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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, insbesondere einen elektrischen Leistungsschalter.
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Bekanntermaßen können elektrische Schalter, insbesondere elektrische Leistungsschalter, mit Auslöseeinrichtungen versehen sein, die im Falle einer Überlastung, insbesondere im Falle eines zu hohen Stromes, ein Ausschalten des Schalters auslösen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter anzugeben, der ein besonders zuverlässiges Erfassen elektrischer Messgrößen, insbesondere mit Blick auf ein korrektes Auslösen des Schalters, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Schalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schalter mit einer mehrkanaligen Messeinrichtung ausgestattet ist, die zumindest einen Messkanal zum Messen zumindest einer elektrischen Messgröße und zumindest einen Referenzkanal aufweist, und mit der Messeinrichtung eine Testeinrichtung verbunden ist, die geeignet ist, zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die elektrische Messgröße auf den Referenzkanal zu schalten, das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis mit dem über den Messkanal erhaltene Messergebnis zu vergleichen und ein das Vergleichsergebnis anzeigendes Vergleichssignal zu erzeugen.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters ist darin zu sehen, dass der Schalter aufgrund der Mehrkanaligkeit der Messeinrichtung ein Testen der Messkanäle, beispielsweise auch während des Schalterbetriebs, ermöglicht. Der erfindungsgemäße elektrische Schalter gewährleistet aufgrund dieser Testmöglichkeit einen zuverlässigeren und sichereren Betrieb als bisherige Schalter, die eine solche Testmöglichkeit nicht bieten.
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Um ein zuverlässiges Auslösen des Schalters im Falle einer Überlastsituation zu gewährleisten, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Schalter eine mit der Messeinrichtung in Verbindung stehende Auslöseeinrichtung aufweist, die ein Ausschalten des Schalters auslöst, wenn das Messergebnis der Messeinrichtung einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
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Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich ein Test der Messeinrichtung erreichen, wenn die Auslöseeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie ein Ausschalten des Schalters auch auslöst, wenn zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die elektrische Messgröße auf den Referenzkanal geschaltet ist und das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis den vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
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Zusätzlich kann zum Testen der Messeinrichtung eine Referenzsignalquelle vorgesehen werden, die wahlweise mit dem zumindest einem Referenzkanal und/oder dem zumindest einen Messkanal verbindbar ist.
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Besonders schnell und einfach lässt sich ein Test mit Hilfe der Referenzsignalquelle durchführen, wenn die Testeinrichtung geeignet ist, zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die Referenzsignalquelle mit dem Messkanal zu verbinden, das über den Messkanal erhaltene Messergebnis mit einem vorgegebenen Referenzsollwert zu vergleichen und ein das Vergleichsergebnis anzeigendes Vergleichssignal zu erzeugen.
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Darüber hinaus ist es möglich, zum Testen der Messeinrichtung die Referenzsignalquelle mit dem Messkanal und dem Referenzkanal zu verbinden, das über den Messkanal erhaltene Messergebnis mit dem über den Referenzkanal erhaltenen Referenzergebnis zu vergleichen und ein das Vergleichsergebnis anzeigendes Vergleichssignal zu erzeugen.
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Bei dem elektrischen Schalter kann es sich beispielsweise um einen Niederspannungsleistungsschalter handeln.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Anordnung mit einer Messeinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Messgröße.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Anordnung vorgesehen, dass die Messeinrichtung mehrkanalig ist und zumindest einen Messkanal zum Messen der zumindest einen elektrischen Messgröße und zumindest einen Referenzkanal aufweist und eine Testeinrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die elektrische Messgröße auf den Referenzkanal zu schalten, das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis mit dem über den Messkanal erhaltenen Messergebnis zu vergleichen und ein das Vergleichsergebnis anzeigendes Vergleichssignal zu erzeugen.
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Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schalter verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung denen des erfindungsgemäßen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
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Bezüglich der beschriebenen Anordnung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Anordnung eine mit der Messeinrichtung in Verbindung stehende Auslöseeinrichtung aufweist, die ein Auslösesignal erzeugt, wenn das Messergebnis des Messkanals einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet oder wenn zum Testen der Funktionsweise des Messkanals die elektrische Messgröße auf den Referenzkanal geschaltet ist und das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis den vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet.
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Die Anordnung bildet vorzugsweise eine Schutzeinrichtung oder einen Bestandteil einer Schutzeinrichtung für ein elektrisches Gerät, beispielsweise für einen elektrischen Leistungsschalter.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer mehrkanaligen Messeinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Messgröße. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die elektrische Messgröße zusätzlich oder alternativ auf einen Referenzkanal geschaltet wird, das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis mit dem über den Messkanal erhaltenen Messergebnis verglichen wird und ein das Vergleichsergebnis anzeigendes Vergleichssignal erzeugt wird.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schalter verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des erfindungsgemäßen Schalters im Wesentlichen entsprechen.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn ein Auslösesignal erzeugt wird, wenn das Messergebnis der Messeinrichtung einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet oder wenn zum Testen der Funktionsweise des Messkanals der Messeinrichtung die elektrische Messgröße auf den Referenzkanal geschaltet ist und das über den Referenzkanal erhaltene Referenzergebnis den vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen dreiphasigen Leistungsschalter, der mit einer Messeinrichtung, einer Testeinrichtung und einer Auslöseeinrichtung ausgestattet ist,
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2 einen ersten Testmodus, den die Testeinrichtung des Schalters gemäß 1 ausführen kann,
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3 beispielhaft einen zweiten Testmodus, den die Testeinrichtung des Schalters gemäß 1 ausführen kann und
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4 beispielhaft einen dritten Testmodus, den die Testeinrichtung des Schalters gemäß 1 ausführen kann.
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Der Übersicht halber werden in den Figuren für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt einen dreiphasigen Niederspannungsleistungsschalter 10, der mit einem dreiphasigen Leistungsschaltelement 15 ausgestattet ist. Das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 ist zum Schalten eines dreiphasigen Stromes I geeignet, dessen Phasenströme in der 1 mit den Bezugszeichen I1, I2 und I3 gekennzeichnet sind. Zum Schalten der drei Phasenströme I1, I2 und I3 weist das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 drei Schalter auf, die über ein Auslösesignal Ss ein- und ausgeschaltet werden können.
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Der dreiphasige Niederleistungsschalter 10 ist mit einer Schutzeinrichtung 20 ausgestattet, die eine mehrkanalige Messeinrichtung 25, eine Auslöseeinrichtung 30, eine Testeinrichtung 40, eine Umschalteinrichtung 50 sowie eine Referenzsignalquelle 60 umfasst.
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Die mehrkanalige Messeinrichtung 25 weist eine Mehrzahl an Messkanälen auf, von denen in der 1 drei Messkanäle mit den Bezugszeichen K1, K2 und K3 bezeichnet sind. Die drei Messkanäle K1, K2 und K3 werden über die Umschalteinrichtung 50 mit drei Messgrößen Im1, Im2 und Im3 beaufschlagt, die die Größe der Phasenströme I1, I2 und I3 angeben und beispielsweise proportional zu diesen sind. Die drei Messgrößen Im1, Im2 und Im3 gelangen über die Messkanäle K1, K2 und K3 in die mehrkanalige Messeinrichtung 25, die die Messgrößen misst und Messergebnisse in Form von Messwerten M1, M2 und M3 erzeugt. Die Messergebnisse bzw. Messwerte M1, M2 und M3 gelangen sowohl zu der Auslöseeinrichtung 30 als auch zu der Testeinrichtung 40.
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Die mehrkanalige Messeinrichtung 25 ist darüber hinaus mit einem Referenzkanal R ausgestattet. Der Referenzkanal R kann über die Umschalteinrichtung 50 wahlweise mit einer der drei Messgrößen Im1, Im2 oder Im3 oder mit einem Referenzsignal Ir der Referenzsignalquelle 60 beaufschlagt werden. Im Normalbetrieb, wie er in der 1 beispielhaft gezeigt ist, werden die drei Messkanäle K1, K2 und K3 mit den Messgrößen Im1, Im2 und Im3 beaufschlagt, so dass an der Auslöseeinrichtung 30 die Messwerte M1, M2 und M3 anliegen. Die Auslöseeinrichtung 30 wird die Messwerte M1, M2 und M3 mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleichen und ein Auslösesignal Ss zum Ausschalten des dreiphasigen Leistungsschaltelements 15 erzeugen, wenn zumindest einer der drei Messwerte M1, M2 oder M3 den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Die Funktion der Testeinrichtung 40 besteht darin, die korrekte Funktionsweise der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 zu überprüfen. Hierzu stellt die Testeinrichtung 40 vorzugsweise drei unterschiedliche Testmodi zur Verfügung, die nachfolgend beispielhaft erläutert werden. Die weiteren Erläuterungen beziehen sich dabei auf einen Test des Messkanals K1 der mehrkanaligen Messeinrichtung 25. Selbstverständlich können die beiden anderen Messkanäle K2 und K3 in derselben Weise getestet werden.
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1. Testen des Messkanals K1 mit Hilfe des Referenzkanals R:
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Die 2 zeigt beispielhaft, wie die korrekte Funktionsweise des Messkanals K1 von der Testeinrichtung 40 mit Hilfe des Referenzkanals R überprüft werden kann. Hierzu wird mit der Umschalteinrichtung 50 der Referenzkanal R mit dem Messkanal K1 verbunden und somit mit derselben Messgröße Im1 beaufschlagt wie der Messkanal K1. Die mehrkanalige Messeinrichtung 25 erzeugt somit zwei Messergebnisse bzw. Messwerte M1 und Mr, die sich jeweils auf dieselbe Messgröße Im1 beziehen. Die Testeinrichtung 40 hat somit die Möglichkeit, die korrekte Arbeitsweise des Messkanals K1 zu überprüfen, indem sie den Messwert M1 des Messkanals K1 mit dem Referenzwert Mr des Referenzkanals R vergleicht.
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Unterschreitet die Differenz zwischen dem Messwert M1 des Messkanals K1 und dem Referenzwert Mr des Referenzkanals R einen vorgegebenen Schwellenwert Dmax, so geht die Testeinrichtung 40 davon aus, dass der Messkanal K1 korrekt arbeitet. Eine korrekte Arbeitsweise kann die Testeinrichtung 40 beispielsweise durch ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "0" signalisieren, das sie an einem Signalausgang S40 ausgibt.
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Stellt die Testeinrichtung 40 hingegen fest, dass die Abweichung zwischen dem Messwert M1 des Messkanals K1 und dem Referenzwert Mr des Referenzkanals R den vorgegebenen Schwellenwert Dmax überschreitet, so kann sie diese Abweichung beispielsweise durch ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "1" signalisieren.
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Die Signalisierung erfolgt also beispielsweise wie folgt: |Mr – M1| < Dmax ⇒ Sv = 0 |Mr – M1| ≥ Dmax ⇒ Sv = 1
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Eine Fehlfunktion des Messkanals K1 wird somit durch das Vergleichssignal Sv angezeigt.
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Das Vergleichssignal Sv kann beispielsweise an einer Anzeigeeinrichtung des Schalters angezeigt und/oder zu einer zentralen Leitstelle übertragen werden. Auch kann die Testeinrichtung 40 das Vergleichssignal Sv beispielsweise zu der Auslöseeinrichtung 30 übertragen und die Auslöseeinrichtung 30 dazu veranlassen, im Falle einer Fehlfunktion des Messkanals K1 ein Auslösesignal Ss zu erzeugen, mit dem das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 abgeschaltet wird.
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2. Testen des Messkanals K1 mit Hilfe der Referenzsignalquelle 60:
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Die 3 zeigt beispielhaft, wie die Referenzsignalquelle 60 eingesetzt werden kann, um den Messkanal K1 zu testen. Hierzu erzeugt die Testeinrichtung 40 ein Umschaltsignal Su, mit dem sie die Umschalteinrichtung 50 derart einstellt, dass das Referenzsignal Ir der Referenzsignalquelle 60 zum Messkanal K1 und die Messgröße Im1 statt dessen auf den Referenzkanal R der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 geschaltet wird. Nach dem Umschalten der Umschalteinrichtung 50 erzeugt die mehrkanalige Messeinrichtung 25 einen Messwert M1, der die Größe des Referenzsignals Ir der Referenzsignalquelle 60 beschreibt, sowie einen Referenzwert Mr, der die Größe der Messgröße Im1 beschreibt.
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Im Rahmen der Auswertung der Messergebnisse wird die Testeinrichtung 40 prüfen, ob der Messwert M1, der über den Messkanal K1 geliefert wird, mit einem für die Referenzsignalquelle 60 vorgegebenen Referenzsollwert Rsoll zumindest näherungsweise übereinstimmt.
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Unterschreitet die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Referenzsollwert Rsoll und dem Messwert M1 den vorgegebenen Schwellenwert Dmax, so geht die Testeinrichtung 40 von einer korrekten Arbeitsweise des Messkanals K1 aus und erzeugt ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "0".
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Stellt die Testeinrichtung 40 hingegen fest, dass die Abweichung zwischen dem Messwert M1 des Messkanals K1 und dem vorgegebenen Referenzsollwert Rsoll den vorgegebenen Schwellenwert Dmax erreicht oder überschreitet, so erzeugt sie ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "1", das einen Fehler des Messkanals K1 anzeigt.
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Die Signalisierung erfolgt also beispielsweise wie folgt: |Rsoll – M1| < Dmax ⇒ Sv = 0 |Rsoll – M1| ≥ Dmax ⇒ Sv = 1
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Wie bereits erwähnt, kann das Vergleichssignal Sv an einer Anzeigeeinrichtung des Schalters angezeigt, zu einer zentralen Leitstelle übertragen und/oder dazu genutzt werden, um mit Hilfe der Auslöseeinrichtung 30 ein Auslösesignal Ss zum Ausschalten des dreiphasigen Leistungsschaltelements 15 zu erzeugen.
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Die Auslöseeinrichtung 30 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie während der Testphase, in der die Messgröße Im1 auf den Referenzkanal R geschaltet ist, den Messwert Mr des Referenzkanals R überwacht und das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 ausschaltet, wenn der Messwert Mr des Referenzkanals den vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
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3. Testen des Messkanals K1 und des Referenzkanals R mit Hilfe des Referenzsignals Ir der Referenzsignalquelle 60:
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Der Messkanal K1 und der Referenzkanal R der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 können auch wie folgt getestet werden: Die Testeinrichtung 40 schaltet mit Hilfe des Umschaltsignals Su die Umschalteinrichtung 50 beispielsweise derart ein, dass sowohl der Messkanal K1 als auch der Referenzkanal R mit dem Referenzsignal Ir der Referenzsignalquelle 60 beaufschlagt werden (vgl. 4). Eine solche Beschaltung führt dazu, dass die mehrkanalige Messeinrichtung 25 einen Messwert M1 sowie einen Referenzwert Mr erzeugt, die näherungsweise gleich groß sein müssten und jeweils dem für die Referenzsignalquelle 60 vorgegebenen Referenzsollwert Rsoll entsprechen müssten.
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Stellt die Testeinrichtung 40 fest, dass die Abweichung zwischen dem gemessenen Referenzwert Mr des Referenzkanals R und dem gemessenen Messwert M1 des Messkanals K1 unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts Dmax liegt und beide Messwerte zumindest näherungsweise dem Referenzsollwert Rsoll entsprechen, so geht sie von einer korrekten Arbeitsweise der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 aus und erzeugt beispielsweise ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "0".
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Stellt die Testeinrichtung 40 hingegen fest, dass der gemessene Referenzwert Mr des Referenzkanals R von dem Messwert M1 des Messkanals K1 oder von dem vorgegebenen Referenzsollwert Rsoll zu sehr abweicht, so geht sie von einem Fehlverhalten der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 aus und erzeugt ein Vergleichssignal Sv mit einer logischen "1", das einen Fehler der Messeinrichtung 25 anzeigt.
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Die Signalisierung erfolgt also beispielsweise wie folgt: |Rsoll – M1| < Dmax und |Mr – M1| < Dmax ⇒ Sv = 0 |Rsoll – M1| ≥ Dmax oder |Mr – M1| ≥ Dmax ⇒ Sv = 1
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Das Vergleichssignal Sv kann von einer Anzeigeeinrichtung des dreiphasigen Niederspannungsleistungsschalters 10 angezeigt, zu einer übergeordneten Leitstelle übertragen und/oder dazu verwendet werden, mit Hilfe der Auslöseeinrichtung 30 ein Auslösesignal Ss zu erzeugen, mit dem das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 und damit der dreiphasige Strom durch den Niederspannungsleistungsschalter 10 abgeschaltet wird.
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Um während des Testens des Messkanals K1 sicherzustellen, dass die Messgröße Im1 trotzdem weiterhin erfasst und ausgewertet wird, wird diese vorzugsweise auf einen vierten, aus Gründen der Übersicht in der 1 nicht weiter dargestellten Messkanal der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 geschaltet und über diesen vierten Messkanal überwacht.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass mit dem Auslösesignal Ss das dreiphasige Leistungsschaltelement 15 stets komplett ausgeschaltet wird, so dass alle Phasenströme I1, I2 und I3 abgeschaltet werden. Alternativ ist es möglich, das Leistungsschaltelement 15 auch phasenindividuell anzusteuern und auszulösen, so dass jeweils nur diejenigen Phasenströme I1, I2 oder I3 abgeschaltet werden, die mit Hilfe der mehrkanaligen Messeinrichtung 25 nicht mehr korrekt gemessen werden können.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Niederspannungsleistungsschalter
- 15
- Leistungsschaltelement
- 20
- Schutzeinrichtung
- 25
- Messeinrichtung
- 30
- Auslöseeinrichtung
- 40
- Testeinrichtung
- 50
- Umschalteinrichtung
- 60
- Referenzsignalquelle
- I1
- Phasenstrom
- I2
- Phasenstrom
- I3
- Phasenstrom
- Im1
- Messgröße
- Im2
- Messgröße
- Im3
- Messgröße
- Ir
- Referenzsignal
- K1
- Messkanal
- K2
- Messkanal
- K3
- Messkanal
- M1
- Messwert
- M2
- Messwert
- M3
- Messwert
- Mr
- Referenzwert
- R
- Referenzkanal
- S40
- Signalausgang
- Ss
- Auslösesignal
- Su
- Umschaltsignal
- Sv
- Vergleichssignal
