Verfahren zum Schalten in einer Anordnung von Leistungsschaltern sowie Anordnung aus einer Mehrzahl von Leistungsschal- tern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten in einer Anordnung von Leistungsschaltern, wobei unter einer solchen Anordnung im vorliegenden Fall verstanden werden soll, dass die Leistungsschalter entweder in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Eigenschaft der Leistungsschalter soll es sein, dass die eigentlichen Schalteinheiten von einer Datenverarbeitungseinrichtung angesteuert werden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung typischerweise als Mikrocont- roller ausgebildet ist. Mithilfe eines solchen Mikrocontrol- lers kann ein Leistungsschalter logische Aufgaben abarbeiten. Es kann insbesondere auch eine Selbstdiagnose-Funktionalität bereitgestellt sein. In Anordnungen der genannten Art soll eine hohe Sicherheit dahingehend bestehen, dass ein Leistungsschalter, der einzuschalten ist, tatsächlich eingeschaltet wird, und dass ein Leistungsschalter, der auszuschalten ist, auch tatsächlich ausgeschaltet wird. Bisher wird ein solches sicheres Ein- und Ausschalten in einer Energieverteilungsanlage durch ein übergeordnetes System verwirklicht. Dieses System besteht aus ei ^¬ ner Mehrzahl von Messsensoren, die in mehreren Teilen der Anlage den jeweils fließenden Strom messen. Von einem Teil der Leistungsschalter, der kommunikationsfähig ist, lassen sich zudem Schalterdaten und Schalterwerte abfragen. Das so als übergeordnetes System aufgebaute Überwachungssystem wird in der Regel von einer Leitwarte kontrolliert, in der entweder automatisch oder durch einen Techniker manuell im Fehlerfall, also im Fall, dass eine beabsichtigte Schalthandlung nicht durchgeführt werden konnte, Gegenmaßnahmen eingeleitet wer ^¬ den . Das Verwenden eines derartigen Überwachungssystems geht mit einem großen Aufwand einher. Die Automatisierung des Durchführens von Gegenmaßnahmen ist schwierig, aber auch die manuelle Durchführung der Gegenmaßnahmen ist riskant, weil menschliches Versagen auftreten kann.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schalten in einer Anordnung von Leistungsschaltern der genannten Art bereitzustellen, bei dem in erhöhtem Maße dafür gesorgt ist, dass einzelne Zweige einer Energievertei ^¬ lungsanlage zuverlässig zugeschaltet oder abgeschaltet wer ^¬ den .

Diese Aufgabe wird in einem Aspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst und in einem anderen Aspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit folgende Schrit- te :

Ansteuern einer Schalteinheit eines ersten Leistungs ^¬ schalters zur Änderung ihres Schaltzustands durch eine Datenverarbeitungseinrichtung des ersten Leistungsschal- ters ,

Erfassen, ob die Änderung des Schaltzustands eingetreten ist (durch die Datenverarbeitungseinrichtung) , und falls dies der Fall ist, kann das Verfahren beendet werden. Vorliegend ist der Fall von Interesse, dass die Änderung des Schaltzustands nicht eingetreten ist, denn dann wird das Verfahren fortgesetzt durch die Schritte:

Senden eines Signals durch die Datenverarbeitungseinrichtung des ersten Leistungsschalters an eine Datenver ^¬ arbeitungseinrichtung eines zweiten Leistungsschalters, Ansteuern einer Schalteinheit des zweiten Leistungs ^¬ schalters zur Änderung ihres Schaltzustands durch die Datenverarbeitungseinrichtung des zweiten Leistungsschalters . Bei der Erfindung ist zum einen davon ausgegangen, dass ein Leistungsschalter so ausfallen kann, dass er nicht mehr selbst sicher ein- und ausgeschaltet werden kann, sondern dass ein anderer Leistungsschalter geschaltet werden muss, um den beabsichtigten Schaltvorgang zu ersetzen. Eine Besonderheit besteht nun darin, dass die Leistungsschalter selbst untereinander kommunizieren, sodass es keinen Umweg mehr über eine Leitwarte geben muss: Der eine Leistungsschalter erkennt selbst, dass er nicht wie beabsichtigt den Schaltzustand sei ^¬ ner Schalteinheit hat ändern können, teilt dies über das Sig ^¬ nal einem anderen Leistungsschalter mit, und ersatzweise schaltet dann selbiger. Auf diese Weise ist für ein sicheres Zu- und Abschalten von Zweigen in einer Energieverteilungsan- läge gesorgt.

Bei einer Alternative der Erfindung erfolgt das Ansteuern der Schalteinheiten zum Zwecke eines Ausschaltens, die Schaltkontakte sollen also geöffnet werden, damit kein Strom mehr über sie und damit über den Leistungsschalter fließen kann. In diesem Falle wird das Signal an einen solchen zweiten Leistungsschalter gesendet, der in Reihe zu dem ersten Leistungs- schalter geschaltet ist. Alternativ zum Auswählen dieses zweiten Leistungsschalters durch ein zielgenaues Senden kann hierbei das Senden des Signals an alle Leistungsschalter erfolgen, und der zweite Leistungsschalter kann an der Art des Signals, z. B. einer darin enthaltenen Adresse, oder möglicherweise auch anhand der Kennung des Absenders (des ersten Leistungsschalters) erkennen, dass er selbst für den absen- denden ersten Leistungsschalter als zweiter Leistungsschalter fungieren soll. Dass der zweite Leistungsschalter in Reihe zu dem ersten Leistungsschalter geschaltet ist, ist beim Ausschalten deswegen wichtig, weil ja nach dem Ausschalten in einem ganzen Zweig kein Strom mehr fließen soll.

Umgekehrt gilt, dass wenn das Ansteuern der Schalteinheiten zum Zwecke eines Einschaltens erfolgt, damit Strom fließt, ein solcher zweiter Leistungsschalter ausgewählt wird oder sich selbst aktiviert, der parallel zu dem ersten Leistungs ^¬ schalter geschaltet ist. Denn bei einer Parallelschaltung ist für das Fließen von Strom für Redundanz gesorgt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durchgeführt werden, wenn die Änderung des Schaltzustands von außen ausgelöst werden soll, also nachdem durch den ersten Leistungsschalter ein entsprechendes Signal von außen empfangen wurde, durch das die Änderung des Schaltzustands der Schalteinheit des ersten Leistungsschalters angefordert wird. Das Verfahren ist glei ^¬ chermaßen dann anwendbar, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung des ersten Leistungsschalters das Bestehen einer (vorbe ^¬ stimmten) Bedingung erkennt, die nach einem vorbestimmten Kriterium eine Änderung des Schaltzustands erforderlich macht, und in diesem Falle löst der Leistungsschalter also selbsttätig aus, ändert also den Schaltzustand von sich aus, wenn er funktionsfähig ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung aus einer Mehrzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten Leistungsschaltern, die zumindest teilweise über ein Datennetz miteinander gekoppelt sind, hat zumindest ein erster Leistungsschalter die Fähigkeit, ein solches Signal auszusenden, zu welchem zumindest ein zweiter Leistungsschalter die Fähigkeit hat, aufgrund des Empfangens dieses Signals seinen eigenen Schaltzustand zu än ^¬ dern. Mit anderen Worten ist zumindest ein Paar von ersten und zweiten Leistungsschaltern über das Datennetz in der Lage derart zu kommunizieren, dass der eine Leistungsschalter das Ändern des Schaltzustands beim anderen Leistungsschalter aus- zulösen in der Lage ist.

Bevorzugt hat der zumindest eine erste Leistungsschalter hierbei die Fähigkeit zur Selbstdiagnose. Im Rahmen der

Selbstdiagnose wird erfasst, ob eine Änderung eines Schaltzu- Stands einer Schalteinheit aufgrund eines Steuerbefehls ein ^¬ getreten ist, und falls dies trotz Abgabe des Steuerbefehls nicht der Fall ist, ist dann eben der erste Leistungsschalter mit der Fähigkeit zur Selbstdiagnose in der Lage, besagtes Signal auszusenden, das von dem zumindest einen zweiten Leistungsschalter so interpretiert wird, dass der zweite Leis ^¬ tungsschalter seinen eigenen Schaltzustand ändern soll. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin ^¬ dung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der

FIG 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von in Reihe und parallel zueinander geschalteten Leistungsschaltern veranschaulicht, bei der das erfindungsgemäße Ver ^¬ fahren verwirklichbar ist.

In einer Energieverteilungsanlage, die beispielsweise mit ei ^¬ nem öffentlichen Stromnetz gekoppelt ist, ist eine Mehrzahl von Leistungsschaltern Sl, S2, S2', S2'', S3, S3' , S3' ' miteinander gekoppelt, und zwar in einer hierarchischen Form auf vorliegend drei Ebenen. Die elektrische Verbindung ist hier ^¬ bei durch durchgezogene Linien veranschaulicht. Gleichzeitig sind die Leistungsschalter über ein Datennetzwerk miteinander gekoppelt, das durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist.

Von einem Stromnetzwerk NW kann Strom zu einem ersten

Verbraucherzweig VZl über eine Reihenschaltung eines Leis ^¬ tungsschalter Sl einer ersten Ebene, eines Leistungsschalters S2 einer zweiten Ebene und eines Leistungsschalters S3 einer dritten Ebene fließen. In der zweiten Ebene ist parallel zu dem Leistungsschalter S2 noch ein weiterer Leistungsschalter S2' geschaltet. Es gibt somit ebenfalls eine Verbindung der Leistungsschalter Sl, S2' und S3 zum Verbraucherzweig VZl.

Der Verbraucherzweig VZ2 ist mit dem Netzwerk NW über den Leistungsschalter Sl der ersten Ebene, die beiden Leistungsschalter S2 und S2' der zweiten Ebene parallel zueinander und dem Leistungsschalter S3' der dritten Ebene gekoppelt.

Schließlich ist ein Verbraucherzweig VZ3 über den Leistungs ^¬ schalter Sl der ersten Ebene, einen anderen Leistungsschalter S2' ' der zweiten Ebene und einen anderen Leistungsschalter S3' ' der dritten Ebene mit dem Netzwerk NW verbunden.

Jeder Leistungsschalter verfüge, wie vorliegend nur zum Leis- tungsschalter S3' ' eingezeichnet, über die eigentliche

Schalteinheit SE, also eine Einheit aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Kontaktelementen, die voneinander trennbar sind, um den Schalter zu öffnen. Beim Trennen der Kontakte wird somit die Schalteinheit ausgeschaltet, beim Inberüh- rungbringen der Kontakte eingeschaltet. Vorliegend sollen die Leistungsschalter von einem MikroController yC ansteuerbar sein. In den Symbolen aus FIG 1 lässt sich der Mikrocontrol- ler yC indirekt dem Kommunikationspfad zuordnen, der durch gestrichelte Linien symbolisiert ist, und die Schalteinheit SE dem Strompfad, der durch durchgezogene Linien symbolisiert ist .

Zunächst soll der Fall diskutiert werden, dass bei geschlos ^¬ senem Schalter Sl und geschlossenen Schaltern S3 und S3' die Verbraucherzweige VZ1 und VZ2 dadurch zugeschaltet werden sollen, dass einer der Schalter S2 und S2' der zweiten Ebene geschlossen wird.

Der Schalter S2 empfängt beispielsweise von außen einen ent- sprechenden Steuerbefehl, und die Datenverarbeitungseinrichtung des Leistungsschalters S2 steuert die zugehörige Schalt ^¬ einheit daraufhin an, dass diese schließt. Der Leistungs ^¬ schalter S2 ist nun mit der Fähigkeit zur Selbstdiagnose aus ^¬ gestattet und kann erfassen, ob die beabsichtigte Änderung des Schalt zustandes , also das Schließen bzw. Einschalten der Schalteinheit eingetreten ist. Ist dies der Fall, dann ist ja wie gewünscht die Verbindung zwischen dem Netzwerk NW und den Verbraucherzweigen VZ1 und VZ2 geschaffen. Ist hingegen der Schalter S2 fehlerhaft und erfolgt daher kein Einschalten desselben, so sendet der Leistungsschalter S2 als erster

Leistungsschalter der zweiten Ebene ein entsprechendes Signal an den zweiten Leistungsschalter S2' derselben Ebene, der parallel zu ihm geschaltet ist. Die Datenverarbeitungseinrich- tung (der MikroController) des zweiten Leistungsschalters S2' empfängt dieses Signal und bewirkt durch Ansteuerung der Schalteinheit des zweiten Leistungsschalters S2', dass selbi ^¬ ge nunmehr schließt bzw. einschaltet.

Somit ist durch die Anordnung der parallel zueinander geschalteten ersten und zweiten Leistungsschalter S2 und S2' für Redundanz gesorgt, und diese Redundanz wird durch Kommu ^¬ nikation über das Datennetzwerk genutzt, es sendet nämlich der erste Leistungsschalter ein entsprechendes Signal ent ^¬ sprechend dem Pfeil PI an den zweiten Leistungsschalter S2'.

Umgekehrt ist es möglich, dass zunächst der Leistungsschalter S2' als erster Leistungsschalter schließen soll, und falls er dies nicht tut, sendet er ein entsprechendes Signal P2 an den Leistungsschalter S2 als nunmehr zweiten Leistungsschalter, woraufhin dann wenigstens dieser schließt.

Es können auch mehr als nur zwei Leistungsschalter S2, S2' parallel zueinander geschaltet sein, damit in noch erhöhtem Maß für Redundanz gesorgt ist und auch der Ausfall von mehr als einem Leistungsschalter verkraftet werden kann.

Nunmehr sei auf eine Situation des Ausschaltens übergegangen:

Beispielsweise soll der Verbraucherzweig VZ3 vom Netzwerk NW getrennt werden, wozu üblicherweise der diesem am nächsten liegende Leistungsschalter S3' ' auszuschalten wäre. Es kann sein, dass auch hier eine externe Auslösung erfolgt, es kann aber auch sein, dass der Leistungsschalter S3' ' wegen der Erfassung eines Fehlerstroms oder Überstroms selbsttätig sein Ausschalten bewirken möchte. Somit steuert also der Mik- rocontroller yC (die Datenverarbeitungseinrichtung) des Leis- tungsschalters S3' ' der dritten Ebene die zugehörige Schalt ^¬ einheit SE an. Nun sei auch dieser Leistungsschalter S3' ' als erster Leistungsschalter in der Lage, eine Selbstdiagnose durchzuführen. Ist das Ausschalten wie gewünscht erfolgt, so ist der Verbraucherzweig VZ3 erfolgreich vom Netzwerk NW getrennt. Ist das Ausschalten nicht erfolgt und daher der Leis ^¬ tungsschalter S3' ' nicht voll funktionsfähig, so sendet die ^¬ ser ein Signal P3 an den Leistungsschalter S2'', mit dem er in Reihe geschaltet ist. Dieser fungiert nun als zweiter Leistungsschalter, der ein Signal empfängt und daraufhin durch seinen MikroController einen Ansteuerbefehl an seine eigene Schalteinheit abgibt. Nun ist auch der zweite Leistungsschalter S2'' zur Selbstdiagnose ausgelegt und kann erfassen, ob nunmehr das Ausschal ^¬ ten erfolgreich erfolgt ist. Ist der Leistungsschalter S2'' der zweiten Ebene ausgeschaltet, so ist hier nun erfolgreich beim zweiten Versuch die Verbindung zwischen dem Netzwerk NW und dem Verbraucherzweig VZ3 unterbrochen.

Ist dies nicht der Fall, so sendet der Leistungsschalter S2'' seinerseits wiederum als erster Leistungsschalter ein Signal P4 an den Leistungsschalter Sl der ersten Ebene und bewirkt, dass nunmehr dieser auslöst.

Durch die Reihenschaltung von drei Leistungsschaltern Sl, S2'' und S3' ' ist daher in doppeltem Maße für eine Redundanz gesorgt, wenn der Verbraucherzweig VZ3 vom Netzwerk NW ge- trennt werden soll.

Soll ein Ausschalten des Verbraucherzweigs VZ1 oder VZ2 erfolgen, so wird dies zunächst auch über den Leistungsschalter S3 oder S3' der dritten Ebene erfolgen. Hier muss nun derje- nige der Leistungsschalter S2 oder S2' der zweiten Ebene zum Ausschalten gebracht werden, der bisher eingeschaltet ist. Sind beide eingeschaltet, müssen sogar beide Leistungsschal ^¬ ter S2 und S2' ausgeschaltet werden. Wenn nun der Leistungsschalter S2 der zweiten Ebene eingeschaltet ist und der Leistungsschalter S2' bisher nicht, so bewirkt das Signal P5 bzw. P5' , dass der Leistungsschalter S2 seinerseits über seinen MikroController bewirkt, seine Schalteinheit auszuschalten. Falls dies nicht der Fall ist, wird ein Signal P6 an die nächsthöhere Ebene, den Leistungs ^¬ schalter Sl der ersten Ebene, gesendet, damit wenigstens die ^¬ ser ausschaltet.

Alternativ zum Umweg über die Leistungsschalter S2 und S2' der zweiten Ebene kann, wenn ein Verbraucherzweig VZ1 oder VZ2 über eine solche Verbindung mit dem Netzwerk gekoppelt ist, die eine Parallelschaltung von zwei Leistungsschaltern S2, S2' beinhaltet, auch vorgesehen sein, dass das Verfahren die Parallelschaltung überspringt. In diesem Falle wird ein in FIG 1 nicht gezeigtes Signal unmittelbar von einem der Leistungsschalter S3, S3' der dritten Ebene zum Leistungsschalter Sl der ersten Ebene gesendet werden.