WO2022136424A1 - Schutzschaltgerät und verfahren - Google Patents

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WO2022136424A1
WO2022136424A1 PCT/EP2021/087081 EP2021087081W WO2022136424A1 WO 2022136424 A1 WO2022136424 A1 WO 2022136424A1 EP 2021087081 W EP2021087081 W EP 2021087081W WO 2022136424 A1 WO2022136424 A1 WO 2022136424A1
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voltage
current
current threshold
threshold value
low
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PCT/EP2021/087081
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Marvin TANNHÄUSER
Fabian Döbler
Dominic Malane
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/125—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit characterised by sensing elements, e.g. current transformers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interrupting unit and a method for a protective switching device for a low-voltage circuit with an electronic interrupting unit.
  • Low-voltage circuit or network or system are circuits with rated currents or Rated currents of up to 125 amps, more specifically up to 63 amps.
  • Low-voltage circuits are circuits with rated currents or Rated currents of up to 50 amps, 40 amps, 32 amps, 25 amps, 16 amps or 10 amps are meant.
  • the current values mentioned mean in particular nominal, rated and/or cut-off currents, i. H . the maximum current that is normally conducted through the circuit or . where the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device such as a protective switching device, miniature circuit breaker or circuit breaker.
  • Miniature circuit breakers are built electromechanically. In a housing, they have a mechanical switching contact or Shunt trip for interrupting (tripping) the electrical current on .
  • a bimetallic protective element or Bimetallic element used to trigger (interruption) in the event of prolonged overcurrent (overcurrent protection) or in the event of thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for short-term release when an overcurrent limit value is exceeded or used in the event of a short circuit (short circuit protection).
  • One or more arc quenching chamber(s) or Arc extinguishing devices are provided. Furthermore, connection elements for conductors of the electrical circuit to be protected.
  • the time-dependent value from the angular velocity w and the time t corresponds to the time-dependent angle cp(t), which is also referred to as the phase angle cp(t).
  • an (electronic) protective switching device for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, having:
  • a housing with first, in particular the mains side, and second, in particular the load side, connections for conductors of the low-voltage circuit,
  • a mechanical isolating contact unit which is connected in series with an electronic interrupting unit, in particular the mechanical isolating contact unit being assigned to the (second) load-side connections and the electronic interrupting unit to the (first) network-side connections,
  • the electronic interruption unit can be switched by semiconductor-based switching elements to a high-impedance state of the switching elements to avoid current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit
  • a current sensor unit for determining the level of the current of the low-voltage circuit, such that the instantaneous current values are available
  • a control unit which is connected to the current sensor unit, the voltage sensor unit, the mechanical isolating contact unit and the electronic interrupter unit, wherein when at least one current threshold value is exceeded (in particular in terms of amount), avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated,
  • the protective switching device is designed in such a way that the at least one current threshold value is adjusted as a function of the magnitude of the voltage in the low-voltage circuit.
  • the protective switching device is designed in such a way that the at least one current threshold value is adjusted as a function of the magnitude of the voltage in such a way that the at least one current threshold value is reduced as the voltage decreases and that the at least one current threshold value is increased as the voltage increases. is increased in particular up to a maximum value of the at least one current threshold value.
  • the current threshold value (the current threshold) is advantageously reduced at low voltages, since at low voltages and high currents there can be a greater heat input, which is then better recognized in order to improve the current-carrying capacity or Heat capacity, in particular of the electronic interruption unit, more specifically its (power) semiconductor, to the maximum.
  • AC voltages alternating voltages
  • B. 10V very small voltage
  • a shutdown does not take place immediately when the short circuit occurs, since only a small short-circuit current flows due to the low voltage.
  • the AC voltage at the connection on the energy source side (mains connection) increases, so that a sufficiently large current flows for the shutdown.
  • This delayed shutdown represents an increased thermal load for the electronic interruption unit, in particular its semiconductor-based switching elements (the electronic switch), since the semiconductor chip used in the semiconductor-based switching elements of the electronic interruption unit has a very small thermal capacity and thus a very small thermal time constant (typically less than 1 ms ) .
  • the solution described reduces at low torque tan value of the voltage is the current threshold for switching off the electronic interruption unit, so that it also switches off quickly at low voltages and the semiconductor-based switching elements or the semiconductor chip of the electronic interruption unit is protected against thermal destruction.
  • the protective switching device is designed in such a way that the instantaneous current value of the determined level of the current is compared with the at least one current threshold value by means of an analog comparator in such a way that if the amount of the current exceeds the amount of the at least one current threshold value, the avoidance of the current flow of the low-voltage circuit is initiated.
  • Exceeding the magnitude of the current by the magnitude of the at least one current threshold value in this context means exceeding the current threshold value when the current value is positive and falling below a negative current threshold value (the same amount) when the current value is negative (alternating current). This could also be realized by comparing the amounts. This has the particular advantage that rapid avoidance of a current flow (switching off) is achieved, in particular by the electronic interruption unit.
  • instantaneous current value is meant, for example, an analog instantaneous current value that represents the magnitude of the current by an equivalent, such as an electrical voltage (voltage signal), with the magnitude of the voltage representing the magnitude of the current.
  • an analog instantaneous current value is an analog measured value of the current, which is present as an electrical voltage signal, which depicts the course of the current as an equivalent.
  • the protective switching device is designed in such a way that the level of the voltage is converted into a digital voltage value, the amount of the voltage value is determined by the amplitude of the voltage voltage value is subtracted, then the result is multiplied by a factor (k3), the resulting result gives a correction value which is subtracted from the at least one current threshold value in order to obtain a (time-varying) adjusted current threshold value.
  • the invention are from the (periodic) time course of the level of the voltage (AC voltage), d. H . of the instantaneous voltage values, dependent (periodic) instantaneous current threshold values before .
  • the instantaneous current values are compared (particularly phase-related) with the instantaneous current threshold values. If the instantaneous current threshold value is exceeded (in terms of absolute value), an interruption of the low-voltage circuit is initiated.
  • the (periodic) instantaneous current threshold values have a minimum value that is greater than zero.
  • this minimum value is in the range of 5 to 20% of the maximum value, ie. H . the maximum current threshold value.
  • the low-voltage circuit has a voltage profile that is sinusoidal over time (ideal case).
  • the low-voltage circuit is a low-voltage AC circuit.
  • the instantaneous current threshold values likewise have a time-related, in particular amount-related, (approximately) sinusoidal current curve.
  • the zero crossing or the area of the zero crossing has a (absolute) minimum value that is greater than zero, in particular this minimum value is in the range of 5 to 20% of the maximum value, d. H . the maximum current threshold value.
  • the time curves of voltage and current threshold values are phase-related such that the point in time of the amplitude (maximum value) of the voltage corresponds to the point in time of the amplitude (maximum value) of the current threshold value.
  • the protective switching device is designed in such a way that the control unit has an analog first subunit and a digital second subunit.
  • the first sub-unit has an (analog) (current) comparator to which the instantaneous (analog) current values and the instantaneous (analog) current threshold values, the latter in particular from the second sub-unit, are supplied.
  • the current threshold values are provided phase-related according to the time profile of the voltage from the second subunit. This becomes a enables a phase-related comparison of the instantaneous current values with the instantaneous current threshold values based on the time profile of the voltage. With which an interruption of the low-voltage circuit can be initiated when the (instantaneous) current threshold values are exceeded.
  • the protective switching device is designed in such a way that a network synchronization unit is provided. From the instantaneous voltage values supplied, this determines at least one phase angle (cp(t)) of the voltage and alternatively the amplitude (U) of the voltage.
  • the instantaneous current values are compared phase-related with the instantaneous current threshold values to determine the initiation of avoidance of a current flow (interruption).
  • an avoidance of the current flow is primarily initiated by the electronic interruption unit.
  • a galvanic interruption can be initiated by the mechanical isolating contact system.
  • a corresponding method for a protective switching device for a low-voltage circuit with electronic (semiconductor-based) switching elements with the same and additional advantages.
  • the mechanical isolating contact unit being switched by opening contacts to prevent a current flow or by closing the contacts for a current flow in the low-voltage circuit can be switched by semiconductor-based switching elements in a high-impedance state of the switching elements to avoid a current flow or in a low-impedance state of the switching elements for current flow in the low-voltage circuit, the level of the voltage of the low-voltage circuit being determined such that the instantaneous voltage values are present, the magnitude of the current in the low-voltage circuit being determined in such a way that the (analog) instantaneous current values are present, with when it is exceeded (in particular the amount) of the instantaneous
  • the at least one current threshold value is adjusted as a function of the level of the voltage in such a way that the at least one current threshold value is reduced as the voltage decreases and that the at least one current threshold value is increased as the voltage increases, in particular up to a maximum value of the at least a current threshold is increased.
  • the computer program product includes instructions which, when the program is executed by a microcontroller (microprocessor), cause the security to improve or improve the safety of such a protective switching device. to achieve greater security in the electrical low-voltage circuit to be protected by the protective switching device, specifically that the electronic interruption unit reliably prevents an electrical current flow.
  • the microcontroller microprocessor
  • the microcontroller is part of the protective switching device, in particular the control unit.
  • a corresponding computer-readable storage medium on which the computer program product is stored is claimed.
  • Figure 1 is a first representation of a protective switching device
  • Figure 2 shows a second representation of a protective switching device
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the protective switching device
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the protective switching device
  • FIG. 1 shows a representation of a protective switching device SG for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, with a housing GEH, comprising:
  • connection ES consumer-side connection
  • the load-side connection can have a passive load (consumer) and/or an active load ((further) energy source, or a load that can be both passive and active, eg in a chronological sequence;
  • a voltage sensor unit SU for determining the magnitude of the voltage of the low-voltage circuit, so that instantaneous voltage values (phase-related voltage values) DU are present, instantaneous (phase-angle-related) voltage values mean in particular analog instantaneous voltage values, d. H . for example an analogue equivalent that indicates the magnitude of the voltage, for example an analogue voltage whose magnitude corresponds to that of the electrical voltage,
  • a current sensor unit SI for determining the level of the current of the low-voltage circuit, such that instantaneous (phase angle-related) current values DI are present, instantaneous (phase angle-related) current values mean in particular analog instantaneous current values, d. H . for example an analogue equivalent that indicates the magnitude of the current, for example an analogue voltage whose magnitude corresponds to that of the electric current, -
  • An electronic interruption unit EU which has a high-impedance state of the switching elements to avoid (in particular interruption) a current flow and a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit due to semiconductor-based switching elements,
  • a mechanical isolating contact unit MK which can be switched by opening contacts to avoid a current flow or by closing the contacts for a current flow in the low-voltage circuit
  • a control unit SE which is connected to the voltage sensor unit SU, the current sensor unit S I, the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interruption unit EU.
  • the mechanical isolating contact unit MK is electrically connected in series with the electronic interruption unit EU.
  • the control unit SE can :
  • a digital circuit e.g. B. with a microprocessor
  • the microprocessor can also contain an analog part
  • the protective switching device SG in particular the control unit SE, is designed such that when at least one current threshold value is exceeded, avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated, in particular initiated in a first step by the electronic interruption unit EU.
  • the electronic interruption unit EU is switched from the low-impedance state to the high-impedance state to interrupt the low-voltage circuit.
  • the protective switching device is designed in such a way that the at least one current threshold value is adjusted as a function of the level of the voltage in the low-voltage circuit.
  • D. H at least one current threshold value is provided, when it is exceeded (in particular in terms of absolute value) an avoidance of a current flow in the low-voltage circuit is initiated. This one current threshold value is then adjusted as a function of the level of the voltage. This would provide a simple solution for the invention.
  • phase angle-related current threshold values can also be provided, in particular instantaneous/phase angle-related current threshold values can be provided, so that depending on the phase angle of the electrical voltage or of the electric current a momentary resp. phase angle-related comparison is carried out. These current or Phase angle related current thresholds can then be adjusted depending on the magnitude of the voltage.
  • an adapted instantaneous or phase angle-related current threshold can be made available (or a set of adjusted current thresholds for each half-wave - adjustment every 10 ms in a low-voltage AC circuit with a mains frequency of 50 Hz).
  • a comparison can be made to the effect that the (periodic) time profile of the level of the voltage or (periodic) instantaneous current threshold values dependent on the determined instantaneous voltage values are present.
  • the instantaneous current thresholds may be continuous or phase angle wise.
  • the instantaneous current threshold values can be per individual phase angle, a phase angle range (several phase angles), z. B. every 2°, or a phase angle intercept (a Part of a phase angle), for example every 0.5° or 0.1°.
  • a resolution of 1° to 5° is particularly advantageous (this corresponds to a sampling rate of 3.5 to 20 kHz).
  • the instantaneous current values are compared phase-related with the instantaneous current threshold values. If the amount of the instantaneous current threshold value is exceeded by the amount of the instantaneous current value, an interruption of the low-voltage circuit is initiated, e.g. by a first interruption signal TRIP from the control unit SE to the electronic interruption unit EU, as shown in FIG.
  • the electronic interruption unit EU is shown in FIG. 1 as a block in both conductors.
  • At least one conductor, in particular the active conductor or phase conductor, has semiconductor-based switching elements.
  • the neutral conductor can be free of switching elements, i.e. without semiconductor-based switching elements. I.e. the neutral conductor is directly connected, i.e. it does not become highly resistive. I.e. there is only a single-pole interruption (of the phase conductor). If further active conductors/phase conductors are provided, in a second variant of the electronic interruption unit EU the phase conductors have semiconductor-based switching elements.
  • the neutral conductor is connected directly, i.e. it does not become highly resistive. For example, for a three-phase AC circuit.
  • the neutral conductor can also have a semiconductor-based switching element, i.e. if the electronic interruption unit EU is interrupted, both conductors become highly resistive.
  • the electronic interruption unit EU can have semiconductor components such as bipolar transistors, field effect transistors (FET), isolated gate bipolar transistors (IGBT), metal oxide layer field effect transistors (MOSFET) or other (self-commutated) power semiconductors.
  • FET field effect transistors
  • IGBT isolated gate bipolar transistors
  • MOSFET metal oxide layer field effect transistors
  • IGBTs and MOSFETs in particular are particularly well suited for the protective switching device according to the invention due to low flow resistances, high junction resistances and good switching behavior.
  • the protective switching device SG can preferably have a mechanical isolating contact system MK in accordance with the standard with standard-compliant isolating properties for galvanic isolation of the circuit, in particular for standard-compliant isolating (as opposed to disconnecting) the circuit.
  • the mechanical isolating contact system MK is connected to the control unit SE, as shown in FIG. 1, so that the control unit SE can initiate a galvanic isolation of the circuit.
  • an overcurrent detection can be provided, for example in the control unit SE, in the event of overcurrents, d. H . if current time limits are exceeded, i .e . H . if a current that exceeds a current limit value is present for a certain time, d. H .
  • a certain energy threshold value is exceeded, a semiconductor-based and/or galvanic interruption of the circuit occurs.
  • galvanic isolation can also be initiated.
  • the galvanic interruption of the low-voltage circuit is initiated, for example, by a further second interruption signal TRIPG, which is sent from the control unit SE to the mechanical isolating contact system MK, as shown in FIG.
  • the MK mechanical isolating contact system can interrupt on a single pole.
  • D. H . only one conductor of the two conductors, in particular the active conductor or phase conductor, is interrupted, d . H . has a mechanical contact.
  • the neutral conductor is then contact-free, i. H . the neutral wire is directly connected .
  • phase conductors have mechanical contacts of the mechanical isolating contact system.
  • the neutral conductor is directly connected in this second variant. For example, for a three-phase AC circuit.
  • the neutral conductor also has mechanical contacts, as shown in FIG.
  • the mechanical isolating contact system MK means, in particular, a (standard-compliant) isolating function, implemented by the isolating contact system MK.
  • the isolating function means the points: -minimum clearance according to the standard (minimum distance between the contacts), -contact position display of the contacts of the mechanical isolating contact system, -opening of the mechanical isolating contact system is always possible (no blocking of the isolating contact system by the handle), so-called trip-free release.
  • the isolating function and its properties are based on the DIN EN 60947 or IEC 60947 series of standards, to which reference is made here.
  • the isolating contact system is advantageously characterized by a minimum clearance of the open isolating contacts in the exhibition (open position, open contacts) as a function of the rated impulse withstand voltage and the degree of pollution.
  • the minimum clearance is in particular between (at least) 0.01 mm and 14 mm.
  • the minimum clearance is advantageously between 0.01 mm at 0.33 kV and 14 mm at 12 kV, in particular for pollution degree 1 and in particular for inhomogeneous fields.
  • the voltage and current threshold values over time are phase-synchronized in such a way that the point in time of the amplitude (maximum value) of the voltage corresponds to the point in time of the amplitude (maximum value) of the current threshold value, as shown in Figure 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreises mit einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK), die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist. Die mechanische Trennkontakteinheit (MK) kann durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden. Die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) kann durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden. Die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises wird ermittelt, derart das momentane Spannungswerte vorliegen. Die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises wird ermittelt, derart das momentane Stromwerte vorliegen. Bei Überschreitung des Betrages des momentanen Stromwertes verglichen mit mindestens einem Stromschwellwert wird eine Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert. Der mindestens eine Stromschwellwert wird in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung des Schutzschaltgerätes angepasst.

Description

Beschreibung
Schutzschaltgerät und Verfahren
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit .
Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint . Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint , die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung bzw . 120 Volt Gleichspannung, sind .
Mit Niederspannungsstromkreis bzw . -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere , spezi fischer bis zu 63 Ampere gemeint . Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere , 40 Ampere , 32 Ampere , 25 Ampere , 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint , d . h . der Strom, der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leis- tungs schal ter .
Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Uberstrom- schut zeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement . Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere . Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .
Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw . Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall- Schutzelement bzw . Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überström (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Uberstrom- grenzwerts bzw . im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz ) eingesetzt . Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer (n) bzw . Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen . Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises .
Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf . D . h . der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt , die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw . leitfähig geschaltet werden können . Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise , wobei die Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d . h . der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über das mechanische Trennkontaktsystem als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
Bei halbleiterbasierten Schutzschaltgeräte bzw. Schutzgeräten, neudeutsch Solid State Circuit Breaker, kurz SSCB, muss die Schaltenergie nicht wie bei einem mechanischen Schaltgerät in einen Lichtbogen, sondern mittels eines zusätzlichen Schaltkreises, dem Energy Absorber, in Wärme umgesetzt werden. Die Abschaltenergie umfasst dabei die im Stromkreis, d.h. in den Netz-, Leitungs- bzw. Lastimpedanzen (Verbraucherimpedanzen) , gespeicherte Energie. Um den Energy Absorber zu entlasten, muss der Strom, der im Moment des Abschaltens fließt, möglichst gering sein. Dies gilt auch im Falle eines Kurzschlusses. Hier steigt der Strom sehr schnell an. Durch schnelle Kurzschlusserkennung kann ein Kurzschluss frühzeitig erkannt und ein zu hoher Kurzschlussstrom vermieden werden. Das halbleiterbasierte Schutzschaltgerät unterbricht, im Sinne eines Abschaltvorganges, nahezu unverzögert, innerhalb von ps, den Stromkreis. Es treten keine hohen Ströme auf und die Belastung des Energy Absorbers eines halbleiterbasierten Schutzschaltgerätes wird reduziert. Bekannte Kurschlusserkennungen bzw. Abschaltkriterien basieren üblicherweise auf der Ermittlung und Auswertung des Strom-Istwertes.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f, typischerweise 50 oder 60 Hertz (Hz) . Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: u(t) = U * sin (2n * f * t) beschrieben. Wobei: u(t) = momentaner Spannungswert zu der Zeit t
U = Amplitude (Maximalwert) der Spannung Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotation eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zeigers und dessen Vollwinkel beträgt 2n (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2n-fache ihrer Frequenz, d.h. : w = 2n*f = 2n/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)
Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (w) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2n ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: u ( t ) = U * sin (wt)
Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.
Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit w und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel cp ( t ) , der auch als Phasenwinkel cp ( t ) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel cp ( t ) durchläuft periodisch den Bereich O...2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (cp = n* (0...2n) bzw. cp = n* ( 0 °...360 ° ) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O...2n bzw. cp = 0°...360° ) .
Mit momentanem Spannungswert u(t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel cp gemeint ( cp = O...2n bzw . cp = 0 °...360 ° , der j eweiligen Periode ) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere eine Möglichkeit auf zuzeigen, dass bei einem auftretenden Kurzschluss oder Überstrom, d . h . bei Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes , die elektronische Unterbrechungseinheit sicher eine Vermeidung eines elektrischen Stromflusses durchführt .
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst .
Erfindungsgemäß ist ein ( elektronisches ) Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , vorgesehen, aufweisend :
- ein Gehäuse , mit ersten, insbesondere netzseitigen, und zweiten, insbesondere lastseitigen, Anschlüssen für Leiter des Niederspannungsstromkreises ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei insbesondere die mechanische Trennkontakteinheit den ( zweiten) lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit den ( ersten) netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist , - einer Stromsensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , derart das momentane Stromwerte vorliegen,
- einer Spannungssensoreinheit , zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , derart das momentane Spannungswerte vorliegen,
- einer Steuerungseinheit , die mit der Stromsensoreinheit , der Spannungssensoreinheit , der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist , wobei bei ( insbesondere betragsmäßiger ) Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung im Niederspannungsstromkreis angepasst wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass das Schutzschaltgerät bei einem auftretendem Überström bzw . Kurzschluss diesen insbesondere durch die elektronische Unterbrechungseinheit sicher vermeiden kann, d . h . abschalten kann . Sicher bedeutet hier in diesem Zusammenhang, dass die halbleiterbasierten Schaltelemente ( z . B . Leistungshalbleiter ) vor einer thermischen Zerstörung geschützt werden . Die Abschaltleistung der elektronischen Unterbrechungseinheit , insbesondere dessen (Leistungs- ) Halbleiter , ist durch die ( aktuelle ) Spannung begrenzt , insbesondere durch die bei hohen Spannungen bereitgestellte Energiemenge , die zur thermischen Überlastung führen könnte . Um eine sichere Abschaltung (bei Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes zu gewährleisten) ohne eine Überdimensionierung der elektronischen Unterbrechungseinheit , insbesondere dessen ( Leistungs- ) Halbleiter, zu erreichen, wird abhängig von der Höhe der Spannung im Niederspannungsstromkreis , die Höhe des mindestens einen Stromschwellwertes angepasst . So kann erfindungsgemäß mit einfachen Einheiten eine hohe Ef fi zienz sowie ein hoher ökonomischer Nutzen erreicht werden . Vorsteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung derart angepasst wird, dass bei abnehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert verringert wird und dass bei zunehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert erhöht wird, insbesondere bis zu einem Maximalwert des mindestens einen Stromschwellwert erhöht wird .
Vorteilhaft wird so bei niedrigen Spannungen der Stromschwellwert ( die Stromschwelle ) verringert , da bei niedrigen Spannungen und hohen Strömen ein höher Wärmeeintrag erfolgen kann, der so besser erkannt wird, um so die Stromtragfähigkeit bzw . Wärmekapazität , insbesondere der elektronischen Unterbrechungseinheit , spezieller dessen ( Leistungs- ) Halbleiter, maximal aus zunutzen .
Bei Wechselspannungen (AC-Spannungen) besteht die Möglichkeit , dass im Kurzschlussmoment nur eine sehr kleine Spannung, z . B . 10V, am energiequellenseitigen Anschluss (Netzanschluss ) anliegt . Dies führt dazu, dass nicht sofort beim Eintreten des Kurzschlusses eine Abschaltung erfolgt , da aufgrund der kleinen Spannung nur ein kleiner Kurzschlussstrom fließt . Nach kurzer Zeit , typischerweise im Bereich von 1-3 ms , steigt die Wechselspannung am energiequellenseitigen Anschluss (Netzanschluss ) an, sodass ein ausreichend großer Strom für die Abschaltung fließt . Diese verzögerte Abschaltung stellt für die elektronische Unterbrechungseinheit , insbesondere dessen halbleiterbasierte Schaltelemente ( den elektronischen Schalter ) eine erhöhte thermische Belastung dar, da der eingesetzte Halbleiter-Chip der halbleiterbasierten Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit eine sehr kleine thermische Kapazität und somit eine sehr kleine thermische Zeitkonstante ( typischerweise kleiner als 1 ms ) hat . Die beschriebene Lösung reduziert bei kleinem Momen- tanwert der Spannung die Stromschwelle zur Abschaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit , sodass diese auch bei kleinen Spannungen schnell abschaltet und die halbleiterbasierten Schaltelemente bzw . deren Halbleiter-Chip der elektronischen Unterbrechungseinheit vor thermischer Zerstörung geschützt wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass eine kontinuierliche Anpassung des mindestens einen Stromgrenzwertes erfolgt . Ferner kann insbesondere eine Anpassung erfolgen, die schneller als 20 ms , spezieller schneller als 10 ms oder bevorzugt schneller als 1 ms durchgeführt wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine schnelle Mitführung des Stromschwellwertes erfolgt , um so eine maximale Ausnutzung der elektronischen Unterbrechungseinheit , insbesondere dessen ( Leistungs- ) Halbleiter, zu erreichen und so eine hohe ökonomische Ausnutzung erreicht wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass der momentane Stromwert der ermittelten Höhe des Stromes mittels eines analogen Komparators mit dem mindestens einen Stromschwellwert derart verglichen wird, dass bei Überschreitung des Betrages des Stromes über den Betrag des mindestens einen Stromschwellwertes die Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
Mit Überschreitung des Betrages des Stromes über den Betrag des mindestens einen Stromschwellwertes ist in diesem Zusammenhang sinnvollerweise die Überschreitung des Stromschwellwertes bei einem positiven Stromwert und die Unterschreitung eines negativen (betragsmäßig gleichem) Stromschwellwertes bei einem negativen Stromwert gemeint (Wechselstrom) . Dies könnte auch über einen betragsmäßigen Vergleich realisiert werden . Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine schnelle Vermeidung eines Stromflusses (Abschaltung) , insbesondere durch die elektronische Unterbrechungseinheit erzielt wird .
Mit momentanen Stromwert ist beispielsweise ein analoger momentaner Stromwert gemeint , der die Höhe des Stromes durch ein Äquivalent , wie eine elektrische Spannung ( Spannungssignal ) , wobei die Höhe der Spannung die Höhe des Stromes repräsentiert . Beispielsweise ist ein analoger momentaner Stromwert ein analoger Messwert des Stromes , welcher als ein elektrisches Spannungssignal vorliegt , welches den Stromverlauf als Äquivalent abbildet .
Mit momentanen Stromschwellwert ist beispielsweise ein analoger momentaner Stromwertschwellwert gemeint , der die Höhe des Stromes durch ein Äquivalent angibt , wie eine elektrische Spannung ( Spannungssignal ) , wobei die Höhe der Spannung die Höhe des Stromes repräsentiert . Beispielsweise ist der analoge momentane Stromschwellwert ein analoges Signal , welches als elektrische Spannung ( ssignal ) vorliegt , welches den momentanen Stromschwellwert (verlauf ) als Äquivalent abbildet .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass der mindestens eine Stromschwellwert digital berechnet wird (von der Steuerungseinheit bzw . beispielsweise von einem darin enthaltenen Mikroprozessor bzw . Microcontroller / Micro-Controller ) , der berechnete digitale Stromschwellwert mit einem Digital- Analog-Umsetzer in einen analogen Stromschwellwert umgesetzt wird, der analoge Stromschwellwert dem Komparator zugeführt wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer analogen Schaltung ( typischer weise im Bereich von wenigen Nanosekunden [ns ] , z . B . 5- 10 ns ) mit der Flexibilität eines digitalen programmierbaren und intelligenten Systems ( z . B . Mikroprozessor / Micro-Controllers ) kombiniert wird . Der analoge Komparator arbeitet zeitkontinuierlich, das heißt nicht zeitdiskret . Die Erkennung eines Überstromes (Überschreitung Stromschwellwert ) ist hiermit in einer sehr kurzen Zeit möglich . Ein Mikroprozessor / Microcontroller arbeitet als zeitdiskrete Steuerung, sodass die Reaktions zeit auf den Verarbeitungstakt beschränkt ist , der typsicherweise im Bereich von 10- 100 ps liegt .
Mit dieser Kombination kann die Flexibilität und Anpassbar- keit eines digitalen (momentanen) Stromschwellwertes erhalten bleiben und gleichzeitig die hohe Reaktions zeit der analogen Schaltung erreicht werden . Dies ist möglich, da die Anpassung des Stromschwellwertes nicht im Nanosekundenbereich / ns passieren muss , nur dessen Vergleich mit dem ( aktuellen) Momentanwert des Stromwertes sollte im ns-Bereich durchgeführt werden, was durch diese Anordnung/Kombination möglich ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Höhe der Spannung in einen digitalen Spannungswert umgesetzt wird, der digitale Spannungswert wird auf seinen Amplitudenwert normiert , anschließend wird der Betrag gebildet , dann wird der Betrag mit einem ersten Faktor ( kl ) multipli ziert und anschließend ein Minimalwert ( k2 ) addiert , das resultierende Ergebnis ergibt einen Skalierungs faktor ( FM ( t ) ) für den mindestens einen Stromschwellwert , der mit dem mindestens einen Stromschwellwert multipli ziert wird, um einen ( zeitlich veränderlichen) angepassten Stromschwellwert zu erhalten .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine besonders einfache Berechnung bzw . Anpassung des Stromschwellwertes in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Höhe der Spannung in einen digitalen Spannungswert umgesetzt wird, der Betrag des Spannungswertes wird von der Amplitude des Span- nungswertes subtrahiert , anschließend wird das Ergebnis mit einem Faktor ( k3 ) multipli ziert , das resultierende Ergebnis ergibt einen Korrekturwert , der von dem mindestens einen Stromschwellwert abgezogen wird, um einen ( zeitlich veränderlichen) angepassten Stromschwellwert zu erhalten .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere besonders einfache Berechnung bzw . Anpassung des Stromschwellwertes in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen vom (periodischen) zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung (Wechselspannung) , d . h . von den momentanen Spannungswerten, abhängige (periodische ) momentane Stromschwellwerte vor .
Die momentanen Stromwerte werden ( insbesondere phasenbezogen) mit den momentanen Stromschwellwerten verglichen . Bei (betragsmäßiger ) Überschreitung des momentanen Stromschwellwertes wird eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine von der Periodi zität der Spannung abhängige Schwellwerte/Stromschwellwerte vorliegen, um eine schnelle Stromflussvermeidung (Auslösung) , insbesondere durch die elektronische Unterbrechungseinheit , zu erreichen . Bei geringen Spannungen werden kleine Stromschwellwerte und bei hohen Spannungen große Stromschwellwerte verwendet .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die (periodischen) momentanen Stromschwellwerte einen Minimalwert auf , der größer als Null ist . Insbesondere ist dieser Minimalwert im Bereich von 5 bis 20% des Maximalwertes , d . h . des maximalen Stromschwellwertes .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass bei kleinen Stromschwellwerten bzw . kleinen Spannungen eine sichere und schnelle Erkennung von Kurzschlussströmen ermöglicht wird und Fehlauslösungen vermieden werden .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Niederspannungsstromkreis einen zeitlich sinus förmigen Spannungsverlauf auf ( Ideal fall ) . Insbesondere ist der Niederspannungsstromkreis ein Niederspannungswechselstromkreis . Die momentanen Stromschwellwerte weisen ebenfalls einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, ( annähernd) sinus förmigen Stromverlauf auf . Wobei insbesondere der Nulldurchgang bzw . der Bereich des Nulldurchganges einen (betragsmäßigen) Minimalwert aufweist , der größer als Null ist , insbesondere ist dieser Minimalwert im Bereich von 5 bis 20% des Maximalwertes , d . h . des maximalen Stromschwellwertes . Die zeitlichen Verläufe von Spannung und Stromschwellwerten sind phasenbezogen derart synchronisiert , dass der Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert ) der Spannung mit dem Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert ) des Stromschwellwertes übereinstimmt .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine einfache Erkennung bei ( insbesondere ) sinus förmigen Spannungsverläufen ermöglicht wird . Dies ist besonders vorteilhaft für Niederspannungswechselstromkreise .
Insbesondere stimmt der Bereich des Nulldurchganges der Spannung mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromschwellwertes überein .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass die Steuerungseinheit eine analoge erste Teileinheit und eine digitale zweite Teileinheit aufweist . Die erste Teileinheit weist einen ( analogen) ( Strom- ) Komparator auf , dem die momentanen ( analogen) Stromwerte und die momentanen ( analogen) Stromschwellwerte , letztere insbesondere von der zweiten Teileinheit , zugeführt werden . Die Stromschwellwerte werden gemäß dem zeitlichen Verlauf der Spannung von der zweiten Teileinheit phasenbezogenen bereitgestellt . Hiermit wird ein auf den zeitlichen Verlauf der Spannung phasenbezogener Vergleich der momentanen Stromwerte mit den momentanen Stromschwellwerten ermöglicht . Womit eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises bei Überschreitung der (momentanen) Stromschwellwerte initiiert werden kann .
Dies hat den besonderen Vorteil , einer einfachen Implementierung der Lösung .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass eine Netzsynchronisationseinheit vorgesehen ist . Diese ermittelt aus den zugeführten momentanen Spannungswerten mindestens einen Phasenwinkel ( cp ( t ) ) der Spannung und alternativ die Amplitude (U) der Spannung . Eine Schwellwerteinheit ist vorgesehen, die mit der Netzsynchronisationseinheit verbunden ist , so dass mit dem Phasenwinkel ( cp ( t ) ) der Spannung, der Amplitude (U) der Spannung und einem maximalen Grenzwert/Schwellwert für den Stromschwellwert => momentane Stromschwellwerte ermittelt werden . Die momentanen Stromwerte werden phasenbezogen mit den momentanen Stromschwellwerten verglichen, zur Ermittlung der Initiierung einer Vermeidung eines Stromflusses (Unterbrechung) .
Dies hat den besonderen Vorteil einer weiteren einfachen Implementierung der Lösung .
Vorteilhaft wird primär eine Vermeidung des Stromflusses durch die elektronische Unterbrechungseinheit initiiert . Zusätzlich, bzw . bei Vorliegen weiterer Kriterien, kann eine galvanische Unterbrechung durch das mechanische Trennkontaktsystem initiiert werden .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht . Beim Verfahren zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis in einem Schutzschaltgerät mit einer mechanischen Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, wobei die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird, derart das momentane Spannungswerte vorliegen, wobei die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird, derart das ( analoge ) momentane Stromwerte vorliegen, wobei bei Überschreitung ( insbesondere des Betrages ) des momentanen Stromwertes verglichen mit ( insbesondere dem Betrag des ) mindestens einem Stromschwellwert eine Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, wird der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung des Schutzschaltgerätes angepasst .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung derart angepasst , dass bei abnehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert verringert wird und dass bei zunehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert erhöht wird, insbesondere bis zu einem Maximalwert des mindestens einen Stromschwellwertes erhöht wird .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt beansprucht . Das Computerprogrammprodukt umfass Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller ^Mikroprozessor ) diesen veranlassen die Sicher- heit eines derartigen Schutzschaltgerätes zu verbessern bzw . eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen, speziell dass die elektronische Unterbrechungseinheit sicher eine Vermeidung eines elektrischen Stromflusses durchführt . Der Mikrocontroller ^Mikroprozessor ) ist Teil des Schutzschaltgerätes , insbesondere der Steuerungseinheit .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist , beansprucht .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersignal , das das Computerprogrammprodukt überträgt , beansprucht .
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 12 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutz- schaltgerätes zur schnellen und sicheren Abschaltung bei Überströmen und Kurzschlüssen und vermeidet eine thermische Zerstörung der eingesetzten halbleiterbasierten Schaltelemente bei Überströmen oder Kurzschlüssen .
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden .
Dabei zeigt die Zeichnung :
Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 3 eine erste Ausgestaltung des Schutzschaltgerätes , Figur 4 eine zweite Ausgestaltung des Schutzschaltgerätes ,
Figur 5 Spannungs- und Stromschwellwertverläufe über der Zeit .
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , mit einem Gehäuse GEH, aufweisend :
- Anschlüsse für Leiter des Niederspannungsstromkreises , insbesondere erste Anschlüsse LI , NI für eine netzseitigen, insbesondere energiequellenseitigen, Anschluss EQ des Schutz- schaltgerätes SG und zweite Anschlüsse L2 , N2 für einen lastseitigen, insbesondere energiesenkenseitigen - im Falle passiver Lasten, Anschluss ES (verbraucherseitigen Anschluss ) des Schutzschaltgerätes SG, wobei speziell phasenleiterseitige Anschlüsse LI , L2 und neutralleiterseitige Anschlüsse NI , N2 vorgesehen sein können; der lastseitige Anschluss kann eine passive Last (Verbraucher ) oder/und eine aktive Last ( (weitere ) Energiequelle aufweisen, bzw . eine Last , die sowohl passiv als auch aktiv sein kann, z . B . in zeitlicher Abfolge ;
- eine Spannungssensoreinheit SU, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , so dass momentane Spannungswerte (phasenbezogene Spannungswerte ) DU vorliegen, mit momentanen (phasenwinkelbezogene ) Spannungswerten sind insbesondere analoge momentane Spannungswerte gemeint , d . h . beispielsweise ein analoges Äquivalent , dass die Höhe der Spannung angibt , beispielsweise eine analoge Spannung, dessen Höhe der der elektrischen Spannung entspricht ,
- eine Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , derart das momentane (phasenwinkelbezogene ) Stromwerte DI vorliegen, mit momentanen (phasenwinkelbezogene ) Stromwerten sind insbesondere analoge momentane Stromwerte gemeint , d . h . beispielsweise ein analoges Äquivalent , dass die Höhe des Stromes angibt , beispielsweise eine analoge Spannung, dessen Höhe der des elektrischen Stromes entspricht , - einer elektronischen Unterbrechungseinheit EU, die durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung ( insbesondere Unterbrechung) eines Stromflusses und einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist ,
- eine mechanische Trennkontakteinheit MK, die durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Steuerungseinheit SE , die mit der Spannungssensoreinheit SU, der Stromsensoreinheit S I , der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist elektrisch in Serie mit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU geschaltet .
Die Steuerungseinheit SE kann :
* mit einer digitalen Schaltung, z . B . mit einem Mikroprozessor, realisiert sein; der Mikroprozessor kann auch einen Analog- Teil enthalten;
* mit einer digitalen Schaltung mit analogen Schaltungsteilen realisiert sein .
Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE , ist derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere in einem ersten Schritt durch die elektronische Unterbrechungseinheit EU initiiert wird .
D . h . bei Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes , der in der Regel durch einen, insbesondere lastseitigen (ES ) , Kurzschluss verursacht wird, wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises geschaltet . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung im Niederspannungsstromkreis angepasst wird .
D . h . es ist mindestens ein Stromschwellwert vorgesehen, bei dessen ( insbesondere betragsmäßiger ) Überschreitung eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird . Dieser eine Stromschwellwert wird dann in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung angepasst . Hiermit wäre eine einfache Lösung für die Erfindung gegeben .
Es können auch mehrere Stromschwellwerte vorgesehen sein, insbesondere können momentane / phasenwinkelbezogene Stromschwellwerte vorgesehen sein, so dass abhängig vom Phasenwinkel der elektrischen Spannung bzw . des elektrischen Stromes ein momentaner bzw . phasenwinkelbezogener Vergleich durchgeführt wird . Diese momentanen bzw . phasenwinkelbezogenen Stromschwellwerte können dann in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung angepasst werden . Insbesondere in einem Niederspannungswechselstromkreis kann dann schnell , beispielsweise für den Bereich steigender oder fallender Momentanwerte der Spannung, ein angepasster momentaner bzw . phasenwinkelbezogener Stromschwellwert zur Verfügung gestellt werden (bzw . ein Satz angepasster Stromschwellwerte für j ede Halbwelle - Anpassung alle 10 ms in einem Niederspannungswechselstromkreis mit einer Netz frequenz von 50 Hz ) .
Ein Vergleich kann dahingehend erfolgen, dass vom (periodischen) zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung bzw . der ermittelten momentanen Spannungswerte abhängige (periodische ) momentane Stromschwellwerte vorliegen .
Die momentanen Stromschwellwerte können kontinuierlich oder phasenwinkelweise vorliegen .
Die momentanen Stromschwellwerte können dabei pro einzelnen Phasenwinkel , einen Phasenwinkelbereich (mehrere Phasenwinkel ) , z . B . alle 2 ° , oder einen Phasenwinkelabschnitt ( ein Teil eines Phasenwinkels) , z.B. alle 0,5° oder 0,1° vorliegen. Insbesondere eine Auflösung von 1° bis 5° ist besonders vorteilhaft (dies entspricht einer Abtastrate von 3,5 bis 20 kHz ) .
Die momentanen Stromwerte werden phasenbezogen mit den momentanen Stromschwellwerten verglichen. Bei betragsmäßiger Überschreitung des momentanen Stromschwellwertes durch den Betrag des momentanen Stromwertes wird eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises, z.B. durch ein erstes Unterbrechungssignal TRIP von der Steuerungseinheit SE zur elektronischen Unterbrechungseinheit EU, initiiert, wie in Figur 1 eingezeichnet .
Die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist gemäß Figur 1 als Block in beiden Leitern eingezeichnet. Damit ist in einer ersten Variante keine Unterbrechung beider Leiter gemeint. Mindestens ein Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter, weist halbleiterbasierte Schaltelemente auf. Der Neutralleiter kann schaltelementefrei sein, d.h. ohne halbleiterbasierte Schaltelemente. D.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. D.h. es erfolgt nur eine einpolige Unterbrechung (des Phasenleiters) . Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU die Phasenleiter halbleiterbasierten Schaltelemente auf. Der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. Beispielsweise für einen Dreiphasen- Wechselstromkreis .
In einer dritten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU kann der Neutralleiter ebenfalls ein halbleiterbasiertes Schaltelement aufweisen, d.h. bei einer Unterbrechung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU werden beide Leiter hochohmig.
Die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiterbauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren ( FET ) , I solated Gate Bipolartransistoren ( IGBT ) , Metall Oxid Schicht Feldef fekttransistoren (MOSFET ) oder andere ( selbstgeführte ) Leistungshalbleiter aufweisen . Insbesondere IGBT ' s und MOSFET ' s eignen sich auf Grund geringer Durchflusswiderstände , hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schaltverhaltens besonderes gut für das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät .
Das Schutzschaltgerät SG kann bevorzugt ein mechanisches Trennkontaktsystem MK gemäß Norm mit normgerechten Trennereigenschaften, zur galvanischen Trennung des Stromkreises , insbesondere zum normgerechten Freischalten ( im Gegensatz zum Abschalten) des Stromkreises aufweisen . Das mechanische Trennkontaktsystem MK ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden, wie in Figur 1 eingezeichnet , so dass die Steuerungseinheit SE eine galvanische Trennung des Stromkreises initiieren kann .
Speziell kann eine weitere Auswertung implementiert sein, die bei Erfüllung anderer Kriterien eine galvanische Trennung herbei führt . Beispielsweise kann eine Überstromerkennung vorgesehen sein, beispielsweise in der Steuerungseinheit SE , die bei Überströmen, d . h . bei Überschreitung von Strom-Zeitgrenz- werten, d . h . wenn ein Strom, der einen Stromgrenzwert überschreitet , eine bestimmte Zeit anliegt , d . h . beispielsweise ein bestimmter Energieschwellwert überschritten, eine halbleiterbasierte oder/und galvanische Unterbrechung des Stromkreises erfolgen .
Alternativ bzw . zusätzlich kann beispielsweise bei einem erkannten Kurzschluss auch eine galvanische Trennung initiiert werden .
Die Initiierung der galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein weiteres zweites Unterbrechungssignal TRIPG, dass von der Steuerungseinheit SE zum mechanisches Trennkontaktsystem MK gesendet wird, wie in Figur 1 eingezeichnet . Das mechanische Trennkontaktsystem MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen . D . h . es wird nur ein Leiter der beiden Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d . h . weist einen mechanischen Kontakt auf . Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei , d . h . der Neutralleiter ist direkt verbunden .
Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante die Phasenleiter mechanische Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems auf . Der Neutralleiter ist in dieser zweiten Variante direkt verbunden . Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis .
In einer dritten Variante des mechanischen Trennkontaktsystem MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf , wie in Figur 1 eingezeichnet .
Mit mechanischem Trennkontaktsystem MK ist insbesondere eine (normgerechte ) Trennfunktion gemeint , realisiert durch das Trennkontaktsystem MK . Mit Trennfunktion sind die Punkte : -Mindestluf tstrecke nach Norm (Mindestabstand der Kontakte ) , -Kontaktstellungsanzeige der Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystem, -Öf fnung des mechanischen Trennkontaktsystem immer möglich ( keine Blockierung des Trennkontaktsystems durch die Handhabe ) , so genannte Freiauslösung gemeint .
Hinsichtlich der Mindestluf tstrecke zwischen den Kontakten des Trennkontaktsystem ist diese im Wesentlichen spannungsabhängig . Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen) , und der Luftdruck bzw . die Höhe über Normalnull .
Für diese Mindestluf tstrecken bzw . Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschri ften bzw . Normen . Diese Vorschri ften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungs f estig- keit die Mindestluf tstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke ) weist das Trennkontaktsystem bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf.
Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften der Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird .
Das Trennkontaktsystem ist vorteilhafterweise durch eine Mindestluf tstrecke der geöffneten Trennkontakte in der Ausstellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Verschmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluf tstrecke beträgt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluf tstrecke zwischen 0,01 mm bei 0,33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbesondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inhomogene Felder.
Vorteilhafterweise kann die Mindestluf tstrecke die folgenden Werte aufweisen:
E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100): 2018-06
Tabelle 13 - Mindestluftstrecken
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Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten . Dadurch lässt vorteilhafterweise ein entsprechend der Bemessungsstoßspannungs festigkeit dimensioniertes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen .
Figur 2 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 , mit dem Unterschied, dass vorteilhaft (bei der Serienschaltung aus mechanischer Trennkontakteinheit MK und elektronischer Unterbrechungseinheit EU) die mechanische Trennkontakteinheit MK den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit EU den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist . Ferner ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU als einpolige elektronische Unterbrechungseinheit EU ausgeführt , d . h . ist im Beispiel im Phasenleiter, d . h . zwischen den Anschlüssen LI , L2 , vorgesehen . Die elektronische Unterbrechungseinheit EU weist ferner (mindestens ) ein halbleiterbasiertes Schaltelement (= Leistungshalbleiter ) auf , was in Figur 2 angedeutet ist . Das halbleiterbasierte Schaltelement weist ferner ein Überspannungsschutzelement auf, was in Figur 2 ebenfalls angedeutet ist. Die Steuerungseinheit SE weist eine analoge erste Teileinheit SEA und eine digitale zweite Teileinheit SED auf. Die digitale zweite Teileinheit SED kann beispielsweise ein Mikroprozessor bzw. digitaler Signalprozessor (DSP) sein. Die analoge erste Teileinheit SEA weist mindestens einen ( Strom- ) Komparator auf, wie in Figur 2 angedeutet .
Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 und 2, mit einer weiteren detaillierten Ausgestaltung. Die Steuerungseinheit SE weist zwei Teileinheiten auf, eine, bevorzugt analoge, erste Teileinheit SEA und eine, bevorzugt digitale, zweite Teileinheit SED. Die erste Teileinheit SEA weist hierbei einen analogen ( Strom- ) Komparator CI auf. Diesem werden einerseits die momentanen Stromwerte DI der Stromsensoreinheit SI zugeführt. Andererseits werden dem Stromkomparator CI (im Beispiel) (ein Stromschwellwert oder) die momentanen Stromschwellwerte SWI von der zweiten Teileinheit SED zugeführt.
Mit Strom-Komparator ist hierbei ein Komparator gemeint, der zwei ( Strom- ) Größen miteinander vergleicht, wobei hierbei insbesondere Äquivalente der Höhe des Stromes miteinander verglichen werden (z.B. zwei Spannungen, deren Spannungshöhe jeweils die Stromhöhe bzw. die Höhe des Stromschwellwertes repräsentiert) .
Die (analogen) momentanen Stromschwellwerte sind insbesondere ein analoger Spannungsverlauf.
Der Stromkomparator CI vergleicht die momentanen Stromwerte DI mit den momentanen Stromschwellwerten SWI und gibt, wie beschrieben, bei (insbesondere betragsmäßiger) Überschreitung, ein erstes Stromunterbrechungssignal TI, zur Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises, ab.
Das Stromunterbrechungssignal TI kann einer Logikeinheit LG zugeführt werden, die es mit anderen Unterbrechungssignalen kombiniert und das erste Unterbrechungssignal TRIP zur halbleiterbasierten Unterbrechung bzw. hochohmigen Unterbrechung an die elektronische Unterbrechungseinheit EU abgibt.
Mit dem analogen ( Strom- ) Komparator ist insbesondere eine sofortige, d.h. sehr schnelle, Erkennung der Überschreitung möglich, diese findet üblicherweise im ns-Bereich statt, d.h. zwischen 1 und 100 ns.
Im Vergleich dazu würde ein digitales System aktuell im ps- bereich, also beispielsweise zwischen 2 - 100 ps reagieren, auf Grund der Berechnungs- und Reaktionszeiten.
In einer Ausgestaltung speichert der Stromkomparator CI die momentanen ( Strom- ) Schwellwerte SWI zwischen, um die Werte ständig zur Verfügung zu haben.
Wobei die momentanen Stromschwellwerte SWI mit dem zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte (dem zeitlichen Verlauf der Spannung) synchronisiert sind. Dadurch werden bei kleiner momentaner Spannung (Phasenwinkel einer sinusförmigen Wechselspannung von z.B. -30° bis 0° bis 30°) kleine momentane Stromschwellwerte SWI verwendet (bzw. liegen vor) und bei hoher momentaner Spannung (Phasenwinkel einer sinusförmigen Wechselspannung von z.B. 60° bis 90° bis 120°) hohe Stromschwellwerte SWI verwendet (bzw. liegen vor) . Dadurch ist beispielsweise vorteilhaft die Auslösezeit weitestgehend unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung, so dass die Auslösezeit unter einem zeitlichen ersten Schwellwert liegt.
Die analogen momentanen Stromwerte DI und die analogen momentanen Spannungswerte DU werden zudem der zweiten Teileinheit SED zugeführt. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die momentanen Stromwerte DI oder/und momentanen Spannungswerte DU dort durch einen Analog-Digital-Umsetzer ADC digitalisiert und einem Mikroprozessor (=Mikrocontroller ) CPU zugeführt. Dieser führte eine Ermittlung bzw. Berechnung der momentanen Stromschwellwerte SWI durch, in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung / der zugeführten momentanen Spannungswerte DU . Die durch die zweite Teileinheit SED bzw . insbesondere den Mikroprozessor CPU ermittelten momentanen Stromschwellwerte SWI werden wiederum durch einen Digital-Analog-Umsetzer ( DAC ) der ersten Teileinheit SEA zugeführt , insbesondere dem Stromkomparator CI , um den oben beschriebenen Vergleich durchzuführen .
Die zweite Teileinheit SED oder die erste Teileinheit SEA kann einen Digital-Analog Umsetzer DAC aufweisen, um die in der zweite Teileinheit SED berechneten ( digitalen) Stromschwellwerte SWI in analoge Stromschwellwerte SWI umzusetzen, um einen anlogen Vergleich in der erste analogen Teileinheit SEA durchzuführen . Im Beispiel gemäß Figur 3 ist der Digital- Analog Umsetzer DAC ein Teil der zweiten ( digitalen) Teileinheit SED (bzw . dieser zugeordnet ) .
Dabei kann vorteilhaft die Ermittlung der momentanen Stromschwellwerte SWI in der zweiten Teileinheit SED digital erfolgen bzw . mit einer langsameren Verarbeitungsgeschwindigkeit als der fortlaufende Vergleich von analogen momentanen Stromwerten DI mit den analogen momentanen Stromschwellwerten SWI in der ersten Teileinheit SEA. Dies ist vorteilhaft , da der analoge Vergleich der Stromwerte mit den Stromschwellwerten mittels des Komparators schneller erfolgt als die Verarbeitungs zeit bzw . Berechnungs zeit in der digitalen zweiten Teileinheit SED .
Der phasengenaue Vergleich ist in der Regel durch die schnellen Verarbeitungsgeschwindigkeiten von Analog-Digital- Umsetzer ADC, Mikroprozessor (=Mikrocontroller ) CPU und Digital-Analog Umsetzer DAC im Vergleich zur Frequenz des Niederspannungsstromkreises , der in Europa in Regel 50 Hertz beträgt , sichergestellt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Teileinheit SEA einen Spannungskomparator CU aufweisen . Diesem werden einerseits die momentanen Spannungswerte DU des Spannungssensors SU zugeführt . Andererseits werden dem Spannungskomparator CU momentane Spannungsschwellwerte SWU von der zweiten Teileinheit SED zugeführt .
Der Spannungskomparator CU vergleicht die momentanen Spannungswerte DU mit den momentanen Spannungsschwellwerten SWU und gibt bei Überschreitung oder Unterschreitung bzw . Bereichsprüfung ein Spannungsunterbrechungssignal TU zur Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises ab .
Das Spannungsunterbrechungssignal TU kann der Logikeinheit LG zugeführt werden, die es mit dem (n) ( anderen) Unterbrechungssignal ( en) kombiniert und das erste Unterbrechungssignal TRIP zur halbleiterbasierten Unterbrechung bzw . hochohmigen Unterbrechung an die elektronische Unterbrechungseinheit EU abgibt .
In einer Ausgestaltung speichert der Spannungskomparator CU die momentanen Schwellwerte SWU zwischen, um die Werte ständig zur Verfügung zu haben .
In einer Ausgestaltung führt der Mikroprozessor CPU eine Ermittlung bzw . Berechnung der momentanen Spannungsschwellwerte SWU durch . Die durch die zweite Teileinheit SED bzw . insbesondere den Mikroprozessor CPU ermittelten momentanen Spannungsschwellwerte SWU werden wiederum der ersten Teileinheit SEA zugeführt , insbesondere dem Spannungskomparator CU, um den oben beschriebenen Vergleich durchzuführen . Die digitalen momentanen Spannungsschwellwerte SWU können durch einen weiteren, nicht dargestellten, Digital-Analog-Umsetzer in analoge momentanen Spannungsschwellwerte SWU umgesetzt werden . Diese werden mit dem Spannungskomparator CU mit den analogen momentanen Spannungswerten DU verglichen .
Dabei kann vorteilhaft die Ermittlung der momentanen Spannungsschwellwerte SWU in der zweiten Teileinheit SED digital erfolgen bzw . mit einer langsameren Verarbeitungsgeschwindig- keit als der fortlaufende Vergleich von momentanen Spannungswerten DU und momentanen Spannungsschwellwerten SWU in der ersten Teileinheit SEA.
Je nach Ausgestaltung kann ein zweites Unterbrechungssignal TRIPG von der zweiten Teileinheit SED der Steuerungseinheit SE , insbesondere vom Mikroprozessor CPU, zur galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises an das mechanische Trennkontaktsystem MK abgegeben werden, wie in Figur 3 eingezeichnet .
Die Ausgestaltung der Steuerungseinheit mit einer analogen ersten Teileinheit und eine digitale zweiten Teileinheit hat den besonderen Vorteil , dass eine ef fi ziente Architektur vorliegt . Die erste analoge Teileinheit kann einen sehr schnellen Vergleich von analogen momentanen Werten und analogen Schwellwerten durchführen, wodurch eine schnelle Kurzschlusserkennung möglich ist . Die zweite Teileinheit kann eine davon unabhängige Schwellwertberechnung bzw . Anpassung durchführen, erfindungsgemäß abhängig von der Höhe der Spannung, die nicht so schnell wie die Erkennung durchgeführt werden muss . Die Schwellwerte können beispielsweise zwischengespeichert werden, um für einen schnellen Vergleich zur Verfügung zu stehen . Die Schwellwerte müssen nicht ständig angepasst werden .
Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung bzw . Variante gemäß der Figuren 1 bis 3 . Figur 4 zeigt einen Teil einer einfachen Variante der, bevorzugt analogen, ersten Teileinheit SEAE und einen Teil einer alternativen Variante der, bevorzug digitalen, zweiten Teileinheit SEDE auf .
Der Teil der einfachen Variante der ersten Teileinheit SEAE weist den Stromkomparator CIE auf , dem die momentanen Stromwerte DI , insbesondere deren Betrag, und die momentanen Stromschwellwerte SWI , insbesondere ebenso betragsbezogen, zugeführt werden . Der Stromkomparator CIE gibt in diesem Beispiel direkt das erste Unterbrechungssignal TRIP zur Unter- brechung des Niederspannungsstromkreises ab, analog zu den vorhergehenden Figuren. Die Betragsbildung kann durch eine oder weitere, nicht dargestellte Einheiten erfolgen.
Der Teil der alternativen Variante der zweiten Teileinheit SEDE weist eine Netzsynchronisationseinheit NSE auf. Dieser werden die (analogen) momentanen Spannungswerte DU zugeführt.
Die Netzsynchronisationseinheit NSE ermittelt aus den zugeführten (analogen) momentanen Spannungswerten DU, die z.B. eine sinusförmige Wechselspannung des Niederspannungsstromkreises sind, den Phasenwinkel cp ( t ) der Spannung.
Alternativ kann zusätzlich noch die Amplitude U und ein erwarteter Zeitwert der Spannung UE respektive Erwartungswert der Spannung UE ermittelt werden.
Der Erwartungswert der Spannung UE ist hierbei eine Art gefilterter bzw. regenerierter bzw. erzeugter äquivalenter momentaner Spannungswert DU.
Der Phasenwinkel cp ( t ) (als auch der Erwartungswert der Spannung UE bzw. die Amplitude U) der Spannung DU können beispielsweise durch eine so genannte Phase Locked Loop respektive Phasenregelschleife, kurz PLL, ermittelt werden. Eine PLL ist eine elektronische Schaltungsanordnung (oder eine in Software programmierte Variante im Mikrocontroller) , die die Phasenlage und damit zusammenhängend die Frequenz eines veränderbaren Oszillators über einen geschlossenen Regelkreis so beeinflusst, dass die Phasenabweichung zwischen einem äußeren periodischen Referenzsignal (momentane Spannungswerte) und dem Oszillator oder einem daraus abgeleiteten Signal möglichst konstant ist.
Damit kann u.a. der Phasenwinkel cp ( t ) , die Grundfrequenz und deren Amplitude der zugeführten Netzspannung, d.h. der ermittelten Spannungswerte, ermittelt werden, d.h. z.B. auch der (ungestörte bzw. gefilterte) Erwartungswert der (Netz- ) Spannung .
Der von der Netzsynchronisationseinheit NSE ermittelte Phasenwinkel cp ( t ) (und eventuell die Amplitude U oder/und der erwartete Zeitwert der Spannung UE) werden einer Schwellwerteinheit SWE zugeführt. Die Schwellwerteinheit SWE kann eine (skalierte) Kurve für die (phasenbezogenen) momentanen Stromschwellwerte SWI aufweisen. Beispielsweise bei einer sinusförmigen Wechselspannung des Niederspannungsstromkreis eine (annähernd) sinusförmige Stromschwellwertkurve, d.h. einen in der Höhe sinusförmigen Verlauf der momentanen Stromschwellwerte SWI über den Phasenwinkel 0° bis 360° respektive der Periodendauer (bzw. der (korrespondierenden) Zeit) .
Das Schutzschaltgerät SG kann ein, insbesondere einziges, Einstellelement aufweisen. Mit diesem, insbesondere einzigen Einstellelement am Schutzschaltgerät SG, kann ein Grenzwert bzw. Maximalwert für den Stromschwellwert einstellbar sein. Alternativ kann der Grenzwert bzw. Maximalwert für den Stromschwellwert auch fest vorgeben bzw. programmiert sein.
Erfindungsgemäß wird dann die Stromschwellwertkurve hinsichtlich dieses mittels des Einstellelementes eingestellten bzw. fest vorgegebenen Grenzwertes bzw. Maximalwertes für den Stromschwellwert skaliert. Beispielsweise kann die Amplitude (d.h. der Maximalwert) der Stromschwellwertkurve mit dem Grenzwert/Maximalwert für den Stromschwellwert skaliert werden .
Beispielsweise kann der Maximalwert des Stromschwellwertes bei dem 4-fachen der Amplitude eines Nennstromes (d.h. mindestens der Strom, den das Schutzschaltgerätes dauerhaft führen muss, Normenabhängig) des Schutzschaltgerätes liegen, beispielsweise weisen übliche Schutzschaltgeräte einen Nennstrom von z.B. 16 A auf. Daraus ergibt sich im Beispiel ein Maximalwert des Stromschwellwertes von:
90 A = (Wurzel 2) * 16 A * 4. (Wurzel 2 => Amplitude des Nennstromwertes )
Die momentanen Stromschwellwerte SWI können durch das Vorliegen des Phasenwinkels cp ( t ) der Spannung in der Schwellwerteinheit SWE von dieser synchron zum momentanen Stromwert DI an den Stromkomparator CIE übermittelt werden, so dass ein phasenbezogener (phasenwinkelbezogener ) Vergleich zwischen momentanen Stromwert DI und momentanen Stromschwellwert SWI erfolgen kann .
Figur 5 zeigt einerseits den Verlauf der Höhe einer netzseitigen Spannung Vgrid in Volt [V] , auf der linken vertikalen Achse , einer Periode einer sinus förmigen Wechselspannung über der Zeit t in s [ s ] , auf der hori zontalen Achse . Beispielsweise einer sinus förmigen Wechselspannung im Niederspannungswechselstromkreis . Hierbei sind die momentanen Spannungswerte der Spannung über der Zeit angegeben, wobei die Zeit proportional zum Phasenwinkel ist ( f = 50 Hz ) .
Andererseits einen phasenwinkelbezogenen bzw . phasenwinkelabhängigen (betragsmäßigen) skalierten ( 0 bis 1 ) momentanen Stromschwellwert threshold, auf der rechten vertikalen Achse , über der Zeit t in s [ s ] . Der zeitliche ( skalierte ) Verlauf der momentanen Stromschwellwerte threshold entspricht dabei den (phasenbezogenen) momentanen Stromschwellwerten SWI .
Der zeitliche Verlauf des momentanen Stromschwellwertes ( threshold) richtet sich hierbei nach dem betragsmäßigen Verlauf der Spannung, d . h . der Verlauf ist im Bereich der positiven Spannungshalbwelle gleich zum Verlauf im Bereich der negativen Spannungshalbwelle .
Der zeitliche ( skalierte ) Verlauf der momentanen Stromschwellwerte threshold wird entsprechend dem mittels des Einstellelementes eingestellten bzw . fest vorgegebenen Grenzwer- tes/Maximalwertes für den Stromschwellwert erfindungsgemäß skaliert . Z . B . wird die Amplitude ( Skalierung 1 ) auf 100 A eingestellt, oder z.B. dem 5-fachen Nennstrom. Bei einem Nennstrom von z.B. 16 A auf z.B.
5 * 16A * 1,414 (Wurzel 2) = 113 A (Wurzel 2 => Spitzenwert des Momentanwertes des Stromes) .
Im Allgemeinen entspricht der Verlauf der momentanen Stromschwellwerte threshold dem Verlauf der Spannung im Stromkreis, wie in Figur 5 dargestellt. D.h. beispielsweise bei einem dreieckigen Spannungsverlauf würde eine dreieckige Stromschwellwertkurve verwendet werden. Der Hintergrund ist der, dass die Höhe der Spannung die Höhe des (Kurzschluss- ) Stromes bestimmt. Erfindungsgemäß werden folglich bei niedriger Spannung niedrige Schwellwerte und bei hoher Spannung hohe Schwellwerte verwendet, um eine schnelle, phasenwinkelunabhängige, Kurzschlusserkennung zu ermöglichen.
Gemäß Figur 5 weisen die (periodischen) momentanen Stromschwellwerte SWI einen Minimalwert auf. D.h. die Sinuskurve ist nicht ideal (nur näherungsweise bzw. annähernd sinusförmig) . Der Minimalwert ist größer als Null. Der Minimalwert ist im Bereich 5 bis 20% vom Maximalwert, beispielsweise (bei) 10% oder 15 %, d.h. der Amplitude der Stromschwellwertkurve threshold.
Der Minimalwert tritt an die Stelle bzw. im Bereich des Nulldurchganges der ( Sinus- ) Kurve für die Stromschwellwerte.
Bei einem zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf im Niederspannungswechselstromkreis sind die zeitlichen Verläufe von Spannung und Stromschwellwerten phasenbezogen derart synchronisiert, dass der Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) der Spannung mit dem Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) des Stromschwellwertes übereinstimmt, wie in Figur 5 gezeigt.
Der Bereich des Nulldurchganges der Spannung stimmt ferner mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromschwellwertes überein . Die Phasenwinkelauflösung bestimmt die Schnelligkeit der Berechnung der Schwellwerte. Bei einer Phasenwinkelauflösung von 1°, d.h. für jeden vollen Phasenwinkel der Spannung liegt ein Schwellwert vor, d.h. etwa alle 55,5 ps liegt ein momentaner Schwellwert vor. Die Abschaltung erfolgt über bevorzugt über einen analogen Komparator, d.h. kontinuierlich, und ist damit deutlich schneller (z.B. im Nanosekunden-Bereich) als die Phasenwinkelauflösung.
Alternativ gilt bei einer voll digitalen Verarbeitung der folgende zeitliche Verlauf. Die Phasenwinkelauflösung bestimmt die Schnelligkeit der Erkennung. Bei einer Phasenwinkelauflösung von 1°, d.h. für jeden vollen Phasenwinkel der Spannung liegt ein Schwellwert vor, d.h. etwa alle 55,5 ps liegt ein momentaner Schwellwert vor, bedeutet dies, dass eine Abschaltung nach minimal ca. 60ps erfolgen kann. Bei höheren Phasenwinkelauflösungen lassen sich kürzere Abschaltzeiten erreichen.
In diesem Beispiel erfolgt dann eine Verarbeitung der Werte mit mindestens 18 kHz.
Die Stromschwellwerte können auch (skaliert) in einer Tabelle abgelegt sein, wobei dann der Wert ggfs. angepasst wird.
Die Stromschwellwerte können beispielsweise allgemein bzw. tabellenbezogen wie folgt berechnet werden:
Die Höhe der Spannung wird in einen digitalen Spannungswert umgesetzt .
Die Höhe der Spannung wird in einen digitalen Spannungswert umgesetzt, der digitale Spannungswert wird auf seinen Amplitudenwert normiert, anschließend wird der Betrag gebildet, dann wird der Betrag mit einem ersten Faktor (kl) multipliziert und anschließend ein Minimalwert (k2) addiert, das resultierende Ergebnis ergibt einen Skalierungsfaktor (FM(t) ) für den mindestens einen Stromschwellwert, der mit dem mindestens einen Stromschwellwert multipliziert wird, um einen (zeitlich veränderlichen) angepassten Stromschwellwert zu erhalten.
Die Gleichung für den Skalierungsfaktor hierzu lautet:
FM(t) - Skalierungsfaktor u_Grid(t) - Momentanwert der Spannung
U_amplitude - Amplitude der Spannung (bzw. Maximaler Momentanwert der Spannung)
FM(t) = kl * ( abs (u_Grid ( t ) / U_amplitude) ) + k2
Stromschwellwert (neu) FM(t) * Stromschwellwert (alt)
Alternativ wird der Betrag des Spannungswertes von der Amplitude des Spannungswertes subtrahiert, anschließend wird das Ergebnis mit einem Faktor (k3) multipliziert, das resultierende Ergebnis ergibt einen Korrekturwert, der von dem mindestens einen Stromschwellwert abgezogen wird, um einen (zeitlich veränderlichen) angepassten Stromschwellwert zu erhalten.
Die Gleichung für den Korrekturwert FK(t) lautet:
FK(t) - Korrekturwert
FK(t) = k3 * (U_amplitude - abs (u_Grid ( t ) ) )
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

35 Patentansprüche
1 . Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend :
- ein Gehäuse ( GEH) , mit ersten ( LI , NI ) und zweiten ( L2 , N2 ) Anschlüssen für Leiter des Niederspannungsstromkreises ,
- eine die ersten und die zweiten Anschlüsse elektrisch verbindende Serienschaltung einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) ,
- dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- einer Stromsensoreinheit ( S T ) , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , derart das momentane Stromwerte vorliegen,
- einer Spannungssensoreinheit ( SU) , zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises , derart das momentane Spannungswerte vorliegen,
- einer Steuerungseinheit ( SE ) , die mit der Stromsensoreinheit ( S T ) , der Spannungssensoreinheit ( SU) , der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist , wobei bei Überschreitung mindestens eines Stromschwellwertes eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung im Niederspannungsstromkreis angepasst wird . 36
2 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die ersten Anschlüsse ( LI , NI ) netzseitige Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse ( L2 , N2 ) lastseitige Anschlüsse sind, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) den lastseitigen Anschlüssen und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) den netzseitigen Anschlüssen zugeordnet ist ,
3 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung derart angepasst wird, dass bei abnehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert verringert wird und dass bei zunehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert erhöht wird, insbesondere bis zu einem Maximalwert des mindestens einen Stromschwellwert erhöht wird .
4 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass eine kontinuierliche Anpassung des mindestens einen Stromgrenzwertes erfolgt , insbesondere eine Anpassung die schneller als 20 ms , spezieller schneller als 10 ms oder bevorzugt schneller als 1 ms durchgeführt wird .
5. Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , 2 , 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass der momentane Stromwert der ermittelten Höhe des Stromes mittels eines analogen Komparators mit dem mindestens einen Stromschwellwert derart verglichen wird, dass bei Überschreitung des Betrages der Höhe des Stromes über den Betrag des mindestens einen Stromschwellwertes die Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
6. Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass der mindestens eine Stromschwellwert digital berechnet wird, der berechnete digitale Stromschwellwert mit einem Digital- Analog-Umsetzer (DAC) in einen analogen Stromschwellwert umgesetzt wird, der analoge Stromschwellwert dem Komparator zugeführt wird.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass die Höhe der Spannung in einen digitalen Spannungswert umgesetzt wird, der digitale Spannungswert wird auf seinen Amplitudenwert normiert, anschließend wird der Betrag gebildet, dann wird der Betrag mit einem ersten Faktor (kl) multipliziert und anschließend ein Minimalwert (k2) addiert, das resultierende Ergebnis ergibt einen Skalierungsfaktor (FM(t) ) für den mindestens einen Stromschwellwert, der mit dem mindestens einen Stromschwellwert multipliziert wird, um einen angepassten Stromschwellwert zu erhalten.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass die Höhe der Spannung in einen digitalen Spannungswert umgesetzt wird, der Betrag des Spannungswertes wird von der Amplitude des Spannungswertes subtrahiert, anschließend wird das Ergebnis mit einem Faktor (k3) multipliziert, das resultierende Ergebnis ergibt einen Korrekturwert, der von dem mindestens einen Stromschwellwert abgezogen wird, um einen angepassten Stromschwellwert zu erhalten.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom, insbesondere periodischen, zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte abhängige, insbesondere periodi- sehe , momentane Stromschwellwerte ( SWI ) vorliegen, dass die momentanen Stromwerte ( DI ) phasenbezogen mit den momentanen Stromschwellwerten ( SWI ) verglichen werden, dass bei betragsmäßiger Überschreitung des momentanen Stromschwellwertes ( SWI ) eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert wird .
10 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass der Niederspannungsstromkreis einen zeitlich sinus förmigen Spannungsverlauf aufweist , dass die momentanen Stromschwellwerte ( SWI ) einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, annähernd sinus förmigen Stromschwellwertverlauf aufweisen, mit einem Minimalwert , der größer als Null ist , insbesondere größer als 5 bis 20 % vom Maximalwert ist , dass die zeitlichen Verläufe von Spannung ( DU) und Stromschwellwerten ( SWI ) phasenbezogen derart synchronisiert sind, dass der Zeitpunkt der Amplitude der Spannung ( DU) mit dem Zeitpunkt der Amplitude des Stromschwellwertes ( SWI ) übereinstimmt .
11 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass der Bereich des Nulldurchganges der Spannung ( DU) mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromschwellwertes ( SWI ) übereinstimmt .
12 . Verfahren zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis in einem Schutzschaltgerät mit einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öf fnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand 39 der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, dass die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird, derart das momentane Spannungswerte vorliegen, dass die Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises ermittelt wird, derart das momentane Stromwerte vorliegen, dass bei Überschreitung des Betrages des momentanen Stromwertes verglichen mit mindestens einem Stromschwellwert eine Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung des Schutzschaltgerätes angepasst wird .
13 . Verfahren nach Patentanspruch 12 , dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Stromschwellwert in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung derart angepasst wird, dass bei abnehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert verringert wird und dass bei zunehmender Spannung der mindestens eine Stromschwellwert erhöht wird, insbesondere bis zu einem Maximalwert des mindestens einen Stromschwellwertes erhöht wird .
14 . Computerprogrammprodukt umfassend Befehle , die bei der Aus führung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen das Verfahren nach einem der Patentansprüche 12 bis 13 mit einem Schutzschaltgerät gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 11 zu unterstützen, insbesondere durchzuführen .
15 . Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 14 gespeichert ist .
16 . Datenträgersignal , das das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 14 überträgt .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009014759U1 (de) * 2009-11-02 2010-02-18 E. Dold & Söhne KG Halbleiterrelais mit integriertem mechanischem Schaltelement zur Lastkreisunterbrechung (Hybridrelais)
US20160358722A1 (en) * 2015-02-05 2016-12-08 Ramasamy Lakshmanan Intelligent wireless and wired control of devices
US20170004948A1 (en) * 2013-03-13 2017-01-05 Google Inc. Electrical circuit protector
US20200366078A1 (en) * 2019-05-18 2020-11-19 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009014759U1 (de) * 2009-11-02 2010-02-18 E. Dold & Söhne KG Halbleiterrelais mit integriertem mechanischem Schaltelement zur Lastkreisunterbrechung (Hybridrelais)
US20170004948A1 (en) * 2013-03-13 2017-01-05 Google Inc. Electrical circuit protector
US20160358722A1 (en) * 2015-02-05 2016-12-08 Ramasamy Lakshmanan Intelligent wireless and wired control of devices
US20200366078A1 (en) * 2019-05-18 2020-11-19 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers

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