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Die Erfindung betrifft einen Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es sind Fehlerstromschutzschalter bekannt, welche eine optische Anzeige aufweisen um zumindest einen ungefähren Pegel bzw. eine ungefähre Höhe des gegenwärtig vorherrschenden Fehlerstromes anzuzeigen. Diese Anzeige kann etwa als sog. Fehlerstromampel mit mehreren LEDs ausgebildet sein. Ein solcher Fehlerstromschutzschalter ist etwa aus der
EP 1 771 869 B1 der Anmelderin bekannt. Weiters sind alphanummerische Displays bekannt, welche den aktuellen Fehlerstrom normiert auf die Auslöseschwelle ausgeben können.
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Insbesondere in Betrieben bzw. im kommerziellen Bereich werden zahlreiche Maschinen eingesetzt, welche einen sog. Ableitstrom aufweisen bzw. erzeugen, welcher Ableitstrom etwa von Filterkondensatoren verursacht wird. Wenngleich einem Ableitstrom kein Fehler zugrunde liegt, kann dieser das Auslösen eines Fehlerstromschutzschalters verursachen. Ableitströme führen bei den bekannten Schutzschaltern mit den beschriebenen Anzeigen zu ständig wechselnden bzw. flimmernden Anzeigen.
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Die einleitend beschriebenen Fehlerstromschutzschalter geben lediglich den aktuellen Istwert des Fehlerstromes wieder. Allerdings ist der Fehlerstrom keine konstante oder sich kontinuierlich verändernde Größe. Ein bestimmter Augenblickswert eines Fehlerstromes ist kein Beweis oder ein Indiz dafür, dass bzw. wann der betreffende Fehlerstromschutzschalter auslösen und die Anlage abschalten wird. Dies führt dazu, dass weiterhin, trotz der Ausgabe des Augenblickswertes des gemessenen Fehlerstromes, Anlagen unerwartet ausfallen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welchem die Zuverlässigkeit einer elektrischen Anlage erhöht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
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Dadurch kann ein sich abzeichnender Ausfall einer Anlage bereits erkannt werden, bevor dieser Ausfall passiert. Dadurch kann erkannt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit, der zufolge ein Fehlerstromschutzschalter auslösen wird, steigt. Dadurch kann die Zuverlässigkeit einer Anlage erhöht werden, indem sich abzeichnende Ausfälle erkannt werden und beispielsweise bei der nächsten geplanten betriebsgemäßen Abschaltung einer Anlage der ursächliche Fehler gesucht wird. Insbesondere bei Veränderungen an einer bestehenden Anlage kann dadurch relativ schnell erkannt werden, ob durch diese Veränderung die Anlage ausfallssicherer wurde, oder ob die Ausfallsneigung erhöht wurde. Dadurch können Veränderungen an Anlagen gezielt in einer Art und Weise vorgenommen werden, dass dadurch die Anlagensicherheit und die Zuverlässigkeit steigen.
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Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossene Zeichnung, in welcher eine lediglich bevorzugte Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben.
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Dabei zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild eines gegenständlichen Feh lerstromschutzschalters.
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Die Figur zeigt einen Fehlerstromschutzschalter 1 mit wenigstens einem ersten Strompfad 2 und einem zweiten Strompfad 3 durch den Fehlerstromschutzschalter, wobei in dem ersten Strompfad 2 erste Trennkontakte 4 und in dem zweiten Strompfad 3 zweite Trennkontakte 5 zum vorgebbaren Unterbrechen der Strompfade 2, 3 angeordnet sind, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 wenigstens einen Stromsensor 6 zur Ermittlung eines Fehler- und/oder Ableitstromes aufweist, welcher Stromsensor 6 mit einer Auslöseeinheit 7 des Fehlerstromschutzschalters 1 verbunden ist, welche Auslöseeinheit 7 wenigstens mittelbar mit den Trennkontakten 4, 5 wirkverbunden ist, wobei der Fehlerstromschutzschalter 1 wenigstens eine Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes aufweist, wobei ein Eingang der Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes mit dem wenigstens einen Stromsensor 6 verbunden ist, und wobei ein Ausgang der Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes mit einer Ausgabeeinheit 9 des Fehlerstromschutzschalters 1 zur Ausgabe der ermittelten Anlagenverfügbarkeitskennwerte verbunden ist.
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Dadurch kann ein sich abzeichnender Ausfall einer Anlage bereits erkannt werden, bevor dieser Ausfall passiert. Dadurch kann erkannt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit, der zufolge ein Fehlerstromschutzschalter 1 auslösen wird, steigt. Dadurch kann die Zuverlässigkeit einer Anlage erhöht werden, indem sich abzeichnende Ausfälle erkannt werden und beispielsweise bei der nächsten geplanten betriebsgemäßen Abschaltung einer Anlage der ursächliche Fehler gesucht wird. Insbesondere bei Veränderungen an einer bestehenden Anlage kann dadurch relativ schnell erkannt werden, ob durch diese Veränderung die Anlage ausfallssicherer wurde, oder ob die Ausfallsneigung erhöht wurde. Dadurch können Veränderungen an Anlagen gezielt in einer Art und Weise vorgenommen werden, dass dadurch die Anlagensicherheit und die Zuverlässigkeit steigen.
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Fehlerstromschutzschalter 1, deren grundsätzlicher Aufbau und deren Funktion sind weithin bekannt.
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Der Fehlerstromschutzschalter 1 weist ein Isolierstoffgehäuse auf.
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Der gegenständliche Fehlerstromschutzschalter 1 weist in an sich bekannter Weise wenigstens zwei Strompfade 2, 3 auf, welche auch als Schaltstrecken bezeichnet werden können. Darüber hinaus sind insbesondere Ausführungen mit vier Strompfaden bzw. Schaltstrecken bevorzugt vorgesehen. Insbesondere ist der erste Strompfad 2 für den Anschluss eines Neutralleiters und der zweite Strompfad 3 für den Anschluss eines Außenleiters vorgesehen. Die beiden Strompfade 2, 3 verlaufen jeweils durch den Fehlerstromschutzschalter 1 und sind mit Anschlussklemmen 13 des Fehlerstromschutzschalters 1 verbunden.
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In ebenfalls an sich bekannter Weise sind in dem ersten Strompfad 2 erste Trennkontakte 4 und in dem zweiten Strompfad 3 zweite Trennkontakte 5 angeordnet, um die beiden Strompfade 2, 3 vorgebbar zu unterbrechen bzw. aufzutrennen. Bevorzugt sind die Trennkontakte 4, 5 mechanisch gekoppelt, und etwa umfassend einer sog. Schaltwalze ausgebildet.
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Der Fehlerstromschutzschalter 1 weist wenigstens einen Stromsensor 6 zur Ermittlung eines Fehler- und/oder Ableitstromes auf. Dabei können unterschiedliche Ausführungsformen derartiger Stromsensoren 6 vorgesehen sein. Bevorzugt ist der Stromsensor 6 als Summenstromwandler ausgebildet. Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen sog. Messstromwandler und/oder Shunt-Widerstände und/oder Förstersonden und/oder Hall-Elemente. Je nach konkreter Ausführungsform ist ein Stromsensor 6 oder sind mehrere Stromsensoren 6 je Fehlerstromschutzschalter 1 vorgesehen bzw. vorzusehen.
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Der wenigstens eine Stromsensor 6 ist mit einer Auslöseeinheit 7 des Fehlerstromschutzschalters 1 verbunden. Dabei enthält bzw. umfasst die Auslöseeinheit 7 im gegenständlichen Kontext insbesondere die Baugruppen bzw. funktionalen Einheiten, welche den, vom Stromsensor 6 ermittelten Fehlerstrom mit wenigstens einer Grenz- bzw. Auslösebedingung vergleichen, und welche die Entscheidung treffen, dass die Trennkontakte 4, 5 geöffnet werden sollen. Die wenigstens eine Grenz- bzw. Auslösebedingung ist bevorzugt konstant. Es ist daher nicht vorgesehen, die wenigstens eine Bedingung bzw. den wenigstens einen Grenzwert als Folge des Verhaltens der zu schützenden Anlage anzupassen.
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Die Auslöseeinheit 7 kann dabei netzspannungsabhängig, netzspannungsunabhängig bzw. als Kombination dieser beiden Möglichkeiten ausgebildet sein. Weiters können mehr als nur eine Auslöseeinheit 7 in dem Fehlerstromschutzschalter 1 angeordnet sein.
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Für die elektrische Versorgung der aktiven Komponenten bzw. Einheiten des Fehlerstromschutzschalters 1 weist dieser bevorzugt ein Netzteil 14 auf, welches eingangsseitig zumindest mit den beiden Strompfaden 2,3 verbunden ist.
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Für das tatsächliche Öffnen der Trennkontakte 4, 5 können weitere Baugruppen zwischen der Auslöseeinheit 7 und den Trennkontakten 4, 5 vorgesehen sein. Der in der einzigen Figur dargestellte Fehlerstromschutzschalter 1 weist beispielsweise weiters einen Arbeitsstromauslöser 11 auf, welcher von der Auslöseeinheit 7 betätigt bzw. angesteuert wird. Der Arbeitsstromauslöser 11 wirkt bei dessen Auslösung bzw. Ansteuerung auf ein Schaltschloss 12 des Fehlerstromschutzschalters 1, welches die Bewegung der Trennkontakte 4, 5 steuert, wie dies an sich bekannt ist.
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Es ist vorgesehen, dass der Fehlerstromschutzschalter 1 wenigstens eine Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes aufweist. Der Anlagenverfügbarkeitskennwert ergibt sich aus einer Wahrscheinlich eines Auslösens des Auslösers 7. Nachfolgend kann anstelle der vollständigen Bezeichnung auch lediglich Einheit 8 angeführt sind, wobei stets die Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes gemeint ist.
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Die Einheit 8 bzw. ein Eingang der Einheit 8 ist wenigstens mittelbar mit dem wenigstens einen Stromsensor 6 verbunden, um die gemessenen Fehlerstromwerte einzulesen.
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Ein Ausgang der Einheit 8 ist mit einer Ausgabeeinheit 9 des Fehlerstromschutzschalters 1 verbunden, um die ermittelten Anlagenverfügbarkeitskennwerte auszugeben. Es ist vorgesehen, dass der Anlagenverfügbarkeitskennwert wiederholt erneuert wird, beispielsweise alle zwei Sekunden.
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Bevorzugt ist die Ausgabeeinheit 9 als Sichtanzeige zur optischen Ausgabe der ermittelten Auslösewahrscheinlichkeit ausgebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass lediglich eine Anzahl an Leuchtdioden vorgesehen ist, welche einen ungefähren Wert des Anlagenverfügbarkeitskennwertes veranschaulichen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ausgabeeinheit 9 als mehrstelliges alphanumerisches Display bzw. Flachbildschirm bzw. LCD ausgebildet ist.
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Die Einheit 8 ist bevorzugt umfassend wenigstens einen µC und/oder DSP ausgebildet. Dabei ist insbesondere auf geringe Verlustleistung und hohe Lebensdauer und Robustheit zu achten.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Auslöseeinheit 7 und die Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes einstückig ausgebildet sind, wie dies in der einzigen Figur durch die gestrichelte Umrandung der beiden Blöcke 7 und 8 veranschaulicht ist.
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Bevorzugt weist der Fehlerstromschutzschalter 1 eine Schnittstelle 10 zur elektronischen Kommunikation auf, welche bevorzugt als Schnittstelle 10 mit galvanischer Trennung, insbesondere als drahtlose Schnittstelle, ausgebildet ist.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die drahtlose Schnittstelle als Funkschnittstelle, vorzugsweise gemäß Zigbee oder Z-Wave oder IEEE 802, bevorzugt WLAN bzw. Bluetooth, ausgebildet ist. Weiters kann die drahtlose Schnittstelle als optische Schnittstelle bzw. als akustische Schnittstelle ausgebildet sein. Durch die Verwendung einer drahtlosen Schnittstelle kann einfach eine galvanisch getrennte Verbindung zum Fehlerstromschutzschalter 1 aufgebaut werden.
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Die optische Schnittstelle kann auch mittels Glasfaserleitung, etwa Toslink, bzw. mit einem Optokoppler ausgebildet werden, wodurch ebenfalls eine galvanische Trennung gegeben ist, jedoch ebenfalls die Manipulationssicherheit einer leitungsgebundenen Übertragung ausgenutzt werden kann.
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In Zusammenhang mit der Schnittstelle 10 ist vorgesehen, dass die Einheit 8 mit der Schnittstelle 10 nachrichtentechnisch verbunden ist. Dadurch ist ein Fernauslesen der ermittelten Anlagenverfügbarkeitskennwerte möglich.
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Der Anlagenverfügbarkeitskennwert kann mittels unterschiedlicher statistischer Methoden ermittelt werden. Die Ermittlung des Anlagenverfügbarkeitskennwertes ist dabei insbesondere unterschiedlich zur Time to Failure bzw. der MTTF, da der gegenständliche Anlagenverfügbarkeitskennwert ermittelt wird, ohne dass dafür ein tatsächliches Auslösen des Fehlerstromschutzschalters erforderlich wäre.
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Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Anlagenverfügbarkeitskennwert von der Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes als Wertepaar einer Zeitspanne und einer Wahrscheinlichkeit ermittelt und ausgegeben wird, innerhalb welcher Zeitspanne die Auslöseeinheit 7 mit der angegebenen Wahrscheinlichkeit den Fehlerstromschutzschalter 1 auslöst. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass eine Zeitspanne und ein Wahrscheinlichkeitswert für ein Auslösen ausgegeben werden. Die entsprechenden Werte beruhen dabei natürlich auf der Annahme, dass sich ein Verhalten in einem Beobachtungszeitraum der Vergangenheit auch weiter entsprechend dem beobachteten Verhalten entwickelt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass auch der Wahrscheinlichkeitswert vorgegeben wird. Der ermittelte und ausgegebene Anlagenverfügbarkeitskennwert kann beispielsweise folgendermaßen ausgestaltet sein: Auslösen innerhalb der nächsten 38 Stunden mit einer Wahrscheinlichkeit von 95%, bzw.: „38h/95%“.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einheit 8 eine vorgebbare Vergangenheit des Verhaltens bzw. der Entwicklung der gemessenen Fehlerströme bzw. Ableitströme bei der Ermittlung des Anlagenverfügbarkeitskennwert berücksichtigt. Dabei ist unabhängig davon, welche Merkmale der Fehlerströme jeweils bei der Ermittlung des Anlagenverfügbarkeitskennwertes berücksichtigt werden, bevorzugt vorgesehen, dass die Daten der letzten, etwa drei bis fünf, Stunden und/oder der letzten, etwa zwei bis vier, Tage und/oder der letzten, etwa ein bis zwei, Monate verwendet werden. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass die Einheit 8 einen Speicher aufweist um die entsprechenden Daten für den betreffenden Beobachtungszeitraum zu speichern. Dabei kann es auch als ausreichend erachtet werden jeweils lediglich die Fehlerstromwerte in vorgebbaren diskreten Zeitabständen zu speichern.
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Zur Ermittlung des Anlagenverfügbarkeitskennwertes ist gemäß einer ersten bevorzugten Variante vorgesehen, dass ein Fehlerstromverlauf des Fehlerstromes innerhalb der vorgebbaren Vergangenheit berücksichtigt wird. Der Fehlerstromverlauf entspricht dem zeitlichen Verlauf des Fehlerstromes.
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Zur Ermittlung des Anlagenverfügbarkeitskennwertes ist gemäß einer zweiten bevorzugten Variante vorgesehen, dass die Einheit 8 eine Häufigkeitsverteilung auftretender Fehlerströme innerhalb der vorgebbaren Vergangenheit berücksichtigt. Hiebei wird eine Verteilung bzw. ein Histogramm der Fehlerströme verwendet.
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Besonders bevorzugt ist eine Kombination der beiden vorstehend genannten Methoden vorgesehen.
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Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einheit 8 zur Ermittlung wenigstens eines Anlagenverfügbarkeitskennwertes einen ersten Anlagenverfügbarkeitskennwert als Wertepaar einer ersten Zeitspanne und einer ersten Wahrscheinlichkeit sowie einen zweiten Anlagenverfügbarkeitskennwert als Wertepaar einer zweiten Zeitspanne und einer zweiten, von der ersten Wahrscheinlichkeit unterschiedlichen, Wahrscheinlichkeit ermittelt und ausgibt. Es ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass auch unterschiedliche Anlagenverfügbarkeitskennwerte aufgrund unterschiedlich großer Beobachtungszeiträume ermittelt werden, wodurch es einfacher wird, den Einfluss jüngst erfolgter Veränderungen an einer Anlage schnell zu erkennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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