NO334263B1 - Feilstrømbeskyttelsesbryter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en feilstrømbeskyttelsesbryter omfattende en enhet for deteksjon av en feilstrøm i et elektrisk energiforsyningsnett, og en nettskilleenhet, idet enheten for deteksjon av en feilstrøm omfatter en anordning for signaltro opptakelse av feilstrømmen, hvilken anordning kan koples til et energiforsyningsnett, og enheten for deteksjon av feilstrøm omfatter en feilstrømanalyseenhet for spektral karakterisering av feilstrømmen, og som er forbundet med nettskilleenheten.

På grunn av den tiltakende anvendelse av frekvensomformere, koplingsnettdeler, kraftelektronikkenheter eller liknende i energiforsyningsnett, må man i forsterket utstrekning regne med ikke-sinusformede avledningsstrømmer. Mens rene sinussignaler ved tradisjonelle feilstrømdeteksjonssystemer, så som f.eks. PI-brytere, ikke forårsaker noen feilutløsninger, fører de med oversvingninger beheftede signaler og ikke-harmoniske overlagringer av signaler ved den analogelektronikk som for tiden benyttes for feil-strømdeteksjon, til uønskede virkninger, så som likeretting, demodulasjon, resonans- og filteroppførsel osv., som fra en bestemt kompleksitet av den for feildeteksjonen anord-nede, elektroniske koplingsanordning påvirker frakoplingsoppførselen på negativ måte og derfor kan føre til skade på sikkerheten. Demodulasjonseffekter, koplingskapasiteter og resonanseffekter eller liknende er således årsak til en ikke-forutsigbar frakoplings-oppførsel for konvensjonelle feilstrømbeskyttelsesbrytere.

WO 01 95451 A behandler en programvareunderstøttet feilstrømbestemmelse for sikkerhets- og overvåkingssystemer. Feilstrømmen blir derved tildannet på signaltro måte, og frekvensen av en opptredende feilstrøm bestemmes ved hjelp av en programvarerutine, og feilstrømmen klassifiseres og takseres. Feilstrømmen inndeles i en av tre frekvensklas-ser og underinndeles eventuelt med hensyn til typen av feilstrøm, dvs. vekselfeilstrøm, pulserende feilstrøm, likestrøm. Alt etter inndeling av feilstrømmen kommer andre, lagrede utløsningsgrenseverdier for størrelsen av feilstrømmen til anvendelse. Ved en utførelse ifølge WO 01 95451 A er det en ulempe at denne utelukkende er beskrevet for en eneste feilstrøm med en bestemt frekvens. Med en fremgangsmåte ifølge WO 01 95451 A kan et komplekst feilstrømsignal som er sammensatt av forskjellige kompon-enter med forskjellige frekvenser, ikke vurderes på signaltro måte.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en feilstrømbeskyttelses-bryter som også ved ikke rent sinusformede feilstrømmer oppviser en forutsigbar utløsningsoppførsel.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å muliggjøre deteksjonen av feil-strømmer over et vidt frekvensområde.

Et formål med oppfinnelsen er videre å kunne påkalle en løpende bedømmelse av de i et nett opptredende feilstrømmer.

Ifølge oppfinnelsen som angitt i krav 1, oppnås ovennevnte formål ved at feilstrømanalyseenheten omfatter minst én filterenhet med - fortrinnsvis lavfrekvent - båndpasskarakteristikk for filtrering av feilstrømsignalet, og en transformasjonsenhet for transformering av det i anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen dannede feilstrømsignal fra tidsområdet til et bildeområde, fortrinnsvis i frekvensområdet.

På denne måte bedømmes feilstrømmen ikke lenger etter sin effektivverdi, men betraktes som et signal hvis frekvensandeler ved hjelp av matematiske metoder tilføres en signalanalyse. På grunn av de derved oppnådde resultater kan det utføres en nøyaktig overvåking av den tillatte maksimalverdi, og dermed kan en forutsigbar utløsning av feilstrømbeskyttelsesbryteren bevirkes. Ved hjelp av filterenheten kan det fremfor alt tas hensyn til andelen av de lavfrekvente svingninger i filterstrømmen ved måleverdi-beregningen.

Med fornuftig omkostning muliggjøres denne måte for betraktning av feilstrømmen ved hjelp av digital signalbearbeidelse. I en ytterligere utforming av oppfinnelsen kan det være sørget for at enheten av deteksjon av en feilstrøm videre omfatter en enhet for avsøking og kvantisering av feilstrømmen, fortrinnsvis en analog/digital-omformer. På hvilket sted av signalbearbeidelsesveien det skjer en omforming fra analogsignal til digitalsignal, kan være forskjellig alt etter utforming av signalbearbeidelsen. For realiseringen er særlig digitale signalprosessorer egnet.

For å unngå en forfalskning av det i analog/digital-omformeren avsøkte signal, kan enheten for deteksjon av en feilstrøm ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen videre omfatte et anti-aliasing-filter.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen kan bestå i at anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen er dannet av en Forster-sonde hvis utgang er forbundet med en regulatorenhet som kompenserer det på utgangen av Forster-sonden liggende utgangssignal til null. Forster-sondens utgangssignal benyttes da som reguleringsstørrelse for reguleringsenheten som har som oppgave å kompensere utgangssignalet til null. På denne måte oppstår en signaltro avbildning av feilstrømmen.

For å bringe Forster-sondens magnetmateriale gjensidig i metning, kan det i en ytterligere utførelse av oppfinnelsen være sørget for en modulator for formagnetisering av Forster-sonden. Et feilstrømsignal kan nå gjenkjennes på at det fører til en avvikende utstyring av magnetmaterialet enn den som er forutbestemt ved hjelp av formagneti-seringen.

Som sonde kan det også benyttes andre sondetyper som er i stand til å fremstille feilstrømmen på signaltro måte. Uten begrensning av allmennheten kan det derfor i en videreutvikling av oppfinnelsen være sørget for at anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen er dannet av shunter eller Hall-elementer, eller av kombinasjoner av magnet- og Hall-elementer.

Ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen kan det være sørget for at den minst ene filterenhet er dannet av en filterenhet med lavpasskarakteristikk, hvis utgang er forbundet med en signalvurderingsenhet, fortrinnsvis en enhet for beregning av effektiv verdien av det filtrerte feilstrømsignal, at transformasjonsenheten er forbundet med en spektralvurderingsenhet, fortrinnsvis en enhet for beregning av effektivverdien av frekvensspekteret, og at utgangen av signalvurderingsenheten og utgangen av spektralvurderingsenheten er forbundet med innganger til en summeringsenhet og utgangen av summeringsenheten er forbundet med en maksimalverdi-overvåkingsanordning som er tilkoplet til nettskilleenheten, hvilken maksimalverdi-overvåkingsanordning påvirker nettskilleenheten ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi.

En transformasjonsmetode som ofte er anvendelig allerede med understøttelse av integrerte koplingskretser, utgjør Fourier-transformasjonen, særlig i form av hurtig-Fourier-transformasjon. En ytterligere utførelse av oppfinnelsen kan derfor bestå i at transformasjonsenheten er dannet ved hjelp av en Fourier-transformasjonsenhet, særlig en diskret Fourier-transformasj onsenhet

Imidlertid kan også andre matematiske transformasjonsmetoder benyttes på fornuftig måte innenfor rammen av oppfinnelsen. En foretrukket variant av oppfinnelsen kan bestå i at transformasjonsenheten er dannet av en Gabor-transformasjonsenhet eller en bølge-transformasj onsenhet som muliggjør utsagn om tidsoppførselen til feilstrøm-signalets frekvensspektrum.

En ytterligere utførelse av oppfinnelsen kan bestå i at det mellom utgangen av transformasjonsenheten og inngangen til spektralvurderingsenheten er innkoplet en korrelasj onsenhet som er forbundet med en enhet for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum. Ved hjelp av sammenlikningen med et sammenlikningsspektrum som karakteriserer normaltilstanden, kan terskelen for en maksimalverdioverskridelse refereres til et bestemt frekvensområde.

En ytterligere utførelse av oppfinnelsen kan bestå i at utgangen av transformasjonsenheten kan tilkoples til inngangen til en signalkonfigurasj onsenhet som er forbundet med en lagringsinngang til enheten for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum og med en inngang til den minst ene filterenhet for innstilling av filterkoeffisienter. I signalkonfigurasjonsenheten bearbeides og analyseres det for sammenlikningen i korrelasjonsenheten nødvendige signal. Videre muliggjør den påvirkning av filterenhetens filterkoefifsienter.

En annen variant av oppfinnelsen kan bestå i at den minst ene filterenhet er dannet av to eller flere parallellkoplede filterenheter med båndpasskarakteristikk, som oppviser innganger for innstilling av filterkoeffisienter og hvis utganger via en respektiv signalvurderingsenhet er forbundet med innganger til en summeringsenhet, og summeringsenhetens utgang er forbundet med en maksimalverdi-overvåkingsanordning som er tilkoplet til nettskilleenheten, hvilken maksimalverdi-overvåkingsanordning påvirker nettskilleenheten ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi, og at transformasjonsenheten er forbundet med en signalkonfigurasj onsenhet hvis utganger er forbundet med inngangene for innstilling av filterkoefifsienter.

Ved hjelp av de to eller flere filterenheter med båndpasskarakteristikk dekkes hele det interesserende frekvensområde for feilstrømsignalet. Filterkoeffisientene bestemmes ved hjelp av transformasjonsenheten. Etter innstilling av koeffisientene skjer feilstrømovervåkingen ved hjelp av filterenhetene i tidsområdet.

Videre angår oppfinnelsen en fremgangsmåte som angitt i krav 14, for feilstrømovervåking av et energiforsyningsnett, ved hvilken en nettskilleenhet påvirkes eller betjenes så snart det fastslås en maksimalverdioverskridelse av en feilstrøm-måleverdi som er avledet fra en feilstrømmåling.

Det innledningsvis angitte formål med oppfinnelsen oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det signaltro feilstrømsignal transformeres fra tidsområdet til bildeområdet, fortrinnsvis til frekvensområdet, og et delbeløp av feilstrøm-måleverdien beregnes ut fra det resulterende spektrum, og/eller at innstillingen av filterkoeffisientene for minst ett filter med båndpasskarakteristikk for - fortrinnsvis lavfrekvent - filtrering av det signaltro feilstrømsignal bestemmes, hvorved feilstrøm-måleverdien eller et delbeløp av denne beregnes ut fra utgangssignalet fra det minst ene filter med båndpasskarakteristikk.

Ved videreføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det være sørget for at feilstrømsignalets spektrum sammenliknes med et lagret frekvensspektrum. Derved kan feilstrømsignalet sammenliknes med de spektrale feilstrømkomponenter som typisk opptrer i anlegget som skal beskyttes, og nye tilkommende spektrale feilstrømkompon-enter kan gjenkjennes. I denne forbindelse kan det være sørget for at feilstrøm-måleverdien dannes ut fra spekterets beregnede delbeløp av feilstrøm-måleverdien og ut fra det minst ene filter med båndpasskarakteristikk beregnede delbeløp av feilstrøm-måleverdien. Derved vurderes alle fastlagte delbeløp. Ved hjelp av vurderingen av feilstrømmen som signal med et frekvensspektrum unngås en feilutløsning av feilstrøm-beskyttelsesbryteren.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere på grunnlag av de på tegningene viste utførelseseksempler, der

fig. 1 viser et blokkskjema av en utførelsesform av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et forenklet blokkskjema av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge fig. 1, fig. 3 viser et forenklet blokkskjema av en ytterligere variant av oppfinnelsen,

fig. 4 viser en skjematisk fremstilling av konfigurasjonsdriften av feilstrøm-beskyttelsesbryteren ifølge fig. 1,

fig. 5 viser en skjematisk fremstilling av normaldriften av feilstrømsbeskyttelses-bryteren ifølge fig. 1, og

fig. 6 viser en del av et blokkskjema av en ytterligere utførelsesform av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er det skjematisk vist et alminnelig elektrisk energiforsyningsnett 40 hvis tilgang for en ikke vist forbruker kan avbrytes ved hjelp av en nettskilleenhet 20. Så snart det i energiforsyningsnettet 40 begynner å flyte en feilstrøm som overskrider en forutbestemt feilstrøm-måleverdi, påvirkes nettskilleenheten 20, og derved hindres at per-soner utsettes for fare. Opptreden av en slik feilstrøm overvåkes av en enhet 42 for overvåking av en feilstrøm.

Ifølge oppfinnelsen omfatter enheten 42 for deteksjon av en feilstrøm en anordning 1, 41 for signaltro opptakelse av feilstrømmen, hvilken anordning kan koples til energiforsyningsnettet 40 og innenfor rammen av oppfinnelsen kan være utformet på forskjellig måte.

I utførelseseksempelet ifølge fig. 1 er anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen dannet av en Forster-sonde 41 hvis utgang er forbundet med en regulatorenhet 1 som kompenserer det på utgangen av Forster-sonden 41 liggende utgangssignal til null. Regulatorenheten 1 omfatter en PID-regulator 43 hvis reguleringsstørrelse er dannet av utgangssignalet fra Forster-sondens 41. Ved hjelp av kompenseringen av Forster-sonden 41 utgangssignal genereres det på utgangen av PID-regulatoren 43 en signaltro avbildning av feilstrømmen, hvilken viderebearbeides som feilstrømsignal.

Som anordning for signaltro opptakelse av feilstrømmen kan imidlertid også andre anordninger komme til anvendelse, således f.eks. shunter, Hall-elementer eller kombinasjoner av magnet- og Hall-elementer. Slik som i det forannevnte anvendelses-tilfelle for Forster-sonden 41 er de derved benyttede regulatortyper ikke underlagt noen begrensninger. Den på denne måte realiserte, signaltro avbildning av feilstrømmen tillater deteksjon av feilstrømmer innenfor et meget vidt frekvensområde, f.eks. fra 0 Hz, altså likestrøm, opp til ca. 20 kHz.

For formagnetisering av Forster-sonden 41 er det anordnet en modulator 44 som har som oppgave å bringe Forster-sondens 41 magnetmateriale gjensidig i metning. Dette kan skje ved hjelp av en passende signalgenerator som er forbundet med en spole i Forster-sonden 41. Det oppstår et spektrum som, da det f.eks. er avledet av et firkantsignal, inneholder bare uliketallige oversvingninger. Et feilstrømsignal fører nå til en annen utstyring av magnetmaterialet, hvilket da fører til opptreden av liketallige oversvingninger. Ved Forster-sonden 41 fremtrekkes f.eks. den andre harmoniske (liketallig oversvingning) for bedømmelse av feilsignalet. Her blir da den andre oversvingning ved hjelp av PID-regulatoren 43 kompensert til null, for således å oppnå en signaltro avbildning av feilstrømsignalet.

En korreksjonsenhet 45 som er forbundet med PID-regulatoren 43, er forbundet med en i området for Forster-sonden 41 anordnet temperaturmålesonde 46 og måler dennes temperatur. På denne måte kan det foretas en kompensasjon av Forster-sondens 41 temperaturforløp.

For bedømmelse av feilstrømsignalet omfatter enheten 42 for deteksjon av en feilstrøm ifølge oppfinnelsen videre en feilstrømanalyseenhet 100 for spektralkarakt-erisering av feilstrømmen, som er forbundet med nettskilleenheten 20.

For å unngå vanskeligheter som opptrer ved de hittil kjente feilstrømbeskyttelses-brytere, bestemmes feilstrømmen ikke bare ut fra en enkel terskelverdioverskridelse, men behandles som et av tiden avhengig signal under hensyntagen til de forskjellige frekvensandeler av hvilke dette signal er sammensatt. Etter en gjennomført matematisk analyse av feilstrømsignalet kan det skje en passende reaksjon som resultat av vurderingen.

Prinsipielt kan det fra enheten 42 for deteksjon av en feilstrøm avledede feilstrømsignal viderebearbeides enten i analog eller digital form. I praksis gjennomføres fortrinnsvis en omforming av det først analoge feilstrømsignal til et digitalt feilstrømsignal, for å holde omkostningene for vurdering av feilstrømsignalet så lave som mulig, hvorved en miniatyrisering av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen er mulig.

Det fra PID-regulatoren 43 frembrakte, signaltro feilstrømsignal tilføres på fig. 1 til en med utgangen av PID-regulatoren 43 forbundet forsterker 2 med en variabel forsterkningsfaktor som kan påvirkes eksempelvis via en korreksjonsenhet 45 for å muliggjøre en temperaturkompensasjon av Forster-sonden 41 via forsterkningsfaktoren.

På utgangen av forsterkeren 2 er det tilkoplet en enhet for avsøking og kvantisering av feilstrømmen i form av en analog/digital-omformer 3 som omformer det analoge feilstrømsignal til digital informasjon. Denne omforming kan alt etter oppbygningen av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen også skje på et annet sted i signalbanen. For unngåelse av avsøkingsfeil er det i analog/digital-omformeren 3 videre anordnet et anti-aliasing-filter som er kjent fra teknikkens stand. Forsterkeren 2 kan valgfritt være anordnet som analog signalforsterkningsenhet på det på fig. 1 viste sted, men den kan imidlertid også være realisert programvaremessig ved multiplikasjon av det i analog/digital-omformeren 3 digitaliserte feilstrømsignal med koeffisienter, i hvilke koeffisienter det er tatt hensyn til f.eks. Forster-sondens 41 temperaturforløp.

Etter analog/digital-omformeren 3 tilføres det digitaliserte feilstrømsignal på den ene side til en filterbane 50 og på den annen side til en transformasjonsbane 51, hvorved grovt angitt den lavfrekvente andel av feilstrømsignalet, f.eks. i området lavere enn 400 Hz, bearbeides i filterbanen 50, og den høyfrekvente andel av feilstrømsignalet, f.eks. i området høyere enn 400 Hz, bearbeides i transformasjonsbanen 51. For dette formål omfatter feilstrømanalyseenheten minst én filterenhet 15 og en transformasj onsenhet 5 i hvilken det i anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen dannede feilstrøm-signal transformeres fra tidsområdet til et bildeområde, fortrinnsvis til frekvensområdet.

Fig. 2 viser et forenklet blokkskjema av den på fig. 1 viste feilstrømbeskyttelses-bryter. Det eller de i filterbanen 50 benyttede filtre kan ved bestemmelse i en senere beskrevet konfigurasjonsdrift tilpasses til eventualitetene av det målte feilstrømsignal. I transformasjonsbanen 51 bearbeides de høyere signalfrekvenser av det målte feilstrømsignal ved hjelp av matematisk transformasjon.

Alternativt kan også flere parallelle fllterbaner 151, 152, ...15n komme til anvendelse, slik det er vist på fig. 3, hvilke til sammen dekker et bestemt frekvensområde.

I utførelseseksempelet ifølge fig. 1 er fllterenheten dannet av en filterenhet 15 med lavpasskarakteristikk, hvis utgang er forbundet med en signalvurderingsenhet som på fig. 1 er realisert som en enhet 16 for beregning av effektivverdien av det filtrerte feilstrømsignal. Som gjennomslipningsområde kan f.eks. området fra 0 Hz til 400 Hz være anordnet, hvorved inngangen til fllterenheten 15 med lavpasskarakteristikk er forbundet med utgangen av analog/digital-omformeren 3. Filterenheten 15 er fortrinnsvis implementert som digitalt filter. I denne kan valgfritt også avsøkingen og kvantiseringen av feilstrømsignalet foretas, slik at det kan gis avkall på analog/digital-omformeren 3. En analog utforming av fllterenheten 15 er også mulig, men en automatisk avstemning av denne, slik det er beskrevet i det følgende, er imidlertid da forbundet med vanskeligheter. På fig. 1 skjer denne automatiske avstemning av filterenheten 15 via en avstemnings - inngang som er forbundet med en signalkonfigurasj onsenhet 7.

Den med utgangen av filterenheten 15 forbundne enhet 16 for beregning av effektivverdien beregner effektivverdien av det digitaliserte og filtrerte feilstrømsignal og avgir dette på sin utgang som er forbundet med inngangen til en summeringsenhet 14. På dette sted ender filterbanen og munner ut i summeringsenheten 14 hvis utgang er forbundet med en maksimalverdi-overvåkingsanordning 17 som via et logisk ELLER-ledd 18 er tilkoplet til nettskilleenheten 20, hvilken maksimalverdi-overvåkingsanordning 17 ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi påvirker nettskilleenheten 20. Derved frakoples forbrukeren fra energiforsyningsnettet 40.

Signalvurderingsenheten 16 kan i andre varianter ifølge oppfinnelsen være utformet som en enhet for beregning av spissverdien eller som en enhet for beregning av middelverdien e.l. Da det for tiden imidlertid er vanlig å bestemme feilstrømgrenseverdier som effektivverdier, er signalvurderingsenheten i utførelseseksempelet ifølge fig. 1 realisert som en enhet for beregning av effektivverdien.

I transformasjonsbanen 51 er det først anordnet en forsterker 4 hvis inngang er forbundet med utgangen av analog/digital-omformeren 3, og hvis utgang er forbundet med inngangen til transformasjonsenheten 5 som transformerer feilstrømsignalet fra tidsområdet til frekvensområdet.

Forsterkeren 4 disponerer på fig. 1 over en styreinngang over hvilken dens forsterkningsfaktor - slik som ved forsterkeren 2 - kan tilpasses ved hjelp av korreksjons-enheten 45. Denne påvirkningsmulighet kan sløyfes eller være anordnet på et annet sted.

I utførelseseksempelet ifølge fig. 1 er transformasjonsenheten dannet av en Fourier-transformasjonsenhet 5, særlig en diskret Fourier-transformasjonsenhet, som fortrinnsvis kan realiseres ved hjelp av hurtig-Fourier-transformasjonen (FFT). Tidssignalet transformeres derved til et frekvensspektrum.

Det kan imidlertid også benyttes andre transformasjonsmetoder, slik at transformasjonsenheten like godt kunne være dannet av en Laplace-transformasj onsenhet, særlig en diskret Laplace-transformasjonsenhet. Laplace-transformasjonen fremstiller jo en generalisering av Fourier-transformasjonen, hvis diskrete versjon fremstiller z-transformasjonen. Ytterligere muligheter tilbys av Gabor-transformasjonen, så vel som småbølge-transformasjonen, som gjør det mulig å avgi utsagn om tidsoppførselen til feilstrømsignalets frekvensspektrum. Ved Fourier-transformasjonen kan det jo ikke treffes noe utsagn om tidsoppførselen til et signalspektrum.

I utførelseseksempelet ifølge fig. 1 er det på utgangen av Fourier-transformasjonsenheten 5 anordnet en omkopler 60 som er vist i sin normalstilling som svarer til normaldriften av feilstrømbeskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen. Mellom utgangen av transformasjonsenheten 5 og inngangen til en spektralvurderingsenhet 11 er det innkoplet en korrelasjonsenhet 8 som er forbundet med en enhet 12 for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum. Det i Fourier-transformasjonsenheten 5 dannede signal tilføres til den med denne forbundne korrelasjonsenhet 8 i hvilken det utføres en sammenlikning av frekvensspekteret til det aktuelle feilstrømsignal med ett eller flere lagrede frekvensspektra.

Via korrelasjonsenheten 8 er transformasjonsenheten 5 forbundet med spektralvurderingsenheten som på fig. 1 er utformet som en enhet 11 for beregning av effektivverdien av frekvensspekteret, og hvis utgang er forbundet med en ytterligere inngang til summeringsenheten 14.

Den andre stilling av omkopleren 6 svarer til konfigurasjonsdriften av feilstrøm-beskyttelsesbryteren ifølge oppfinnelsen. Under konfigurasjonsdriften er utgangen av transformatorenheten 5 tilkoplet til inngangen til en signalkonfigurasj onsenhet 7 som er forbundet med en lagringsinngang til enheten 12 for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum.

Konfigurasionsdriftsstilling ( ikke vist på fig. 1) av omkopleren 60: Konfigurasjonsdriften (fig. 4) tjener til kalibrering av feilstrømbeskyttelses-bryteren ifølge oppfinnelsen og til registrering av de driftsmessig mulige signalspektra. For dette formål blir det i energiforsyningsnettet 40 foretatt lastsvingninger, idet eksempelvis forskjellige til energiforsyningsnettet tilkoplede forbrukere aktiveres og deaktiveres. Under konfigurasjonsdriften måles spekteret for den under normaldriften opptredende feilstrøm og lagres under hensyntagen til de gjeldende normer i et "er"-signallager 9 som er innkoplet mellom signalkonfigurasj onsenheten 7 og enheten 12 for lagring av sammenlikningsspekteret.

Da det ved målingen av sammenlikningsspekteret kan oppstå feil på grunn av hvis opptreden det kan skje en overskridelse av de tillatte maksimalverdier som f.eks. kan være fastlagt i en norm, er det i maksimalverditabellen 10 lagret de maksimalt tolererbare normverdier som benyttes for bestemmelse av de faktiske sammenlikningsverdier som i sammenlikningslagerenheten 12 tjener som grunnlag for sammenlikningen. Er-signallageret 9 og maksimalverditabellen 10 kan inngå i sammenlikningslagerenheten 12. I sammenlikningslagerenheten 12 er det i ethvert tilfelle lagret de gyldige sammenlikningsverdier som fremtrekkes for sammenlikning. Disse blir på grunn av begrensning av det i er-signallageret 9 lagrede spektrum dannet ved hjelp av de normavhengige verdier fra maksimalverditabellen 10.

De i sammenlikningslagerenheten 12 anbrakte verdier tjener under normal drift til sammenlikning med det fra transformasjonsbanen 51 bestemte spektrum, og dessuten til innstilling av det digitale filter 15 med lavpasskarakteristikk i filterbanen 50 som generelt kan være sammensatt av flere parallellkoplede filtre med båndpassoppførsel (fig. 3). Innstillingen skjer via signalkonfigurasjonsenheten 7 i hvilken det i Fourier-transformasjonsenheten 5 transformerte signal bearbeides og analyseres, og også parametrene for modifikasjon av filterkoeffisientene til det digitale filter 15 med lavpasskarakteristikk bestemmes.

Dersom det under konfigurasjonsdriften oppstår en overskridelse av de maksimalt tillatte verdier av signalspekteret, gjennomfører sammenlikningslagerenheten 12 en nødutløsning av nettskilleenheten 20. For dette formål er en nødutløsningsutgang fra sammenlikningslagerenheten 12 forbundet med det logiske ELLER-ledd 18. Dermed hindres på den ene side at normugunstige verdier fremtrekkes for sammenlikningen, og på den annen side at et defekt anlegg er i videre drift. Det avgis en melding til en styreenhet 19 som deretter avbryter konfigurasjonsdriften.

Styreenheten 19 avgir videre korreksjonsfaktorer og styrekommandoer ut fra verdiene fra PID-regulatoren 43, signalkonfigurasj onsenheten 7, eksterne betjenings-elementer 26 og en ekstern PC 25 som via en grafisk betjeningsoverflate (GUI) får tilgang til systemet. For benytteren er det også en mulighet for en manuell modifikasjon av sammenlikningsverdiene innenfor rammen av de tillatte grenseverdier ut fra de tilsvarende normer og filterparametrene for lavpassfilteret 15.

En ytterligere funksjon av styreenheten 19 består i styring av omkopleren 60, via hvilken det kan omkoples mellom konfigurasjonsdrift og normaldrift. På grunn av frekvensoppløsningen og den oppnåelige båndbredde blir samplingshastighetene og målevarigheten for de forskjellige driftstyper likeledes tilpasset med omkoplingen av omkopleren 60.

Normaldriftsstilling ( vist på fig. 1) av omkopleren 60:

I normaldrift (fig. 5) måles feilstrømsignalet løpende og tilføres til filterbanen 50 og transformsjonsbanen 51. Signalandeler med lave frekvenser blir av filteret 15 sluppet igjennom eller dempet i overensstemmelse med de innstilte filterkoeffisienter. Signalandeler med høye frekvenser blir i transformasjonsbanen 41 via Fourier- transformasjonsenheten 5 omformet til et frekvensspektrum som i korrelasjonsenheten 8 sammenliknes med de i konfigurasjonsdriften målte og i sammenlikningslagerenheten 12 lagrede verdier. Forskjellen mellom frekvensspekteret for det aktuelt målte feilstrømsignal og sammenlikningsspekteret avgis på utgangen av korrelasj onsenheten 8, effektivverdien av dette utgangssignal beregnes i spektralvurderingsenheten 11 og adderes i summeringsenheten 14 til det ved hjelp av enheten 16 for beregning av effektivverdien vurderte lavpassignal. Den på utgangen av summeringsenheten 14 tilkoplede maksimalverdi-overvåkingsanordning 17 beslutter om en utløsning og betjener eventuelt nettskilleenheten 20.

Alle filteroppgaver, bortsett fra anti-aliasing-filterfunksjonen, beregninger av effektivverdien (RMS), matematiske transformasjoner, spektrumsammenlikning og maksimalverdiovervåkning, slik de realiseres i funksjonsblokken 100, kan utføres i en integrert, digital signalprosessor (DSP), en ASIC eller en mikrokontroller (u€).

En med maksimalverdi-overvåkingsanordningen 17 forbundet kommunikasj onsenhet 13 muliggjør en overvåking av konfigurasjons- og normaldriften så vel som de i normaldriften fastlagte verdier og generelle systemparametere, for eksempel via et modem og ytterligere grensesnitt, f.eks. Ethernet-tilkopling, radiomodul eller liknende.

Dersom det f.eks. skjer en maksimalverdioverskridelse, fraskilles forbrukeren fra energiforsyningsnettet 40 ved betjening av bryteren 20, og en tilsvarende melding videre-sendes til kommunikasj onsenheten 13 som i det enkleste tilfelle kan være en LED-diode eller en summer. Videre kan stadig den verdi som har ført til maksimalverdiover-skridelsen, utmates til kommunikasj onsenheten 13, for å kunne utføre en løpende overvåking av anlegget utenfra. Mellom utgangen av Fourier-transformasj onsenheten 5 og inngangen til korrelasjonsenheten 8 er det på fig. 1 anordnet en valgfri korreksjonsfunksjonsenhet 6 som kan utføre operasjoner via en systemfunksjon h(x), som f.eks. dannelse av et absoluttbeløp, kvadrering av et spektrum eller fraskillelse av imaginærdelen.

I korrelasjonsenheten 8 sammenliknes det aktuelt målte spektrum med de under konfigurasjonsdriften målte og i sammenlikningslagerenheten 12 lagrede verdier. Sammenlikningen består i det viste utførelseseksempel ifølge fig. 1 av en enkel subtraksjon, men kunne imidlertid også skje ved hjelp av en annen korrelasjonsfunksjon. Det bestemmes et mål for forskjellen mellom de to i korrelasjonsenheten sammenliknede signaler.

I en ytterligere variant av oppfinnelsen, som er vist på fig. 6, dekkes det totale frekvensområde ved hjelp av parallellkoplede filterenheter 101, 102, ...,10n med båndpasskarakteristikk, slik at feilstrøm-informasjonen kan oppnås ut fra summen av utgangene fra filterenhetene 101, 102,... 1 On.

Transformasjonsdelen tjener ikke bare til bestemmelse av filterkoeffisienter. Inngangene for innstilling av disse filterkoeffisienter for filterenhetene 101, 102, ..., 10n er forbundet med tilsvarende utganger fra signalkonfigurasj onsenheten 7 som står i forbindelse med transformasjonsenheten 5. Utgangene fra filterenhetene 101, 102,..., 10n er hver via en signalvurderingsenhet 116 forbundet med inngangene til en summeringsenhet 114, og utgangen fra summeringsenheten 114 er forbundet med maksimal verdi-overvåkingsanordningen 17 som er tilkoplet til nettskilleenheten 20. Ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi betjener eller påvirker maksimalverdi-overvåkingsanordningen nettskilleenheten 20.1 normaldrift arbeider den på fig. 6 viste utførelsesform således bare i tidsområdet.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for feilstrøm-overvåking av et energiforsyningsnett 40, ved hvilken en nettskilleenhet 20 påvirkes så snart det fastslås en maksimalverdioverskridelse av en ut fra feilstrømmålingen avledet feilstrøm-måleverdi.

Først avbildes feilstrømmen på signaltro måte, det signaltro feilstrømsignal transformeres fra tidsområdet til frekvensområdet, og ut fra det fremkomne spektrum beregnes enten et delbeløp av feilstrøm-måleverdien og/eller innstillingen av filterkoeffisientene for minst ett lavpassfilter for filtrering av det signaltro feilstrømsignal bestemmes, hvorved feilstrømmåleverdien eller et delbeløp av denne beregnes ut fra utgangssignalet fra det minst ene lavpassfilter.

Claims (16)

1. Feilstrømbeskyttelsesbryter omfattende en enhet for deteksjon av en feilstrøm i et elektrisk energiforsyningsnett, og en nettskilleenhet, idet enhetene for deteksjon av en feilstrøm omfatter en anordning (1, 41) for signaltro opptakelse av feilstrømmen, hvilken anordning kan koples til energiforsyningsnettet (40), og enheten for deteksjon av en feilstrøm omfatter en feilstrømanalyseenhet (100) for spektral karakterisering av feilstrømmen, og som er forbundet med nettskilleenheten (20),karakterisert vedat feilstrømanalyseenheten (100) omfatter minst én filterenhet (15, 101, 102, ..., 10n; 151, 152,..., 15n) med lavfrekvent båndpasskarakteristikk for filtrering av feilstrømsignalet, og en transformasj onsenhet (5) for transformering av det i anordningen (1,41) for signaltro opptakelse av feilstrømmens dannede feilsignal fra tidsområdet til et bildeområde, fortrinnsvis til frekvensområdet.

2. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge krav 1,karakterisert vedat enheten for deteksjon av en feilstrøm videre omfatter en analog/digital-omformer (3) for avsøking og kvantisering av feilstrømmen.

3. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge krav 2,karakterisert vedat enheten for deteksjon av en feilstrøm videre omfatter et anti-aliasing-filter.

4. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen er dannet av en Forster-sonde (41) hvis utgang er forbundet med en regulatorenhet (43) som kompenserer det på utgangen av Forster-sonden (41) liggende utgangssignal til null.

5. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge krav 4,karakterisert vedat det er anordnet en modulator (44) for formagnetisering av Forster-sonden (41).

6. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat anordningen for signaltro opptakelse av feilstrømmen er dannet av shunter, Hall-elementer eller av kombinasjoner av magnet- og Hall-elementer.

7. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-6,karakterisert vedat den minst ene filterenhet er dannet av en filterenhet (15) med lavpasskarakteristikk, hvis utgang er forbundet med en signal vurderingsenhet (16), en enhet for beregning av effektivverdien av det filtrerte feilstrømsignal, at transformasjonsenheten (5) er forbundet med en spektralvurderingsenhet (11), en enhet for beregning av effektivverdien av frekvensspektret, og at utgangen av signalvurderingsenheten (16) og utgangen av spektralvurderingsenheten (11) er forbundet med innganger til en summeringsenhet (14), og utgangen av summeringsenheten (14) er forbundet med en maksimalverdi-overvåkingsanordning (17) som er tilkoplet til nettskilleenheten (20), hvilken maksimal verdi-overvåkingsanordning (17) påvirker nettskilleenheten (20) ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi.

8. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat transformasjonsenheten er dannet av en Fourier-transformasjonsenhet (5).

9. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat transformasjonsenheten er dannet av en Laplace-transformasjonsenhet.

10. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat transformasjonsenheten er dannet av en Gabor-transformasjonsenhet eller en småbølge-transformasjonsenhet som muliggjør utsagn om tidsoppførselen til feilstrømsignalets frekvensspektrum.

11. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 7-10,karakterisert vedat det mellom transformasjonsenhetens (5) utgang og spektralvurderingsenhetens (11) inngang er innkoplet en korrelasjonsenhet (8) som er forbundet med en enhet (12) for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum.

12. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-11,karakterisert vedat utgangen fra transformasjonsenheten (5) kan tilkoples til inngangen til en signalkonfigurasj onsenhet (7) som er forbundet med en lagringsinngang til enheten (12) for lagring av minst ett sammenlikningsspektrum, og med inngangen til den minst ene filterenhet (15) for innstilling av filterkoeffisienter.

13. Feilstrømbeskyttelsesbryter ifølge ett av kravene 1-12,karakterisert vedat den minst ene filterenhet er dannet av to eller flere parallellkoplede filterenheter (101, 102, ...,10n) med båndpasskarakteristikk, som oppviser innganger for innstilling av filterkoeffisienter og hvis utganger via en signalvurderingsenhet (116) er forbundet med innganger til en summeringsenhet (114), og summeringsenhetens (114) utgang er forbundet med en maksimalverdi-overvåkingsanordning (17) som er tilkoplet til nettskilleenheten (20), hvilken maksimalverdi-overvåkingsanordning påvirker nettskilleenheten (20) ved overskridelse av en forutbestembar grenseverdi, og at transformasjonsenheten (5) er forbundet med en signalkonfigurasj onsenhet (7) hvis utganger kan forbindes med inngangene for innstilling av filterkoeffisienter.

14. Fremgangsmåte for feilstrømovervåking av et energiforsyningsnett, ved hvilken en nettskilleenhet påvirkes så snart det fastslås en maksimalverdioverskridelse av en fra en feilstrømmåling avledet feilstrøm-måleverdi, hvorved feilstrømmen avbildes på signaltro måte,karakterisert vedat det signaltro feilstrømsignal transformeres fra tidsområdet til et bildeområde, fortrinnsvis til frekvensområdet, og et delbeløp av feilstrøm-måleverdien beregnes ut fra det fremkomne spektrum og/eller innstillingen av filterkoeffisientene for minst ett filter (15, 101, 102,...,10n; 151, 152, ...,15n) med båndpasskarakteristikk for - lavfrekvent - filtrering av det signaltro feilstrømsignal bestemmes, hvorved feilstrøm-måleverdien eller et delbeløp av denne beregnes ut fra utgangssignalet fra det minst ene filter (15, 101, 102, ..., 10n; 151, 152,...,15n) med båndpasskarakteristikk.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedat feilstrømsignalets spektrum sammenliknes med minst ett lagret sammenlikningsspektrum.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14 eller 15,karakterisert vedat feilstrøm-måleverdien dannes ut fra det ut fra spekteret beregnede delbeløp av feilstrømmåleverdien og det ut fra det minst ene filter (15, 101, 102, ..., 10n; 151, 152, ..., 15n) med båndpasskarakteristikk beregnede delbeløp av feilstrøm-måleverdien.