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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines Stroms in zumindest einem Leiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der
DE 195 29 474 C1 ist bereits ein Anordnung zu einer automatischen Überwachung von Fehlerstromschutzschaltern vorgeschlagen worden. Diese erzeugt in festgelegten Zeitabständen Prüfimpulse, um eine einwandfreie Arbeitsweise, insbesondere ein einwandfreies Auslösen, des Fehlerstromschutzschalters zu prüfen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Funktionsüberwachung bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung eines Stroms in zumindest einem Leiter, mit einer Sensoreinheit zur Erfassung zumindest eines Messsignals und zur Erzeugung zumindest eines Ausgangssignals und mit einer Auswerteeinheit, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Ausgangssignal auszuwerten.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Signalerzeugungseinheit umfasst, welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand zumindest ein kontinuierliches Referenzsignal zu einer Überwachung der Sensoreinheit zu erzeugen.
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Insbesondere ist die Vorrichtung zu einer, insbesondere gleichzeitigen, Messung eines Stroms in mehreren Leitern vorgesehen. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu vorgesehen, einen Differenzstrom zu messen. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu vorgesehen, einen Differenzstrom in einem, insbesondere einphasigen und/oder dreiphasigen, Stromversorgungsnetz zu messen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Differenzstrom“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Summe der Augenblickswerte der Ströme verstanden werden, die zur gleichen Zeit in allen aktiven Leitern an einem gegebenen Punkt eines Stromkreises in einer elektrischen Anlage fließen. Unter einem „aktiven Leiter“ soll in diesen Zusammenhang insbesondere ein Leiter verstanden werden, welcher in einem regulären Betrieb eines Stromkreises einen Strom führt. Unter einer „Sensoreinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, insbesondere physikalische und/oder chemische Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit ihrer Umgebung qualitativ und/oder als Messgröße quantitativ zu erfassen. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit eine Stromsensoreinheit, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, direkt und/oder indirekt einen Stromwert in wenigstens einem Leiter und/oder in mehreren Leitern zu erfassen. Insbesondere ist die Sensoreinheit als eine Funktionseinheit ausgebildet, welche insbesondere eine oder auch mehrere bauliche Einheiten umfassen kann. Unter einem „Messsignal“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Signal verstanden werden, welches an zumindest einem Messeingang der Sensoreinheit für die Sensoreinheit erfassbar anliegt. Insbesondere trägt das zumindest eine Messsignal zumindest eine, eine zu erfassende physikalische Größe repräsentierende, Information. Insbesondere erfasst die Sensoreinheit das zumindest eine Messsignal wert- und/oder zeitkontinuierlich. Unter einem „Ausgangssignal“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Signal verstanden werden, welches, insbesondere während eines Messbetriebs, an einem Signalausgang der Sensoreinheit abgreifbar anliegt. Insbesondere ist die Sensoreinheit dazu vorgesehen, das zumindest eine Ausgangssignal, beispielweise durch ein Verstärken und/oder ein Dämpfen und/oder ein Filtern, aus dem zumindest einen Messsignal zu erzeugen. Insbesondere trägt das zumindest eine Ausgangssignal zumindest eine das zumindest eine Messsignal charakterisierende Information. Unter einer „Auswerteeinheit“ soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche insbesondere zumindest eine Prozessoreinheit und/oder zumindest eine Speichereinheit, insbesondere mit einem in der zumindest einen Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm, umfasst. Vorzugsweise weist die Auswerteeinheit einen Mikrocontroller auf. Unter einer „Signalerzeugungseinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Signalgenerator verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, insbesondere ein Strom- und/oder Spannungssignal zu erzeugen. Unter einem „kontinuierlichen Referenzsignal“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein zeitkontinuierliches Signal verstanden werden, mittels dessen insbesondere eine Funktion der Sensoreinheit überwachbar ist. Insbesondere ist die Funktion der Sensoreinheit mittels des zumindest einen Referenzsignals automatisch und/oder halbautomatisch und/oder manuell überwachbar. Insbesondere wird das zumindest eine kontinuierliche Referenzsignal dem Messeingang der Sensoreinheit zugeführt und insbesondere separat und/oder in Kombination mit dem zumindest einen Ausgangssignal durch die Auswerteeinheit weiterverarbeitet und/oder ausgewertet. Insbesondere nimmt das zumindest eine kontinuierliche Referenzsignal innerhalb eines Signalverlaufs zumindest einen von null verschiedenen Signalpegel an. Insbesondere kann das zumindest eine kontinuierliche Referenzsignal innerhalb eines Signalverlaufs mehrere voneinander verschiedene Signalpegel annehmen, wobei innerhalb des Signalverlaufs ein insbesondere periodischer Wechsel zwischen den mehreren voneinander verschiedenen Signalpegeln stattfindet. Insbesondere kann das zumindest eine kontinuierliche Referenzsignal innerhalb des Signalverlaufs einmalig oder mehrmals einen Wert von null annehmen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Funktionsüberwachung bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine kontinuierliche Funktionsüberwachung, insbesondere einer Sensoreinheit, erreicht werden. Hierdurch kann eine Fehlfunktion und/oder ein Ausfall, insbesondere der Sensoreinheit, vorteilhaft schnell und/oder sicher erkannt werden. Ferner können vorteilhaft zuverlässig und/oder schnell Sicherheitsmaßnahmen ausgelöst werden, wodurch insbesondere Sach- und/oder vorzugsweise Personenschäden verhindert werden können.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zumindest eine Einkoppeleinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Messsignal mit dem zumindest einen Referenzsignal zu überlagern. Darunter, dass die zumindest eine Einkoppeleinheit das zumindest eine Messsignal mit dem zumindest eine Referenzsignal „überlagert“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die zumindest eine Einkoppeleinheit das zumindest eine Referenzsignal derart in das zumindest eine Messsignal einspeist, dass insbesondere eine Addition des zumindest einen Referenzsignals mit dem zumindest einen Messsignal erfolgt. Insbesondere erfolgt eine Addition von Spannungs- und/oder Strompegeln des zumindest einen Referenzsignals mit Spannungs- und/oder Strompegeln des zumindest einen Messsignals. Insbesondere erfolgt die Überlagerung des zumindest einen Messsignals mit dem zumindest einen Referenzsignal zumindest im Wesentlichen unmittelbar an zumindest einem Messeingang der Sensoreinheit. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verknüpfung des zumindest einen Messsignals mit dem zumindest einen Referenzsignal erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft synchrone Erfassung und/oder Übertragung, des zumindest einen Messsignals und des zumindest einen Referenzsignals erreicht werden. Insbesondere kann eine Übertragung des zumindest einen Messsignals und des zumindest einen Referenzsignals über einen identischen Signalpfad erfolgen, wodurch insbesondere eine besonders zuverlässige Funktionsüberwachung erreicht werden kann.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Stromkreis der zumindest einen Einkoppeleinheit hochimpedant ausgeführt ist. Unter einem „Stromkreis“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Zusammenschaltung einer oder mehrerer elektrischer Energiequellen und/oder verschiedener elektrischer Bauelemente, insbesondere durch elektrische Leitungen, verstanden werden. Die Impedanz des zumindest einen Stromkreises beträgt vorzugsweise ein Vielfaches einer Impedanz eines Stromversorgungsnetzes. Insbesondere weist der Stromkreis der zumindest einen Einkoppeleinheit eine Impedanz von zumindest 10 Ohm, vorteilhaft von zumindest 100 Ohm und besonders vorteilhaft von zumindest 1000 Ohm auf. Insbesondere umfasst der zumindest eine Stromkreis der zumindest einen Einkoppeleinheit zumindest die zumindest eine Einkoppeleinheit selber sowie die Signalerzeugungseinheit. Insbesondere stellt die zumindest eine Einkoppeleinheit eine Stromsenke des zumindest einen Stromkreises der zumindest einen Einkoppeleinheit dar, während die Signalerzeugungseinheit zumindest eine Stromquelle des zumindest einen Stromkreises der zumindest einen Einkoppeleinheit darstellt. Hierdurch kann vorteilhaft eine Funktionsbeeinflussung der Sensoreinheit durch die zumindest eine Einkoppeleinheit verhindert werden.
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Vorteilhaft ist die Einkoppeleinheit dazu vorgesehen, das zumindest eine Referenzsignal magnetisch einzukoppeln. Insbesondere umfasst die zumindest eine Einkoppeleinheit hierzu zumindest ein Einkoppelelement, welches insbesondere als induktives Element ausgebildet ist. Insbesondere ist das zumindest eine Einkoppelelement als eine Spule ausgebildet. Insbesondere wird das zumindest eine Referenzsignal insbesondere unmittelbar, insbesondere mittels einer magnetischen Kopplung, vorzugsweise über ein weichmagnetisches Material, vorzugsweise einen Ringkern, in die Sensoreinheit eingekoppelt. Unter einer „magnetischen Kopplung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Kopplung verstanden werden, bei welcher insbesondere ein magnetisches Feld zumindest einer ersten Spule und/oder zumindest eines ersten stromdurchflossenen Leiters demjenigen zumindest einer zweiten Spule und/oder zumindest einem zweiten Leiter überlagert wird. Hierdurch kann vorteilhaft ein insbesondere kontaktloses Einkoppeln des zumindest einen Referenzsignals, insbesondere ein Einkoppeln in die Sensoreinheit, ermöglicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Ausgangssignal der Sensoreinheit als ein Summensignal aus zumindest einem Messsignalabbild und zumindest einem Referenzsignalabbild gebildet ist. Unter einem „Summensignal“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Signal verstanden werden, welches insbesondere durch ein Überlagern, insbesondere durch eine Addition, von zumindest zwei Signalen gebildet ist. Unter einem „Signalabbild“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Abbild verstanden werden, welches insbesondere durch eine Erfassung und/oder ein Weiterverarbeitung aus zumindest einem Ursprungssignal erzeugt ist. Insbesondere trägt das Signalabbild zumindest eine das zumindest eine Ursprungssignal charakterisierende Information in unveränderter oder zumindest teilweise veränderter Form. Bei dem zumindest einen „Messsignalabbild“ handelt es sich insbesondere um ein Signalabbild des zumindest einen Messsignals, welches durch die Sensoreinheit erfasst und/oder weiterverarbeitet wird. Bei dem zumindest einen „Referenzsignalabbild“ handelt es sich insbesondere um ein Signalabbild des zumindest einen Referenzsignals, welches durch die Sensoreinheit erfasst und/oder weiterverarbeitet wird. Hierdurch können vorteilhaft durch ein Abgreifen des zumindest einen Ausgangssignals das zumindest eine Messsignalabbild und das zumindest eine Referenzsignalabbild insbesondere gemeinsam abgegriffen werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Referenzsignal zumindest einen Wechselstrom- und/oder zumindest einen Wechselspannungsanteil aufweist. Unter einem „Wechselstromanteil“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Stromanteil des zumindest einen Referenzsignals verstanden werden, welcher seine Polung, insbesondere in regelmäßiger Wiederholung, ändert und bei welchem sich positive und negative Augenblickswerte insbesondere derart ergänzen können, dass der Strom im zeitlichen Mittel zumindest im Wesentlichen null ist. Unter einem „Wechselspannungsanteil“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Spannungsanteil des zumindest einen Referenzsignals verstanden werden, welcher seine Polung, insbesondere in regelmäßiger Wiederholung, ändert und bei welchem sich positive und negative Augenblickswerte insbesondere derart ergänzen können, dass die Spannung im zeitlichen Mittel zumindest im Wesentlichen null ist. Insbesondere kann das zumindest eine Referenzsignal als reines Wechselstrom- und/oder Wechselspannungssignal oder als Mischstrom- und/oder Mischspannungssignal ausgebildet sein. Hierdurch kann ein vorteilhaft zuverlässiges und/oder einfaches, insbesondere induktives, Einkoppeln des zumindest einen Referenzsignals ermöglicht werden. Ferner kann eine einfache und/oder exakte Auswertung des zumindest einen Refernzsignals ermöglicht werden.
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Überdies wird vorgeschlagen, dass eine Frequenz einer Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Referenzsignals verschieden von zumindest einer Frequenz einer Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Messsignals ist. Unter einer „Grundschwingung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Teilschwingung eines periodischen Signals verstanden werden, welche gegenüber weiteren Teilschwingungen des periodischen Signals eine kleinste Frequenz aufweist. Unter einer „Oberschwingung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Teilschwingung eines periodischen Signals verstanden werden, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz einer Grundschwingung des periodischen Signals ist. Darunter, dass eine Frequenz einer Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Referenzsignals von zumindest einer Frequenz einer Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Messsignal „verschieden“ ist, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Frequenz der Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Referenzsignals insbesondere um zumindest 5 %, vorteilhaft um zumindest 10 %, besonders vorteilhaft um zumindest 20 % und vorzugsweise um zumindest 25 % von der Frequenz der Grundschwingung und/oder zumindest einer Oberschwingung des zumindest einen Messsignal abweicht. Hierdurch kann insbesondere eine unvorteilhafte gegenseitige und/oder wechselseitige Beeinflussung des zumindest einen Messsignals und des zumindest einen Referenzsignals verhindert werden. Vorzugsweise ist das zumindest eine Referenzsignal als reines Sinussignal ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft ein Auftreten von Oberschwingungen innerhalb des zumindest einen Referenzsignals verhindert werden. Ebenso ist jedoch auch eine Ausbildung des zumindest einen Referenzsignals mit einer von einem reinen Sinussignal abweichenden Signalform, vorzugsweise als Rechtecksignal, denkbar.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit wenigstens einen Summenstromwandler aufweist. Unter einem „Summenstromwandler“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Stromwandler verstanden werden, welcher insbesondere zu einem, insbesondere potentialfreien, Erfassen eines Differenzstroms in zumindest zwei Leitern, insbesondere zumindest einem Hinleiter und zumindest einem Rückleiter, vorgesehen ist. Insbesondere ist der wenigstens eine Summenstromwandler zur Erfassung zumindest eines Differenzstroms vorgesehen. Insbesondere weist der wenigstens eine Summenstromwander zumindest einen Ringkern aus einem insbesondere weichmagnetischen Material auf. Insbesondere weist der wenigstens eine Summenstromwandler zumindest eine Erfassungswicklung auf, welche insbesondere auf den zumindest einen Ringkern aufgebracht ist. Insbesondere sind die zumindest zwei Leiter durch den zumindest einen Ringkern hindurchgeführt. Insbesondere verursacht ein von null verschiedener Differenzstrom in den zumindest zwei Leitern eine Veränderung eines magnetischen Flusses in dem zumindest einen Ringkern, welcher Rückschlüsse auf den Differenzstrom zulässt. Insbesondere wird durch eine Änderung des magnetischen Flusses in dem zumindest einen Ringkern ein Strom in der zumindest einen Sekundärwicklung induziert. Insbesondere ist der induzierte Strom proportional zu dem Differenzstrom. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein Differenzstrom insbesondere in einem Stromversorgungsnetz mit zwei oder mehr Leitern erfassen.
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Vorteilhaft ist der wenigstens eine Summenstromwandler als ein Kompensationsstromwandler ausgebildet. Unter einem „Kompensationsstromwandler“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Summenstromwandler verstanden werden, bei welchem ein in einem Ringkern von zumindest einem insbesondere von null verschiedenen Differenzstrom erzeugtes Magnetfeld durch zumindest einen Kompensationsstrom in zumindest einer auf den Ringkern aufgebrachten Kompensationswicklung kompensiert wird. Insbesondere ist zu einer Steuerung des Kompensationsstromes in dem Ringkern ein Sensor vorgesehen, insbesondere eine Magnetfeldsonde, welcher eine Abweichung von einem Nullfeld erfasst. Insbesondere ist der zumindest eine Kompensationsstrom zumindest im Wesentlichen ein exaktes Abbild des zumindest einen Differenzstroms. Insbesondere ist der Kompensationsstromwandler zur Erfassung von Gleich- und/oder Wechselströmen vorgesehen. Hierdurch können vorteilhaft Gleich- und/oder Wechselströme erfasst werden.
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Wenn die Sensoreinheit eine Umsetzereinheit aufweist, welche zu einer Digitalisierung von Signalen vorgesehen ist, kann das zumindest eine Ausgangssignal der Sensoreinheit vorteilhaft in digitalisierter Form, insbesondere für eine digitale Weiterverarbeitung durch die Auswerteeinheit, bereitgestellt werden. Insbesondere ist die zumindest eine Umsetzereinheit dazu vorgesehen, das zumindest eine Ausgangssignal der Sensoreinheit zu digitalisieren. Unter einer „Umsetzereinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Signale, insbesondere durch eine Digitalisierung, für eine insbesondere digitale Weiterverarbeitung aufzubereiten. Insbesondere umfasst die zumindest eine Umsetzereinheit zumindest einen Analog-Digital-Wandler. Vorzugsweise weist die zumindest eine Umsetzereinheit zumindest einen Anti-Aliasing-Filter auf. Unter einem „Anti-Aliasing-Filter“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Tiefpassfilter verstanden werden, welcher dem zumindest einen Analog-Digital-Wandler insbesondere eingangsseitig vorgeschaltet ist. Insbesondere ist der zumindest eine Anti-Aliasing-Filter dazu vorgesehen, Signalanteile mit einer höherer Frequenz als einer halben Abtastfrequenz des zumindest einen Analog-Digital-Wandlers zu unterdrücken.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit eine Filtereinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Referenzsignalabbild von dem zumindest einen Messsignalabbild zu trennen. Darunter, dass die Filtereinheit das zumindest eine Referenzsignalabbild von dem zumindest einen Messsignalabbild „trennt“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Filtereinheit das zumindest eine Ausgangssignal der Sensoreinheit in das zumindest eine Referenzsignalabbild und das zumindest eine Messsignalabbild aufteilt. Insbesondere sind nach einer Trennung das zumindest eine Messsignalabbild und/oder das zumindest eine Referenzsignalabbild für eine Weiterverarbeitung und/oder Auswertung einzeln verfügbar. Insbesondere kann eine Trennung des zumindest einen Referenzsignalabbilds von dem zumindest einen Messsignalabbild durch eine insbesondere digitale und/oder zumindest teilweise analoge Hardware und/oder zumindest teilweise durch eine Software erfolgen. Hierdurch kann das zumindest eine Ausgangssignal der Sensoreinheit vorteilhaft wieder in das zumindest eine Referenzsignalabbild und das zumindest eine Messsignalabbild überführt werden.
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Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit eine Vergleichereinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Referenzsignalabbild mit dem zumindest einen Referenzsignal zu vergleichen. Darunter, dass die Vergleichereinheit das zumindest eine Referenzsignalabbild mit dem zumindest einen Referenzsignal „vergleicht“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das zumindest eine Referenzsignalabbild und das zumindest eine Referenzsignal auf ihre zumindest weitgehende Wertegleichheit überprüft werden. Unter einer „zumindest weitgehenden Wertegleichheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das zumindest eine Referenzsignalabbild von dem zumindest einen Referenzsignal zu jedem beliebigen Zeitpunkt maximal um 10 %, vorteilhaft maximal um 5 % und besonders vorteilhaft maximal 2,5 % abweicht. Insbesondere erfolgt ein Vergleichen durch eine Subtraktion, welche durch die Vergleichereinheit ausgeführt wird. Insbesondere stellt die zumindest eine Vergleichereinheit ein Vergleichsergebnis, insbesondere zu einer Weiterverarbeitung, bereit. Hierdurch kann vorteilhaft einfach und/oder schnell und/oder zuverlässig eine fehlerfreie Übertragung des zumindest einen Referenzsignals durch die Sensoreinheit überprüft werden. Insbesondere ermöglicht dies eine Beurteilung über eine fehlerfreie Funktion der Sensoreinheit und/oder des Signalpfads entlang dessen das zumindest eine Referenzsignal übertragen wird.
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Überdies wird ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Messung eines Stroms in zumindest einem Leiter vorgeschlagen, mit einer Sensoreinheit, durch welche in zumindest einem Betriebszustand zumindest ein Messsignal erfasst und aus diesem zumindest ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei in dem zumindest einen Betriebszustand ein kontinuierliches Referenzsignal zu einer Überwachung der Sensoreinheit erzeugt wird. Hierdurch kann eine vorteilhaft kontinuierliche und/oder automatische Funktionsüberwachung der Sensoreinheit ermöglicht werden.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In der dargestellten Ausführung ist die Vorrichtung 10 dazu vorgesehen, einen Strom in einem vier Leiter 12, 14, 16, 18 umfassenden Stromversorgungsnetz 40 zu erfassen. Bei dem Stromversorgungsnetz 40 handelt es sich beispielsweise um ein Stromversorgungsnetz 40 mit drei Phasen und einem Neutralleiter. Denkbar ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 jedoch auch in einem einphasigen Stromversorgungsnetz. Zur Erfassung eines Messsignals 54 weist die Vorrichtung 10 eine Sensoreinheit 20 auf, die einen als Kompensationsstromwandler 32, welcher dem Fachmann in Aufbau und Funktion bekannt ist, ausgebildeten Summenstromwandler 30 aufweist. Die vier Leiter 12, 14, 16, 18 sind durch einen hier lediglich angedeuteten Ringkern 42 des Kompensationsstromwandlers 32 geführt, so dass ein Differenzstrom innerhalb des Stromversorgungsnetzes 40 erfassbar ist.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Signalerzeugungseinheit 24, welche ein kontinuierliches Referenzsignal 56 zur Überwachung der Sensoreinheit 20 erzeugt. In der dargestellten Ausführung weist die Signalerzeugungseinheit 24 einen Signalgenerator 44 auf. Der Signalgenerator 44 erzeugt ein periodisches Rechtecksignal. Alternativ wären jedoch auch andere Signalformen denkbar. Durch eine Stromquelle 46 wird das Referenzsignal 56 in ein Stromsignal mit einem Wechselstromanteil überführt. Eine Frequenz des Referenzsignals 56 ist so gewählt, dass eine Grundschwingung und/oder eine Oberschwingung des Referenzsignals 56 von einer Grundschwingung und/oder Oberschwingung des Messsignals 54 verschieden sind. Mittels einer Einkoppeleinheit 26 wird das Referenzsignal 56 in die Sensoreinheit 20 eingekoppelt. Hierzu weist die Einkoppeleinheit 26 ein Einkoppelelement 48 auf. Das Einkoppelelement 48 ist als eine um den Ringkern 42 der Sensoreinheit 20 gewickelte Spule ausgebildet. Über das Einkoppelelement 48 wird das Referenzsignal 56 induktiv in den Ringkern 42 der Sensoreinheit 20 eingekoppelt, wodurch das Messsignal 54 mit dem Referenzsignal 56 überlagert wird. Um eine Beeinflussung der Sensoreinheit 20 durch die Einkoppeleinheit 26 zu verhindern, ist ein Stromkreis 28 der Einkoppeleinheit 26 hochimpedant ausgeführt.
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Ausgangsseitig weist die Sensoreinheit 20 eine Umsetzereinheit 34 auf. Die Umsetzereinheit 34 ist als separate bauliche Einheit ausgeführt. Alternativ kann eine Umsetzereinheit jedoch auch mit einer Sensoreinheit zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sein. Die Umsetzereinheit 34 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 50 sowie einen, dem Analog-Digital-Wandler 50 vorgeschalteten, Anti-Aliasing-Filter 52.
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Zur Auswertung eines Ausgangssignals 58 der Sensoreinheit 20 weist die Vorrichtung 10 des Weiteren eine als Mikrocontroller 68 ausgebildete Auswerteeinheit 22 auf. Das Ausgangssignal 58 der Sensoreinheit 20 wird durch die Umsetzereinheit 34 in digitalisierter Form an die Auswerteeinheit 22 übergeben. Dabei ist das Ausgangssignal 58 als ein Summensignal 64 aus einem Messsignalabbild 60 und einem Referenzsignalabbild 62 gebildet. Die Auswerteeinheit 22 umfasst eine Filtereinheit 36. Die Filtereinheit 36 trennt das Ausgangssignal 58 der Sensoreinheit 20 in das Messsignalabbild 60 und das Referenzsignalabbild 62 auf. Das Messsignalabbild 60 wird direkt zu einer Weiterverarbeitung, insbesondere zur Erkennung eines Auftretens eines Differenzstroms über einem festgelegten Grenzwert innerhalb des Stromversorgungsnetzes 40, bereitgestellt. Das von dem Messsignalabbild 60 getrennte Referenzsignalabbild 62 wird einer Vergleichereinheit 38 zugeführt. Die Vergleichereinheit 38 vergleicht das Referenzsignalabbild 62 mit dem Referenzsignal 56, welches der Vergleichereinheit 38 direkt von dem Signalgenerator 44 der Signalerzeugungseinheit 24 zugeführt wird.
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Abhängig von einem Vergleichsergebnis gibt die Vergleichereinheit 38 ein Ergebnissignal 66 aus, welches zu einer Weiterverarbeitung bereitgestellt wird. Insbesondere bei einer Abweichung zwischen dem Referenzsignalabbild 62 und dem Referenzsignal 56 können über das Ergebnissignal 66 entsprechende Schutzmechanismen, wie beispielweise ein Trennen der Leiter 12, 14, 16, 18 vom Stromversorgungsnetz 40, initiiert werden. Da das kontinuierliche Referenzsignal 56 zu jedem Zeitpunkt mit dem Messsignal 54 erfasst und übertragen wird, ist es möglich die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit 20, insbesondere auch im laufenden Betrieb, zu jedem Zeitpunkt zu überwachen. Vorteilhaft entfällt somit die sonst übliche Notwendigkeit, ein Stromversorgungsnetz außer Betrieb zu setzen, um eine Funktionsfähigkeit einer Überwachungsvorrichtung zu überprüfen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Leiter
- 14
- Leiter
- 16
- Leiter
- 18
- Leiter
- 20
- Sensoreinheit
- 22
- Auswerteeinheit
- 24
- Signalerzeugungseinheit
- 26
- Einkoppeleinheit
- 28
- Stromkreis
- 30
- Summenstromwandler
- 32
- Kompensationsstromwandler
- 34
- Umsetzereinheit
- 36
- Filtereinheit
- 38
- Vergleichereinheit
- 40
- Stromversorgungsnetz
- 42
- Ringkern
- 44
- Signalgenerator
- 46
- Stromquelle
- 48
- Einkoppelelement
- 50
- Analog-Digital-Wandler
- 52
- Anti-Aliasing-Filter
- 54
- Messsignal
- 56
- Referenzsignal
- 58
- Ausgangssignal
- 60
- Messsignalabbild
- 62
- Referenzsignalabbild
- 64
- Summensignal
- 66
- Ergebnissignal
- 68
- Mikrocontroller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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