DE102014004912A1

DE102014004912A1 - Schutzgerät und Schutzsysteme für Stromkreise sowie Verfahren zur Steuerung des Schutzsystems

Info

Publication number: DE102014004912A1
Application number: DE102014004912.4A
Authority: DE
Inventors: Uroš Platiše
Original assignee: Energijski Konduktorji d o o
Current assignee: Energijski Konduktorji d o o
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-10-08
Also published as: CN106575866A; EP3130048A1; US20170025845A1; JP2017516281A; WO2015154850A1; JP6629292B2; US10424910B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzgerät (1), welches einen mit einer Sicherung (3) oder einem Schutzschalter in Reihe geschalteten Mikroschalter (2), eine Strom-Messeinheit (5), eine Speichereinheit (4) und eine Steuerungseinheit (6) umfasst. Auf der Speichereinheit (4) ist wenigstens ein Strom-Wertebereiche hinterlegt. Die Strom-Messeinheit (5) ist dazu eingerichtet, Stromstärken in dem Schutzgerät (1) zu messen sowie die gemessenen Stromstärken repräsentierende Stromwerte zu erzeugen. Die Steuerungseinheit (6) ist dazu eingerichtet, die Stromwerte zu verarbeiten, den Mikroschalter (2) zu öffnen, wenn ein Stromwert in dem Strom-Wertebereich liegt und den Mikroschalter (2) nach dem Öffnen wieder zu schließen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schutzsystem für Stromkreise mit mehreren der vorgenannten Schutzgeräte (1) sowie Verfahren zur Steuerung des Schutzsystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzgerät und ein Schutzsystem für Stromkreise sowie Verfahren zur Steuerung des Schutzsystems.
Stromkreise von beispielsweise Wohnungen, Häusern oder Bürogebäuden mit einem Verbraucher oder mehreren Verbrauchern werden typischerweise durch ein Schutzgerät in Form einer Sicherung oder eines Schutzschalters vor Langzeit-Überströmen und Kurzschlussströmen geschützt. Dabei werden üblicherweise mehrere Stromkreise parallel betrieben und von wenigstens einer Stromleitung mit Strom versorgt, wobei die Schutzgeräte zwischen den Stromkreisen und der Stromleitung angeordnet sind und zusammen ein Schutzsystem bilden. Nachdem eine Sicherung oder ein Schutzschalter ausgelöst worden ist, ist typischerweise entweder ein Austausch oder ein Wiedereinschalten des jeweiligen Schutzgeräts erforderlich, was umständlich ist und Kosten verursacht. Weiterhin kann mit herkömmlichen Sicherungen und Schutzschaltern die Leistungsaufnahme durch einzelne Stromkreise weder nachvollzogen noch gesteuert werden, was gerade in Zeiten steigender Strompreise und schwankender Stromverfügbarkeit in der Stromleitung von besonderem Interesse ist.
Aus der GB 2 450 426 A sind mit Sicherungen oder Schutzschaltern verbundene Schaltrelais' bekannt, welche mittels einer Fernsteuerung geöffnet und geschlossen werden können, um Stromkreise zu öffnen oder zu schließen. Leistungs-Messeinheiten können die Leistungsaufnahme in den durch die Sicherungen bzw. Schutzschalter geschützten Stromkreisen messen und an die Fernsteuerung übermitteln, sodass ein Benutzer der Fernsteuerung aufgrund der Leistungsaufnahme der jeweiligen Stromkreise entscheiden kann, ob ein Stromkreis getrennt werden oder geschlossen bleiben soll. Das durch die GB 2 450 426 A gezeigte System ermöglicht einen Schutz der Stromkreise vor Langzeit-Überströmen und Kurzschlussströmen wie bisher üblich durch ihre Sicherungen bzw. Schutzschalter, so dass bei deren Auslösung weiterhin ein Austausch bzw. ein Wiedereinschalten notwendig ist. Das durch die GB 2 450 426 A gezeigte System ist apparativ aufwendig, nimmt insbesondere im Bereich der Sicherungen bzw. Schutzschalter zusätzlichen Bauraum in Anspruch und ermöglicht nur in sehr beschränktem Umfang eine Steuerung des Schutzsystems aus mehreren Sicherungen bzw. Schutzschaltern und der Leistungsaufnahme in einzelnen Stromkreisen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, besonders sicheres und komfortables Schutzgerät sowie ein Schutzsystem und Verfahren zu dessen Steuerung bereitzustellen, mit welchen die Leistungsaufnahme in Stromkreisen besser automatisch gesteuert werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schutzgerät nach Anspruch 1, ein Schutzsystem nach Anspruch 13 sowie ein Verfahren nach Anspruch 17 bzw. 23.
Das erfindungsgemäße Schutzgerät zeichnet sich dadurch aus, dass es einen mit einer Sicherung oder einem Schutzschalter in Reihe geschalteten Mikroschalter, eine Strom-Messeinheit, eine Speichereinheit und eine Steuerungseinheit umfasst. Auf der Speichereinheit ist wenigstens ein Strom-Wertebereiche hinterlegt. Die Strom-Messeinheit ist dazu eingerichtet, Stromstärken in dem Schutzgerät zu messen sowie die gemessenen Stromstärken repräsentierende Stromwerte zu erzeugen. Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, die Stromwerte zu verarbeiten, den Mikroschalter zu öffnen, wenn ein Stromwert in dem Strom-Wertebereich liegt und den Mikroschalter nach dem Öffnen wieder zu schließen.
Das Schutzgerät weist dazu bevorzugt einen mit einer Strom führenden Stromleitung verbindbaren Eingang und einen mit einem Stromkreis verbindbaren Ausgang auf. Zwischen Eingang und Ausgang sind dann in Reihe die Sicherung bzw. der Schutzschalter und der Mikroschalter angeordnet, wobei die Strom-Messeinheit beispielsweise Stromstärken zwischen dem Mikroschalter und dem Ausgang messen und die gemessenen Stromstärken repräsentierende Stromwerte erzeugen kann.
Der wenigstens eine Stromwertebereich ist auf der Speichereinheit bevorzugt als Datensatz hinterlegt. Besonders bevorzugt sind auf der Speichereinheit wenigstens zwei Strom-Wertebereiche hinterlegt, nämlich ein Langzeit-Überstromstrom-Wertebereich, welcher einen Langzeit-Überstrom-Zustand definiert, und ein Kurzschlussstrom-Wertebereich, welcher einen Kurzschlussstrom-Zustand definiert. Die Speichereinheit kann dabei z. B. in die Steuerungseinheit integriert oder aber durch eine eigenständige Einheit gebildet sein.
Die Steuerungseinheit kann auf die von der Strom-Messeinheit erzeugten Stromwerte zugreifen und diese verarbeiten. Unter Verarbeiten fällt lediglich beispielsweise Addieren, Subtrahieren, Vergleichen, Speichern, Löschen oder Weiterleiten. Die Steuerungseinheit kann ferner besonders vorteilhaft auch dazu eingerichtet sein, beliebige andere Werte außer Stromwerte zu verarbeiten. Insbesondere kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, die durch die Strom-Messeinheit erzeugten Stromwerte mit den auf der Speichereinheit hinterlegten Strom-Wertebereichen zu vergleichen. Stellt die Steuerungseinheit bei einem solchen Vergleich fest, dass die Stromwerte in einem der auf der Speichereinheit hinterlegten Strom-Wertebereiche liegen, z. B. in einem den Langzeit-Überstrom-Zustand oder den Kurzschlussstrom-Zustand definierenden Strom-Wertebereich, so kann es den Mikroschalter öffnen und dadurch den Stromkreis des Schutzgeräts von dem Netz trennen.
Der Mikroschalter kann somit mittels der Steuerungseinheit automatisch geöffnet werden, bevor die Sicherung bzw. der Schutzschalter auslösen würde. Die Sicherung bzw. Schutzschalter dient daher nur noch als redundantes Sicherungsmittel, wenn der Mikroschalter nicht rechtzeitig öffnen sollte. Ein Auswechseln bzw. Wiedereinschalten nach Auslösen kann entfallen, weil der Mikroschalter, nachdem er geöffnet worden ist, wieder automatisch geschlossen werden kann, z. B. nach einem festlegbaren Zeitraum oder bei Vorliegen eines weiteren festlegbaren Kriteriums. Das Schutzgerät ist besonders kompakt und kann beispielsweise gleiche Abmessungen wie übliche Sicherungs-Schutzgeräte bzw. Schutzschalter aufweisen, sodass diese durch das erfindungsgemäße Schutzgerät problemlos ersetzt werden können. Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Schutzgerät Betätigungsmittel aufweisen, mittels welcher der Mikroschalter manuell – ohne dass dazu eine Stromversorgung vorgesehen werden muss – geöffnet und (wieder) geschlossen werden kann, was insbesondere im Falle eines Ausfalls einer oder mehrerer Komponenten des Schutzgeräts bzw. deren Stromversorgung von Vorteil ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass auf der Speichereinheit wenigstens ein dem wenigstens einen Strom-Wertebereich zugeordneter Höchstdauerwert gespeichert ist und die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, den Mikroschalter zu öffnen, wenn Stromwerte länger als der Höchstdauerwert in dem Strom-Wertebereich liegen.
Auf der Speichereinheit des Schutzgeräts ist gemäß dieser Ausführungsform wenigstens ein Paar bestehend aus einem Strom-Wertebereich und einem Höchstdauerwert hinterlegt. Bevorzugt sind auf der Speichereinheit wenigstens zwei Paare von einander zugeordneten Strom-Wertebereichen und Höchstdauerwerten hinterlegt, nämlich ein Langzeit-Überstromstrom-Wertebereich mit einem zugeordneten Langzeit-Überstromstrom-Höchstdauerwert, wodurch definiert wird, für welche Dauer ein Langzeit-Überstrom-Zustand höchstens toleriert wird, und ein Kurzschlussstrom-Wertebereich mit einem zugeordneten Kurzschlussstrom-Höchstdauerwert, wodurch definiert wird, für welche Dauer ein Kurzschlussstrom-Zustand höchstens toleriert wird.
Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, die Dauer zu messen, wie lange durch die Strom-Messeinheit nacheinander erzeugte Stromwerte in dem Strom-Wertebereich liegen, die gemessene Dauer mit dem auf der Speichereinheit hinterlegten Dauerhöchstwert zu vergleichen, welcher dem betreffenden Strom-Wertebereich zugeordnet ist, und bei Überschreiten des Dauerhöchstwerts den Mikroschalter zu öffnen, wodurch ein an das Schutzgerät angeschlossener Stromkreis von der Stromleitung getrennt werden kann ohne dass die Sicherung bzw. der Schutzschalter auslöst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schutzgerät vorteilhaft wenigstens eine weitere Messeinheit aus einer Temperatur-Messeinheit, einer Spannungs-Messeinheit, einer Energie-Messeinheit, einer Impedanz-Messeinheit, einer Frequenz-Messeinheit und einer Leistungs-Messeinheit, wobei auf der Speichereinheit wenigstens ein dem Typ der betreffenden weiteren Messeinheit entsprechender weiterer Wertebereich hinterlegt ist. Die weitere Messeinheit ist dazu eingerichtet, ihrem Typ entsprechende Messungen durchzuführen und entsprechende Messwerte zu erzeugen. Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, die Messwerte zu verarbeiten und den Mikroschalter zu öffnen, wenn ein Messwert in dem betreffenden weiteren Wertebereich liegt.
Umfasst das Schutzgerät eine Temperatur-Messeinheit, so ist auf der Speichereinheit wenigstens ein Temperatur-Wertebereich, bevorzugt ein Übertemperatur-Wertebereich, hinterlegt, der definiert, welche Übertemperatur-Messwerte nicht toleriert werden. Da Sicherungen bzw. Leistungsschalter typischerweise ein Bimetall-Element bzw. einen dünnen Draht aufweisen, die bei Langzeit-Überströmen überhitzen und/oder durchbrennen, wird die Temperatur-Messeinheit bevorzugt derart angeordnet sein, dass sie die Temperatur in unmittelbarer Nähe des Bimetalls bzw. des Drahts der Sicherung bzw. des Schutzschalters messen kann. Ein auf der Speichereinheit hinterlegter Temperatur-Wertebereich bezieht sich dann bevorzugt auf die Temperatur des Bimetall-Elements bzw. des Drahts. Ebenfalls ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft vorgesehen, dass die Temperatur-Messeinheit die Umgebungstemperatur der Sicherung bzw. des Schutzschalters messen kann und sich ein auf der Speichereinheit hinterlegter Temperatur-Wertebereich auf die Umgebungstemperatur bezieht. Diese Ausführungsform mit einem Temperatursensor leistet insbesondere einen Beitrag, die Sicherheit des Schutzgeräts weiter zu erhöhen, indem das Öffnen und Schließen des Mikroschalters auf der Basis von zwei unabhängig voneinander gemessenen Größen (Strom und Temperatur) erfolgen kann, welche beide insbesondere signifikante Parameter für einen Langzeit-Überstrom sind.
Umfasst das Schutzgerät wenigstens eine weitere Messeinheit in Form einer Frequenz-, Spannungs-, Leistungs- oder Energie-Messeinheit, so wird dadurch insbesondere ermöglicht, eine Überlastung einer an das Schutzgerät angeschlossenen Stromleitung besonders frühzeitig und zuverlässig zu erkennen sowie durch sofortiges automatisches Öffnen des Mikroschalters in kürzester Zeit Last von der Stromleitung zu nehmen, um dadurch die Qualität des Stroms in der Stromleitung wieder zu erhöhen.
Umfasst das Schutzgerät eine Frequenz- oder eine Spannungs-Messeinheit, so sind auf der Speichereinheit wenigstens ein Frequenz- und ein Spannungs-Wertebereich hinterlegt, welche definieren, welche Frequenz- bzw. Spannungs-Messwerte nicht toleriert werden. Bevorzugt definieren solche Frequenz- bzw. Spannungs-Wertebereiche einen Unterfrequenz- bzw. Unterspannungs-Zustand, welche dann gegeben sind, wenn die durch die Frequenz- bzw. Spannungs-Messeinheit gemessenen Frequenz bzw. Spannungen im Stromkreis um mehr als einen festlegbaren Grenzwert unterhalb der normalen Netzfrequenz bzw. Spannung liegen. Derartige unerwünschte Unterfrequenz- bzw. Unterspannungs-Zustände treten typischerweise auf, wenn die Last in dem Stromkreis zu groß ist, z. B. verursacht durch einen Lastsprung oder eine abrupte Abnahme des Netzstroms. Dieser unerwünschte Zustand wird auch als „Brown-Out” bezeichnet, welcher Schäden an Geräten im Stromkreis verursachen und zu einem Stromausfall im Netz führen kann.
Umfasst das Schutzgerät eine Leistungs- oder eine Energie-Messeinheit, so ist auf der Speichereinheit wenigstens ein Leistungs- bzw. Energie-Wertebereich hinterlegt, der definiert, welche Leistungs- bzw. Energie-Messwerte nicht toleriert werden. Bevorzugt definiert ein solcher Leistungs- bzw. Energie-Wertebereich einen Zustand übermäßiger Leistungsaufnahme bzw. übermäßigen Energieverbrauchs, welche dann gegeben sind, wenn die durch die Leistungs-Messeinheit gemessene Leistungsaufnahme bzw. der durch die Energie-Messeinheit gemessener Energieverbrauch einen jeweils festlegbaren Grenzwert überschreitet.
Umfasst das Schutzgerät eine Impedanz-Messeinheit, so ist auf der Speichereinheit wenigstens ein Impedanz-Wertebereich hinterlegt, der definiert, welche Impedanz-Messewerte nicht toleriert werden. Bevorzugt definiert ein solcher Impedanz-Wertebereich einen Hochimpedanz-Zustand, der dann gegeben ist, wenn die durch die Impedanz-Messeinheit gemessene Impedanz einen festlegbaren Grenzwert überschreitet. Ein Hochimpedanz-Zustand kann insbesondere als Indikator dafür genutzt werden, dass sämtliche Lasten innerhalb des Stromkreises bereit sind, von der Stromleitung getrennt zu werden, z. B. wenn einige Lasten komplett abgeschaltet sind und einige Lasten sich lediglich im Stand-by-Betrieb befinden. Die Steuerungseinheit des Schutzgeräts kann eine entsprechende Trennung durch Öffnen des Mikroschalters automatisch bewirken, wodurch insbesondere ein Beitrag geleistet wird, durch den Stromkreis hervorgerufenen Elektrosmog zu verringern. Die Impedanz-Messeinheit kann als eigenes Bauteil ausgestaltet oder in die Strom-Messeinheit integriert sein.
Die im Folgenden Absatz für die Temperatur-Messeinheit stehenden Erläuterungen gelten analog auch für die anderen vorstehend genannten weiteren Messeinheiten, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hierauf verwiesen wird. Die Steuerungseinheit kann auf die von der Temperatur-Messeinheit erzeugten Temperatur-Messwerte zugreifen und mit dem wenigstens einen auf der Speichereinheit hinterlegten Temperatur-Wertebereich vergleichen. Stellt die Steuerungseinheit bei einem solchen Vergleich fest, dass die Temperatur-Messwerte in einem auf der Speichereinheit hinterlegten Temperatur-Wertebereich liegen, z. B. einem einen Übertemperatur-Zustand des Drahts einer Sicherung definierenden Übertemperatur-Wertebereich, so kann sie den Mikroschalter öffnen.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzgeräts mit wenigstens einer weiteren Messeinheit kann derart vorteilhaft verändert werden, dass die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, den Mikroschalter auch dann zu öffnen, wenn ein durch die Strom-Messeinheit erzeugter Stromwert nicht in einem auf der Speichereinheit hinterlegten Strom-Wertebereich liegt, gar keine Strom-Wertebereiche und/oder Höchstdauerwerte auf der Speichereinheit hinterlegt sind, die Steuerungseinheit nicht dazu eingerichtet ist, Stromwerte zu verarbeiten und/oder das Schutzgerät gar keine Strom-Messeinheit aufweist.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass auf der Speichereinheit wenigstens ein dem wenigstens einen weiteren Wertebereich zugeordneter weiterer Höchstdauerwert gespeichert ist und die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, den Mikroschalter zu öffnen, wenn Messwerte länger als der weitere Höchstdauerwert in dem weiteren Wertebereich liegen. Durch das Paar aus einem weiteren Wertebereich und einem diesem zugeordneten weiteren Höchstdauerwert wird definiert, für welche Dauer ein Zustand, welcher durch den weiteren Wertebereich definiert wird, höchstens toleriert wird, ohne dass die Steuerungseinheit den Mikroschalter öffnet. Die Steuerungseinheit kann die Dauer messen, wie lange die Messwerte der vorstehend genannten weiteren Messeinheiten in einem dem jeweiligen Typ entsprechenden Wertebereich liegen, die gemessene Dauer mit dem auf der Speichereinheit hinterlegten weiteren Höchstdauerwert vergleichen, welcher dem betreffenden weiteren Wertebereich zugeordnet ist, und bei Überschreiten des weiteren Höchstdauerwerts den Mikroschalter öffnen.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass die Wertebereiche und Höchstdauerwerte bearbeitbar sind. Dadurch kann das Schutzgerät z. B. besonders flexibel und einfach an unterschiedliche Sicherungen und Schutzschalter sowie Stromleitungen, Stromversorgungsnetze und Stromkreise angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Steuerungseinheit durch Verarbeiten von durch die Energie-Messeinheit erzeugten Energie-Messwerten dazu eingerichtet ist, einen auf der Speichereinheit speicherbaren Energieverbrauchsbericht zu erzeugen, welcher einen Energieverbrauch in dem Stromkreis während eines festlegbaren Zeitraums enthält. Die in dem Stromkreis des Schutzgeräts verbrauchte Energie kann dabei in dem festlegbaren Zeitraum, z. B. an einem Tag, einer Woche, einem Monat oder einem Jahr erfasst werden. Der festlegbare Zeitraum ist bevorzugt auf der Speichereinheit des Schutzgeräts hinterlegt, so dass die Steuerungseinheit darauf zugreifen kann. Auf den auf der Speichereinheit speicherbaren Energieverbrauchsbericht kann von außerhalb des Schutzgeräts zugegriffen werden, so dass dieser beispielsweise weiterverarbeitet und/oder angezeigt werden kann.
In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, zwischen verschiedenen in dem Stromkreis Energie verbrauchenden Lasten zu unterscheiden und einen Energieverbrauchsbericht für jede einzelne Last zu erstellen. Dies wird ermöglicht durch Auswertung des Lastprofils des Stromkreises, wodurch detailliert festgestellt werden kann, welche Last in einem festlegbaren Zeitraum wie viel Energie verbraucht hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schutzgerät wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle. Bevorzugt ist wenigstens eine Kommunikations-Schnittstelle vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, eine direkte kommunikative Verbindung mit wenigstens einem weiteren Schutzgerät herzustellen. Weiterhin kann die Kommunikations-Schnittstelle dazu eingerichtet sein, mit Kommunikations-Schnittstellen externer Geräte, z. B. Computern oder Mobiltelefonen, insbesondere Smartphones, zu kommunizieren. Die Kommunikations-Schnittstelle ist bevorzugt dazu eingerichtet, auf der Speichereinheit hinterlegte Datensätze zu übermitteln und auf der Speichereinheit zu hinterlegende Datensätze zu empfangen, wobei genannte Datensätze lediglich beispielhaft Wertebereiche, Höchstdauerwerte, Zeiträume, Stromwerte, weitere Messwerte oder Energieverbrauchsberichte umfassen können. Insbesondere können auch externe Geräte eines Stromanbieters oder eines Netzbetreibers mit der Kommunikations-Schnittstelle kommunizieren und auf diese Weise insbesondere Einfluss darauf nehmen, welche Mikroschalter unter welchen Bedingungen zu öffnen und/oder zu schließen sind.
In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Kommunikations-Schnittstelle dazu eingerichtet ist, drahtlos zu kommunizieren. Durch den Wegfall von Verkabelung kann insbesondere Bauraum und Installationsaufwand eingespart werden. Als Kommunikations-Schnittstellen können in diesem Zusammenhang z. B. W-LAN-, Bluetooth-, Infrarot oder andere Funk-Schnittstellen eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Kommunikations-Schnittstelle dazu eingerichtet ist, Zugang zu den Stromwerten und/oder den Messwerten zu gewähren. Dazu können beispielsweise IP-Adressen auf der Speichereinheit hinterlegt sein, welche mit Geräten verglichen werden, welche eine Verbindung mit der Kommunikations-Schnittstelle aufbauen möchten. Insbesondere kann die Kommunikations-Schnittstelle einem Gerät eines Stromanbieters, welcher eine an das Schutzgerät angeschlossene Stromleitung mit Strom versorgt, Zugang zu den durch die Messeinheiten erzeugten Werten gewährt werden, sodass der Stromversorger in Echtzeit Informationen z. B. über die momentan in dem Stromkreis des Schutzgeräts aufgenommene Leistung erhält und diese Informationen beispielsweise zur Steuerung der Stromverteilung in seinem Versorgungsnetz nutzen kann.
Weiterhin kann die Kommunikations-Schnittstelle vorteilhaft dazu eingerichtet sein, Zugang zu der Speichereinheit wenigstens teilweise zu verweigern. Dadurch wird insbesondere ein Beitrag geleistet, die Privatsphäre des Schutzgerät-Nutzers zu schützen. So kann beispielsweise der Kommunikations-Schnittstelle einem Stromanbieter der Zugang zu den auf der Speichereinheit hinterlegten Energieverbrauchsberichten verweigert werden.
Das erfindungsgemäße Schutzsystem nach Anspruch 13 umfasst mehrere der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzgeräte mit jeweils wenigstens einer Kommunikations-Schnittstelle, wobei die Schutzgeräte durch Kommunikations-Schnittstellen kommunikativ miteinander verbunden sind. Über die Kommunikationsschnittstellen können die Schutzgeräte insbesondere Stromwerte und andere erzeugte Werte miteinander austauschen. Ebenfalls kann besonders bevorzugt wenigstens ein Schutzgerät dazu eingerichtet sein, den Mikroschalter wenigstens eines anderen Schutzgeräts zu steuern.
Beispielsweise kann in dem Schutzsystem eines der Schutzgeräte – sozusagen ein ”Master-Schutzgerät” – anderen Schutzgeräten jeweils einen maximal zulässigen Stromwert zuweisen. Die genannten anderen Schutzgeräte des Schutzsystems befinden sich bevorzugt innerhalb eines Sicherungskastens, wobei jedoch auch vorgesehen ist, dass Schutzgeräte außerhalb des Sicherungskastens direkt vor einen betreffenden elektrischen Verbraucher geschaltet sind und ihre erzeugten Stromwerte mit wenigstens einem Schutzgerät innerhalb des Sicherungskastens austauschen.
Misst ein jeweiliges Schutzgerät einen Stromwert, welcher den ihm zugewiesenen maximal zulässigen Stromwert überschreitet, so kann besonders einfach vorgesehen sein, dass die Steuerungseinheit des betreffenden Schutzgeräts dessen Mikroschalter öffnet. Besonders bevorzugt ist allerdings, dass das Master-Schutzgerät flexibel auf einen solchen Zustand reagieren kann. So ist vorteilhaft vorgesehen, dass die anderen Schutzgeräte ihre erzeugten Stromwerte an das Master-Schutzgerät mittels der Kommunikations-Schnittstellen übermitteln. Das Master-Schutzgerät kann nun aufgrund der empfangenen Stromwerte und eines festlegbaren Maximalstromwerts für das Schutzsystem die maximal zulässigen Stromwerte für die anderen Schutzgeräte derart ändern, dass möglichst viele Mikroschalter der Schutzgeräte geschlossen bleiben können.
Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme in den Schutzgeräten zugeordneten Stromkreisen besonders flexibel unter den Schutzgeräten ausgeglichen werden. Die Schutzgeräte, insbesondere die Master-Schutzgeräte, mehrerer Schutzsysteme können ebenfalls auf die vorstehend genannte Art miteinander kommunizieren, so dass ein entsprechender Ausgleich der Leistungsaufnahme auch auf der Ebene mehrerer Schutzsysteme möglich ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäße Schutzsystems ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Schutzgeräte durch die Kommunikations-Schnittstellen kommunikativ in Reihe miteinander verbunden sind und dadurch eine Kommunikationskette bilden. Diese Ausführungsform, welche im Minimalfall zwei und grundsätzlich beliebig viele erfindungsgemäße Schutzgeräte umfassen kann, ermöglicht dass die Schutzgeräte der Kommunikationskette Informationen besonders schnell miteinander austauschen können und dass das Öffnen und/oder Schließen der Mikroschalter besonders schnell zwischen den Schutzgeräten abgestimmt werden kann. Beispielsweise können ein erstes und ein letztes Schutzgerät, welche an den beiden Enden der Kommunikationskette angeordnet sind, jeweils eine Kommunikations-Schnittstelle aufweisen, durch welche sie jeweils mit dem ihnen unmittelbar benachbarten Schutzgerät kommunikativ verbunden sind. Die Schutzgeräte zwischen dem ersten und dem letzten Schutzgerät können z. B. jeweils zwei Kommunikations-Schnittstellen aufweisen, durch welche sie jeweils mit den ihnen benachbarten Schutzgeräten kommunikativ verbunden sind. Insbesondere können Stromwerte, Messwerte und andere Datensätze über die Kommunikationskette besonders schnell an die anderen Schutzgeräte übermittelt, verarbeitet und zur Steuerung des Öffnens und/oder Schließens von Mikroschaltern der Schutzgeräte genutzt werden. In diesem Zusammenhang ist ebenfalls vorteilhaft vorgesehen, dass wenigstens eines der Schutzgeräte innerhalb der Kommunikationskette noch mit wenigstens einem weiteren Schutzgerät – welches seinerseits ebenfalls Teil einer weiteren Kommunikationskette sein kann – außerhalb der Kommunikationskette über eine Kommunikations-Schnittstelle kommunikativ verbunden ist, wodurch insbesondere Prioritäten der Schutzgeräte im Hinblick auf die Reihenfolge des Öffnens und Schließens ihrer Schutzschalter besonders flexibel festgelegt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzsystems sind die Schutzgeräte zusätzlich kommunikativ durch ein gemeinsames Bussystem miteinander verbunden. Das Bussystem ermöglicht insbesondere, zentral mit den Schutzgeräten der Kommunikationskette kommunizieren zu können, um z. B. auf den Speichereinheiten hinterlegte Datensätze zu ändern oder auf diese zuzugreifen. Weiterhin bildet das Bussystem eine Redundanz bei z. B. Ausfall einer Kommunikations-Schnittstelle innerhalb der Kommunikationskette.
In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das Bussystem eine Kommunikationseinheit mit einer weiteren Kommunikations-Schnittstelle umfasst. Die weitere Kommunikations-Schnittstelle kann z. B. durch eine LAN-, WLAN-, Bluetooth- oder Infrarot-Schnittstelle gebildet sein. Die Kommunikationseinheit ist dazu eingerichtet, mit verschiedenen externen Geräten, z. B. Computern oder Mobiltelefonen, insbesondere Smartphones, zu kommunizieren. Insbesondere können externe Geräte eines Stromanbieters mit der weiteren Kommunikations-Schnittstelle kommunizieren und auf diese Weise insbesondere Einfluss darauf nehmen, welche Mikroschalter unter welchen Bedingungen zu öffnen und/der zu schließen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 17 zur Steuerung eines vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzsystems, bei welchem die Schutzgeräte durch die Kommunikations-Schnittstellen kommunikativ in Reihe miteinander verbunden sind und dadurch eine Kommunikationskette bilden, dessen Schutzgeräte parallel an eine gemeinsame Stromleitung angeschlossen sind, umfasst die Verfahrensschritte

– Festlegen eines maximal zulässigen Stromwerts für das erste Schutzgerät,
– Berechnen eines maximal zulässigen Stromwerts für jedes der übrigen Schutzgeräte in Abhängigkeit des maximal zulässigen Stromwerts des in der Kommunikationskette jeweils vorangehenden Schutzgeräts und
– Öffnen des Mikroschalters eines jeden der übrigen Schutzgeräte, für das der maximal zulässige Stromwert negativ ist.

Die gemeinsame Stromleitung kann beispielsweise durch das Stromversorgungsnetz eines Stromanbieters mit Wechselstrom versorgt werden. Weiterhin kann jedoch auch ein dezentraler Generator Strom, z. B. Drehstrom, in die Stromleitung einspeisen. Ferner kann auch durch z. B. Photovoltaikanlagen erzeugter oder durch Batteriespeicher bereitgestellter Gleichstrom in der Stromleitung fließen.
Das Festlegen des maximal zulässigen Stromwerts für das erste Schutzgerät kann beispielsweise derart erfolgen, dass er als Wertebereich auf der Speichereinheit des ersten Schutzgeräts hinterlegt ist, wobei der Wertebereich alle Werte erfasst, die größer sind als der maximal zulässige Stromwert. Der Mikroschalter des ersten Schutzgeräts kann durch seine Steuerungseinheit z. B. dann geöffnet werden, wenn durch die Strom-Messeinheit des ersten Schutzgeräts erzeugte Stromwerte in dem vorgenannten Wertebereich liegen. Der maximal zulässige Stromwert des zweiten Schutzgeräts wird in Abhängigkeit des maximal zulässigen Stromwerts für das erste Schutzgerät bevorzugt in der Steuerungseinheit des ersten Schutzgeräts berechnet. Die Berechnung des maximal zulässigen Stromwerts für die übrigen Schutzgeräte – sofern vorhanden – erfolgt analog der Berechnung für das zweite Schutzgerät.
Auf der Speichereinheit ist ein Wertebereich hinterlegt, welcher negative maximal zulässige Stromwerte umfasst. Ein negativer maximal zulässiger Stromwert für ein Schutzgerät bedeutet, dass bereits durch die vorangehenden Schutzgeräte in der Kommunikationskette mehr Strom fließt als durch den maximal zulässigen Stromwert für das erste Schutzgerät festgelegt ist. In diesem Fall wird der Mikroschalter des betreffenden Schutzgeräts geöffnet, wodurch ein an das Schutzgerät angeschlossener Stromkreis von der Stromleitung getrennt wird. Der maximal zulässige Stromwert für alle nachfolgenden Schutzgeräte ist ebenfalls negativ, so dass deren Mikroschalter ebenfalls geöffnet werden. Das Verfahren eignet sich besonders gut dazu, dem ersten Schutzgerät eine höchste Stromverbrauchs-Priorität zuzuweisen, welche für jedes weitere Schutzgerät sinkt und für das letzte Schutzgerät am niedrigsten ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können besonders einfach, effektiv und übersichtlich Stromkreise von Schutzgeräten von der Stromleitung getrennt werden.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 17 ist vorteilhaft gekennzeichnet durch Berechnen des maximal zulässigen Stromwerts für jedes der übrigen Schutzgeräte mittels Messen einer Stromstärke und Erzeugen eines die gemessene Stromstärke repräsentierenden Stromwerts durch die Strom-Messeinheiten des ersten bis vorletzten Schutzgeräts in der Kommunikationskette, Erzeugen eines die gemessene Stromstärke repräsentierenden Stromwerts, Abziehen des in einem jeweiligen Schutzgerät erzeugten Stromwerts von dem maximal zulässigen Stromwert für das jeweilige Schutzgerät mittels der Steuerungseinheit des jeweiligen Schutzgeräts und Übermitteln des Differenzwerts an das jeweils nachfolgende Schutzgerät in der Kommunikationskette über die Kommunikations-Kette.
Der maximal zulässige Stromwert für das zweite Schutzgerät wird in der Steuerungseinheit des ersten Schutzgeräts aus der Differenz zwischen dem für das erste Schutzgerät festgelegten maximal zulässigen Stromwert und eines durch die Strom-Messeinheit des ersten Schutzgeräts erzeugten Stromwerts berechnet und an das zweite Schutzgerät über die Kommunikationskette übermittelt. Der maximal zulässige Stromwert für das dritte Schutzgerät – sofern vorhanden – wird in der Steuerungseinheit des zweiten Schutzgeräts aus der Differenz zwischen dem für das zweite Schutzgerät berechneten maximal zulässigen Stromwert und eines durch die Strom-Messeinheit des zweiten Schutzgeräts erzeugten Stromwerts berechnet und an das dritte Schutzgerät über die Kommunikationskette übermittelt. Die Berechnung der maximal zulässigen Stromwerte für die übrigen Schutzgeräte – sofern vorhanden – und die Übermittlung der Differenzwerte erfolgt analog.
Mit anderen Worten ist die Stromstärke, welche maximal in einem Schutzgerät gemessen werden darf, ohne dass dessen Steuerungseinheit den Mikroschalter öffnet, auf den Wert des maximal zulässigen Stromwerts für das erste Schutzgerät abzüglich der Summe der in den vorhergehenden Schutzgeräten der Kommunikationskette gemessenen Stromstärken begrenzt. Der maximal zulässige Stromwert nimmt somit für das erste Schutzgerät den größten und für das letzte Schutzgerät den kleinsten Wert an. Bei den durch die Strom-Messeinheiten erzeugten Stromwerten handelt es sich bevorzugt jeweils um den letzten durch die jeweilige Strom-Messeinheit erzeugten Stromwert, welcher die aktuell durch die Strom-Messeinheit gemessene Stromstärke repräsentiert. Die erste Ausführungsform ermöglicht eine besonders aktuelle, einfache und effektive Art der Koordination des Öffnens von Mikroschaltern bzw. eine damit verbundene Trennung von Stromkreisen von der Stromleitung.
Bevorzugt wird der maximal zulässige Stromwert unter Berücksichtigung der Auslegung der gemeinsamen Stromleitung bzw. der in ihr bereitstellbaren Stromstärke festgelegt. Ist beispielsweise der Strom in der gemeinsamen Stromleitung durch eine Sicherung begrenzt, so ist der maximal zulässige Stromwert bevorzugt kleiner als der Wert des Auslösestromstärke der Sicherung. Dies ist besonders vorteilhaft, weil insbesondere durch Öffnen einer ausreichenden Anzahl von Mikroschaltern verhindert werden kann, dass die Sicherung der gemeinsamen Stromleitung auslösen muss. Die Sicherung dient lediglich der Redundanz im Falle, dass ein Mikroschalter nicht rechtzeitig öffnet.
Weiterhin kann der maximal zulässige Stromwert derart festgelegt werden, dass er eine in der Stromleitung verfügbare Stromstärke nicht überschreitet, welche beispielsweise durch einen Benutzer oder aber auch extern durch einen Stromanbieter z. B. über die gemeinsame Stromleitung vorgegeben werden kann. Somit wird einem Benutzer des Schutzsystems ermöglicht, den durch die Stromkreise der Schutzgeräte fließenden Gesamtstrom zu begrenzen und somit besonders leicht Strom sparen zu können. Für einen Stromanbieter ergibt sich unter anderem die Möglichkeit auf Schwankungen in der Verfügbarkeit von Strom in seinem Versorgungsnetz flexibler reagieren zu können, indem der maximal zulässige Stromwert für das erste Schutzgerät und dadurch auch für das gesamte Schutzsystem entsprechend angepasst wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 17 ist vorteilhaft vorgesehen das

– Messen einer Stromstärke und Erzeugen eines die gemessene Stromstärke repräsentierenden Stromwerts durch die Strom-Messeinheit des letzten Schutzgeräts in der Kommunikationskette,
– Abziehen des in dem letzten Schutzgerät erzeugten Stromwerts von dem maximal zulässigen Stromwert für das letzte Schutzgerät mittels der Steuerungseinheit des letzten Schutzgeräts und
– Übermitteln des Differenzwerts an die übrigen Schutzgeräte über die Kommunikationskette.

Gemäß dieser Ausführungsform wird in dem letzten Schutzgerät ein Differenzwert berechnet und an die übrigen Schutzgeräte übermittelt, welche angibt, wie viel Strom höchstens noch zusätzlich in den Schutzgeräten fließen darf, ohne dass wenigstens ein Mikroschalter getrennt wird. In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das Berechnen der maximal zulässigen Stromwerte für das zweite bis letzte Schutzgerät, das Berechnen des Differenzwerts in dem letzten Schutzgerät und das Übermitteln des Differenzwerts an alle anderen Schutzgeräte innerhalb der Periodendauer eines in der gemeinsamen Stromleitung fließenden Stroms erfolgt, wodurch eine besonders schnelle Koordination des Öffnens von Mikroschaltern ermöglicht wird. Auch wenn in der gemeinsamen Stromleitung ein Gleichstrom fließt, können z. B. durch Festlegen entsprechender Zeitwerte in den Schutzgeräten ebenfalls entsprechend hochfrequente Strommessungen erfolgen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich aus durch Speichern eines Stromwerts, der zuletzt durch die Strom-Messeinheit eines Schutzgeräts erzeugt wurde, bevor dessen Mikroschalter geöffnet wurde, auf der Speichereinheit des Schutzgeräts und Schließen des geöffneten Mikroschalters, wenn ein nach dem Öffnen berechneter maximal zulässiger Stromwert für das Schutzgerät höher als der gespeicherte Stromwert ist.
Auch nach Öffnen eines Schutzschalters eines Schutzgeräts werden weiterhin maximal zulässige Stromwerte für das Schutzgerät berechnet. Wenn der maximal zulässige Stromwert niedriger ist als der gespeicherte Stromwert, welcher als letztes gemessen wurde, bevor der Mikroschalter geöffnet worden ist, dann bleibt der Mikroschalter weiterhin geöffnet. Würde der Mikroschalter stattdessen wieder geschlossen werden und – was zumindest wahrscheinlich ist – in dem Stromkreis die gleiche oder annähernd gleiche Stromstärke gemessen werden, so würde die Steuerungseinheit den Mikroschalter sofort wieder öffnen, weil ein nach Schließen des Mikroschalters erzeugte Stromwert den maximal zulässigen Stromwert für das Schutzgerät übersteigen und Letzterer negativ werden würde. Dies könnte zu einem instabilen Betriebszustand des Schutzsystems führen, in dem der Mikroschalter kontinuierlich geöffnet und geschlossen würde. Daher wird der Mikroschalter erst dann wieder geschlossen, wenn ein für das betreffende Schutzgerät berechneter maximal zulässiger Stromwert wenigstens so hoch ist wie der gespeicherte Stromwert. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, dass ein geöffneter Mikroschalter nach besonders kurzer Zeit wieder geschlossen und somit ein von der gemeinsamen Stromleitung getrennter Stromkreis wieder besonders schnell mit Strom versorgt wird, ohne dass instabile Betriebszustände des Schutzsystems entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 23 zur Steuerung eines weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzsystems, bei welchem die Schutzgeräte durch die Kommunikations-Schnittstellen kommunikativ in Reihe miteinander verbunden sind und dadurch eine Kommunikationskette bilden und dessen Schutzgeräte parallel an eine gemeinsame Stromleitung angeschlossen sind, umfasst die Verfahrensschritte

– Festlegen eines maximal zulässigen Stromwerts,
– Festlegen eines Öffnungs-Höchstdauerwerts für jedes Schutzgerät,
– Berechnen restlicher maximal zulässiger Stromwerte jeweils in Abhängigkeit einer Summe jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte,
– Öffnen des Mikroschalters eines Schutzgeräts, wenn restliche maximal zulässige Stromwerte ununterbrochen länger negativ sind als der Öffnungs-Höchstdauerwert des Schutzgeräts.

Das Festlegen des maximal zulässigen Stromwerts kann beispielsweise durch Hinterlegen eines entsprechenden Werts auf wenigstens einer der Speichereinheiten der Schutzgeräte, bevorzugt auf der Speichereinheit des ersten oder letzten Schutzgeräts in der Kommunikationskette, erfolgen. Das Festlegen der Öffnungs-Höchstdauerwerte erfolgt bevorzugt durch Hinterlegen eines entsprechenden Werts auf jeder der Speichereinheiten der Schutzgeräte. Das Berechnen der restlichen maximal zulässigen Stromwerte erfolgt derart, dass mehrmals hintereinander jeweils ein Stromwert jedes Schutzgeräts zusammenaddiert wird. Wenn die dadurch gebildeten Stromwert-Summen den maximal zulässigen Stromwert ohne Unterbrechung länger übersteigen als der Öffnungs-Höchstdauerwert für ein Schutzgerät, dann wird der Mikroschalter des Schutzgeräts geöffnet, wodurch ein an das Schutzgerät angeschlossener Stromkreis von der gemeinsamen Stromleitung getrennt wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 23 kann jedem Schutzgerät in der Kommunikationskette eine beliebige Ausschalt-Priorität zugewiesen werden, indem der Öffnungs-Höchstdauerwert für das Schutzgerät entsprechend hoch gewählt wird. Der Öffnungs-Höchstdauerwert für ein Schutzgerät bestimmt, wie lange nacheinander restliche maximal zulässige Stromwerte negativ sein müssen, bevor der Mikroschalter des Schutzgeräts geöffnet wird. Schutzgeräte, für die ein geringerer Öffnungs-Höchstdauerwert festgelegt wird, öffnen dementsprechend schneller als Schutzgeräte, für die ein höherer Öffnungs-Höchstdauerwert festgelegt wird. Die Öffnungs-Höchstdauerwerte sind dabei bevorzugt kürzer gewählt als die Dauer, innerhalb derer eine Sicherung der Stromleitung auslösen würde.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen das Festlegen eines Schließ-Höchstdauerwerts für jedes Schutzgerät und das Schließen eines geöffneten Mikroschalters eines Schutzgeräts, wenn nach Öffnen des Mikroschalters berechnete maximal zulässige Stromwerte ununterbrochen länger positiv sind als der für das Schutzgerät festgelegte Schließ-Höchstdauerwert.
Durch Festlegen der Schließ-Höchstdauerwerte können den Schutzgeräten Wiedereinschalt-Prioritäten zugewiesen werden, indem – sofern nach Öffnen des Mikroschalters berechnete restliche maximal zulässige Stromwerte wieder ununterbrochen positiv sind – Schutzgeräte, für die ein geringerer Schließ-Höchstdauerwert festgelegt wurde, schneller wieder ihren geöffneten Mikroschalter schließen als Schutzgeräte, für die ein höherer Schließ-Höchstdauerwert festgelegt wurde. Besonders bevorzugt ist eine Kombination von Aus- und Einschalt-Prioritäten vorgesehen, um eine besonders klare und eindeutige Gesamt-Priorität der Schutzgeräte zu erzeugen. Hierzu werden für Schutzgeräte, denen eine höhere Gesamt-Priorität zugewiesen werden soll, höhere Öffnungs- und niedrigere Schließ-Höchstdauerwerte festgelegt, als für Schutzgerät, denen eine niedrigere Gesamt-Priorität zugewiesen werden soll.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 23 ist gekennzeichnet durch

– Bilden der Summen jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte durch serielles Aufaddieren jeweils eines aktuellen Stromwerts aller Schutzgeräte und
– Berechnen der restlichen maximal zulässigen Stromwerte durch Subtrahieren der jeweils gebildeten Summe von dem festgelegten maximal zulässigen Stromwert.

Unter seriellem Aufaddieren ist Folgendes zu verstehen: Die Strom-Messeinheit des ersten Schutzgeräts erzeugt einen Stromwert und übermittelt diesen an das zweite Schutzgerät. Die Strom-Messeinheit des zweiten Schutzgeräts erzeugt einen Stromwert, addiert diesen auf den durch das erste Schutzgerät übermittelten Stromwert und übermittelt die Summe an das dritte Schutzgerät. Das dritte und jedes weitere Schutzgerät – sofern vorhanden – verfährt wie das zweite Schutzgerät. Bei den Stromwerten handelt es sich um die jeweils aktuell, bevorzugt die zuletzt durch die Strom-Messeinheiten erzeugten Stromwerte, welche die aktuell, bevorzugt zuletzt durch die Strom-Messeinheiten gemessenen Stromwerte repräsentieren. Die vorstehend beschriebenen Schritte werden wiederholt, wodurch die Summen jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte gebildet werden. Die gebildeten Summen werden jeweils von dem maximal zulässigen Stromwert abgezogen, woraus sich die restlichen maximal zulässigen Stromwerte ergeben. Das Aufaddieren und Subtrahieren erfolgt bevorzugt durch die Steuerungseinheiten der jeweiligen Schutzgeräte.
Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen das Übermitteln der restlichen maximal zulässigen Stromwerte an alle übrigen Schutzgeräte über die Kommunikationskette, was insbesondere den Vorteil hat, dass die übermittelten restlichen maximal zulässigen Stromwerte, besonders schnell an alle Schutzgeräten übermittelt werden können und zur Entscheidung über ein Öffnen und/oder des Schließens eines Mikroschalters zur Verfügung stehen. In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das Berechnen eines restlichen maximal zulässigen Stromwerts und dessen Übermittlung an alle übrigen Schutzgeräte innerhalb einer Periodendauer eines in der gemeinsamen Stromleitung fließenden Stroms erfolgt, wodurch eine besonders schnelle Abstimmung über das Öffnen und/oder Schließen von Mikroschaltern von Schutzgeräten innerhalb der Kommunikationskette möglich ist. Auch wenn in der gemeinsamen Stromleitung ein Gleichstrom fließt, können z. B. durch Festlegen entsprechender Zeitwerte in den Schutzgeräten ebenfalls entsprechend hochfrequente Strommessungen erfolgen.
Weiterhin können zur Steuerung eines weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzsystems, bei welchem ein gemeinsamer Stromkreis mit jeweils einem Ausgang mehrerer Schutzgeräte und jeweils eine Stromleitung mit jeweils einem Eingang der Schutzgeräte verbunden ist, folgende Schritte vorteilhaft vorgesehen sein:

– Festlegen eines Öffnungs-Höchstdauerwerts für jedes Schutzgerät,
– Ermitteln des Öffnungs-Zustands des Mikroschalters eines jeden Schutzgeräts und Übermitteln des ermittelten Öffnungs-Zustands an alle übrigen Schutzgeräte sowie
– Öffnen des Mikroschalters eines jeden Schutzgeräts, wenn an es übermittelte Öffnungs-Zustände ununterbrochen länger als der für es festgelegte Öffnungs-Höchstdauerwert aussagen, dass außer seinem Mikroschalter noch wenigstens einer der übrigen Mikroschalter geschlossen ist.

Durch das beschriebene Öffnen aller bis auf einen Schutzschalter kann ermöglicht werden, dass zeitgleich nur einer der Mikroschalter aller Schutzgeräte geschlossen ist, sodass der gemeinsame Stromkreis mit wenigstens einer Last ausschließlich mit einer der Stromleitungen verbunden ist. Unter Öffnungszustand fallen dabei insbesondere diejenigen Zustände, in welchen der Mikroschalter geöffnet oder geschlossen ist oder geschlossen werden soll. Welche der Stromleitungen mit dem Stromkreis verbunden bleiben soll, kann insbesondere durch die Festlegung unterschiedlich langer Öffnungs-Höchstdauerwerte gesteuert werden.
Die einzelnen Stromleitungen können durch jeweils eine eigene Stromquelle gespeist werden, zu denen u. a. die einzelnen Phasen eines mehrphasigen Stroms, z. B. eines Drehstroms, oder unterschiedliche andere Stromquellen, z. B. Gleichströme von Photovoltaikanlagen oder Batteriespeichern, oder Wechselstrom eines zentralen Stromversorgungsnetzes zählen. Jeweils ein Ausgang der Schutzgeräte ist an einen gemeinsamen Stromkreis angeschlossen. In jedem Schutzgerät wird der Öffnungs-Zustand des Mikroschalters ermittelt und kann an alle übrigen Schutzgeräte z. B. über die Kommunikations-Schnittstellen und/oder über das gemeinsame Bussystem übermittelt werden. Die beschriebene Ermittlung und Übermittlung wird bevorzugt dauerhaft wiederholt.
Wenn beispielsweise ein Schutzgerät, dessen Mikroschalter geschlossen ist, auf diese Weise die Information erhält, dass der Mikroschalter wenigstens eines anderen Schutzgeräts geschlossen werden soll, so wird es mittels seiner Steuerungseinheit seinen Mikroschalter öffnen, sofern es nicht während der Dauer des für es festgelegten Öffnungs-Höchstdauerwerts, welcher z. B. nach Erhalt der Information zu laufen beginnt, eine neue Information erhält, wonach keiner der übrigen Mikroschalter geöffnet werden soll.
Ferner können zur Steuerung eines weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzsystems, bei welchem ein gemeinsamer Stromkreis mit jeweils einem Ausgang mehrerer Schutzgeräte und jeweils eine Stromleitung, in welcher jeweils eine Phase eines Mehrphasenstroms fließt, mit jeweils einem Eingang der Schutzgeräte verbunden ist, folgende Schritte vorteilhaft vorgesehen sein:

– Öffnen des Mikroschalters eines jeden Schutzgeräts,
– Ermitteln der Bereitschaft eines jeden Schutzgeräts, seinen Mikroschalter zu schließen, und Übermitteln der ermittelten Bereitschaft an alle übrigen Schutzgeräte sowie
– zeitgleiches Schließen des Mikroschalters eines jeden Schutzgeräts, wenn an jedes Schutzgerät die Information übertragen wurde, dass die übrigen Schutzgeräte bereit sind, ihre Mikroschalter zu schließen.

Dies ermöglicht insbesondere das zeitgleiche bzw. annähernd zeitgleiche Schließen der Mikroschalter aller Schutzgeräte, wodurch der gemeinsam an die Ausgänge der Schutzgeräte angeschlossene Stromkreis gleichzeitig mit allen Phasen des Mehrphasenstroms gespeist werden kann. Dies ist z. B. für das Starten und den Betrieb eines Mehrphasen-Elektromotors, welcher in dem Stromkreis angeordnet sein kann, besonders vorteilhaft. Das Ermitteln der Bereitschaft eines Schutzgeräts, seinen Mikroschalter zu schließen, kann dabei beispielsweise mittels einer weiter oben beschriebenen Impedanz-Messeinheit und innerhalb der Periodendauer des Mehrphasenstroms erfolgen, dessen einzelne Phasen in den einzelnen Stromleitungen fließen. Wenn die genannte Bereitschaft durch jedes Schutzgerät festgestellt und an alle anderen Schutzgeräte übermittelt wurde, werden durch die Steuerungseinheiten aller Schutzgeräte deren Mikroschalter gleichzeitig geschlossen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Hierbei zeigt:
1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schutzgeräts,
2 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schutzsystems, dessen Schutzgeräte eingangsseitig mit einer gemeinsamen Stromleitung und ausgangsseitig mit jeweils einem einzelnen Stromkreis verbunden sind, und
3 den schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schutzsystems, dessen Schutzgeräte eingangsseitig mit jeweils einer eigenen Stromleitung und ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Stromkreis verbunden sind.
Das durch 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzgeräts 1 umfasst einen Mikroschalter 2, welcher in Reihe mit einer Sicherung 3 geschaltet ist, eine Speichereinheit 4, eine Strom-Messeinheit 5 und eine Steuerungseinheit 6. Statt der Sicherung 3 kann das Schutzgerät 1 alternativ auch einen nicht dargestellten Schutzschalter umfassen. Weiterhin umfasst das Schutzgerät 1 einen Eingang 7 zum Anschluss an eine Strom führende Stromleitung und einen Ausgang 8 zum Anschluss an einen Stromkreis mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher.
Die Strom-Messeinheit 5 kann durch ihren Stromsensor 5s Stromstärken zwischen dem Mikroschalter 2 und dem Ausgang 8 messen und Stromwerte erzeugen, welche gemessene Stromstärken repräsentieren und von der Steuerungseinheit 6 verarbeitet werden können. Auf der Speichereinheit 4 sind zwei Strom-Wertebereiche hinterlegt, nämlich ein Langzeit-Überstrom-Wertebereich, welcher einen Langzeit-Überstrom-Zustand definiert, und ein Kurzschlussstrom-Wertebereich, welcher einen Kurzschluss-Zustand definiert. Ferner sind auf der Speichereinheit 4 ein dem Langzeit-Überstrom-Wertebereich zugeordneter Langzeit-Überstrom-Höchstdauerwert und ein dem Kurzschlussstrom-Wertebereich zugeordneter Kurzschlussstrom-Höchstdauerwert hinterlegt.
Die Steuerungseinheit 6 ist dazu eingerichtet, wenn ein von der Strom-Messeinheit 5 erzeugter in einem oder beiden der zwei vorgenannten Wertebereiche liegt, den Mikroschalter 2 durch dazu geeignete Befehle zu öffnen, ohne dass die Sicherung 3 auslöst. Die Steuerungseinheit 6 ist ebenfalls dazu eingerichtet, den Mikroschalter 2 wieder automatisch zu schließen, so dass nach einem Langzeit-Überstrom-Zustand oder einem Kurzschluss-Zustand kein Auswechseln oder Wiedereinsetzen der Sicherung 3 erforderlich ist.
Auf der Speichereinheit 4 sind ferner ein dem Langzeit-Überstrom-Wertebereich zugeordneter Langzeit-Überstrom-Höchstdauerwert und ein dem Kurzschluss-Wertebereich zugeordneter Kurzschluss-Höchstdauerwert hinterlegt. Die Steuerungseinheit 6 kann gemäß einer weiteren Betriebsart den Mikroschalter 2 dann öffnen, wenn sie durch einen Vergleich erkennt, dass für eine Dauer länger als der Langzeit-Überstrom-Höchstdauerwert und/oder der Kurzschluss-Höchstdauerwert durch die Strom-Messeinheit 5 erzeugte Stromwerte in dem Langzeit-Überstrom-Wertebereich und/oder Kurschluss-Wertebereich liegen.
Das Schutzgerät 1 weist ferner eine Temperatur-Messeinheit 9 auf, welche einen Temperatursensor 9 _S in unmittelbarer Nähe der Sicherung 3 aufweist ist, so dass sie Temperaturen in der Nähe des Drahtes 3 _W im Inneren der Sicherung 3 messen und einen die gemessene Temperatur repräsentierenden Temperatur-Messwert erzeugen kann. Auf der Speichereinheit 4 sind ein Übertemperatur-Wertebereich, welcher einen Übertemperatur-Zustand des Drahts 3 _W der Sicherung 3 definiert, und ein dem Übertemperatur-Wertebereich zugeordneter Übertemperatur-Höchstdauerwert hinterlegt.
Die Steuerungseinheit 6 kann gemäß einer weiteren Betriebsart den Mikroschalter 2 dann öffnen, wenn sie durch einen Vergleich erkennt, dass für eine Dauer länger als der Langzeit-Überstrom-Höchstdauerwert durch die Strom-Messeinheit 5 erzeugte Stromwerte in dem Langzeit-Überstrom-Wertebereich und für eine Dauer länger als der Übertemperatur-Höchstdauerwert durch die Temperatur-Messeinheit 9 erzeugte Temperatur-Messwerte in dem Übertemperatur-Wertebereich liegen.
Ferner umfasst das Schutzgerät 1 weitere Messeinheiten in Form einer Frequenz- 10, einer Spannungs- 11, und einer Leistungs-Messeinheit 12, sowie einer in die Leistungs-Messeinheit 12 integrierten Energie-Messeinheit und einer in die Strom-Messeinheit 5 integrierten Impedanz-Messeinheit. Die weiteren Messeinheiten 9–12 sind dazu eingerichtet Frequenzen, Spannungen, Leistungen, Energien bzw. Impedanzen in dem Schutzgerät 1 zu messen und die gemessenen Frequenzen, Spannungen, Leistungen, Energien bzw. Impedanzen repräsentierende Frequenz-, Spannungs-, Leistungs- Energie bzw. Impedanz-Messwerte zu erzeugen. Auf der Speichereinheit 4 sind dem Typ der jeweiligen weiteren Messeinheit entsprechende Wertebereiche hinterlegt, nämlich ein Unterfrequenz- und ein Unterspannungs-Wertebereich, welche einen Zustand außergewöhnlich niedriger Frequenz bzw. Spannung definieren, ein Überleistungs- und ein Überverbrauchs-Wertebereich, welche jeweils einen Zustand übermäßiger Leistungsaufnahme bzw. übermäßigen Energieverbrauchs definieren, sowie ein Hochimpedanz-Wertebereich, welcher einen Zustand definiert, in welchem Lasten in dem Stromkreis des Schutzgeräts als bereit zum Abschalten angesehen werden. Weiterhin ist auf der Speichereinheit 4 jeweils ein den genannten weiteren Wertebereichen zugeordneter weiterer Höchstdauerwert hinterlegt.
Gemäß einer weiteren Betriebsart des erfindungsgemäßen Schutzgeräts öffnet deren Steuerungseinheit 6 den Mikroschalter 2, wenn

– für eine Dauer länger als der auf der Speichereinheit hinterlegte Überstrom-Höchstdauerwert durch die Strom-Messeinheit 5 erzeugte Stromwerte in dem auf der Speichereinheit hinterlegten Überstrom-Wertebereich liegen (1. Öffnungskriterium) und
– für eine Dauer länger als einer der weiteren Höchstdauerwerte durch die entsprechende weitere Messeinheit 9–12 erzeugte Messwerte in dem dem weiteren Höchstdauerwert zugeordneten weiteren Wertebereich liegen (2. Öffnungskriterium).

Gemäß einer nochmals weiteren Betriebsart ist die Steuerungseinheit 6 dazu eingerichtet, den Mikroschalter 2 auch dann zu öffnen, wenn lediglich das 2. Öffnungskriterium 2 erfüllt ist.
Gemäß einer weiteren Betriebsart ist die Steuerungseinheit 6 ferner dazu eingerichtet, einen Energieverbrauchswert zu erstellen und auf der Speichereinheit 4 zu hinterlegen, welcher den Energieverbrauch eines an den Ausgang 8 anschließbaren Stromkreises während eines auf der Speichereinheit 4 hinterlegten Verbrauchs-Zeitraums enthält. Dazu addiert die Steuerungseinheit 6 die von der Leistungs-Messeinheit 12 erzeugten Leistungs-Messwerte während des Verbrauchs-Zeitraums kumulativ auf. Gemäß einer nochmals weiteren Betriebsart ist die Steuerungseinheit 6 dazu eingerichtet, einen Energieverbrauchswert für unterschiedliche Lasten in dem Stromkreis durch Auswertung eines Lastprofils zu erstellen und auf der Speichereinheit 4 abzulegen.
Das Schutzgerät 1 weist ferner eine Stromversorgungseinheit 13 zur Stromversorgung des Schutzgeräts 1 auf, welche entweder durch das an den Eingang 7 anschließbare Stromnetz oder eine andere Spannungsquelle gespeist werden kann. Weiterhin umfasst das Schutzgerät 1 eine Kommunikations-Schnittstelle 14 zur drahtlosen Datenübertragung. Die Kommunikations-Schnittstelle 14 erlaubt nicht dargestellten externen Kommunikations-Schnittstellen mit bestimmten IP-Adressen, auf die in dem Schutzgerät 1 erzeugten Messwerte zuzugreifen. Ein Zugriff auf die auf der Speichereinheit 4 hinterlegten Energieverbrauchswerte ist jedoch nur durch die Eingabe eines durch den Nutzer des Schutzgeräts 1 festlegbaren Nutzernamens und Passworts möglich, wodurch insbesondere ein Stromanbieter keinen Zugriff auf die Energieverbrauchswerte hat.
Das Schutzsystem 15 gemäß 2 umfasst vier Schutzgeräte 1A–1D, welche jeweils dem durch 1 gezeigten Schutzgerät 1 ähnlich sind. Jedes Schutzgerät 1A–1D ist an seinem Eingang 7A–7D an eine gemeinsame Stromleitung in Form eines Wechselstrom führenden Netzes 16 angeschlossen, welches einen Wechselstrom führt, der von einem zentralen Stromanbieter bereitgestellt wird. Jedes Schutzgerät 1A–1D ist weiterhin an seinem Ausgang 8A–8D an jeweils einen eigenen Stromkreis 17A–17D mit mehreren, nicht dargestellten Verbrauchern angeschlossen. Die Schutzgeräte 1A–1D sind miteinander in Reihe kommunikativ über drahtlos miteinander kommunizierende Kommunikations-Schnittstellen 18–23 verbunden und bilden dadurch eine Kommunikationskette. Dazu umfassen die Schutzgeräte 1A, 1D am Ende der Kommunikationskette jeweils eine Kommunikations-Schnittstelle 18, 23 und die übrigen Schutzgeräte 1B, 1C jeweils zwei Kommunikations-Schnittstellen 19–22. Die Schutzgeräte 1A–1D sind weiterhin über ein gemeinsames Bussystem 24, welches eine Kommunikationseinheit 25 mit einer weiteren Kommunikations-Schnittstelle 26 umfasst, kommunikativ miteinander verbunden.
Im Folgenden wird die Steuerung bzw. der Betrieb des durch 2 gezeigten Schutzsystems 15 anhand von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Das Netz 16 weist eine Netz-Sicherung 27 auf, welche bei Erreichen einer Auslöse-Stromstärke auslöst. Der Wert der Auslöse-Stromstärke ist fest auf der Speichereinheit 4A des ersten Schutzgeräts 1D hinterlegt.
Gemäß einer Betriebsart des Schutzsystems 15 wird durch den hinterlegten Wert der Auslöse-Stromstärke der maximal zulässige Stromwert für das erste Schutzgerät 1A festgelegt, von dem die Steuerungseinheit 6A des ersten Schutzgeräts 1A den zuletzt durch seine Strom-Messeinheit 5A ermittelten Stromwert abzieht, der eine durch die Strom-Messeinheit 5A zuletzt gemessene Stromstärke zwischen dem Mikroschalter 2A und dem Ausgang 8A des ersten Schutzgeräts 1A repräsentiert. Der Differenzwert entspricht dem maximal zulässigen Stromwert für das zweite Schutzgerät 1B, der an das zweite Schutzgerät 1B in der Kommunikationskette übermittelt wird. Die Übermittlung erfolgt mittels zweier kommunikativ in Verbindung stehender Kommunikations-Schnittstellen 18, 19 des ersten Schutzgeräts 1A bzw. des zweiten Schutzgeräts 1B.
Die Steuerungseinheit 6B des zweiten Schutzgeräts 1B zieht von dem erhaltenen maximal zulässigen Stromwert für das zweite Schutzgerät 1B den zuletzt durch seine Strom-Messeinheit 5B ermittelten Stromwert ab, der eine durch die Strom-Messeinheit 5B zuletzt gemessene Stromstärke zwischen dem Mikroschalter 2B und dem Ausgang 8B des zweiten Schutzgeräts 1B repräsentiert. Der Differenzwert entspricht dem maximal zulässigen Stromwert für das dritte Schutzgerät 1C, der an das dritte Schutzgerät 1C in der Kommunikationskette mittels zweier kommunikativ in Verbindung stehender Kommunikations-Schnittstellen 20, 21 des zweiten Schutzgeräts 1B und des dritten Schutzgeräts 1C übertragen wird. Die Berechnung des maximal zulässigen Stromwerts für das vierte Schutzgerät 1D und dessen Übermittlung an das vierte Schutzgerät 1D erfolgt in analoger Weise wie in dem zweiten Schutzgerät 1B.
Die Steuerungseinheit 6D des vierten Schutzgeräts 1D zieht von dem erhaltenen maximal zulässigen Stromwert für das vierte Schutzgerät 1D den zuletzt durch seine Strom-Messeinheit 5D ermittelten Stromwert ab, der eine durch die Strom-Messeinheit 5D zuletzt gemessene Stromstärke zwischen dem Mikroschalter 2D und dem Ausgang 8D des vierten Schutzgeräts 1D repräsentiert. Der Differenzwert entspricht einem restlichen Maximal zulässigen Stromwert für das Schutzsystem 15 und wird über die Kommunikationskette an alle übrigen Schutzgeräte 1A–1C übermittelt.
Durch diese Art der Festlegung bzw. Berechnung des maximal zulässigen Stromwerts für die Schutzgeräte 1A–1D erhält das erste Schutzglied 1A die höchste Priorität in Bezug auf die mögliche Stromabnahme. Die Priorität nimmt von Schutzgerät zu Schutzgerät innerhalb der Kommunikationskette ab und ist für das vierte Schutzgerät 1D am geringsten. Die jeweilige Steuerungseinheiten 6B–6D des zweiten bis letzten Schutzgeräts 1B–1D öffnet dessen Mikroschalter 2B–2D, wenn der maximal zulässige Stromwert für das betreffende Schutzgerät 1B–1D negativ ist. Die Steuerungseinheit 6A des ersten Schutzgeräts 1A öffnet dessen Mikroschalter 2A, wenn der in dem ersten Schutzgerät 1A gebildete Differenzwert negativ ist.
Ein Verfahrenszyklus, welcher die Berechung des maximal zulässigen Stromwerts für alle Schutzgeräte 1A–1D und die Übermittelung des restlichen maximal zulässigen Stromwerts für das Schutzsystem 15 an alle übrigen Schutzgeräte 1A–1C umfasst, erfolgt dabei innerhalb einer Periodendauer des in dem Netz 16 fließenden Wechselstroms. An einen vollständig durchlaufenden Verfahrenszyklus schließt sich direkt der nächste Verfahrenszyklus an, sodass in jeder Periode des in dem Netz fließenden Wechselstroms neu durch die Steuerungseinheiten 6A–6D der Schutzgeräte 1A–1D entschieden wird, ob ein Mikroschalter 2A–2D geöffnet wird.
Das Schließen eines zuvor geöffneten Mikroschalters 2A–2D erfolgt, indem der letzte vor Öffnen des Mikroschalters 2A–2D durch die Strom-Messeinheit 5A–5D des betreffenden Schutzgeräts 1A–1D erzeugte Stromwert auf der Speichereinheit 4A–4D des Schutzgeräts 1A–1D hinterlegt und der Mikroschalter 2A–2D wieder geschlossen wird, wenn ein nach Öffnen des Mikroschalters 2A–2D berechneter, aktuell verfügbarer maximal zulässiger Stromwert für das Schutzgerät 1A–1D größer ist, als der hinterlegte Stromwert.
Gemäß einer weiteren Betriebsart des Schutzsystems 15 wird ein maximal zulässiger Stromwert durch den auf der Speichereinheit 4A des ersten Schutzgeräts 1A hinterlegten Wert der Auslöse-Stromstärke der Netz-Sicherung 27 festgelegt. Von dem maximal zulässigen Stromwert wird die Summe jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte 1A–1D abgezogen.
Dazu zieht die Steuerungseinheit 6A des ersten Schutzgeräts 1A von dem maximal zulässigen Stromwert den zuletzt durch die Strom-Messeinheit 5A des ersten Schutzgeräts 1A ermittelten Stromwert ab. Der gebildete Differenzwert wird an das zweite Schutzgerät 1B in der Kommunikationskette übermittelt. Die Steuerungseinheit 6B des zweiten Schutzgeräts 1B zieht von dem erhaltenen Differenzwert den zuletzt durch die Strom-Messeinheit 5B des zweiten Schutzgeräts 1B ermittelten Stromwert ab. Der gebildete Differenzwert wird an das dritte Schutzgerät 1C übermittelt, in welchem in zu dem zweiten Schutzgerät 1B analoger Weise ein Differenzwert gebildet und an das vierte Schutzgerät 1D übermittelt wird. Das vierte Schutzgerät 1D zieht von dem erhaltenen Differenzwert den zuletzt durch seine Strom-Messeinheit 5D ermittelten Stromwert ab. Der gebildete Differenzwert entspricht einem restlichen maximal zulässigen Stromwert für das Schutzsystem 15, welcher über die Kommunikationskette an die ersten drei Schutzgeräte 1A–1C übertragen wird.
Ein Verfahrenszyklus, welcher die Differenzwertbildungen in allen Schutzgeräten 1A–1D und die Übermittelung des restlichen maximal zulässigen Stromwerts an die ersten drei Schutzgeräte 1A–1C umfasst, erfolgt dabei innerhalb der Periodendauer des in dem Netz 16 fließenden Wechselstroms. An einen vollständig durchlaufenden Verfahrenszyklus schließt sich direkt der nächste Verfahrenszyklus an, sodass jedem Schutzgerät 1A–1D in jeder Periode des im Netz 16 fließenden Wechselstroms der restliche maximal zulässige Stromwert übermittelt wird.
Auf den Speichereinheiten 4A–4D aller Schutzgeräte 1A–1D ist weiterhin jeweils ein Öffnungs-Höchstdauerwert hinterlegt. Wenn die über die Kommunikationskette übermittelten restlichen maximal zulässigen Stromwerte ununterbrochen länger negativ sind als der Öffnungs-Höchstdauerwert eines Schutzgeräts 1A–1D, dann öffnet deren Steuerungseinheit 6A–6D den Mikroschalter 2A–2D. Somit erhält das Schutzgerät 6A–6D, auf deren Speichereinheit 4A–4D der höchste Öffnungs-Höchstdauerwert hinterlegt ist, die höchste Priorität in Bezug auf die mögliche Stromabnahme und das Schutzgerät 1A–1D, auf deren Speichereinheit 4A–4D der niedrigste Öffnungs-Höchstdauerwert gespeichert ist, die niedrigste Priorität.
Das durch 3 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzsystems 15 umfasst die bereits in 2 dargestellten ersten drei Schutzgeräte 17A–17C, welche durch insgesamt vier Kommunikations-Schnittstellen 18–21 in bereits erläuterter Weise eine Kommunikationskette bilden. Die Schutzgeräte 1A–1C sind ferner auch über ein gemeinsames Bussystem 24 mit einer Kommunikationseinheit 25, welche eine weitere Kommunikationsschnittstelle 26 umfasst, kommunikativ miteinander verbunden. An den drei Eingängen 7A–7C der Schutzgeräte 1A–1C ist jeweils eine Stromleitung 16A–16C eines nicht gezeigten Drehstrom-Generators angeschlossen, wobei jede der Stromleitungen 16A–16C eine Phase des Drehstroms führt. Die drei Ausgänge 8A–8C der Schutzgeräte 1A–1C sind mit einem gemeinsamen Stromkreis 17A verbunden, welcher mehrere, nicht dargestellte Lasten enthält.
Gemäß einer Betriebsart des durch 3 gezeigten Schutzsystems 15 ist vorgesehen, dass jeweils alle bis auf einen Mikroschalter geöffnet werden. Dazu ist auf den Speichereinheiten 8A–8C der Schutzgeräte 1A–1C jeweils ein Öffnungs-Höchstdauerwert hinterlegt, welcher für das erste Schutzgerät 1A am höchsten, für das zweite Schutzgerät 1B niedriger als für das erste Schutzgerät 1A und für das dritte Schutzgerät 1C am niedrigsten ist.
Innerhalb der Periodendauer der in der jeweiligen Stromleitung 16A–16C geführten Phase ermitteln die Mikroschalter 2A–2C ihren Öffnungs-Zustand und übermitteln ihn sofort über das gemeinsame Bussystem 24 an alle übrigen Schutzgeräte 1A–1C. Alternativ oder zusätzlich kann das Übermitteln auch über die Kommunikationskette erfolgen. Somit ist jedes Schutzgerät 1A–1C innerhalb der Periodendauer des Drehstroms darüber informiert, welche Mikroschalter 2A–2C geöffnet oder geschlossen sind.
Sind beispielsweise die Mikroschalter 2A, 2B des ersten Schutzgeräts 1A und des zweiten Schutzgeräts 1B geschlossen, so wird die Steuerungseinheit 6B des zweiten Schutzgeräts 1B dessen Mikroschalter 2B öffnen, wenn die genannte erhaltene Information über die Öffnungs-Zustände länger als der Öffnungs-Höchstdauerwert für das zweite Schutzgerät 1B anhält. Die Steuerungseinheit 6A des ersten Schutzgeräts 1A wird dessen Mikroschalter 2A nicht öffnen, weil der Öffnungs-Höchstdauerwert für das erste Schutzgerät 1A höher ist, als für das zweite Schutzgerät 1B und somit nach Öffnen des Mikroschalters 2B des zweiten Schutzgeräts 1B kein anderes Schutzgerät 1B, 1C außer dem ersten Schutzgerät 1A mehr einen geschlossenen Mikroschalter 2B, 2C aufweist.
Gemäß einer weiteren Betriebsart des durch 3 gezeigten Schutzsystems 15 ist vorgesehen, dass alle Mikroschalter 2A–2C geöffnet und zeitgleich wieder geschlossen werden. Diese Betriebsart bietet sich an, wenn z. B. ein nicht gezeigter Drehstrom-Elektromotor in dem Stromkreis 17A gestartet und betrieben werden soll. Das Schließen der Mikroschalter 2A–2C erfolgt, nach dem in jedem Schutzgerät 1A–1C ermittelt worden ist, dass deren Mikroschalter 2A–2C einschaltbereit sind und die entsprechenden Informationen allen anderen Schutzgeräten 1A–1C durch Übermittlung zur Verfügung gestellt worden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2450426 A [0003, 0003, 0003]

Claims

Schutzgerät (1) für Stromkreise (17A–17D) umfassend – einen mit einer Sicherung (3) oder einem Schutzschalter in Reihe geschalteten Mikroschalter (2), – eine Strom-Messeinheit (5), – eine Speichereinheit (4) und – eine Steuerungseinheit (6), wobei – auf der Speichereinheit (4) wenigstens ein Strom-Wertebereich hinterlegt ist, – die Strom-Messeinheit (5) dazu eingerichtet ist, Stromstärken in dem Schutzgerät (1) zu messen und die gemessenen Stromstärken repräsentierende Stromwerte zu erzeugen, – die Steuerungseinheit (6) dazu eingerichtet ist, die Stromwerte zu verarbeiten, den Mikroschalter (2) zu öffnen, wenn ein Stromwert in dem Strom-Wertebereich liegt und den Mikroschalter (2) nach dem Öffnen wieder zu schließen.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – auf der Speichereinheit (4) wenigstens ein dem wenigstens einen Strom-Wertebereich zugeordneter Höchstdauerwert gespeichert ist und – die Steuerungseinheit (6) dazu eingerichtet ist, den Mikroschalter (2) zu öffnen, wenn Stromwerte länger als der Höchstdauerwert in dem Strom-Wertebereich liegen.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgerät (1) wenigstens eine weitere Messeinheit (9–12) aus einer – Temperatur-Messeinheit (9), – Spannungs-Messeinheit (11), – Energie-Messeinheit, – Impedanz-Messeinheit, – Frequenz-Messeinheit (10) und – Leistungs-Messeinheit (12) umfasst, wobei – auf der Speichereinheit (4) wenigstens ein dem Typ der betreffenden weiteren Messeinheit (9–12) entsprechender weiterer Wertebereich hinterlegt ist, – die weitere Messeinheit (9–12) dazu eingerichtet ist, ihrem Typ entsprechende Messungen durchzuführen und entsprechende Messwerte zu erzeugen und – die Steuerungseinheit (6) dazu eingerichtet ist, die Messwerte zu verarbeiten und den Mikroschalter (2) zu öffnen, wenn ein Messwert in einem der weiteren Wertebereiche liegt.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – auf der Speichereinheit (4) wenigstens ein dem wenigstens einen weiteren Wertebereich zugeordneter weiterer Höchstdauerwert gespeichert ist und – die Steuerungseinheit (6) dazu eingerichtet ist, den Mikroschalter (2) zu öffnen, wenn Messwerte länger als der betreffende weitere Höchstdauerwert in dem betreffenden weiteren Wertebereich liegen.
Schutzgerät (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Wertebereiche einen Zustand aus einem – Langzeit-Überstrom-Zustand, – Kurzschluss-Zustand, – Übertemperatur-Zustand, – Unterspannungs-Zustand, – Hochimpedanz-Zustand, – Unterfrequenz-Zustand und – Zustand übermäßiger Leistungsaufnahme oder übermäßigen Energieverbrauchs definiert.
Schutzgerät (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertebereiche und Höchstdauerwerte bearbeitbar sind.
Schutzgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (6) durch Verarbeiten von durch die Energie-Messeinheit (12) erzeugten Energie-Messwerten dazu eingerichtet ist, einen auf der Speichereinheit (4) hinterlegbaren Energieverbrauchsbericht zu erzeugen, welcher einen Energieverbrauch in dem Stromkreis (17A–17D) während eines festlegbaren Zeitraums enthält.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (6) dazu eingerichtet ist, zwischen verschiedenen in dem Stromkreis (17A–17D) Energie verbrauchenden Lasten zu unterscheiden und einen Energieverbrauchsbericht für jede einzelne Last zu erstellen.
Schutzgerät (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgerät (1) wenigstens eine Kommunikations-Schnittstelle (14, 18–23) umfasst.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Schnittstelle (14, 18–23) dazu eingerichtet ist, drahtlos zu kommunizieren.
Schutzgerät (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Schnittstelle (14, 18–23) dazu eingerichtet ist, Zugang zu den Stromwerten und/oder Messwerten zu gewähren.
Schutzgerät (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Schnittstelle (18–23) dazu eingerichtet ist, Zugang zu der Speichereinheit (4) wenigstens teilweise zu verweigern.
Schutzsystem (15) für Stromkreise umfassend mehrere Schutzgeräte (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Schutzgeräte (1) durch Kommunikations-Schnittstellen kommunikativ miteinander verbunden sind.
Schutzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgeräte (1A–1D) durch die Kommunikations-Schnittstellen (18–23) kommunikativ in Reihe miteinander verbunden sind und dadurch eine Kommunikationskette bilden.
Schutzsystem (15) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgeräte (1A–1D) zusätzlich kommunikativ durch ein gemeinsames Bussystem (24) miteinander verbunden sind.
Schutzsystem (15) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (24) eine Kommunikationseinheit (25) mit einer weiteren Kommunikations-Schnittstelle (26) umfasst.
Verfahren zur Steuerung eines Schutzsystems (15) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dessen Schutzgeräte (1A–1D) parallel an eine gemeinsame Stromleitung (16) angeschlossen sind, umfassend die Schritte: – Festlegen eines maximal zulässigen Stromwerts für das erste Schutzgerät (1A), – Berechnen eines maximal zulässigen Stromwerts für jedes der übrigen Schutzgeräte (1B–1D) in Abhängigkeit des maximal zulässigen Stromwerts des in der Kommunikationskette jeweils vorangehenden Schutzgeräts (1A–1C) und – Öffnen des Mikroschalters (2B–2D) eines jeden der übrigen Schutzgeräte (1B–1D), für das der maximal zulässige Stromwert negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Berechnen des maximal zulässigen Stromwerts für jedes der übrigen Schutzgeräte (1B–1D) mittels – Messen einer Stromstärke und Erzeugen eines die gemessene Stromstärke repräsentierenden Stromwerts durch die Strom-Messeinheiten des ersten Schutzgeräts (1A) bis vorletzten Schutzgeräts (1C) in der Kommunikationskette, – Abziehen des in einem jeweiligen Schutzgerät (1A–1C) erzeugten Stromwerts von dem maximal zulässigen Stromwert für das jeweilige Schutzgerät (1A–1C) mittels der Steuerungseinheit des jeweiligen Schutzgeräts (1A–1C) und – Übermitteln des Differenzwerts an das jeweils nachfolgende Schutzgerät (1B–1D) in der Kommunikations-Kette über die Kommunikationskette.
Verfahren nach Anspruch 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Stromwert für das erste Schutzgerät (1A) kleiner als der Wert der Auslösestromstärke einer Sicherung (27) der gemeinsamen Stromleitung (16) oder nicht größer als der Wert einer in der gemeinsamen Stromleitung (16) verfügbaren Stromstärke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch – Messen einer Stromstärke und Erzeugen eines die gemessene Stromstärke repräsentierenden Stromwerts durch die Strom-Messeinheit (5D) des letzten Schutzgeräts (1D) in der Kommunikationskette, – Abziehen des in dem letzten Schutzgerät (1D) erzeugten Stromwerts von dem maximal zulässigen Stromwert für das letzte Schutzgerät (1D) mittels der Steuerungseinheit (6D) des letzten Schutzgeräts (1D) und – Übermitteln des Differenzwerts an die übrigen Schutzgeräte (1A–1C) über die Kommunikationskette.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der maximal zulässigen Stromwerte für das zweite Schutzgerät (1B) bis letzte Schutzgerät (1D), das Berechnen des Differenzwerts in dem letzten Schutzgerät (1D) und das Übermitteln des Differenzwerts an alle anderen Schutzgeräte (1A–1C) innerhalb der Periodendauer eines in der gemeinsamen Stromleitung (16) fließenden Stroms erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch – Speichern eines Stromwerts, der zuletzt durch die Strom-Messeinheit (5A–5D) eines Schutzgeräts (1A–1D) erzeugt wurde, bevor dessen Mikroschalter (2A–2D) geöffnet wurde, auf der Speichereinheit (4A–4D) des Schutzgeräts (1A–1D) und – Schließen des geöffneten Mikroschalters (2A–2D), wenn ein nach dem Öffnen berechneter maximal zulässiger Stromwert für das Schutzgerät (1A–1D) höher als der gespeicherte Stromwert ist.
Verfahren zur Steuerung eines Schutzsystems (15) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dessen Schutzgeräte (1A–1D) parallel an eine gemeinsame Stromleitung (16) angeschlossen sind, mit den Schritten: – Festlegen eines maximal zulässigen Stromwerts, – Festlegen eines Öffnungs-Höchstdauerwerts für jedes Schutzgerät (1A–1D), – Berechnen restlicher maximal zulässiger Stromwerte jeweils in Abhängigkeit einer Summe jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte (1A–1D), – Öffnen des Mikroschalters eines Schutzgeräts (1A–1D), wenn restliche maximal zulässige Stromwerte ununterbrochen länger negativ sind als der Öffnungs-Höchstdauerwert des Schutzgeräts (1A–1D).
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch – Festlegen eines Schließ-Höchstdauerwerts für jedes Schutzgerät (1A–1D) und – Schließen eines geöffneten Mikroschalters (2A–2D) eines Schutzgeräts (1A–1D), wenn nach Öffnen des Mikroschalters berechnete maximal zulässige Stromwerte ununterbrochen länger positiv sind als der für das Schutzgerät (1A–1D) festgelegte Schließ-Höchstdauerwert.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch – Bilden der Summen jeweils eines Stromwerts aller Schutzgeräte (1A–1D) durch serielles Aufaddieren jeweils eines aktuellen Stromwerts aller Schutzgeräte (1A–1D) und – Berechnen der restlichen maximal zulässigen Stromwerte durch Subtrahieren der jeweils gebildeten Summe von dem festgelegten maximal zulässigen Stromwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch Übermitteln der restlichen maximal zulässigen Stromwerte an alle übrigen Schutzgeräte (1A–1C) über die Kommunikationskette.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen eines restlichen maximal zulässigen Stromwerts und dessen Übermittlung an alle übrigen Schutzgeräte (1A–1C) innerhalb einer Periodendauer eines in der gemeinsamen Stromleitung (16) fließenden Stroms erfolgt.