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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Detektieren eines Lichtbogens in einem elektrischen Schaltkreis, mit einem ersten Anschluss zum Anschließen an einen Phasenanschluss eines elektrischen Energieverteilungsnetzwerkes und einem zweiten Anschluss zum Anschließen an einen Phasenanschluss des elektrischen Schaltkreises.
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Einrichtungen der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt und dienen der Sicherheit in elektrischen Anlagen, elektrischen Energieverteilungsnetzwerken sowie daran angeschlossenen elektrischen Schaltkreisen. Eine elektrische Anlage kann einen oder mehrere elektrische Schaltkreise umfassen oder Anschlüsse für solche Schaltkreise bereitstellen. In diesem Sinne kann eine elektrische Anlage zum Beispiel eine Schaltanlage, beispielsweise eine Niederspannungsschaltanlage, eine Mittelspannungsschaltanlage, aber auch ein Energieverteilungskasten in einem Haushalt und/oder dergleichen sein. Ein elektrisches Energieverteilungsnetzwerk kann zum Beispiel ein öffentliches Energieversorgungsnetz sein. Darüber hinaus kann das Energieverteilungsnetzwerk auch ein lokales Netzwerk, beispielsweise für einen Inselbetrieb oder dergleichen, sein.
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Lichtbögen sind in elektrischen Anlagen ein Ereignis, das regelmäßig als gestörter Betriebszustand der elektrischen Anlage zu betrachten ist. Gleiches gilt natürlich auch für elektrische Schaltkreise, die Bestandteil der elektrischen Anlage oder an dieser angeschlossen sind und in denen ein Lichtbogen auftritt. Lichtbögen können gefährliche Zustände zur Folge haben, weshalb es in der Regel üblich ist, entsprechende Einrichtungen zum Detektieren solcher Lichtbögen vorzusehen. Dies gilt sowohl für mit elektrischer Wechselspannung beaufschlagte elektrische Anlagen sowie elektrische Schaltkreise als auch für mit elektrischer Gleichspannung beaufschlagte elektrische Anlagen und elektrische Schaltkreise.
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Eine gattungsgemäße Einrichtung zum Detektieren eines Lichtbogens in einem elektrischen Schaltkreis offenbart beispielsweise die
US 5,729,145 . Die hier offenbarte Lichtbogendetektionseinrichtung nutzt die Detektion von Hochfrequenzstörungen zwischen angeschlossenen Anschlussleitungen des Schaltkreises, der überwacht werden soll. Bei Vorliegen entsprechender charakteristischer, hochfrequenter Signale wird das Vorhandensein eines Lichtbogens angenommen und mittels eines elektrischen Schaltelements der Schaltkreis vom Anschluss an das Energieverteilungsnetz getrennt.
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Obwohl sich diese Art der Detektionseinrichtung dem Grunde nach bewährt hat, zeigt sie auch Nachteile. So ist es zum Beispiel vergleichsweise aufwendig, immer beide Anschlüsse des zu überwachenden Schaltkreises über die Lichtbogendetektionseinrichtung zu führen. Dies erfordert einen entsprechend hohen Montageaufwand. Darüber hinaus erweist es sich als nachteilig, dass aufgrund der Durchführung zweier Anschlüsse des elektrischen Schaltkreises, insbesondere bei großen Leistungen in der Einrichtung entsprechend hohe Verlustleistungen erzeugt werden, die einen entsprechenden Bauaufwand und/oder Kühlungsaufwand nach sich ziehen.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, hier eine Verbesserung zu bewirken.
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Als Lösung schlägt die Erfindung eine Einrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vor. Weitere Vorteile ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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Mit der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass die Einrichtung neutralanschlusslos in Bezug auf den elektrischen Schaltkreis ausgebildet ist und der erste und der zweite Anschluss mittels wenigstens eines Sensors elektrisch gekoppelt sind, der an eine Auswerteeinheit der Einrichtung angeschlossen ist, die eingerichtet ist, eine mittels des Sensors erfasste Spannung und/oder einen erfassten Strom zum Detektieren des Lichtbogens auszuwerten und ein Signal entsprechend des Ergebnisses des Auswertens zu erzeugen.
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Die Erfindung vermeidet es also, zwei Leitungen des Schaltkreises durch die Einrichtung hindurchführen und auswerten zu müssen. Das erfindungsgemäße Konzept sieht vor, lediglich noch einen der beiden für den Schaltkreis erforderlichen Anschlüsse, nämlich vorzugsweise den dessen Phasenanschluss, durch die Einrichtung hindurchzuführen und eine entsprechende Auswertung vorzusehen. Der zweite Anschluss des elektrischen Schlatkreises, in der Regel ein Neutralanschluss, braucht nicht mehr an die Einrichtung angeschlossen zu werden. Dadurch kann die Beaufschlagung der Einrichtung mit Verlusten gegenüber dem Stand der Technik nahezu halbiert werden. Darüber hinaus vereinfacht sich auch die Montage, und die Baugröße kann reduziert werden, so dass insgesamt ein kompakterer Aufbau erreicht werden kann. Daraus resultiert natürlich auch eine Reduktion von räumlichen Anforderungen für die Einrichtungen und Geräte, in denen die Einrichtung zum Detektieren des Lichtbogens angeordnet werden soll. Der Neutralanschluss dient dazu, eine elektrische Anschlussmöglichkeit für einen Anschluss an ein elektrisches Bezugspotential bereitzustellen, das oftmals auch durch eine Erdung gebildet ist. Häufig wird dieses elektrische Bezugspotential in der elektrischen Anlage beziehungsweise in dem elektrischen Schaltkreis mit N gekennzeichnet und auch mit „Null“ bezeichnet. Das Bezugspotential braucht aber nicht zwingend N zu sein. Es kann natürlich auch ein anderes Bezugspotential sein, beispielsweise eine Phase eines Wechselspannungsnetzes. Entsprechendes gilt dem Grunde nach auch für elektrische Anlage und Schaltkreise für Gleichspannungsbetrieb.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine zuverlässige Detektion von Lichtbögen nicht eines Zugriffs auf beide Anschlussleitungen eines Schaltkreises bedarf. Anhand eines einzigen Sensors, der lediglich eine von zwei Anschlussleitungen des elektrischen Schaltkreises überwacht, kann eine zuverlässige Detektion auf Lichtbögen erreicht werden. Dadurch kann der Aufwand für die Lichtbogendetektion dem Grunde nach bereits reduziert werden.
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Durch die Erfindung kann darüber hinaus erreicht werden, dass auch vorhandene Anlagen auf einfache Weise mit einer Lichtbogendetektion ausgerüstet werden können. Dies ist deshalb möglich, weil nämlich lediglich einer der Anschlüsse der jeweiligen elektrischen Schaltkreise, vorzugsweise der Phasenanschluss, über die erfindungsgemäße Einrichtung geführt zu werden braucht. Durch den geringen Aufwand, der mit der Einrichtung gemäß der Erfindung erforderlich ist, um eine Lichtbogendetektion erreichen zu können, ist eine Lichtbogendetektion nun auch für elektrische Einrichtungen wie elektrische Anlagen und elektrische Schaltkreise interessant, bei denen aus Kostengründen bisher auf solche Einrichtungen verzichtet worden ist.
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Entgegen den bekannten Einrichtungen zur Lichtbogendetektion braucht insbesondere der Neutralanschluss nicht mehr von der Einrichtung zur Lichtbogendetektion genutzt zu werden, so dass jeder elektrische Schaltkreis diesbezüglich separat angeschlossen sein kann. Dem Grunde nach kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Neutralanschluss gänzlich eingespart werden.
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Der Sensor kann zum Beispiel ein Stromwandler, ein Hall-Sensor oder dergleichen zur Stromerfassung sein. Darüber hinaus kann der Sensor natürlich auch ein Spannungssensor sein, der ein elektrisches Potential des zweiten Anschlusses in Bezug auf ein Bezugspotenzial ermittelt. Vorzugsweise kann das Bezugspotenzial natürlich ein Neutralanschluss des Energieverteilungsnetzwerkes aber unter Umständen auch ein Phasenpotential sein. In diesem Fall ist ein entsprechender Anschluss vorzusehen, wobei dieser jedoch lediglich für eine Beanspruchung zum Zwecke der Erfassung ausgelegt zu sein braucht. Insbesondere braucht kein Neutralleiter durch die erfindungsgemäße Einrichtung hindurchgeführt zu werden.
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Die Erfindung ermöglicht es, die Komplexität, insbesondere bei Schaltanlagen zu reduzieren und ermöglicht einen einfacheren Weg, ältere Schaltanlagen nachzurüsten. Darüber hinaus ermöglicht es die Erfindung, dass die Einrichtung zur Detektion von Lichtbögen mit einer geringeren Verlustwärme beaufschlagt wird, so dass im Vergleich zu Einrichtungen des Stands der Technik eine geringere Temperaturbeanspruchung erreicht werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung eine eigene Energieversorgungseinheit aufweist, die an den ersten Anschluss und einen weiteren Anschluss des elektrischen Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen ist. Zu diesem Zweck verfügt die Einrichtung der Erfindung vorzugsweise über einen dritten Anschluss. Der weitere Anschluss des elektrischen Energieverteilungsnetzwerkes kann ein weiterer Phasenanschluss aber auch ein Neutralanschluss oder dergleichen sein. Somit ist es möglich, dass die Einrichtung aus dem Energieverteilungsnetzwerk mit elektrischer Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt werden kann. Natürlich kann die Energieversorgungseinheit auch separat ausgebildet sein, insbesondere auch einen eigenen Energiespeicher aufweisen, der sie unabhängig von einer Energiebereitstellung mittels des Energieverteilungsnetzwerkes mit elektrischer Energie zu versorgen vermag.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Auswerteeinheit ausgebildet, vom Sensor erfasste Spannungs- und/oder Stromänderungen hinsichtlich hochfrequenter Signalanteile auszuwerten. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit mit einer entsprechenden Signalverarbeitungseinheit ausgerüstet sein, die es insbesondere erlaubt, hochfrequente Signalanteile bei den erfassten Spannungs- und/oder Stromänderungen zu detektieren und entsprechend zu analysieren. Die Analyse kann beispielsweise eine Auswertung in einem Frequenzbereich, beispielsweise unter Nutzung einer Einheit zur Durchführung einer Fouriertransformation oder dergleichen umfassen. Die Analyse kann zum Beispiel mittels einer analogen und/oder digitalen elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Insbesondere kann die Nutzung einer Rechnereinheit vorgesehen sein, die mittels eines geeigneten Rechnerprogramms zumindest Teile der Analyse durchführen kann. Die Rechnereinheit kann mit der elektronischen Schaltung kombiniert sein. Dadurch kann eine zuverlässige Detektion erreicht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung eine Rückwirkungsdämpfungseinheit aufweist, die am ersten Anschluss angeschlossen ist. Die Rückwirkungsdämpfungseinheit dient dazu, Spannungs- und/oder Stromänderungen, die mittels der Auswerteeinheit einem Lichtbogenereignis zugeordnet werden, so zu dämpfen, dass parallel hierzu angeschlossene Einrichtungen zum Erkennen von Lichtbögen benachbarter elektrischer Schaltkreise nicht beeinträchtigt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass im Wesentlichen nur der an die Einrichtung zum Detektieren von Lichtbögen angeschlossene elektrische Schaltkreis überwacht wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht somit eine Selektivität bei parallel am Energieverteilungsnetzwerk angeschlossenen elektrischen Schaltkreisen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung einen Erdanschluss zur Bereitstellung einer Erdung aufweist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, ein Erdpotenzial als elektrisches Bezugspotenzial für Spannungsmessungen zu nutzen. Dadurch ist es möglich, einen Neutralanschluss an das Energieverteilungsnetzwerk einzusparen. Die Einrichtung zur Detektion von Lichtbögen kann somit unabhängig vom Vorhandensein beziehungsweise von der Position eines Neutralleiters installiert werden.
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Darüber hinaus wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Einrichtung ein, insbesondere geschirmtes, Gehäuse aufweist, welches wenigstens den ersten und den zweiten Anschluss bereitstellt. Durch das Gehäuse kann die Einrichtung nicht nur vor mechanischen und atmosphärischen Beeinträchtigungen geschützt werden, sondern es erlaubt darüber hinaus insbesondere, den Sensor- und/oder die Auswerteeinheit vor elektromagnetischen Einwirkungen zu schützen, die die Funktion der Einrichtung beeinträchtigen könnten. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse beispielsweise aus Metall oder auch aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet sein. Darüber hinaus kann das Gehäuse natürlich auch aus einem Kunststoff gebildet sein, der mit einer Metallisierung versehen ist, um eine entsprechende Abschirmwirkung zu erzeugen. Besonders vorteilhaft weist das Gehäuse Montageelemente auf, die es erlauben, die Einrichtung in bekannte Montagesysteme zu integrieren, beispielsweise an Hutschienen zu befestigen oder dergleichen.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Funktionen und Bauteile.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Blockschaltbilddarstellung eine elektrische Anlage mit einer Einrichtung zum Detektieren eines Lichtbogens in einem elektrischen Schaltkreis gemäß der Erfindung, wobei drei Einrichtungen parallel geschaltet vorgesehen sind, die jeweils einen elektrischen Schaltkreis überwachen, und
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2 schematisch in Blockschaltbilddarstellung einen schaltungstechnischen Aufbau für die Einrichtung zum Detektieren des Lichtbogens gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine für Wechselspannung eingerichtete elektrische Anlage 10, die an ein nicht weiter dargestelltes und bezeichnetes elektrisches Energieverteilungsnetzwerk, hier das öffentliche Energieversorgungsnetz, angeschlossen ist. Die elektrische Anlage 10 umfasst drei Einrichtungen 12 zum Detektieren eines Lichtbogens in einem elektrischen Schaltkreis 14, die vorliegend parallelgeschaltet an dem Energieverteilungsnetzwerk angeschlossen sind. Zu diesem Zweck weisen die Einrichtungen 12 einen ersten Anschluss 20 auf, mittels dem sie an einen Phasenanschluss 30 des elektrischen Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen sind. Darüber hinaus weisen die Einrichtungen 12 einen zweiten Anschluss 24 auf, der zum Anschließen an einen ersten Phasenanschluss 16 des elektrischen Schaltkreises 14 dient. Ein zweiter Anschluss der elektrischen Schaltkreise 14, nämlich der N-Anschluss 18, ist an einem Neutralanschluss des Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen. Der Anschluss 18 ist unmittelbar an dem Neutralanschluss des Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen, und zwar unter Umgehung der Einrichtung 12. Die Einrichtung 12 ist somit neutralanschlusslos in Bezug auf den elektrischen Schaltkreis 14 ausgebildet. Lediglich ein als Hilfsanschluss ausgebildeter Neutralanschluss 22 ist bei der Einrichtung 12 vorgesehen, welcher Neutralanschluss 22 ebenfalls an dem Neutralanschluss 30 des Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen ist. Durch diese Verschaltung erfolgt ein Stromfluss durch die elektrischen Schaltkreise 14 durch die Einrichtung 12 hindurch lediglich in eine einzige Richtung, nämlich in Bezug auf die Phase des elektrischen Energieverteilungsnetzwerkes.
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2 zeigt nun ein schematisches Blockschaltbild für den inneren Aufbau der Einrichtung 12 zum Detektieren des Lichtbogens gemäß 1. Aus 2 ist ersichtlich, dass der erste Anschluss 20 über einen Sensor 26 mit dem zweiten Anschluss 24 elektrisch verbunden ist. Ein Stromfluss durch den elektrischen Schaltkreis 14 bewirkt somit immer auch einen Stromfluss durch den Sensor 26. Vorliegend ist der Sensor 26 als Stromsensor ausgebildet.
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Der Stromsensor 26 ist an eine Auswerteeinheit 28 angeschlossen, die ihrerseits von einer elektrischen Energieversorgung 32 mit elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt wird. Die Energieversorgungseinheit 32 ist Bestandteil der Einrichtung 12 ebenso wie die Auswerteeinheit 28 sowie der Sensor 26. Zum Zwecke der Energieversorgung ist die Energieversorgungseinheit 32 an den ersten Anschluss 20 sowie an einen dritten Anschluss der Einrichtung 12, nämlich ein Neutralleiteranschluss 22 angeschlossen. Somit bezieht die Energieversorgungseinheit 32 elektrische Energie aus dem elektrischen Energieverteilungsnetzwerk.
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Der Sensor 26 ist dazu ausgebildet, nicht nur den Laststrom des Schaltkreises 14, der an die Einrichtung 12 angeschlossen ist, zu erfassen, sondern auch dazu, einen Hochfrequenzstrom zu erfassen. Der Hochfrequenzstrom tritt auf, sobald sich ein Lichtbogen im Schaltkreis 14 ausbildet.
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Der Stromsensor 26 liefert ein dem erfassten Strom entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit 28, die die entsprechende Signalauswertung vornimmt. Die Auswerteeinheit 28 ist eingerichtet, hochfrequente Signalanteile in dem vom Stromsensor 26 gelieferten Signal zu erfassen und entsprechend auszuwerten. Ergibt die Auswertung, dass die Bedingungen für einen Lichtbogen im elektrischen Schaltkreis 14 gegeben sind, wird ein nicht weiter bezeichnetes Signal ausgegeben. Dieses Signal kann beispielsweise einem nicht dargestellten elektrischen Schaltelement zugeführt werden, mittels dem der elektrische Schaltkreis 14 abgeschaltet werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann anstelle des Stromsensors 26 oder ergänzend dazu ein Spannungssensor vorgesehen sein, der eine elektrische Spannung zwischen dem zweiten Anschluss 24 und dem Neutralanschluss 22 ermittelt. Auf jeden Fall braucht bei der Einrichtung 12 gemäß der Erfindung der Laststrom des elektrischen Schaltkreises 14 nur ein einziges Mal durch die Einrichtung 12 der Erfindung hindurchgeführt zu werden, nämlich in der vorliegenden Ausgestaltung auf der Phasenleitung. Dadurch entsteht lediglich ein einziges Mal eine entsprechende zugeordnete Verlustleistung.
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Auch wenn die vorliegende Ausgestaltung vorsieht, dass die Einrichtung 12 in eine Phasenleitung des elektrischen Schaltkreises 14 eingeschleift ist, kann dies natürlich in dualer Weise für eine Neutralleitung vorgesehen sein. In diesem Fall wäre dann der elektrische Schaltkreis 14 unmittelbar am Phasenanschluss 30 des Energieverteilungsnetzwerkes angeschlossen. Die Anschlüsse 16 und 18 des elektrischen Schaltkreises wären dann diesbezüglich vertauscht angeschlossen, ebenso wie die elektrischen Anschlüsse 20 und 22 der Einrichtung 12.
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Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die Einrichtung 12 sowohl in der einen als auch in der anderen Verschaltung zum Einsatz kommen kann. Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass die Einrichtung 12 gemäß der Erfindung nicht nur bei Wechselspannungseinrichtungen zum Einsatz kommen kann, sondern – gegebenenfalls unter entsprechender Adaption – auch bei gleichspannungsbeaufschlagten Anlagen und Schaltkreisen.
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Das vorangehende Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Darüber hinaus können natürlich Merkmale der Ansprüche und der Beschreibung in nahezu beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um zu weiteren Ausgestaltungen im Sinne der Erfindung zu gelangen. Insbesondere können Vorrichtungsmerkmale durch entsprechende Verfahrensschritte und umgekehrt realisiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Anlage
- 12
- Einrichtung
- 14
- Schaltkreis
- 16
- Phasenanschluss
- 18
- Anschluss
- 20
- erster Anschluss
- 22
- Neutralanschluss
- 24
- zweiter Anschluss
- 26
- Sensor
- 28
- Auswerteeinheit
- 30
- Phasenanschluss
- 32
- Energieversorgungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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