DE102015216963A1 - frequency converter - Google Patents

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DE102015216963A1
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Manfred Adlhoch
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Siemens AG
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  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Frequenzumrichter für einen Dreiphasenwechselstrom-Niederspannungsstromkreis, aufweisend – einen eingangsseitigen dreiphasigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter, – einen daran angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis – einen damit verbundenen ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter, – damit verbundene dreiphasige Ausgangsanschlüsse, – einen Steuerkreis. Zwischen dem ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter und den dreiphasigen Ausgangsanschlüssen ist ein Fehlerstromschutzschalter angeordnet, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen.The invention relates to a frequency converter for a three-phase AC low-voltage circuit, comprising: - an input-side three-phase AC to DC converter, - a DC intermediate circuit connected thereto - a connected output-side three-phase DC to AC converter, - three-phase output connections connected thereto, - a control circuit. Between the output three-phase DC to AC converter and the three-phase output terminals, a residual current device is installed to protect the drive and connected loads.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzumrichter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, 2, 3, 12, 13 und 14 sowie ein System. The invention relates to a frequency converter according to the preamble of claim 1, 2, 3, 12, 13 and 14 and a system.

Die Errichtung und der Betrieb von elektrischen Anlagen, insbesondere Niederspannungsanlagen, mit drehzahlgeregelten elektrischen Antrieben, die in der Regel mit Frequenzumrichtern realisiert werden, stellt die Anlagenhersteller sowie Anlagenbetreiber vor große Herausforderungen. Mit elektrischen Antrieben sind alle Antriebe mit oder ohne Verstärker bzw. Umrichter gemeint, welche einen Zwischenkreis mit AC/DC und/oder DC/AC-Wandlung beinhalten. Darüber hinaus sind neben Frequenzumrichtern auch anderweitige Inverter/Umrichter gemeint, welche eine AC/DC und/oder DC/AC-Wandlung beinhalten. Beispielsweise können dies Photovoltaik-Wechselrichter, Unterbrechungsfreie- respektive USV-Anlagen sein. Mit Niederspannungsanlagen sind insbesondere elektrische Stromkreise für Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung und 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Elektrische Antriebe sind häufig Motoren. Derartige elektrische Anlagen sollen eine möglichst hohe Anlagenverfügbarkeit aufweisen. Des Weiteren soll aber auch ein wirkungsvoller Schutz gegen Kurzschlussströme, Überströme und Fehlerströme realisiert sein, um einen wirkungsvollen Personen- und Brandschutz zu realisieren. Ein wirkungsvoller Schutz führt allerdings häufig zu Fehlauslösungen, d.h. Unterbrechungen des elektrischen Stromkreises, durch ermittelte Überströme, Restströme bzw. technische Ableitströme, die eigentlich keine Gefahr für Leib- und Leben bedeuten. Technische Ableitströme sind Ströme die bewusst oder unbewusst zur Erde (PE) hin abfließen, ohne dass ein Isolationsfehler vorliegt. Diese Ströme sind meist kapazitive Ströme und können

  • a) statisch, also kontinuierlich aufgrund von z.B. Filtern (X-/Y-Kondensatoren) und/oder Leitungskapazitäten (lange Motorkabel), oder
  • b) dynamisch, also kurzzeitig aufgrund von z.B. wegen unsymmetrischen Schaltvorgängen (Ein-/Ausschalten), auftreten.
The construction and operation of electrical systems, in particular low-voltage systems, with speed-controlled electrical drives, which are usually realized with frequency converters, presents the equipment manufacturers and plant operators with great challenges. By electrical drives are meant all drives with or without amplifiers or inverters, which include a DC link with AC / DC and / or DC / AC conversion. In addition, in addition to frequency inverters, other inverters / inverters are also meant, which include an AC / DC and / or DC / AC conversion. For example, these can be photovoltaic inverters, uninterruptible or UPS systems. By low-voltage systems are meant in particular electrical circuits for voltages up to 1000 volts AC and 1500 volts DC. Electric drives are often motors. Such electrical systems should have the highest possible system availability. Furthermore, however, an effective protection against short-circuit currents, overcurrents and fault currents should be implemented in order to realize effective personal and fire protection. However, effective protection often leads to false tripping, ie interruptions of the electrical circuit, through determined overcurrents, residual currents or technical leakage currents, which actually mean no danger to life and limb. Technical leakage currents are currents which flow consciously or unconsciously towards the earth (PE) without an insulation fault. These currents are mostly capacitive currents and can
  • a) static, ie continuously due to eg filters (X / Y capacitors) and / or line capacitances (long motor cables), or
  • b) dynamically, so briefly due to eg due to asymmetrical switching operations (on / off), occur.

Diese Fehlauslösungen reduzieren die Anlagenverfügbarkeit und führen zu teuren Standzeiten elektrischer Anlagen. Derartige Fehlauslösungen können durch:

  • – Einschaltstromspitzen im Bereich der Lastströme, als auch technischer Ableitströme,
  • – Ableitströme im Bereich der Netzfrequenz 50Hz und deren Harmonischen / Oberwellen,
  • – Ableitströme im Bereich der Motorfrequenzen, größer 1OOOHz und deren Harmonischen / Oberwellen,
  • – Mangelhaften Abgleich von EMV-Filtern in elektrischen Anlagen, insbesondere bei langen Motorzuleitungen, usw. vorkommen.
These false tripping reduce the system availability and lead to expensive downtime of electrical systems. Such false alarms can be caused by:
  • - Inrush current peaks in the range of load currents, as well as technical leakage currents,
  • - Leakage currents in the range of the mains frequency 50Hz and their harmonics / harmonics,
  • - Leakage currents in the range of the motor frequencies, greater than 1000 Hz and their harmonics / harmonics,
  • - Poor matching of EMC filters in electrical systems, especially with long motor cables, etc. occur.

Insbesondere bei drehzahlgeregelten Antrieben, die mit Frequenzumrichtern realisiert werden, besteht das Problem eine maximale Anlagenverfügbarkeit bei gleichzeitig gutem Schutz zu realisieren. Especially with speed-controlled drives that are realized with frequency converters, the problem is to realize maximum system availability while maintaining good protection.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Schutz bei Verwendung von Frequenzumrichtern, insbesondere zur Drehzahlsteuerung von Antrieben, zu verbessern. Object of the present invention is to improve the protection when using frequency converters, in particular for speed control of drives.

Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzumrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2, 3, 12, 13 oder 14 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. This object is achieved by a frequency converter with the features of claim 1, 2, 3, 12, 13 or 14 and a system having the features of claim 15.

Üblicherweise ist in elektrischen Anlagen bzw. Systemen mit elektrischen Anlagen ein netzseitiger Fehlerstromschutzschalter vorgesehen. Bei drehzahlgeregelten Antrieben kann der Frequenzumrichter bzw. vorhandene EMV-Filter dessen Verhalten beeinträchtigen. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, im Frequenzumrichter einen Fehlerstromschutzschalter vorzusehen. Gemäß einer ersten Lösung kann dieser am Verbraucher- bzw. antriebsseitigen Ausgang des Frequenzumrichters angeordnet sein. Gemäß einer zweiten Lösung ist der Feherlstromschutzschalter im Gleichspannungszwischenkreis angeordnet, beispielsweise zwischen eingangsseitigen Wechsel- zu Gleichstromumsetzer und ausgangsseitigen Gleich- zu Wechselstromumrichter. Gemäß einer dritten Lösung ist der Feherlstromschutzschalter am Eingang, beispielsweise innerhalb oder außerhalb des Frequenzumrichters, angeordnet, d.h. vor dem eingangsseitigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Schutz verbessert wird, bei gleichzeitig hoher Anlagenverfügbarkeit, da beispielsweise ein netzseitiger Fehlerstromschutzschalter mit kostenintensiven Filtermaßnahmen weniger kritisch eingestellt werden braucht, bei Erhaltung des vollen Schutzes. Ferner können Einflüsse, die infolge von Filterstufen entstehen, die Signale abändern, so dass beispielsweise Erdfehlerströme in der Nähe von Antrieben gedämpft werden, vom erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter besser erkannt werden. Verwendete Filterstufen und sonstigen parasitäre Kapazitäten verschleifen, d.h. dämpfen bzw. vermindern, häufig die auftretenden technischen Ableitströme, aber auch ggf. auftretende Erdfehlerströme. D.h. ein netzeingangsseitig angeordneter Fehlerstromschutzschalter kann diese schlechter erkennen. Erfindungsgemäß ergibt sich durch den erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter eine Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit (weniger Fehlauslösungen), eine höhere Anlagensicherheit, insbesondere in Bezug auf Personen- und Brandschutz, als auch eine gleichzeitig einfachere, kostengünstige Projektierung der Anlage. Usually, a mains-side residual current circuit breaker is provided in electrical systems or systems with electrical systems. With speed-controlled drives, the frequency converter or existing EMC filter can impair its behavior. According to the invention it is now proposed to provide a residual current circuit breaker in the frequency converter. According to a first solution, this can be arranged on the load or drive-side output of the frequency converter. According to a second solution, the Feherlstromschutzschalter is arranged in the DC voltage intermediate circuit, for example, between the input side AC to DC converter and output side DC to AC converter. According to a third solution, the Feherlstromstromschalter is at the input, for example, inside or outside of the frequency converter, arranged, i. in front of the input side AC to DC converter. This has the particular advantage that the protection is improved, while maintaining high system availability, since, for example, a network-side residual current circuit breaker with costly filtering measures needs to be set less critical, while maintaining full protection. Furthermore, influences that arise as a result of filter stages, modify the signals, so that, for example, ground fault currents are attenuated in the vicinity of drives can be better recognized by the residual current circuit breaker according to the invention. Used filter stages and other parasitic capacitances wipe, i. dampen or reduce, often occurring technical leakage currents, but also possibly occurring ground fault currents. That a net input side arranged residual current circuit breaker can recognize this worse. According to the invention results from the residual current circuit breaker according to the invention an improvement in plant availability (less false triggering), higher plant safety, especially in terms of personal and fire protection, as well as a simpler, cost-effective configuration of the system.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Frequenzumrichter, mit dem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter, ein dreiphasiger zweiter Fehlerstromschutzschalter vorgeschaltet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sowohl der Leitungsweg vom Frequenzumrichter bis zum Antrieb, als auch die gesamte Anlage gegen Fehlerströme effektiver überwacht wird. In a premature embodiment of the invention, the frequency converter, with the residual current circuit breaker according to the invention, a three-phase second residual current circuit breaker upstream. This has the particular advantage that both the cable route from the frequency converter to the drive and the entire system are monitored more effectively against fault currents.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste oder/und der zweite Fehlerstromschutzschalter allstromsensitiv respektive vom Typ B oder Typ B+. Dies hat den besonderen Vorteil, dass alle Arten von Fehlerströmen erfasst werden. Insbesondere beispielsweise auch glatte Gleichfehlerströme sowie Fehlerströme mit Frequenzen bis mindestens 20 KHz. In a premature embodiment of the invention, the first and / or the second residual current circuit breaker all-current sensitive respectively of the type B or B + type. This has the particular advantage that all types of fault currents are detected. In particular, for example, smooth DC residual currents and fault currents with frequencies up to at least 20 KHz.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und zweite Fehlerstromschutzschalter miteinander durch eine Kommunikationsverbindung verbunden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zur Analyse/Diagnose und/oder zur Anlagenprojektierung Daten übertragen werden können um die Anlage optimal einstellen, überwachen und im Fehlerfall diagnostizierbar zu haben. Beispielsweise kann der aktuelle Trend der erfassten Fehlerströme übertragen werden. In a premature embodiment of the invention, the first and second residual current circuit breakers are connected to each other by a communication link. This has the particular advantage that data can be transmitted for analysis / diagnosis and / or system configuration in order to optimally set, monitor and diagnose the system in the event of a fault. For example, the current trend of the detected fault currents can be transmitted.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter eine digitale Signalverarbeitung oder/und eine Frequenzanalyse auf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass aufgrund der Digitalelektronik eine höhere Meßgenauigkeit erzielbar ist. Ferner ist innerhalb der Normgrenzen eine einstellbare Anzeige-, Melde- und Auslösecharakteristik möglich. In a premissive embodiment of the invention, the first and / or second residual current circuit breaker on a digital signal processing and / or a frequency analysis. This has the particular advantage that due to the digital electronics higher measurement accuracy can be achieved. Furthermore, within the standard limits an adjustable display, reporting and tripping characteristic is possible.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter in Kommunikation mit dem Steuerkreis des Frequenzumrichters oder/und einem Überwachungssystem. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Umrichter abhängig vom aktuellen Summenstromfehler (Summe der Fehlerströme inkl. technischer Ableitströme) gezielt und abhängig von dieser Information kontrolliert gesteuert werden kann. Beispielsweise könnte ein Antrieb/Umrichter in einen Schonmodus wechseln bzw. verzögert anlaufen, falls der Fehlerstromschutzschalter nahe der Auslöseschwelle liegen sollte, umso ggf. einen Anlagenstillstand zu vermeiden. In a premature embodiment of the invention, the first and / or second residual current circuit breaker is in communication with the control circuit of the frequency converter and / or a monitoring system. This has the particular advantage that the inverter can be controlled in a controlled manner depending on the current summation current error (sum of the fault currents including technical leakage currents) and depending on this information. For example, a drive / inverter could switch to a protective mode or start delayed, if the residual current circuit breaker should be close to the tripping threshold, so as to avoid a plant shutdown if necessary.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter eine Funktion zur Netzanalyse auf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass unnormale Effekte (z.B. unsymmetrischer Sternpunkt, harmonische Störfrequenzen, hohe Ableitströme im Schaltvorgang, mangelnde Filterkompensation, etc.), die in der Anlage bzw. im System vorhanden sind, abzumildern. Diese Informationen können zu Diagnosezwecken, Prozessdatenvisualisierung und Prozessdatenverarbeitung verwendet werden. In a preliminary embodiment of the invention, the first or / and second residual current circuit breaker has a function for network analysis. This has the particular advantage that abnormal effects (for example, asymmetrical neutral point, harmonic interference frequencies, high leakage currents in the switching process, lack of filter compensation, etc.) present in the system or in the system are mitigated. This information can be used for diagnostic purposes, process data visualization and process data processing.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter eine Funktion zur Selbstoptimierung auf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass dem Anlagenbetreiber Hinweise zur Anlagenoptimierung aufgezeigt werden können. Zudem kann ein Fehlerstromschutzschalter innerhalb der Normgrenzen ggf. seine Auslösekennlinie optimieren bzw. an das Systemverhalten anpassen. In a premate embodiment of the invention, the first or / and second residual current circuit breaker on a function for self-optimization. This has the particular advantage that the plant operator can be shown hints for plant optimization. In addition, a residual current circuit breaker within the standard limits can optionally optimize its tripping characteristic or adapt it to the system behavior.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und zweite Fehlerstromschutzschalter selektiv zueinander. Dies hat den besonderen Vorteil, dass im Fehlerfalle in der Regel der nachgeordnete Fehlerstromschutzschalter auslöst und nicht der vorgeordnete bzw. vorgelagerte Fehlerstromschutzschalter. Der Vorteil liegt in der Vermeidung der Abschaltung zu vieler bzw. zu großer Anlagenteile, die vom eigentlichen Fehler gar nicht betroffen sind. Die Selektivität beruht auf einer zeitlich verzögerten Auslösecharakteristik nach Produktnorm eines Fehlerstromschutzschalters. In a premature embodiment of the invention, the first and second residual current circuit breakers are selective to one another. This has the particular advantage that in the event of a fault usually the downstream residual current circuit breaker triggers and not the upstream or upstream fault current circuit breaker. The advantage is in the avoidance of the shutdown too many or too large parts of the system, which are not affected by the actual error. The selectivity is based on a time-delayed tripping characteristic according to the product standard of a residual current circuit breaker.

Alle Ausgestaltungen verbessern den Schutz und erhöhen die Verfügbarkeit von elektrischen Anlagen. Zudem ergibt sich die Möglichkeit, auf einfachere, kostengünstigere Filtermaßnahmen zurückgreifen zu können bzw. Zuleitungen zu den Antrieben vergrößern zu können. All embodiments improve the protection and increase the availability of electrical systems. In addition, there is the possibility of being able to resort to simpler, more cost-effective filter measures or to be able to increase supply lines to the drives.

Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. The described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with the drawings.

Dabei zeigt: Showing:

1 eine erste Anordnung mit einem Frequenzumrichter 1 a first arrangement with a frequency converter

2 eine zweite Anordnung mit einem Frequenzumrichter 2 a second arrangement with a frequency converter

1 zeigt eine Anordnung mit netzseitigen Stromanschluss L1, L2, L3, PE, an dem ein zweiter Fehlerstromschutzschalter RCD 2 angeschaltet ist. Dieser kann die 3 Leiter des Stromanschlusses L1, L2, L3 überwachen, als auch wahlweise den vierten Leiter PE. An den Ausgang des zweiten Fehlerstromschutzschalters RCD2 ist der Eingang eines Filter EMV1 angeschlossen, beispielsweise ein Filter um Forderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit zu erfüllen. An den Ausgang des Filters EMV1 ist der Eingang eines Frequenzumrichters FUR, beispielsweise zur Drehzahlsteuerung von Antrieben, geschaltet. 1 shows an arrangement with line-side power connection L1, L2, L3, PE, to which a second residual current circuit breaker RCD 2 is turned on. This can monitor the 3 conductors of the power connection L1, L2, L3 as well as optionally the fourth conductor PE. At the exit of the second Residual current circuit breaker RCD2 is connected to the input of a filter EMV1, such as a filter to meet electromagnetic compatibility requirements. At the output of the filter EMV1 the input of a frequency converter FUR, for example, for speed control of drives, connected.

Der Frequenzumrichter FUR weist einen eingangsseitigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter WGU, einen daran angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis GZK, einen daran angeschlossenen ausgangsseitigen bzw. antriebs- oder verbraucherseitigen Gleich- zu Wechselstromumrichter GWU auf, sowie einen Steuerkreis SK, der zumindest mit den Umrichtern WGU, GWU verbunden ist. The frequency converter FUR has an input side AC to DC converter WGU, a connected DC voltage intermediate circuit GZK, a connected output side or drive or consumer DC to AC inverter GWU, and a control circuit SK, which is at least connected to the inverters WGU, GWU ,

An den Ausgang des Frequenzumrichters FUR ist der Eingang eines Filters EMV2 angeschaltet, beispielsweise ein weiteres Filter um Forderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit zu erfüllen. An den Ausgang des Filters EMV2 ist ein Antrieb M, als Verbraucher, angeschaltet. Beispielsweise ein Motor, dessen Drehzahl geregelt werden soll. To the output of the frequency converter FUR the input of a filter EMV2 is turned on, for example, another filter to meet requirements for electromagnetic compatibility. At the output of the filter EMV2 a drive M, as a consumer, is turned on. For example, a motor whose speed is to be controlled.

Die Filter sind nur beispielhaft angegeben. Sie müssen in der Praxis nicht genauso ausgeführt sein. Die Filter können auch komplett entfallen. Andererseits können das bzw. die Filter auch im Frequenzumrichter eingebaut sein. The filters are given by way of example only. They do not have to be the same in practice. The filters can be completely eliminated. On the other hand, the filter or filters can also be installed in the frequency converter.

2 zeigt eine Anordnung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass am Ausgang des Gleich- zu Wechselstromumrichter GWU ein erster Fehlerstromschutzschalter RCD1 angeschaltet bzw. integriert ist, dessen Ausgang wiederum den Ausgang des Frequenzumrichters FUR bildet. 2 shows an arrangement according to 1 , with the difference that at the output of the DC to AC converter GWU a first residual current circuit breaker RCD1 is switched on or integrated, the output of which in turn forms the output of the frequency converter FUR.

Der erste Fehlerstromschutzschalter RCD1 kann alternativ auch vor dem Wechsel- zu Gleichstromumrichter WGU oder im Gleichspannungszwischenkreis angeordnet sein. The first residual-current-operated circuit breaker RCD1 can alternatively also be arranged in front of the AC to DC converter WGU or in the DC intermediate circuit.

Im Folgenden soll die Erfindung noch mal mit anderen Worten erläutert werden. In the following, the invention will be explained again in other words.

In der Regel besitzen Frequenzumrichter ausgangsseitig einen Kurzschlussdetektor, welche den Gleich- zu Wechselstromumrichter bzw. dessen Verstärkerausgangsstufe gegen Überlast bzw. Kurzschlussstrom zu Erde schützen soll. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, im Frequenzumrichter einen Fehlerstromschutzschalter, bevorzugt einen allstromsensitiven oder/und netzspannungsabhängigen, zu platzieren. As a rule, frequency inverters have a short-circuit detector on the output side, which is intended to protect the DC to AC converter or its amplifier output stage against overload or short-circuit current to earth. According to the invention it is proposed to place in the frequency converter a residual current circuit breaker, preferably an all-current-sensitive and / or mains voltage-dependent.

Aufgabe dieses zusätzlichen Fehlerstromschutzschalters ist:

  • a) Optimaler Schutz des Strangs vom Frequenzumrichter bis zum Antrieb.
  • b) Optionale Erfassung und Austausch von Informationen mit einem netzseitigen, zweiten Fehlerstromschutzschalter. Eine Kommunikation kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Beispielsweise können Steuersignale verwendet werden.
The purpose of this additional residual current circuit breaker is:
  • a) Optimum protection of the string from the frequency converter to the drive.
  • b) Optional acquisition and exchange of information with a line side, second residual current device. Communication can be conducted or wireless. For example, control signals can be used.

Es kann ein Fehlerstromschutzschalter mit weiteren Funktionen verwendet werden, wie:
Signalverarbeitung mit Frequenzanalyse und entsprechenden internen Routinen zum optimalen Fehlerschutz als auch optimaler Sicherstellung der Anlagenverfügbarkeit. A residual current device with additional functions can be used, such as:
Signal processing with frequency analysis and corresponding internal routines for optimal error protection as well as optimum safeguarding of system availability.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass:

  • 1) Verwendung eines, bevorzug netzspannungsabhängigen bzw. FI Typ B oder Typ B+, Fehlerstromschutzschalters im Bereich des Frequenzumrichters (integriert bzw. direkt nachgeschaltet) mit der Aufgabe des Schutzes Frequenzumrichter oder/und Antriebes
  • 2) Es könnte auch ein MRCD oder RCM eingesetzt werden. Durch die Verwendung eines MRCD (modularer Fehlerstromschutzschalter respektive modularer RCD) oder RCM (Monitoring RCD) kann alternativ eine reine Überwachung und/oder ausgelagertem Kontaktsystem (Schaltgerät) erfolgen Vorteil ist der Verzicht auf ein Schutzschaltgerät mit eigenen Trennkontakten, also zur reinen Abschaltung, bzw. die Nutzung als reines Überwachungsgerät primär zur Meldung und Vorwarnung.
  • 3) Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit der Funktion digitale Signalverarbeitung Die Funktion ist eine genauere Messung, optimale Signalfilterung und somit Signalverarbeitung, gezielt auf die Kundenbedürfnisse und effizient auf die Normanforderung des Produktes. Der Vorteil ist damit die Messgenauigkeit und Flexibilität in Bezug auf die Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit zu verbessern, insbesondere bei optimaler Funktionalität.
  • 4) Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit der Funktion digitale Signalverarbeitung und Frequenzanalyse, z.B. mittels schneller Fouriertransformation und inverser schneller Fouriertransformation. Durch die digitale Signalverarbeitung liegen die Messdaten in digital abgetasteten Signal-Einzelwerten vor. (n-Messwerte in jeweils t-Zeitdauer abgetastet). Mit diesen Messdaten kann durch Fouriertransformation (z.B. FFT: Fast-Fourier-Transformation oder DFT: Discrete-Fourier-Transformation) das Signal in die einzelnen Frequenzanteile transformiert werden, so dass es dargestellt oder zerlegt werden kann. Damit ist es möglich, gezielt ein Signal in die einzelnen Bestandteile aufzuteilen und ggf. gezielt Fehlerströme von technischen Ableitstörmen aufgrund physikalischer Gegebenheiten und/oder Erfahrungswerte zu betrachten und ggf. zu gewichten. Des Weiteren ist dadurch eine optimale Anlagenprojektierung und -diagnose möglich. Da gezielt und frühzeitig Störfrequenzen zu Störgrößen in der Anlage zugeordnet, also identifiziert werden können.
  • 5) Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit externen Schnittstellen zur Steuerung, Diagnose, Überwachung und Optimierung – Interaktion mit dem Frequenzumrichter – Interaktion zwischen den Fehlerstromschutzschaltern – Interaktion mit einer Leitstelle, Zentrale, Managementsystem oder ähnlichem Ziel ist die Weiterverwendung der vorhandenen Informationen für andere Anlagenteile zur Prozessoptimierung Diagnose, Vorausfallerkennung, etc. Schnittstellen können optische Anzeigeelemente (LED, Display, etc.), analoge und/oder digitale Steuerleitungen und/oder Bussysteme zur Datenübertragung sein.
  • 6) Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit einer Funktion zur Anlagen- oder/und Netzanalyse zur Findung der optimalen Einstellparameter für den Anlagenschutz Gerade in der Anlagenprojektierung (Neuplanung bzw. Inbetriebnahme) ist es erforderlich, die optimalen Einstellparameter und Zusatzkomponenten (z.B. Filter) zu ermitteln. Mit den vorhandenen Daten und Schnittstellen wird dies hier ermöglicht.
  • 7) Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters mit einer Funktion zur Selbstoptimierung (Lernfunktion) des Anlagenschutzes, wobei bevorzugt der normative Schutzrahmen stets gewährleistet wird. Im Rahmen der Norm sind Auslösewerte, wie Höhe des Fehlerstroms und der damit verbundenen Auslösezeiten vorgegeben. Innerhalb dieses Rahmen ergibt sich die Möglichkeit einer kontinuierlichen Optimierung der Anlage aufgrund a) vorgegebener Parameter, werksseitig b) erlernter Erfahrungen/Gegebenheiten im System. Ein Vorteil ist z.B. die Vermeidung einer Auslösung bis zur maximal erlaubten Auslösezeit. (Vermeidung von Frühauslösung)
According to the invention, it is provided that:
  • 1) Use of a preferred mains voltage-dependent or FI type B or type B +, fault current circuit breaker in the range of the frequency converter (integrated or directly downstream) with the task of protection frequency converter and / or drive
  • 2) An MRCD or RCM could also be used. By using an MRCD (modular residual current circuit breaker or modular RCD) or RCM (Monitoring RCD) can alternatively be a pure monitoring and / or outsourced contact system (switching device) advantage is the absence of a protective device with its own isolating contacts, so the pure shutdown, or the use as a pure monitor primarily for reporting and warning.
  • 3) Using a residual current circuit breaker with the digital signal processing function The function is a more accurate measurement, optimal signal filtering and thus signal processing, targeted to customer needs and efficiently to the standard requirement of the product. The advantage is thus the measurement accuracy and flexibility in terms of plant availability and safety to improve, especially with optimal functionality.
  • 4) Use of a residual current circuit breaker with the function of digital signal processing and frequency analysis, eg by means of fast Fourier transformation and inverse fast Fourier transformation. Due to digital signal processing, the measured data is available in digitally sampled signal individual values. (n measured values sampled in each t-time period). By means of these measured data, the signal can be transformed into the individual frequency components by Fourier transformation (eg FFT: fast Fourier transformation or DFT: discrete Fourier transformation) so that it can be represented or decomposed. This makes it possible to selectively divide a signal into the individual constituents and, if appropriate, to selectively consider and, if necessary, to weight fault currents from technical leakage currents on the basis of physical conditions and / or empirical values. Furthermore, optimal system configuration and diagnostics are possible. Since targeted and early interference frequencies to disturbances in the system can be assigned, so identified.
  • 5) Use of residual current circuit breaker with external interfaces for control, diagnostics, monitoring and optimization - Interaction with the frequency converter - Interaction between the residual current circuit breakers - Interaction with a control center, control center, management system or similar purpose is the re-use of existing information for other plant parts for process optimization diagnosis , Forecast detection, etc. Interfaces may be optical display elements (LED, display, etc.), analog and / or digital control lines and / or bus systems for data transmission.
  • 6) Using a residual current circuit breaker with a function for system or / and grid analysis to find the optimum setting parameters for system protection Especially in system configuration (replanning or commissioning), it is necessary to determine the optimum setting parameters and additional components (eg filters). This is made possible with the existing data and interfaces.
  • 7) Use of a residual current circuit breaker with a function for self-optimization (learning function) of the system protection, wherein preferably the normative protective frame is always guaranteed. The standard specifies trip values, such as the magnitude of the fault current and the associated tripping times. Within this framework, there is the possibility of a continuous optimization of the plant due to a) predetermined parameters, factory b) learned experiences / conditions in the system. An advantage is, for example, the avoidance of tripping up to the maximum permitted tripping time. (Avoidance of early release)

Die Erfindung ermöglicht eine Steigerung der Anlagenverfügbarkeit, Verminderung der Fehlauslösehäufigkeit, hilfreiche Funktionen und Rückmeldungen für eine optimale Anlagendimensionierung, leichte Nachrüstung in bestehenden Anlagen. The invention enables an increase in plant availability, reduction of false triggering frequency, helpful functions and feedback for optimal plant dimensioning, easy retrofitting in existing plants.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (15)

Frequenzumrichter (FUR) für einen Dreiphasenwechselstrom-Niederspannungsstromkreis (L1, L2, L3, PE), aufweisend – einen eingangsseitigen dreiphasigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU), – einen daran angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis (GZK) – einen damit verbundenen ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU), – damit verbundene dreiphasige Ausgangsanschlüsse, – einen Steuerkreis (SK), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU) und den dreiphasigen Ausgangsanschlüssen ein erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen. Frequency converter (FUR) for a three-phase AC low-voltage circuit (L1, L2, L3, PE), comprising - an input side three-phase AC to DC converter (WGU), - a DC link connected thereto (GZK) - an output side three-phase DC to AC converter connected thereto (GWU), - three-phase output terminals connected thereto, - a control circuit (SK), characterized in that between the output side three-phase DC to AC converter (GWU) and the three-phase output terminals, a first residual current circuit breaker (RCD1) is arranged around the frequency converter and connected Protect consumers. Frequenzumrichter (FUR) für einen Dreiphasenwechselstrom-Niederspannungsstromkreis (L1, L2, L3, PE), aufweisend – einen eingangsseitigen dreiphasigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU), – einen daran angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis (GZK) – einen damit verbundenen ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU), – damit verbundene dreiphasige Ausgangsanschlüsse, – einen Steuerkreis (SK), dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichspannungszwischenkreis ein erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen. Frequency converter (FUR) for a three-phase AC low-voltage circuit (L1, L2, L3, PE), comprising - an input side three-phase AC to DC converter (WGU), - a DC link connected thereto (GZK) - an output side three-phase DC to AC converter connected thereto (GWU), - associated three-phase output terminals, - a control circuit (SK), characterized in that in the DC intermediate circuit, a first residual-current-operated circuit breaker (RCD1) is arranged to protect the frequency converter and connected loads. Frequenzumrichter (FUR) für einen Dreiphasenwechselstrom-Niederspannungsstromkreis (L1, L2, L3, PE), aufweisend – einen eingangsseitigen dreiphasigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU), – einen daran angeschlossenen Gleichspannungszwischenkreis (GZK) – einen damit verbundenen ausgangsseitigen dreiphasigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU), – damit verbundene dreiphasige Ausgangsanschlüsse, – einen Steuerkreis (SK), dadurch gekennzeichnet, dass vor dem eingangsseitigen dreiphasigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU) ein erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen. Frequency converter (FUR) for a three-phase AC low-voltage circuit (L1, L2, L3, PE), comprising - an input side three-phase AC to DC converter (WGU), - a DC link connected thereto (GZK) - an output side three-phase DC to AC converter connected thereto (GWU), - associated three-phase output terminals, - a control circuit (SK), characterized in that in front of the input side three-phase AC to DC converter (WGU), a first residual-current device (RCD1) is arranged to protect the frequency converter and connected loads. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Frequenzumrichter (FUR) ein dreiphasiger zweiter Fehlerstromschutzschalter (RCD2) vorgeschaltet ist. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency converter (FUR) is preceded by a three-phase second residual current circuit breaker (RCD2). Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) allstromsensitiv respektive Typ B oder Typ B+ sind. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) are all-current sensitive respectively type B or type B +. Frequenzumrichter (FUR) nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) miteinander durch eine Kommunikationsverbindung verbunden sind. Frequency converter (FUR) according to claim 4 or 5, characterized in that the first and second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) are connected to each other by a communication link. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) eine digitale Signalverarbeitung oder/und Frequenzanalyse aufweisen. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) have a digital signal processing and / or frequency analysis. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) in Kommunikation mit dem Steuerkreis (SK) stehen oder/und einem Überwachungssystem. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) are in communication with the control circuit (SK) and / or a monitoring system. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) eine Funktion zur Netzanalyse aufweist. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) has a function for network analysis. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder/und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) eine Funktion zur Selbstoptimierung aufweist. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) has a function for self-optimization. Frequenzumrichter (FUR) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Fehlerstromschutzschalter (RCD1, RCD2) selektiv zueinander sind. Frequency converter (FUR) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second residual current circuit breaker (RCD1, RCD2) are selective to each other. Frequenzumrichter (FUR) für einen Dreiphasenwechselstrom-Niederspannungsstromkreis (L1, L2, L3, PE) dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Frequenzumrichters (FUR) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses ein allstromsensitiver erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter (FUR) und daran angeschlossene Verbraucher (M) zu schützen. Frequency converter (FUR) for a three-phase AC low-voltage circuit (L1, L2, L3, PE), characterized in that at the output of the frequency converter (FUR) inside or outside of the housing an all-current-sensitive first residual current device (RCD1) is arranged to the frequency converter (FUR) and consumers (M) connected to it. Frequenzumrichter (FUR) aufweisend – einen Gleichspannungskreis (GZK) – einen damit verbundenen ausgangsseitigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU), – damit verbundene Ausgangsanschlüsse, – einen Steuerkreis (SK), dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichspannungskreis (GZK) oder zwischen dem ausgangsseitigen Gleich- zu Wechselstromumrichter (GWU) und den Ausgangsanschlüssen ein erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen. Frequency converter (FUR) comprising - a DC circuit (GZK) - an associated output side DC to AC converter (GWU), - associated output terminals, - a control circuit (SK), characterized in that in the DC circuit (GZK) or between the output side DC - To AC drive (GWU) and output terminals, a first residual current circuit breaker (RCD1) is located to protect the drive and connected loads. Frequenzumrichter (FUR) aufweisend – einen eingangsseitigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU) – einen Gleichspannungskreis (GZK) – einen Steuerkreis (SK), dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem eingangsseitigen Wechsel- zu Gleichstromumrichter (WGU) ein erster Fehlerstromschutzschalter (RCD1) angeordnet ist, um den Frequenzumrichter und angeschlossene Verbraucher zu schützen. Frequency converter (FUR) comprising - an input side AC to DC converter (WGU) - a DC circuit (GZK) - a control circuit (SK), characterized in that before or after the input side AC to DC converter (WGU) a first residual current circuit breaker (RCD1) is arranged to protect the drive and connected loads. System, aufweisend – einen dreiphasigen energiequellenseitigen Stromanschluss (L1, L2, L3, PE) – einen daran angeschlossenen zweiten Fehlerstromschutzschalter (RCD2), – ein daran angeschlossenes erstes EMV-Filter (EMV1), – einen daran angeschlossenen Frequenzumrichter (FUR), aufweisend einen ersten Fehlerstromschutzschalter (RCD1), – ein daran angeschlossenes zweites EMV-Filter (EMV2), – einen dreiphasigen verbraucherseitigen Stromanschluss. System having - a three-phase power source side power connection (L1, L2, L3, PE) A second residual current circuit breaker (RCD2) connected thereto, A connected first EMC filter (EMV1), - a frequency converter (FUR) connected to it, comprising a first residual current device (RCD1), - a second EMC filter (EMV2) connected to it, - A three-phase consumer-side power connection.
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