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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Energieverteilungssysteme und insbesondere auf eine zonenselektive Verriegelung und Schaltkreisvorrichtungsüberwachung in Energieverteilungssystemen.
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Bekannte elektrische Verteilungssysteme weisen mehrere Schaltgeräteaufreihungen auf, die Schutzschalter enthalten, die jeweils mit einer oder mit mehreren Lasten verbunden sind. Die Schutzschalter enthalten typischerweise eine Auslöseeinheit, die den Schutzschalter basierend auf einem detektierten Strom steuern, der durch den Schutzschalter fließt. Insbesondere verursacht die Auslöseeinheit eine Unterbrechung des durch den Schutzschalter fließenden Stroms, wenn sich der Strom außerhalb von akzeptablen Zuständen befindet.
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Zum Beispiel sind zumindest einige der bekannten Schutzschalter mit einem oder mehreren Stromschwellenwerten programmiert (auch bekannt als „Pickup“-Schwellenwerte), die unerwünschte Stromniveaus für den Schutzschalter angeben. Wenn ein Fehler einen Strom oberhalb einer oder mehrerer Stromschwellenwerte für eine vorbestimmte Zeitdauer zieht, aktiviert die Auslöseeinheit zum Beispiel typischerweise den zugeordneten Schutzschalter, um den durch den Schutzschalter fließenden Strom zu unterbinden. Jedoch verwendet eine typische Anordnung in einem Energieverteilungssystem, das mehrere Schutzschalter enthält, eine Hierarchie von Schutzschaltern. Große Schutzschalter (d.h. Schutzschalter mit einem großen Nennstrom) sind näher an einer Energiequelle als niedere Stromspeisetrennschalter positioniert und speisen die nieder bemessenen Stromspeisetrennschalter. Jeder Speisetrennschalter kann mehrere weitere Schutzschalter speisen, die mit Lasten oder anderen Verteilungseinrichtungen verbunden sind.
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Ein Fehler kann irgendwo in der Schutzschalterhierarchie auftreten. Wenn ein Fehler auftritt, kann jeder Schutzschalter, durch den derselbe Fehlerstrom fließt, unterschiedliche Fehlerstromgrößen aufgrund von variierenden Sensorempfindlichkeiten und/oder -toleranzen detektieren. Wenn der Fehler auftritt, sollte der Schutzschalter, der am nächsten an dem Fehler angeordnet ist, auslösen, um den Strom, der durch den Schutzschalter fließt, zu unterbinden. Wenn ein in der Hierarchie höherer Schutzschalter auslöst, kann es sein, dass mehrere Schaltkreise oder Lasten unnötigerweise den Betrieb einstellen.
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Um variierenden Toleranzen Rechnung zu tragen und sicherzustellen, dass nicht mehrere Schutzschalter basierend auf demselben Fehlerstrom unnötigerweise auslösen, sind die Stromschwellenwerte von zumindest einigen bekannten Schutzschaltern miteinander verschachtelt, um überlappende Fehlerstromschwellenwerte zu vermeiden. Bei einigen anderen bekannten Systemen senden Schutzschalter in einer niedrigeren Schicht Koordinations- oder Blockiersignale zu Schutzschaltern höherer Schichten, wenn ein Fehlerstrom detektiert wurde. Der Betrieb der Schutzschalter höherer Schichten ist mit dem Betrieb der Schutzschalter niedrigerer Schichten als Antwort auf das Blockiersignal koordiniert. In zumindest einigen bekannten Systemen, sind Schutzschalter höherer Schichten nicht in der Lage, zwischen dem Ausbleiben eines Blockiersignal und einem Kommunikationsfehler (z.B. einer unterbrochenen Verbindung/ Kabelleitung) zwischen dem Schutzschalter niedrigerer Schicht und dem Schutzschalter höherer Schicht zu unterscheiden. Wenn in solchen Systemen ein Kommunikationsfehler auftritt, wird der Schutzschalter höherer Schicht keine Kenntnis darüber erlangen, dass der Schutzschalter einer niedrigeren Schicht einen Fehler detektiert hat, und unnötige Fehlauslösungen des Schutzschalters höherer Schicht werden wahrscheinlicher.
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KURZBESCHREIBUNG
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In einem Aspekt enthält ein zonenselektives verriegelndes (ZSI-)Energieverteilungssystem eine erste Schaltkreisschutzvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen durch die erste Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, eine zweite Schaltkreisschutzvorrichtung stromabwärts von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung und eine Steuervorrichtung. Die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung enthält einen Auslösemechanismus, der dazu eingerichtet ist, einen durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, und eine Auslöseeinheit, die mit dem Auslösemechanismus funktionsmäßig verbunden ist. Die Auslöseeinheit ist dazu eingerichtet, den durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu überwachen, ein erstes Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom kleiner als ein Schwellenwert ist, und ein zweites Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Das erste und das zweite Signal sind voneinander verschieden und von einer Abwesenheit eines Signals verschieden. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf das erste Signal in einem ersten Modus zu steuern, die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf das zweite Signal in einem zweiten Modus zu steuern und die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf die Abwesenheit eines Signals von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung in einem dritten Modus zu steuern.
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In dem vorstehend beschriebenen ZSI-Energieverteilungssystem kann die Steuervorrichtung innerhalb der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung angeordnet sein.
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Der erste Modus kann ein uneingeschränkter Betriebsmodus sein, und der zweite Betriebsmodus kann ein eingeschränkter Betriebsmodus sein.
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Im letzteren Fall kann der dritte Modus zwischen dem eingeschränkten Betriebsmodus und dem uneingeschränkten Betriebsmodus wählbar sein.
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Außerdem kann die Steuervorrichtung ferner dazu eingerichtet sein, eine Warnung als Antwort auf die Abwesenheit eines Signals von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung zu liefern.
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In dem ZSI-Energieverteilungssystem gemäß jeder beliebigen der vorstehend erwähnten Arten kann der Schwellenwert ein ZSI-Blockierschwellenwert sein, der kleiner als ein Auslöseschwellenwert für die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung ist.
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In einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, eine Abwesenheit eines Signals von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung zu detektieren, wenn eine bestimmte Zeitspanne ohne den Empfang zumindest eines von dem ersten Signal und dem zweiten Signal verstreicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das ZSI-Energieverteilungssystem ferner eine dritte Schaltkreisschutzvorrichtung stromabwärts von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung, wobei die dritte Schaltkreisschutzvorrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Signal auszugeben, wenn ein überwachter Strom durch die dritte Schaltkreisschutzvorrichtung kleiner als der Schwellenwert ist, und das zweite Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom durch die dritte Schaltkreisschutzvorrichtung größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist, und einen Aggregator aufweisen, der mit der ersten, zweiten und dritten Schaltkreisschutzvorrichtung kommunikationsmäßig verbunden ist, wobei der Aggregator dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Signal von der zweiten und der dritten Schaltkreisschutzvorrichtung zu empfangen und eine aggregierte Ausgabe an die Steuervorrichtung zu liefern.
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In der zuletzt erwähnten Ausführungsform kann der Aggregator dazu eingerichtet sein, eine aggregierte Ausgabe zu liefern, die anzeigt, ob das erste Signal, das zweite Signal oder eine Abwesenheit des ersten und des zweiten Signals detektiert wurde.
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Außerdem kann der Aggregator dazu eingerichtet sein, das erste Signal an die Steuervorrichtung auszugeben, wenn das erste Signal sowohl von der ersten als auch von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung empfangen wird, das zweite Signal an die Steuervorrichtung auszugeben, wenn das zweite Signal entweder von der ersten oder von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung empfangen wird, und das dritte Signal an die Steuervorrichtung auszugeben, wenn das erste und das zweite Signal nicht von einer von der ersten und der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung empfangen wird und das zweite Signal nicht von der anderen von der ersten und der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung empfangen wird.
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In einem weiteren Aspekt enthält eine Schaltkreisschutzvorrichtung zur Verwendung in einem zonenselektiven verriegelnden (ZSI-)Energieverteilungssystem einen Auslösemechanismus, der dazu eingerichtet ist, einen durch die Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, und eine Auslöseeinheit, die mit dem Auslösemechanismus funktionsmäßig verbunden ist. Die Auslöseeinheit ist dazu eingerichtet, einen durch die Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu überwachen, ein erstes Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom kleiner als ein Schwellenwert ist, und ein zweites Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Das erste und zweite Signal unterscheiden sich voneinander und sind von einer Abwesenheit eines Signals verschieden.
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In der zuvor erwähnten Schaltkreisschutzvorrichtung kann der Schwellenwert ein ZSI-Blockierschwellenwert sein, der kleiner als ein Auslöseschwellenwert für die Schaltkreisschutzvorrichtung ist.
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In einer Ausführungsform kann das erste Signal ein intermittierendes Signal aufweisen, das in einem im Wesentlichen konstanten Intervall wiederholt wird, während der überwachte Strom kleiner als der Schwellenwert ist.
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Insbesondere kann das intermittierende Signal eine Dauer aufweisen, die kleiner als das im Wesentlichen konstante Intervall ist.
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In einer Ausführungsform kann das erste Signal im Wesentlichen den gleichen Betrag wie das zweite Signal aufweisen, und das erste Signal kann eine von dem zweiten Signal verschiedene Dauer aufweisen.
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In einem noch weiteren Aspekt enthält eine Steuervorrichtung zur Verwendung in einem ZSI-Energieverteilungssystem einen Ausgang, der dazu eingerichtet ist, mit einer ersten Schaltkreisschutzvorrichtung kommunikationsmäßig verbunden zu sein, einen Eingang, der dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung stromabwärts von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung kommunikationsmäßig verbunden zu sein, eine Speichereinrichtung und einen Prozessor, der mit der Speichereinrichtung verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist dazu programmiert, die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf eine Detektion eines ersten Signals an dem Eingang in einem ersten Modus zu steuern, die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf eine Detektion eines zweiten Signals an dem Eingang in einem zweiten Modus zu steuern und die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf die innerhalb einer bestimmten Zeitspanne fehlende Detektion des ersten Signals oder des zweiten Signals an dem Eingang in einem dritten Modus zu steuern.
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In der zuvor erwähnten Steuervorrichtung kann der erste Modus ein uneingeschränkter Betriebsmodus sein, und der zweite Betriebsmodus kann ein eingeschränkter Betriebsmodus sein.
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Ferner kann der dritte Modus zwischen dem eingeschränkten Betriebsmodus und dem uneingeschränkten Betriebsmodus wählbar sein.
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Die Steuervorrichtung jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner dazu eingerichtet sein, als Antwort auf eine mangelnde Detektion des ersten Signals oder des zweiten Signals an dem Eingang innerhalb der bestimmten Zeitspanne eine Warnung zu liefern.
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Ein weiterer Aspekt ist ein ZSI-Energieverteilungssystem, das eine erste Schaltkreisschutzvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen durch die erste Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, eine zweite Schaltkreisschutzvorrichtung stromabwärts von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung und eine Steuervorrichtung enthält, die mit der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung kommunikationsmäßig verbunden ist. Die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung enthält einen Auslösemechanismus, der dazu eingerichtet ist, einen durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, und eine Auslöseeinheit, die mit dem Auslösemechanismus funktionsmäßig verbunden ist. Die Auslöseeinheit ist dazu eingerichtet, einen durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu überwachen und ein erstes Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom kleiner als ein ZSI-Blockierschwellenwert ist. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort auf eine Detektion des ersten Signals in einem uneingeschränkten Modus zu steuern und die erste Schaltkreisschutzvorrichtung als Antwort darauf, dass das erste Signal nicht detektiert wird, in einem eingeschränkten Modus zu steuern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften Energieverteilungssystems.
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2 ist eine graphische Darstellung eines beispielhaften kontinuierlichen und intermittierenden Signals.
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3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren beispielhaften Energieverteilungssystems.
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4 ist ein Diagramm eines beispielhaften Aggregators, der in dem in 3 gezeigten System verwendet werden kann.
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5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren beispielhaften Energieverteilungssystems, das einen Kommunikationsbus enthält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen von Schaltkreisschutzvorrichtungen, zonenselektiven verriegelnden (ZSI-)Energieverteilungssystemen und Verfahren zur Überwachung von Schaltkreisschutzvorrichtungen und/oder Energieverteilungssystemen sind hierin beschrieben. Die beispielhaften Systeme überwachen den Zustand eines Kommunikationskanals bzw. von Kommunikationskanälen zwischen Schaltkreisschutzvorrichtungen in einem ZSI-System. Die Systeme sind betriebsbereit, um zu detektieren, wenn eine Kommunikation misslang, eine Warnung zu erzeugen und/oder eine Schaltkreisvorrichtung einer höheren Schicht entsprechend zu betätigen. Darüber hinaus bieten beispielhafte Systeme eine selektive ZSI, um zu ermöglichen, dass ein ZSI-Schema so eingerichtet wird, dass die Zuverlässigkeit und Reaktionsfähigkeit erhöht werden oder eine Fehlauslösung von Schaltkreisschutzvorrichtungen höherer Schichten reduziert wird.
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1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Abschnitts eines beispielhaften Energieverteilungssystems 100, das eine Quelle 102 enthält, die über eine Schaltkreisschutzvorrichtung 106 Energie zu einer Last 104 liefert. Elektrische Energiequellen 102 können zum Beispiel einen oder mehrere Generatoren oder andere Einrichtungen aufweisen, die elektrischen Strom (und daraus resultierende elektrische Leistung) für die Last 104 bereitstellen. Der elektrische Strom wird über einen Verteilerbus 108 zu den Lasten 104 übertragen. Die Last 104 kann Maschinen, Motoren, Beleuchtungseinrichtungen und/oder andere elektrische und mechanische Einrichtungen einer Produktions- oder Energieerzeugungs- oder Energieverteilungseinrichtung enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Energieverteilungssystem 100 ist ein Niederspannungsverteilungssystem, das für den Betrieb mit einem Wechselstrom (AC) bei Spannungen bis ungefähr 1 Kilovolt (kV) ausgelegt ist. In anderen Ausführungsformen ist das Energieverteilungssystem 100 ein Mittelspannungssystem, das für den Betrieb mit AC-Spannungen zwischen ungefähr 1 kV und 52 kV ausgelegt ist. Alternativ ist das System 100 für den Betrieb mit einer beliebigen anderen Spannung oder in einem Bereich von Spannungen ausgelegt.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in einer Hierarchie angeordnet, die eine erste Schicht 110 und eine zweite Schicht 112 enthält, um unterschiedliche Schutzniveaus und Überwachungsniveaus für das Energieverteilungssystem 100 bereitzustellen. Zum Beispiel ist eine erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 (auf die manchmal als Quellenschaltkreisschutzvorrichtung Bezug genommen wird) in der ersten Schicht 110 angeordnet, um einen Strom von einer elektrischen Energiequelle 102 zu erhalten und einen Strom für den Bus 108 zu liefern. Eine zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116 (auf die manchmal als Speiseschaltkreisschutzvorrichtung Bezug genommen wird) ist in der zweiten Schicht 112 stromabwärts von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 angeordnet und ist angeschlossen, um einen Strom von dem Bus 108 zu erhalten. Die Schaltkreisschutzvorrichtung 116 liefert einen Strom an die Last 104. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „stromabwärts“ auf eine Richtung von der elektrischen Energiequelle 102 in Richtung der Last 104. Der Begriff „stromaufwärts“ bezieht sich auf eine der stromabwärtigen Richtung entgegengesetzte Richtung, zum Beispiel von einer Last 104 in Richtung der elektrischen Energiequelle 102. Während 1 Schaltkreisschutzvorrichtungen veranschaulicht, die in zwei Schichten 110 und 112 angeordnet sind, sollte erkannt werden, dass jede beliebige geeignete Anzahl von Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in jeder beliebigen geeigneten Anzahl von Schichten angeordnet sein kann, um das Energieverteilungssystem 100 in die Lage zu versetzen, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Zum Beispiel sollte erkannt werden, dass bei einigen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere zusätzliche Schichten und/oder Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 zwischen der elektrischen Energiequelle 102 und der ersten Schicht 110 angeordnet sein können. Zusätzlich oder alternativ dazu können bei einigen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere zusätzliche Schichten und/oder Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 zwischen der Last 104 und den Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 der zweiten Schicht 112 angeordnet sein. Darüber hinaus können eine oder mehrere Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 angeordnet sein, um dem Bus 108 Energie (von einer beliebigen geeigneten Quelle 102) zuzuführen. Ein oder mehrere zusätzliche Schaltkreisschutzvorrichtungen können ebenso mit dem Bus 108 verbunden sein, um Energie zu einer oder mehreren zusätzlichen Lasten 104 zu liefern.
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In der beispielhaften Ausführungsform sind die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 Schutz- bzw. Trennschalter. Alternativ können die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 eine beliebige andere Vorrichtung sein, die eine Funktion des Energieverteilungssystems 100, wie hierin beschrieben, ermöglicht. In einer exemplarischen Ausführungsform ist jede Schaltkreisschutzvorrichtung 106 eine integrierte Auslöseeinheit, die eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 enthält. Alternativ dazu können eine oder mehrere Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 nicht integrierte Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 mit gesonderten Komponenten und/ oder Steuervorrichtung(en) sein. Die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 enthalten eine Auslöseeinheit 118, die mit einem Sensor 120 und einem Auslösemechanismus 122 funktionsmäßig verbunden ist. Die Auslöseeinheit 118 ist eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um den Betrieb der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu steuern. Die Auslöseeinheit 118 ist in einer exemplarischen Ausführungsform eine elektronische Auslöseeinheit (ETU), die einen mit einem Speicher 126, einer Eingabevorrichtung 128 und einer Anzeigevorrichtung 130 verbundenen Prozessor 124 enthält. Eine Auslöseeinheit 118 kann eine Computervorrichtung enthalten oder als ein solche betrachtet werden. In anderen Ausführungsformen können die Auslöseeinheiten 118 eine beliebige andere geeignete Art von Auslöseeinheiten sein. In einigen Ausführungsformen enthält eine oder enthalten mehrere Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 eine andere Art von Auslöseeinheit 118 und/oder ist eine andere Art von Schaltkreisschutzvorrichtung als zumindest eine andere der Schaltkreisschutzvorrichtungen 106. In einigen Ausführungsformen enthalten die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 keine Auslöseeinheiten 118, und die hierin beschriebenen Funktionen, wie sie von den Auslöseeinheiten 118 ausgeführt werden, werden stattdessen durch eine (nicht gezeigte) zentrale Steuervorrichtung ausgeführt.
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Der Sensor 120 ist in einer beispielhaften Ausführungsform ein Stromsensor, wie bspw. ein Stromtransformators, eine Rogowski-Spule, ein Halleffekt-Sensor und/oder ein Nebenschlusswiderstand, der einen durch den Auslösemechanismus 122 und/oder die Schaltkreisschutzvorrichtung 106 fließenden Strom misst. Alternativ kann der Sensor 120 irgendeinen anderen Sensor aufweisen, der das Energieverteilungssystem 100 in die Lage versetzt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Darüber hinaus kann der Sensor 120 in einer Schaltkreisschutzvorrichtung 106 integriert oder von der zugeordneten Schaltkreisschutzvorrichtung 106 gesondert sein. Verschiedene Sensoren 120 können für verschiedene Abschnitte des Systems 100 verwendet werden. Die Sensoren 120 in der ersten Schicht 110 können z.B. von den Sensoren 120 in der zweiten Schicht 112 verschieden sein. Jeder Sensor 120 erzeugt ein für den gemessenen oder detektierten Strom, der durch einen zugeordneten Auslösemechanismus 122 und/ oder eine zugeordnete Schaltkreisschutzvorrichtung 106 fließt, (hierin nachstehend als ”Stromsignal” bezeichnetes) kennzeichnendes Signal. Zusätzlich überträgt jeder Sensor 120 das Stromsignal an den dem Auslösemechanismus 122 zugeordneten oder mit diesem verbundenen Prozessor 124. Jeder Prozessor 124 ist programmiert, um den Auslösemechanismus 122 zu aktivieren, um einen zu einer Last 104 oder einer elektrischen Verteilungsleitung oder einen Bus gelieferten Strom zu unterbrechen, wenn das Stromsignal und/oder der durch das Stromsignal gekennzeichnete Strom einen Stromschwellenwertstrom überschreitet.
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Die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 sind miteinander kommunikationsmäßig verbunden. Genauer gesagt, sind die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 mit wenigstens einer stromaufwärtigen Schaltkreisschutzvorrichtung kommunikationsmäßig verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 über Kommunikationsanschlüsse in ihren entsprechenden Auslöseeinheiten 118 miteinander kommunikationsmäßig verbunden. Jede Auslöseeinheit 118 enthält einen Ausgangsanschluss 132 (der auch als Ausgang bezeichnet wird) und einen Eingangsanschluss 134 (der auch als Eingang bezeichnet wird), die dazu eingerichtet sind, Signale zu anderen Auslöseeinheiten 118 zu übertragen und von diesen Signale zu empfangen. Die Anschlüsse 132 und 134 jeder Auslöseeinheit können physikalisch getrennte Anschlüsse sein oder können ein einziger physikalischer Anschluss sein, der einen oder mehrere virtuelle Anschlüsse (z.B. die Anschlüsse 132 und 134) bereitstellt. Der Anschluss 132 oder 134 einer Auslöseeinheit 118 ist über einen oder mehrere Leiter 136 mit dem Anschluss 132 oder 134 einer anderen Auslöseeinheit 118 verbunden. Obwohl ein einziger Leiter 136 gezeigt ist, der den Ausgangsanschluss 132 der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 mit einem Eingangsanschluss 134 der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 verbindet, kann jede beliebige geeignete Anzahl von Leitern 136 verwendet werden, um die Anschlüsse 132 und 136 zu verbinden. Darüber hinaus kommunizieren in einigen Ausführungsformen die Anschlüsse 134 und 136 unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls ohne die Verwendung irgendeines Leiters 136. In einigen Ausführungsformen sind die Anschlüsse 132 und/oder 134 bidirektionale (z.B. Eingangs-/Ausgangs-)Anschlüsse.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist der Auslösemechanismus 122 ein Schutzschalter. Dem Auslösemechanismus 122 wird ein elektrisches Signal zugeführt, um den Schutzschalter zu veranlassen, auszulösen und den Stromfluss durch den Auslösemechanismus 122 zu unterbrechen. In anderen Ausführungsformen enthält der Auslösemechanismus 122 beispielsweise eine oder mehrere weitere Schutzschaltereinrichtungen und/oder Lichtbogen zurückhaltende Einrichtungen. Beispielhafte Schutzschaltereinrichtungen enthalten zum Beispiel Schaltkreisschalter, Kontaktarme und/ oder Stromkreisunterbrecher, die den durch die Schutzschaltereinrichtung zu einer mit der Schutzschaltereinrichtung verbundenen Last 104 fließenden Strom unterbrechen. Eine beispielhafte einen Lichtbogen zurückhaltende Einrichtung enthält z.B. eine Rückhalteanordnung, mehrere Elektroden, eine Plasmakanone und einen Auslöseschaltkreis, der die Plasmakanone veranlasst, ein ablatives Plasma in einen Spalt zwischen den Elektroden zu emittieren, um Energie in die Rückhalteanordnung von einem Lichtbogen oder einem anderen elektrischen Fehler, der an dem Schaltkreis detektiert wird, abzuleiten.
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Jeder Prozessor 124 steuert den Betrieb einer Schaltkreisschutzvorrichtung 106 und sammelt gemessene Betriebszustandsdaten, wie etwa Daten, die einen Strommesswert (hierin auch als „Stromdaten“ genannt) von einem Sensor 120, der dem Auslösemechanismus 122 zugeordnet und mit dem Prozessor 124 verbunden ist, repräsentieren. Der Prozessor 124 speichert die Stromdaten in einem Speicher 126, der mit dem Prozessor 124 verbunden ist. Es versteht sich, dass der Ausdruck „Prozessor“ sich allgemein auf irgendein programmierbares System bezieht, das Systeme und Mikrocontroller, Schaltkreise mit reduziertem Befehlssatz (RISC), anwenderspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC), programmierbare logische Schaltkreise und irgendwelche anderen Schaltkreise oder Prozessoren, die in der Lage sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen, aufweist. Die vorstehenden Beispiele sind nur beispielhaft und sind daher nicht dazu bestimmt, die Definition und/oder die Bedeutung des Begriffs „Prozessor“ auf irgendeine Weise einzuschränken.
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Der Speicher 126 speichert Programmcode und Befehle, die von dem Prozessor 124 ausführbar sind, um die Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu steuern. Der Speicher 126 kann nicht flüchtige Direktzugriffsspeicher (NVRAM), magnetische Direktzugriffsspeicher (MRAM), ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (FeRAM), Festwertspeicher (ROM), Flash-Speicher und/oder elektrisch löschbare, programmierbare Festwertspeicher (EEPROM) enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Jeder andere geeignete magnetische, optische und/oder halbleiterbasierte Speicher kann selbst oder in Kombination mit anderen Arten von Speichern in dem Speicher 126 enthalten sein. Der Speicher 126 kann auch ein entfernbarer oder wechselbarer Speicher sein oder einen solchen enthalten, einschließlich, aber nicht beschränkt, geeignete Steckmodul-, Platten-, CD-ROM, DVD- oder USB-Speicher.
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Die Eingabeeinrichtung 128 empfängt eine Eingabe beispielsweise von einer Bedienperson, einer anderen Auslöseeinheit 118, einer Fern-Recheneinrichtung, usw. Die Eingabeeinrichtung 128 kann zum Beispiel eine Tastatur, einen Kartenleser (zum Beispiel einen Smartcard-Leser), eine Zeigeeinrichtung, eine Maus, einen Eingabestift, ein berührungsempfindliches Bedienfeld (zum Beispiel ein Touchpad oder einen berührungsempfindlicher Bildschirm), ein Gyroskop, einen Beschleunigungssensor, einen Positionsdetektor, ein Tastenfeld, einen Kommunikationsport, eine oder mehrere Tasten und/oder eine Audioeingabeschnittstelle aufweisen. Eine einzige Komponente, wie etwa ein berührungsempfindlicher Bildschirm, kann sowohl als die Anzeigeeinrichtung 130 als auch als die Eingabeeinrichtung 128 dienen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Eingabeeinrichtung 128 eine Kommunikationsschnittstelle enthalten, um Eingaben von einer Fern-Recheneinrichtung (einschließlich von einer anderen Auslöseeinheit 118) zu empfangen. Obwohl eine einzige Eingabeeinrichtung 128 veranschaulicht ist, kann eine Auslöseeinheit 118 mehr als eine einzige Eingabeeinrichtung 128 oder keine Eingabeeinrichtung 128 aufweisen.
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Die Anzeigeeinrichtung 130 stellt visuell Informationen über die Schaltkreisschutzvorrichtung 106 und/oder den Auslösemechanismus 122 dar. Die Anzeigeeinrichtung 144 kann eine Vakuumfluoreszenzanzeige (VFD), eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Kathodenstrahlröhren (CRT), Plasmaanzeigen und/oder irgendeine andere geeignete visuelle Ausgabeeinrichtung aufweisen, die in der Lage ist, visuell Informationen an eine Bedienperson zu übermitteln. Zum Beispiel kann der Prozessor 124 eine oder mehrere Komponenten der Anzeigeeinrichtung 130 aktivieren, um anzuzeigen, dass die Schaltkreisschutzvorrichtung 106 und/oder der Auslösemechanismus 122 aktiv ist und/oder normal arbeitet, ein Blockiersignal empfängt, ein Blockiersignal übermittelt, dass ein Fehler oder Ausfall aufgetreten ist, und/oder um irgendeinen anderen Status des Auslösemechanismus 122 und/oder der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 anzuzeigen. Bei einigen Ausführungsbeispielen stellt die Anzeigeeinrichtung 130 eine grafische Bedieneroberfläche (GUI) für eine Bedienperson zur Interaktion zwischen der Bedienperson und der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zur Verfügung. Die GUI erlaubt es der Bedienperson zum Beispiel, die Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu steuern, den Betrieb/Status der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu überwachen, den Betrieb der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu prüfen und/oder Betriebsparameter der Schaltkreisschutzvorrichtung 106 zu modifizieren.
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Das beispielhafte System 100 ist ein zonenselektives verriegelndes (ZSI-)System. Im Allgemeinen geben stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 über den Ausgangsanschluss 132 ein Blockiersignal an stromaufwärtige Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 aus, wenn der durch die stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106 detektierte Stromwert einen Blockierschwellenwert überschreitet. Der Blockierschwellenwert ist typischerweise kleiner als der Auslöseschwellenwert, bei dem die stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106 auslöst. Als Antwort auf den Empfang eines Blockiersignals kann die stromaufwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106 von einem uneingeschränkten Betriebsmodus zu einem eingeschränkten Betriebsmodus umschalten, um zu verhindern, dass die stromaufwärtige und die stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106 mit ähnlichen Auslösezeitsteuersequenzen arbeiten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die stromaufwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106 umschalten, um als Antwort auf den Empfang eines Blockiersignals von einer stromabwärtigen Schaltkreisschutzvorrichtung 106 mit einem größeren Auslöseschwellenwert zu arbeiten oder einen größeren Auslöseschwellenwert zu verwenden, wie z.B. um von einem Schutzschwellenwert zu einem Rückfallschwellenwert umzuschalten.
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In einigen Ausführungsformen kann in dem uneingeschränkten Betriebsmodus eine uneingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz ausgeführt werden, die eine Akkumulation von Zeitwerten aufweist, während derer der Strom den Schutzschwellenwert überschreitet, bis ein uneingeschränkter Zeitschwellenwert erreicht ist. In dem eingeschränkten Betriebsmodus kann eine eingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz ausgeführt werden, die eine Akkumulation von Zeitwerten aufweist, während derer der Strom den Rückfallschwellenwert überschreitet, bis ein eingeschränkter Zeitschwellenwert erreicht ist. Wenn der eingeschränkte Zeitschwellenwert oder der uneingeschränkte Zeitschwellenwert erreicht ist, erzeugt die Auslöseeinheit 118 ein Auslösesignal. Alternativ können die uneingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz und die eingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz irgendwelche anderen Aktionen oder Antworten aufweisen, die die Auslöseeinheiten 118 in die Lage versetzen, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Es sollte erkannt werden, dass die uneingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz verursacht, dass ein Auslösesignal in einer Zeitspanne erzeugt wird, die kürzer ist als eine Zeitspanne, in der die eingeschränkte Auslösezeitsteuersequenz das Erzeugen eines Auslösesignals verursacht.
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In der beispielhaften Ausführungsform ist die stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106, z.B. die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116, dazu eingerichtet, ein erstes Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 106 kleiner als ein Schwellenwert, z.B. ein ZSI-Blockierschwellenwert, ist. Als Antwort auf das erste Signal weißt die stromaufwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 114, dass die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116 funktioniert und keinen Strom detektiert, der den Schwellenwert übersteigt. Als Antwort steuert die Auslöseeinheit 118 den Betrieb der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in einem ersten Modus. In der beispielhaften Ausführungsform ist der erste Modus ein uneingeschränkter Betriebsmodus in einem ZSI-Schema.
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Das erste Signal kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Signal, ein intermittierendes Signal oder ein Datensignal gemäß einem beliebigen geeigneten Kommunikationsprotokoll sein. Wie in 2 gezeigt, wird ein im Wesentlichen kontinuierliches Signal 200 kontinuierlich auf einem bestimmten Wert 202 (z.B. bei positiven fünf Volt, negativen zwei Volt, auf der Masse, etc.) gehalten. Ein intermittierendes Signal 204 enthält einen Signalabschnitt 206, der sich in einem im Wesentlichen konstanten Intervall/mit einer im Wesentlichen konstanten Periode 208 wiederholt, und enthält einen Anteil 210 ohne ein Signal. In dem dargestellten Beispiel ist der Signalabschnitt 206 eine Impulsfolge 212. In anderen Ausführungsformen kann der Signalabschnitt ein einziger Impuls, mehrere oder wenigere Impulse oder ein beliebiger anderer geeigneter Signalabschnitt sein, der durch die empfangende Schaltkreisschutzvorrichtung 206 detektiert werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kommunizieren die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 unter Verwendung einer aktiven Niederspannungskommunikation, und das erste Signal wird von der Schaltkreisschutzvorrichtung 116 ausgegeben, indem der Ausgangsanschluss 132 auf Masse heruntergezogen wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist die stromabwärtige Schaltkreisschutzvorrichtung 106, z.B. die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116, dazu eingerichtet, ein zweites Signal auszugeben, das von dem ersten Signal verschieden ist, wenn der überwachte Strom durch die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 106 dem ZSI-Blockierschwellenwert gleich oder größer als dieser ist. Als Antwort auf das zweite Signal nimmt die stromaufwärtige erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 an, dass die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116 einen Strom detektiert hat, der den ZSI-Blockierschwellenwert übersteigt, und den möglichen Fehler behandelt. Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 funktioniert dann in einem zweiten Modus, wie er in dem bestimmten ZSI-System eingerichtet ist (z.B. schaltet in einen eingeschränkten Betriebsmodus um).
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In einer Ausführungsform ist das zweite Signal dasselbe wie die Abwesenheit / das Fehlen eines Signals. Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 detektiert das zweite Signal, indem sie an ihrem Eingangsanschluss 134 kein Signal (weder das erste Signal noch irgendein anderes Signal) detektiert. In einigen Ausführungsformen detektiert die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 die Abwesenheit eines Signals indem sie kein Signal an ihrem Eingangsanschluss 134 für eine Zeitspanne detektiert. Die Zeitspanne kann eine beliebige geeignete Zeitdauer, wie z.B. eine Zeitspanne, die größer als die Periode eines intermittierendes Signals ist, sein. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Kommunikationsfehler (wie z.B. ein unterbrochener Leiter 136, ein ausgefallener Ausgangsanschluss 132, usw.) zwischen der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 und der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 durch die stromaufwärtige erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 genauso wie das zweite Signal identifiziert. Somit haben Kommunikationsfehler zur Folge, dass die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 gemäß ihrem ZSI-Schema in derselben Weise (z.B. in einem eingeschränkten Modus) arbeitet, wie sie es würde, wenn von der stromabwärtigen zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 ein Fehler detektiert worden wäre, wodurch Fehlauslösungen reduziert werden, wenn ein Kommunikationsfehler auftritt. In anderen Ausführungsformen ist das erste Signal dasselbe wie die Abwesenheit eines Signals, und ein Kommunikationsfehler zwischen der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 und der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 wird durch die stromaufwärtige erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 genauso wie das erste Signal identifiziert. Somit haben Kommunikationsfehler zu Folge, dass die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 gemäß ihrem ZSI-Schema in derselben Weise (z.B. in einem uneingeschränkten Modus) arbeitet, wie sie es würde, wenn von der stromabwärtigen zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 kein Fehler detektiert worden wäre.
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In anderen Ausführungsformen unterscheidet sich das zweite Signal von der Abwesenheit eines Signals und ist von dem ersten Signal verschieden. Das zweite Signal kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Signal, ein intermittierendes Signal oder ein Datensignal gemäß einem beliebigen geeigneten Kommunikationsprotokoll sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist eines von dem ersten und dem zweiten Signal ein kontinuierliches, und das andere ist ein intermittierendes Signal. In anderen Ausführungsformen sind das erste und das zweite Signal verschiedene intermittierende Signale. In allen solchen Ausführungsformen sind die ZSI-Aspekte eines Systems 100 ein logisches System mit drei Zuständen. Das durch die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 empfangene Signal von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 kann ein erstes Signal/erster Zustand, das/der anzeigt, dass die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116 keinen Strom detektiert hat, der den ZSI-Blockierschwellenwert übersteigt, ein zweites Signal/ein zweiter Zustand, das/der anzeigt, dass die zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116 einen Strom detektiert hat, der den ZSI-Blockierschwellenwert übersteigt, und ein drittes Signal/dritter Zustand (d.h. die Abwesenheit des ersten oder zweiten Signals) sein, das/der Kommunikationsfehler zwischen der ersten und zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 und 116 anzeigt. Als Reaktion auf die Detektion des ersten Signals steuert die Auslöseeinheit 118 der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in einem ersten Modus (z.B. einem uneingeschränkten Modus). Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 wird durch ihre Auslöseeinheit 118 in einem zweiten Modus (z.B. einem eingeschränkten Modus) als Reaktion auf die Detektion des zweiten Signals gesteuert. Wenn das dritte Signal detektiert wird (d.h. wenn weder das erste noch das zweite Signal detektiert wird), steuert die Auslöseeinheit 118 die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in einem dritten Modus. In einigen Ausführungsformen ist der dritte Modus derselbe wie einer von dem ersten Modus oder dem zweiten Modus. In einigen Ausführungsformen ist der dritte Modus z.B. von einem Benutzer zwischen dem ersten, dem zweiten oder einem anderen Modus wählbar. Dementsprechend kann die Handhabung eines Kommunikationsfehlers durch die erste Schaltkreisschutzvorrichtung, wie für ein bestimmtes System gewünscht, selektiv eingerichtet werden. Beispielsweise kann in Systemen, bei denen Fehlauslösungen höchst störend sind, der dritte Modus eingerichtet sein, um dem zweiten Modus zu entsprechen. Wenn ein Kommunikationsfehler auftritt, wird die Auslöseeinheit 118 somit die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in dem eingeschränkten Betriebsmodus des zweiten Modus betreiben. Ebenso kann, wenn Fehlauslösungen nicht von Belang sind oder wenn höhere Schutzniveaus erwünscht sind, der dritte Modus eingerichtet sein, um dem ersten Modus zu entsprechen, wodurch der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 erlaubt wird, in dem uneingeschränkten ersten Modus betrieben zu werden.
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In der Ausführungsform mit drei Zuständen kann die Auslöseeinheit 118 auch eingerichtet sein, um als Reaktion auf die Detektion eines dritten Signals eine Warnung auszugeben. Die Warnung kann eine von Menschen erkennbare Warnung, wie z.B. eine Audiowarnung oder eine visuelle Warnung, und/oder eine von einem Computer erkennbare Warnung sein. Die erzeugte Warnung kann eine lokale Warnung, z.B. eine Audiowarnung oder eine visuelle Warnung sein, die an dem Ort der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114 oder auf dieser erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die erzeugte Warnung eine Fernwarnung, wie z.B. eine Audiowarnung oder eine visuelle Warnung, die an einem Ort, der von der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung entfernt ist, erzeugt wird, eine Warnung, die zu einer entfernten Computervorrichtung übermittelt wird, usw. sein.
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3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Abschnitts eines weiteren exemplarischen Energieverteilungssystems 300. Sofern nicht hier anderweitig beschrieben, ist das System 300 dem (in 1 gezeigten) System 100 gleich, und gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Einige Details der Schaltkreisschutzvorrichtungen 106, wie etwa die Auslöseeinheiten 118, der Sensor 120 und die Auslösemechanismen 122 sind in 3 der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.
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In der beispielhaften Ausführungsform enthält das System 300 die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in der ersten Schicht 110. Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 koppelt die Energie von der Quelle 102 an den Bus 108 an. Es sind drei Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in der zweiten Schicht 112 mit dem Bus 108 gekoppelt, um Energie von dem Bus 108 zu den Lasten 104 zu liefern. Andere Ausführungsformen können mehrere oder wenigere Schichten und/oder mehrere oder wenigere Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in einer oder mehreren Schichten enthalten. Die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in der zweiten Schicht 112 enthalten eine zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116, eine dritte Schaltkreisschutzvorrichtung 302 und eine vierte Schaltkreisschutzvorrichtung 304. Die Ausgangsanschlüsse 132 der Schaltkreisschutzvorrichtungen der zweiten Schicht 112 sind über Leiter 136 mit den Eingangsanschlüssen 134 eines Aggregators 306 verbunden.
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Jede von der zweiten, der dritten und der vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 und 304 gibt über Ausgangsanschlüsse 132 ein erstes Signal aus, wenn der durch ihre (in 3 nicht gezeigte) Auslöseeinheit fließende Strom kleiner als ein ZSI-Blockierschwellenwert ist, und gibt ein zweites Signal aus, wenn der gemessene Strom gleich dem ZSI-Blockierschwellenwert ist oder diesen überschreitet.
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Die Ausgangssignals von der zweiten, der dritten und der vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 und 304 sind an einen Aggregator 306 angekoppelt. Der Aggregator 306 empfängt das Signal von den Schaltkreisschutzvorrichtungen der zweiten Schicht 112 und liefert über seinen Ausgangsanschluss 132 eine aggregierte Ausgabe zu der Steuervorrichtung der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114. Insbesondere liefert der Aggregator 306 eine aggregierte Ausgabe an die (in 3 nicht gezeigte) Auslöseeinheit 118 der ersten Schaltkreisschutzvorrichtung 114. 4 zeigt einen beispielhaften Aggregator 306, der in der Lage ist, aktive niedrige Eingaben von acht Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 zu empfangen, die in dem System 300 verwendet werden können.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist in dem vorstehend beschriebenen System mit drei Zuständen die aggregierte Ausgabe eines von dem ersten Signal, dem zweiten Signal oder dem dritten Signal (d.h. keinem Signal), abhängig von der Kombination von Eingaben, die von dem Aggregator 306 empfangen werden. Wenn irgendeine der Eingaben zu dem Aggregator 306 von den Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 der zweiten Schicht 112 das zweite Signal ist (was anzeigt, dass ein detektierter Strom größer als der ZSI-Blockierschwellenwert ist), gibt der Aggregator 306 das zweite Signal an die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 aus. Wenn keine der Eingaben zu dem Aggregator 306 das zweite Signal ist und alle die Eingaben das erste Signal sind (was anzeigt, dass alle detektierten Ströme unterhalb des ZSI-Blockierschwellenwerts liegen), gibt der Aggregator 306 das erste Signal an die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 aus. Wenn keine der Eingaben zu dem Aggregator 306 das zweite Signal ist und eine beliebige Eingabe das dritte Signal ist (d.h. das Fehlen oder die Abwesenheit eines Signals), gibt der Aggregator 306 das dritte Signal an die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 aus. Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 arbeitet als Antwort auf das Signal von dem Aggregator 306 in derselben Weise, wie sie als Antwort auf die Ausgabesignale von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung in den unter Bezugnahme auf 1 vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen geantwortet hat. Weil der Aggregator 306 darüber hinaus dieselben Signale an die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 liefert, kann die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 mit der Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in dem System 100 identisch sein und muss nicht wissen, dass sie Signale von einem Aggregator anstatt von einer Schaltkreisschutzvorrichtung 106 empfängt.
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In der dargestellten Ausführungsform weist der Aggregator 306 vier Eingangsanschlüsse 134 auf. Andere Ausführungsformen enthalten mehrere oder wenigere Eingangsanschlüsse. In einigen Implementierungen werden nicht alle Eingangsanschlüsse 134 des Aggregators verwendet oder benötigt werden. Jeder Anschluss kann durch elektrische, mechanische oder elektromechanische Schalter zu- oder abgeschaltet werden, um dem Aggregator 306 anzuzeigen, dass der Anschluss unbenutzt ist. Die dargestellte Ausführungsform enthält einen unbenutzten Anschluss 308. Weil ein unbenutzter Anschluss 308 nicht mit einer Schaltkreisschutzvorrichtung 106 verbunden ist, wird er nie ein Signal empfangen. Um zu verhindern, dass der Aggregator 306 diese Abwesenheit eines Signals unkorrekter Weise als das dritte Signal interpretiert, wird der unbenutzte Anschluss 308 abgeschaltet.
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5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Abschnitts eines weiteren Energieverteilungssystems 500. Sofern nicht hier anderweitig beschrieben, ist das Energieverteilungssystem 500 dem (in 1 gezeigten) System 100 und dem (in 3 gezeigten) System 300 gleich, und gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Einige Details der Schaltkreisschutzvorrichtungen 106, wie etwa die Auslöseeinheiten 118, der Sensor 120 und die Auslösemechanismen 122, sind in 5 der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.
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In der beispielhaften Ausführungsform enthält das System 500 eine erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 in der ersten Schicht 110. Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 koppelt Energie von der Quelle 102 an den Bus 108 an. Eine zweite Schaltkreisschutzvorrichtung 116, eine dritte Schaltkreisschutzvorrichtung 302 und eine vierte Schaltkreisschutzvorrichtung 304 sind in der zweiten Schicht 112 angeordnet und mit dem Bus 108 verbunden, um Energie von dem Bus 108 zu Lasten 104 zu liefern. Andere Ausführungsformen können mehrere oder wenigere Schichten und mehrere oder wenigere Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 in einer oder mehreren Schichten enthalten. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Anschlüsse 132 bidirektionale Eingangs/Ausgangs(I/O)-Anschlüsse. Die I/O-Anschlüsse 132 sind mit dem Kommunikationsbus 502 verbunden. Der Kommunikationsbus 502 kann irgendein geeigneter verdrahteter oder drahtloser Bus sein. Die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 kommunizieren miteinander über den Kommunikationsbus 502 unter Verwendung serieller Kommunikation, paralleler Kommunikation und/oder eines beliebigen geeigneten Kommunikationsprotokolls.
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Jede von der zweiten, der dritten und der vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 und 304 übermittelt periodisch über die Anschlüsse 132 eine erste Nachricht (auf die auch als ein erstes Signal Bezug genommen wird), wenn der durch ihre (in 5 nicht gezeigte) Auslöseeinheit fließende Strom kleiner als ein ZSI-Blockierschwellenwert ist, und übermittelt eine zweite Nachricht (auf die auch als ein zweites Signal Bezug genommen wird), wenn der gemessene Strom dem ZSI-Blockierschwellenwert gleich ist oder diesen übersteigt. Wenn ein Problem erfahren wird und sie möglicherweise nicht ordnungsmäßig funktioniert, gibt die zweite, dritte oder vierte Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 oder 304 die erste Nachricht oder die zweite Nachricht nicht auf den Kommunikationsbus 502 aus. Die Abwesenheit einer ersten oder zweiten Nachricht von der zweiten, dritten oder vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 oder 304 kann als eine dritte Nachricht (auf die auch als ein drittes Signal Bezug genommen wird) betrachtet werden.
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In anderen Ausführungsformen kann sich die dritte Nachricht von der Abwesenheit einer Nachricht unterscheiden. Beispielsweise kann jede von der zweiten, der dritten oder der vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 oder 304 eine dritte Nachricht liefern, die mitteilt, welchem Problem (wenn überhaupt) sie begegnet.
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Die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 arbeitet als Antwort auf die Kommunikationsnachrichten von der zweiten, dritten oder vierten Schaltkreisschutzvorrichtung 116, 302 oder 304 auf die gleiche Weise, wie sie auf das erste, zweite und dritte Signal von der zweiten Schaltkreisschutzvorrichtung 116 in den unter Bezugnahme auf 1 vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen antwortete.
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In der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kommunizieren die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 miteinander direkt über den Kommunikationsbus 502. In anderen Ausführungsformen kommunizieren die Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 zusätzlich oder alternativ dazu über den Kommunikationsbus 502 mit einer (nicht gezeigten) zentralen Steuervorrichtung. Basierend zumindest teilweise auf Übermittlungen, die sie von den Schaltkreisschutzvorrichtungen 106 empfängt, steuert die zentrale Steuervorrichtung direkt oder indirekt den Betrieb der Schaltkreisschutzvorrichtungen 106. Die zentrale Steuervorrichtung kann beispielsweise die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 indirekt steuern, indem sie die erste Schaltkreisschutzvorrichtung 114 anweist, in dem zweiten Modus (z.B. dem eingeschränkten Modus) zu arbeiten, wenn irgendeine der Schaltkreisschutzvorrichtungen 116, 302 oder 304 die zweite Nachricht (die anzeigt, dass sie einen Strom detektiert, der dem ZSI-Blockierschwellenwert gleich oder größer als dieser ist) an die zentrale Steuervorrichtung sendet. Die zentrale Steuervorrichtung kann eine Schaltkreisschutzvorrichtung 106 direkt steuern, indem sie einige oder alle der Funktionen durchführt, dies ansonsten von der (in 5 nicht gezeigten) Auslöseeinheit 118 in der Schaltkreisschutzvorrichtung durchgeführt werden würden.
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Ein technischer Effekt der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme kann eines oder mehre der folgenden enthalten: (a) Reduktion von Fehlauslösungen einer Schaltkreisschutzvorrichtung; (b) Warnung eines Benutzers über eine fehlgeschlagene Kommunikationsverbindung zwischen Schaltkreisschutzvorrichtungen; und (c) Schaffung von Systemen, die dazu eingerichtet sind, Fehlauslösungen zu reduzieren oder die Reaktionsfähigkeit zu erhöhen.
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Beispielhafte Ausführungsformen von Schaltkreisschutzvorrichtungen, Energieverteilungssystemen und Verfahren zum Überwachen eines Energieverteilungssystems und/oder einer Schaltkreisschutzvorrichtung sind vorstehend im Detail beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf hierin beschriebenen konkreten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr können Komponenten von den Systemen und/oder Operationen der Verfahren unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Operationen verwendet werden. Außerdem können die beschriebenen Komponenten und/oder Operationen auch in anderen Systemen, Verfahren und/oder Einrichtungen definiert oder mit diesen in Kombination verwendet werden und sind nicht darauf beschränkt mit nur dem hierin beschriebenen Energieverteilungssystem ausgeführt zu werden.
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Die Reihenfolge der Ausführung oder Durchführung von Operationen in den Ausführungsbeispielen der hierin beschriebenen und dargestellten Erfindung ist nicht zwingend, solange es nicht ausdrücklich angegeben ist. Das heißt, die Operationen können in jeder beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, solange es nicht anders angegeben ist, und Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Operationen als die hierin offenbarten aufweisen. Zum Beispiel ist es vorgesehen, dass das Ausführen oder Durchführen einer bestimmten Operation vor, zeitgleich mit oder nach einer anderen Operation innerhalb des Schutzbereichs der Aspekte der Erfindung liegt.
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Obwohl konkrete Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen und nicht in anderen dargestellt sind, ist dies lediglich der Einfachheit halber erfolgt. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal einer anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der bevorzugten Ausführungsart, und auch um einen beliebigen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich der Herstellung und der Verwendung irgendwelcher Einrichtungen und Systeme und der Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann weitere Ausführungsformen enthalten, die sich Fachleuten erschließen. Solche weiteren Ausführungsformen sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem Wortsinn der Ansprüche aufweisen.
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Es sind Schaltkreisschutzvorrichtungen, Energieverteilungssysteme und eine Schaltkreisschutzvorrichtungsüberwachung in einem zonenselektiven verriegelnden (ZSI-)System beschrieben. In einem Beispiel enthält eine Schaltkreisschutzvorrichtung zur Verwendung in einem ZSI-Energieverteilungssystem einen Auslösemechanismus, der eingerichtet ist, um einen durch die Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu unterbrechen, und eine mit dem Auslösemechanismus funktionsmäßig verbundene Auslöseeinheit. Die Auslöseeinheit ist eingerichtet, um den durch die Schaltkreisschutzvorrichtung fließenden Strom zu überwachen, ein erstes Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom kleiner als ein Schwellenwert ist, und ein zweites Signal auszugeben, wenn der überwachte Strom größer als der oder gleich dem Schwellenwert ist. Das erste und das zweite Signal sind voneinander verschieden und unterscheiden sich von einer Abwesenheit eines Signals.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Energieverteilungssystem
- 102
- Quelle
- 104
- Last
- 106
- Schaltkreisschutzvorrichtung
- 108
- Verteilungsbus
- 110
- erste Schicht
- 112
- zweite Schicht
- 114
- erste (stromaufwärtige) Schaltkreisschutzvorrichtung
- 116
- zweite (stromabwärtige) Schaltkreisschutzvorrichtung
- 118
- Auslöseeinheit
- 120
- Sensor
- 122
- Auslösemechanismus
- 124
- Prozessor
- 126
- Speicher
- 128
- Eingabevorrichtung
- 130
- Anzeigeeinrichtung
- 132
- Ausgangsanschluss
- 134
- Eingangsanschluss
- 136
- Leiter
- 200
- kontinuierliches Signal
- 202
- bestimmter Wert
- 204
- intermittierendes Signal
- 206
- Signalabschnitt
- 208
- Intervall/Periode
- 210
- Abschnitt ohne ein Signal
- 212
- Impulse
- 300
- System
- 302
- dritte Schaltkreisschutzvorrichtung
- 304
- vierte Schaltkreisschutzvorrichtung
- 306
- Aggregator
- 308
- unbenutzter Anschluss
- 500
- Energieverteilungssystem
- 502
- Kommunikationsbus