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Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. 5 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungsschalter, wie Kompakt-Leistungsschalter, respektive Moulded Case Circuit Breaker, offene Leistungsschalter, respektive Air Circuit Breaker, oder derartige Leistungsschalter, insbesondere für den Motorschutz.
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Leistungsschalter, insbesondere Leistungsschalter für den Motorschutz respektive Motorschutzschalter, sind spezielle Schalt- bzw. Schutzgeräte. Sie sind derart ausgelegt, dass sie unter vielen Fehlerbedingungen; wie beispielsweise Erdschluss, Phasenopposition, Überstrom und Kurzschluss; Lastströme, hohe Überlast- und Kurzschlussströme ein- und ausschalten, halten, sowie sicher abschalten können. Derartige Schaltgeräte werden zum Schalten und Schützen von Motoren, Kondensatoren, Generatoren, Transformatoren, Sammelschienen, Kabeln etc. zum Einsatz.
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Beim Motorschutz schützen diese Elektromotoren vor thermischer Überlastung aufgrund mechanischer Überlastung oder bei Ausfall eines einzelnen oder zweier Außenleiter.
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Derartige Schalter werden insbesondere in Niederspannungsnetzen, d. h. Stromkreisen mit Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung eingesetzt.
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Leistungsschalter werden, insbesondere im Bereich der Niederspannung, für Stromstärken von 60 bis 10000 Ampere eingesetzt. Insbesondere im Bereich 100 bis 1000 Ampere, beispielsweise als Kompaktleistungsschalter, sowie 1000 bis 10000 Ampere, beispielsweise als offener bzw. Luftleistungsschalter oder Vakuum-Leistungsschalter.
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Diese Leistungsschalter weisen Sensoreinheiten auf, wie Stromsensoren, die den Schalter durchfließenden elektrischen Strom messen, oder Spannungssensoren, die die elektrische Spannung des Stromkreises ermitteln.
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Üblicherweise weisen Leistungsschalter eine Auslöseeinheit zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises auf, die beispielsweise mit Kontakten realisiert ist, die den elektrischen Stromkreis öffnen bzw. schließen. Ferner weist ein Leistungsschalter eine Steuerungseinheit auf, die zentral oder dezentral realisiert sein kann, beispielsweise als Electronic Trip Unit. Bei Überschreiten von Stromgrenzwerten oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten, die beispielsweise durch eine Kennlinie definiert werden, unterbricht der Leistungsschalter den elektrischen Stromkreis.
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Leistungsschalter für den Motorschutz weisen in der Regel mindestens einen Stromgrenzwert auf, beispielsweise einen Stromgrenzwert Ii, bei dem eine Unterbrechung erst dann erfolgt, wenn dieser Stromgrenzwert Ii für eine erste Zeitspanne t1 überschritten ist. Dies wird auch als Blindzeit tBlind bezeichnet. Diese Arbeitsweise ist insbesondere für den Motorschutz wichtig, um beispielsweise das Anlaufen bzw. Hochfahren von Motoren zu ermöglichen. Der Anlaufstrom bei Motoren, auch als Ankerblockierstrom bezeichnet, und der Inrush-Strom liegt üblicherweise über dem Strom beim normalen Betrieb des Motors. Insbesondere bei Schweranläufen kann der Anlaufstrom über längere Zeit auf oder in der Nähe vom Kurzschlussniveau liegen.
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Problematisch ist dieses Verhalten, wenn tatsächlich ein Kurzschluss vorliegt und der Stromkreis abgeschaltet werden muss. In Stromkreisen sind in der Praxis häufig lange Leitungen zwischen Motor und dem Schutzschalter/Leistungsschalter für den Motorschutz. Durch die hohen Impedanzen ist auch bei einem auftretenden Kurzschluss dessen Niveau häufig in einem ähnlichen Strombereich wie der Anlaufstrom bei Motoranläufen. Derzeitige Motorschutzschalter können zwischen dem Anlaufstrom (Inrush-Strom) und einem Kurzschlussstrom nicht unterscheiden.
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Per Normvorgabe müssen Kurzschlussströme spätestens nach 5 s abgeschaltet werden, im Bereich von Endstromkreisen sogar innerhalb von 400 ms. Diese Normvorgabe führt dazu, dass entweder Kurzschlüsse nicht rechtzeitig abgeschaltet werden oder der Motoranlauf, insbesondere bei Schweranläufen, nicht möglich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungsschalter, insbesondere für den Motorschutz, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 5 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist in einer ersten Lösung vorgesehen, dass der Leistungsfaktor des elektrischen Stromkreises ermittelt wird. Beispielsweise aus den ermittelten Strom- und Spannungswerten. Dies kann in der Steuerungseinheit erfolgen, die demensprechend ausgestaltet ist. Der fortlaufend ermittelte Leistungsfaktor wird mit einem Leistungsfaktorgrenzwert verglichen und bei Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes wird der elektrische Stromkreis unterbrochen. Der Vergleich kann in analoger Weise in der Steuerungseinheit erfolgen, die die Auslöseeinheit ansteuert.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch die Überwachung und den Vergleich des Leistungsfaktors mit einem Leistungsfaktorgrenzwert ein Kriterium vorliegt, um zwischen einem Anlaufstrom bei einem Motoranlauf und einem Kurzschlussstrom bei einem fehlerhaften Kurzschluss zu unterschieden. Der Anlaufstrom hat in der Regel einen hohen Leistungsfaktor. Beim Kurzschluss geht in der Regel der Leistungsfaktor zumindest zeitweise auf einen niedrigen Wert. Bei einem niedrigen Leistungsfaktor erfolgt eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises, da mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden kann, dass ein Kurzschluss im Stromkreis vorliegt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass der Leistungsfaktor für eine zweite Zeitspanne t2 den Leistungsfaktorgrenzwert unterschreit, um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises zu bewirken. Die zweite Zeitspanne t2 kann dabei eine zeitliche Teilspanne der ersten Zeitspanne t1 sein. Sie kann im Millisekundenbereich liegen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei kurzzeitigen Änderungen des Leistungsfaktor noch keine Unterbrechung erfolgt, sondern der Leistungsfaktor erst für eine gewisse Zeit unterschritten sein muss, ehe eine Auslösung erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii innerhalb der ersten Zeitspanne t1 und Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne t1 der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Mit innerhalb ist hier gemeint, dass die Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii nicht für die ganze erste Zeitspanne t1 erfolgt, sondern nur innerhalb der ersten Zeitspanne, für einen Teil der ersten Zeitspanne. D. h. eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises allein auf Grund der Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii liegt nicht vor, da dieser nur in einem Teil der ersten Zeitspanne t1 überschritten war. Ebenso muss die Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes nur während eines Teils der ersten Zeitspanne t1, erfolgen, also innerhalb deren. Die Unterschreitung kann aber auch über die erste Zeitspanne t1 andauern. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein noch sicheres Kriterium für die Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Anlaufstrom vorliegt. Bei einem Kurzschluss und dem daraus resultierenden Stromanstieg, beispielsweise über den Stromgrenzwert Ii, geht parallel der Leistungsfaktor unter den Leistungsfaktorgrenzwert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass fortlaufend die ermittelte Spannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes und des Leistungsfaktorgrenzwertes der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein weiteres sicheres Kriterium für die Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Anlaufstrom vorliegt. Bei einem Stromanstieg, beispielsweise über den Stromgrenzwert Ii, geht bei einem Kurzschluss die Spannung stärker nach unten, als bei einem Motoranlauf. Durch den hinzugekommenen Spannungsvergleich läßt sich ein Kurzschluss noch genauer von einem Anlauf unterscheiden.
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Erfindungsgemäß ist in einer zweiten Lösung vorgesehen, dass fortlaufend die ermittelte Spannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Steuerungseinheit erfolgen.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch den Vergleich der Spannung mit einem Spannungsgrenzwert ein Kriterium vorliegt, um zwischen einem Anlaufstrom bei einem Motoranlauf und einem Kurzschlussstrom bei einem fehlerhaften Kurzschluss zu unterschieden. Der Anlaufstrom hat in der Regel einen geringen Einbruch der Spannung zur Folge. Beim Kurzschluss geht in der Regel der Spannung weiter nach unten und bleibt bei einem niedrigen Wert. Unterschreitet der Spannungswert einen Spannungsgrenzwert erfolgt eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises, da mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden kann, dass ein Kurzschluss im Stromkreis vorliegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises nur dann erfolgt, wenn der Spannungsgrenzwert für eine dritte Zeitspanne t3 unterschritten wird. Dabei kann die dritte Zeitspanne t3 eine zeitliche Teilspanne der ersten Zeitspanne t1 sein. Sie kann im Millisekundenbereich liegen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei kurzzeitigen Änderungen der Spannung noch keine Unterbrechung erfolgt, sondern die Spannung erst für eine gewisse Zeit unterschritten sein muss, ehe eine Auslösung erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung des Stromgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Mit innerhalb ist hier gemeint, dass die Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii nicht für die ganze erste Zeitspanne t1 erfolgt, sondern nur innerhalb der ersten Zeitspanne, für einen Teil der ersten Zeitspanne. D. h. eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises allein auf Grund der Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii liegt nicht vor, da dieser nur in einem Teil der ersten Zeitspanne T1 überschritten war. Ebenso muss die Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes nur während eines Teils der ersten Zeitspanne t1, erfolgen, also innerhalb deren. Die Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes kann aber auch über die erste Zeitspanne andauern. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein weiteres sicheres Kriterium für die Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Anlaufstrom vorliegt. Bei einem Stromanstieg, beispielsweise über den Stromgrenzwert Ii, geht bei einem Kurzschluss in diesem Zeitrahmen die Spannung unter den Spannungsgrenzwert. Um eine zeitnahe gesicherte Unterbrechung zu erreichen, wird in diesem Zeitrahmen zusätzlich hinsichtlich einer Spannungsunterschreitung geprüft.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung des Stromgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes nach der ersten Zeitspanne der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Mit innerhalb ist hier gemeint, dass die Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii nicht für die ganze erste Zeitspanne t1 erfolgt, sondern nur innerhalb der ersten Zeitspanne, für einen Teil der ersten Zeitspanne. D. h. eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises allein auf Grund der Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii liegt nicht vor, da dieser nur in einem Teil der ersten Zeitspanne T1 überschritten war. Die Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes muss nach der ersten Zeitspanne t1 vorliegen. Sie kann auch schon vorher begonnen haben. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein weiteres sicheres Kriterium für die Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Anlaufstrom vorliegt. Bei einem Stromanstieg, beispielsweise über den Stromgrenzwert Ii, bleibt bei einem Kurzschluss der Spannungsabfall im Allgemeinen nach diesem Zeitrahmen unter dem Spannungsgrenzwert, während bei einem Motoranlauf die Spannung zunimmt. Damit liegt ein weiteres Unterscheidung- und Unterbrechungskriterium vor.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass der Leistungsfaktors des elektrischen Stromkreises ermittelt wird, dass der fortlaufend ermittelte Leistungsfaktor mit einem Leistungsfaktorgrenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes und des Spannungsgrenzwertes der elektrische Stromkreis unterbrochen wird.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein weiteres sicheres Kriterium für die Unterscheidung eines Kurzschlusses von einem Anlaufstrom eines Motors vorliegt. Bei einem Kurzschluss sinkt sowohl die Spannung als auch der Leistungsfaktor stärker als bei einem Motoranlauf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass der Spannungsgrenzwert bei einem Wert zwischen 80% bis 50% der Nennspannung liegt, insbesondere zwischen 75% und 55%, spezieller zwischen 70% und 60%, bevorzugt bei 65%. Ebenso sind Werte von 2/3 der Nennspannung als Spannungsgrenzwert möglich. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein variabler Spannungsgrenzwert in Abhängigkeit von der Nennspannung des Stromkreises vorliegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinheit derart ausgestaltet, dass der Leistungsfaktorgrenzwert ein Wert im Bereich 0,6 bis 0,4 ist, insbesondere zwischen 0,55 bis 0,45, spezieller bei 0,5 oder genau 0,5. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein spezifischer Wert für den Leistungsfaktorgrenzwert vorliegt, um eine Entscheidung zu treffen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Leistungsschalter für den Motorschutz vorgesehen, respektive für das Schalten eines Motors einsetzbar ist bzw. ein Motorschutzschalter ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass insbesondere im Bereich der Motorschutzschalter eine verbesserte Funktionalität zur Verfügung steht und die Sicherheit von elektrischen Anlagen für den Personen- und Betriebsschutz erhöht wird.
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Alle Ausgestaltungen der Erfindung können auf beide Lösungen zurückbezogen werden.
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Alle Ausgestaltungen der Erfindung bewirken eine Verbesserung eines Leistungsschalters.
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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.
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Dabei zeigt:
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1 ein Diagramm zum Stromverlauf bei Anlauf eines Motors
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2 ein Diagramm zum Stromverlauf bei Motoranlauf und Kurzschluss
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3 ein Diagramm zum Leistungsfaktorverlauf bei Motoranlauf und Kurzschluss
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4 ein Diagramm zum Spannungsverlauf bei Motoranlauf und Kurzschluss
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5 zeigt ein Blockschaltbild eines Leistungsschalters, insbesondere für den Motorschutz
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1 zeigt ein Diagramm eines Stromverlaufes I respektive ILoad bei Anlauf eines Motors. Auf der X-Achse ist die Zeit t aufgetragen. Auf der Y-Achse der elektrische Strom I im Stromkreis. Auf der X-Achse ist eine Zeit tBlind eingetragen. Diese entspricht der ersten Zeitspanne t1. Auf der Y-Achse ist ein Stromgrenzwert Ii eingetragen. Dieser muss für eine erste Zeitspanne t1 überschritten sein, um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises respektive Auslösung zu bewirken. Diese Zeitspanne wird auch Blindzeit tBlind genannt. Auf der Y-Achse ist ein Stromschwellwert IBP eingetragen, der größer als der Stromgrenzwert Ii ist. Dieser ist der sogenannte Leistungsschalterschutzstromwert, respektive Breaker Protection. Bei Erreichen dieses Stromwertes IBP unterbricht der Leistungsschalter den Stromkreis unmittelbar, um eine Zerstörung des Leistungsschalters zu vermeiden.
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Bei Motoranlauf steigt der Strom I bzw. ILoad beginnend von der Nullinie bzw. einem niedrigen Stromwert stark an, überschreitet den Stromgrenzwert Ii, erreicht nicht den Stromschwellwert IBP und fällt vor Erreichen der ersten Zeitspanne t1 respektive der Blindzeit tBlind ab auf einen ersten Stromwert unterhalb des Stromgrenzwertes Ii. Im weiteren zeitlichen Verlauf fällt der Strom weiter auf einen untern dem ersten Stromwert liegenden zweiten Stromwert ab.
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2 zeigt ein Diagramm gemäß 1, mit dem Unterschied, dass im oberen Bereich der in 1 beschriebene Stromverlauf bei Motoranlauf abgebildet ist und im unteren Bereich der Stromverlauf im Kurzschlussfall. Dabei bleibt der Kurzschlussstrom auch nach der ersten Zeitspanne t1 respektive der Blindzeit tBlind über dem Stromgrenzwert Ii, so dass eine Unterbrechung/Abschaltung erst nach der ersten Zeitspanne t1 bzw. Blindzeit tBlind erfolgt. Ist die erste Zeitspanne auf Grund der Anforderungen an den Motoranlauf sehr groß, erfolgt im Kurzschlussfall erst eine sehr späte Abschaltung.
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3 zeigt eine Figur gemäß 1 bzw. 2, mit dem Unterschied, dass Auf der Y-Achse der Leistungsfaktor cos phi bzw. cos φ eingetragen ist, eine Kurve für den Verlauf des Leistungsfaktors bei Motoranlauf KM1 und eine Kurve für den Verlauf des Leistungsfaktors bei Kurzschluss KK1 eingetragen ist.
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Bei Motoranlauf fällt der Leistungsfaktor auf einen Wert in Richtung 0,6 ab und steigt vor dem Erreichen der ersten Zeitspanne t1/tBlind auf einen Wert von etwa 0,7 an, um im weiteren Verlauf den annähernd ursprünglich Wert zu erhalten.
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Bei Kurzschluss fällt der Leistungsfaktor auf einen Wert von rund 0,2 ab und behält diesen Wert in erster Näherung. Der Leistungsfaktor steigt nur langsam an. Selbst nach längerer Zeit wird nur ein Wert von rund 0,5 erreicht.
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Mit Leistungsfaktor ist das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung gemeint. Der Leistungsfaktor wird manchmal auch als Wirkleistungsfaktor bezeichnet. Üblicherweise ist der Leistungsfaktor das Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung P zur Scheinleistung S. Der Leistungsfaktor kann zwischen 0 und 1 liegen.
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Bei sinusförmigen Strömen und Spannungen, wie sie in üblichen Stromkreisen bzw. Energienetzen vorkommen, wird der Wirkfaktor definiert aus dem Verhältnis P/S. Er ist gleich dem Kosinus des Phasenverschiebungswinkels Ψ, deswegen auch als cos phi oder Wirkfaktor bezeichnet, siehe 6. Wirkfaktor = = P / Scosφ.
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4 zeigt ein Diagramm gemäß 3, mit dem Unterschied, dass an Stelle des Verlaufs des Leistungsfaktors der Spannungsverlauf abgebildet ist, eine Spannungsverlaufskurve bei Motoranlauf KM2 und eine Spannungsverlaufskurve bei Kurzschluss KK2.
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Bei Motoranlauf fällt die Spannung nur geringfügig ab, um maximal 20%, um relativ zügig wieder ihren annähernd ursprünglichen Wert zu erlangen.
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Bei Kurzschluss fällt die Spannung stärker ab, auf etwa den halben Wert der Nennspannung, um diesen dann annähernd beizubehalten.
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5 zeigt ein Blockschaltbild eines Leistungsschalters LS, insbesondere für den Motorschutz. Der Leistungsschalter LS ist an seinem Eingang durch zwei elektrische Leitungen mit einer Energiequelle EQ, beispielsweise einen Stromnetz, wie ein Niederspannungsnetz, verbunden. Die beiden elektrischen Leitungen sind mit im Leistungsschalter mit einer Auslöseinheit AE verbunden, die beispielsweise durch einen oder mehrere Kontakte den elektrischen Stromkreis unterbrechen kann. Am Ausgang der Auslöseeinheit bzw. des Leistungsschalters sind die Leitungen mit einem elektrischen Verbraucher, wie einem Motor MO, verbunden. Die elektrischen Leitungen sind eingangsseitig mit einem Spannunssensor US verbunden, der die elektrische Spannung U des Stromkreises ermittelt. Ferner ist an mindestens einer der beiden Leitungen ein Stromsensor IS vorgesehen, der den elektrischen Strom I des Stromkreises ermittelt. Der Stromkreis kann auch ein Dreiphasenwechselstromkreis ein, mit entsprechenden Strom- und/oder Spannungssensoren.
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Der Stromsensor IS und der Spannungssensor US sind mit einer Steuerungseinheit SE verbunden, die wiederum mit der Auslöseeinheit AE verbunden ist.
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Die Steuerungseinheit SE kann, zumindest teilweise, durch eine Electronic Trip Unit realisiert sein. Die Steuerungseinheit SE kann einen oder mehrere Analog-Digital-Umsetzer, Filter, wie Tiefpass- oder Bandpassfilter, Verstärker- oder/und Anpassungsstufen, Uhr(en)/Taktgeneratoren, Digitale Signalprozessor(en) und/oder Mikroprozessor(en) aufweisen.
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Die Ermittlung des Leistungsfaktors aus den Spannungs- und Stromwerten, der Vergleich der Werte/des Faktors mit den Grenzwerten, die Ansteuerung der Auslöseeinheit usw. kann in der Steuerungseinheit SE realisiert sein. Die Realisierung kann, zumindest teilweise, in Firmware/Software realisiert sein.
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Bei Erkennung eines Kurzschlusses soll der Leistungsschalter den Stromkreis unterbrechen. Bei Erkennung eines Motoranlaufs soll der Schutzschalter den Stromkreis möglichst nicht unterbrechen und die Stromversorgung unter Beachtung möglicher Stromgrenz- bzw. -schwellwerte weitestgehend aufrechterhalten um den Betrieb einer Anlage sicher zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird gemäß einer Variante in einem Leistungsschalter der Leistungsfaktor cos phi des elektrischen Stromkreises ermittelt wird. Der fortlaufend ermittelte Leistungsfaktor cos phi wird mit einem Leistungsfaktorgrenzwert verglichen. Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes wird der elektrische Stromkreis unterbrochen.
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Um eine Unterbrechung bei sehr kurzzeitiger Unterschreitung des Leistungsfaktors zu vermeiden, kann eine zweite Zeitspanne t2 vorgesehen sein, für die der Leistungsfaktor den Leistungsfaktorgrenzwert unterschreiten muss, ehe eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt.
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Um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreise durch den Leistungsschalter bei Unterschreitungen des Leistungsfaktors bei normalen Betriebsströmen zu vermeiden, kann eine Kopplung dahingehend vorgenommen werden, dass erst bei Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii innerhalb der ersten Zeitspanne t1 und Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt.
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Um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreise durch den Leistungsschalter bei Unterschreitungen des Leistungsfaktorgrenzwertes, die möglicherweise im normalen Betrieb auftreten, zu vermeiden, kann als weiteres Kriterium die fortlaufend ermittelte Spannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen werden. Bei Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes und des Leistungsfaktorgrenzwertes wird der elektrische Stromkreis unterbrochen. Des Weiteren kann eine Kopplung dahingehend erfolgen, dass der Spannungsgrenzwert für eine dritte Zeitspanne unterschritten sein muss, ehe eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt. Damit können Auslösungen durch kurzfristige Spannungsschwankungen bei Unterschreitung des Leistungsfakorgrenzwertes vermieden werden. Ferner kann bei Unterschreitung des Leistungfaktorgrenzwertes, Überschreitung des Stromgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne t1 und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne t1, erst eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgen. In Analoger Weise eine Unterbrechung bei Unterschreitung des Leistungfaktorgrenzwertes, Überschreitung des Stromgrenzwertes (Ii) innerhalb der ersten Zeitspanne (t1) und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes nach der ersten Zeitspanne (t1).
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Erfindungsgemäß wird in einer weiteren Variante in einem Leistungsschalter LS fortlaufend die ermittelte Spannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes der elektrische Stromkreis unterbrochen. Um eine Unterbrechung bei sehr kurzzeitiger Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes zu vermeiden, kann für eine dritte Zeitspanne eine Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes vorliegen müssen, um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises zu bewirken. Um eine Unterbrechung bei betriebsgemäßen Unterschreitungen des Spannungsgrenzwertes zu vermeiden, kann eine Kopplung dahingehend vorgenommen werden, dass bei Überschreitung des Stromgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne (t1) und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne (t1) der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. In analoger Weise kann bei Überschreitung des Stromgrenzwertes (Ii) innerhalb der ersten Zeitspanne (t1) und Unterschreitung des Spannungsgrenzwertes nach der ersten Zeitspanne (t1) der elektrische Stromkreis unterbrochen werden.
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Des Weiteren kann eine Kopplung mit dem Leistungsfaktor erfolgen, dass der fortlaufend ermittelte Leistungsfaktor (cos phi) mit einem Leistungsfaktorgrenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes und des Spannungsgrenzwertes der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Dabei können weitre Kriterien der Spannungsgrenzwertunterschreitung berücksichtigt werden. Weiterhin kann eine Kopplung dahingehend erfolgen, dass neben einer Art der Spannungswertüberwachung der Leistungsfaktor für eine zweite Zeitspanne t2 den Leistungsfaktorgrenzwert unterschreit, um eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises zu bewirken. Somit werden Unterbrechungen auf Grund kurzzeitiger Schwankungen des Leistungsfaktors vermieden. Ferner kann eine Kopplung dahingehend erfolgen, dass bei Überschreitung des Stromgrenzwertes Ii innerhalb der ersten Zeitspanne t1 und Unterschreitung des Leistungsfaktorgrenzwertes innerhalb der ersten Zeitspanne der elektrische Stromkreis unterbrochen wird.
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Eine beliebige Mischung der Kriterien aus beiden Varianten ist möglich.
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Der Spannungsgrenzwert kann bei einem Wert zwischen 80% bis 50% der Nennspannung liegen, insbesondere zwischen 75% und 55%, spezieller zwischen 70% und 60%, bevorzugt bei 65% oder 2/3 Dritteln der Nennspannung.
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Der Leistungsfaktorgrenzwert kann ein Wert aus dem Bereich 0,6 bis 0,4 sein, insbesondere im Bereich 0,55 bis 0,45, spezieller bei 0,5 oder genau 0,5.
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Für verschiedene Stromverläufe, wie für Kurzschluss, Ankerblockierstrom und Schweranlauf, können verschieden einstellbare Reaktionen realisiert werden. Beispielsweise:
Kurzschluss: Abschaltreaktion erfolgt immer unverzögert, d. h. unmittelbar, zum optimalen Schutz des Abzweigs (Leitungen inkl. Schutzleiter, Schaltgeräte) unabhängig ob es sich um Nennbetrieb, Anlauf oder Ankerblockierung handelt und wie die Einstellparameter des Leistungsschalters hierfür gewählt wurden.
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Ankerblockierstrom: Dieser ist gleich dem Anlauf bzw. Inrush Strom. Er kann das 20-fache des Nennstromes betragen. Er liegt meist auf Kurzschlussniveau. Per Norm müssen Kurzschlussströme innerhalb von 5 s abgeschaltet werden, im Bereich von Endstromkreisen innerhalb von 400 ms. Damit ein Motorhochlauf gewährleistet ist, muss ein Leistungsschalter für den Motorschutz den Inrush Strom temporär zulassen. Je nach Anwendung kann ein verzögertes Abschalten (z. B. bei Steinbrechern) erfolgen, wenn dies in der Applikation temporär auftreten kann. Ebenso ist eine nahezu unverzögerte Abschaltung möglich, wenn in der Applikation eine Motorblockierung nicht erwünscht ist.
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Schweranlauf: Während des Schweranlaufs, bei dem sich der Anlaufstrom unter Umständen auf Kurzschlussniveau befindet, ermöglich der Leistungsschalter für eine längere Zeit einen sehr hohen Strom. In der Anlaufphase ist dies auch gewünscht. Sollte es sich aber um einen Kurzschluss handeln, wird dieser unverzögert abgeschaltet, auch wenn die Stromhöhe nicht über die Einstellparameter des Leistungsschalters, insbesondere für den Motorschutz, während des Anlaufs hinausgeht.
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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.
