DE102008033320B3

DE102008033320B3 - Verfahren zur Überwachung einer Schalteinrichtung für elektronische Heizstromkreise

Info

Publication number: DE102008033320B3
Application number: DE102008033320A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reinker
Original assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Current assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-07-17

Abstract

In einer Schalteinrichtung mit Schaltelementen zum Öffnen und Schließen elektronischer Heizstromkreise wird mittels Mikroprozessorsteuerung - die Überwachung der Haupt- und Hilfsschaltgeräte auf Funktion und Verschleiß - die Überwachung des Fehlerstromes - die Überwachung der Funktion der Heizeinrichtung - die Überwachung der Heizeinrichtung auf Kurzschluss - die Isolationsüberwachung - die Erfassung der Temperatur und - eine Überbrückungssteuerung vorgenommen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Schalteinrichtung gemäß den Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 32 40053 C2 ist eine Schalteinrichtung mit einem magnetgesteuerten Schaltgerät, einem Hilfsschaltgerät und einen elektronischen Schalter bekannt, wobei beim Schließen des Stromkreises zur Last zuerst die Kontakte des Hilfsschaltgeräts, dann des elektronischen Schalters und zuletzt des magnetgesteuerten Schaltgerätes geschlossen werden und beim Öffnen der Vorgang in genau umgekehrter Reihenfolge abläuft. Dabei wird mit Hilfe einer Prüfschaltung und mehreren Sensoren der Zustand des jeweiligen Schalters überprüft, bevor der nächste Schaltvorgang begonnen wird.
Der Nachteil ist hierbei, dass nur der jeweilig aktive Schalter überprüft wird, bevor der nächste Schaltvorgang begonnen wird und die Schaltvorgänge unabhängig von tatsächlichen Verhältnissen auf der Lastseite erfolgen und Störungen an den Verbrauchern oder Verschleiß bzw. Defekte der Schalteinrichtung nicht erkannt werden. Durch die Schalteinrichtung kann nur ein Verbraucher gesteuert werden.
Aus der DE 199 40 988 A1 ist ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung eines Heizkörpers bekannt, indem vor dem Einschalten ein Messstrom über Ruhekontakte des Leistungsschaltgerätes nur bei nicht unterbrochener Heizwendel erzeugt wird, so dass dadurch nur eine Unterbrechung der Heizwendel geprüft wird und über zusätzliches Schalten einer Hochspannung auf das Mantelrohr der Heizwendel ein Messstrom nur bei Kurzschluss zwischen Mantelrohr und Heizwendel erzeugt wird, so dass dadurch nur ein Kurzschluss zwischen Mantelrohr und Heizwendel geprüft wird. Nachteilig ist außerdem, dass während der Prüfungen Ruhekontakte an den Leistungsschaltgerät erforderlich sind und eine Hochspannung direkt an das Schutzrohr geschaltet wird und die Schutzleiterverbindung abgeschaltet ist.
Aus der DE 100 43 571 C1 ist eine Schalteinrichtung bekannt, mit der die Isolationsüberwachung eines Heizkörpers durch Ankopplung einer Gleichspannung an einen Hauptleiter und Erfassen des Ableitstromes über Spannungsabfall erfolgt. Nachteilig ist, dass der Isolationswiderstand des gesamten Heizabganges, d. h. aller angeschlossenen Heizkörper erfasst wird.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, mit der eine Überwachung der Funktion von einer oder mehreren angeschlossenen Heizeinrichtungen im ab- und eingeschaltenen Zustand erfolgt, bei Defekt der Steuereinheit eine Noteinschaltung ermöglicht wird sowie Störungen durch Warnmeldung vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird dies durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 hervorgehobenen Merkmale erreicht. Durch diese Merkmale ist es möglich, Kurzschlüsse vor dem Einschalten zu erkennen und die Funktion der Haupt- und Hilfsschaltgeräte, den Zustand der Kabelanlage und der Heizeinrichtung zu überwachen und zu melden und damit Störungen zu vermeiden sowie bei auftretenden Defekten an der Steuereinheit über eine Überbrückungsschaltung einen Notbetrieb zu ermöglichen sowie Temperaturmesswerte ohne zusätzliche Leitungen für die Temperaturfühler zur Schalteinrichtung zu übertragen.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen dargestellt:
1: Schalteinrichtung zum Schalten von einer dreiphasigen Heizeinrichtung
2: Hauptstromkreis einer Schalteinrichtung zum Schalten von zwei zweipoligen Heizeinrichtungen
1 zeigt eine Schalteinrichtung mit vier Hauptstromleitern (L1, L2, L3, N) für eine dreiphasige Heizeinrichtung (15) mit Nullleiter (N). Nachfolgend angeführte Funktionen werden realisiert:

1. Überwachung der Haupt- und Hilfsschaltgeräte auf Funktion und Verschleiß Bei geschlossenen Schaltelementen werden über Spannungsmesseinrichtung Eingang (4) und Spannungsmesseinrichtung Ausgang (6) die Spannungen aller Hauptstromleiter erfasst und daraus in der Mikroprozessorsteuerung (5) der Spannungsabfall über das Schaltgerät (1) und Hilfs schaltgerät (2) und elektronischen Schaltgerät (3) während jedes Schaltschrittes derselben ermittelt und überwacht.
2. Überwachung Fehlerstrom Bei geschlossenen Schaltelementen werden über Strommesseinrichtung (13) die Ströme der Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) erfasst und daraus in der Mikroprozessorsteuerung (5) durch elektronische Summenbildung der Fehlerstrom der angeschlossenen Heizeinrichtung (15, 16) ermittelt und überwacht.
3. Überwachung der Funktion der Heizeinrichtung (15) Bei geschlossenen Schaltelementen werden aus Strom und Spannung der Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) in der Mikroprozessorsteuerung (5) die Impedanz pro Heizeinrichtung (15, 16) ermittelt und überwacht.
4. Überwachung der Heizeinrichtung (15) auf Kurzschluss Bei geöffneten Schaltelementen werden über Kontakte (12) von Steuerrelais (14) ein geringer Prüfstrom über die Spannungs-Stromquelle (7) in die Hauptstromleiter (L1, L2, L3) eingespeist und der über die Heizeinrichtung (15) fließende Prüfstrom in der Messeinrichtung Spannungs-Stromquelle (11) erfasst und in der Mikroprozessorsteuerung (5) überwacht. Bei Überschreitung eines parametrierbaren Sollwertes wird Kurzschluß in der Heizeinrichtung (15) detektiert und die Einschaltung der Schaltelemente gesperrt.
5. Isolationsüberwachung Bei geöffneten Schaltelementen wird über Kontakte (12) von Steuerrelais (14) eine Spannungseinkopplung (10) an Hauptstromleiter (L2, N) angekoppelt und über Messeinrichtung Spannungseinkopplung (8) die Spannung und über Messeinrichtung Ableitstrom (17) der Ableitstrom gegen Erde (9) erfasst und daraus in der Mikroprozessorsteuerung (5) der Isolationswiderstand ermittelt und überwacht.
6. Erfassung der Temperatur ohne zusätzliche Leitung Bei geöffneten Schaltelementen wird bei aktivierter Spannungs-Stromquelle (7) die Kommunikationsschaltung (18) aktiviert und die Temperaturfühler (19) erfassen die Temperatur an den Heizeinrichtung (15, 16). Die Messwerte der Temperaturfühler werden über Kontakt (12) der Steuerrelais (14) und Spannungs-Stromquelle (7) zur Mikroprozessorsteuerung (5) übertragen
7. Überbrückungssteuerung Bei geschlossenen und geöffneten Schaltelementen und bei Defekt der Mikroprozessorsteuerung (5) bzw. Hilfschaltgerät (2) bzw. elektronischen Schaltgerät (3) wird das Überwachungsrelais (20) geschaltet und der Steueranschluß der Magnetspule des Schaltgerätes (1) wird von der Mikroprozessorsteuerung (5) über den Wechslerkontakt (21) getrennt und mit einem Direkteingang (22) verbunden, sodass über diesen das Schaltgerät (1) direkt geschaltet werden kann und dadurch eine Überbrückungssteuerung realisiert wird, mit der ein externer Notbetrieb über nicht dargestellte Handschalter oder über ebenfalls nicht dargestellte übergeordnete Steuerungen zum Beispiel in Abhängigkeit von der Witterung erfolgen kann.

2 zeigt ausschnittweise den Hauptstromkreis einer analogen Schalteinrichtung für zwei zweiphasige Heizeinrichtungen (16).
Es werden die gleichen Funktionen für jede Heizeinrichtung zweiphasig (16) wie für Heizeinrichtung dreiphasig (15) einzeln und nacheinander separat überwacht.
Befindet sich die Schalteinrichtung gemäß 1 oder 2 im ausgeschaltenen Zustand, erfolgt zyklisches Schalten der Steuerrelais (14), sodass die Kontakte (12) der Steuerrelais (14) nacheinander geschlossen und wieder geöffnet werden. Bei Schließen des Kontakt (12) eines Steuerrelais (14) wird zunächst die Spannungs-Stromquelle (7) an einen Hauptstromleiter (L1, L2, L3) angekoppelt und über Messeinrichtung Spannungs-Stromquelle (11) der Prüfstrom erfasst und mit einem Sollwert in der Mikroprozessorsteuerung (5) verglichen und überwacht. Ist der erfasste Prüfstrom größer als der Sollwert, wird Kurzschluss in dem Hauptstromkreis detektiert und die Einschaltung der Schaltelemente verhindert. Nachfolgend wird bei Schließen des Kontakt (12) eines Steuerrelais (14) die Spannungseinkopplung (10) an einen Hauptleiter (L1, L2, L3, N) angekoppelt und durch Messeinrichtung Ableitstrom (17) der Fehlerstrom und über Messeinrichtung Spannungseinkopplung (8) der Spannungsabfall über die Spannungseinkopplung (10) erfasst. Aus diesen wird der Isolationswiderstand ermittelt und überwacht.
Wird über den Bus der Mikroprozessorschaltung ein Einschaltbefehl übertragen, wird das Hilfsschaltgerät (2) und nach einer Zeitverzögerung das elektronische Leistungsschaltgerät (3) aktiviert. Diese Schalthandlungen werden durch Vergleich der Messwerte aus Spannungsmesseinrichtung Eingang (4) und Spannungsmesseinrichtung Ausgang (6) überwacht. Danach erfolgt die Einschaltung des Schaltgerätes (1). Durch Vergleich der Messwerte aus Spannungsmesseinrichtung Eingang (4) und Spannungsmesseinrichtung Ausgang (6) werden die Schaltschritte überwacht.
Bei einem Ausschaltbefehl wird das Schaltgerät (1) abgeschaltet und durch Vergleich der Messwerte Spannungseinrichtung Eingang (4) und Spannungsmesseinrichtung Ausgang (6) der Schaltschritt überwacht. Anschließend erfolgt Abschalten des elektronischen Leistungsschaltgerätes (3) und zuletzt Abschalten des Hilfsschaltgerätes (2).
Zum Zweck der Temperaturerfassung an der Heizeinrichtung (15, 16) ohne zusätzliche Leitung kann die Schalteinrichtung gemäß 1 und 2 mit einer Kommunikationsschaltung (18) und Temperatursensoren (19) ausgeführt werden. Dabei werden bei abgeschalteten Schaltelementen und eingeschalteten Steuerrelais (14) über die Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N bzw. L1', L2') und Kommunikationsschaltung (18) die Temperatursensoren (19) aktiviert und die Messwerte der Temperatursensoren (19) werden über Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N bzw. L1', L2') und Kontakte (12) der Steuerrelais (14) und Spannungs-Stromquelle (7) zur Mikroprozessorsteuerung (5) übertragen.

L1, L2, L3, N, L1', L2': Hauptleiter
A1, A2, A1', A2': Heizanschluss
1: Schaltgerät
2: Hilfsschaltgerät
3: Elektronisches Schaltgerät
4: Spannungsmesseinrichtung Eingang
5: Mikroprozessorsteuerung
6: Spannungsmesseinrichtung Ausgang
7: Spannungs-/Stromquelle
8: Messeinrichtung Spannungseinkopplung
9: Erdpotenzial
10: Spannungseinkopplung
11: Messeinrichtung Spannungs-/Stromquelle
12: Kontakte
13: Strommesseinrichtung
14: Steuerrelais
15: Heizeinrichtung dreiphasig
16: Heizeinrichtung zweiphasig
17: Messeinrichtung Ableitstrom
18: Kommunikationsschaltung
19: Temperatursensor
20: Überwachungsrelais
21: Wechslerkontakt
22: Direkteingang

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Schalteinrichtung mit Schaltelementen zum Öffnen und Schließen einer mehrphasigen Heizeinrichtung (15, 16), mit einem im jeweiligen Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) liegenden Kontakt eines magnetgesteuerten Schaltgerätes (1), zu dem parallel ein als Trenner dienender Kontakt eines weiteren magnetgesteuerten Hilfsschaltgerätes (2) und dazu in Reihe je ein elektronischer Schalter geschaltet ist, wobei vor jeder Schaltzustandsänderung eines im Hauptstromleiter liegenden Kontaktes des Schaltgeräts (1) die in Serie liegenden Kontakte der Hilfsschaltgeräte (2) geschlossen, die elektronischen Schalter (3) durchgeschaltet und danach wieder die elektronischen Schalter gesperrt und die Hilfsschaltgeräte-Kontakte geöffnet werden, mit den folgenden Verfahrensschritten: dass bei geschlossenen Kontakten der Schaltgeräte (1, 2, 3) • zur Überwachung der Schaltgeräte (1, 2, 3) auf Funktion und Verschleiß über Spannungsmesseinrichtungseingang (4) und Spannungsmesseinrichtungsausgang (6) die Spannungen aller Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) erfasst und daraus in der Mikroprozessorsteuerung (5) der Spannungsabfall über das Schaltgerät (1) und das Hilfsschaltgerät (2) und das elektronische Schaltgerät (3) während jedes Schaltschrittes derselben ermittelt und überwacht wird, • zur Überwachung des Fehlerstroms über Strommesseinrichtungen (13) die Ströme der Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) erfasst und daraus in der Mikroprozessorsteuerung (5) durch elektronische Summenbildung der Fehlerstrom der angeschlossenen Heizeinrichtung (15, 16) ermittelt und überwacht wird • zur Überwachung der Funktion der Heizeinrichtung (15, 16) aus Strom und Spannung der Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) in der Mikroprozessorsteuerung (5) die Impedanz pro Heizeinrichtung (15, 16) ermittelt und überwacht wird und dass bei geöffneten Kontakten der Schaltgeräte (1, 2, 3) • zur Überwachung der Heizeinrichtung (15, 16) auf Kurzschluss über Kontakte (12) von Steuerrelais (14) ein geringer Prüfstrom über die Spannungs-Stromquelle (7) in die Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) eingespeist wird, der in der Mikrorechnersteuerung (5) überwacht wird und bei Überschreiten eines parametrierbaren Sollwertes Kurzschluss detektiert und die Einschaltung der Schaltgeräte (1, 2, 3) gesperrt wird • zur Erfassung der Temperatur ohne zusätzliche Leitung die Kommunikationsschaltung (18) aktiviert und die Temperaturfühler (19) die Temperatur an der Heizeinrichtung (15, 16) erfassen und die Messwerte der Temperaturfühler (19) über Kontakt (12) der Steuerrelais (14) und Spannungs- und Stromquelle (7) zur Mikroprozessorsteuerung (5) übertragen werden • zur Isolationsüberwachung über Kontakte (12) von Steuerrelais (14) eine Spannungseinkopplung (10) an die Hauptstromleiter (L1, L2, L3, N) angekoppelt und über Messeinrichtung der Spannungseinkopplung (8) die Spannung und über Messeinrichtung des Ableitstrom (17) der Ableitstrom gegen Erde (9) erfasst wird und daraus in der Mikrorechnersteuerung (5) der Isolationswiderstand ermittelt und überwacht wird und dass über eine Überbrückungssteuerung unabhängig vom Schaltzustand der Schaltgeräte (1, 2, 3) bei Defekt der Mikroprozessorsteuerung (5) bzw. Hilfsschaltgerät (2) bzw. elektronischen Schaltgerät (3) das Überwachungsrelais (20) abgeschaltet und der Steueranschluss der Magnetspule des Schaltgerätes (1) von der Mikroprozessorsteuerung über den Wechslerkontakt (21) getrennt und mit einem Direkteingang (22) verbunden wird, sodass über diesen das Schaltgerät (1) direkt geschaltet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontakt des Hilfsschaltgerätes (2) mit einer Magnetspule ausgeführt ist und damit einzeln schaltbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerrelais (14) und Überwachungsrelais (20) als elektronische Bauelemente oder mittels Software der Mikroprozessorsteuerung (5) ausgeführt sind.