Zur Überwachung elektrischer Betriebsmittel, wie beispiels- weise elektrischer Maschinen (Elektromotoren, Generatoren), Transformatoren und elektrischer Energieversorgungsleitungen bzw. -netze, sind in Verbindung mit diesen üblicherweise Schutzgeräte vorgesehen, die für den Fall eines auftretenden Fehlers, wie beispielsweise eines Kurzschlusses, nach be- stimmten Schutzverfahren (z. B. Distanzschutz, Differenzial- schutz) ein Signal erzeugen, um gegebenenfalls zumindest ei- nen Teil des Betriebsmittels abzuschalten. Solche Schutzgerä- te sind über Strom-bzw. Spannungswandler mit dem jeweiligen Betriebsmittel elektrisch verbunden.

Üblicherweise bestehen die Schutzgeräte aus mehreren einzel- nen Modulen oder Komponenten, die jeweils bestimmte Funktio- nen übernehmen. So ist beispielsweise aus dem Handbuch zum Siemens Distanzschutzgerät 7SA6, Bestell-Nr. C53000-G1100- C156-3, aus dem Kapitel 3"Montage und Inbetriebsetzung"eine Ausführung eines elektrischen Schutzgerätes bekannt, bei der zur Ausbildung der speziellen Funktionalitäten des Distanz- schutzgerätes jeweils unterschiedliche Komponenten in Form von Steckkarten eingesetzt werden. Beispielsweise existieren Steckkarten mit Prozessorbaugruppen, mittels derer die für die Schutzfunktionalitäten des Schutzgerätes wesentlichen Be- rechnungen durchgeführt werden. So kann z. B. eine Steckkarte für Funktionalitäten des Distanzschutzes selbst vorliegen.

Neben einer solchen Steckkarte gibt es Steckkarten zur Erzie- lung von Ein-bzw. Ausgabemöglichkeiten und Steckkarten zur Bereitstellung von Kommunikationsfunktionalitäten des Schutz- gerätes zur Kommunikation mit externen Geräten.

Einige der genannten Steckkarten enthalten eigene Rechenbau- steine, die beispielsweise mit Hilfe einer in Speicherbau- steinen gespeicherten Software bestimmte Berechnungen vorneh- men. Zur Kommunikation untereinander sind gemäß der bekannten Anordnung die Steckkarten mittels eines Flachbandkabels ver- bunden.

In neuen Normen, beispielsweise der IEC 61850, werden hohe Anforderungen insbesondere an die Kommunikations-und Schutz- funktionalitäten eines solchen Schutzgerätes gestellt. Bei- spielsweise ergibt sich aufgrund der großen von einem ange- schlossenen Wandler gemäß der Norm an das Schutzgerät zu ü- bertragenden Datenmenge die Notwendigkeit immer effizienter und schneller ablaufender Prozesse im Schutzgerät.

Ausgehend von einem elektrischen Schutzgerät der bekannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders schnell und effizient arbeitendes elektrisches Schutzgerät zur Überwachung eines elektrischen Betriebsmittels anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das elektrische Schutzgerät als anwendungsspezifischer Schaltungsbaustein unter Verwendung eines die speziellen Funktionalitäten des elektrischen Schutzgerätes in einer funktionsbasierten Programmiersprache beschreibenden Pro- grammcodes ausgebildet ist. Im Gegensatz zu so genannten Ma- schinensprachen oder maschinennahen Sprachen, wie z. B. As-

sembler, sind funktionsbasierte Programmiersprachen oder-auch Hochsprachen in diesem Zusammenhang beispielsweise die Pro- grammiersprachen C, C++ oder auch die auf diesen basierende . Sprache Handel-C der Firma Celoxica (vgl. z B. den unter der URL www. celoxica. com/technical_library/handel-c/default. asp abrufbare Artikel"Handel-C for Hardware-Design" ; abgerufen am 13.01. 2003).

Ein besonderer Vorteil entsteht durch die Integration aller erforderlichen Funktionalitäten, wie z. B. sämtlicher Schutz- funktionalitäten und Kommunikationsfunktionalitäten, in einen einzigen anwendungsspezifischen Schaltungsbaustein, wodurch die einzelnen Prozesse besonders schnell und effizient durch- geführt werden. Datenübertragungsengpässe, wie beispielsweise durch Datenbus-Verbindungen hervorgerufen, können weitgehend umgangen werden. Durch die Realisierung der Funktionalitäten mittels einer Hardwarestruktur in einem solchen Schaltungs- baustein können Prozesse, wie z. B. das Einlesen von Daten, deren Vorverarbeitung und einzelne Auswertungsschritte paral- lel durchgeführt werden ; dies ist bei Verwendung von kombi- nierten Software-/Hardwaresystemen nicht oder nur einge- schränkt der Fall. Durch die Realisierung parallel ablaufen- der Prozesse lässt sich die Arbeitsgeschwindigkeit eines er- findungsgemäßen Schutzgerätes derartig steigern, dass auch Datenströme mit vergleichsweise hoher Datendichte, wie sie beispielsweise gemäß der neuen Norm IEC 61850 von Hochleis- tungswandlern an Schutzgeräte zu übertragen sind, in Echtzeit verarbeitet und ausgewertet werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Schutzgerätes ist vorgesehen, dass der anwendungsspezifi- sche Schaltungsbaustein ein ASIC ist, dessen Aufbau mittels einer Umwandlungssoftware auf Grundlage des Programmcodes er-

zeugt ist. Die Verwendung eines ASIC kann vorteilhafterweise insbesondere dort erfolgen, wo mit niedrigen Herstellungskos- ten große Stückzahlen desselben Schaltungsbausteins herge- stellt werden müssen. Auf Grundlage des Programmcodes werden in diesem Zusammenhang Architektur und Anschlussbelegung des ASIC festgelegt, um die erforderlichen Funktionalitäten zu erzeugen.

Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der anwendungsspezifische Schaltungsbaustein ein pro- grammierter Schaltungsbaustein ist, der mittels einer Pro- grammiersoftware aus einem programmierbaren Schaltungsbau- stein auf Grundlage des Programmcodes erzeugt ist. Die Ver- wendung programmierbarer Schaltungsbausteine eignet sich ins- besondere bei Geräten, die in niedrigen bis mittleren Stück- zahlen produziert werden. Auf Grundlage des Programmcodes wird in diesem Fall die Programmierung des programmierbaren Schaltungsbausteins vorgenommen.

Ein programmierbarer Schaltungsbaustein in diesem Zusammen- hang kann beispielsweise ein sogenanntes FPGA (field program- mable gate array) sein. Solche Bausteine sind weitläufig er- probt und können universell eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist auch, ein Verfahren zum Herstellen eines besonders schnell und effizient arbeitenden elektri- schen Schutzgerätes anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Schutzgerätes zur Überwachung elektrischer Betriebsmittel, bei dem die folgenden Schritte durchgeführt werden

Umsetzen eines speziellen Funktionalitäten des elektri- schen Schutzgerätes beschreibenden, in einer funktionsba- sierten Programmiersprache ausgeführten Programmcodes mit- tels eines auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausge- führten Umsetzers in einen Funktionscode und Erzeugen eines die speziellen Funktionalitäten des elekt- rischen Schutzgerätes aufweisenden anwendungsspezifischen Schaltungsbausteins unter Verwendung des Funktionscodes.

Als wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann angesehen werden, dass hiermit ein relativ und effektiv arbeitendes Schutzgerät mit einer Vielzahl integrierter Funk- tionalitäten erzeugt werden kann. Durch die Verwendung eines entsprechenden Umsetzers können hier beispielsweise auch be- reits vorhandene in einer funktionsbasierenden Programmier- sprache ausgeführte Programmcodes leicht adaptiert und in den Funktionscode umgesetzt werden.

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah- rens besteht darin, dass als anwendungsspezifischer Schal- tungsbaustein ein ASIC verwendet wird, dessen Aufbau unter Verwendung des Funktionscodes erzeugt wird. In diesem Fall wird als Ergebnis des Umsetzvorgangs eine Art Aufbauplan für den ASIC erzeugt, nach dem eine Produktion der anwendungsspe- zifischen Schaltungsbausteine erfolgen kann. Ein ASIC kann besonders vorteilhaft dort eingesetzt werden, wo gleichartige Geräte in hohen Stückzahlen hergestellt werden sollen.

Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren auch der- art ausgestaltet sein, dass als anwendungsspezifischer Schal- tungsbaustein ein programmierter Schaltungsbaustein verwendet wird, dessen Programmierung unter Verwendung des Funktionsco- des erzeugt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in die-

ser Ausführungsform lässt sich besonders vorteilhaft eine Programmierung des programmierbaren Schaltungsbausteins vor- nehmen, da hierfür lediglich ein auf einer Hochsprache basie- render-funktioneller-Programmcode benötigt wird ; ein-in der Erstellung meist aufwendiger-maschinennaher Programmco- de z. B. in Assembler ist nicht notwendig.

Als programmierbarer Schaltungsbaustein kann vorteilhafter- weise ein FPGA (field programmable gate array) verwendet wer- den. Diese Bausteine sind weitläufig verbreitet und in ihrer Funktion erprobt.

Vorteilhafterweise wird ferner als Hochsprache die Sprache Handel-C verwendet. Handel-C der Firma Celoxica ist eine be- sonders einfach und anwendungsfreundlich aufgebaute Hochspra- che, mit der eine funktionsorientierte Erzeugung eines Funk- tionscodes erfolgen kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind in Figur 1 ein Ausführungsbeispiels eines Schutzgerätes und in Figur 2 schematisch in einem Verfahrensfließbild ein Ausfüh- rungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Schutzgerätes dargestellt.

In Figur 1 ist schematisch ein Abschnitt einer Energieüber- tragungsleitung 1 als elektrisches Betriebsmittel gezeigt.

Andere Formen von elektrischen Betriebsmitteln können bei- spielsweise elektrische Maschinen wie Motoren und Generato- ren, Transformatoren oder elektrische Energieversorgungsnetze

sein. Mit dem Abschnitt 1 der Energieübertragungsleitung ist eine ebenfalls in Figur 1 nur schematisch dargestellter Wand- leranordnung 2 verbunden. Über eine Übertragungsleitung 3 ist die Wandleranordnung 2 ausgangsseitig mit einem Eingang eines Schutzgerätes 4 verbunden. Das Schutzgerät 4 ist als anwen- dungsspezifischer Schaltungsbaustein ausgeführt, beispiels- weise als ASIC oder FPGA. Dieser beinhaltet u. a. die im In- nern des Schutzgerätes 4 strichliert angedeuteten Funktiona- litäten, wie Kommunikationsfunktionalität 4a, Schutzfunktio- nalität 4b und Ein-/Ausgabefunktionalitäten 4c sowie weitere Funktionalitäten 4d. Die Funktionalitäten 4a, 4b, 4c und 4d sind in dem Schutzgerät 4 nicht als diskrete Schaltungsein- heiten ausgeführt, die beispielsweise mittels unterschiedli- cher Steckkarten mit dem Schutzgeräte verbunden sein könnten, sondern sind in den Aufbau bzw. die Programmierung des anwen- dungsspezifischen Schaltungsbausteins integriert und daher in der Figur teilweise überlappend dargestellt.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Anordnung vorge- stellt : Die Wandleranordnung 2 erfasst als Eingangsgrößen in dem Abschnitt 1 der Energieübertragungsleitung fließende Ströme I bzw. an diesem anliegende Spannungen U. Mittels der Wandleranordnung 2 werden zu diesen Eingangsgrößen proportio- nale Messgrößen erzeugt. Diese üblicherweise analog vorlie- genden Messgrößen werden anschließend digitalisiert, so dass sich als Ausgangsgrößen der Wandleranordnung 2 digitalisierte Messgrößen Ud bzw. Id ergeben. Die Digitalisierung der analo- gen Messgrößen kann beispielsweise mittels herkömmlicher Ana- log/Digitalwandler erfolgen, die in der Wandleranordnung 2 integriert sein können ; alternativ dazu kann beispielsweise auch eine Hintereinanderschaltung eines (analogen) Spannungs- bzw. Stromwandlers und eines Analog/Digitalwandlers in zwei separaten Bausteinen vorgesehen sein.

Die Wandleranordnung 2 ist derart ausgebildet, dass sie an ihrem Ausgang einen digitalen Datenstrom von verhältnismäßig hoher Datendichte abgibt, beispielsweise gemäß der Norm IEC 61850. Dieser digitale Datenstrom umfasst die digitalisierten Messgrößen Ud und Id und wird über die Übertragungsleitung 3, die beispielweise als Lichtwellenleiterleitung ausgebildet sein kann, an das Schutzgerät 4 übertragen. Das Schutzgerät 4 weist mindestens eine Schnittstelle 5 auf, mittels der der digitale Datenstrom empfangen wird. Im Anschluss daran findet je nach Ausgestaltung des Schutzgerätes 4 eine Weiterverar- beitung der digitalen Daten beispielsweise nach einem Dis- tanzschutzverfahren, einem Differenzialschutzverfahren, einem Überstromzeitschutzverfahren oder einer Kombination daraus statt. Erkennt das Schutzgerät 4 einen Fehler auf dem Ab- schnitt 1 der Energieübertragungsleitung, so wird über zumin- dest eine weitere Schnittstelle 6 beispielsweise ein Auslöse- signal A für in Figur 1 nicht dargestellte Leistungsschalter zur Abtrennung des Abschnitts 1 vom restlichen Energieversor- gungsnetz abgegeben.

Da sämtliche Funktionalitäten des Schutzgerätes, wie z. B. die Kommunikation mit externen Geräten inklusive der eben ge- nannten Schnittstellen, die speziellen Schutzverfahren und die Ein/Ausgabefunktionalitäten, in einen Schaltungsbaustein integriert sind, lassen sich für die Bearbeitung des digita- len Datenstromes bzw. der darin enthaltenen digitalisierten Messgrößen Ud und Id zeitlich parallel ablaufende Prozesse realisieren. Beispielsweise können innerhalb der Schutzfunk- tionalität 4b einzelne Berechnungsprozesse oder Schutzverfah- ren (beispielsweise Distanzschutz, Differenzialschutz je für sich oder in Kombination) parallel ablaufen, so dass im Ver- gleich zu softwaregesteuerten Prozessen die Verarbeitung der

digitalisierten Messdaten Ud, Id wesentlich schneller und ef- fizienter erfolgt.

In Figur 2 ist in einem schematischen Fließbild ein Verfahren zum Herstellen eines Schutzgerätes beispielhaft aufgezeigt.

Dabei wird ein in einer Hochsprache verfasster Programmcode 10 in einem Umsetzungsprozess 11 von einem mittels einer Da- tenverarbeitungsanlage realisierten Umsetzer in einen Funkti- onscode 12 umgewandelt. Unter Verwendung dieses Funktionsco- des 12 wird im darauffolgenden Schritt 13 ein die gewünschten und mit dem Programmcode 10 angegebenen Funktionalitäten ei- nes Schutzgerätes aufweisender anwendungsspezifischer Schal- tungsbaustein 14 erzeugt. Handelt es sich bei dem anwendungs- spezifischen Schaltungsbaustein 14 beispielweise um einen nicht programmierbaren Schaltungsbaustein, wie einen herkömm- lichen ASIC, so enthält der Funktionscode 12 einen die Struk- tur und Anschlussbelegungen des ASIC angebenden Bauplan und Schritt 13 stellt einen ASIC-Herstellungsprozess dar. Ist der anwendungsspezifische Schaltungsbaustein 14 jedoch ein pro- grammierbarer Schaltungsbaustein wie beispielsweise ein FPGA, so enthält der Funktionscode 12 Programmier-oder Einstellan- weisungen für den anwendungsspezifischen Schaltungsbaustein 14 und Schritt 13 stellt einen Programmierprozess für den an- wendungsspezifischen Schaltungsbaustein 14 dar.

Der mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung realisierte Umsetzungsprosess 11 kann beispielsweise durch die von der Firma Celoxica vertriebene DK1 Design Suite gebildet sein. In einem solchen Fall würde ein in der von Celoxica entwickelten Hochsprache Handel-C abgefasster Programmcode Verwendung fin- den, der mit Hilfe des Umsetzers in den Funktionscode 12 um- gewandelt wird. Ausführliche Informationen über die Hochspra- che Handel-C und den Umsetzer DK1 Design Suite lassen sich im Internet unter der zuvor angegebnen Adresse abrufen.