DE19819166A1 - Verfahren zur Erfassung eines thermischen Abbildes eines Verbrauchers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines thermischen Abbildes eines an einem Leistungsschalter mit digital arbeitendem elektronischen Überstromauslöser angeschlossenen Verbrauchers sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Leistungsschalter. Die Lösung eignet sich für Leistungsschalter mit elektronischem Überstromauslöser, auch wenn der angeschlossene Verbraucher eine hohe thermische Trägheit besitzt. DOLLAR A Bei Leistungsschaltern mit elektronischem Überstromauslöser wird nach erfolgter Ausschaltung aufgrund eines Netzfehlers der elektronische Überstromauslöser spannungslos, so daß für die thermische Abbildung des angeschlossenen Verbrauchers besondere Maßnahmen geschaffen werden müssen, um zu verhindern, daß eine Wiedereinschaltung bei noch nicht wieder abgekühltem Verbraucher erfolgt. DOLLAR A Vorgeschlagen wird, daß mit dem Ausschalten des Leistungsschalters im Fehlerfall durch den Überstromauslöser ein von der Stromversorgung des Leistungsschalters unabhängigen Zeiterfassung ausgelöst, beispielsweise ein digitaler Zeitbaustein in Gang gesetzt wird und beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters die sei dem Ausschalten vergangene Zeit aus dem Zeitbaustein ausgelesen und daraus der thermische Zustand des Verbrauchers ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines thermischen Abbildes eines an einem Leistungsschalter mit digital arbeitendem elektronischen Überstromauslöser angeschlossenen Verbrauchers im ausgeschalteten Zustand des Leistungsschalters sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Leistungsschalter.

Überstromauslöser sollen einen Verbraucher sowie die betreffende elektrische Anlage vor Kurzschlüssen und thermischer Überlastung schützen. Herkömmliche Überlast­ schalter arbeiten mit einem Bimetallauslöser. Derartige Bimetallauslöser haben den Vorteil, daß sie ihre Aus­ gangsstellung erst nach einem Abkühlvorgang wieder einnehmen und solange eine Wiedereinschaltung des noch nicht hin­ reichend abgekühlten Verbrauchers verhindern. Der Abkühl­ vorgang des Bimetallauslösers kann dem Abkühlvorgang der meisten üblichen Verbraucher einigermaßen genau nachgebildet werden, so daß er ein hinreichend genaues thermisches Abbild liefert.

In Leistungsschaltern mit elektronischem Überstromauslöser wird bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts des überwachten Stroms das Quadrat des Stroms über die Stromflußdauer aufsummiert (I²t-Messung) und bei Über­ schreiten eines Grenzwertes die Ausschaltung ausgelöst. Die Auslösung entspricht somit dem Prinzip der Auslösung durch einen Bimetallauslöser. Nach erfolgter Ausschaltung ist der elektronische Überstromauslöser des Leistungsschalters jedoch spannungslos, so daß für die thermische Abbildung des angeschlossenen Verbrauchers besondere Maßnahmen geschaffen müssen, um zu verhindern, daß eine Wiedereinschaltung bei noch nicht wieder abgekühltem Verbraucher erfolgt. Zur thermischen Abbildung ist eine Kondensator-Widerstands­ schaltung bekannt. Der Kondensator ist zur Zeit der Überstromauslösung mit einer dem I²t-Wert entsprechenden Spannung aufgeladen. Seine langsame Entladung bildet den Abkühlvorgang des Verbrauchers nach, so daß der Ladezustand des Kondensators beim Wiedereinschalten gemessen werden kann und den thermischen Zustand des Verbrauchers wiedergibt. Liegt der Ladezustand noch über einem vorgegebenen Grenzwert, so wird der Leistungsschalter sofort wieder ausgeschaltet. Die US-PS 5 331 501 beschreibt beispielsweise eine solche Lösung.

Die Lösung hat den Nachteil, daß die verwendeten Bauelemente Streuungen unterliegen, so daß die Kondensatorentladungen kein sehr genaues Abbild ergeben, insbesondere dann, wenn der Verbraucher hohe Abkühlzeiten besitzt. Zum anderen ist nur eine grobe Kalibrierung auf bestimmte übliche Verbraucher­ daten möglich. Erwünscht wäre dagegen eine möglichst genaue thermische Abbildung ganz konkreter elektrischer Verbraucher.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen Leistungs­ schalter anzugeben, die ein präzises und auf konkrete Ver­ braucherdaten kalibrierbares thermisches Abbild ergeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem Ausschalten des Leistungsschalters im Fehlerfall durch den Überstromauslöser eine Zeiterfassung ausgelöst, beispiels­ weise ein von der Stromversorgung des Leistungsschalters unabhängiger, digitaler Zeitbaustein in Gang gesetzt wird und beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters die seit dem Ausschalten vergangene Zeit aus dem Zeitbaustein ausgelesen und daraus der thermische Zustand des Verbrauchers ermittelt wird.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß sich die verschiedensten Verbraucher, auch solche mit großer thermischer Trägheit, durch digitale Berechnung sehr genau thermisch abbilden lassen. Der elektronische Überstromauslöser läßt sich somit an jeden Verbraucher individuell anpassen.

Ein entsprechender Leistungsschalter ist erfindungsgemäß so aufgebaut, daß der elektronische Überstromauslöser mit einem von diesem setzbaren und lesbaren digitalen Zeitbaustein verbunden ist.

Die Energie zum Betreiben des Zeitbausteins kann vorteilhaft einem im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters von der Stromversorgung des Überstromauslösers aufgeladenen Kondensator oder einer Batterie entnommen sein, die gegebenenfalls ebenso im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters von der Stromversorgung des Überstromaus­ lösers aufgeladen wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Leistungsschalter-Anordnung.

Die zentralen Bausteine des elektronischen Überstromauslöser eines Leistungsschalters sind ein Mikroprozessor 1 sowie ein A/D-Wandler 2, mit dem der über einen Wandler 3 gemessene Stromwert an den Mikroprozessor 1 gegeben wird.

Die Spannungsversorgung für den Mikroprozessor 1 und den A/D-Wandler 2 erfolgt über einen Gleichrichter 4. Erfindungsgemäß ist der Mikroprozessor 1 mit einem digitalen Zeitbaustein 5 verbunden, dessen Spannungsversorgung nach einem Auslösen des Überstromauslösers durch einen Pufferkondensator 6 erfolgt. Der Zeitbaustein 5 ist mit einem RAM ausgerüstet, so daß sich sein Zählwert durch den Mikroprozessor 1 zurücksetzen bzw, auslesen läßt. Mit einem Auslösevorgang wird der Zeitbaustein 5 auf Null gesetzt und beginnt die Zeit zu zählen. Bei einem Wiedereinschalten des Leistungsschalters kann die Zeit ausgelesen werden. Die ausgelesene Zeit ist ein Maß für die Abkühlung eines angeschlossenen Verbrauchers, die im Mikroprozessor 1 nach einer vorgegebenen Berechnungsmethode, z. B. unter der Annahme exponentiell sinkender Temperatur, bestimmt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird.

Da der Zeitbaustein 5 nur eine geringe Stromaufnahme in der Größenordnung von 1 µA hat, können auch sehr lange Abkühl­ zeiten präzise gemessen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erfassung eines thermischen Abbildes eines an einem Leistungsschalter mit digital arbeitendem elektronischen Überstromauslöser angeschlossenen Verbrauchers im ausgeschalteten Zustand des Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausschalten des Leistungsschalters im Fehlerfall durch den Überstromauslöser eine von der Stromversorgung des Leistungsschalters unabhängige Zeiterfassung ausgelöst wird und beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters die seit dem Ausschalten vergangene Zeit zur Ermittlung des thermischen Zustandes des Verbrauchers benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiterfassung, Speicherung und Auslesung digital erfolgt.

3. Leistungsschalter mit einem digital arbeitenden elektronischen Überstromauslöser (1, 2) und einem thermischen Abbild eines anzuschließenden Verbrauchers zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Überstromauslöser (1, 2) mit einem von diesem setzbaren und lesbaren digitalen Zeitbaustein (5) verbunden ist.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Betreiben des Zeitbausteins (5) einem im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters von der Stromversorgung (4) des Überstromauslösers (1, 2) aufgeladenen Kondensator (6) entnommen ist.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Betreiben des Zeitbausteins (5) einer Batterie entnommen ist.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Betreiben des Zeitbausteins (5) einer im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters von der Stromversorgung (4) des Überstromauslösers (1, 2) gepufferten Batterie entnommen ist.