DE3114546A1 - "trennschalter mit digitaler ausloeseeinheit und bauart-kennzeichnungsschaltung" - Google Patents

Description

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Trennschalter mit digitaler Auslöseeinheit und Bauer t-Ken-lzeichn ungsschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf Trennschalter mit Mitteln zum elektronischen Analysieren elektrischer Bedingungen in einem zu schützenden Schaltkreis und zum automatischen Unterbrechen des in den Schaltkreis fließenden Stroms, wenn elektrische Bedingungen vorbestimmte Grenzwerte überschreiten.

In industriellen und kommerziellen Anwendungsgebieten finden Leistungsschalter zum Schützen elektrischer Leitungen und daran angeschlossener Geräte vor Beschädigungen aufgrund zu starker Ströme weit verbreitete Anwendung. Wenngleich Leistungsschalter anfänglich als direkter Ersatz für Sicherungen verwendet wurden, wurde von ihnen nach und nach gefordert, kompliziertere Schutzaufgaben zu erfüllen als diejenige, eine Stromunterbrechung herbeizuführen, wenn der Stromfluß einen bestimmten Pegel überschritt. Es wurden differenziertere Zeit/Strom-Auslösekennlinien gefordert, indem z.B. ein Leistungssehalter bei starken Überlastungen rasch öffnen sollte, bei geringeren Lastströmen jedoch verzögert unterbrechen sollte, wobei die Verzögerungszeit etwa umgekehrt proportional zum Grad der Überlastung war. Weiterhin wurde von Leistungssehaltern gefordert, bei Erfassung von Erdschlußströmen eine Unterbrechung herbeizuführen. Mit dem Ansteigen der Komplexität elektrischer

Verteilungs-

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Verteilungsschaltungen wurden die Steuerteile von Leistungssehaltern · miteinander verbunden, um Selektivität und Koordinierungsmöglichkeiten zu schaffen. Hierdurch hatte der Systemingenieur die Möglichkeit, die Reihenfolge festzulegen, in der die verschiedenen Leistungsschalter unter speziellen Fehlerbedingungen abschalten würden.

Am Ende der 60iger Jahre wurden elektronische Festkörper-Steuerschaltungen für die Verwendung in Hochleistungs-Niederspannungs-Leistungsschaltern entwickelt. Diese Steuerschaltungen nahmen Funktionen wahr, wie das sofortige und verzögerte Auslösen oder Abschalten, was bisher durch magnetisch und thermisch arbe tende Mittel erreicht wurde. Die verbesserte Genauigkeit und Flexibili ät der elektronischen Festkörper-Steuerschaltungen waren Grund für d iren großen Anklang, wenngleich die elektronischen Steuerschaltungen teurer waren als ihre mechanischen Gegenstücke.

Die ersten elektronischen Steuerscha tungen machten Gebrauch von diskreten Bauteilen, wie z.B. Transistor m, Widerständen und Kondensatoren. Jüngere Anordnungen besaßen ititegr ?rte Schaltkreise, die zu einer verbesserten Produktleistung bei etwas erminderten Kosten führten.

Da die Energiekosten weiter rasch a^: steigen, besteht ein wachsendes Interesse an der wirksamen Steuerun des Verbrauchs elektrischer Energie durch Schaffung höher entwi ikelter elektrischer Verteilungsschaltungen. Es wird daher ein Leistungsschalter benötigt, der eine komplexere Analyse elektrischer Bedingungen in einem zu schützenden Sehaltkreis und noch bessere Möglichkeiten zur Koordination mit anderen Schaltern bietet. Wie stets, ist es in hohem Maße wünschenswert, diese Möglichkeiten bei den gleichen oder geringeren Kosten zu schaffen.

Leistungs-

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Leistungsschalter weisen einen breiten Bereich optionaler Funktionen und Betriebsarten auf, um in einer großen Vielfalt von hochentwickelten Anwendungsfällen eingesetzt zu werden. Einige Anwendungsfälle jedoch erfordern nicht die volle Kapazität und den gesamten Merkmalsbereich des Leistungsschalters. Um die System kosten gering zu halten, ist es in solchen Anwendungsfällen wünschenswert, einen Leistungsschalter zur Verfügung zu haben, der lediglich denjenigen Grad von Schutz und Vielseitigkeit aufweist, der für den betreffenden Anwendungsfall erforderlich ist. Damit die Herstellungskosten für den Leistungs-

··"*■ schalter jedoch so niedrig wie möglich gehalten werden, ist es wünschenswert, daß die Leistungsschalter das größtmögliche Maß an Gemeinsamkeiten und Standardisierung aufweisen. Es wäre daher sehr zweckmäßig, einen Leistungssehalter mit einer Auslöseeinheit zur Verfügung zu haben, der die Möglichkeit besitzt, einen großen Bereich von Funktionen und Merkmalen zur Verfügung zu stellen, und der Mittel aufweist, durch die das Fertigungspersonal in der Lage ist, die Auslöseeinheit hinsichtlich der in jeder Einheit zu realisierenden optionalen Funktionen und Merkmale zu kennzeichnen.

Die Erfindung schafft folglich einen Trennschalter, mit einer Trennvorrichtung zum Leiten von Strom durch einen zugehörigen Schaltkreis und zum unterbrechen des Stromflusses auf einen Befehl hin, ' einer Fühlvorrichtung zum Fühlen de? durch die Trennvorrichtung

fließenden Stroms und einer zwischen die Fühlvorrichtung und die Trennvorrichtung geschalteten Auslösaeinheit zum Vergleichen des durch die Trennvorrichtung fließenden Stroms mit einer vorbestimmten Zeit/Strom-Auslösekennlinie und zum Betätigen der Trennvorrichtung , wenn die Stärke des sie durch'ließenden Stroms die Zeit/Strom-Auslösekennlinie überschreitet.

Die Auslöseeinheit ist in der Lage, mehrere optionale Funktionen auszuführen. An die Auslöseeinhei ist eine Kennzeichnungsschaltung angeschlossen, die mehrere auswählbar« elektrische Verbindungsanschlüsse aufweist, wobei jedes einzigartige Muster von Verbindungen die Auslöseeinheit

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einheit veranlaßt, einen diskreten Satz der optionalen Funktionen auszuführen. Die Auslöseeinheit enthält eine Interpretiereinriehtung zum Decodieren des von der Ken lzeiehnungssehaltung ausgewählten Verbindungsmusters und zum Verari lassen der Ausführung des diskreten Satzes optionaler Funktionen, welche durch das Muster der Verbindungsanschlüsse repräsentiert werden.

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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an-. hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leistungs-

schalters,

Fig. 2 ein funktionclles Blockdiagramm des Leistungssehaltcrs gemäß

Fig. 1,

Fig. 3 ein Bloekdiagramm eines typischen elektrischen Verteilungssystems unter Verwendung von Leistungsschaltern der in Fig. 1 dargestellten Art,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Zcit/Strom-Auslösekennlinie

des Leistungsschaltcrs gemäß Fig. 1, dargestellt im doppeltlogarithmisehen Maßstab,

Fig. 5 eine detaillierte Vorderansicht der Frontplattc der Auslöseeinheit des Leistungsschaltcrs gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 5 A ein Blockdiagramm des in Fig. 2 gezeigten Mikrocomputers,

Fig. 6 ein detailliertes seliemati:chcs Diagramm des Frontplattcn-

Anzeigcsystems gemäß Fi j. 5,

Fig. 7 ein detailliertes schematisches Diagramm des Parameter-

Eingabesystems gemäß Fi[^- 2.

Fig. 8 ein detailliertes schcmatisches Diagramm der Bauartnummer-

Kennzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 9 ein schematisches Diagramm der Fernanzeige und Spannungsversorgung gemäß Fig. 2,

Fig. 10

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Fig. 10 ein Wellenformdiagramm, das an verschiedenen Stellen der Fernanzeige und Spannungsversorgung gemäß Fig. 9 auftretende Größen zeigt,

Fig. 11 ein Blockdiagramm der in Fig. 2 dargestellten Systcm-Spannungsvcrsorgung,

Fig. 12 ein schematisches Diagramm der in Fig. 11 dargestellten System-Spannungsversorgung,

Fig. 13 ein Impulsdiagramm , das die an verschiedenen Stellen der System-Spannungsversorgung gemäß Fig. 11 und 12 auftretenden Schaltpegel zeigt,

Fig. 14 ein schematisches Diagramm des Datcn-Eingabe/Ausgabe-Systems und der Spannungsversorgung gemäß Fig. 2,

Fig. 15 ein Impulsdiagramm, das an verschiedenen Stellen des Systems gemäß Fig. 14 auftretende Wellenformen darstellt,

Fig. 16 ein schematisches Diagramm einer Schaltung für die Hardware-Initialisierung bei Netzeinschaltung und für automatisches

Rücksetzen,
«

Fig. 17 ein Flußdiagramm der in dem Lesespeicher des in Fig. 2 dargestellten Mikrocomputers gespeicherten Haupt-Befehlsschleifc,

Fig. 18 ein Flußdiagramm der ersten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Befchlsschleife,

Fig. 19 ein Flußdiagramm der zweiten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Bcfehlsschleife,

Fig. 20

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Fig. 20 ein Flußdiagram η der dritten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-B ifchlsschlcifc,

Fig. 21 ein Flußdiagramm der vierten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Befchlsschleife,

Fig. 22 ein Flußdiagramm der fünften Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Bcfehlsschleife,

Fig. 23 ein Flußdiagramm der sechsten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Befchlsschlcifc,

Fig. 24 ein Flußdiagramm der siebten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Befchlsschleife,

Fig. 25 ein Flußdiagramm der achten Funktion der in Fig. 17 gezeigten Haupt-Befchlsschleife,

Fig. 26 ein Flußdiagramm des gemeinsamen Anzeige-Unterprogramms gemäß Fig. 17,

Fig. 27 ein Flußdiagramm des Auslöse-Untcrprogramms gemäß Fig.

17, und
«

Fig. 28 ein Flußdiagramm des Unterprogramms zum Erhalten von Einstcllwerten von den Potentiometern gemäß Fig. 5.

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I. EINFÜHRUNG

A. Die Verwendung eines Leistungsschalters in einem elektrischen Energieverteilungssystem

Bevor die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wird, mag es hilfreich sein, im einzelnen die Funktion eines Leistungsschalters in einem elektrischen Energieverteilungssystem zu erläutern. Fig. zeigt ein typisches elektrisches Verteilungssystem, über Leistungsschalter 50, 52 und 54 werden mehrere elektrische Lasten 48 von einer von zwei elektrischen Energiequellen 56 und 58 gespeist. Bei den Quellen und 58 kann es sich um an eine elektrische Hochspannungsleitung angeschlossene Transformatoren, einen dieselgetriebenen Notgenerator oder um eine Kombination dieser Elemente handeln. Die von der ersten Quelle 56 abgegebene Leistung gelangt durch einen ersten Haupt-Leistungsschalter 50 zu mehreren Verzweigungs-Leistungssehaltern 60-66. In ähnlicher Weise gelangt Leistung von der zweiten Quelle 58 über einen zweiten Haupt-Leistungsschalter 52 zu einer zweiten Gruppe von Verzweigungs-Leistungsschaltem 68-74. Alternativ kann Leistung von entweder der Quelle 56 oder der Quelle 58 über den Verbindungs-Leistungsschalter 54 an die Verzweigungs-Leistungsschalter der jeweils gegenüberliegenden Seite geliefert werden. Im allgemeinen sind Haupt- und Verbindungs-Leistungsschalter 50, 52 und 54 derart miteinander koordiniert, daß keine Verzweigungsschaltung gleichzeitig von zwei Quellen gespeist wird. Die Leistungsfähigkeit der Haupt- und Verbindungs-Leistungsschalter 50, 52 und 54 ist für gewöhnlich größer als die der Verzweigungs-Leistungsschalter.

Sollte beispielsweise am Punkt 76 eine Störung auftreten (ein anormal starker Stromfluß), ist es wünschenswert, daß dieser Zustand von dem Verzweigungs-Leistungsschalter 62 erfaßt wird, so daß dieser Sehalter rasch auslöst oder öffnet, um die Störung von jeder elektrischen Energiequelle zu trennen. Die Störung am Punkt 76 kann ein großer Überstrom sein, der z.B. durch einen Kurzschluß zwischen zwei Phasenleitern des

Schaltkreises

-. 11 -

Sehaltkreises verursacht wird, oder es kann sich um eine überlastung handeln, die nur geringfügig über der Nennleistung des Leistungsschalters liegt, und die durch einen blockierten Motor verursacht wird. Andererseits kann es sich um eine Störung durch Erdschluß handeln, verursacht durch das Durchschlagen der Isolation eines der Leiter, so daß ein relativ kleiner Stromfluß zu einem auf Erdpotential liegenden Gegenstand fließen kann. In jedem Fall würde die Störung auch durch die Hauptoder Verbindungs-Schalter 50, 52 oder 54 erfaßt werden, durch die die von dem Verzweigungs-Leistungsschalter 62 geführte Leistung zum Zeitpunkt der Störung fließt. Es ist jedoch wünschenswert, daß nur der Verzweigungs-Leistungssehalter 52 zum Abtrennen der Störung von der elektrischen Energiequelle arbeitet, nicht aber die Haupt- oder Verbindungsschalter. Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn der Hauptoder Verbindungs-Leistungsschalter ausgelöst werden, ein Netzausfall bei mehr als nur derjenigen Last auftreten würde, an die der Verzweigungs-Leistungsschalter angeschlossen ist, wo die Störung aufgetreten ist. Es ist daher wünschenswert, daß die Haupt- und Verbindungsschalter 50, 52 und 54 eine längere Verzögerungsdauer im Anschluß an die Erfassung einer Störung aufweisen, bevor sie eine Auslösung einleiten. Die Koordinierung der Verzögerungszeiten unter den Haupt-, Verbindungsund Verzweigungs-Leistungssehaltern für verschiedene Störungsursachen ist der Hauptgrund dafür, daß höher entwickelte Steuerungen für eine

Auslöseeinheit erforderlich sind.
t

B. Zeit/Strom-Auslösekennlinien

Um in der oben erläuterten Weise die Koordinierung der Leistungsschalter untereinander zu erreichen, müssen für jeden Leistungsschalter Zeit/-Strom-Auslösekennlinien spezifiziert werden. Herkömmlich hatten Leistungsschalter ähnliche Kennlinien wie in Fig. 4 dargestellt ist, wobei beide Achsen logarithmischen Maßstab aufweisen. Wenn die Stromstärke unter dem maximal zulässigen Nenn-Dauerstrom des Leistungsschalters liegt, bleibt der Schalter selbstverständlich geschlossen. Wenn der Strom jedoch stärker wird, ist es an irgendeiner Stelle, beispielsweise am Punkt

300

300 in Fig. 4, wünschenswert, daß der Leistungsschalter auslöst, d.h. abschaltet, falls dieser Überlastungsstrom über einen längeren Zeitraum hinweg andauert. Sollte der Strom entsprechend dem maximal zulässigen Nenn-Dauerstrom dauernd fließen, so wird, wie in Punkt 300 in Fig. 4 zu erkennen ist, der Leistungssehalter nach etwa 60 Sekunden auslösen.

Bei etwas höheren Stromstärken ist die Auslösezeit für den Sehalter etwas kurzer. Bei dem 1,6-fachen des maximalen Dauerstroms beispielsweise (vgl. 302 in Fig. 4) schaltet der Leistungsschalter nach etwa 30 Sekunden ab. Der Abschnitt der Kurve zwischen den Punkten 300 und 304 ist als Kennlinienteil mit langer Verzögerung oder als thermischer Kennlinienteil des Schalters bekannt, da diese Kennlinie bei herkömmlichen Leistungssehaltern durch ein Bimetallelement erhalten wurde. Es ist wünschenswert, daß sowohl der Strompegel, bei dem der Abschnitt langer Verzögerung beginnt, als auch die Auslösezeit, die für irgendeinen Punkt in diesem Abschnitt erforderlich ist, einstellbar sind. Diese Parameter sind als Ansprechwert für lange Verzögerung, bzw. als lange Verzögerungszeit bekannt und in der Zeichnung durch Pfeile 306 bzw. 308 kennlich gemacht.

Bei starken Überstrompegeln, beispielsweise beim 12-faehen des maximalen Dauerstroms und darüber, ist es wünschenswert, daß der Leistungsschalter so rasch wie möglich abschaltet. Diese Stelle 312 in der Kennlinie ist als "Sofort"- oder magnetischer Auslösepegel bekannt, da bei herkömmlichen Leistungssehaltern ein in Serie mit den Kontakten liegender Elektromagnet verwendet wurde, um ein möglichst rasches Ansprechen zu erzielen. Der Ansprechwert für sofortige Auslösung ist für gewöhnlieh einstellbar, wie durch den Pfeil 314 angedeutet ist.

Zur Unterstützung der Koordinierung von Leistungsschaltern innerhalb eines Verteilungssystems besitzen moderne Leistungssehalter zusätzlich einen Kennlinienteil 316 für kurze Verzögerung. Dieser Kennlinien teil liegt zwischen den Abschnitten für lang verzögerte Auslösung und so-

fortige Auslösung. Die vorliegende Erfindung gestattet die Einstellung sowohl des Anspreehwertes für kurze Verzögerung als auch der kurzen Verzögerungszeit, die durch die Pfeile 312 und 320 angedeutet ist.

Unter gewissen Bedingungen ist es wünschenswert, daß die Auslösezeit in dem Abschnitt kurzer Verzögerung auch umgekehrt zum Quadrat der Stromstärke variiert. Dies ist als I²t-Kennlinie bekannt, was in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie 310 angedeutet ist.

II. BESCHREIBUNG DES AUFBAUS UND DER ARBEITSWEISE A. Der Leistungs- oder Trennschalter

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen entsprechende Bauteile bezeichnen. Fig. 1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. ein funktionelles Bloekdiagramm eines ein gegossenes Gehäuse aufweisenden Leistungsschalters 10 gemäß der Erfindung. Wenngleich der Trennschalter 10 ein dreiphasiger Leistungsschalter ist, der Anwendung findet bei einem dreiphasigen elektrischen Schaltkreis, so ist die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt, denn es könnte auch ein einphasiger Schaltkreis oder eine andere Art von Mehrphasensehaltkreis verwendet werden. An Eingangsanschlüsse 12 ist eine Energiequelle, wie z.B. ein Transformator oder eine Schalttafel-Sammelschiene angeschlossen, an die Ausgangsansehlüsse 14 ist eine elektrische Last angeschaltet. Die die Anschlüsse 12 und 14 verbindenden internen Leiter 16 stehen außerdem in Verbindung mit Trennkontakten 18, die zum selektiven Öffnen und Schließen eines elektrischen Schaltkreises durch den Leistungsschalter in Abhängigkeit von von Hand oder automatisch eingeleiteten Befehlen öffnen und schließen. Die Kontakte 18 werden mechanisch von einem Mechanismus 20 betätigt, der auf manuell oder automatisch gegebene Befehle anspricht, um die Kontakte 18 zu öffnen oder zu schließen.

Jeder

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Jeder der internen Phasenleiter 16 ist von einem Stromwandler 24 umgeben, um den Pegel des Stromflusses durch den Leiter 16 zu ermitteln. Das Ausgangssignal der Stromwandler 24 gelangt zusammen mit dem Ausgangssignal eines Stromwandlers 28, der den Pegel des in dem Schaltkreis fließenden Erdstroms erfaßt, zu einer Auslöseeinheit 26. Die Auslöseeinheit 26 überwacht permanent den Pegel der in dem Schaltkreis, an den der Schalter 10 angeschlossen ist, fließenden Phasen- und Erdschlußströme und gibt ein Befehlssignal an eine den Mechanismus 20 betätigende Auslösespule 22, um die Kontakte 18 immer dann zu öffnen, wenn elektrische Bedingungen in dem zu schützenden Schaltkreis vorbestimmte, in der Auslöseeinheit 26 gespeicherte Grenzwerte übersehreiten. Unter normalen Betriebsbedingungen kann der Mechanismus 20 durch von Hand über eine Handbetätigungsvorrichtung 32 gegebene Befehle veranlaßt werden, die Kontakte 18 zu öffnen und zu schließen. In Fig. 1 sieht man, daß der Leistungsschalter 10 ein gegossenes Isolierstoffgehäuse 34 aufweist. Die Anschlüsse 12 und 14 befinden sich auf der Rückseite des Gehäuses 34 und sind daher in Fig. 1 nicht zu sehen. Auf der rechten Seite des Gehäuses 34 ist ein Handgriff 36 angebracht, mittels dessen eine Bedienungsperson eine (nicht gezeigte) Feder in dem Mechanismus 20 spannen kann. Die Handbetätigungsvorrichtung 32 befindet sieh in der Mitte des Gehäuses 34. Fenster 38 und 40 lassen den Spannzustand der Feder bzw. die Stellung der Kontakte 18 erkennen. Ein Druckknopf 42 ermöglicht es der Bedienungsperson, einen internen Elektromotor in Ga*ng zu se'zen, um die Feder entsprechend der Handbetätigung mittels des Handgriffs 36 zu spannen. Mittels eines Druckknopfes 44 kann die Bedienungsperson bewirken, daß die Feder den Mechanismus 20 betätigt, um die Kontakte 18 zu schließen. In ähnlicher Weise ermöglicht ein Druckknopf 46 der Bedienungsperson, die Feder und den Mechanismus zu veranlassen, die Kontakte 18 zu öffnen.

B.

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B. Auslöseeinheit

1. Frontplatte

Die Frontplatte der Auslöseeinheit 26 liegt auf der linken Seite des Gehäuses 34, wie man in Fig. 1 erkennt. Diese Platte, die im einzelnen in Fig. 5 dargestellt ist, enthält mehrere Anzeigelampen, Potentiometer, numerische Anzeigevorrichtungen sowie Schalter, die der Bedienungsperson ermöglichen, die elektrischen Parameter des zu schützenden Schaltkreises und die derzeit in die Auslöseeinheit eingegebenen Grenzwerte abzulesen und neue Grenzwerte einzugeben, falls dies erwünscht ist.

Ein Leistungssteekeinsatz 78 wird in die Fronttafel der Auslöseeinheit 26 eingeschoben, um den maximalen Dauerstrom zu spezifizieren, der durch den von dem Leistungssehalter zu schützenden Schaltkreis fließen darf. Dieser kann kleiner sein als die tatsächliche Leistung des Schalters, welche als System- oder Rahmengröße bekannt ist. Beispielsweise kann die Systemgröße des Leistungsschalters 1600 Ampere betragen; wenn der Leistungsschalter jedoch zunächst installiert wird, verbraucht der zu schützende Schaltkreis vielleicht nur 1000 Ampere. Daher kann ein Leistungssteekeinsatz in die Auslöseeinheit eingesetzt werden, um sicherzustellen, daß der zulässige maximale Dauerstrom, der durch den Schalter fließen dar, nur 1000 Ampere beträgt, selbst wenn der leistungsschalter selbst in der Lage ist, 1600 Ampere sicher zu leiten.

Oben rechts in der Tafel der Auslöseeinheit ist eine Buchse 132 für eine Hilfs-Weehselspannungsquelle vorgesehen, wie man in Fig. 5 sieht. Diese Buchse wird dazu verwendet, dem Schaltkreis der Auslöseeinheit eine Hilfs-Wechselspannung als Betriebsspannung zuzuführen (separat von dem zu schützenden elektrischen Sehaltkreis). Die Betriebsweise dieser Hilfs-Wechselspannungsversorgung wird im einzelnen im Abschnitt IH.E. erläutert.

2. Blockdiagramm

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Auslösespule 22 über eine Leitung 136 von der Spannungsversorgung 144 gespeist wird. Der Stromfluß durch

die

die Auslösespule wird gesteuert von einer nicht verriegelnden Schalt-. anordnung, wie z.B. einem schaltenden Feldeffekttransistor 192, der durch die Hauptsehaltung der Auslöseeinheit betätigt wird. Die Verwendung eines nicht verriegelnden Schalters anstelle eines gesteuerten Siliciumgleichrichters (SCR) oder einer anderen Art von Schaltgerät gemäß dem Stand der Technik schafft verbesserten Schutz vor Störungen.

Der Leistungsshalter 10 enthält weiterhin drei parallel geschaltete, normalerweise geöffnete thermisch aktivierte Schalter 141, die bezüglich des FET 192 parallel geschaltet sind. Diese Sehalter sind körperlich auf den Leitungen 16 in der Nähe der Kontakte 18 montiert, auf jedem Phasenleiter 16 ist ein Sehalter vorgesehen.

Jeder Schalter enthält ein Bimetallelement, welches die Schalterkontakte schließt, wenn die Temperatur des zugehörigen Leiters auf 15O⁰C ansteigt, und zurücksetzt, wenn die .jeitertemperatur unter 13O⁰C abfällt. Wenngleich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bimetallschalter verwendet wird, können auch andere Arten thermisch aktivierter Schalter Anwendung finden, beispielsweise können Thermistoren auf dem Leiter montiert werden. Alternativ können auch Strahlungsfühler Anwendung finden. Infrarotdetektoren könnten die an den Kontakten oder Leitern erzeugte Wärme fühlen, während Ultraviolett- oder HF-Detektoren die Strahlung fühlen könnten, die durch Lichtbogen an Kontakten oder Anschlüssen entstehen.

Die Schalter 141 dienen zum direkten Erregen der Auslösespule 22 bei hohen Temperaturen. Zusätzlich steht die Hardware-Unterbrechungsleitung des Mikrocomputers mit der hohen Seite des Sehalters 141 in Verbindung, um dem Mikrocomputer 154 zu signalisieren, daß eine Auslösung stattgefunden hat. Dies veranlaßt die Ausführung geeigneter, in dem internen ROM des Mikrocomputers 154 gespeicherter Befehle, um Ausgangsdaten an eine Fernanzeige 145 zu geben. Da der Mechanismus 20 etwas mehr als 30 Millisekunden zum Öffnen der Kontakte im Anschluß an einen Auslösebefehl benötigt, hat die Auslöseeinheit 26

zwei

zwei vollständige Operationszyklen Zeit, selbst wenn von außen keine • Spannung eingespeist wird. Alternativ könnten die Schalter 141 nur mit dem Mikrocomputer 154 in Verbindung stehen, so daß dieser den Auslösevorgang in Gang setzt und Ausgangsdaten ebenso erzeugt, wie eine Überstrom-Auslösung.

Die die elektrischen Parameter in dem Schaltkreis betreffende Information wird von den drei Phasenstromwandlern 24 geliefert, von denen jeder den Stromfluß durch den jeweiligen Phasenleiter des Schaltkreises überwacht. Der Wandler 28 umgibt die drei Phasenleiter des Schaltkreises und erfaßt Ströme, die durch die Phasenleiter aus einer Quelle fließen und dann über unzulässige Wege durch Erde zurückfließen, was für gewöhnlich als Erdfehlerströme bezeichnet wird.

Die Signale von den Stromwandlern 24 gelangen an eine Gleichrichterund Zuordnungsschaltung 142, die einen Gleichstrom abgibt, der proportional zu dem höchsten augenblicklichen Wechselstrom auf irgendeiner der drei Phasen ist. Die Schaltung 142 liefert die normale Betriebsspannung für die Auslöseeinheit über eine Spannungsversorgung 144. Die Wandler 24 und 28 dienen als Stromquellen und liefern an die Schaltung 142 eine begrenzte Spannung von etwa 40 Volt. Diese wird von der Spannungsversorgung 144 in drei Betriebsspannungen umgesetzt: Eine mit Vrep bezeichnete Referenz- oder Bezugsspannung von 1,67 Volt, eine Betriebsspannung von 5 Volt für den Mikrocomputer und die zugehörige Schaltung der Auslöseeinheit und eine Versorgungsspannung von 40 Volt, welche die Auslösespule 22 betätigt. Die Information von der Gleichrichter- und Zuordnungsschaltung 142, welche proportional ist zum derzeitigen Wert des Phasenstroms, gelangt außerdem zu der Hilfsschaltung 140 und zur Hauptsehaltung der Auslöseeinheit, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Das Signal von dem Erdstrom wandler 28 gelangt an eine Gleichriehterschaltung 146, die eine alternative Quelle für die Betriebsspannung der Auslöseeinheit über die Spannungsversorgung 144 darstellt und

außerdem

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außerdem zum derzeitigen Wert des Erdstroms proportionale Infor- - mation an die Schaltung der Auslöseeinheit gibt. An die Spannungsversorgung 144 kann außerdem eine Betriebsspannung in der Größenordnung von etwa 40 Volt durch eine externe Gleiehspannungsquelle gegeben werden; auch kann eine externe Wechselspannungsquelle 150 eine Versorgungsspannung über die Frontplattenbuchse 132 der Auslöseeinheit an einen Gleichrichter 152 und dann an die Spannungsversorgung 144 geben.

Die Hauptschaltung der Auslöseeinheit enthält einen Informationsprozessor und Ablaufsteuerung 154, wobei es sich z.B. um einen Mikrocomputer 8048 der Firma Intel Corporation handeln kann, der käuflich erworben werden kann. Ein Blockdiagramm der Steuerung 154 ist in Fig. 5A dargestellt. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung des 8048-Mikrocomputers wird verwiesen auf das MCS-48 Microcomputer User's Manual, veröffentlicht von der Intel Corporation.

An den Datenbus 172 des Mikrocomputers 154 ist ein Analog/Digital-Umsetzer 156 angeschlossen, beispielsweise ein Umsetzer vom Typ ABC3084 der Firma National Semiconductor Corporation. Von einem Multiplexer 158 (z.B. vom Typ CD4051B) wird nach Maßgabe einer von dem Mikrocomputer über das Port 1 an den Multiplexer 158 gegebenen

v- Adresse einer von acht Eingängen für den Analog/Digital-Umsetzer

(ADU) 156 ausgewählt. Die Eingänge sind: Spitzenwertgleichrichter und 162 für die Phasenstrom-, bzw. Erdstrom werte, eine Mittelungssehaltung 164 zum Mitteln des Phasenstroms, ein Paar Multiplexer und 168 zum Ablesen der Frontplattenschalter und Potentiometer, die von dem Mikrocomputer über das Port 2 adressiert und ausgewählt werden, und vier Leitungen einer Bauartnummer-Kennzeiehnungsvorrichtung 170. Die Kennzeichnungsvorriehtung 170 ermöglicht es dem Personal, dem Mikrocomputer 154 Information betreffend wahlweise Merkmals oder Betriebsarten zuzuleiten, so z.B. Information über die Erdsehlußerfassung und die Möglichkeit serieller Eingabe/Ausgabe, mit der die spezielle Auslöseeinheit versorgt wird. Durch die Verwendung

einer

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einer solchen Kennzeichnungsschaltung kann eine einzige Mikrocomputerkonfiguration für mehrere unterschiedliche Modelle der Auslöseeinheit vorgesehen werden.

Weiterhin sind an den Datenbus 172 des Mikrocomputers ein externer Lesespeicher (ROM) 151 und ein Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 angeschlossen, durch das die Auslöseeinheit mit anderen Bauteilen des Leistungsschalters des elektrischen Energieverteilungssystems Information austauschen kann. Die Betriebsspannung für das Daten-Eingabe/Ausgabe- s~ System wird von einer separaten Spannungsversorgung 176 geliefert,

wobei die Versorgungsspannung von dem Fünf-Volt-Bus der Spannungsversorgung 144 abgeleitet wird. Wie in einem späteren Abschnitt noch ausführlich beschrieben wird, handelt es sich bei der Daten-E/A-Spannungsversorgung 176 um eine gepulste Spannungsversorgung, die von einer an das Port 1 des Mikrocomputers 154 angeschlossenen Leitung 178 aktiviert wird.

Die Eingabe in den Mikrocomputer 154 von den Grenzwertpotentiometern und -schaltern der Auslöseeinheit-Frontplatte erfolgt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, über Multiplexer 166 und 168, die zu dem Multiplexer 158 führen. Die Ausgabeinformation für die Frontplatten-Anzeigevorrichtung mit den Leuchtdioden 84 bis 100 und den numerischen Anzeigen 80 und 82 kommt vom Mikrocomputer 154 über das Port 2. Port 2 liefert außerdem Adressen- und Auswahlinformation an die Multiplexer und 168.

Port 1 des Mikrocomputers 154 hat vielfältige Funktionen. Die Steuerung des ADU 156 erfolgt über eine Leitung 180 vom Port 1 aus, um einen Schalttransistor 182 zu schalten, welcher die Bezugsspannung für den ADU ändert. Die Eingabe in den ADU 156 durch den Multiplexer wird über eine Leitung 184 vom Port 1 gesteuert, um einen Schalttransistor 186 zu betätigen und dadurch den zu dem ADU 156 führenden Multiplexerausgang unter Steuerung des durch den Mikrocomputer abgearbeiteten Programms selektiv zu erden. Dies wird im folgenden

noch

noch erläutert. Das Erden des Ausgangs des Multiplexers 158 bei gleichzeitiger Auswahl eines der Spitzenwertgleichriehter 160 und 162 veranlaßt ein Rücksetzen der Spitzenwertgleichrichter.

Vom Port 1 des Mikrocomputers gelangt über Adressleitungen 188 Adressinformation an den Multiplexer 158, wodurch dieser eine Auswahl unter seinen verschiedenen Eingängen 160, 162, 164, 166, 168 und 170 trifft.

Die Steuerung der Auslösespule 22 erfolgt durch den Mikrocomputer über das Port 1 und eine Auslöseleitung 190. Wenn also bestimmt wird, daß ein Auslösevorgang stattzufinden hat, sendet der Mikrocomputer 154 über das Port 1 ein Signal auf der Auslöseleitung 190, welches den Sehalttransistor 192 veranlaßt, die Auslösespule 22 zu erregen, den Mechanismus 22 zu aktivieren und die Kontakte 18 zu trennen.

3. Betriebsarten

Betriebsart 1: Niedrige Leistung

Diese Betriebsart ist vorgesehen für sehr geringe Stromstärken des durch den Leistungsschalter fließenden Stroms (weniger als 0,25 Einheiten der System- und Nennleistung), wenn der Auslöseeinheit keine externe Leistung zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen kann der Auslöseeinheit nicht kontinuierlich die notwendige Betriebsspannung zugeführt werden, und einige der normalen Funktionen der Auslöseeinheit können nicht zuverlässig durchgeführt werden. Daher erzeugt die Spannungsversorgung einen Spannungsversorgungsimpuls für die Schaltung der Auslöseeinheit, welcher ausreicht, einen normalen Betriebszyklus der Auslöseeinheit durchzuführen, aber auf der numerischen Anzeige 80 lediglich den Wert des derzeit durch den Schalter fließenden Phasenstroms anzeigen kann. Dieser Wert wird durch die Anzeige blinkend dargestellt, wobei sich die Blinkfrequenz mit ansteigendem Laststrom erhöht. Bei Lastströmen über 0,25 Einheiten der Systemnennleistung wird in der Betriebsart 2 gearbeitet.

Betriebs-

Betriebsart 2; Normal

' In dieser Betriebsart wird gearbeitet, wenn der Laststrom größer als 0,25 Einheiten der Systemnennleistung, jedoch kleiner als 1,0 Einheiten der Leistungssteckeinsatz-Nennleistung ist, oder wenn die Auslöseeinheit extern gespeist wird.

Wie man aus Fig. 5 ersehen kann, enthält die Frontplatte der Auslöseeinheit eine Anzahl von Einstellpotentiometern, Leuehtdiodenanzeigen (LED's), Druckknopfsehaltern und Zwei-Stellungs-Sehaltern. Die Frontplatte enthält weiterhin ein Paar numerischer Anzeigen 80, 82. Die elektronische Schaltung innerhalb der Auslöseeinheit veranlaßt die numerischen Anzeigen 80 und 82, sequentiell den augenblicklichen Wert der elektrischen Bedingungen in dem zu schützenden Schaltkreis und die verschiedenen Grenzwerteinstellungen anzuzeigen, die durch die Zeit/Strom-Auslösekurve des Leistungsschalters definiert sind, so ivie diese Werte gerade eingestellt sind. Im eingeschalteten Zustand zeigen die Leuchtdioden durch die jeder Anzeige zugeordnete Beschriftung an, welcher Wert zu jedem Zeitpunkt durch die numerischen Anzeigen 80 und 82 dargestellt wird. Nach Wunsch können die auf den numerischen Anzeigen 80 und 82 zur Anzeige gelangenden Zahlenwerte auch über den SER AUS-Anschluß des Daten-E/A-Systems 174 zu einer fernen /~- Stelle gesendet werden.

Bei der folgenden Erläuterung der in Fig. 5 dargestellten Frontplatte der Auslöseeinheit soll von oben nach unten vorgegangen werden. Die Leuchtdiodenanzeige 84 trägt links die Bezeichnung "Phasenstrom" und rechts die Bezeichnung "Erdstrom". Wenn die Leuchtdiode eingeschaltet ist, bedeutet dies, daß die derzeitige, auf den Einheitswert bezogene Stromstärke in der zu schützenden dreiphasigen Schaltung in der linken numerischen Anzeige 80 zur Anzeige gebracht wird und daß der derzeitige, auf eine Einheit bezogene Wert des Erdstroms in der zu schützenden Schaltung auf der rechten digitalen Anzeige 82 angezeigt wird. In ähnlicher Weise tr%t die Leuchtdiode 86 die Bezeichnung "Spitzen-KW-Einstellwert" bzw. "Spitzen-KW seit letztem Rücksetzen".

Wenn

Wenn diese Leuchtdiode eingeschaltet ist, ist der in der linken numerischen . Anzeige 80 dargestellte Wert der von der zu schützenden Schaltung gelieferte Kilowatt-Wert, der die Erzeugung eines "Naehfrage"-Signals durch das Daten-Eingabe/Ausgabe-System veranlaßt. Auf der numerischen Anzeige 82 wird der Spitzenwert der Kilowattzahl angegeben, die seit dem letzten Zurückstellen der Anzeige (durch den rechts daneben befindlichen Druckknopf 105) durch den Schalter gezogen wurden. Die Leuchtdioden 88 und 90 zeigen entsprechend "derzeitige KW" und "MW χ Stunden" bzw. (Jen mit der Leitungsspannung wie folgt multiplizierten Leistungsfaktor ("PF χ Leitungsspannung") an:

Derzeitige KW = derzeitiger Phasenstrom χ (Leistungsfaktor χ Leitungsspannung)

—^,

von Bedienungsperson über Frontplatte eingegeben

tatsächliche Megawatt-Stunden = (MW χ Stunden) χ System-Nennleistung

Hierdurch kann ein Benutzer auf einfachere Weise für sein System Energiemanagementfunktionen wahrnehmen. Es wird nicht nur eine dauernde Anzeige der augenblicklichen Nachfrage, der Spitzennachfrage und des Gesamtenergieverbrauehs geschaffen, sondern darüber hinaus kann durch das über das Daten-E/A-System in Abhängigkeit der "Spitzen-KW"-überwachungsfunktion gelieferte Ausgangssignal eine Alarmierung oder automatische Lastabsenaltung erfolgen.

Nach Wunsch kann dem Leistungsschalter 10 ein Potentialwandler hinzugefügt werden, um die Leiterspannung zu überwachen, so daß das Eingeben eines Wertes der Leitungsspannung nicht notwendig ist. Weiterhin könnte ein Hochgeschwindigkeits-ADU hinzugefügt werden, um die Leitungsspannung und den Phasenstrom mit einer so hohen Geschwindigkeit abzutasten, daß eine direkte Berechnung der Leistung möglich ist, so daß die Bedienungsperson nieht mehr den Leistungsfaktor eingeben muß.

Unter

3 ι U546

.. ■ α ι

- 23 -

Unter dem Leistungssteckeinsatz 78 erkennt man eine Reihe von Leuchtdioden, die die Bezeichnung "Sofort", "lange Verzögerung", "kurze Verzögerung" und "Erdschluß" tragen. Links von der Reihe der Leuchtdioden findet sich die Beschriftung "Strom-Anspreehwert", rechts die Beschriftung "Zeit in". Wenn die mit "Sofort" beschriftete Leuchtdiode 92 leuchtet, so bedeutet dies, daß der Wert des Stroms , welcher zu einer sofortigen Abschaltung führt, derzeit in der linken digitalen Anzeige 80 zur Anzeige gelangt. Per de finitionem erfolgt die sofortige Auslösung unmittelbar, so daß keine entsprechende Zeit angezeigt wird und die Anzeige 82 leer ist. Wenn die Leuchtdiode 94 mit der Bezeichnung "lange Verzögerung" leuchtet, so zeigt dies an, daß die linke numerische Anzeige 80 derzeit den Strom wert anzeigt, bei dem eine lange verzögerte Auslösung eingeleitet wird, während die rechte numerische Anzeige 82 in Sekunden den Zeitparameter einer lange verzögerten Auslösung darstellt. Diese Zeit- und Stromwerte entsprechen der oben im Zusammenhang mit der Zeit/Strom-Auslösekurve des Leistungsschalters erläuterten lange verzögerten Auslösung.

Wenn die Leuchtdiode 96 mit der Bezeichnung "kurze Verzögerung" leuchtet, zeigt die linke numerische Anzeige 80 den Stromwert an, welcher eine kurz verzögerte Auslösung veranlaßt, während die rechte numerische Anzeige 82 in Perioden die Zeitdauer einer kurz verzögerten Auslösung angibt. Wenn die Leuchtdiode 98 mit der Beschriftung "Erdschluß" leuchtet, zeigt die linke numerische Anzeige 80 den Wert des Erdstroms an, der eine Erdschluß-Auslösung veranlaßt, während die rechte numerische Anzeige 82 die Anzahl von Perioden anzeigt, die zwischen der Erfassung des Erdschlußstroms und dem Befehl zum Auslösen des Trennschalters liegen.

Wie man aus Fig. 5 ersieht, besitzen einige der Beschriftungen das Symbol eines voll ausgezeichneten Kreises, wohingegen andere Beschriftungen ein voll ausgezogenes Quadrat aufweisen. Die kreisförmigen Symbole zeigen an, daß der zu der jeweiligen Beschriftung gehörige Parameter als Vielfaches der Systemnennleistung angezeigt wird.

Die

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Die mit einem rechteckigen Symbol versehenen Parameter werden als Vielfache der Leistungssteckeinsatz-Nennleistung angezeigt. Als Beispiel sei angenommen, daß die Anzeigen 80 und 82 momentan die Werte 0,61 bzw. 0,003 anzeigen und die Leuchtdiode 84 erleuchtet sei. Dies bedeutet einen derzeitigen Phasenstrom von 976 Ampere (0,61 χ System-Nennleistung = 0,61 χ 1600 A = 976) und einen derzeitigen Erdstrom von 3,6 Amperde (0,003 χ Leistungssteckeinsatz-Nennleistung = 0,003 χ 1200 A = 3,6 A).

Ein Paar von Miniatursehaltern 102 und 104, die die Bezeichnung "I²T-Verhalten" tragen, werden zum Variieren der Form der Zeit/Strom-Auslösekurve in den Bereichen für kurze Verzögerung, bzw. Erdschluß verwendet. Wenn die Schalter 102 und 104 in der unteren Stellung sind, bedeutet dies, daß die Abschnitte "Erdschluß" und "kurze Verzögerung" der Kurve nicht eine I²T-Sehräge übersteigen, sondern stattdessen horizontal verlaufen. Wenn die Schalter 102 und 104 in der oberen Stellung sind, wird die I²T-Kennlinie verwendet, und die Auslösung mit kurzer Verzögerung hat die in Fig. 4 dargestellte Gestalt.

Ein an den zugehörigen Sehaltkreis angeschlossener Potentialwandler könnte dazu verwendet werden, Daten betreffend die Leitungsspannung zu erhalten, und eine Sehnelle Abtastung und eine direkte Multiplikation der Augenblickswerte des Phasenstroms und der Leitungsspannung könnten zum Berechnen der Wirkleistung herangezogen werden. Das hier offenbarte Verfahren jedoch stellt ein geeignetes und kostenwirksames Verfahren dar, welches die bei Potentialwandlern auftretenden Isolationsprobleme vermeidet.

Zusammengefaßt: Im normalen Betrieb werden die folgenden Verarbeitungssehritte nacheinander ausgeführt, wobei sich die gesamte Sequenz pro Sekunde 60 mal wiederholt: Spitzen-KW, MW-Stunden-Integration, sofortige Auslösung, lang verzögerte Auslösung, kurz verzögerte Auslösung und Erdschlußauslösung.

Darüber

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Darüber hinaus werden die folgenden Werte nacheinander paarweise angezeigt, wobei jede Anzeige 4 Sekunden dauert: DERZEITIGER PHASENSTROM - DERZEITIGER ERDSTROM, SPITZEN-KW-EINSTELLWERT (Nachfrage) - SPITZEN-KW SEIT RÜCKSETZEN, DERZEITIGE KW-MWH, LEISTUNGSFAKTOR χ LEITUNGSSPANNUNG, ANSPRECHWERT FÜR SOFORTIGE AUSLÖSUNG-ZEIT, ANSPRECHWERT FÜR LANGE VERZÖGERUNG-ZEIT, ANSPRECHWERT FÜR KURZE VERZÖGERUNGZEIT, ANSPRECHWERT FÜR ERDSCHLUSS-ZEIT.

Betriebsart 3: Überstrom- und Auslösebetriebsart

In dieser Betriebsart wird gearbeitet, wenn entweder der Phasenstrom über dem Ansprechwert für lange Verzögerung liegt oder der Erdstrom über dem Ansprechwert für Erdstrom liegt. Die Abfolge der angezeigten Werte und der Leuehtdiodenanzeige wird wie in der Betriebsart 2 fortgesetzt, selbst wenn der Leistungsschalter überlastet ist. Darüber hinaus wird die Leuchtdiode 94 für den Ansprechwert für lange Verzögerung eingeschaltet.

Wenn die Überstrom- oder Erdschlußbedingung andauert, leitet die Auslöseeinheit eine Auslösung nach Maßgabe der von dem Benutzer geladenen Zeit/Strom-Auslösekennlinie ein. Wenn eine Auslösung erfolgt, wird die die Auslösung in Gang setztende Funktion (lange Verzögerung, kurze Verzögerung, sofortiges Ansprechen oder Erdschluß) auf der Frontplatte durch Erregen der entsprechenden Leuchtdiode, 92, 94, 96 oder 98 angezeigt. Die Information über die Ursache der Auslösung wird von dem Daten-E/A-System an die Fernanzeige 145 gegeben. Zusätzlich wird der auf die Einheit bezogene Phasen- oder Erdschlußstrom, der die Auslösung verursacht hat, auf der numerischen Anzeige 80 angezeigt und festgehalten.

Zusätzlich zu der seitens des Mikrocomputers veranlaßten Auslösung weist der. Leistungsschalter die Thermoschalter 141 als Sicherungssystem auf. Sollte dieses System eine Auslösung in Gang setzen, wird die "Sofort"-Leuchtdiode 92 erleuchtet, auf der numerischen Anzeige wird ein Wert

von

31U546

von 15,93 Stromeinheiten angezeigt, und von dem Daten-E/A-System wird ein Signal "Sofort" abgegeben.

Betriebsart 4: Parametereinstellung

Wie man aus Fig. 5 ersieht, enthält die Frontplatte der Auslöseeinheit außerdem mehrere Grenzwertpotentiometer, die den verschiedenen Beschriftungen auf der Frontplatte der Auslöseeinheit zugeordnet sind. Diese Potentiometer sind vorgesehen, damit eine Bedienungsperson die Schaltungsanordnung der Auslöseeinheit einstellen kann, um die Art der Auslösekennlinien zu definieren, die von der Auslegung des gesamten elektrischen Verteilungssystems gefordert werden. Wenn eine Bedienungsperson eines der Potentiometer auswählt, beispielsweise das Potentiometer "Stromanspreehwert SOFORT" 112, so wird diese Einstellung von der Schaltung der Auslöseeinheit erfaßt, und die sequentielle Anzeige der Werte wird unterbrochen. Der eingestellte Parameterwert wird sofort auf der numerischen Anzeige angezeigt, und die entsprechende Leuehtdiodenanzeige wird eingeschaltet. Wenn z.B. gewünscht wird, den Stromanspreehwert für die sofortige Auslösung einzustellen, steckt die Bedienungsperson einen Schraubendreher oder ein anderes Werkzeug in das Potentiometer 112 und dreht es. Sofort erleuchtet die Leuchtdiodenanzeige "Sofort" 92, und der derzeitige Stromansprechwert für die sofortige Auslösung wird auf der numerischen Anzeige 80 angezeigt. Diese Zahl wird im auf Einheiten bezogenen Format angegeben, d.h. als Vielfaches der System-Nennleistung, wie es durch das ausgezogene runde Symbol spezifiziert wird. Wenn also das Potentiometer 112 gedreht wird, ändert sieh der in der Anzeige 80 dargestellte Wert langsam, indem er in diskreten Schritten von beispielsweise 1,00 bis zu dem maximal zulässigen Wert ansteigt, wie er innerhalb der Auslöseeinheit gespeichert ist. Dieser Wert beträgt hier 10,0. Wenn der gewünschte Wert erreicht ist, wird die Einstellung des Potentiometers beendet und die Auslöseeinheit nimmt ihre sequentielle Abtastung und Anzeige der derzeitigen Werte und Einstellungen wieder auf. In ähnlicher Weise kann jedes der Potentiometer auf der Frontplatte der Auslöseeinheit eingestellt werden, um die gewünschte Parametereinstellung vorzunehmen.

In

In der Vergangenheit hat die Einstellung von Parameter werten unter Verwendung von Potentiometern in Verbindung mit digitalen Schaltungen Probleme aufgeworfen. Es bestand beispielsweise die Tendenz, daß sieh der eingestellte Wert eines Potentiometers von Minute zu Minute änderte, was unmittelbar zu einem anderen angezeigten Wert führte. Dies verursachte eine lästige schnelle Änderung der Anzeige, welche die Einstellung schwierig machte. Weiterhin verursachten Temperaturschwankungen und andere weniger wichtige Störungen in der Schaltung eine Änderung der Anzeige und des eingestellten Wertes des Potentiometers, selbst wenn keine Einstellung vorgenommen wurde. Darüber hinaus verhinderte früher manchmal ein Fehler des Potentiometers, daß der festgelegte Parameter überhaupt lesbar war.

Um diese Probleme zu vermeiden, verwendet die vorliegende Erfindung die Potentiometer zum Auswählen eines von acht vorbestimmten Parameterwerten, die in dem ROM des Mikrocomputers der Auslöseeinheit gespeichert sind. Somit dient das Potentiometer als diskreter Mehrstellungsschalter anstelle einer kontinuierlich veränderbaren Einstelleinrichtung. Im Falle des Versagens eines Potentiometers wählt die Auslöseeinheit den engsten Wert des dem fehlerhaften Potentiometer zugeordneten Parameters für die Verwendung bei den Überwachungsfunktionen aus.

Um die Einstellung* noch bequemer zu gestalten, enthält die Auslöseeinheit eine Hystereseeigenschaft, die im einzelnen im Abschnitt III. C. besehrieben wird.

Ferner können Parameter von einer externen Schaltung über den Anschluß SER EIN des Daten-E/A-Systems 174 eingegeben werden.

Betriebsart 5: Testbetrieb

Die hier dargestellte Auslöseeinheit weist außerdem eine TEST-Betriebsart auf. Durch Drücken eines der Druckknopfschalter 128, 130 kann eine

Überstrom-

-^:·-"- '-··'"■-■■ 31H546

Überstrombedingung bzw. eine Erdschlußbedingung simuliert werden. Wenn . sich der Schalter 106 in der Stellung "nicht auslösen" befindet, bestimmt sich der zu simulierende Fehlerstrom wert durch die Einstellung des Potentiometers 120, wenn der Schalter 128 oder 130 gedrückt ist. Befindet sich der Schalter 106 in der Stellung "auslösen", werden feste Werte für den Fehlerstrom simuliert. Diese simulierte Überstrom- oder Erdschlußbedingung führt entweder zu einem tatsächlichen Öffnen der Kontakte des Leistungsschalters oder nicht, wie es durch die Einstellung des "auslösen'V'nieht auslösen"-Sehalters 106 bestimmt wird. In jedem Fall wird der Test nach dem Loslassen der Drüekknöpfe 128, 130 eingeleitet, was das Aufleuchten der "Testbetrieb"-Leuchtdiodo* 100 zur Folge hat. Wenn der Verzögerungszeitraum zu Ende geht, wird die entsprechende Leuchtdiode 92, 99 oder 96 erleuchtet, wodurch die erfolgreiche Beendigung des Tests angezeigt wird. Wenn der Schalter 106 in die Stellung "auslösen" gebracht ist, öffnen sich auch die Kontakte des Leistungsschalters.

Durch die Verwendung der Testbetriebsart bei der Sehalterstellung "kein Auslösen" kann eine Bedienungsperson jeden gewünschten Punkt in der Zeit/Strom-Auslösekennlinie prüfen. Er tut dies durch Drücken des gewünschten Testknopfes 128 oder 130, und durch Eingeben des gewünschten Vielfaehens des maximalen Dauerstroms über das Test-Potentiometer 120. Dann läßt er den gewünschten Phasen- oder Erdschluß-Testknopf 128 oder 130 los. Die Auslöseeinheit simuliert einen Fehler bei dem Pegel des über das Test-Potentiometer 120 eingegebenen Vielfachen des maximalen Dauerstroms und simuliert eine Auslösung, ohne daß die Kontakte tatsächlich geöffnet werden.

Nach Beendigung des Tests wird die Leuchtdiode 92, 94, 96 oder 98 eingeschaltet, um anzuzeigen, ob der ausgelöste Schalter in der Betriebsart "sofort", "lange Verzögerung", "kurze Verzögerung" oder "Erdschluß" ausgelöst hat. Die Anzeige 80 zeigt im Einheitswert die Stromstärke an, bei der der Leistungsschalter "ausgelöst", d.h. "abgeschaltet" wurde (dieser Wert ist derselben Wert, der über das Potentiometer 120 einge

geben

"·*-■ -'31U546

geben wurde), und die Anzeige 82 zeigt die Anzahl von Sekunden oder Perioden (was durch die Leuchtdiode 92, 94, 96 oder 98 spezifiziert wird), die auf das Einleiten des Tests, bei dem der Schalter ausgelöst wurde, gefolgt sind.

Während der Durchführung eines Tests erfolgt eine Bestimmung, welcher von den folgenden Werten der größere Wert ist: Tatsächlicher Phasen-(oder Erd-)Strom oder simulierter Phasen-(oder Erd-)Strom; der größere der zwei verglichenen Werte wird mit den verschiedenen Einstellwerten verglichen. Auf diese Weise kann ein Test stattfinden, ohne daß die Schutzfunktion unterbrochen oder ausgesetzt wird. Wenn weiterhin der simulierte Strom größer ist als der tatsächliche Strom, beide Werte jedoch größer sind als der Ansprechwert für lange Verzögerung, erfolgt am Ende des Tests eine Auslösung, und zwar ungeachtet der Stellung des "auslösen" / "nicht auslösen"-Sehalters 106.

Die Bedienungsperson kann dann den angezeigten Zeit/Strom-Wert aufzeichnen, um zu sehen, ob dieser Punkt auf der gewünschten Zeit/Strom-Auslösekennlinie liegt. Auf diese Weise kann jede beliebige Anzahl von Punkten getestet werden, was eine vollständige Verifizierung der in die Auslöseeinheit eingegebenen Auslösekennlinie gestattet.

C. Fernanzeige und Spannungsversorgung

An die Auslöseeinheit 26 kann weiterhin eine Fernanzeige und Spannungsversorgung 145 angeschlossen sein. Dieses Gerät schafft die Möglichkeit, an einer von dem Leistungsschalter 10 entfernten Stelle eine Anzeige darüber zu erhalten, daß der Sehalter ausgelöst wurde und was die Ursache für die Aulösung war. Weiterhin kann das Gerät 145 anzeigen, wenn die Spitzen-Leistungsnachfrage einen voreingestellten Grenzwert überschritten hat. Diese Anzeigen erfolgen über vier Leuchtdioden, die folgenden Bedingungen entsprechen: "Spitzen-KW-Naehfrage überschritten", "Überstromauslösung" (lange Verzögerung), "Kurzschlußauslösung" (sofortige, kurz verzögerte oder thermische Auslösung) und "Erdschlußauslösung".

Außerdem

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Außerdem sind in der Fernanzeige 145 zwei Relais vorgesehen. Ein Relais wird bei Erhalt einer Spitzen-KW-Nachfrage-Anzeige betätigt, um eine automatische Lastabschaltung zu ermöglichen. Das andere Relais wird bei Erhalt irgendeiner Art von Auslöse-Anzeige betätigt, um eine Alarmglocke oder eine Alarmlampe einzusehalten oder eine andere gewünschte Funktion einzuleiten.

Das Gerät 145 enthält weiterhin eine von der Weehselstromleitung gespeiste Spannungsversorgung, die 32 Volt Gleichspannung abgibt. Der Ausgang dieser Spannungsversorgung ist an den in Fig. 2 gezeigten Anschluß EXT DC 148 angeschlossen.

Eine ausführliche Beschreibung der Schaltungsanordnung der Fernanzeige und Spannungsversorgung ist im Abschnitt III. E. enthalten.

III. BESCHREIBUNG DER ELEKTRISCHEN SCHALTUNG A. Arithmetisch-logischer und Steuer-Prozessor

Der arithmetisch-logische und Steuer-Prozessor 154 ist ein Mikrocomputer 8048 der Firma INTEL Corporation. Aus Fig. 5 A ist ersichtlich, daß der einzelne 40 Anschlußstifte aufweisende Baustein folgende Funktionen enthält: Eine arithmetisch-logische Einheit von 8 Bits, eine Steuereinheit, einen IKx 8-Bit-ROM-Programmspeicher 153, einen 64 χ 8-Bit-RAM-Datenspeicher 157, einen bidirektionalen 8-Bit-Datenbus 172 und zwei quasi-bidirektionale 8-Bit-Ports PORT 1 und PORT 2. Weiterhin sind zusätzliche Steuerleitungen vorgesehen. Hinsichtlich einer ausführlicheren Beschreibung sei verwiesen auf das schon oben erwähnte MST48 Microcomputer Users Manual. Unter Bezugnahme auf die Figuren, spezielle auf Fig. 2, soll nun die Verschaltung des Mikrocomputers 154 beschrieben werden.

Der achtadrige Datenbus 172 ist an die acht Ausgangsanschlüsse des ADU 156 angeschlossen. Die 8 Bits umfassenden Digitalwerte, die von

dem

"■"-■ ·■" ^: ■ 31H546

dem ADU geliefert werden, werden dadurch von dem Mikrocomputer durch folgende Sequenz gelesen: Auf der WR-Leitung des Mikrocomputers 154 wird ein Impuls an den ADU 156 gegeben, der dem ADU befiehlt, die an seinen Eingangsanschlüssen anstehende Analoggröße in einen 8-Bit-Digitalwert umzuwandeln. Nach Beendigung des Umwandlungsvorganges erzeugt der ADU 156 auf der an den Tl-Testanschluß des Mikrocomputers angeschlossenen Leitung einen Impuls. Der Mikrocomputer erzeugt dann einen Impuls auf der RD-Leitung, welcher das von dem ADU erzeugte Bit-Muster in den Akkumulator des Mikrocomputers 154 überträgt.

Der Datenbus 172 ist außerdem an das Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 angeschlossen, um der Auslöseeinheit 26 zu ermöglichen, mit anderen Leistungsschaltern und mit der Fernanzeige/Spannungsversorgung 145 in Ubermittlungsverbindung zu treten. Das Daten-Eingabe/Ausgabe-System wird im Abschnitt III.G. vollständig besehrieben werden.

Port 1 und Port 2 des Mikrocomputers schaffen die Möglichkeit, mit anderen Bauelementen der Auslöseeinheit 26 Information auszutauschen und Steuerungsaufgaben wahrzunehmen. Die spezielle Verschaltung soll im folgenden besehrieben werden.

Port 1:

Leitung 0, Leitungt 1, Leitung 2: Diese Leitungen liefern die Kanaladresseninformation vom Mikrocomputer 154 an den Multiplexer 158, wie in Fig. 2 bei 188 angedeutet ist.

Leitung 3: Diese Leitung (180 in Fig. 2) betätigt den FET 182, um die an den ADU 156 gegebene Bezugsspannung zu ändern und dadurch die Auflösung für die Phasenstrommessung für lange Verzögerung zu erhöhen.

Leitung 4: Diese Leitung aktiviert den Transistor 192 zum Erregen der Auslösespule 22 und zum Veranlassen des Mechanismus 22, die Kontakte

des

des Schalters zu öffnen. Leitung 4 ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen • 190 kenntlich gemacht.

Leitung 5: Diese Leitung betätigt den FET 186 zum Erden des Ausgangs des Multiplexers 158, wodureh ebenfalls der Eingang des Multiplexers 148, der zu dieser Zeit ausgewählt ist, geerdet wird. Dadurch kann das Aktivieren der Leitung 5 (184 in Fig. 2) die Spitzenwertgleichrichter 160 und 162 zurücksetzen, wenn diese von dem Multiplexer 158 ausgewählt werden.

Leitung 6: Diese Leitung aktiviert die ChipauswahHChip Select) Klemme des externen ROM, wenn eine Leseoperation durchgeführt wird.

Leitung 7: Diese Leitung (178 in Fig. 2) erregt die Spannungsversorgung 176 des Daten-Eingabe/Ausgabe-Systems 174 periodisch.

Port 2:

Leitung 0, Leitung 1, Leitung 2, Leitung 3: Diese Leitungen übertragen die von dem Mikrocomputer 154 an die Frontplatten-Anzeigevorrichtung 155 gesendeten Daten. Wie man aus Fig. 6 ersieht, gelangen diese Digitalwerte über die genannten Leitungen an einen Zwischenspeicher-Decoder 194 zwecks Anzeige auf den numerischen Anzeigen 80 und 82. Leitung 0, Leitung* 1 und Leitung 2 (207 in Fig. 6 und Fig. 7) übertragen außerdem Kanaladressinformation an die Multiplexer 206, 166 und 168. Leitung 3 (216 in Fig. 7) ist an die INHIBIT-Ansehlüsse der Multiplexer 166 und 168 angeschlossen und dient zum Kippen oder selektiven Aktivieren der Multiplexer 166 und 168.

Leitung 4: Diese Leitung betätigt den Transistor 198, um den Dezimalpunkt der numerischen Anzeigen 80 und 82 zu erleuchten.

Leitung 5: Diese Leitung ist an den "Zwischenspeicher-Freigabe"-Anschluss des Zwischenspeicher-Decoders 194 angeschlossen und dient zum Einspeiehern der auf den Leitungen 0 bis 3 am Zwischenspeicher-Decoder

erscheinenden

·■-·-■ ■ ■■■ - ^:31 1Λ546

erscheinenden Datenwerte.

Leitung 6: Diese Leitung erregt den Transistor 208, der in Verbindung mit den Ausgangsleitungen des Zwischenspeicher-Decoders 194 die Leuchtdiodenanzeigen 84 bis 98 aktiviert.

Leitung 7: Diese Leitung ist an den INHIBIT-Ansehluß des Multiplexers 206 angeschlossen (212 in Fig. 6).

Der Unterbrechungs-(Interrupt) Anschluß 143 des Mikrocomputers ist an die Hoehspannungsseite der Thermoschalter 141 angeschlossen. Das Aktivieren dieser Schalter bewirkt daher, daß der Unterbreehungsanschluß 143 auf niedriges Potential (LOW) geht und die Unterbrechungsbefehle in dem ROM mit der Abarbeitung beginnen, wodurch die thermische Auslösung behandelt wird und eine sofortige Auslösung angezeigt wird.

B. Frontplatten-Anzeigevorrichtung

Ein detailliertes schematisehes Diagramm der Frontplatten-Anzeigevorriehtung gemäß Fig. 2 ist in Fig. 6 dargestellt. Wie aus der Skizze ersichtlich ist, ist ein 7-Segment-Zwischenspeicher-Decoder 194 (z.B. vom Typ CD 4511B) vorgesehen. Von den Leitungen 0-3 des Ports 2 des Mikrocomputers 154 wird ein 4-Bit-Eingangssignal geliefert. Die Decoderschaltung 194 liefert auf sieben Leitungen ein Ausgangssignal über ein Lastwiderstandsfeld 196 an ein Paar vierstelliger 7-Segment-LED-Anzeigen 80 und 82. Eine achte Leitung aktiviert den Dezimalpunkt der digitalen Anzeigen 80 und 82 über einen Transistor 198, der über eine Leitung 200, die ebenfalls an das Port 2 des Mikrocomputers 154 angeschlossen ist, betätigt wird. Eine Treiberschaltung 202 und ein Transistor 204 werden von einer Multiplexerschaltung 206 gesteuert, die z.B. vom Typ CD4051B ist. Als Eingangssignal wird der Multiplexerschaltung 206 ein 3-Bit umfassendes Auswahl-Signal angeboten, welches ebenfalls von drei Leitungen 206 des Ports 2 des Mikroprozessors

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zessors abgegeben wird. Die Leuchtdiodenanzeigen 84, 86, 88, 90, 92, . 96, 98 und 100 werden über den Transistor 208 von einer vom Port 2 des Mikrocomputers 154 kommenden Leitung in Verbindung mit den digitalen Anzeigen 80 und 82 aktiviert. Die "Tesf'-Leuchtdiode 100 wird ebenfalls von dem Transistor 108 und einem zusätzlichen Transistor in Verbindung mit einer INHIBIT-Leitung 212, die ebenfalls vom Port 2 des Mikrocomputers an den Multiplexer 206 gelegt ist, aktiviert.

C. Parametereingabe

Grenzwerte für die Auslöseeinheit 26 werden von den Potentiometern 108 - 120 geliefert, wie in den Fig. 2, 5 und 7 dargestellt ist. Jedes der Potentiometer ist mit einem Ende seines Widerstandselementes an die VREp-Quelle angeschlossen, die andere Klemme des Widerstandselementes ist geerdet. Der Schleifer jedes Potentiometers steht in Verbindung mit einem Eingangsanschluß eines der Multiplexer 166 und 168, bei denen es sich z.B. um Multiplexer vom Typ CD4051B handelt. Auf diese Weise liefert jedes der Potentiometer ein analoges Spannungssignal an die zugehörige Multiplexer-Eingangsklemme. Diese Eingangsklemmen werden von der 3-Bit-Adressleitung 214 und einer INHIBIT-Leitung 216 ausgewählt, die an das Port 2 des Mikroprozessors angeschlossen sind.

Die Zwei-Stellungs-Schalter 102, 104 und 106 entsprechen den I²T-Ein/Aus-Schaltern für Phasen- und Erdstrom und einer"Auslösen" / "nicht Auslösen"-Funktion für den Testbetrieb. Man sieht, daß diese Schalter dazu dienen, einen variablen Spannungsteiler zwischen Vref ^und Erde zu bilden, der irgendeinen von sechs Analogspannungswerten an einen Anschluß des Multiplexers 178 gibt. In ähnlicher Weise entsprechen Druckknopfschalter 107, 105, 128 und 130 "Anzeige Rücksetzen", "Nachfrage Rücksetzen", "Phasentest" und "Erdtest"; die Schalter dienen dazu, irgendeines von acht Analogspannungssignalen an einen anderen Anschluß des Multiplexers 168 zu geben.

D.

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D. Bauartnummer-Kennzeichnungsvorrichtung

Fig. 8 zeigt im einzelnen die in Fig. 2 dargestellte Bauartnummer-Kennzeichnungsvorrichtung 170. Jede vierstellige dezimale Bauartnummer entspricht einer speziellen Wahlkombination. Wie man in Fig. 8 erkennt, liefert die Bauartnummer-Kennzeichnungsschaltung Eingangssignale an vier Anschlüsse des Multiplexers 158. Jeder dieser Anschlüsse repräsentiert eine Ziffer der dezimalen Bauartnummer und kann mit irgendeinem von vier Anschlüssen eines von Widerständen 218, 220 und 222 gebildeten Spannungsteilers, die zwischen Erde und Vref liegen, verbunden werden. Diese Verbindungen werden von herstellerseitig verdrahteten Überbrüekungsverbindungen ausgewählt und eingerichtet, um jeden Anschluß des Multiplexers 158 mit einem von vier möglichen Analogspannungssignalen zu beaufschlagen. Dann liefert der Multiplexer 158 diese Werte auf Befehl zum ADU 156, der sie in den 8-Bit-Digitalcode umsetzt, die von dem Mikrocomputer gelesen und als die Bauartnummer interpretiert werden, wodurch der Mikrocomputer bestimmen kann, welche der vielen Wahlkombinationen für die Auslöseeinheit 36 in dieser speziellen Auslöseeinheit tatsächlich gegeben ist.

E. Fernanzeige und Spannungsversorgung

Das Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 liefert impulseodierte Ausgangssignale über ein einzelnes wahlweise gekoppeltes Paar von Leitungen, um eine Fernanzeige darüber zu erzeugen, daß die von dem Leistungsschalter gespeiste Last eine vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten hat. Zusätzlich sind Anzeigen betreffend die Ursache einer Auslösung vorgesehen, nämlich Anzeigen eines Überstroms, eines Kurzschlusses oder eines Erdschlusses. Die zu beschreibende Schaltung deeodiert die entsprechenden vier Eingangssignale, um sowohl Leuehtdiodenanzeigen zu schaffen als auch Relais zu schließen.

Zusätzlich stellt die Schaltung eine Fern-Spannungsversorgung von der Wechselstromleitung und von Batterien für die Spannungsversorgung 144

dar.

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dar. Diese Möglichkeit wird in solchen Anwendungsfällen benötigt, in •denen das kontinuierliche Erhalten von Daten erforderlich ist, so z.B. der Anzeige betreffend die Ursache einer Auslösung und Energiefunktionen, darunter Megawattstunden und Spitzennaehfrageleistung.

Wie man in Fig. 9 sehen kann, gelangt die Eingangsleistung über einen Transformator 602, eine Gleichrichterschaltung 604 und einen Filterkondensator 606, um einen Pegel von etwa 32 Volt zu erhalten. Ein Strombegrenzungswiderstand 608 dient als Schutz gegen unbeabsichtigten Kurzschluß an dem Ausgangsanschluß 610. Der Anschluß 610 steht in Verbindung mit dem Anschluß EXT DC 148 (Fig. 2), und der Anschluß 612 ist mit dem digitalen Erdansehluß der Auslöseeinheit 26 verbunden. Liegt ein Verbindungsdraht zwischen den Anschlüssen 610 und 614, können die drei internen 8-Volt-Nickel-Cadmium-Batterien 616 aktiviert werden, um die Ausgangsspannung bei 24 Volt zu halten, wenn die Eingangs-Weehselspannung unterbrochen werden sollte. Für die Batterieaufladung ist ein 10 K-"Pufferladungs"-Widerstand 618 vorgesehen.

Durch einen Widerstand 620, eine Zenerdiode 622 und einen Kondensator 624 wird eine Versorgungsspannung von 8,2 Volt für die Decodierund Alarmschaltung erzeugt.

Der Daten-E/A-Ausgangsansehluß 508 in Fig. 14, der die Bezeichnung "Fernanzeige Aus" trägt, ist an den Anschluß 626 in Fig. 9 angeschlossen und der Anschluß "E/A Gemeinsam" gemäß Fig. 14 ist an den Anschluß 628 in Fig. 9 angeschlossen. Die 100 Mikrosekunden dauernden, eine Amplitude von 4 Volt aufweisenden Ausgangsimpulse , die auf die Anschlüsse 626 und 628 gegeben werden, rufen in einem Optokoppler 630 einen Stromfluß von 8 Milliampere hervor. Dieser Strom schaltet den Koppeltransistor an, welcher am Widerstand 632 einen Spannungsimpuls von 8 Volt erzeugt.

Der Mikrocomputer 154 kann alle 2 Millisekunden einen Impuls mit einer Dauer von 100 Mikrosekunden erzeugen, oder maximal 8 Impulse

pro

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pro Periode der Wechselleistung. Es wird eine Codiermethode ange-. wendet, gemäß der eine von 8 Impulsen einen "Nachfrage"-Alarm bezeichnet. Wenn eine Auslösung erfolgt ist, kennzeichnen zwei aufeinanderfolgende Impulse von 8 Impulsen eine Erdschluß-Auslösung, drei aufeinanderfolgende Impulse von 8 Impulsen kennzeichnen eine Überstromauslösung (lange Verzögerung , fünf aufeinanderfolgende Impulse von 8 Impulsen kennzeichnen eine Kurzschluß-Auslösung (entweder sofortige oder kurz verzögerte Auslösung). Das Impuls-Codierschema ist in Fig. 10 dargestellt.

Die Eingangsimpulse liefern Trigger-Eingangssignale für ein erneut triggerbares Monoflop, das an seinem Ausgang Ql ein 3 Millisenkunden andauerndes Signal abgibt. Das Monoflop ist Bestandteil einer integrierten Schaltung 634, die beispielsweise vom Typ RCA CD4098 ist. Das Merkmal der erneuten Triggerbarkeit bedeutet, daß jeder Impuls, der wahrend des 3 Millisekunden andauernden Zeitintervalls auftritt, ein neues 3 Millisekunden dauerndes Intervall beginnen läßt. Die Wellenform B in Fig. 10 zeigt das sich ergebende Ausgangssignal am Ausgang Ql, für einen, zwei, drei und vier aufeinanderfolgende Eingangsimpulse entsprechend einem "Naehfrage"-Alarm, einer "Erdschlußauslösung", einer "lang verzögerten Auslösung", bzw. einer "Kurzschlußauslösung". Die Amplitude der Ql-Impulse gleicht der dem integrierten Sehaltkreis 634 zugeführten Versorgungsspannung. Wenn das Ql-Ausgangssignal von dem Widerstand 63*6 und dem Kondensator 638 gemittelt wird, wird eine Gleichspannung T erzeugt, dessen Wert einem der nachstehend angegebenen Bruchteile der Versorgungsspannung entspricht: 3/16 Volt 5/16 Volt, 7/16 Volt oder 11/16 Volt. Dieser Wert wird auf die invertierenden Eingänge eines Vierfach-Komparators 640 gegeben, die den gefilterten Wert C mit festen Bruchteilen der Versorgungsspannung von 1/8 Volt, 1/4 Volt, 3/8 Volt und 9/16 Volt vergleichen. Diese Werte werden von einem Spannungsteilernetzwerk erzeugt, das Widerstände 642, 644, 646, 648 und 650 enthält. Dann gibt der Komparator Ausgangssignale ab, die angeben, welches der vier möglichen Impulsmuster an die Eingangsanschlüsse 626 und 628 gegeben wurde. Wenn beispielsweise eine "Nachfrage"-Bedingung vorliegt, wodurch ein Impulsmuster

entsprechend

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entsprechend einem von 8 Impulsen erzeugt wird, beträgt die Gleich-• Spannung am invertierenden Eingang des !Comparators A von 640 dann 3/16 der Versorgungsspannung, was mehr ist als 1/8 der Versorgungsspannung, jedoch weniger als 1/4 der Versorgungsspannung· Folglich ist der Ausgangsanschluß des !Comparators A niedrig, während sämtliche anderen Ausgänge hoch sind. Durch einen Stromfluß durch den Widerstand 656 werden der Transistor 652 und das Relais 654 eingeschaltet, ebenso die "Nachfrage'HLeuchtdiode 658.

Eine Überstrom-Auslösebedingung läßt drei aufeinanderfolgende Impulse ·· an den Eingangsansehlüssen 626 und 628 auftreten, und ein gemittelter Wert von 3/16 der Versorgungsspannung erseheint an den invertierenden Eingängen der in der Komparatoranordnung 640 enthaltenen Vergleieher. Dieser Wert ist größer als 3/8 der Versorgungsspannung, jedoch kleiner als 5/8 der Versorgungsspannung. In diesem Fall sind die Ausgangsanschlüsse der Vergleicher A, B und C niedrig. Ein Transistor 660 und ein Relais 662 werden aufgrund des Stromflusses durch die Überstrom-Leuchtdiode 664 und den Widerstand 666 eingeschaltet. Der Transistor 652 und die "Nachfrage"-Leuchtdiode sind ausgeschaltet, aufgrund der Kurzsehlußwirkung des Transistors 668. Ebenso ist die "Erde"-Leuchtdiode 670 ausgeschaltet aufgrund der Kurzsehlußwirkung der "Überstrom"-Leuchtdiode 664. Auf diese Weise dominiert stets der höchste Vergleichspegel. Eine Funktion der integrierten Schaltung 672, bei der es sich beispielsweise um den Typ CD040 von RCA handelt, und von Ql besteht darin, eine eine 1/2 Sekunde dauernde EIN-Verzögerung für die Vergleicher zu schaffen, die notwendig ist, damit sich die Spannung am Kondensator 638 stabilisieren kann. Die Ql-Impulse erscheinen alle 1/60 Sekunden. Sie werden von einem Zähler 672 gezählt, bis 32 Impulse gezählt sind und der Ausgang Q6 hoch wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ausgang Ql eingeschaltet, und zusätzliche Impuls-Eingangssignale werden von der Diode 674 gesperrt.

Etwa 30 Millisekunden nach dem letzten von dem optischen Isolator 630 empfangenen Impuls wird die Q2-Klemme des erneut triggerbaren

Monoflops

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r 39-

Monoflops 634 hoch. Dies setzt den Ausgang Q6 von 672 zurück und schaltet Ql ab. Die Funktion des Zählers 672 und von Ql besteht darin, ein sicheres Ein/Aus-Schalten der Leuchtdiodenanzeigen sowie der Alarm/Verriegelungs-Aus- und "Nachfrage"-Relais 662 und 654 zu gewährleisten.

F. Daten-Eingabe/Ausgabe-System und die zugehörige Spannungsversorgung

Wie oben erläutert wurde, ist in Betracht zu ziehen, daß ein erfindungs- _ gemäß aufgebauter Leitungsschalter in einem elektrischen Verteilungs

system in Koordination mit einer Anzahl weiterer Leistungsschalter verwendet wird. Es ist manchmal wünschenswert, daß verschiedene Befehle und Informationen von diesem Leistungsschalter gesendet werden, und daß verschiedene von anderen zugehörigen Leistungsschaltern gesendete Parameter von diesem Leistungsschalter erfaßt werden. Diese Information wird dazu verwendet, das gewünschte Verriegelungssehema zu erhalten, wie es von dem Systemarchitekten oder -entwerfer spezifiziert wird.

Das System enthält vier Ausgangsleitungen: "KV (SD)-Verriegelung AUS" (KV = kurze Verzögerung) 502, "Erdschlußverriegelung AUS" 504, "SER AUS" 506 und "Fernanzeige AUS" 508.

Es sind drei Eingangsanschlüsse vorgesehen: "KV (SD)-Verriegelung EIN" (KV= kurze Verzögerung) 510, "Erdsehlußverriegelung EIN" 512 und "SER EIN" 514. Die Anschlüsse SER AUS und SER EIN werden zur Übermittlung digitaler Daten zwischen dem Mikrocomputer 154 und einer entfernt angeordneten digitalen Schaltung verwendet. Der Am Schluß "Fernanzeige AUS" stellt einen eins-aus-vier-eodierten Impulsausgang für die Anzeige der Ursache einer Auslösung (Überstrom, Kurzschluß oder Erde) und einen"Spitzennachfrageleistung"-Alarm dar. Die Eingangs- und Ausgangs-Verriegelungsansehlüsse gestatten direkte Verriegelungsverbindungen zwischen Leistungsschaltern ohne zusätzliche Bauelemente.

Wenn

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Wenn typische Optokopplersehaltungen verwendet werden, werden 40 Milliwatt Leistung benötigt (12 Milliampere bei 5 Volt Gleichspannung für jede der sieben Leitungen). Die Leistung, die die Stromwandler 24 liefern können, beträgt lediglich etwa 500 Milliwatt (100 Milliampere bei δ Volt Gleichspannung), von der das meiste vom Mikrocomputer 154 verbraucht wird. Herkömmliche Optokopplersehaltungen können daher nicht verwendet werden.

Die Spannungsversorgung für das Daten-Eingabe/Ausgabe-System 174 enthält einen Impulstransformator 501, der über einen Transistor 228 an die Leitung 7 des Ports 1 angeschlossen ist, wie es in Fig. 10 durch das Bezugszeiehen 178 angedeutet ist. Der Mikrocomputer liefert alle 2000 Mikrosekunden einen 100 Mikrosekunden andauernden Impuls, wie es von dem gemeinsamen Anzeige-Unterprogramm vorgegeben wird, um dadurch die Spannungsversorgungserfordernisse des Daten-Eingabe/ Ausgabe-Systems 174 um einen Faktor von etwa 20 zu 1 oder auf etwa 20 Milliwatt (4 Milliampere durchschnittlich bei 5 Volt Gleichspannung) herabzusetzen. Dies ist wenig genug, um von der Spannungsversorgung 144 ohne Schwierigkeiten bereitgestellt werden zu können.

Die in der Spannungsversorgung 176 auftretenden Wellenformen sind in Fig. 15 dargestellt. Die Wellenform A erscheint auf der Leitung 7 des Ports 1 des Mikrocomputers 154. Für etwa 100 Mikrosekunden in einem Zeitraum von etwa 2000 Mikrosekunden (tatsächlich 1/8 χ 1/60 Sekunden) wird die Leitung 7 von Port 1 niedrig auf Mikrocomputer-Sehaltungserde gehalten. Dies schaltet den Transistor 228 ein, wodurch + 5 Volt an den Eingang des Transformators 501 gelegt werden, wie in Wellenform B in Fig. 15 zu sehen ist. Eine entsprechende Wellenform wird an dem Ausgangsanschluß des Transformators 501 erzeugt, bezogen auf den für das System gemeinsamen Anschluß des Daten-Eingabe/ Ausgabe-Systems 174.

Wenn z.B. von dem Anschluß "Fernanzeige AUS" 508 eine Ausgabe gewünscht wird, wird die entsprechende Ausgangsleitung des Mikrocomputers,

nämlich

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nämlich Leitung 3 des Datenbusses 172, auf Schaltungserde gehalten, wie in der Wellenform C in Fig. 15 zu sehen ist. Durch den durch den Transistor 228 fließenden Strom wird die Leuchtdiode 516 eingeschaltet. Der Phototransistor 517 schaltet dann den Transistor 518 an, wodurch die Ausgangsspannung gemäß der Wellenform D entsteht. Wenn die Leitung 178 (Wellenform C) "hoch" ist, ist das entsprechende Ausgangssignal des Transistors 518 "Null", wie durch die Wellenform D dargestellt ist.

Die Eingabesehaltung ist so ausgelegt, daß sie sowohl mit einem direkt gekoppelten Gleichspannungssignal von einem älteren Leistungsschalter als auch mit einer Impulseingabe arbeitet, wie sie weiter unten in diesem Abschnitt besehrieben wird. Ein Eingangssignal an beispielsweise dem Anschluß "FER EIN" 514, wie es in der Wellenform E dargestellt ist, erseheint ebenfalls am Gate des FET 236, wie in der Wellenform F gezeigt ist. Wenn die Impulsspannung am Ausgang des Impulstransformators 501 erseheint, fließt Strom in die Leuchtdiode 238 und dann durch den FET 520, der durch das Eingangssignal am Anschluß "SER EIN" 514 eingeschaltet wurde. Der FET 236 besitzt eine Einschalt-Gate-Spannung von 2,5 Volt und einen internen Gate-Source-Zenerdiodensehutz von 15 Volt. Dieser Bereich ist erforderlieh, um dem 4 Volt betragenden Impuls-Eingangssignal zu entsprechen, das von der Mikroeompiitersehaltung geliefert wird, und um einem L2-Volt-Gleichspannungssignal zu entsprechen, welches von der älteren Art von Festkörper-Auslöseeinheit geliefert wird.

Der FET 236 erfüllt zwei Funktionen: Als erstes stellt er ein Speicherelement dar, wenn das Eingangssignal ein Impuls ist. Dies geschieht in Verbindung mit dem Kondersator 232, der über den Widerstand 230 von dem 100 Mikrosekunden andauernden Eingangsimpuls aufgeladen wird. Die Werte des Kondensators 232 und des Widerstands 230 werden so gewählt, daß sich eine Zeitkonstante von 15 Mikrosekunden ergibt. Der Kondensator 232 wird über den Widerstand 234 entladen, der so bemessen ist, daß sich eine Zeitkonstante von 10 Millisekunden ergibt. Der Konden

sator

sator 232 kann über 230 nicht aufgeladen werden, weil das Eingangs-' signal von dem Emitter eines npn-Transistors geliefert wird. Somit wird das Gate des Transistors 236 so lange auf hohem Potential gehalten, wie Eingangsimpulse alle 2 Millisekunden auftreten. Etwa 10 Millisekunden nach dem Verschwinden der Eingangsimpulse schaltet der Transistor 236 ab.

Die zweite Aufgabe des Transistors 236 besteht in der Stromverstärkung. Der Optokoppler 226 benötigt etwa 20 Milliampere zum Einsehalten des zugehörigen Phototransistors. Dieser Strom wird von dem Transistor geliefert. Die hohe Gleichspannungs-Eingangsimpedanz am Eingangsansehluß ist deshalb erforderlich, weil ältere Auslöseeinheit-Steuerschaltungen lediglieh einen kleinen Eingangs-Gleichstrom liefern können.

Das Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines Eingangssignals wird von dem Mikrocomputer auf der Leitung Null des Datenbusses erfaßt (vgl. Wellenform G); die Leitung hat während der 100 Mikrosekunden anhaltenden Impulsdauer hohes Potential, wenn, und nur wenn ein Eingangssignal am Anschluß 514 vorhanden ist. Ein Herunterziehwiderstand 237 ist vorgesehen, um die an die Daten-Eingangsanschlüsse angeschlossenen Datenbusleitungen auf Schaltungserde zu halten, wenn kein Eingangssignal am Anschluß 514 vorhanden ist. Auf diese Weise kann ein von einem Leistungsschalter, einem Notstromgenerator oder einem anderen zugehörigen Bauteil des elektrischen Energieverteilungssystem kommendes Signal von dem Mikrocomputer 154 erfaßt werden, und der Leistungsschalter 10 kann veranlaßt werden, in der erforderlichen Weise tätig zu werden. Weiterhin können über den Anschluß "SER EIN" 510 Parameterwerte von einer entfernten Stelle eingespeist werden. Entsprechende Befehle in dem ROM codieren dann die ankommende Information und speichern sie in dem RAM, wo sie für die Verwendung bei den Grenzwert-Prüffunktionen zur Verfugung stehen.

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G. System-Spannungsversorgung

1. Blockdiagramm-Erläuterung

Die Spannungsversorgung 144 gemäß Fig. 2 ist in Fig. 11 in Blockdiagram mform dargestellt. Die Spannungsversorgungsschltung kann von einer von vier Quellen gespeist werden: Einer externen Wechsel- oder Gleichspannung, der Fernanzeige 145 gemäß Fig. 2, einem Stromeingang von dem Erdstrom-Detektorwandler 28 oder einem Stromeingang von den drei Phasenstrom-Meß wandlern 24.

Die gleichgerichtete Ausgangsgröße der externen Wechselspannungsquelle wird mit der von der Fernanzeige kommenden Gleichspannung verglichen und der größte augenblickliche Wert wird von einem Spannungszuordner 702 an den Energiespeicherkondensator 704 der Spannungsversorgung geliefert, um von dem Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler 706 und der Auslösespule 202 verwendet zu werden. Ein Spannungsfühler 708 überwacht das Ausgangssignal des Spannungszuordners 702. Immer wenn diese Spannung größer als 22 Volt Gleichspannung ist, wird der Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler 706 eingeschaltet. Ein Stromsehalter 710 wird in die Stellung (2) gezogen, wenn die Spannung 24 Volt Gleichspannung übersehreitet. Der Wandler 706 liefert die 5 Volt Versorgungsgleichspannung (mit 100 Milliampere) für die Mikrocomputerschaltung, eine Bezugsspannung Vref (1.64 Volt Gleichspannung) und ein Netz-Ein-Rüeksetz-Steuersignal RS.

Die Einheit kann außerdem entweder von dem gleichgerichteten Ausgangssignal des Erdstrom wandlers oder dem gleichgerichteten zugeordneten Ausgangsstrom der drei Phasenstromwandler 24 gespeist werden. Die zwei Ströme werden bei 712 summiert und dem Sehalter 710 zugeführt, der den Strom entweder dem Energiespeieherkondensator 704 oder einer Stromnebenweg-"Brechstange" 714 zuführt. Der Strom fließt in dem Kondensator 704, bis die Kondensatorspannung etwa 39 Volt Gleichspannung erreicht. An diesem Punkt überträgt der Schalter 710 den Strom zu der Stromnebenwegschaltung 714. Das Umleiten des Stroms wird fortgesetzt,

bis

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bis die Spannung am Kondensator 704 auf etwa 34 Volt Gleichspannung abfällt und der Schalter 710 den Strom erneut veranlaßt, in den Kondensator zu fließen.

2. Sehaltungsbesehreibung

Die Spannungsversorgung 144 ist in Fig. 12 im einzelnen dargestellt. Der ankommende externe Wechselstrom (EXT AC) wird von BR201 gleichgerichtet und mit dem externen Gleiehspannungs-Eingangssignal verglichen. Das Ergebnis wird über DlOl an Energiespeicherkondensatoren C102 und C112 geleitet. Die gefühlte Spannung wird außerdem zu der "Brechstangen"-Schaltung geführt, die von Leistungs-Feldeffekttransistoren QlOl und NAND-Gliedern A und B (die als Negatoren versehaltet sind) gebildet wird. Die Vierfach-NAND-Schaltung wird von dem durch R103, D107, D108 und D109 fließenden Strom gespeist, welcher eine temperaturstabilisierte Spannung von etwa 10 Volt Gleichspannung an den Stift 14 von IClOl erzeugt. Das Vierfach-NAND-Glied besitzt eine Eingangshysterese, die veranlaßt, daß das Ausgangssignal niedrig wird, wenn die Eingänge etwa 70 % der Versorgungsspannung (7 V=) überschreiten. Das Ausgangssignal bleibt dann auf niedrigem Pegel, bis die Eingangssignale auf 30 % der Versorgungsspannung (3 V=) abfallen. Daher wird die "Brechstange" eingeschaltet, wenn am Widerstand R105 7 Volt Gleichspannung auftreten, was 25 Volt Gleichspannung an dem externen Gleichspannungseingang entspricht (7 V= zuzüglich des Abfalls an R104, R102 und D103). Man erkennt, daß die "Brechstange" außerdem eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Energiespeicherkondensator 39 V=. den Spannungsabfall an R105, R104, R102 und D104 übersehreitet, wenn die Spannung an Rl 05 7 V= erreicht.

Wenn externe Leistung zur Verfugung steht , wird der Ein/Aus-Zustand des Wandlers 706 von der externen Versorgungsspannung gesteuert und nicht von der Spannung des Speicherkondensators.

Der 24 V= -Schaltpunkt für die externe Gleichspannungseingabe entspricht der minimalen Gleichspannung, die für die Betätigung der Auslösespule

erforderlich

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erforderlich ist. Die 39 V₌-Grenze der Spannung am Energiespeieher-. kondensator ist ein Kompromis zwischen der 50 Volt-Maximalgrenze des Kondensators und der 30 Volt-Minimaleingabe für den Wandler, die notwendig ist, um 5 Volt Gleichspannung bei 100 Milliampere Gleichstrom abzugeben, wobei das Minimum-Stromwandler-Ausgangssignal 32 beträgt.

Stromnebenschlüsse RlOO und RlOl werden dazu verwendet den Phasenbzw. Erdstrom zu fühlen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Strom-""" fluß durch die Widerstände entweder durch QlOl ("Brechstange EIN")

oder C105 und C112) (Brechstange "AUS") und IC102 erfolgt.

Die benötigte Aussehaltverzögerung von 15 Millisekunden für die + 5 V= -Versorgung wird mittels einer Diode DIlO, eines Widerstandes R107 und eines Kondensators C102 erreicht. Wenn die Spannung an den Stiften 8 und 9 des IClOl unter 3 V= abfällt, nimmt der Ausgangsstift 10 hohes Potential an. Eine 15 Millisekunden dauernde Verzögerung liegt vor, bevor der Stift 12 und der Stift 13 7 V= erreichen. Zu diesem Zeitpunkt geht der Stift 11 auf niedriges Potential, wodurch die + 5 V₌-Bezugsspannung auf Null geht.

Der Spannungssensor 708 bewirkt außerdem eine Ein/Aus-Steuerung für den Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler 706. Der Wandler wird eingeschaltet, wenn die Kondensatorspannung 37 V= erreicht, er wird ausgeschaltet, wenn die Spannung auf 33 V= abfällt. Eine 15 Millisekunden dauernde Verzögerung im Aus-Signal stellt sicher, daß der Mikrocomputer 154 lange genug "eingeschaltet ist, um den derzeitigen Wert des Phasen- und Erdstroms selbst dann anzuzeigen, wenn der Ausgangsstrom der Wandler 24 zu klein ist, um den Betrieb des Wandlers 706 aufrechtzuerhalten. Hierdurch wird die Aufrechterhaltung eines Auslösesignals für so lange Zeit sichergestellt, daß die Auslösespule 22 ausgelöst werden kann. Man beachte, daß die Auslösespule von dem nicht verriegelnden FET 192 gesteuert wird, anstatt durch ein schaltendes oder verriegelndes Gerät, wie z.B. einem gesteuerten

Silicium-

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Siliciumgleichrichter, wie er im Stand der Technik verwendet wird. • Hierdurch wird eine Unempfindlichkeit bezüglich durch Störungen hervorgerufener Auslösungen geschaffen. Solehe Auslösungen können durch elektrische Überschwinge entstehen. Die erwähnte Tatsache verhindert, daß dann, wenn die Betriebsspannung von einer Batterie geliefert wird, eine unnötige Stromsenke in der Spannungsversorgung vorliegt.

Die Schaltpunkte der Ein/Aus-Steuerung 708 und der "Brechstange" sind in Fig. 13 dargestellt.

Bei dem Wandler 706 handelt es sich.um einen Wandler vom Zerhackertyp, der aus dem Schalttransistor IC102, der Induktivität L102, einer "frei laufenden" Diode D112 und einer vom Transistoren Q103 und Q104 gebildeten Spannungsrückkopplung besteht. Die Spannung an der Basis von Q103 wird durch R109 auf + 5 V= eingestellt. Diese Spannung entspricht etwa 1/2 der temperaturstabilisierten Spannung von + 10 V₌, die von D107, D108 und D109 erzeugt wird.

Die Schaltung arbeitet wie folgt: Wenn die Ausgangsspannung unter + 5 V= liegt, ist Q103 eingeschaltet, Q104 ist ausgeschaltet. Der Kollektorstrom von Q103 ist der Basisstrom des pnp-Darlington-Transistors IC102, der dann eingeschaltet wird. Werden der Induktivitat 101 etwa + 35 V= zugeführt, steigt der Strom linear an. Der Strom fließt in C106 und die angeschlossene Last. Wenn die Ausgangsspannung + 5 V= übersteigt, wird Q103 ausgeschaltet, und Q104 wird eingeschaltet. Der Kollektorstrom von Q104 schaltet Q102 an, der die Basis von IC102 klemmt, wodurch dieser rasch ausgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Strom in LlOl von IC102 auf die Diode D112. Die Ausgangsspannung beginnt abzunehmen, bis Q103 einschaltet und Q104 ausschaltet und sieh der Vorgang selbst wiederholt. Die Hysterese bei dem Ein/Aus-Schalten ergibt sich aus dem naturgemäßen Über- und Unterschwingen des durch LlOl und C106 gebildeten Resonanzkreises. Die positive Schaltrückkopplung erfolgt durch C103 und RIlO. Die Schaltpunkte der Spannungsversorgung 144

sind

sind in Fig. 13 dargestellt.

Zusätzlich zu dem + 5 V₌-Pegel liefert die Spannungsversorgung 144 außerdem eine Bezugsspannung V^gp, die von dem Mikrocomputer 154 gebraucht wird. Von dem IC103 wird in Kombination mit R114, R115, Rl 16 und C106 ein zusätzliches Signal, nämlich ein Netz-Ein-Rüeksetz- signal für den Mikrocomputer geliefert. Wenn der Wandler einschaltet und + 5 Volt Gleichspannung erzeugt werden, bleibt die RS-Leitung für /—■ etwa 5 Millisekunden auf Schaltungserde. Dieses Signal gelangt an

den Mikrocomputer, der dann zurückgesetzt wird. Die Diode Dill be wirkt ein Zwisehen-Netz-Aus-RUeksetzen, sobald die 5 Volt betragende Bezugsspannung auf Null heruntergeht, wodurch sowohl ein sicherer Netz-Ein- als auch Netz-Aus-Übergang gewährleistet ist.

H. Der Lesespeicher (ROM)

Der intern in dem Mikrocomputer vorgesehene Lesespeieher (ROM) speichert Befehle, die eine Folge von acht Hauptfunktionen definieren, die bei jeder Periode des Wechselstroms, d.h., alle 16,667 Millisekunden abgearbeitet werden. Jede Funktion ist verantwortlich für das Auf finden eines oder mehrerer Parameterwerte außerhalb des Mikrocomputers. ' Diese Parameter enthalten Werte, die von dem zu schützenden elektrischen Schaltkreis erhalten werden, so z.B. den Phasenstrom und den Erdstrom, weiterhin Werte, die durch die Potentiometer und Schalter auf der Frontplatte spezifiziert werden. Die entsprechende Funktion lädt dann den Parameterwert in eine spezifizierte Speicherstelle innerhalb des Schreib/Lese-Speichers (RAM). Darüber hinaus sind die meisten Funktionen außerdem verantwortlich für die Durchführung einer oder mehrerer Grenzwertprüfungen, so z.B. für das Vergleichen des der zeitigen Phasenstroms mit dem Ansprechwert für sofortige Auslösung (im folgenden als Sofort AW abgekürzt). Da die gesamte Schleife der acht Funktionen alle 16,667 Millisekunden durchgeführt wird, er folgt jede Grenzwertprüfung bei dieser Geschwindigkeit.

Zusätzlich

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Zusätzlich zu der Aufgabe des Abtastens und Grenzwertprüfens ist jede ■ Funktion für zwei Operationen verantwortlich, die sich auf die numerischen Anzeigen 80 und 82 in der Frontplatte beziehen. Alle 4 Sekunden liest eine Funktion einen Anzeigeparameterwert aus der zugewiesenen Speicherstelle des RAM. Dann formatiert die Funktion diesen Parameterwert in vier Ziffernwerte um. Entspricht beispielsweise der derzeitige Phasenstrom 2,14 Einheiten, würde die entsprechende Funktion vier Ziffernwerte erzeugen, nämlich eine Leerstelle, eine 2, eine 1 und eine 4. Diese Ziffernwerte würden dann in zugewiesene Speieherstellen des RAM gebracht werden, wobei jede Stelle einer Ziffernstelle der numerischen Anzeige 80 entspricht. Im allgemeinen formatiert jede Funktion zwei Parameterwerte und lädt somit insgesamt acht Ziffernwerte in die entsprechenden RAM-Speicherstellen. Diese Ziffernwerte verbleiben 4 Sekunden lang in dem RAM, bis die nächste Funktion ihre Pflicht zum Laden der Ziffernwerte erfüllt.

An dieser Stelle befinden sich die Ziffernwerte in dem RAM. Sie müssen nun zu der richtigen Ziffer innerhalb der numerischen Anzeigen 80 und 82 geschickt werden, dies ist die zweite Operation, die von den acht Hauptfunktionen wahrgenommen wird. Jede Funktion ist jedesmal, wenn sie ausgeführt wird, verantwortlich für das Auffinden eines der Ziffernwerte aus dem RAM und für das Senden dieses Ziffernwertes über das Port 2 d^s Mikrocomputers 154 an die numerische Anzeige 80 oder 82. Der Digitalwert erseheint dann erleuchtet an der richtigen Stelle^ innerhalb der numerischen Anzeige. Da etwa alle 2 Millisekunden (16,667/8 ms) eine neue Funktion ausgeführt wird, erscheint der Digitalwert für diesen Zeitabschnitt auf der numerischen Anzeige, bevor er erlischt und der nächste Ziffernwert an eine andere Ziffernstelle der numerischen Anzeige gesendet wird. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt erscheint also lediglich eine Ziffer auf der numerischen Anzeige 80 und 82. Die Ziffern blinken jedoch so rasch, daß sie einem Betrachter als gleichzeitig erleuchtet erscheinen.

Das

Das externe R0M151 ist optional, d.h. wahlweise vorzusehen, und es . kann dazu verwendet werden, Befehle zum Wahrnehmen zusätzlicher Funktionen zu speichern, so z.B. für weitere Funktionen bezüglich des Daten-E/A-Systems. Außerdem kann die Wertetabelle für die Potentiometereinstellungen in dem externen ROM gespeichert werden, um ein Wechseln der Tabellenwerte zu erleichtern.

Die Organisation der Hauptbefehlsschleife in dem ROM des Mikrocomputers ist in Fig. 17 dargestellt. Die acht Hauptfunktionen sind als FUNKTx bezeichnet, wobei χ die Werte 1 bis 8 annahmen kann. Die von diesen Funktionen aufgerufenen hauptsächlichen Unterprogramme sind das gemeinsame Anzeigeprogramm CMDIS, das Aialog/Dgital-Umsetzprogramm ADCVl, das Unterprogramm zum Umschalten zwischen den zwei Anzeigepanelen-Multiplexern 166 und 168 und zum Durchführen der Analog/ Digital-Umsetzung TADCV, sowie das Unterprogramm "Lesen" zum Erhalten diskreter Werte von den Potentiometereinstellungen. Die Hauptfunktionen sowie die entsprechenden Unterprogramme sollen im folgenden ausführlich erläutert werden.

CMDIS - Figur 26

Dieses Unterprogramm wird von jeder Hauptfunktion aufgerufen und daher alle 2 Millisekunden ausgeführt. Es bringt einen Digitalwert, wie er von dem Register Rl adressiert wird, zur Anzeige und führt eine Analog/Digital-Umsetzung auf einer der 8 Eingangsleitungen des Multiplexers 158 durch, wie es durch das Register R6 spezifiziert wird.

Das Unterprogramm CMDIS gibt auf der Leitung 7 des Ports 1 einen Impuls mit einer Dauer von 100 Mikrosekunden ab, um die

Daten-Eingabe/Ausgabe-Spannungsversorgung 176 zu erregen. Ein Abschnitt von CMDIS, bezeichnet mit TADCV, schallet zwischen dem Multiplexer 166 und dem Multiplexer 168 um, um ein Potentiometer von der anderen Seite der Schalttafel zu lesen. Weiterhin vervollständigt

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ständigt CMDIS eine Zeitverzögerung, um sicherzustellen, daß jede . Hauptfunktion in exakt 16,667/8 Millisekunden durchgeführt wird.

Für eine ausführliche Beschreibung von CMDIS soll nun auf Fig. 26 Bezug genommen werden. Zuerst wird ein interner Zähler geprüft, um zu bestimmen, ob das 16,667 ms/P dauernde Zeitfenster abgelaufen oder verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall , läuft das Unterprogramm in der Schleife, bis das Zeitfenster abgelaufen ist. Dann wird der Zähler zurückgesetzt.

Als nächstes wird die Leitung 7 von Port 1 aktiviert, um zwei Funktionen zu erfüllen. Durch diese Leitung wird der Chipauswahl-Anschluß des Analog/Digital-Umsetzers deaktiviert. Diese Leitung steht außerdem in Verbindung mit dem Transistor 228 der Daten-Eingabe/Ausgabe-Spannungsversorgung. Somit bildet die Aktivierung der Leitung 7 des Ports 1 die Vorderflanke eines etwa 100 Mikrosekunden andauernden Impulses für die Daten-E/A-Spannungsversorgung.

Nun werden vorher vorhandene Alarm bedingungen geprüft, um zu bestimmen, ob ein Impuls auf dem Anschluß SER AUS der optisch gekoppelten Daten-Eingabe/Ausgabe-Schaltung 174 ausgesendet werden sollte. Wie oben beschrieben wurde, liefert SER AuS ein impulscodiertes Signal über einem 16,667-Millisekunden-Zeitfenster, um die Fernanzeige über mögliehe Alarm- oder Auslösebedingungen zu informieren.

Nun wird das Register 6 erhöht, un die Kanaladresse für die nächste Eingangsleitung zu erhalten, auf die der Multiplexer 158 zugreifen soll. Das Register 1 wird nun vermindert, um die Adresse des nächsten Digitalwertes für die Anzeige zu erhalten.

Ind.em das Register Rl als Adressenzeiger verwendet wird, wird nun einer von acht Digitalwerten aus dem RAM geholt und vorbereitet

für

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für die Abgabe an die numerischen Anzeigen. Da der Digitalwert lediglich 4 Bits benötigt, werden die oberen 4 Bits dazu verwendet, die Zwisehenspeicher-Freigabeleitung 5 des Ports 2 und die Inhibitleitung des Ports 2 richtig einzustellen. Die Leuehtdiodenanzeige 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98 oder 100, die dem derzeit angezeigten Parameter entspricht, wird vom Bit 6 des Ports 2 gesteuert. Das entsprechende Bit in dem angezeigten Digitalwert wird von dem Unterprogramm SRACE in FUNKTl gesetzt oder zurückgesetzt. Diese Steuerinformation sowie der Digitalwert werden dann über das Port 2 an den Zwischenspeicher-Decoder 194 im Anzeigesystem 155 gesendet.

Die Kanaladresse für den Multiplexer 158, enthalten im Register R6, wird nun über das Port 2 ausgesendet. Es wird die Analog/Digital-Umsetzroutine ADCVl ausgeführt, und der Digitalwert des Eingangs des Multiplexers 158 wird im Register 3 und im Akkumulator gespeichert.

FUNKTl - Figur 18

Diese Funktion initialisiert zuerst das Register Rl mit einer Adresse, die um eins größer ist als die Adresse von Ziff. 1, dem Digitalwert, der in der am weitesten rechts liegenden Stelle der numerischen Anzeigen 80 und 82 angezeigt wird (der Wert wird vor der Verwendung von CMDIS vermindert). Die Funktion initialisiert außerdem das Register R6 mit der ersten *Kanaladresse, auf die der Multiplexer 158 zugreift.

Als nächstes wird das Unterprogramm SRACE betreten. Diese Unterprogramm erhöht einen 4-Sekunden-Zähler. Wenn tViser Zähler vors einem Hexadezimalwert FF auf Null überläuft, so zeigt dies an, daß die 4-Sekunden-Anzeigedauer verstrichen ist, und gemäß Zeitsteuerung wird ein neues Paar von Werten in den numerischen Anzeigen 80 und 82 dargestellt. Dies erfolgt durch Verschieden des Inhalts des Registers R7. Als nächstes setzt SRACE das Bit 6 in einen der acht Ziffernwert-RAM-Speicherstellen, so daß die den angezeigten Parametern entsprechende Leuehtdiodenanzeige eingeschaltet wird.

Nun

Nun wird die gemeinsame Anzeigeroutine CMDIS aufgerufen. Nach Be-' endigung der Routine wird Ziff. 1, die am weitesten rechts liegende Ziffernstelle der numerischen Anzeige 82, eingeschaltet, und der derzeitige Phasenstrom ist nun gelesen und von dem ADU156 verarbeitet. Der derzeitige Phasenstromwert wird nun im RAM gespeichert.

Nun wird das Indexregister R7 geprüft, um zu bestimmen, ob es Zeit ist, den derzeitigen Phasenstromwert auf der numerischen Anzeige 80 der Frontplatte zur Anzeige zu bringen. Falls ja, wird der derzeitige Phasenstromwert in vier Ziffernwerte formatiert, und jeder dieser Ziffernwerte wird in Speie!!erstellen ZIFFER 8, ZIFFER 7, ZIFFER 6, ZIFFER 5 innerhalb des RAM entsprechend den am weitesten links liegenden Anzeigeziffern gespeichert, d.h. in den Ziffernstellen für die numerische Anzeige 80. Außerdem wird der derzeitige Erdstrom in vier Digitalwerte formatiert. Diese Digitalwerte werden in den RAM-Speicherstellen ZIFFER 4, ZIFFER 3, ZIFFER 2 und ZIFFER 1 entsprechend den Werten der am weitesten rechts liegenden Ziffern gespeichert, d.h. entsprechend den vier Ziffernstellen der numerischen Anzeige 82. (In den Flußdiagrammen wird für den derzeitigen Phasenstromwert die Abkürzung PPCUR und für den derzeitigen Erdstrom wert die Abkürzung PGCUR verwendet.)

Als nächstes wird der für die Funktion der langen Verzögerung ver-, wendete Wert des Phasenstroms gelesen. Um einen Wert zu erhalten, der doppelte Auflösung des Standardwertes des derzeitigen Phasenstroms aufweist, wird die dem ADU156 zugeleitete Bezugsspannung über die Leitung 6 des Ports 1 eingestellt. Der ADU wird nun veranlaßt, erneut den Wert des Spitzenwertgleichrichters 160, wie er über den Multiplexer 158 geliefert wird, umzusetzen. Im Anschluß an die Beendigung der Analog/Digital-Umsetzung wird der Kondensator des Phasenstrom-Spitzenwertgleiehrichters 160 durch Erden des Ausgangs des Multiplexers 158 über den FET 186 entsprechend dem über die Leitung 5 des Ports 1 gegebenen Befehl zurückgesetzt. Der Wert des Phasenstroms für lange Verzögerung ist nun im RAM gespeichert.

Dieser

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Dieser Wert ist im Flußdiagramm gemäß Fig. 18 mit LDPU abgekürzt.

FUNKTl sendet nun über das Port 1 eine Kanaladresse an den Multiplexer 158, um den Erdstrom-Spitzenwertgleiehriehter 162 auszuwählen. Die Analog/Digital-Umsetzroutine ADCVl wird aufgerufen, den Erdstrom zu lesen und den Wert in einen Digitalwert umzusetzen. Nun wird der Erdstrom-Spitzenwertgleichrichterkondensator zurückgesetzt.

Bei höheren Werten des Phasenstroms kann der Erdstrom wandler 28 fiktive Werte des Erdstroms erzeugen, wenn ein solcher Wert tatsächlich nicht existiert. Dieser Effekt ist umso spürbarer, desto mehr der Phasenstrom ansteigt. Daher wird dem fiktiven Erdstrom dadurch Rechnung getragen, daß der Wert des in dem RAM zu speichernden Erdstroms um einen Faktor 1/8 des Phasenstroms vermindert wird, wenn der Phasenstrom zwischen 1,5 Einheiten und 9 Einheiten liegt. Wenn der derzeitige Wert des Phasenstroms größer ist als 9 Einheiten, wird der Erdstrom dadurch vernachlässigt, daß der derzeitige Erdstrom wert auf Null gesetzt wird, wobei der richtige Wert des Erdstroms nun in dem RAM gespeichert ist.

FUNKT2 - Figur 19

Diese Funktion bestimmt den durchschnittlichen Phasenstrom, nimmt Energiebereehnungen vor und legt die Bauartnummer der Auslöseeinheit 26 fest. Zuerst wird der Multiplexer 158 über das Porti mit einer Adresse versorgt, die durch das Register 36 indiziert wird, um die Mittelungsschaltung 164 zu veranlassen, einen Anale ^wert an den ADU156 zu geben. Es wird die gemeinsame Anzeigeroutine aufgerufen, durch die veranlaßt wird, daß Ziff. 2, d.h. die zweite Ziffernstelle von rechts in der numerischen Anzeige 82, eingeschaltet wird, und daß ein Digitalwert für den durchschnittlichen Phasenstrom geliefert wird. Der durchschnittliche Phasenstrom ist in dem Flußdiagranim durch die Abkürzung ¹AVE bezeichnet. Als nächstes wird der Wert des mittleren Phasenstroms mit dem Produkt aus Leistungsfaktor (PF) und Leitungsspannung _t

wie

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wie sie durch das Potentiometer 110 der Frontplatte spezifiziert wird, • multipliziert. Das Ergebnis ist der Wert für die derzeitige Kilowattzahl, PRKW. Dieser Wert wird zwischenzeitlieh gespeichert und außerdem auf die Megawattstunden-Zwisehensumme addiert. Es wird geprüft, ob PRKW größer ist als der nach der letzten Betätigung des Kilowatt-Rücksetzknopfes 105 registrierte Spitzen-Kilowattwert (PKACKW). Ist PRKW größer als dieser Wert, wird der aufgelaufene Spitzen-Kilowattwert mit PRKW gleichgesetzt/ und beide Werte werden in dem RAM gespeichert.

Das Register R7 wird daraufhin geprüft, ob es an der Zeit ist, die derzeitigen Kilowatt- und Megawattstundenwerte auf den numerischen Anzeigen 80 und 82 anzuzeigen. Ist dies der Fall, so werden die genannten Größe in vier Ziffernwerte formatiert und in die Speicherstellen für die Ziffernwerte innerhalb des RAM geladen.

Nun wird für den Multiplexer 158 eine Adresse erzeugt, um die Bauartnummer-Kennzeichnungsvorrichtung 170 auszuwählen, so daß diese einen Wert an den ADU156 gibt. Nun erfolgt die A/D-Umsetzung der Bauartnummei; und der umgesetzte Wert wird im RAM gespeichert, um anzuzeigen, welches der verschiedenen wahlweisen (optionalen) Merkmale in der vorliegenden Auslöseeinheit enthalten ist, und um die Ausführung der entsprechenden Befehle weiter unten im ROM auszuwählen.

FÜNKT3 - Figur 20

Die erste Aufgabe dieser Funktion besteht darin, die Anzahl von über den Anschluß FER AUS auszusendenden Impulse zurückzusetzen.Diese Information wird später von dem gemeinsamen Anzeigeprogramm dazu verwendet, den richtigen Impulscode auf dem seriellen Ausgang (SER AUS) zu erzeugen. Das gemeinsame Anzeigeprogramm wird nun ausgeführt, um die Ziffer 3 einzuschalten, wobei es sich um die dritte Ziffer von rechts auf den numerischen Anzeigen handelt, und um einen

Digitalwert

Digitalwert von dem Spitzen-Kilowatt-Einstellpotentiometer 108 zu erhalten. (Dieses Potentiometer ist in Fig. 20 durch KWST-Pot abgekürzt).

Als nächstes wird ein Flag gesetzt, um zu verhindern, daß ein fehlerhafter Impuls von dem Anschluß FER AUS ausgesendet wird. Dann wird das Unterprogramm LESEN ausgeführt, um einen von acht diskreten Werten der Spitzen-Kilowatteinstellung zu erhalten, wie sie durch das entsprechende Potentiometer 108 spezifiziert wird. Diese Routine wird unten noch im einzelnen erläutert.

Nun wird geprüft, ob es Zeit für die Anzeige der Spitzen-Kilowatt-Einstellung (KWST) auf der numerischen Anzeige 80 ist. Falls ja, wird die Spitzen-Kilowatteinstellung, wie sie durch das Unterprogramm LESEN bestimmt wurde, in vier Digitalwerte formatiert und in den Ziffernwert-Speicherstellen innerhalb des RAM gespeichert, welche den Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechen.

In dem RAM wird eine laufende Zwischensumme der Kilowattzahl gehalten. Diese Zwischensumme wird von dem derzeitigen Kilowattwert bei jeder Ausführung von FUNKT3 erhöht, um dadurch die Kilowattwerte über die Zeit zu integrieren, was zu einem den Kilowattstunden entsprechenden Wert führt. Nun wird diese Stelle des RAM geprüft, um zu bestimmen, ob ein Wert entsprechend den Kilowattstunden erreicht ist. Falls ja, wird eine Megawattstunden-Zwisehensumme im RAM erhöht, und die Kilowattstunden-Zwisehensumme wird unter Beibehaltung des Restes zurückgesetzt. Es wirr" geprüft, ob es an der Zeit ist, den Inhalt der Megawattstundea -Zwisahensumme auf der Anzeige darzustellen. Falls ja, so wird diese Größe in vier Ziffernwerte formatiert und in den Ziffernwert-Speicherstellen des RAM entsprechend der numerischen Anzeige 82 gespeichert.

Nun wird die Leitung 3 des Ports 2 aktiviert, um den Multiplexer 166 auszuwählen und den Multiplexer 168 als Eingabequelle für den Multi-

"■'-■· "-■ ^: 31H546

plexer 158 auszuschließen. Es erfolgt eine Analog/Digital-Umsetzung . der Werte der Frontplattenschalter 102, 104 und 106, und ein für jede Kombination der Sehaltereinstellungen einzigartige Digitalwert wird in dem RAM gespeichert.

FUNKT4 - Figur 21

Die erste Aufgabe von FÜNKT4 besteht darin, das gemeinsame Anzeigeprogramm zum Einschalten der Ziff. 4 aufzurufen, wobei es sich bei der Ziff. 4 um die vierte Ziffer von rechts der numerischen Anzeige handelt. Ferner wird das PFxLF-Potentiometer 110 (Potentiometer für die Größe Leistungsfaktor (PF) χ Leitungsspannung (LS)) abgelesen und es wird ein entsprechender Digitalwert zurückgegeben. Nun wird das Unterprogramm LESEN aufgerufen, um den dem Digitalwert des PFxLS-Potentiometers 110 entsprechenden Tabellenwert zu erhalten. Wenn es an der Zeit ist, den PFxLS-Wert anzuzeigen, wird dieser Wert in vier Ziffernwerte formatiert und in den der numerischen Anzeige 80 entsprechenden Speieherstellen des RAM gespeichert.

Nun wählt die Leitung 3 des Ports 2 den Multiplexer 166 als Eingabequelle für den ADU156 über den Multiplexer 158 aus, es wird eine Analog/Digital-Umsetzung auf dem Spannungsteilernetzwerk, welches die Druckknopfschalter 105, 107, 128 und 130 enthält, durchgeführt. Ein dem Muster def nun gedrückten Druekknöpfe entsprechender einzigartiger Digitalwert wird in dem RAM gespeichert. Diese Größe wird außerdem daraufhin überprüft, ob überhaupt irgendein Druckknopf gedruckt wurde. Falls nicht, wird die Routine FUNKT5 betreten. Andernfalls wird geprüft, ob der Kilowatt-Rücksetz-(KWST-)Druekknopf 105 gedruckt wurde. Falls ja, wird der Wert der Spitzen-Kilowattzahl im RAM gelöscht. Als nächstes wird geprüft, ob die System-Rücksetztaste 107 gedruckt wurde. Falls ja, werden sämtliche Auslöseanzeigen gelöscht, die seriellen Ausgangs-Impulscodes werden auf Null gesetzt, die Anzeigesequenz wird zurückgesetzt, und die Unterbrechung wird freigegeben. Wenn der System-Rücksetzknopf nicht gedruckt

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drückt wurde, dann ist einer der Test-Druekknöpfe 128 und 130 gedruckt. Der Digitalwert des über die Multiplexer 166 und 158 gelesenen Druckknopfes wird nun in einem Test Flag gespeichert.

FUNKT5 - Figur 22

Es wird die gemeinsame Anzeigeroutine aufgerufen, um die Ziff. 5, d.h. die fünfte Ziffer von rechts gesehen, anzuzeigen, und um das Potentiometer 112 für den Sofort-Anspreehwert abzulesen. Das Unterprogramm LESEN nimmt den von der gemeinsamen Anzeigeroutine gelieferten Digitalwert der Potentiometereinstellung und ermittelt den aktuellen Einstellwert aus der in dem ROM gespeicherten Tabelle. Nun wird geprüft, ob es Zeit für die Anzeige des eingestellten Sofort-Ansprechwertes auf der numerischen Anzeige 80 ist. Falls ja, wird der Sofort-Anspreehwert in vier Ziffernwerte formatiert und in den Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert.

Nun wird das Test-Potentiometer 120 über die Multiplexer 168 und 158 gelesen^ und es wird ein entsprechender Digitalwert ermittelt. Der zuvor von der Abtastung der Frontplattenschalter erhaltene Digitalwert wird nun geprüft, um zu bestimmen, ob der Schalter 106 in der Stellung "Auslösen" ist. Falls ja, wird in die RAM-Speicherstelle, wo normalerweise der Wert des Test-Potentiometers 120 gespeichert würde, ein fester Wert gespeichert. Dieser feste Wert wird zu einem späteren Zeitpunkt der Ausführung des Tests interpretiert als sechs Einheiten für den Phasenstrom oder 1,5 Einheiten für den Erdstrom . Wenn der Schalter 106 in der Stellung "nicht auslösen" ist, wi d als nächstes geprüft, ob mehr als ein Druckknopf gedrückt ist. Dies ist ein unzulässiger Zustand, und es wird kein Test durchgeführt. Wenn bestimmt wird, daß nur ein Druckknopf gedrückt ist, wird geprüft, um welchen Druckknopf es sich handelt. Wurde der Druckknopf "Erde" 130 gedrückt, wird geprüft, ob der Wert des Test-Potentiometers 120, wie er im RAM gespeichert ist, größer oder gleich dem derzeitigen Wert des Erdstroms ist. Falls nicht, so bedeutet dies, daß der tatsächliche Wert des Erdstroms

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Stroms, der nun von dem System erfaßt wird, größer als der Wert des . von dem Potentiometer 120 simulierten Erdstroms ist. Daher wird kein Test ausgeführt und die Auslöseeinheit führt die Standard-Erdstrom-Grenzwertprüfungen durch. Wenn der Wert des Test-Potentiometers 120 , wie er im RAM gespeichert ist, größer ist als der derzeitige Wert des Erdstroms, werden Indizes gesetzt, um die Test-Leuchtdiode 100 anzusehalten, der Wert des Test-Potentiometers 120 wird in vier Ziffernwerte formatiert und in den den Ziffern der numerischen Anzeige 82 entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert, und die Anzeige der numerischen Anzeige 82 wird festgehalten.

Ist der Druckknopf "Phase" 120 gedrückt, wird geprüft, ob der Wert des Test-Potentiometers, wie er im RAM gespeichert ist, größer ist als der derzeitige Phasenstrom. Falls nicht, ist der tatsächliche Wert des Phasenstroms kritischer als der simulierte Testwert, und es wird kein Test durchgeführt. Stattdessen werden von dem System die normalen Grenzwertprüfungen betreffend den derzeitigen Phasenstrom durchgeführt. Wenn der simulierte Testwert des Phasenstroms größer ist als der derzeitige Wert des Phasenstroms, wird ein Index gesetzt, um die Test-Leuchtdiode 100 einzuschalten, der Wert des Test-Potentiometers 120 wird in vier Ziffernwerte formatiert und in den den Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert, und es wird ein Index gesetzt, um die numerische Anzeige 80 festzuhalten, d.h. "einzufrieren".

Es wird nun geprüft, ob das Test-Flag gleich dem durch die Abtastung der Druckknöpfe erzeugten Bit-Muster ist. Falls ja, so bedeutet dies, daß der Test-Druckknopf noch gedrückt wird. Weil nicht eher ein Test durchgeführt wird, als bis der Knopf losgelassen ist, wird zu diesem Zeitpunkt kein Test durchgeführt. Unterscheidet sieh der Wert des Test-Flags von dem des Druckknopfes, wird geprüft, ob der Druckknopf "Phase" 128 gedrückt ist. Falls ja, wird der Wert des Test-Potentiometers 120 in den dem derzeitigen Phasenstrom und dem lange verzögerten Phasenstrom entsprechenden RAM-Speicherstellen gespeichert. Wurde

der

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der Knopf "Erde" gedrückt, wird der Wert des Test-Potentiometers • in denjenigen RAM-Speieherstellen gespeichert, die dem derzeitigen Wert des Erdstroms entsprechen. Dies beendet den Abschnitt der in Funktion 5 enthaltenen Testfunktion.

Als nächstes wird der derzeitige Wert des Phasenstroms mit den So for t-Ansprechwert verglichen, der durch das Potentiometer 112 spezifiziert ist. Wenn der derzeitige Wert des Phasenstroms unter diesem Wert liegt, ,____ wird sofort in die Funktion 6 eingetreten. Wenn der derzeitige Wert des

Phasenstroms größer ist als der Sofort-Ancprechwert, wird ein Index gesetzt, um das gemeinsame Anzeigeunterprogramm zu veranlassen, ein Muster von Impulsen an den Anschluß SER AUS auszugeben, um anzuzeigen, daß eine sofortige Auslösung erfolgt ist, und es wird das Unterprogramm" Auslösen" aufgerufen, was in einem späteren Abschnitt erläutert werden wird.

FUNKT6 - Figur 23

Die gemeinsame Anzeigeroutine wird zum Einschalten der Ziff. 6 ausgeführt, und das Potentiometer für den Ansprechwert für lange Verzögerung wird gelesen und umgesetzt. Der Digitalwert entsprechend —, dieser Potentiometereinstellung wird nun durch das Unterprogramm

"Lesen" behandelt, um den entsprechenden Tabellenwert zu ermitteln. Wenn es Zeit für die Anzeige des Ansprechwertes für lange Verzögerung auf den numerischen Anzeigen ist, wird der Ansprechwert für lange Verzögerung (LDPU) in vier Ziffernwerte formatiert und in den RAM-Speicherstellen gespeichert, die den Ziffern der nun* tischen Anzeige 80 entsprechen. Als nächstes wird das Potentiometer 122 für die lange Verzögerungszeit (LDT-Potentiometer) abgetastet und der gelesene Wert wird in einen Digitalwert umgewandelt und von der Routine "Lesen" verarbeitet, um den Tabellenwert für die lange Verzögerungszeit zu erhalten.

Dann wird eine Grenzwertprüfung für die lange Verzögerung durchgeführt, indem zuerst der Phasenstrom für lange Verzögerung und der

Ansprech-

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Ansprechwert für lange Verzögerung verglichen werden (LDPC > LDPU ?). . Ist der Phasenstrom für lange Verzögerung (LDPC) nicht größer als der Ansprechwert für lange Verzögerung, wird die Zwischensumme für lange Verzögerung um das Quadrat der Differenz zwischen dem eingestellten Anspreehwert für lange Verzögerung und den Phasenstrom für lange Verzögerung vermindert. Dann wird in FUNKT7 eingetreten.

Wenn der Phasenstrom für lange Verzögerung größer ist als der Anspreehwert für lange Verzögerung, wird die Zwischensumme für lange Verzögerung um das Quadrat des Phasenstroms für lange Verzögerung erhöht. Es wird nun geprüft, ob die Zwischensumme für lange Verzögerung größer ist als der Wert der für eine lange verzögerte Auslösung spezifizierten Zwischensumme für lange Verzögerung. Falls nicht, wird in FUNKT7 eingetreten. Wenn der Stromwert der Zwischensumme größer ist als der Auslösepegel, wird in dem RAM ein Code gespeichert, damit das gemeinsame Anzeigeprogramm den richtigen Impulscode über den Anschluß SER AUS abgibt, um so eine lange verzögerte Auslösung anzuzeigen. Als nächstes wird das Unterprogramm "Auslösen" aufgerufen, und die Zwisehensumme für lange Verzögerung wird gelöscht. Dann wird in FUNKT7 eingetreten.

FUNKT7 - Figur 24

Das gemeinsame Anzeigeprogramm wird aufgerufen, um die Ziff. 7 anzuzeigen und einen Digitalwert der Einstellung des Potentiometers 116 für den Ansprechwert für kurze Verzögerungszeit zu erhalten. Dann wird die Routine "Lesen" aufgerufen, um den entsprechenden Tabellenwert für den dem vom Potentiometer abgetasteten Digitalwert entsprechenden Ansprechwert für kurze Verzögerung zu erhalten. Es wird geprüft, ob es Zeit für die Anzeige des Ansprechwertes für kurze Verzögerung ist. Falls ja, wird der Ansprechwert für kurze Verzögerung in vier Ziffernwerte formatiert und in denjenigen RAM-Speicherstellen gespeichert, die den Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechen.

Leitung

Leitung 3 von Port 2 wird nun aktiviert, um Multiplexer 166 auszuwählen, das Potentiometer 124 für kurze Verzögerungszeit (SDT) abzutasten und hieraus einen Hgitalwert zu erhalten. Dann wird der Tabellenwert für die kurze Verzögerungszeit durch das Programm "Lesen" ermittelt. Wenn es nun Zeit für die Anzeige der kurzen Verzögerungszeit ist, wird der Wert der kurzen Verzögerungszeit in vier Ziffernwerte formatiert und in den RAM-Speicherstellen gespeichert, die für die Anzeige als Ziffern 1 bis 4 in der numerischen Anzeige 82 vorgesehen sind.

Nun wird der Grenzwert für die kurze Verzögerung geprüft, indem zuerst der derzeitige Phasenstrom (PPCUR) mit dem Anspreehwert für kurze Verzögerung (SDPU) verglichen wird. Wenn der eingestellte Ansprechwert nicht überschritten wird, wird die Zwisehensumme für kurze Verzögerung (SD) gelöscht und in die Funktion 8 eingetreten.

Wenn der derzeitige Phasenstrom größer ist als der Anspreehwert für kurze Verzögerung, wird die RAM-Speicherstelle entsprechend dem Muster der Schalter 102, 104 und 106 geprüft, um zu bestimmen, ob eine kurz verzögerte I^T-Funktion über den Schalter 102 aufgerufen ist. Falls ja, wird das Quadrat des derzeitigen Phasenstromwertes auf die Zwischensumme für die kurze Verzögerung addiert, und der neue Wert der Zwischensumme für die kurze Verzögerung wird mit dem Auslösepegel für kurze Verzögerung verglichen. Wenn der Auslösepegel überschritten wird, wird ein Impulscode für den Anschluß SER AUS und die Fernanzeige gespeichert und es wird das Unterprogramm "Auslösen" aufgerufen. Wird der Zwischensummen-Auslösepegel nicht überschritten, wird in die Funktion 8 eingetreten.

Wurde für den Test kurzer Verzögerung keine I^T-Funktion spezifiziert, wird der derzeitige Phasenstrom wert auf den Zwischenwert für die kurze Verzögerung addiert und es wird ein Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob der neue Wert der Zwisehensumme für die kurze Verzögerung nun den Zwischenwert-Auslösepegel für kurze Verzögerung übersehreitet. Falls nicht, wird sofort in FUNKT8 eingetreten.

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treten. Wenn der Zwischensummen-Auslösepegel übersehritten wird, wird • der Impulsecode für SER AUS und die Fernanzeige gespeichert, und es wird die Routine "Auslösen" vor dem Eintritt in FUNKT8 aufgerufen.

FUNKT8 - Figur 25

Die gemeinsame Anzeigeroutine wird aufgerufen, um Ziff. 8 anzuzeigen, die am weitesten links liegende Ziffernstelle in der numerischen Anzeige 80, und um das Potentiometer für den Erdsehluß-Anspreehwert abzutasten und umzuwandeln. Der Tabellenwert für den Erdschluß-Ansprechwert( GFPU) entsprechend dem Digitalwert des Potentiometers 118 wird dann von dem Unterprogramm "Lesen" bestimmt und im RAM gespeichert. Wenn es nun an der Zeit ist, den Erdschluß-Ansprechwert anzuzeigen, wird diese Größe in vier Ziffernwerte formatiert und in den den vier Ziffern der numerischen Anzeige 80 entsprechenden RAM-speicherstellen gespeichert.

Das Potentiometer 126 für die Erdsehlußzeit( GFT ) wird nun abgetastet, und es wird ein entsprechender Digitalwert ermittelt. Dann bestimmt das Unterprogramm "Lesen" den Tabellenwert entsprechend dem Digitalwert des Potentiometers 126. Wenn es an der Zeit ist für die Anzeige des Erdschluß wertes, wird diese Größe in vier Ziffernwerte formatiert und in den den vier Ziffern der numerischen Anzeige 82 entsprechenden RAivi-Speicherstellen gespeichert. Nun wird geprüft, ob der derzeitige Wert des Erdschlußstroms( PGTUR) größer ist als der Erdschluß-Ansprechwert (GFPU). Falls nicht, erfolgt eine zusätzliche Prüfung dahingehend, ob der derzeitige Wert des Erdschlußstroms größer ist als die Hälfte des Erdschluß-Anspreehpegels. Falls ja, wird das Erdsehluß-Verriegelungsflag gesetzt. Die Erdschluß-Zwischensumme wird anschließend erniedrigt, und die Schleife kehrt zu FUNKTl zurück.

Wenn der derzeitige Wert des Erdsehlußstroms nicht größer ist als der Erdschluß-Anspreehpegel, wird anschließend die das Frontplatten-Schalter-

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Schaltermuster spezifizierende Speieherstelle des RAM geprüft. Ist ■ der Erdschluß-I^T-Sehalter 104 gesetzt, wird eine Größe entsprechend dem 1,5-faehen des derzeitigen Wertes des Erdschlußstroms auf die Erdsehluß-Zwischensumme (GF-Zwisehensumme) addiert. Wenn der I²T-Schalter 104 nicht gesetzt ist, wird die Erdsehluß-Zwischensumme lediglich erhöht.

Als nächstes wird geprüft, ob die Erdsehluß-Zwischensumme größer ist als der Erdsehlußzeit-Grenzwert. Falls nicht, wird bei FUNKTl erneut in die Hauptprogrammschleife eingetreten, lci die Zwischensumme größer als die Erdsehlußzeit (GFT), wird ein Impulscode gespeichert, der ermöglicht, daß das richtige Codemuster auf dem Anschluß SER AUS abgegeben wird, und es wird das Unterprogramm "Auslösen" vor der Rückkehr zum oberen Teil der Hauptprogrammsehleife bei FUNKTl aufgerufen.

AUSLÖSEN - Figur 27

Dieses Unterprogramm wird immer dann ausgeführt, wenn elektrische Bedingungen des Leistungsschalters die Grenzwerte der Zeit/Strom-Kennlinie, wie sie über die Frontplatte der Auslöseeinheit 26 eingegeben wurden, überschritten werden. Bedingungen außerhalb der Grenzen werden durch die aufrufenden Funktionen der Hauptprogrammsehleifenbefehle erfaßt, die in dem ROM gespeichert sind.

Das Unterprogramm "Auslösen" prüft zuerst das Auslöseflag, um zu bestimmen, ob diese Auslösebedingung bei einer vorhe gehenden Ausführung der Hauptschleife erfaßt wurde. Falls ja, v.icd im nächsten Schritt das Register R7 gesetzt und die numerische Anzeige festgehalten. Ist dies das erste mal, daß die Auslösebedingung erfaßt wird, wird das Auslöseflag zurückgesetzt, und der derzeitige Wert des Phasenstroms wird in die Ziffernwertsteilen des PAiVI entsprechend den Ziffern der numerischen Anzeige 80 geladen. Als nächstes wird Bit der entsprechenden Ziffernwertsteile im ",AM gesetzt, um zu veran

lassen

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lassen, daß die richtige Leuchtdiode auf der Frontplatte leuchtet, um • diejenige Funktion anzuzeigen, die den Auslösevorgang verursacht hat. Man beachte, daß, wenn Bit 6 eines Ziffernwertes auf Port 2 gesendet wird, die Leitung 6 von Port 2 aktiviert wird, wenn und nur wenn die an die richtige Leuchtdiode angeschlossene Ziffer erleuchtet ist. Dies schaltet den Transistor 208 an, um die richtige Leuchtdiode (LED) zu erleuchten.

Dann wird das Register R7 gesetzt, um die numerische Anzeige einzufrieren und zu verhindern, daß irgendeine der Funktionen der Hauptsehleife versucht, eine andere Größe zur Anzeige zu bringen. Nun erfolgt eine Unterbreehungssperre, und es wird geprüft, ob dieser Aufruf der Routine "Auslösen" das Ergebnis eines ausgeführten Test war, d.h. das Ergebnis davon, daß die Bedienungsperson entweder den Knopf "Phase" 128 oder den Knopf "Erde" 130 betätigt hat. Falls ja, wird geprüft, ob der Sehalter 106 sich in der Stellung "nicht auslösen" befindet. Ist dies der Fall, setzt das Unterprogramm das Testflag und den 4-Sekunden-Zeitgeber zurück und kehrt zur aufrufenden Stelle zurück.

Wenn der Schalter 106 sich in der Stellung "Auslösen" befindet oder wenn der Aufruf des Unterprogramms "Auslösen" nicht durch einen Test veranlaßt wurde, wird die Leitung 4 des Ports 1 betätigt. Hierdurch wird ein Signal über die Leitung 190 (Fig. 2) an den Transistor 192 gegeben, welches die Auslösespule 22 betätigt und ein Öffnen der Kontakte 18 veranlaßt. Das Testflag und der 4-Sekunden-Zeitgeber werden zurückgesetzt und das Unterprogramm kehrt zur aufrufenden Stelle zurück.

LESEN - Figur 28

Dieses Unterprogramm erfüllt eine Tabellen-Nachschlagefunktion, so daß die Grenzwert-Einstellpotentiometer auf der Frontplatte der Auslöseeinheit 26 irgendeinen der acht diskreten Werte auswählen können

anstatt

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anstatt ein sieh kontinuierlich änderndes Ausgangssignal abzugeben. Zusätzlich schafft das Unterprogramm einen Hystereseeffekt, wenn die Potentiometer eingestellt werden, um das unerwünschte Ändern der Potentiometerwerte bei Änderung der Umgebungstemperatur auszusehalten und den Einstellvorgang leichter und einfacher zu gestalten.

Nach Eintritt in das Unterprogramm "Lesen" enthält das Register RO die Adresse derjenigen RAM-Speicherstelle, unter der der auszulösende Parameterwert gespeichert ist, Register 2 enthält die Anfangsadresse der Tabelle von 8 Werten, die von dem Pocentiometer ausgewählt werden können, und der Akkumulator und Register R3 enthalten jeweils den Digitalwert der von dem Potentiometer eingestellten Spannung, wie sie an den ADU156 geliefert wird.

Zuerst wird geprüft, ob bereits ein Auslösevorgang stattgefunden hat. Falls ja, wird das Unterprogramm sofort verlassen. Andernfalls werden von dem 8 Bits umfassenden Digitalwert der Potentiometer-Spannungseinstellung die unteren fünf Bits fallengelassen, und die drei höchstwertigen Ziffern werden zirkuliert, um die niedrigstwertigen Bits zu werden. Der Akkumulator enthält somit eine Binärzahl mit einem Dezimalwert zwischen Null und 7. Diese Größe wird dann auf die Anfangsadresse der Tabelle addiert, die i m Register R2 gespeichert ist, wodurch sieh die RAM-Adresse des von dieser speziellen Einstellung des Potentiometers ausgewählten Tabellenwertes ergibt. Der so erhaltene Wert kann zum Aktualisieren des speziell eingestellten Parameters herangezogen werden oder nicht, abhängig von dem vorhergehenden Wert dieses Potentiometers.

Wenn die neue Einstellung, wie sie von der Tabelle erhalten wird, der alten Einstellung gleicht, wird die alte Einstellung in den RAM unter die durch das Register RO spezifizierte Adresse zurückgeladen. Wenn der neue Einstellwert nicht dem alten Einstellwert gleicht, erfolgt der Hysteresetest.

Grundsätzlich

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-. 66 -

Grundsätzlich prüft der Hysteresetest den gesamten 8-Bit-Ausgang des ADU 156, wie er von dem Potentiometer abgetastet wird. Sind Bit 1 und Bit 2 gleich, d.h. sind die Bits entweder 00 oder 11, wird der neue Einstellwert ignoriert, und der alte Einstellwert wird in das RAM zurüekgeladen. Der Zweck dieser Maßnahme läßt sich aus Tabelle I ersehen, in der von 28 möglichen Kombinationen des ADU-Ausgangssignals 8 Werte dargestellt sind. Wie bereits erläutert wurde, bestimmen die höchstwertigen Bits, d.h. die Bits 5, 6 und 7, den Einstellpunkt des Potentiometers. Wie man aus Tabelle I ersieht, erhöht sich die Potentiometereinstellung in binäre Schreibweise von 100 auf 101, wenn das Ausgangssignal des Analog/Digital-Umsetzers von dem Wert D auf den Wert E wechselt. Durch Ignorieren einer Änderung in der Potentiometereinstellung, bei der Bits 1 und 2 entweder 11 oder 00 sind, wird ein Hystereseeffekt erzielt.

Tabelle I

Bit-Nummer:

Wert

10 0 1

10 0 1

1* 0 0 1

10 0 1

110 1 1 0 111 111

0 A

1 B

ο - c

1 D

0 E

1 F

0 G

1 H

0 10

0 10

0 10

0 10

0 0 0 0

0 0 0 0

Vergegenwärtigt man sich, daß der Hysteresetest nur durchgeführt wird, wenn eine Änderung in den oberen drei Bits des Ausgangssignals des ADU vorliegt, ersieht man, daß ein Erhöhen des Ausgangssignals des ADU vom Wert B auf den Wert C nicht dazu führt, daß ein neuer

Wert

31H546

Wert gespeichert wird, weil die oberen drei Bits von B und C gleich sind. Ein Ansteigen vom Wert B auf den Wert G jedoch würde klar dazu führen, daß ein neuer Wert gespeichert wird, da Bit 5 die Ausgangsgröße von 0 auf 1 gewechselt hat.

Ohne die Ausführung des Hysteresetests würde ein Ansteigen der ADU-Ausgangsgröße vom Wert C auf den Wert F in ähnlicher Weise dazu führen, daß ein neuer Potentiometerwert gespeichert wird. Dies jedoch stellt eine Änderung des Wertes von etwa 3/256 der maximalen Potentiometereinstellung oder weniger als 1,2 % dar. Eine solche Veränderung kann leicht aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur auftreten.

Durch die Verwendung des Hysteresetests, in dem die ADU-Ausgangsgröße mit gleichen Werten in den Bits 1 und 2 ignoriert werden , würde eine Änderung der ADU-Ausgangsgröße vom Wert C auf den Wert F dazu führen, daß die neue Potentiometereinstellung ignoriert wird und die alte Potentiometereinstellung in den RAM zurüekgeladen wird, weil Bit 1 und 2 des Wertes F beide Null sind. Wenn in ähnlicher Weise die Bedienungsperson den Wert des Potentiometers vermindern würde, was zur Folge hat, daß die ACU-Ausgangsgröße sich vom Wert G auf den Wert C ändert, würde ebenfalls der neue Wert ignoriert und der alte Wert beibehalten werden, weil die Bits 1 und 2 des Wertes C beide 1 sind, und der Hysteresetest würde die neue Einstellung zurückweisen. Man sieht daher, daß der Hysteresetest sicherstellt, daß die Potentiometereinstellung um mehr als 4/256 des insgesamt möglichen Einstellbereichs geändert werden muß, bevor eine neue Einstellung akzeptiert wird. Man könnte entgegenhalten, daß der beschriebene Hysteresetest nicht ausreichend genau ist, weil eine zulässige Einstellungsänderung möglicherweise ignoriert wird. Dies könnte beispielsweise eintreten, wenn die alte Potentiometereinstellung eine ADU-Ausgangsgröße erzeugt, die wesentlich größer ist als der Wert H, beispielsweise 10110101, und der neue Potentiometereinstellwert, der von einem ADU-Ausgangssignal erzeugt wird, der Wert D ist. Man

sieht,

·:■"· *--■ - 31U546

sieht, daß dies eine sehr große Winkeländerung des Potentiometers dar-. stellt und dennoch die einen dem Wert D entsprechenden Wert erzeugende Endstellung ignoriert würde, weil Bit 1 und Bit 2 beide 1 sind. Es sei jedoch daran erinnert, daß ein interaktiver Vorgang stattfindet und daß der von dem Unterprogramm "Lesen" ausgewählte Parameterwert vom Standpunkt einer menschlichen Bedienungsperson aus gesehen sofort auf der numerischen Anzeige 80 oder 82 dargestellt wird. In dem gerade angegebenen Beispiel würde die Bedienungsperson sehen, daß eine sehr große Verstellung des Potentiometers keine Änderung des Einstellwertes erzeugte, und die Bedienungsperson würde selbstverständlich noch eine weitere Einstellung vornehmen. An irgendeinem Punkt würden die weiteren Einstellversuche dazu führen, daß ein neuer Wert von der Routine "Lesen" ausgewählt wird und auf der numerischen Anzeige dargestellt wird. Wäre die erzeugte Änderung größer als erwünscht, würde die Bedienungsperson eine Rückstellung in die entgegengesetzte Richtung vornehmen, wobei zur Durchführung dieses Vorganges wesentlich weniger Zeit benötigt wird, als für die Erklärung dieses Vorganges. Die dargestellte Methode ist eine äußerst kostenwirksame und bequeme Methode zum Eingeben von Parameteränderungen für die Zeit/Strom-Auslesekennlinie in einen Leistungsschalter. Die Einstellung des Potentiometers auf die äußeren oberen und unteren Grenzwerte hat zur Folge, daß der engste Wert angezeigt wird.

Für den Fall, daß das Bit 2 nicht gleich dem Bit 3 ist, d.h., daß der Hysteresetest die Einstellung nicht ignoriert, wird in das Register R7 ein Bitmuster geladen, um diesen Einstellwert auf der numerischen Anzeige 80 oder 82 darzustellen. Dann wird der 4-Sekunden-Zeitgeber zurückgesetzt und der neue Einstellwert wird in der diesem speziellen Parameter entsprechenden RAM-Speicherstelle gespeichert. Dann kehrt das Unterprogramm zu der aufrufenden Funktion zurück.

Wenn eine ADU-Ausgangsgröße von lauter Nullen oder lauter Einsen erhalten wird, interpretiert das Programm "Lesen" dies als einen Potentiometerfehler. Dann wird aus der Tabelle der engste Parameter-

wert

31H546

wert ausgewählt, auf der numerischen Anzeige 80 oder 82 dargestellt und im RAM gespeichert.

I. Hardware-Initialisierung nach Netzeinschaltung.

Nach der Netzeinschaltung muß der Mikrocomputer 154 initialisiert werden. Bei dem Intel 8048 erfolgt dies über einen RS -Stift, der , falls er auf niedrigen Potential gehalten wird, das Programm veranlaßt, auf die Adresse Null zu "springen", welche vereinbarungsgemäß die Startadresse des Start-Unterprogramms bei Netzeinschaltung ist. Der RS-Stift wird von der Spannungsversorgung über D900 für etwa 5 Millisekunden auf niedrigem Potential gehalten, nachdem +5 V angelegt sind.

Der R~5-Stift beeinflußt jedoch nicht die von dem Mikrocomputer kommenden E/A-Leitungen, und so können diese während der Netzeinschalt-Einschwing vorgänge entweder einen hohen oder niedrigen Ausgangszustand einnehmen, welcher im Fall von vier speziellen Leitungen des Ports und des Ports 2 verursachen kann, daß eine übermäßige Versorgungsspannungsableitung, ja selbst ein unvorhergesehener Auslösevorgang des Leistungsschalters 10 oder anderer angeschlossener Sehalter erfolgt. Es handelt sich um folgende Leitungen:

1. LED (Leitung 6 von Port 2; diese Leitung sollte auf niedrigem Potential sein, um sicherzustellen, daß sämtliche Leuehtdioden-(LED-)Anzeigen auf der Frontplatte ausgeschaltet sind)

2. INHIBIT 212 (Leitung 7 von Port 2; diese Leitung sollte im dritten Zustand sein, d.h. hochohmig, um sicherzustellen, daß sämtliche acht Ziffern der 7-Segment-LED-Anzeigen 80 und 81 ausgeschaltet sind).

3. IMPULS 178 (Leitung 7 des Ports 1; diese Leitung sollte hochohmig sein, um sicherzustellen, daß der Impulstransformator 501 ausgeschaltet ist).

4. AUSLÖSEN 190 (Leitung 4 von Port 1; sollte hochohmig sein, um sicherzustellen, daß bei der Netzeinschaltung keine falsche Auslösung erfolgt).

Die gewünschte Hoehohmigkeit wird mittels eines Hexadezimalpuffers U900 erzielt. Wenn RS des Mik Ocomputers 154 niedrig ist, ist SPERREN (A) von Ü900 niedrig (entfernt), wodurch SPERREN (B) hoch (aktiv) ist. Auf diese Weise werden die vier kritischen Leitungen vom Mikrocomputer 154 in den hoehohmigen Zustand geschaltet, mit Ausnahme von LED; diese Leitung wird wunschgemäß durch den Herunterzieh-Widerstand R905 auf niedrigem Potential gehalten.

Eine zweite Funktion des Ü900 besteht darin, den in Fig. 16 dargestellten Zähler U901 zurückzusetzen.

J. Automatisches Rücksetzen

Ist einmal ein erfolgreicher Netzeinschalt-Übergang erfolgt, fährt der Mikrocomputer 154 unendlich mit der Ausführung einer logischen und sequentiellen Folge von Befehlen fort. Bei ungewöhnlichen Bedingungen, z.B. bei solchen Bedingungen, die von elektrischen System-Einschwingvorgängen verursacht werden, ist es möglieh, daß ein Befehl nicht richtig ausgeführt wird. Der einzige V^eg zum Zurückstellen des Mikrocomputers 154 auf seine ordnungsgemäße Programmausführung besteht darin, eine weitere Rücksetzoperation vorzunehmen. In unbewachten Anlagen muß dieses Rücksetzen automatisch erfolgen.

Das Rücksetzen erfolgt mittels eines Zählers U901, der einen 400-kHz-Taktausgang (ALE) vom Mikrocomputer 154 dazu verwendet, eine feste Zeitverzögerung zwischen dem letzten RS-Impuls von U901 und einem hohen Signal auf QIl (RS des Mikrocomputers) zu schaffen. Wenn der RS-Impuls von U901 früh genug kommt, bleibt QIl niedrig, und der Mikrocomputer wird nicht zurückgesetzt.

Die

- 71 -

Die RS-Impulse von U901 werden vom Kollektor des Transistors 228 abgeleitet. Normalerweise haben diese Impulse eine Breite von 100 /us und treten etwa alle 2 Millisekunden auf. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß QIl 5,46 Millisekunden Anlaufzeit benötigt (d.h. um auf hohes Potential zu gehen), und daher ist QIl stets niedrig.

Wenn eine falsche Befehlsausführungsequenz erfolgt, würden die folgenden möglichen Bedingungen ein automatisches Rücksetzen des Mikrocomputers (QIl würde die Zeitsperre übersehreiten, d.h. auf hohes Potential gehen) bewirken:

228 - EIN

Wenn diese Bedingung länger als 300 /us vorliegt, wird der Impulstransformator 501 gesättigt, und RS von U901 bleibt niedrig.

228 - AUS

Bei dieser Bedingung bleibt RS von U901 niedrig.

228 - Impulsgeschwindigkeit zu langsam

Wenn die Einschaltimpulse für den Transistor 228 weniger als alle 5,46 ms auftreten, bleibt RS von U901 lange genug niedrig, daß ein Rücksetzen des Mikroprozessors erfolgen kann.

228 - Impulse zu schnell

Eine rasche Impulsansteuerung des Transistors 228 wird von R900 und C900 (Zeitkonstante: 29 /us) ausgefiltert.

Q900 - EIN/AUS - Tastverhältnis > 1/10

Der Transformator T501 wird für IOC /us von dem Transistor 228 für eine Spannung von 5 V gepulst. Wenn 228 ausgeschaltet wird, fließt

der

der Magnetisierungsstrom des Transformators durch die Diode D901, was zu einer Spannung von etwa -0,5 V führt, die an den Transformator 501 gelegt wird. Die durchschnittliehe Spannung des Transformators muß Null sein, und somit werden 1000 /us

benötigt zum "Rücksetzen" des Magnetisierungsstroms des Transformators auf Null. Ein Ein-Aus-Verhältnis von 1 zu 10 oder weniger muß aufrechterhalten werden, damit der Transformator 501 funktioniert, oder der Kern des Transformators wird schließlich gesättigt. Wenn der Transformator 501 gesättigt wird, gelangen die RS-Impulse nicht an U901, und QIl wird die Zeitsperre übersehreiten und den Mikrocomputer zurücksetzen.

Bezugszeichen	Figur
Fl	17
F2	17
F3	17
F4	17
F5	17
F6	17

31U546

- 73 -

TABELLE DER IN DEN ZEICHNUNGEN VERWENDETEN BEZUGSZEICHEN

Legende

Hardware-Rücksetzen Beginn Initialisieren RAM und PORTS Hardware-Unterbrechung Ausführen thermische Auslösefunktion FUNKT FUNKTl Lesen Phasen-, Erd-, LD-Phasen-Ströme; Anzeigen Ziff. 1, Prüfen auf serielle Eingaben/Ausgaben F7 FUNKT2 Lesen mittlerer Strom, Bauartnummer; Berechnen derzeit. KW und Spitzen-KW;

Anzeigen Ziff. 2 F8

FUNKT3 Lesen Schalter, KW-Einstellpot.; Berechnen

MWh, Anzeigen Ziff. 3 F9

FUNKT4 Lesen PF χ Light.Sp-Potentiometer, Druckknöpfe, Anzeigen Ziff. 4 FlO FUNKT5 Lesen sofort-Einstellpot., Testpot., Durchführen Testfunkt, und "sofort"-Fkt., Anzeigen Ziff. 5 FH FUNKT6 Lesen LDPU- und LDT-Potentiometer, Ausführen LD-Fkt., Anzeigen Ziff. 6 F12 FUNKT7 Lesen SDP- und SDT-Pot., Ausf. SD-Fkt., Anzeigen Ziff. 7 F13

31H546

F14	17
F15	18
F16	18
F17	18
F19	18
20	2
F20	18
F21	18
22	11
F22	18
F23	18
F24	18

Legende Bezugszeichen Figur

FUNKT8

Lesen GFP- und GFT-Pot., Ausf. Erd-Fkt., Anzeigen Ziff. 8

FUNKTl

Initialisieren Rl u. R6

Erhöhen 4-Seg.-Zeitgeber

4-Seg.-Zeitgeber abgelaufen Mechanismus

Rotieren R7 zum Anzeigen des nächsten Parm. F20

Setzen LED-Anz. auf Bit (B6) in richtiger Ziffernwert-RAM-Speicherstelle Auslösespule

Aufruf CMDIS für Anz. Ziff. 1 (rechte Z.) und Lesen PPCUR

Speichern PPCUR in RAM Zeit für Anzeige von PPCUR ?

Laden PPCUR in Ziffernwert-Stellen in RAM

der linken vier Num.-Anzeigenstellen F25 18

Laden PGCUR in Ziffernwerte in RAM der rechten vier Num.-Anzeigestellen Daten bei SER EIN ?

Aufführen serielle Eingabe SER AUS aufgerufen ?

Ausführen serielle Ausgabe Einstellen Ref.-Spg. für ADU für doppelte Auflösung

Handbetätigungsvorr.

Lesen LDPU u. Ums. in Digital Entladen Phasenstr.-Spitzenwertgleichrichter Auswählen Erdstrom-Spitzenwertgleichrichter

Lesen PGCUR und Umsetzen in Digital Rücksetzen Erdstrom-Spitzenwertgleichrichter

F26	18
F27	18
F28	18
F29 ·	18
F30	18
F31	18
32	2
F32	18
F33	18
F34	18
F35	18
F36	18

31U546

Legende Bezugszeichen Figur

PPCUR - 1,0 Einh. F37 18

PPCUR ^ 9,0 Einh. F38 18

PGCUR = PGCUR - F39 18

PGCUR = 0 F40 18

Speichern PGCUR in RAM F41 18

FÜNKT2 F42 19

Auswählen mittl. Strom 164 auf MUX 158 F43 19

Aufruf CMDIS zum Lesen IaVE ^u·

Anzeigen Ziff. 2 F44 19

Berechnen PRKW = I^ VE ^{x PF x} L.Spg. F45 19

Addiere PRKW auf MWh-Zw.-Sum. F46 19

PRKW > PKACKW F47 19

Setzen PKACKW = PRKW F48 19

Speichern PRKW u. PKACKW in RAM F49 19

Zeit für Anzeige von PRKW u. MWh ? F50 19

Laden PRKW u. MWh in Ziffernwerte von RAM F51 19

Auswahl Bauartnummernschaltg. 170 für

MUX 158 F52 19

Umsetzen analog. Bauartnummer in Digitalw. u. Speichern in RAM FUNKT3

Rucks, d. über SER AUS zusendenden Anzahl von Impulsen

Quelle 1

Aufrufen CMDIS zum Anz. Ziffer 3 u.

Lesen KWST-Pot. 108 F5m 20

Aufrufen "Lesen" um Tabellenwert für KWST-Pot. zu erhalten

Quelle 2

Zeit für Anzeige von KWST Läden von 4 Ziffern wer ten von KWST in RAM f. Anzeige 80

Addieren PRKW auf KWh-Zwischensumme

F53	19
F54	20
F55	20
56	3

F57	20
58	3
F58	20
F59	20
F60	20

Bezugszeichen	Figur
F61	20
F62	20
F63	20
F64	20
F65	20
F66	20
F67	21

31H546

- 76-

Legende

■ Überlauf der KWh-Zw.-su. ? Erhöh. MWh-Zw.-summe
Zeit für Anzeige der MWh ? Format. MWh-Zw.-su. in Digitalwerte u. Speichern in RAM für Anzeige 82 Umsehalten von MUX 168 auf MUX 166 A/D-Umsetzg. Frontpl.-Sehalt. u. Speichern d. Werts in RAM
FUNKT4

Aufruf CMDIS u. Einsch. Ziffer 4 von 82

und Lesen PF χ Leitgs.-spg.-Pot. 110 F68 21

Aufruf "Lesen", um Tabellenwert für PF χ L.spg.-Pot. 110 zu erhalten Zeit für Anzeige von PF χ Leitgs.-spg. ? Format. PF χ L.Spg. in vier Digitalwerte u. Speichern in RAM für Anzeige 80 Umschalten von MUX 168 auf MUX 166 AD-Umsetzen d. Druekknöpfe 105, 107, 128 u. 131

Speichern der Werte der Druckknöpfe in RAM Sind irgendwelche Druekknöpfe gedrückt ? KWST-Druckknopf 105 gedruckt?
Lösehen PKKW-Wert in RAM
System-Rücksetztaste gedrückt ?
Laden Druckknopfwert in Test-Flag
Löschen Test-Flag, Löschen SER AUS-Impulse für Auslöse-Ursache, Unterbrechungsfreigabe F80 21 FUNKT5 F81 22 Aufruf CMDIS zum Einseh. Ziff. 5, Lesen

Sofort-Pot. 112 F82 22

Aufruf "Lesen", um Tabellenwert für POT 112 zu erhalten F83 22

F69	21
F70	21
F71	21
F72	21
F73	21
F74	21
F75	21
F76	21
F77	21
F78	21
F79	21

Legende

Zeit für Anzeige des Forto AW-Einstellung ?

Format. Sofort AW in Digitalwert und Speichern in RAM Lesten Test-Pot. 120 u. Umsetzen in Dig.-Wert

Schalter 106 in Stellung "Auslösen" Setzen Test-Pot. = 6 Einh. Phasen oder 1,5 Einh. Erdstrom Ist mehr als eine Taste gedrückt Ist Phasen-Testknopf gedrückt Wert des Test-Pot. 120 - PGCUR Test-Pot.-Wert (120) * PPCUR Einschalten Test-LED 100, Anzeigen Test-Pot 120 in Erd-Einh.

Einsch. Test-LED 100 Anzeigen Test-Pot.

120 in Phasen-Einh.

Testflag = Druckknopf ?

Phasen-Testknopf 128 gedrückt Setzen PGCUR = Test-Pot.

Setzen LDPC = PPCUR = Test-Pot.

SKIP

PPCUR * Sofort AW ?

Speichern Impulscode für Fernanz. AUS Auslösen !

FUNKT6

Aufruf CMDIS für Anzeige Ziff. 6 und Abtast. LDPU-Pot. 114 Aufruf "Lesen" für LDPU Zeit für Anzeige von LDPU Format LDPU u. Speich. in 4 RAM-Stellen für Anzeige 80

Abtasten LDF Potent.

Bezugszeichen Figur

F84 22

F85 22

F86	22
F87	22
F88	22
F89	22
F90	22
F91	22
F92	22

F93

22

F 94	22
F95	22
F96	22
F97	22
F98	22
F99	22
FlOO	22
FlOl	22
F102	22
FU3	23
F104	23
F105	23
F106	23
F107	23
F108	23

31U546

Legende Bezugszeichen Figur

• Aufruf "Lesen" für LDT F109 23

Zeit für Anzeige von LDT ? FIlO 23 Format LDT u. Speien, in RAM für

Anzeige 82 Fill 23

LDPC > LDPÜ ? F112 23 Vermindern Zw.-su. von LD um (LDPU-LDPC)² F113 23

Erhöhen LD-Zw.-su. um (LDPC)² F114 23

LD-Zw.-Su LD-Zw.-su.-Auslöse-Peg. F115 23

Speichern Impulscode für Fernanz. AUS F116 23

Auslösen F117 23

Löschen LD-Zw.-su. F118 23

FUNKT7 F119 24 Aufruf CMDIS zur Anz. Ziff. 7 u.

Abtasten SDPU-Pot. 116 F120 24

Aufruf "Lesen" für SDPU F121 24

Zeit für Anzeige von SDPU ? F122 24 Format in Digitalwerte u. Speichern

in RAM für Anzeige 8 0 F123 24

Abtasten SDT-Pot. 124, Ermitteln Digitalwert F124 24

Aufruf "Lesen" für SDT F125 24

Zeit für Anzeige von SDT ? F126 24 Formatiere SDT in Digitalwerte u. Speichern

in RAM für Anzeige 82 F127 24

PPCUR > SDPU ? F128 24

Löschen SD-Zw.-summe F129 24

I^2t-Sehalter 102 gesetzt ? F130 24

Add. PPCUR auf SD-Zw.-summe F131 24

Add. (PPCUR)² auf SP-Zw.-su. F132 24

SD-Zw.-summe > SPT F133 24

Speiehern Impulscode für Fernanzeige AUS F134 24

Auslösen F135 24

FUNKT8 F136 25

Aufruf CMDIS f. Anz. Ziff. 8; Abtasten GFPU F137 25

Aufr. "Lesen" f. GFPU F138 25

31U546

Legende

Zeit für Anzeige von GFPU Format GFPU in Digitalwerte und Speien.

in RAM für Anzeige 80 Abtasten GFT u. ermitteln Dig.-wert Aufr. "Lesen" für GFT Zeit für Anzeige von GFT ?

Spannungsversorgung .

Formatieren GFT in digit. Werte Speichern in RAM für Anzeige Fernanzeige und Spannungsversorgung PGCUR >GFPU ?

Gleichrichter

PGCUR > 1/2 GFPU ?

Setzen GF-Verriegelung in RAM Vermindern GF-Zw.-Su.

Ist I^2t-Schalter 104 gesetzt ?

Erhöhen GF-Zw.-su.

FOM

Add. 1,5 χ PGCUR auf GF-Zw.-su.

GF-Zw.-su. > GFT ?

Gleichrichter

arithmetisch-logische Einheit Speiehern Impuls-Code f. Fernanz. AUS Mikrocomputer

Auslösen

Frontplatten-Anzeigevorrichtung Lesespeicher

CMDIS

Analog/Digital-Umsetzer A/D-Umsetzer

Zeitverzögerung von (16,667)/2 ms verstrichen? F156

Lese/Schreib-Speicher (RAM) Rücksetzen Verzög.-Zeitgeber

Bezugszeichen	Figur
F139	25
F140	25
F141	25
F142	25
F143	25
144	2
F144	25
145	2
F145	25
146	2
F146	25
F147	25
F148	25
F149	25
F150	25
151	2
F151	25
Fl 5 2	25
152	2
153	5A
F153	25
154	11
F154	25
1?:	2
155	5A
F155	26
156	2
156	8
;hen? F156	26
157	5A
F157	26

Legende

Bezugszeichen
158

Multiplexer Erhöhen R6 für Auswahl d. nächsten

Leitg. für MUX158 F158

Vermindern Rl, um Adresse d. nächsten Digitalwertes zu erhalten Spitzenwertgleichrichter Rucks. Anzeigesperren-Bit auf Leitg.

Post 2

Senden Dig.-Wert über Port 2 zur Anzeige Speichern d. Digit.-Wertes auf Anzeige Spitzenwertgleichrichter

SendenAdressenauswahldaten zu MUX 166 u.168 F163

Mittelungsschaltung TADCV Auswahl MUX Multiplexer Aufruf A/D-Umsetzung Speiehern Umsetzungsergebnis in AC u. R3 Multiplexer Rückkehr Auslösen Bauartnummer-Kennzeichnungsvorr.

Auslöseflag gesetzt Auslösepot.

Datenbus Rücksetzen Auslöseflag Formatiere PPCUR in Digitalwerte, Speichern in RAM für Anzeige Daten-Eingabe/Ausgabe-System Setzen LED-Bit für Auslöseursache in RAM Setzen R7 zum Festhalten der Anzeigewerte Daten-E/A-Spannungsversorgung Unterbrechungssperre wurde diese "Auslösung" durch einen

Test verursacht ? F177

?igur 2

26

F159	26
160	2
F160	26
F161	26
F162	26
162	2
F163	26
164	2
F164	26
F165	26
166	2
F166	26
F167	26
168	2
F168	26
F169	27
170	2
F170	27
F171	27
172	5A
F172	27
F173	27
174	2
F174	27
F175	27
176	2
F176	27

27

31U546

Legende

Ist es ein "Nicht Auslösen"-Test ? Senden Auslösesignal auf Leitung 4 Port 1

Rücksetzen Test-Flag u. 4-Sek.-Zeitgeber Rückkehr
Lesen

wurde Schalter ausgelöst ? Abgreifen d. unteren 5 Bits vom ADU in AC, zirkulieren um 5 Stellen
Addieren R2 auf AC, um RAM-Adr. des abgeleiteten Tab.-werts zu erh.; hohen neuen VV.

alter Einstellwert = 0 ?
Laden neuen Einstellw. in RAM neuer Einstellwert = alter Einstellwert ? Halten d. alten Einstellwertes Bit2 = Bit 3 ?

Setzen R7, um Anzeige dieses Einstellwertes zu veran.
Rucks, d. 4-sek. Zeitgebers Speiehern d. neuen Einstellwertes in RAM Zwischenspeicher-Decoder Rück.

Multiplexer
Spannungszuordner
Energiespeicherkondensa tor G .-spg./ Gl.-spg.-Wandler
Spannungsfühler
Stromnebenweg - "Brechstange"

Bezugszeichen	Figur
F178	27
F179	27
r F180	27
F181	. 27
F182	28
F183	28

F184

28

F185	28
F186	28
F187	28
F188	28
F189	28
F190	28
F191	28
F192	28
F193	28
194	6
F194	28
206	6
702	11
70-	11
706	11
708	11
714	11

Claims (6)

Patentansprüche

1.)) Trennschalter, mit einer Trennvorrichtung zum Leiten von Strom durch einen zugehörigen Schaltkreis und zum Unterbrechen des Stromflusses auf einen Befehl hin, einer Fühl vorrichtung zum Fühlen des durch die Trennvorrichtung fließenden Stroms, und einer zwischen die Fühlvorrichtung und die Trennvorrichtung· geschalteten Auslöseeinheit zum Vergleichen des durch die Trennvorrichtung fließenden Stroms mit einer vorbestimmten Zeit/Strom-Auslösekennlinie und zum Betätigen der Trennvorrichtung, wenn die Stärke des sie durchfließenden Stroms die Zeit/ Strom-Auslösekennlinie übersehreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinheit (26) derart betreibbar ist, daß sie ihrg endeine von mehreren optionalen Funktionen erfüllt, daß eine Kennzeic^hnungssehaltung (170) vorgesehen ist, die mehrere elektrische Verbindungsanschlüsse aufweist, die entsprechend Mustern auswählbar sind, wöbe jedes Muster einen diskreten Satz optionaler Funktionen repräsenti Tt, und daß die Auslöseeinheit (26) eine an die Kennzeiehnungsschaltung (170) angeschlossene Interpretiereinrichtung aufweist, um das Muster der in der Kennzeiehnungsschaltung ausgewählten Verbindungsansehlüsse zu decodieren und die Ausführung desjenigen diskreten Satzes von Funktionen zu befehlen, der von diesem Muster von Verbindungsanschlüssen repräsentiert wird.

31U546

- 2 - WS242P - 2257

2.) Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennzeichnungsschaltung (L70) mehrere Schaltdrahtpositionen aufweist, von denen jede mehrere -mögliche Anschlußpunkte besitzt.

3.) Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaltdrahtpositionen einen einstellbaren Spannungsteiler (218, 220, 222) aufweist.

4.) Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Anschlußpunkte einen Abgriff auf dem zugehörigen Spannungsteiler aufweist, und daß die Auswahl eines Abgriffs auf jedem der einstellbaren Spannungsteiler mehrere Analogspannungen an die Auslöseeinheit (26) liefert.

5.) Trennsehalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpretiereinrichtung einen Mikrocomputer (154) und einen daran angeschlossenen Analog/Digital-Umsetzer (156) aufweist, und daß der Mikrocomputer (154) den Analog/Digital-Umsetzer veranlaßt, die Analogspannuncjen abzutasten, um eine entsprechende digitale Darstellung zu erzeigen, und daß der Mikrocomputer die digitalen Darstellungen zu jeweils einer einzigartigen Bauarntummer kombiniert.

6.) Trennschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet·, daß der Mikrocomputer (154) mehrere Befehlsspeicherstellen aufweist, die jeweils mehrere Befehlsgruppen enthalten, wobei jede Befehlsgruppe eines der optionalen Merkmale ausführt, und daß der Mikrocomputer die Ausführung eines einzigartigen Satzes von Befehlsgruppen für jede der Bauartnummer, die von der Kennzeichnungsschaltung (170) erhalten werden, befiehlt.