Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter und ein Verfahren zum Auslösen eines Leistungsschalters, insbesondere eines Niederspannungsleistungsschalters, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Niederspannungsleistungsschalter oder kurz Leistungsschalter sind bekannt und dienen zur Energieverteilung bis 6300 Ampere in Niederspannungsschaltanlagen als Einspeise- und Abzweigschalter. Der Begriff Leistungsschalter charakterisiert ein mechanisches Schaltgerät, das Ströme mit Hilfe eines elektronischen Überlastauslösers unter Betriebsbedingungen im Stromkreis einschalten, führen und ausschalten kann. Sie werden aber auch als Schalt- und Schutzgeräte für Motoren, Kondensatoren, Generatoren und Transformatoren verwendet, können aber auch als Not-Ausschalter eingesetzt werden.
Bei den Leistungsschaltern wird der Strom jeweils mit einem Grenzstrom verglichen und der Leistungsschalter ausgelöst, wenn der Grenzstrom um einen vorgegebenen Wert überschritten wird, wobei das Überschreiten des Grenzstroms als Indiz für das Vorliegen eines Kurzschlusses dient. Das Überschreiten des Grenzstroms kann aber auch anderweitig ausgelöst sein, z.B. durch Schaltvorgänge, die analog zu einem Kurzschluss mit einem Überstrom verbunden sind. Auch können Frequenzumrichter Überströme verursachen, die als Kurzschluss interpretiert zum Auslösen des Leistungsschalters führen würden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Kurzschlüsse sicher zu erkennen, um Fehlauslösungen des Leistungsschalters zu vermeiden.
Die Lösung der Erfindung ist bezogen auf den Leistungsschalter und das Verfahren durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gegeben.
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren und den Leistungsschalter vor, dass der Strom mit einer fest vorgegebenen Abtastfrequenz abgetastet und digitalisiert wird, dass für eine fest vorgegebene Anzahl unmittelbar aufeinander folgender digitaler Stromwerte mittels einer Wavelet-Transformation die Waveletkoeffizienten für mindestens zwei Zerlegungslevel berechnet werden, dass mindestens zwei Waveletkoeffizienten, d.h. ein Waveletkoeffizient pro Zerlegungslevel, betragsmäßig miteinander verglichen werden, wenn der letzte der unmittelbar aufeinander folgenden Stromwerte größer als der Grenzstromwert ist, und dass der Leistungsschalter ausgelöst wird, wenn der Waveletkoeffizient eines höheren Zerlegungslevels größer als der Waveletkoeffizient eines niedrigeren Zerlegungslevels ist.
Das effektive Feststellen eines Kurzschlusses sieht vor, dass Stromwertermittlung und die Berechnung der Waveletkoeffizienten zyklisch erfolgen, wobei die jeweils für die Berechnung herangezogenen unmittelbar aufeinander folgenden Stromwerte nach Ermittlung eines neuen Stromwerts vor erneuter Berechnung der Waveletkoeffizienten derart geändert werden, dass der zeitlich am weitesten zurückliegende Stromwert nicht mehr und stattdessen der neu ermittelte Stromwert berücksichtigt wird.
Praktisch reicht es, wenn die Waveletkoeffizienten nur für zwei Zerlegungslevel berechnet und die Beträge der Waveletkoeffizienten miteinander verglichen werden.
Im einfachsten Fall werden die Waveletkoeffizienten des ersten und vierten Zerlegungslevels berechnet und der Betrag des einzigen Waveletkoeffizienten des vierten Zerlegungslevels wird zumindest mit den Beträgen der beiden Waveletkoeffizienten mit k=6 und 7 des ersten Zerlegungslevels verglichen und der Leistungsschalter wird ausgelöst, wenn der Waveletkoeffizient größer als diese beiden Waveletkoeffizienten ist.
Für 50 Hz und 60 Hz wird ein Abtastzyklus nach jeweils 606,4 µs neu gestartet.
Das Dokument
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Der fließende Strom I(t) als Funktion der Zeit t wird mit einer fest vorgegebenen Abtastfrequenz f im zeitlichen Abstand tf abgetastet und in digitaler Form in einem nicht gezeigten Speicher abgespeichert, wobei die Abspeicherung so erfolgt, das sich im Speicher jeweils die letzten 16 unmittelbar aufeinander folgenden Stromwerte In(t) mit n=0 bis n=15 befinden, d.h. es wird vor dem Speichern eines neuen Stromwerts In(t) der jeweils älteste im Speicher befindliche Stromwert In(t) mit n=0 gelöscht.
Ist der zuletzt abgetastete Stromwert In(t) mit n=15 größer als ein vorgegebener Grenzstrom Ith, so werden für eine fest vorgegebene Anzahl, hier für die 16 Stromwerte In(t) im Speicher, Wavelet-Koeffizienten dj,k (s.
Allgemein sind j, k jeweils positive ganze Zahlen, wobei k bei 0 und j bei 1 beginnt und j als Zerlegungslevel bezeichnet wird. Die Zerlegungslevel j beginnen mit j=1: j=1 ist der erste Zerlegungslevel, j=2 der zweiten Zerlegungslevel usw.
Die ganze Zahl k in
Das einfachste Beispiel für ein Wavelet W ist das so genannte Haar-Wavelet Wh, dessen Definition
Dieses Wavelet Wh wurde hier zur Berechnung der Wavelet-Koeffizienten dj,k mittels der schnellen Wavelet-Transformation verwendet.
Das Ergebnis der Berechnung sind die in
Der Leistungsschalter wird von der Auslöseeinheit 8 ausgelöst, wenn der Waveletkoeffizient d4 des höheren Zerlegungslevels j=4 größer als jeder der Waveletkoeffizienten d1,k mit k= 0 bis 7 des niedrigeren Zerlegungslevels 1 ist. Dabei reicht es praktisch meist schon aus, nur die letzten zwei Waveletkoeffizienten d1,k zum Vergleich heranzuziehen, also die Waveletkoeffizienten d1,6 und d1,7 bei denen k=6 und 7. k läuft hier von 0 bis 7 und herangezogen werden die Waveletkoeffizienten d1,6 und d1,7 mit den beiden größten k-Werten.
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