei dem die Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz unterdrückt ist,
- – Erzeugen eines integrierten Strommesssignals durch Integration des gefilterten Strommesssignals im Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Wechselstrom-Netzfrequenz,
- – Vergleichen des integrierten Strommesssignals mit einem vorgebbaren Schwellenwert, und
- – Erzeugen eines Auslösesignals bei Überschreitung des Schwellenwertes,
- – Übermitteln des Auslösesignals an eine Schutzvorrichtung,
- – Unterbrechen des elektrischen Wechselstromkreises durch die Schutzvorrichtung.
- Detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC network,
- Generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed,
- Generating an integrated current measuring signal by integrating the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency,
- Comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and
- - Generate a trigger signal when the threshold is exceeded. The object underlying the invention with regard to the method for protecting an electrical alternating current circuit is achieved according to the invention by a method which comprises the following steps:
- Detecting a current signal of the AC line at the potential of the AC network,
- Generating a filtered current measuring signal in which the fundamental mode of the AC mains frequency is suppressed,
- Generating an integrated current measuring signal by integrating the filtered current measuring signal in the frequency range outside the fundamental mode of the AC mains frequency,
- Comparing the integrated current measuring signal with a predefinable threshold value, and
- Generating a trigger signal when the threshold value is exceeded,
- Transmitting the trigger signal to a protection device,
- - Interrupting the electrical AC circuit through the protection device.
Die Erfindung betrifft insgesamt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit elektrischer Leitungen, über die elektrische Energie verteilt wird. Sie ermöglicht damit beispielsweise die technische Ausführung eines elektronischen Zusatzmoduls, das einen Leitungsschutzschalter herkömmlicher Bauweise über einen mechanischen oder elektronischen Hilfsauslöser auslöst. Die Auslösung erfolgt dabei erfindungsgemäß im zulässigen Nennbereich des Leitungsschutzschalters. Die Auslösefunktion aktiviert sich erfindungsgemäß durch Fehler in den elektrischen Leitungen, wie z. B. Isolationsfehler oder Fehler an Klemmstellen, und zwar bereits bevor der Leitungsschutzschalter selbst auslösen würde, also im Nennbereich des Stromes, der den Leitungsschutzschalter durchfließt. Die Überwachung bezieht sich auf normale Stromkreise, wie sie in Haushalten vorliegen. Die Leitungsfehler können bis in die angeschlossenen elektrischen Verbraucher hinein erkannt werden.The invention relates generally to a device and a method for increasing the safety of electrical lines, is distributed over the electrical energy. It thus makes it possible, for example, the technical design of an electronic add-on module that triggers a circuit breaker conventional construction via a mechanical or electronic auxiliary release. The triggering takes place according to the invention in the permissible nominal range of the circuit breaker. The tripping function is activated according to the invention by faults in the electrical lines, such. B. insulation fault or fault at terminal points, even before the circuit breaker itself would trigger, ie in the nominal range of the current flowing through the circuit breaker. The monitoring refers to normal circuits as they are in households. The line faults can be detected into the connected electrical consumers.
Um diesen zusätzlichen Schutz zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß der Störwiderstand, das kann beispielsweise ein zu geringer Isolationswiderstand der Stromleitung oder ein zu hoher Übergangswiderstand an einer Leiterverbindungsstelle im Stromkreis, beispielsweise einer Klemmstelle sein, durch eine empfindliche Strommessung im galvanisch geschlossenen Stromkreis in Frequenzbändern in unmittelbarer Nähe der Netzfrequenz ermittelt.In order to enable this additional protection, according to the invention, the noise resistance, which may be too low insulation resistance of the power line or too high contact resistance at a conductor connection point in the circuit, for example, a terminal point, by a sensitive current measurement in galvanically closed circuit in frequency bands in the immediate vicinity the network frequency determined.
Der Einsatz von Leitungsschutzschaltern hat die Sicherheit und Funktionsfähigkeit der elektrischen Energieleitungen wesentlich verbessert. Alle normalen Störungen können über Leitungsschutzschalter heutiger Bauweise abgefangen werden. Bekannte Leitungsschutzschalter können bekanntermaßen einen Stromkreis auf bis zu vier Arten unterbrechen: elektromagnetische Auslösung bei Kurzschluss, thermische Auslösung bei längerer deutlicher Überschreitung des Nennwertes, manuelle Ausschaltung durch eine Bedienperson, Auslösung durch angebaute Zusatzmodule.The use of circuit breakers has significantly improved the safety and functionality of the electrical power lines. All normal faults can be intercepted via miniature circuit breakers of today's design. Known circuit breakers can be known to interrupt a circuit in up to four ways: electromagnetic tripping in case of short circuit, thermal tripping on prolonged significant exceeding of the nominal value, manual switch-off by an operator, tripping by attached additional modules.
Zusatzmodule können beispielsweise Fernauslöser, Unterspannungs- oder Überspannungsauslöser sein, die auch elektronische Sicherheitsschaltungen umfassen können, und die mit dem Auslösemechanismus des Leitungsschutzschalters durch eine Wirkverbindungseinrichtung gekoppelt sind und den Leitungsschutzschalter darüber auslösen.Additional modules may be, for example, remote releases, undervoltage or overvoltage releases, which may also include electronic safety circuits, and which are coupled to the tripping mechanism of the circuit breaker by an operative connection means and trip the circuit breaker over it.
Leitungsschutzschalter können aber keine Fehlerströme erkennen, die im Bereich des Nennstromes des Leitungsschutzschalters, beispielsweise im Bereich unterhalb von 16 A, auftreten und die typischerweise durch sich ändernde Übergangswiderstände an Klemmstellen oder zwischen Leitungen durch Isolationsfehler entstehen. Als Folge solcher Fehler im Nennstrombereich kann sich eine Klemmstelle mit zu hohem Übergangswiderstand oder ein Leitungsabschnitt mit einem Isolationsfehler lokal so stark erwärmen, dass ein Brand ausgelöst werden kann, obwohl der Strom im Stromkreis immer im Bereich des Nennstromes geblieben ist.Miniature circuit breakers can detect but no fault currents that occur in the range of the rated current of the circuit breaker, for example in the range below 16 A, and typically caused by changing contact resistance at terminal points or between lines due to insulation errors. As a result of such errors in the rated current range, a terminal point with excessively high contact resistance or a line section with an insulation fault can be so locally strongly heat that a fire can be triggered, although the current in the circuit has always remained in the range of the rated current.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, solche lokalen Fehler zu erkennen und rechtzeitig, bevor es zum Brand kommt, den Leitungsschutzschalter auszulösen, damit den Stromkreis zu unterbrechen und der Fehlerstelle keine Energie mehr zuzuführen.With the device according to the invention and the method according to the invention, it is possible to detect such local faults and, in good time before the fire, trigger the circuit breaker, thus interrupting the circuit and no longer supplying energy to the fault location.
Dazu erfolgt die Strommessung erfindungsgemäß im galvanisch geschlossenen Stromkreis, und nicht erst dann, wenn die Leitung bereits unterbrochen wurde, wie es bei den im Stand der Technik bekannten Lichtbogen-Erkennungsverfahren der Fall ist.For this purpose, the current measurement is carried out according to the invention in the galvanically closed circuit, and not only when the line has already been interrupted, as is the case in the known in the art arc detection method.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Fehlstelle im galvanisch geschlossenen Stromkreis über die an dieser Fehlstelle im Vergleich zum ungestörten Zustand zusätzlich umgesetzte elektrische Energie erkannt werden kann. Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Integration des Strommesssignals in einem Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Netzfrequenz lässt sich die in dem Stromkreis insgesamt umgesetzte Energie elektrisch erfassen. Wenn dieser Wert einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt, zeigt das das Vorliegen eines Leitungsfehlers an, und eine Auslösefunktion zum Auslösen des Leitungsschutzschalters wird erzeugt. Die Integration des Strommesssignals in einem Frequenzbereich außerhalb der Grundmode der Netzfrequenz ist dabei eine sehr einfach und zuverlässig durchführbare Methode, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach und zuverlässig aufgebaut werden kann. Insbesondere lässt sich die Integration des Stromes analog oder digital durchführen.The invention is based on the finding that a defect in the galvanically closed circuit can be detected by the electrical energy additionally converted at this defect compared to the undisturbed state. The integration of the current measuring signal carried out according to the invention in a frequency range outside the fundamental mode of the mains frequency makes it possible to detect electrically the total energy converted in the electric circuit. If this value exceeds a predefinable threshold, this indicates the presence of a line fault, and a trip function to trip the circuit breaker is generated. The integration of the current measuring signal in a frequency range outside the fundamental mode of the mains frequency is a very simple and reliable method, so that the device according to the invention can be constructed very simply and reliably. In particular, the integration of the current can be carried out analogously or digitally.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messvorrichtung einen Messwiderstand und einen auf dem Potential des Wechselstrom-Netzes schwimmend aufgebauten Differenzverstärker. Diese Art der Strommessung ist, insbesondere deshalb, weil der Differenzverstärker auf dem Potential des Wechselstromnetzes mitschwimmt, sehr empfindlich, wesentlich empfindlicher jedenfalls als die im Stand der Technik bekannten Strommessungen mit geerdetem Verstärkereingang. Die hohe Empfindlichkeit der Strommessung ermöglicht ein Erfassen auch kleiner Energieerhöhungen im galvanisch geschlossenen Stromkreis und damit eine hohe Sensitivität der Überwachungsvorrichtung und -methode.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the measuring device comprises a measuring resistor and a floating at the potential of the AC network constructed differential amplifier. This type of current measurement is, especially because the differential amplifier mitschwimmt on the potential of the AC mains, very sensitive, much more sensitive at least than the known in the prior art current measurements with grounded amplifier input. The high sensitivity of the current measurement makes it possible to detect even small energy increases in the galvanically closed circuit and thus a high sensitivity of the monitoring device and method.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Differenzverstärker über eine galvanisch trennende Spannungsversorgung mit dem Wechselstromkreis verbunden. Der Differenzverstärker selbst schwimmt somit auf dem Potential des Wechselstromnetzes, die galvanische Trennung seiner Spannungsversorgung verhindert, dass der Verstärkereingang auf Erdpotential zu liegen kommt.According to an advantageous embodiment of the invention, the differential amplifier is connected via a galvanically isolating voltage supply to the AC circuit. The differential amplifier itself thus floats at the potential of the AC mains, the galvanic isolation of its power supply prevents the amplifier input comes to rest on ground potential.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit weiter eine zweite Filtereinrichtung zur Begrenzung des gefilterten Strommesssignals auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz. Erfindungsgemäß wird also eine Niederfrequenzmessung durchgeführt, in einem Frequenzbereich zwischen – bei 50 Hz Netzen – 0 und 100 Hz. In diesem Frequenzbereich sind die durch Leitungsstörungen indizierten Änderungen des Stromwertes besonders ausgeprägt und daher ist dieser Frequenzbereich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr geeignet. Im Stand der Technik werden Hochfrequenzmessungen durchgeführt in Frequenzbereichen oberhalb von 1 kHz, dort ist eine durch Leitungsstörungen indizierten Änderungen des Stromwertes kaum mehr erfassbar.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the evaluation unit further comprises a second filter device for limiting the filtered current measuring signal to a frequency range below twice the mains frequency. According to the invention, therefore, a low-frequency measurement is carried out in a frequency range between - 50 Hz networks - 0 and 100 Hz. In this frequency range indicated by line disturbances changes in the current value are particularly pronounced and therefore this frequency range for the inventive method and apparatus of the invention is very suitable , In the prior art, high-frequency measurements are carried out in frequency ranges above 1 kHz, where a change in the current value indicated by line disturbances is barely detectable.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Integration analog und die Integrationseinrichtung umfasst einen Vollweggleichrichter mit einer nachgeschalteten analogen Integrationsschaltung zur Gleichrichtung und Integration des gefilterten Strommesssignals. Über den Vollweggleichrichter werden die positiven und die negativen Halbwellen in die Integration mit einbezogen, und als analoge Integrationsschaltung ist beispielsweise ein kapazitiv rückgekoppelter Differenzverstärker bekannt.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the integration is analog and the integration means comprises a full-wave rectifier with a downstream analog integration circuit for rectification and integration of the filtered current measurement signal. About the full-wave rectifier, the positive and the negative half-waves are included in the integration, and as an analog integration circuit, for example, a capacitive feedback differential amplifier is known.
Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Integration digital und die Integrationseinrichtung umfasst einen Analog/Digital-Wandler und einen Mikrocontroller, wobei das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers ein erstes Programmmodul zur Ermittlung des Frequenzspektrums, ein zweites Programmmodul zur Bildung des Integrals unter der Kurve des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals sowie zur Ermittlung eines Indikatorwertes aus dem Integral unter der Kurve des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals, und ein drittes Programmmodul zum Vergleich des Indikatorwertes mit einem vorgebbaren Schwellenwert umfasst.According to a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the integration comprises digital and the integration device comprises an analog / digital converter and a microcontroller, wherein the application program of the microcontroller, a first program module for determining the frequency spectrum, a second program module for forming the integral under the curve the frequency spectrum of the filtered current measuring signal and for determining an indicator value from the integral below the curve of the frequency spectrum of the filtered current measuring signal, and a third program module for comparing the indicator value with a predetermined threshold.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers ein viertes Programmmodul zur Begrenzung des Frequenzspektrums des gefilterten Strommesssignals auf einen Frequenzbereich unterhalb der doppelten Netzfrequenz.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the application program of the microcontroller comprises a fourth program module for limiting the frequency spectrum of the filtered current measurement signal to a frequency range below twice the network frequency.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiments and improvements of the invention and further advantages can be taken from the subclaims.
Figurenbeschreibungfigure description
Figuren und Beschreibung dienen dem besseren Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:Figures and description serve to better understand the subject. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention. Showing:
In der
Eine fehlerhafte Klemmstelle ist durch ihren Übergangswiderstand
Ein Isolationsfehler ist durch einen Isolationsleckwiderstand
Beide Störwiderstände
Beide Fehlerarten sind zeitlich durch Temperatur T Luftfeuchtigkeit f, mechanische Erschütterungen s und durch magnetische Felder, die zwischen den Netzleitungen auftreten, als Funktion der Stromstärke i beeinflusst.Both types of faults are influenced by temperature T air humidity f, mechanical vibrations s and by magnetic fields that occur between the power lines as a function of the current i.
Der Übergangswiderstand ist also insgesamt eine Funktion der oben genannten Einflüsse:
r(t) = r(T, f, s, i). Diese Einflüsse können sehr klein sein und damit ist dann die Widerstandsänderung an der Fehlerstelle ebenfalls sehr klein. Um diese Fehler zu erfassen, wird in ummittelbarer Nähe des Leitungsschutzschalters
r (t) = r (T, f, s, i). These influences can be very small and thus the resistance change at the fault location is also very small. To detect these errors, is in the immediate vicinity of the circuit breaker
Der Messwiderstand
Der Differenzverstärker
Das Strommesssignal
In der unteren Kurve von
Es ist zu sehen, dass die Fläche unter der Kurve des Frequenzgangs in jedem der beiden Seitenbänder zur Netzfrequenz von 50 Hz, also in einem ersten Seitenband zwischen 0 und einem Wert knapp unterhalb der Netzfrequenz, etwa 45 Hz, und einem zweiten Seitenband zwischen einem Wert knapp oberhalb der Netzfrequenz, etwa 55 Hz, und 100 Hz, bei der verrauschten Kurve
Die Fläche unter der Frequenzgangskurve des Strommesssignals entspricht dem Integral des Strommesssignals im Frequenzbereich, dieses entspricht der Energie des Strommesssignals. Die Energiewerte der Seitenbänder sind direkt proportional zur elektrischen Energie, die in den Fehlerstellen umgesetzt wird.The area under the frequency response curve of the current measurement signal corresponds to the integral of the current measurement signal in the frequency domain, this corresponds to the energy of the current measurement signal. The energy values of the sidebands are directly proportional to the electrical energy that is converted in the defects.
Die Seitenbänder des Frequenzgangs des Strommesssignals heben sich also bei Vorliegen einer Leitungsstörung in unmittelbarer Nähe der Netzfrequenz durch erhöhte Energieinhalte von dem Frequenzgang im ungestörten Fall ab. Um Störungen durch Isolations-, Korrosions-, Material- und Montagefehler zu erkennen, reicht es also aus, die Energie der Seitenbänder der Netzfrequenz in einem ersten Seitenband zwischen 0 Hz und der Netzfrequenz und einem zweiten Seitenband zwischen der Netzfrequenz und der doppelten Netzfrequenz zu überwachen.The sidebands of the frequency response of the current measurement signal thus stand out in the presence of a line fault in the immediate vicinity of the grid frequency by increased energy content of the frequency response in the undisturbed case. In order to detect interference due to insulation, corrosion, material and assembly errors, it is therefore sufficient to monitor the energy of the sidebands of the network frequency in a first sideband between 0 Hz and the network frequency and a second sideband between the network frequency and twice the network frequency ,
Um eine erhöhte Auflösung zu bekommen, wird die Amplitude bei der Netzfrequenz herausgefiltert durch einen Netzfilter. Die Messung und kontinuierliche Integration wird nur in dem erwähnten begrenzten Frequenzband durchgeführt. Dadurch wird die Elektronik sehr vereinfacht aufbaubar.To get an increased resolution, the amplitude at the mains frequency is filtered out by a line filter. The measurement and continuous integration is performed only in the mentioned limited frequency band. As a result, the electronics can be built very simplified.
In der Praxis können dazu aktive Filterschaltungen oder Mikrokontroller eingesetzt werden.In practice, active filter circuits or microcontrollers can be used for this purpose.
In der Ausführungsform nach
Beide getrennt gefilterten Signale werden in einer Integrationsschaltung
Am Ausgang der Integrationsschaltung
In der Ausführungsform nach
In einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinheit
Verbraucher mit phasengesteuerten Schaltelementen, z. B. Thyristoren, geben zusätzliche, periodische Störungen ab. Diese können mit Hilfe des Mikrocontrollers identifiziert und ausgeblendet werden. Dazu wird das Strommesssignal mittels weiterer Programmmodule der Signalverarbeitung im Anwendungsprogramm des Mikrocontrollers auf periodische Störungen laufend untersucht und der Leitungsschutzschalter wird nicht ausgelöst, wenn eine Störung von der Signalverarbeitung als eine solche periodische, von einem phasengesteuerten Schaltelement herrührende, erkannt worden ist. Consumer with phased switching elements, eg. As thyristors, give additional, periodic disturbances. These can be identified and hidden using the microcontroller. For this purpose, the current measurement signal is continuously examined by means of further program modules of the signal processing in the application program of the microcontroller for periodic disturbances and the circuit breaker is not triggered when a fault has been detected by the signal processing as such a periodic, from a phased switching element originating.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Strangleitungtrain line
- 1'1'
- Strangleitungtrain line
- 22
- Schutzvorrichtungguard
- 2'2 '
- LeitungsschutzschalterCircuit breaker
- 2''2 ''
- Zusatzauslöseradditional release
- 33
- Netzleitungpower line
- 3'3 '
- Netzleitungpower line
- 44
- Verbraucherconsumer
- 55
- ÜbergangswiderstandContact resistance
- 66
- IsolationsleckwiderstandInsulation leakage resistance
- 77
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 88th
- Differenzverstärkerdifferential amplifier
- 99
- galvanisch trennende Spannungsversorgunggalvanically isolated power supply
- 1010
- Vorrichtung zur StörungsüberwachungDevice for fault monitoring
- 1111
- Messvorrichtungmeasuring device
- 1212
- Auswerteeinheitevaluation
- 12'12 '
- Auswerteeinheitevaluation
- 1313
- Auslösesignaltrigger signal
- 1414
- erste Filtereinrichtungfirst filter device
- 1515
- gefiltertes Strommesssignalfiltered current measuring signal
- 1616
- Integrationseinrichtungintegration means
- 16'16 '
- Integrationseinrichtungintegration means
- 1717
- integriertes Strommesssignalintegrated current measuring signal
- 17'17 '
- integriertes Strommesssignalintegrated current measuring signal
- 1818
- Vergleichs- und AuslösesignalerzeugungseinheitComparison and trigger signal generation unit
- 1919
- Schwellenwertthreshold
- 2020
- zweite Filtereinrichtungsecond filter device
- 20'20 '
- zweite Filtereinrichtungsecond filter device
- 2121
- analoge Integrationsschaltunganalog integration circuit
- 21'21 '
- analoge Integrationsschaltunganalog integration circuit
- 2222
- StrommesssignalCurrent measurement signal
- 2323
- A/D-WandlerA / D converter
- 2424
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 2525
- verrauschte Kurvenoisy curve
- 2626
- glatte Kurvesmooth curve
- 2727
- TiefpassfilterLow Pass Filter
- 2828
- HochpassfilterHigh Pass Filter
- 2929
- Komparatorcomparator
- 3030
- SollwertgeberSetpoint generator
- 3131
- Ausgangsverstärkeroutput amplifier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102005031811 A1 [0008] DE 102005031811 A1 [0008]
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Wikipedia-Artikel "Kerbfilter", Version vom 21.03.2010 * |
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