Изобретение относится к электрической установке с по меньшей мере одним потребителем, который защищен посредством по меньшей мере одного защитного устройства, причем параметр срабатывания, в особенности ток срабатывания, защитного устройства может устанавливаться. Кроме того, изобретение относится к способу функционирования электрической установки.
В частности, изобретение относится к установке автоматизации, которая содержит цепь энергоснабжения с постоянно смонтированными потребителями. В типовом случае речь идет о производственных установках, технологических установках или иных промышленных или профессионально используемых крупномасштабных установках. Подобные установки, ввиду различных требований, лишь редко выполняются сходными по конструкции. Это означает, что каждая установка содержит разное количество разных по масштабам потребителей. Для того, чтобы при дефекте отдельного потребителя избежать выхода из строя всей установки и, тем самым, например, прерывания производственного процесса, каждый из этих потребителей должен защищаться посредством защитного устройства (предохранителя, силового защитного выключателя и т.д.).
Как правило, несколько электрических потребителей установки объединяются в группы, причем каждая группа посредством защитного устройства защищена от перегрузок или коротких замыканий. При этом группы выбираются таким образом, что отключение одной группы необязательно приводит к выходу из строя всей установки. Защита потребителей или групп потребителей, как правило, определяется проектировщиком и позже инсталлируется или устанавливается монтажником. При этом согласно уровню техники преимущественно используются регулируемые защитные устройства, чтобы еще во время первого пуска в эксплуатацию иметь возможность предпринять настройку тока срабатывания. Причина этого заключается в том, что действительное потребление тока потребителей или групп потребителей в течение фазы проектирования может определяться лишь в недостаточной степени. Например, определение отдельных параметров регулирования часто осуществляется только по окончании монтажа установки, так что заранее не ясно, какие потребители (магнитные клапаны, исполнительные двигатели, катушки контакторов и т.д.) фактически будут одновременно включаться в ходе эксплуатации.
Во время первого пуска в эксплуатацию дополнительно настраиваются в первую очередь защитные устройства, спроектированные с низкими допусками. Спроектированные с высокими допусками защитные устройства остаются, как правило, без надзора, так как во время первого пуска в эксплуатацию не каждое рабочее состояние каждого отдельного потребителя или каждой отдельной группы потребителей принимается во внимание, и при этом может измеряться фактическое потребление тока. Избирательное срабатывание отдельных защитных устройств больше не гарантируется, потому что при коротком замыкании или перегрузке иногда срабатывает не конкретно расположенное перед соответствующим потребителем - спроектированное со слишком высоким допуском срабатывания - защитное устройство, а входной предохранитель. Тем самым слишком большие участки установки остаются без напряжения. В наихудшем случае из-за тока короткого замыкания производительность источника питания (например, управляющее напряжение 24 В) превышается, из-за чего вся установка выходит из строя.
Наряду с недостающей защитной функцией, следует обращать внимание на то, что спроектированные со слишком высоким допуском срабатывания защитные устройства не обеспечивают возможность контроля потребителей. Потребители могут уже находиться в частично неисправном состоянии, но при этом соответствующее защитное устройство не срабатывает. В частично неисправном состоянии датчики могут принимать или передавать ложные сигналы, или исполнительные элементы не полностью выполняют функции регулирования (например, клапан не полностью запирается). Срабатывание осуществляется только при значительном нарастании тока вследствие полного выхода из строя потребителя.
В основе изобретения лежит задача, для электрической установки вышеназванного типа, обеспечить усовершенствование по сравнению с уровнем техники. В частности, должна повышаться защищенность от отказов установки и, кроме того, отдельные потребители или группы потребителей должны целесообразным способом контролироваться.
В соответствии с изобретением эта задача решается электрической установкой согласно пункту 1 и способом эксплуатации этой установки согласно пункту 6.
При этом предусмотрен блок управления, на который подается измеренное значение тока для тока, потребляемого по меньшей мере одним потребителем, причем блок управления, в зависимости от существовавшей до сих пор характеристики изменения измеренного значения тока, генерирует новое предельное значение, которое выдается устройству защиты для установки параметра срабатывания. Блок управления, таким образом, обеспечивает возможность текущего согласования параметров срабатывания, в частности, тока срабатывания, с фактическими рабочими условиями. Циклические выбросы тока распознаются и образуют, с учетом «подушки безопасности», данные для установления предельного значения, согласуемого с временными интервалами для автоматической подстройки параметра срабатывания. В качестве защитного устройства предусматривается, например, размыкающее средство защиты или электронное средство защиты, которое в случае неисправности ограничивает ток до заданного значения.
Нераспознанное во время первого пуска в эксплуатацию слишком высокое значение отключения защитного устройство во время работы установки корректируется посредством задания согласованного предельного значения. При этом предельное значение выводится непосредственно из характеристики фактически проявляющегося потребления тока соответствующего потребителя. Тем самым гарантируется, что условия срабатывания защитного устройства всегда согласованы с данными обстоятельствами.
В предпочтительном выполнении по меньшей мере один потребитель снабжается посредством отрегулированного тактируемого электропитания. Подобные системы электропитания обычно обладают ограничением тока незначительно выше номинального тока. Поэтому особенно важно, чтобы защитное устройство для избирательного отключения соответствующего потребителя не было спроектировано с завышенными допусками. В частности, должно быть гарантировано, чтобы достаточная мощность короткого замыкания имелась для срабатывания защитного устройства. В случае спроектированного со слишком высокими допусками защитного устройства тактируемое электропитание регулировало бы выходное напряжение на понижение, при этом защитное устройство не отсоединяло бы неисправного потребителя от остальной сети электропитания.
Согласование тока срабатывания защитного устройства с фактическим потреблением тока потребителя, подключенного к электропитанию, гарантирует, что при перегрузке вследствие дефекта осуществляется отключение потребителя за счет срабатывания защитного устройства. Это особенно предпочтительно, если несколько потребителей подключены к тому же самому электропитанию. Тогда, например, каждый потребитель защищается своим собственным защитным устройством, так что дефектный потребитель не приводит к отключению всех подключенных потребителей. Также предотвращается то, что электропитание регулируется на понижение и, тем самым, напряжение питания прерывается, прежде чем сработает защитное устройство дефектного потребителя.
Для того, чтобы гарантировать поддержание в рабочем состоянии напряжения питания (например, управляющего напряжения), при его падении могут отключаться электрические цепи, в которых текущее протекание тока превышает «историческое» (предшествующее) среднее значение. В качестве «исторического» среднего значения следует, например, рассматривать тот ток, который получается как среднее значение последнего интервала наблюдения (например, 1 сутки) или как процентная доля установленного предельного значения. При перегрузке электропитания выходила бы из строя вся установка. Поэтому является целесообразным, отключать все электрические цепи, которые могли бы быть ответственными за перерасход.
Предпочтительным образом блок управления содержит первое запоминающее устройство, которое при запуске датчиком времени сохраняет измеренные значения тока потребителя. За счет этого предоставляется предыстория измеренных значений тока для установления нового предельного значения для тока срабатывания защитного устройства.
Кроме того, является предпочтительным, если блок управления содержит микроконтроллер, который из сохраненных в первом запоминающем устройстве измеренных значений тока с заданными временными интервалами генерирует предельное значение, которое сохраняется во втором запоминающем устройстве и подается на защитное устройство. Посредством просто программируемого микроконтроллера для каждого рабочего случая обеспечивается подходящее определение предельного значения. Также, при необходимости, для установления предельного значения для тока срабатывания могут применяться различные методы. Предельное значение, сохраненное во втором запоминающем устройстве до следующего определения предельного значения, представляет собой параметр регулирования для согласования условий срабатывания связанного с блоком управления защитного устройства.
В простом воплощении изобретения защитное устройство выполнено как управляемое электронное защитное устройство. Блок управления для установления предельного значения может при этом быть встроен в систему управления электронным защитным устройством.
Соответствующая изобретению электрическая установка эксплуатируется способом, при котором по истечении временного интервала наблюдения определяется возникающее в течение временного интервала наблюдения максимально измеренное значение тока, и при котором, кроме того, максимальное измеренное значение тока совместно с по меньшей мере одним сохраненным максимальным измеренным значением тока предыдущего временного интервала наблюдения или заданного начального значения (например, номинального тока) при пуске установки в эксплуатацию используется, чтобы на этой основе определить предельное значение для установки тока срабатывания. Таким способом гарантируется, что блок управления только после временного интервала наблюдения, который соответствует прошедшему рабочему циклу с распознанным выбросом потребления тока, заново устанавливает ток срабатывания защитного устройства.
При этом является предпочтительным, если на блок управления подается питающее напряжение по меньшей мере одного потребителя, и что предельное значение определяется в зависимости от величины питающего напряжения, что при текущем функционировании задается статическое предельное значение и что при процессе включения по меньшей мере одного потребителя задается повышенное динамическое предельное значение. Для текущего функционирования в соответствии с этим задается статическое предельное значение, которое в типовом случае лежит ниже тока включения потребителя. Для процесса включения защитное устройство будет задавать динамическое предельное значение, которое учитывает ток включения потребителя. Это, прежде всего, важно для потребителей с высокими токами включения. Если бы при этом статическое предельное значение лежало выше тока включения, то ток неисправности потребителя в процессе текущего функционирования остался бы нераспознанным.
Измеренное значение тока благоприятным образом перед сохранением фильтруется, так что пренебрежимо малые выбросы тока и помехи при определении максимального измеренного значения тока вырезаются. Тем самым фильтр предотвращает реакцию определения предельного значения на помехи и внешние короткие пики нагрузки, которые, например, могли бы вызываться действиями переключения. В течение этих коротких пиков нагрузки электронное средство защиты формировало бы мощность потерь с чередованием линейного режима или режима с ограничением тока.
В одном воплощении изобретения блок управления будет задавать регулируемую длительность временного интервала наблюдения. Прежде всего, это целесообразно в том случае, когда имеют место известные рабочие циклы электрической установки. Длительность временного интервала наблюдения устанавливается тогда, например, равной длительности цикла или длиннее, чем длительность цикла.
В другом воплощении длительность временного интервала наблюдения устанавливается таким образом, что, прежде всего, определяется характеристика измеренных значений тока для распознавания повторяющейся последовательности выбросов потребления и минимумов потребления, и затем временной интервал наблюдения устанавливается таким образом, что, соответственно, один выброс потребления и, соответственно, один минимум потребления находятся в пределах одного временного интервала наблюдения. Этот способ пригоден, в частности, для электрических установок, которые, например, ввиду особой сложности, не проходят заранее определяемых циклов. За счет определения предыстории с сопоставимыми образцами нагрузочного тока простым способом проявляется то, какие циклы обычно возникают.
Другой метод предусматривает, что длительность временного интервала наблюдения определяется на основе задаваемого количества превышений определенного порогового значения измеренным значением тока и/или интегралом тока по времени. Такой способ действий целесообразен, например, для установок, потребители которых имеют нерегулярное рабочее время. Последовательные временные интервалы наблюдения продолжаются тогда по-разному долго, в зависимости от того, как часто достигается пороговое значение тока или пороговое значение интеграла тока по времени.
Для определения предельного значения предпочтительным образом определенные во временных интервалах наблюдения максимальные измеренные значения тока нагружаются защитным резервом. Тогда для следующего временного интервала наблюдения имеется резервом безопасности в направлении вверх, так что обычное увеличение потребления тока (например, обусловленное метеоусловиями) не приводит к срабатыванию защитного устройства. Этот резерв безопасности может лежать, например, в пределах 1%-50%.
При этом является предпочтительным, если резерв безопасности повышается или снижается соответственно заданной кривой с увеличением продолжительности работы. Тем самым при увеличении продолжительности наблюдения потребления тока установленный ток срабатывания приводится ближе к фактическим отношениям.
Особенно простая возможность определения предельного значения предусматривает, что предельное значение задается как среднее значение определенных внутри прошедших временных интервалов наблюдения и нагруженных резервом безопасности максимальных измеренных значений тока.
Другое простое определение нового предельного значения задается как формирование среднего значении для определенного в последнем прошедшем временном интервале наблюдения максимального измеренного значения тока и еще действующего предельного значения. Опционально могут также привлекаться несколько исторических предельных значений для формирования среднего значения, за счет чего достигается более сильное взвешивание прошедших максимальных измеренных значений тока.
С другой стороны, может быть целесообразным, что при определении предельного значения максимальное измеренное значение тока последнего прошедшего временного интервала наблюдения взвешивается сильнее, чем значения прошедших перед ним временных интервалов наблюдения. Таким способом гарантируется, что текущие изменения режима работы установки приводят к соответствующему изменению условий срабатывания защитного устройства. Другая возможность состоит в изменении взвешивания с увеличением протекающих временных интервалов наблюдения. Тем самым может достигаться более медленное или более быстрое приближение к актуальной ситуации.
При этом, кроме того, предусмотрено, что при нарастании максимальных измеренных значений тока в течение следующих друг за другом временных интервалов наблюдения осуществляется более сильное взвешивание последнего появившегося максимального измеренного значения тока, чем при спадании максимальных измеренных значений тока. Тем самым гарантируется, что, например, незначительные расширения установки и, тем самым, нарастание потребления тока в пределах защитного резерва не приводят при последующем незначительном повышении потребления тока немедленно к срабатыванию защитного устройства. При повышении предельного значения следует, однако, учитывать, что требуется надежно проводить различие между обычным нарастанием потребления тока и током перегрузки. При этом подъем (крутизна) нарастания тока представляет существенный критерий. Например, потребление тока медленно нарастает вследствие загрязнения вентиляторов, неудовлетворительной смазки, обусловленной временем года затрудненностью хода исполнительных элементов и т.д. В случае тока неисправности, подлежащего размыканию, напротив, чаще всего возникает явно выраженный выброс тока или ток перегрузки, который за очень короткое время нарастания повышается до максимального значения и остается на этом уровне.
В предпочтительном воплощении осуществляется определение динамического предельного значения таким образом, что во время допустимых токов перегрузки определяется характеристика измеренных значений тока и в зависимости от нескольких таких характеристик задается характеристика для динамического предельного значения. Допустимые токи перегрузки возникают, например, когда потребители подключаются, или если во время процесса включения подзаряжаются конденсаторы. В качестве условия срабатывания для защитного устройства в соответствии с этим задается огибающая, которая получается суперпозицией нескольких допустимых характеристик токов перегрузки с учетом резерва безопасности. Допустимость тока перегрузки, как правило, определяется посредством длительности возникающего тока перегрузки и его высоты по отношению к номинальному току.
Другое предпочтительное воплощение предусматривает, что в качестве динамического предельного значения задается интеграл тока по времени, который выводится из нескольких характеристик измеренного значения тока во время процесса включения. Критерий срабатывания для защитного устройства тогда также определяется посредством интеграла тока по времени возникающего тока перегрузки.
Преимуществом является, если предельное значение и/или характеристика изменения предельного значения ограничена верхним пределом, который задается посредством условий противопожарной безопасности для компонентов и/или их производительности, которые являются нижестоящими для защитного устройства. В качестве предела тогда задается максимальное значение или определенная временная характеристика.
Для своевременного распознавания случаев неисправности является предпочтительным, если для нарастания предельного значения задается критическое значение, и если при превышении этого критического значения срабатывает сигнал тревоги. Таким способом можно, например, распознавать перегрев подшипника, прежде чем произойдет полный выход из строя или достижение условий срабатывания соответствующего защитного устройства. Для пользователя предоставляется свобода в выборе нарастания за год (для исключения влияний метеоусловий) или другой промежуток времени. Для гарантирования безопасности пользователя можно целесообразным образом использовать не медленно снижающиеся предельные значения, а фактические максимальные измеренные значения на временной интервал наблюдения, чтобы инициировать сигнал тревоги (например, тревога при превышении заданного процентного нарастания).
Усовершенствованный способ предусматривает, что на блок управления подается внешний сигнал, посредством которого длительность временных интервалов наблюдения изменяется на заданный коэффициент в зависимости от конкретного случая. После отключения установки или замены дефектного защитного устройства могут задаваться более короткие временные интервалы наблюдения, чем в текущем режиме работы. Ток срабатывания затем, исходя из заранее установленного выходного значения, быстрее согласуется с действующими условиями работы.
Другое улучшение предусматривает, что на блок управления подается сигнал сброса, посредством которого выполняется сброс в исходное состояние предельного значения на значение, установленное по умолчанию. Это является целесообразным после прерываний работы электрической установки, чтобы со значением, установленным по умолчанию, пройти полный рабочий цикл, прежде чем для защитного устройства будет задано новое предельное значение. Значение, установленное по умолчанию, задает, например, защитному устройству ток отключения, установленный посредством предписаний противопожарной защиты для нижестоящих элементов схемы. При этом сигнал сброса может также подаваться на блок управления в течение более длительного интервала времени, за счет чего образование нового предельного значения на длительность этого интервала времени подавляется. Это целесообразно, например, для ограничения неисправностей при различных действиях переключения отдельных потребителей.
Это значение, устанавливаемое по умолчанию, задается защитному устройству также при первом вводе в эксплуатацию электрической установки. Таким способом гарантируется, что с самого начала не должны превышаться максимальные значения тока или интеграла тока по времени, заданные посредством предписаний противопожарной безопасности для токоведущих элементов установки.
Наконец, является предпочтительным, если действительное предельное значение или статическое и/или динамическое предельное значение, а также действительное измеренное значение тока и/или характеристика изменения измеренного значения тока посредством подходящего блока индикации индицируется и/или выдается через интерфейс. При этом, например, считываются предельные значения последних временных интервалов наблюдения (например, 64 суточных предельных значений) или измеренные значения тока последних миллисекунд, которые, например, сохранены в кольцевом ЗУ. Таким способом обслуживающий персонал электрической установки в любое время может распознавать, в каком состоянии она находится.
Изобретение поясняется далее со ссылками на чертежи, где показано следующее:
Фиг.1 - устройство с регулируемым защитным устройством,
Фиг.2 - устройство с ограниченным по току защитным устройством,
Фиг.3 - устройство с представленным подключением защитного устройства,
Фиг.4 - устройство с разъединяющим защитным устройством,
Фиг.5 - устройство с параллельным подключением нескольких механических защитных устройств,
Фиг.6 - характеристики при динамической нагрузке,
Фиг.7 - диаграмма максимальных измеренных значений тока и выведенных из этого предельных значений по времени,
Фиг.8 - схема последовательности действий,
Фиг.9 - схема последовательности действий со своевременным распознаванием неисправностей.
Фиг.1 показывает простое, соответствующее изобретению, выполнение. Потребитель 4 подключен к питающему напряжению Uin. При этом речь идет, например, о переменном напряжении сети электропитания. Питающее напряжение Uin может также представлять собой выходное постоянное напряжение импульсного источника питания. В силовую шину включено защитное устройство S. Оно состоит в простейшем случае из механического выключателя, который управляется с помощью блока 1 управления.
Срабатывание защитного устройства S осуществляется на основе заданных условий срабатывания, причем соответствующие параметры срабатывания могут устанавливаться посредством блока 1 управления. В качестве параметров срабатывания могут использоваться значение для тока срабатывания, максимально допустимая продолжительность тока перегрузки, максимально допустимая температура проводников и т.п. Отключение или ограничение тока нижестоящих потребителей 4 осуществляется тогда для случая, когда такой параметр срабатывания превышается.
В соответствии с изобретением по меньшей мере один параметр срабатывания защитного устройства S заново устанавливается по истечении временного интервала наблюдения. Для этого потребляемый потребителем 4 ток измеряется посредством устройства 3 измерения тока и подается в качестве измеренного значения тока на блок 1 управления. Блок 1 управления содержит соответствующие ЗУ для формирования истории, которая служит, прежде всего, для определения максимального значения в течение протекающего временного интервала наблюдения.
Для каждого временного интервала наблюдения, таким образом, определяется и сохраняется максимальное измеренное значение тока, чтобы из него сформировать предельное значение для согласования параметра срабатывания. В простейшем случае в качестве предельного значения используется среднее значение по меньшей мере двух последних определенных максимальных измеренных значений тока, причем предпочтительным образом предусмотрен резерв безопасности. При первом пуске в эксплуатацию исходят из значения, устанавливаемого по умолчанию (например, номинального тока).
Максимально допустимый ток срабатывания Iaktion в качестве подлежащего определению предельного значения вычисляется затем по истечении n-го временного интервала наблюдения с определенным внутри временного интервала наблюдения максимальным измеренным значением тока Î, например, следующим образом:
Является целесообразным, последнее определенное максимальное измеренное значение тока умножить на коэффициент Х, чтобы реализовать более сильное взвешивание более поздних изменений режима работы:
Определенное таким образом предельное значение задается для защитного устройства непосредственно или в соответствии с масштабированием как новый ток срабатывания. Если, например, изменение тока срабатывания защитного устройства возможно только десятичными интервалами, то в качестве тока срабатывания задается значение, которое является ближайшим следующим выше определенного предельного значения.
Правильная установка параметров срабатывания зависит от продолжительности временных интервалов наблюдения. Выбор временных интервалов наблюдения ориентируется на рабочие циклы электрической установки. При этом рабочий цикл выбирается по образцу при последовательности различных рабочих состояний части установки, следующей за защитным устройством, причем этот образец в подобной форме вновь проявляется в каждом рабочем цикле установки. Такая часть установки может включать в себя либо одного переменным образом эксплуатируемого потребителя, либо несколько эксплуатируемых с временным сдвигом потребителей. Этот образец при последовательности различных рабочих состояний получается, например, за счет повторно выполняемых шагов способа или за счет заданного сменного режима работы производственной установки.
Преимущество предложенного изобретения проявляется, когда временная характеристика потребления тока потребителя, защищенного с помощью защитного устройства, неточно предсказуема, или затраты на определение слишком велики.
Фиг.2 показывает устройство с выполненным как электронный предохранитель защитным устройством S. При этом, в случае неисправности, размещенный в силовой шине полупроводниковый переключатель импульсно или линейно управляется, и, таким образом, ток поддерживается на заданном максимальном значении, независимо от режима нагрузки или номинальной нагрузки перед возникновением неисправности (например, короткого замыкания). Для выполнения предписаний противопожарной безопасности, как правило, предписывается, что перед электронным предохранителем включается механическая или электромеханическая защита (например, выключатель защиты), которая при отказе электронного предохранителя в любом случае срабатывает.
Примерное воплощение блока 1 управления показано на фиг.3. Ток нагрузки определяется посредством устройства 3 измерения тока, которое содержит шунтирующее сопротивление 6, посредством которого через дифференциальный усилитель 7 определяется измеренное значение тока Iist. Это измеренное значение тока Iist подается, с одной стороны, на компаратор 9, а с другой стороны, через аналого-цифровой преобразователь 10, на микроконтроллер 8. Компаратор 9 сравнивает измеренное значение тока Iist с опорным значением, которое генерируется посредством микроконтроллера 8, и через цифро-аналоговый преобразователь 11 подается на компаратор 9.
Выход компаратора 9 соединен, с одной стороны, с микроконтроллером 8 для определения временного интервала наблюдения, а с другой стороны - с управлением 12 затвором для импульсного или линейного управления полупроводниковым переключателем защитного устройства S.
Упрощенное устройство представлено на фиг.4. Блок 1 управления, выполненный как микроконтроллер, получает через аналого-цифровой преобразователь 10 измеренное значение устройства 3 измерения тока. В случае превышения текущего параметра срабатывания микроконтроллер выдает сигнал срабатывания через усилитель 14 сигнала на переключающий элемент защитного устройства S. При применении механического переключающего элемента осуществляется отсоединение неисправного потребителя от питающего напряжения Uin. Для ограничения тока перегрузки может использоваться электронный выключатель.
Опционально на блок 1 управления подается значение 9 температуры, которое сигнализирует о критической температуре проводников и определяется посредством температурного датчика 13. Значение ϑ температуры используется, например, как дополнительный параметр срабатывания или для определения мгновенной нагрузки по отношению к максимально допустимой нагрузке с учетом предписаний противопожарной защиты.
Другая возможность, чтоб посредством защитного устройства S ограничить ток перегрузки, показана на фиг.5, при этом в силовую шину параллельно включено несколько выключателей S1..Sn. Через первый выключатель S1 в нормальном режиме работы протекает ток нагрузки. Последовательно с другими выключателями S2..Sn размещено соответствующее сопротивление R1..Rm. Каждый выключатель S1..Sn управляется посредством блока 1 управления. В случае неисправного потребителя 4 первый выключатель S1 размыкается, один или несколько остальных выключателей замыкаются. Значения сопротивлений W1..Wm при этом являются бинарно ступенчатыми, так что стабильное ограничение тока перегрузки осуществляется за счет замыкания соответствующего выключателя S2..Sn. Если выключатели S1..S2 выполнены как полупроводниковые элементы, то по причинам пожарной безопасности в силовой шине предусмотрен дополнительный плавкий предохранитель 5.
Инициирование защитного устройства S осуществляется при превышении статического или динамического предельного значения тока срабатывания. Превышение динамического предельного значения определяется ходом изменения кратковременного тока перегрузки и, как правило, устанавливается посредством интеграла тока по времени.
Кратковременные токи перегрузки выше статического предельного значения тока срабатывания должны допускаться, так как они часто возникают при процессах включения потребителей. Фиг.6 показывает различные характеристики тока во время процесса включения. Статическое предельное значение Gstat определяет ток срабатывания в текущем режиме работы. Динамическое предельное значение Gdyn задается как огибающая по допустимым характеристикам М1, М2 тока включения. Допустимые характеристики М1, М2 ни в какой момент времени не превышают характеристику динамического предельного значения Gdyn. При дополнительной представленной характеристике М3 тока включения, превышается как статическое предельное значение Gstat в качестве допустимого для длительного времени, так и площадь ток-время динамического предельного значения Gdyn; таким образом, срабатывает защитное устройство S.
Наряду с описанной установкой статического предельного значения Gstat, также предусматривается, что динамическое предельное значение Gdyn согласуется с фактическими рабочими условиями электрической установки. При этом для защитного устройства S сначала задается устанавливаемое по умолчанию значение, которое учитывает максимально допустимые напряжения перегрузки при первом пуске в эксплуатацию. Это устанавливаемое по умолчанию значение соответствует, например, максимальной способности ограничения тока электронного ограничителя или I2t-значению чувствительного потребителя.
В течение временного интервала наблюдения, как описано выше, потребление тока потребителя или группы потребителей измеряется и оценивается. При этом посредством блока 1 управления дополнительно контролируется питающее напряжение Uin, причем процесс включения распознается по снижению питающего напряжения Uin. Для определения статического предельного значения Gstat допустимые напряжения перегрузки в течение процесса включения вырезаются с помощью соответствующего фильтра (аналогового или цифрового). При формировании максимальных измеренных значений тока временного интервала наблюдения эти помеховые выбросы остаются, следовательно, неучтенными. Для согласования динамического предельного значения Gdyn с фактическими рабочими условиями, напротив, привлекаются лишь допустимые характеристики тока перегрузки. При этом, например, в течение одного или нескольких временных интервалов наблюдения характеристики кратковременных токов перегрузки сохраняются и из них формируется огибающая, причем предусматривается резерв про безопасности. Определенное таким способом динамическое предельное значение Gdyn не может при этом выходить за пределы устанавливаемого по умолчанию значения, так как оно представляет предел для выполнения требований по противопожарной безопасности.
Для определения случая срабатывания защитного устройства S затем либо характеристика нагрузочного тока постоянно сравнивается с характеристикой огибающей установленного динамического предельного значения Gdyn, либо текущим образом формируется интеграл тока по времени для нагрузочного тока и сравнивается с выраженным как интеграл тока по времени динамическим предельным значением Gdyn.
Примерное определение статического предельного значения Gstat представлено на фиг.7, причем нагрузочный ток I представлен в зависимости от рабочего времени t. Рабочие циклы соответствующей электрической установки следуют при этом фиксированному суточному ритму, то есть образцы потребления тока повторяются аналогичным образом каждые 24 часа. Соответственно этому временной интервал наблюдения установлен как 24 часа. При первом пуске в эксплуатацию сначала устанавливается устанавливаемое по умолчанию предельное значение G0.
В электрических установках, которые не имеют предсказуемого рабочего цикла, после пуска в эксплуатацию устанавливаемое по умолчанию предельное значение G0 поддерживается так долго, пока из регистрации измеренного значения тока не выявится приближенно повторяющийся образец характеристики нагрузочного тока. Для этого, в частности, оцениваются максимальное и минимальное значения тока, чтобы отсюда вывести рабочее циклы. Временные интервалы наблюдения для дальнейшего определения предельных значений затем устанавливаются в соответствии с этими рабочими циклами. Если в течение длительного промежутка времени никакой образец потребления тока не возможно было распознать, то в качестве временного интервала наблюдения для определения нового предельного значения устанавливается достаточная длительность (определяется устанавливаемым по умолчанию значением), например неделя.
По истечении установленного временного интервала наблюдения определяется максимальное измеренное значение тока, которое возникло в течение этого временного интервала наблюдения, и нагружается резервом безопасности Res. Образованное таким образом значение задается защитному устройству в качестве первого согласованного предельного значения G24. В течение последующих временных интервалов наблюдения это предельное значение G24 образует ток срабатывания защитного устройства S.
Из регистрации нагрузочного тока во втором временном интервале наблюдения по истечении временного интервала наблюдения определяется новое максимальное измеренное значение тока, которое вновь нагружается резервом безопасности Res. Новое предельное значение G24 определяется затем как среднее значение этого нагруженного резервом безопасности Res максимального измеренного значения тока и еще действительного предельного значения G24. При этом может осуществляться взвешивание, чтобы, например, существовавшие последними рабочие условия принять во внимание в большей степени.
Аналогичным образом по истечении следующих за этим двух временных интервалов наблюдения образуются предельные значения G72, G96. В течение пятого временного интервала наблюдения действует последнее определенное предельное значение G96. Непосредственно перед 120 часами на фиг.7 возникает нагрузочный ток, который лежит выше этого предельного значения G96 и приводит к активированию защитного устройства S.
При этом может произойти, что на основе согласования предельных значений с текущими рабочими условиями возникает случай неисправности, который в прошедших временных интервалах наблюдения, ввиду других в то время рабочих условий, не привел бы к срабатыванию защитного устройства S. Данный пример, таким образом, ясно показывает, что защитное устройство, условия срабатывания которого не согласованы с текущими рабочими условиями, становится с течением времени, рассчитанным с завышенным допуском и при дефекте не срабатывает.
Измеренное значение тока, которое приводит к срабатыванию защитного устройства S, при дальнейшем образовании максимального измеренного значения тока временного интервала наблюдения вырезается. После устранения возникшей неисправности и повторного пуска в эксплуатацию, в соответствии с этим, для определения следующего предельного значения используется определенное последним максимальное измеренное значение тока, без учета тока неисправности. В качестве альтернативы этому защитному устройству S после повторного пуска в эксплуатацию может задаваться установленное по умолчанию предельное значение и запускаться определение последующих предельных значений исходя из этого установленного по умолчанию предельного значения.
За счет соответствующей длительности временных интервалов наблюдения, соответствующего выбора резервов по безопасности и взвешивания при формировании среднего значения можно избежать того, что предельные значения будут слишком быстро снижаться или слишком медленно повышаться. Слишком быстрое снижение или слишком медленное повышение обусловило бы то, что обычные обусловленные условиями работы возрастания тока привели бы к срабатыванию защитного устройства S. При этом, прежде всего, следует учитывать, что при возрастающем потреблении тока, которое возникает, например, при некритичных явлениях износа или ввиду изменений режима работы, осуществляется достаточно быстрое повышение предельных значений за счет соответствующего взвешивания самых последних измеренных значений тока.
На фиг.8 показана приведенная для примера сигнальная схема блока 1 управления. Сначала определяется нагрузочный ток I с помощью устройства 3 измерения тока. Посредством фильтра вырезаются помехи и допустимые динамические пики нагрузки, и отфильтрованный таким образом сигнал I' измерения тока подается на аналого-цифровой преобразователь (A/D). Постоянная времени фильтра ориентируется при этом на время, которое, например, электронный предохранитель может затратить в активном режиме ограничения тока (U*I на силовом транзисторе предохранителя; например, 20-50 мс).
В ЗУ максимальных значений SP(Î') сохраняются текущие отфильтрованные измеренные значения тока, которые предоставляются микроконтроллеру µС для формирования максимального измеренного значения тока. При этом, например, датчик времени (CLOCK) определяет длительность временного интервала наблюдения. Посредством соответствующего датчика сигнала 1 d/10 sec может устанавливаться длительность временного интервала наблюдения.
По окончании временного интервала наблюдения, посредством микроконтроллера µС из текущего максимального измеренного значения тока и еще соответствующего ему предельного значения вычисляется новое предельное значение. Это осуществляется в простейшей форме путем формирования среднего значения. Предельные значения прошедших временных интервалов наблюдения сохраняются в ЗУ предыстории SP(Ghist) и предоставляются микроконтроллеру µС.
Новое определенное предельное значение сохраняется в ЗУ выдачи SP(G) и передается на управление STG защитного устройства для согласования параметров срабатывания.
На микроконтроллер µС, кроме того, подается сигнал контроля питающего напряжения ŰW(Uin) для распознавания процесса включения. Динамический ток включения подключенного потребителя или группы потребителей вырезается при определении максимального измеренного значения тока. К тому же в течение процесса включения используется динамическое предельное значение как параметр срабатывания защитного устройства S. Кроме того, при спадании питающего напряжения ниже значения, установленного по умолчанию (например, 85% номинального тока), канал или токовая цепь отключается, если, с учетом предыстории, протекает необычно высокий ток.
Показанная на фиг.9 сигнальная схема учитывает, наряду с текущим согласованием предельного значения, медленное нарастание тока потребителя, которое демонстрирует ползучий (скрытый) дефект.
При этом на ЗУ максимальных значений SP(Î'), с одной стороны, подаются отфильтрованные измеренные значения тока, а с другой стороны через контроль питающего напряжения ŰW(Uin), сигнал для вырезания токов включения. В ЗУ предыстории SP(Ghist) сохраняются, с одной стороны, измеренные значения тока, а с другой стороны - предельные значения прошедших временных интервалов наблюдения. Формирователь среднего значения (MW) обращается к ЗУ предыстории SP(Ghist) и определяет из сохраненных значений новое предельное значение. При этом ЗУ предыстории SP(Ghist) связано с устройством сокращения данных (Red) для управления сохраненными значениями.
Значения, сохраненные в ЗУ предыстории SP(Hist), подаются на блок оценки (I/t) для определения режима «нагрузка-время». Проверяются временные промежутки, в которых зафиксировано высокое потребление тока. На основе этой оценки посредством соответствующего датчика сигнала (1 d/10 sec) настраиваются временные интервалы наблюдения (если, например, интервал среднего значения 24 часа является недостаточным).
Временной интервал наблюдения также может изменяться обслуживающим персоналом, причем опционально может осуществляться автоматическая установка в исходное состояние. Это целесообразно, например, для установления интервала обучения с короткими временными интервалами наблюдения.
Образованные новые предельные значения подаются на детектор (DETECT) для распознавания медленного нарастания тока. При достижении заданного порогового значения на устройство оповещения выдается сигнал, который сигнализирует обслуживающему персоналу, что имеет место ползучая (скрытая, затяжная) неисправность.
Во время процесса включения для ЗУ выдачи SP(G) задается динамическое предельное значение Gdyn, в то время как в текущем режиме работы среднее значение, нагруженное коэффициентом безопасности Res, предоставляется как статическое предельное значение Gstat.
В заключение следует отметить, что для снижения опасности ложных срабатываний, вместо максимальных измеренных значений тока также сохранены максимальные характеристики нагрузочного тока, которые могут применяться для формирования предельных значений. Это означает, что при каждом возникновении превышения предельного значения тока временная характеристика также сравнивается с прежними временными характеристиками токов перегрузки. Таким образом, блок управления обучается на типичных для установки образцах потребления тока, причем только значительное превышение этого образца приводит к срабатыванию.
Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности. Согласно изобретению по меньшей мере один потребитель (4) защищен посредством по меньшей мере одного защитного устройства (S), причем параметр срабатывания, в особенности ток срабатывания, защитного устройства (S) может устанавливаться. Предусмотрен блок (1) управления, на который подается измеренное значение тока для тока, потребляемого потребителем (4), причем блок (1) управления в зависимости от характеристики измеренного значения тока генерирует предельное значение (Gstat, Gdyn), которое выдается защитному устройству (S) для установки параметра срабатывания. Таким образом, блок (1) управления позволяет осуществлять текущее согласование параметров срабатывания, особенно тока срабатывания с фактическими рабочими условиями. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Электрическая установка с по меньшей мере одним потребителем (4), который защищен посредством защитного устройства (S), причем параметр срабатывания, в особенности ток срабатывания, защитного устройства (S) может устанавливаться, причем предусмотрен блок (1) управления, на который подается измеренное значение тока для тока, потребляемого по меньшей мере одним потребителем (4), и причем блок (1) управления, в зависимости от характеристики измеренного значения тока, генерирует предельное значение (Gstat, Gdyn), которое выдается защитному устройству (S) для установки параметра срабатывания, отличающаяся тем, что по меньшей мере один потребитель (4) снабжается посредством регулируемого тактируемого источника электропитания, и что упомянутый параметр срабатывания в случае неисправности вызывает срабатывание защитного устройства (S), прежде чем тактируемый источник электропитания перейдет в ограничение тока.
2. Электрическая установка по п.1, отличающаяся тем, что блок (1) управления содержит первое запоминающее устройство, которое при запуске датчиком времени сохраняет измеренные значения тока потребителя (4).
3. Электрическая установка по п.2, отличающаяся тем, что блок (1) управления содержит микроконтроллер (8, µС), который из сохраненных в первом запоминающем устройстве измеренных значений тока с заданными временными интервалами генерирует предельное значение (Gstat, Gdyn), которое сохраняется во втором запоминающем устройстве и подается на защитное устройство (S).
4. Электрическая установка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что защитное устройство (S) выполнено как управляемое электронное защитное устройство.
5. Способ эксплуатации электрической установки по п.1 или 2, отличающийся тем, что по истечении временного интервала наблюдения определяют возникающее в течение временного интервала наблюдения максимальное измеренное значение тока (Î), и что, кроме того, максимальное измеренное значение тока совместно с по меньшей мере одним сохраненным максимальным измеренным значением тока (2) предыдущего временного интервала наблюдения используют, чтобы на этой основе определить предельное значение (Gstat, Gdyn) для установки тока срабатывания.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что на блок (1) управления подают питающее напряжение (Uin) по меньшей мере одного потребителя (4), и что предельное значение определяют в зависимости от величины питающего напряжения (Uin) таким образом, что при текущем режиме работы задается статическое предельное значение (Gstat) и что при процессе включения по меньшей мере одного потребителя (4) задается повышенное динамическое предельное значение (Gdyn).
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что измеренное значение тока перед сохранением фильтруют, чтобы пренебрежимо малые выбросы тока и помехи при определении максимального измеренного значения тока (Î) вырезались.
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что блоку (1) управления задают регулируемую длительность временного интервала наблюдения.
9. Способ по п.5, отличающийся тем, что длительность временного интервала наблюдения устанавливают таким образом, что сначала определяется характеристика измеренных значений тока для распознавания повторяющейся последовательности выбросов потребления и минимумов потребления, и затем временной интервал наблюдения устанавливают таким образом, что, соответственно, один выброс потребления и, соответственно, один минимум потребления находятся в пределах одного временного интервала наблюдения.
10. Способ по п.5, отличающийся тем, что длительность временного интервала наблюдения определяют на основе задаваемого количества превышений определенного порогового значения измеренного значения тока и/или интеграла тока по времени.
11. Способ по п.5, отличающийся тем, что для определения предельного значения (Gstat, Gdyn) к определенным во временных интервалах наблюдения максимальным измеренным значениям тока (Î) применяют резерв безопасности (Res).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что резерв безопасности (Res) повышают или снижают соответственно заданной кривой с увеличением продолжительности работы электрической установки.
13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что предельное значение (Gstat) задают как среднее значение максимальных измеренных значений тока, которые были определены внутри прошедших временных интервалов наблюдения и к которым был применен резерв безопасности (Res).
14. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что новое предельное значение (Gstat) определяют как среднее значение максимального измеренного значения тока, определенного в последнем прошедшем временном интервале наблюдения, и еще действующего предельного значения.
15. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что при определении предельного значения (Gstat) максимальное измеренное значение тока последнего прошедшего временного интервала наблюдения взвешивают сильнее, чем значения прошедших перед ним временных интервалов наблюдения.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что при нарастании максимальных измеренных значений тока в течение следующих друг за другом временных интервалов наблюдения осуществляют более сильное взвешивание последнего появившегося максимального измеренного значения тока, чем при спадании максимальных измеренных значений тока.
17. Способ по любому из пп.6-12 и 16, отличающийся тем, что во время допустимых токов перегрузки определяют характеристику измеренного значения тока и в зависимости от нескольких таких характеристик задают характеристику для динамического предельного значения (Gdyn).
18. Способ по любому из пп.6-12 и 16, отличающийся тем, что в качестве динамического предельного значения (Gdyn) задают интеграл тока по времени, который выводят из нескольких характеристик измеренного значения тока во время процесса включения.
19. Способ по п.5, отличающийся тем, что предельное значение (Gstat, Gdyn) и/или характеристику изменения предельного значения (Gstat, Gdyn) ограничивают верхним пределом, который задают на основе условий противопожарной безопасности для компонентов и/или производительности компонентов, которые являются нижестоящими для защитного устройства (S).
20. Способ по п.5, отличающийся тем, что для нарастания предельного значения (Gstat, Gdyn) задают критическое значение и что при превышении этого критического значения срабатывает сигнал тревоги.
21. Способ по п.5, отличающийся тем, что на блок (1) управления подают внешний сигнал, посредством которого длительность временных интервалов наблюдения изменяют в зависимости от конкретного случая.
22. Способ по п.5, отличающийся тем, что на блок (1) управления подают сигнал сброса, посредством которого выполняют сброс в исходное состояние предельного значения (Gstat, Gdyn) на значение, установленное по умолчанию.
23. Способ по п.5, отличающийся тем, что действительное предельное значение (Gstat, Gdyn) или статическое и/или динамическое предельное значение, а также действительное измеренное значение тока и/или характеристику измеренного значения тока индицируют посредством подходящего блока индикации и/или выдают через интерфейс.
| US 5512883 A, 30.04.1996 | |||
| US 5245496 A, 14.09.1993 | |||
| УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА | 1993 |
|
RU2133539C1 |
| DE 10359736 A1, 14.07.2005. | |||
