DE102018202089A1

DE102018202089A1 - Wechselstromsensor und Schutzschalter

Info

Publication number: DE102018202089A1
Application number: DE102018202089.2A
Authority: DE
Inventors: Feng Du; Wei Gang Chen; Yue Zhuo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN108732415B; CN108732415A

Abstract

Die Erfindung veröffentlicht einen Wechselstromsensor und einen Schutzschalter. Der Wechselstromsensor umfasst: eine erste Messeinheit, die zur Messung des Wechselstroms innerhalb eines vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen ersten Wechselstromindikator zu erhalten; eine zweite Messeinheit, die zur Messung des Wechselstroms außerhalb des vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten; und eine Stromausgabeeinheit, die zur Ausgabe des ersten oder zweiten Wechselstromindikators ausgebildet ist. Mit den Lösungen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann der Messbereich hinsichtlich der Frequenz und Amplitude eines Wechselstromsensors vergrößert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schaltungen, insbesondere einen Wechselstromsensor und einen Schutzschalter.
Stand der Technik
Herkömmliche Stromsensoren sind in der Regel jeweils auf eine bestimmte Art der Messung ausgerichtet, z.B. ein Stromsensor für Leistungsschutzschalter. Da die Eigenschaften des Stroms für einen AC-Schutzschalter von denen für einen DC-Schutzschalter verschieden sind, müssen die Stromsensoren für AC- und DC-Schutzschalter jeweils selbstständig ausgestaltet und angewandt werden.
Mit der Weiterentwicklung der Anwendungen der Schutzschalter und Stromsensoren werden höhere Anforderungen an die Stromsensoren gestellt. Als ein Beispiel soll ein AC-Stromsensor eine höhere Genauigkeit und einen breiteren Messbereich hinsichtlich der Amplitude und Frequenz, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, bereitstellen. Eine Windkraftanlage fordert z.B. einen Frequenzbereich, der so niedrige Werte wie einige Hz, sogar 0,2 Hz, erreicht.
Offenbarung der Erfindung
Diesbezüglich wird in der vorliegenden Erfindung einerseits ein Stromsensor und anderseits ein Schutzschalter vorgeschlagen, um den Messbereich hinsichtlich der Frequenz und Amplitude des Wechselstromsensors zu erhöhen und dadurch die Messung des Stroms in vielfältigen Anwendungsszenarien zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Wechselstromsensor bereit, umfassend: eine erste Messeinheit, die zur Messung des Wechselstroms innerhalb eines vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen ersten Wechselstromindikator zu erhalten; wobei der vordefinierte Bereich umfasst: einen vordefinierten Messbereich bei einer niedrigen Frequenz und einem kleinen Strom; eine zweite Messeinheit, die zur Messung des Wechselstroms außerhalb des vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten; und eine Stromausgabeeinheit, die zur Ausgabe des ersten oder zweiten Wechselstromindikators ausgebildet ist. Daraus kann entnommen werden, dass zwei Messeinheiten im erfindungsgemäßen Wechselstromsensor vorgesehen sind und jede Messeinheit einen Strom im bestimmten Bereich unter Ausnutzung ihrer eigenen vorteilhaften Messfähigkeit misst, um den Messbereich hinsichtlich der Frequenz und Amplitude des Wechselstromsensors zu vergrößern und dadurch den Wechselstromsensor an vielfältige Anwendungsszenarien anpassen zu können.
In einer Ausführungsform umfasst die erste Messeinheit: einen Eisenkern-Stromwandler, der zur Messung eines aktuellen Wechselstroms eines zu messenden Systems und zur Ausgabe eines anfänglichen Wechselstromindikators ausgebildet ist; ein Stromausgleichungsmodul, in dem für unterschiedliche Frequenzen des zu messenden Stroms berechnete Ausgleichungskoeffizienten vorgespeichert sind, wobei das Stromausgleichungsmodul derart ausgebildet ist, dass es eine Information über die Frequenz des anfänglichen Wechselstromindikators erhält, die Ausgleichungskoeffizienten nach der Information über die Frequenz bestimmt, und den anfänglichen Wechselstromindikator gemäß den Ausgleichungskoeffizienten verstärken und ausgleichen kann, um einen korrigierten Wechselstromindikator zu erhalten; und ein erstes A/D-Wandlermodul, das zur Wandlung des korrigierten Wechselstromindikators von Analogwert in Digitalwert ausgebildet ist. Durch die Kompensation des anfänglichen Wechselstromindikators, der durch einen Eisenkern-Stromwandler nach Stand der Technik erfasst ist, mittels des Stromausgleichungsmoduls, kann ein den Anforderungen entsprechender Wechselstromindikator ausgegeben werden, um den Messbereich der zweiten Messeinheit zu ergänzen.
In einer Ausführungsform umfasst die zweite Messeinheit: einen Differentialsensor, der zur Messung des Veränderungsbetrags des zu messenden Wechselstroms über Zeit und zur Ausgabe eines Wechselspannungssignals proportional zum Veränderungsbetrag ausgebildet ist; und einen Integrationsbestandteil, der zur Wiederherstellung der Integration des Wechselspannungssignals ausgebildet ist, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten. Die zweite Messeinheit kann mit den herkömmlichen Sensoren für Wechselstrom kompatibel sein.
Der Integrationsbestandteil umfasst: ein Analog-Integrationsmodul, das zur analogen Integration des Wechselspannungssignals ausgebildet ist, um ein erstes Teil-Integrationssignal zu erhalten; ein zweites A/D-Wandlermodul, das zur Wandlung des ersten Teil-Integrationssignal von Analogwert in Digitalwert ausgebildet ist, um einen ersten Teil-Integrationswert zu erhalten; ein Digital-Integrationsmoduls, das zur digitalen Integration des ersten Teil-Integrationswerts ausgebildet ist, um einen zweiten Teil-Integrationswert zu erhalten; und ein Kombinationsmodul, das zum Erhalten eines kombinierten Wechselstromindikators derart ausgebildet, dass das erste Teil-Integrationssignal und das zweite Teil-Integrationssignal miteinander additiv kombiniert werden. Der Integrationsbestandteil kann nicht nur ursprüngliche messtechnische Vorteile des Sensors für Wechselstrom ausnutzen, sondern auch seine Nachteile mildern, um die Genauigkeit von Wiederherstellung der Integration im gesamten Integrationsbestandteil zu erhöhen.
Darüber hinaus kann das Digital-Integrationsmodul weiterhin derart ausgebildet sein, dass es den ersten Wechselstromindikator als einen anfänglichen Wert des Digital-Integrationsmoduls empfangen, und die Abweichung des durch das Digital-Integrationsmodul berechneten zweiten Teil-Integrationswerts mittels des ersten Wechselstromindikators korrigieren kann, um die Genauigkeit des zweiten Teil-Integrationswerts des Wechselstroms weiter erhöhen zu können.
Das Analog-Integrationsmodul in diesem Ausführungsbeispiel kann durch ein passives Analog-Integrationsmodul oder ein aktives Analog-Integrationsmodul flexibel und günstig realisiert wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Analog-Integrationsmodul: einen ersten Integrationswiderstand, einen zweiten Integrationswiderstand, einen ersten Filterwiderstand, einen zweiten Filterwiderstand und einen Integrationskondensator; wobei das eine Ende des ersten Integrationswiderstands mit dem einen Ausgang des Differentialsensors und das andere Ende mit dem einen Ende des ersten Filterwiderstands und mit dem einen Ende des Integrationskondensators verbunden ist; das eine Ende des zweiten Integrationswiderstands mit dem anderen Ausgang des Differentialsensors und das andere Ende mit dem einen Ende des zweiten Filterwiderstands und mit dem anderen Ende des Integrationskondensators verbunden ist; das andere Ende des ersten Filterwiderstands geerdet ist; das andere Ende des zweiten Filterwiderstands geerdet ist; und die beiden Enden des Integrationskondensators die Ausgänge des Analog-Integrationsmoduls sind. Das Analog-Integrationsmodul kann wie erläutert nicht nur eine analoge Integration ermöglichen, sondern auch durch die Anordnung der Filterschaltung zu genaueren Signalen der analogen Integration führen.
In einer Ausführungsform umfasst der Integrationsbestandteil weiterhin: einen Signalkonditionierungsschaltkreis, der so ausgebildet ist, dass Bearbeitungen des ersten Teil-Integrationswerts, einschließend Verstärkung und/oder Filterung, durchgeführt werden und der bearbeitete erste Teil-Integrationswert zu dem zweiten A/D-Wandlermodul übertragen wird. Durch die Anordnung des Signalkonditionierungsschaltkreises kann die Genauigkeit der Signale der analogen Integration weiter erhöht werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Signalkonditionierungsschaltkreis: einen Operationsverstärkungschip, einen Verstärkungswiderstand und einen Stromversorgungskreis; wobei zwei Signaleingänge des Operationsverstärkungschips jeweils mit den zwei Ausgängen des Analog-Integrationsmoduls verbunden sind; zwei Spannungseingänge des Operationsverstärkungschips jeweils mit der Spannungsversorgung des Stromversorgungskreises verbunden sind; zwei Verstärkungswiderstandanschlüsse des Operationsverstärkungschips jeweils mit zwei Enden des Verstärkungswiderstands verbunden sind; und ein Signalausgang des Operationsverstärkungschips mit einem Eingang des zweiten A/D-Wandlermoduls verbunden ist.
Ein Schutzschalter in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann einen Wechselstromsensor nach einer der obigen Ausführungsformen umfassen. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Schutzsensor eine höhere Messgenauigkeit und einen größeren Messbereich aufweisen.
Figurenliste
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Figuren näher beschrieben, so dass die oben beschriebenen und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung den Fachleuten deutlicher werden.

1 zeigt eine schematische Strukturansicht des Wechselstromsensors in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Strukturansicht der ersten Messeinheit in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Integrationsbestandteils in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4A zeigt das schematische Prinzip des Integrationsbestandteils in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul um ein passives Analog-Integrationsmodul handelt.
4B zeigt das schematische Prinzip des Integrationsbestandteils in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul um ein aktives Analog-Integrationsmodul handelt.
5 zeigt eine schematische partielle Strukturansicht des Integrationsbestandteils in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Ansicht der Verbindung zwischen einem äquivalenten Schaltkreis zum Differentialsensor in einem Beispiel der Erfindung und dem passiven Analog-Integrationsmodul aus 5.
7A zeigt den Vergleich der abgetasteten Stromwerte mit einem Eingangssignal bei 1 Hz zwischen dem erfindungsgemäßen Integrationsbestandteil und dem allein als der Integrationsbestandteil eingesetzten Analog-Integrationsmodul im Stand der Technik.
7B zeigt den Vergleich der abgetasteten Stromwerte mit einem Eingangssignal bei 0,2 Hz zwischen dem erfindungsgemäßen Integrationsbestandteil und dem allein als der Integrationsbestandteil eingesetzten Analog-Integrationsmodul im Stand der Technik.

Bezugszeichenliste

Bezugszeichen	Bedeutung
11	erste Messeinheit
111	Eisenkern-Stromwandler
112	Stromausgleichungseinheit
113, 1222	A/D-Wandlermodul
12	zweite Messeinheit
121	Differentialsensor
122	Integrationsbestandteil
1221	Analog-Integrationsmodul
1223	Digital-Integrationsmodul
1224	Kombinationsmodul
1225	Signalkonditionierungsschaltkreis
13	Stromausgabeeinheit

R1 - R11	Widerstände
L1, L2	Induktor
C1 - C7	Kondensatoren
U2	Operationsverstärkungschip
V_ein	Eingangsspannung
V_aus	Ausgangsspannung

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Um die Aufgaben, technischen Lösungen und Vorteile der Erfindung deutlich zu machen, wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Um den Messbereich eines Wechselstromsensors zu vergrößern, sollen erfindungsgemäß zunächst die herkömmlichen Wechselstromsensoren analysiert werden. Rogowski-Spulen werden in der Regel in den herkömmlichen Sensoren für Wechselstrom eingesetzt, um den primären Strom zu bemessen. Die Rogowski-Spule weist einen breiten Frequenzbereich, normalerweise einen ausgestalteten Bereich von 0,1 Hz bis mehr als 100 MHz, auf und kann deshalb die allgemeinen Anforderungen an die Messung bei breiten Frequenzen erfüllen. Allerdings ist das sekundäre Signal der Spannungsausgabe einer Rogowski-Spule das Differential des primären Stromsignals. Deswegen gehört die Rogowski-Spule zu den Differentialsensoren. Das Hinzufügen eines entsprechenden Integrationsschaltkreises ist benötigt, um die Signale proportional zum primären Strom treu wiederherzustellen. Üblicherweise wird ein passiver Integrationsschaltkreis zur Wiederherstellung des Integrationssignals eingesetzt, weil er eine ausgezeichnete Stabilität besitzt. Jedoch liegt eine Grenzfrequenz für den Integrationsschaltkreis vor. Ist die Signalfrequenz durch den Integrationsschaltkreis niedriger als die Grenzfrequenz, wird die Amplitude des Signals signifikant geschwächt. Wegen der Eigenschaften des Integrationsschaltkreises kann die Grenzfrequenz keinen zu niedrigen Wert erreichen. Für einige Integrationsschaltkreise sind z.B. die Grenzfrequenzen circa 16 Hz. Wenn der Sensor in einem Schutzschalter auf der Generatorseite einer Windkraftanlage eingesetzt ist, wird wegen der möglicherweise zu niedrigen Frequenz, z.B. einige Hz, des in den Schutzschalter einströmenden primären Stroms die sekundäre Ausgabe der Spannungssignale aus der Rogowski-Spule nach dem Integrationsschaltkreis zwangsläufig signifikant abgeschwächt. Daraus ist zu entnehmen, dass die Ausgabe bei einer niedrigen Frequenz und einem kleinen Strom bei der Strommessung durch einen mit der Rogowski-Spule ausgerüsteten Wechselstromsensor oftmals ungenügend ist. Außerdem liegen häufig beim niedrigen Frequenzbereich auch Statik (Droop) und Nullpunktverschiebung vor.
Daher stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen neuartigen Wechselstromsensor vor, bei dem durch die Bereitstellung zweier Messeinheiten, wobei eine der Messeinheiten zumindest den Messbereich eines herkömmlichen Wechselstromsensors deckt, während die andere für die Fälle bei einer niedrigen Frequenz und einem kleinen Strom verantwortlich ist, der Messbereich der herkömmlichen Wechselstromsensoren ergänzt werden kann, um den Messbereich hinsichtlich der Frequenz und Amplitude eines Wechselstromsensors zu erhöhen.
Darüber hinaus wird durch eine solche Verbesserung der Messeinheit, die zumindest den Messbereich eines herkömmlichen Wechselstromsensors deckt, die Messgenauigkeit gesteigert, so dass die Messergebnisse im fehlerhaften Frequenzbereich des Wechselstromsensors ausgeglichen werden.
1 zeigt eine schematische Strukturansicht des Wechselstromsensors in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie 1 veranschaulicht, umfasst der Wechselstromsensor hauptsächlich: eine erste Messeinheit 11, eine zweite Messeinheit 12 und eine Stromausgabeeinheit 13.
Dabei ist die erste Messeinheit 11 zur Messung des Wechselstroms innerhalb eines vordefinierten Bereichs ausgebildet, um einen ersten Wechselstromindikator zu erhalten. Es kann sich bei dem ersten Wechselstromindikator hier um einen Wert in beliebiger Form, der die Größe des Stroms zeigt, handeln. Dabei umfasst der vordefinierte Bereich einen vordefinierten Messbereich bei einer niedrigen Frequenz und einem kleinen Strom, wie z.B. einen Frequenzbereich von 0,2 Hz bis M kHz und einen Strombereich von 0,2 In bis N In, wobei M und N jeweils eine natürliche Zahl kleiner als oder gleich 10 sind, und In der Sollstrom des zu messenden Systems bedeutet.
Die zweite Messeinheit 12 ist zur Messung des Wechselstroms außerhalb des vordefinierten Bereichs ausgebildet, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten. Es kann sich bei dem zweiten Wechselstromindikator hier um einen Wert in beliebiger Form, der die Größe des Stroms zeigt, handeln. Der Wechselstrom außerhalb des vordefinierten Bereichs kann den Messbereich der herkömmlichen Wechselstromsensoren oder mehr decken. Beispielsweise kann der Frequenzbereich bis zu 100 kHz, sogar einige hundert kHz erreichen, und der Strombereich bis zu 100 kA, sogar einige hundert kA erreichen.
Die Stromausgabeeinheit 13 ist zur Ausgabe des von der ersten Messeinheit erfassten ersten Wechselstromindikators oder des von der zweiten Messeinheit erfassten zweiten Wechselstromindikators ausgebildet.
In einer Ausführungsform können die erste Messeinheit 11 und die zweite Messeinheit 12 gleichzeitig den zu messenden Strom messen und jeweils einen entsprechenden Wechselstromindikator erhalten. Die Stromausgabeeinheit 13 kann den von der ersten Messeinheit 11 erfassten Wechselstromindikator ausgeben, wenn sich die beiden Wechselstromindikatoren innerhalb eines vordefinierten Bereichs befinden, und den von der zweiten Messeinheit 12 erfassten Wechselstromindikator ausgeben, wenn sich die beiden Wechselstromindikatoren außerhalb des vordefinierten Bereichs befinden.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der vordefinierte Bereich gemäß der Messfähigkeit der ersten Messeinheit 11 festgestellt. Dabei kann die erste Messeinheit 11 durch einen Eisenkern-Stromwandler realisiert werden. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt den Vergleich der Daten des primären Stromwerts und des durch den Eisenkern-Stromwandler erfassten sekundären Stromwerts eines zu messenden Systems in einem herkömmlichen Beispiel. Tabelle 1

Frequenz (Hz)	Primärer Stromwert Ip auf 1 Spulenwindung (effektiver AC-Wert, in mA)	Spannungswert VRes auf einem Abtastungswiderstand (effektiver AC-Wert, in mV)	Primärer Stromwert Ip auf 5 Spulenwindungen (effektiver AC-Wert, in A)	Berechneter primärer Stromwert basierend auf Ausgabe des sekundären Stroms (effektiver AC-Wert, in A)	Fehler in der Strommessung (%)
50	375,8	13,07	1,879	1,879	-0,00998
20	375,6	13,06	1,878	1,877	-0,03328
1	390,4	13,15	1,952	1,890	-3,16022
0,2	388,6	12,01	1,943	1,7264	-11,1458

Es ist aus Tabelle 1 ersichtlich, dass bei einer Frequenz von 50 Hz des zu messenden Stroms der primäre Stromwert und der erfasste sekundäre Stromwert beide 1,879 betragen, mit einem Fehler von -0,00998, der sich 0 annähert. Bei einer Frequenz von 1 Hz beträgt der primäre Stromwert 1,952 und der erfasste sekundäre Stromwert 1,890, mit einem Fehler von -3,16022. Bei einer Frequenz von 0,2 Hz beträgt der primäre Stromwert 1,943 und der erfasste sekundäre Stromwert 1,7264, mit einem Fehler von -11,1458. Also hat die Ausgabe des Eisenkern-Stromwandlers bei einer niedrigen Frequenz eine Abschwächung. Je niedriger die Frequenz, desto größer der Fehler in der Strommessung. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann daher eine Verstärkung für die Ausgleichung des durch den Eisenkern-Stromwandler erfassten ersten Wechselstromindikators berücksichtigt werden. Dafür können Ausgleichungskoeffizienten für unterschiedliche Frequenzen vorher berechnet werden. In den Beispielen aus Tabelle 1 kann das Verhältnis des primären Stromwerts zu dem erfassten zweiten Stromwert bei unterschiedlichen Frequenzen als der Ausgleichungskoeffizient bei der entsprechenden Frequenz benutzt werden. Also kann der Ausgleichungskoeffizient für eine Frequenz von 50 Hz 1,879/1,879 = 1 betragen; der Ausgleichungskoeffizient für eine Frequenz von 20 Hz kann 1,878/1,877 betragen; der Ausgleichungskoeffizient für eine Frequenz von 1 Hz kann 1,952/1,890 betragen; der Ausgleichungskoeffizient für eine Frequenz von 0,2 Hz kann 1,943/1,7264 betragen, usw. Dadurch kann die Ausgabe des durch den Eisenkern-Stromwandler erfassten Stroms nach einer multiplizierenden Ausgleichung mit dem Ausgleichungskoeffizient bei der entsprechenden Frequenz die Anforderungen an die Messung erfüllen. Beispielsweise kann die Ausgabe zumindest einen vordefinierten Teil bei einem kleinen Strom und einer niedrigen Frequenz, wie z.B. 0,2 Hz, decken. Weiterhin kann die Ausgabe den Strombereich in Normalbetrieb eines Schutzschalters, wie z.B. den Messbereich innerhalb des Sollstrombereichs eines Schutzschalters, decken.
2 zeigt eine schematische Strukturansicht der ersten Messeinheit 11 in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung. Wie 2 veranschaulicht, kann die erste Messeinheit umfassen: einen Eisenkern-Stromwandler 111, ein Stromausgleichungsmodul 112 und ein A/D-Wandlermodul 113.
Dabei ist der Eisenkern-Stromwandler 111 zur Messung eines aktuellen Wechselstroms eines zu messenden Systems und zur Ausgabe eines anfänglichen Wechselstromindikators ausgebildet.
Das Stromausgleichungsmodul 112 ist derart ausgebildet, dass die für unterschiedliche Stromfrequenzen des zu messenden Systems berechneten Ausgleichungskoeffizienten vorgespeichert werden. Das Stromausgleichungsmodul 112 kann auch eine FourierTransformation auf den anfänglichen Wechselstromindikator durchführen, um die Information über die Frequenz des anfänglichen Wechselstromindikators zu erhalten, dann den entsprechenden Ausgleichungskoeffizient gemäß der Information über die Frequenz bestimmen, und den anfänglichen Wechselstromindikator mittels des Ausgleichungskoeffizienten verstärken und ausgleichen, um einen korrigierten ersten Wechselstromindikator zu erhalten. Dabei können die für unterschiedliche Frequenzen berechneten Ausgleichungskoeffizienten sowohl als eine Tabelle der Verhältnisse zwischen den Frequenzen und den Ausgleichungen als auch als eine Funktion dieser Verhältnisse gespeichert werden.
In einer Ausführungsform kann es sich bei den Ausgleichungskoeffizienten bei unterschiedlichen Frequenzen des zu bemessenden Stroms um ein Verhältnis des primären Stromwerts zum erfassten zweiten Stromwert bei unterschiedlichen Frequenzen basierend auf historischen Erfahrungen handeln. Hierbei ist der Ausgleichungskoeffizient größer als oder gleich 1. Bei der Ausgleichung des anfänglichen Wechselstromindikators mittels des Ausgleichungskoeffizienten kann der anfängliche Wechselstromindikator mit dem Ausgleichungskoeffizient multiplizieren, um den korrigierten Wechselstromindikator zu erhalten.
Das A/D-Wandlermodul 113 ist zur Wandlung des durch das Stromausgleichungsmodul 112 korrigierten Wechselstromindikators von Analogwert in Digitalwert und zu seiner Ausgabe ausgebildet.
Die zweite Messeinheit 12 kann zum Ermöglichen der Wechselstrommessung außerhalb des Messbereichs der ersten Messeinheit 11 eingesetzt werden, nämlich der Strommessung in einem solchen Bereich, der sich nicht in dem Messbereich der ersten Messeinheit 11 befindet, wie z.B. ein großer Strom, ein abnormaler Strom, ein schlagartig veränderter Strom, usw. Beispielsweise kann der Frequenzbereich bis zu 100 kHz erreichen, und kann der Strombereich bis zu 100 kA (tausend Ampere) erreichen. Bei der praktischen Umsetzung kann die zweite Messeinheit 12 den in 3 gezeigten Differentialsensor 121 und Integrationsbestandteil 122 umfassen. Dabei kann der Differentialsensor 121 zur Messung des Veränderungsbetrags des zu messenden Stroms über Zeit und zur Ausgabe eines Wechselspannungssignals im Verhältnis zum Veränderungsbetrag des Stroms ausgebildet sein. Der Integrationsbestandteil 122 kann zur Wiederherstellung der Integration des von dem Differentialsensor 121 ausgegebenen Wechselspannungssignals ausgebildet sein, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten.
Dabei kann der Differentialsensor 121 durch eine Rogowski-Spule mit einer hohen Genauigkeit und niedrigen Kosten realisiert werden. Bei der Rogowski-Spule handelt es sich um eine gleichmäßig auf einem nicht-ferromagnetischen Material gewickelte ringförmige Spule, deren Ausgangssignal ein Differential des Stroms gegenüber der Zeit ist. Eine Rogowski-Spule ist eine hohle, ringförmige Spule, die unmittelbar auf den zu messenden Leiter aufgesetzt werden kann. Der durch den Leiter strömende Wechselstrom erzeugt ein alternativ verändertes Magnetfeld um den Leiter, das ein Wechselspannungssignal im Verhältnis zu der Veränderung des Stroms in der Spule induziert. Die Ausgangsspannung der Spule kann mit der Gleichung V_aus = M di/dt bezeichnet werden, wobei M die Gegeninduktion der Spule ist, und di/dt die Veränderung des Stroms ist. Durch die Integration des von der Rogowski-Spule ausgegebenen Spannungssignals mittels eines spezifischen Integrationsbestandteils kann ein anderes Wechselspannungssignal erhalten werden, das die Wellenform des zu bemessenden Stromsignals genau wiedergeben kann.
Der Integrationsbestandteil 122 kann durch ein Analog-Integrationsmodul, ein Digital-Integrationsmodul, oder eine Kombination eines Analog-Integrationsmoduls und eines Digital-Integrationsmodul realisiert werden. 3 zeigt beispielsweise eine schematische Strukturansicht des Integrationsbestandteils 122. Wie 3 veranschaulicht, kann der Integrationsbestandteil 122 umfassen: ein Analog-Integrationsmodul 1221, ein A/D-Wandlermodul 1222, ein Digital-Integrationsmodul 1223 und ein Kombinationsmodul 1224.
Dabei ist das Analog-Integrationsmodul 1221 zur analogen Integration des von dem Differentialsensor 121 ausgegebenen Wechselspannungssignals ausgebildet, um ein erstes Teil-Integrationssignal zu erhalten.
Das A/D-Wandlermodul 1222 ist zur Wandlung des ersten Teil-Integrationssignals von Analogwert in Digitalwert ausgebildet, um einen ersten Teil-Integrationswert zu erhalten.
Das Digital-Integrationsmodul 1223 ist zur digitalen Integration des ersten Teil-Integrationswerts ausgebildet, um einen zweiten Teil-Integrationswert zu erhalten.
Das Kombinationsmodul 1224 ist zum Berechnen eines zweiten Wechselstromindikators nach der Wiederherstellung der Integration derart ausgebildet, dass der erste Teil-Integrationswert und der zweite Teil-Integrationswert miteinander additiv kombiniert werden.
Weiterhin kann der Integrationsbestandteil 122 umfassen: einen Signalkonditionierungsschaltkreis 1225, der so ausgebildet ist, dass Bearbeitungen des von dem Analog-Integrationsmodul 1221 ausgegebenen ersten Teil-Integrationssignals, einschließend Verstärkung und/oder Filterung, durchgeführt werden und das bearbeitete erste Teil-Integrationssignal an das A/D-Wandlermodul 1222 ausgegeben wird.
Weiterhin kann das Digital-Integrationsmodul 1223 in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet sein, dass der von der ersten Messeinheit 11 erfasste erste Wechselstromindikator als ein anfänglicher Wert des Digital-Integrationsmoduls 1223 benutzt wird, und die Abweichung des durch das Digital-Integrationsmodul 1223 berechneten zweiten Teil-Integrationswerts mittels des von der ersten Messeinheit 11 erfassten ersten Wechselstromindikators korrigiert werden kann. Da die erste Messeinheit 11 und die zweite Messeinheit 12 denselben Strom messen, kann die Ausgabe der ersten Messeinheit 11 zum Korrigieren der zweiten Messeinheit 12, also das obige Korrigieren der Verschiebung, unter Sicherstellung der Gültigkeit der Ausgabe von der ersten Messeinheit 11 und der zweiten Messeinheit 12 dienen.
Der Integrationsbestandteil 122 in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst zusätzlich ein A/D-Wandlermodul 1222, ein Digital-Integrationsmodul 1223 und ein Kombinationsmodul 1224 im Vergleich zum herkömmlichen Integrationsschaltkreis, der ausschließlich ein Analog-Integrationsmodul 1221 beinhaltet. Die Betriebsweise des Integrationsbestandteils ist wie folgt: Für den Messbereich, den ein herkömmliches Analog-Integrationsmodul 1221 bei erfüllter Anforderung an die Genauigkeit decken kann, ist die Ausgabe des Digital-Integrationsmoduls 1223 nahezu vernachlässigbar, und die Ausgabe des Kombinationsmoduls 1224 ist im Wesentlich die Ausgabe des herkömmlichen Analog-Integrationsmoduls 1221. Für den Messbereich, in dem das herkömmliche Analog-Integrationsmodul 1221 die geforderte Genauigkeit nicht erfüllen kann, kann die Ausgabe des Digital-Integrationsmoduls 1223 den Fehler der Ausgabe des herkömmlichen Analog-Integrationsmoduls 1221 ausgleichen, so dass das ausgegebene Ergebnis des Kombinationsmoduls 1224 einer korrigierten Ausgabe des herkömmlichen Analog-Integrationsmoduls 1221 entspricht. Dadurch wird die Messgenauigkeit des gesamten Integrationsbestandteils 122 erhöht und die Probleme bei herkömmlichem Wechselstromsensor werden gelöst.
In diesem Ausführungsbeispiel kann es sich beim Analog-Integrationsmodul 1221 um ein passives oder aktives Analog-Integrationsmodul handeln.
4A zeigt das schematische Prinzip des Integrationsbestandteils 122, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul 1221 um ein passives Analog-Integrationsmodul handelt, und 4B zeigt das schematische Prinzip des Integrationsbestandteils 122, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul 1221 um ein passives Analog-Integrationsmodul handelt. Wie 4A veranschaulicht, befindet sich das passive Analog-Integrationsmodul auf der linken Seite und das Digital-Integrationsmodul 1223 auf der rechten Seite, und das Kombinationsmodul 1224 führt die additive Operation beider Module durch. Wie 4B veranschaulicht, befindet sich das aktive Analog-Integrationsmodul auf der linken Seite und das Digital-Integrationsmodul 1223 auf der rechten Seite, und das Kombinationsmodul 1224 führt die additive Operation beider Module durch.
Dementsprechend zeigt die folgende Gleichung (1) das Prinzip der Integration im Integrationsbestandteil 122, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul 1221 um ein passives Analog-Integrationsmodul handelt. Gleichung (2) zeigt das schematische Prinzip der Integration im Integrationsbestandteil 122, wobei es sich bei dem Analog-Integrationsmodul 1221 um ein aktives Analog-Integrationsmodul handelt. $I (t) \approx - \frac{1}{M} \int V_{e i n} d t = - \frac{1}{M} (R \cdot C \cdot V_{a u s} + \int V_{a u s} d t)$
$I (t) \approx - \frac{1}{M} \int V_{e i n} d t = - \frac{1}{M} (R_{i} \cdot C_{i} \cdot V_{a u s} + \frac{R_{i}}{R_{0}} \int V_{a u s} d t)$
wobei I(t) für den abgetasteten Strom, M für die Gegeninduktion der Rogowski-Spule, RC für das passive Analog-Integrationsmodul, R für den Widerstand des passiven Analog-Integrationsmoduls, C für die Kapazität des passiven Analog-Integrationsmoduls steht, und die Werte von R und C die erkannten Anforderungen an die Gestaltung eines passiven Analog-Integrationsmoduls erfüllen sollen. Dabei steht R_iC_iR₀ für das aktive Analog-Integrationsmodul, R_i für den Widerstand des aktiven Analog-Integrationsmoduls, C_i für die Kapazität des Analog-Integrationsmoduls, R₀ für einen parallel mit C_i geschalteten Widerstand, und die Werte von R_i, C_i, und R₀ sollen die erkannten Anforderungen an die Gestaltung eines aktiven Analog-Integrationsmoduls erfüllen. V_ein ist die Ausgabe der Rogowski-Spule, die als die Eingabe des passiven Analog-Integrationsmoduls dient. V_aus ist die Ausgabe des passiven Analog-Integrationsmoduls, die auch als die Eingabe des Digital-Integrationsmoduls dient. ∫dt ist das Symbol für Integration.
Da ein solches Analog-Integrationsmodul vorliegt, hängt der dynamische Bereich des Stromsignals nur von dem Bereich der Amplitude des Stroms ab.
Da ein solches Digital-Integrationsmodul vorliegt, das die Ausgaben von dem Integrationsbestandteil integrieren kann, kann die Ausgabe der Rogowski-Spule genügend integriert werden, um einen Stromindikator auch bei niedrigen Frequenzen (wie z.B. bei 0,2 Hz) ohne Statik zu erhalten.
5 zeigt eine schematische partielle Strukturansicht des Integrationsbestandteils 122 in einem Beispiel. Wie 5 veranschaulicht, umfasst der Integrationsbestandteil 122 ein auf RC basiertes, passives Analog-Integrationsmodul 1221, das wiederum umfasst: einen ersten Widerstand R1, einen zweiten Widerstand R2, einen dritten Widerstand R3, einen vierten Widerstand R4 und einen ersten Kondensator C1.
Das eine Ende des ersten Widerstands R1 ist mit dem einen Ausgang des Differentialsensors 121 verbunden, und das andere Ende ist mit dem einen Ende des dritten Widerstands R3 und mit dem einen Ende des ersten Kondensators C1 verbunden.
Das eine Ende des zweiten Widerstands R2 ist mit dem anderen Ausgang des Differentialsensors 121 verbunden, und das andere Ende ist mit dem einen Ende des vierten Widerstands R4 und mit dem anderen Ende des ersten Kondensators C1 verbunden.
Das andere Ende des dritten Widerstands R3 ist geerdet.
Das andere Ende des vierten Widerstands R4 ist geerdet.
Die beiden Enden des ersten Kondensators C1 sind die Ausgänge des Analog-Integrationsmoduls 1221.
Dabei sind der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 Integrationswiderstände, und der erste Kondensator C1 ist ein Integrationskondensator, welche den Hauptbestandteil des passiven Analog-Integrationsmoduls zusammensetzen. Der dritte Widerstand R3 und der vierte Widerstand R4 sind Filterwiderstände.
Außerdem umfasst der Integrationsbestandteil 122 in 5 auch einen Signalkonditionierungsschaltkreis 1225, der wiederum umfasst: einen Operationsverstärkungschip U2, einen Verstärkungswiderstand R5 und einen Stromversorgungskreis. Dabei kann der Verstärkungswiderstand R5 als der fünfte Widerstand bezeichnet werden.
Dabei sind zwei Signaleingänge +IN und -IN des Operationsverstärkungschips U2 jeweils mit den zwei Ausgängen des Analog-Integrationsmoduls 1221 verbunden.
Zwei Spannungseingänge U+ und U- des Operationsverstärkungschips U2 sind jeweils mit der Spannungsversorgung des Stromversorgungskreises 12251 verbunden.
Zwei Verstärkungswiderstandanschlüsse RG- und RG+ des Operationsverstärkungschips U2 sind jeweils mit zwei Enden des Verstärkungswiderstands R5 verbunden.
Ein Signalausgang des Operationsverstärkungschips U2 ist mit einem Eingang des A/D-Wandlermoduls 1222 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der Operationsverstärkungschip U2 durch 1) symmetrische Energiequellen oder 2) eine einzige Energiequelle versorgt werden.
Werden die symmetrischen doppelten Energiequellen eingesetzt, wie es in 5 ersichtlich ist, sind der positive Anschluss +E und der negative Anschluss -E relativ zu einem gemeinsamen Anschluss (Erde) jeweils an die (U+)- und (U-)-Pole des Operationsverstärkers angeschlossen. Auf diese Weise kann die Signalquelle unmittelbar an die Eingangspole des Operationsverstärkungschips angeschlossen sein und die Amplitude der ausgegebenen Spannung die symmetrische positive und negative Spannung erreichen.
Wie 5 veranschaulicht, umfasst die Versorgungsschaltung: einen sechsten Widerstand R6 und einen zweiten Kondensator C2 in Serienschaltung zwischen einer positiven Spannungsquelle +E und einem gemeinsamen Anschluss (Erde), und einen siebten Widerstand R7 und einen dritten Kondensator C3 in Serienschaltung zwischen einer negativen Spannungsquelle -E und dem gemeinsamen Anschluss (Erde). Dabei sind die Anschlüsse zwischen dem sechsten Widerstand R6 und dem zweiten Kondensator C2 und zwischen dem siebten Widerstand R7 und dem dritten Kondensator C3 Versorgungsanschlüsse, die mit zwei Spannungseingängen des Operationsverstärkungschips U2 verbunden sind.
Zudem kann ein Spannungsausgang REF des Operationsverstärkungschips U2 weiterhin mit dem Anschluss zwischen einem achten Widerstand R8 und einem vierten Kondensator C4 geschaltet sein, die miteinander seriell geschaltet sind. Das andere Ende des vierten Kondensators C4 ist geerdet. Das andere Ende des achten Widerstands R8 ist ein Anschluss der Spannungsquelle.
Wird hingegen eine einzige Energiequelle verwendet (in den Figuren nicht gezeigt), ist der (-VEE)-Pol des Operationsverstärkungschips geerdet. Hierbei ist es erforderlich, dass ein DC-Potential an den Eingang des Operationsverstärkungschips hinzufügt werden muss, um eine geeignete, statische Betriebsstelle in dem einheitlichen Schaltkreis des Operationsverstärkungschips sicherzustellen. Hierbei verändert sich die Ausgabe des Operationsverstärkungschips abhängig von dem Eingangssignal auf der Basis eines bestimmten DC-Potentials. In einem statischen Zustand beträgt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkungschips ungefähr VCC/2, und ein Kondensator kann in den Schaltkreis zur Isolierung des DC-Anteils in der Ausgabe eingesetzt werden.
In 5 kann der Signalausgang V_aus des Operationsverstärkungschips U2 weiterhin mit dem einen Ende des Filterwiderstands R9 (auch als der neunte Widerstand R9 bezeichnet) verbunden sein, und das andere Ende des Filterwiderstands R9 ist geerdet.
6 zeigt eine schematische Ansicht der Verbindung zwischen einem äquivalenten Schaltkreis zum Differentialsensor in einem Beispiel der Erfindung und dem auf RC basierten passiven Analog-Integrationsmodul aus 5. Wie 6 veranschaulicht, kann der äquivalente Schaltkreis zum Differentialsensor umfassen: Selbstinduktoren L1 und L2, innere Widerstände R10 und R11, und eine parasitäre Kapazität C5 der Spule. Zudem kann er weiterhin umfassen: Filterkondensatoren C6 und C7.
Die Serienschaltung von dem Induktor L1 und dem inneren Widerstand R10 ist mit dem einen Ende der parasitären Kapazität C5 verbunden, und die Serienschaltung von dem Induktor L2 und dem inneren Widerstand R11 ist mit dem anderen Ende der parasitären Kapazität C5 verbunden. Gleichzeitig ist das eine Ende der parasitären Kapazität C5 mit dem Filterkondensator C6 und das andere Ende mit dem Filterkondensator C7 verbunden. Die jeweiligen anderen Enden der Filterkondensatoren C6 und C7 sind geerdet.
Die beiden Enden der parasitären Kapazität C5 der Spule sind als die Ausgänge des äquivalenten Schaltkreises zum Differentialsensor mit dem Eingang des passiven Analog-Integrationsmoduls verbunden. D.h. das eine Ende der parasitären Kapazität C5 der Spule ist mit dem einen Ende des ersten Integrationswiderstands R1 in dem passiven Analog-Integrationsmodul, und das andere Ende mit dem einen Ende des zweiten Integrationswiderstands R2 in dem passiven Analog-Integrationsmodul verbunden.
7A und 7B zeigen die Vergleiche der abgetasteten Stromwerte mit einem Eingangssignal jeweils bei 1 Hz und 0,2 Hz zwischen dem erfindungsgemäßen Integrationsbestandteil und dem allein als der Integrationsbestandteil eingesetzten Analog-Integrationsmodul im Stand der Technik.
Um die Messgenauigkeiten beider Integrationsbestandteile zu vergleichen, soll ein Referenzstromwert für den genauen Wechselstromindikator vorgegeben werden, der aufgrund eines Eingangssignals V_ein des Integrationsbestandteils (also des Ausgangssignals der Rogowski-Spule) berechnet werden kann. Die folgende Gleichung (3) zeigt, wie der Referenz-Wechselstromindikator aufgrund V_ein mittels digitaler Integration berechnet werden kann: $I_{d l} (n) = I_{d l} (n - 1) + \frac{V_{e i n} (n) + V_{e i n} (n - 1)}{2 \cdot M} \cdot Δ T$
wobei ΔT für die Abtastungsperiode und M für die Gegeninduktion der Rogowski-Spule steht, und in diesem Beispiel M = 1,0862 uH gilt.
Die folgende Gleichung (4) zeigt den abgetasteten Stromwert, wenn ein Analog-Integrationsmodul allein als der Integrationsbestandteil eingesetzt wird: $I_{r c l} (n) = \frac{V_{a u s} (n) \cdot 2 \cdot R \cdot C}{M}$
wobei R = 100 k, C = 1040 nF, und M = 1,0862 uH.
Die folgende Gleichung (5) zeigt den abgetasteten Stromwert, wenn ein erfindungsgemäßer Integrationsbestandteil eingesetzt wird: $\begin{matrix} V_{l a u s} (n) & = V_{d l a u s} (n - 1) + \frac{V_{a u s} (n) + V_{a u s} (n - 1)}{2} \cdot Δ T \\ I_{r c c l} (n) & = \frac{V_{a u s} (n) \cdot 2 \cdot R \cdot C + V_{d l a u s} (n)}{M} \end{matrix}$
In den obigen Gleichungen (4) und (5) ist V_aus (n) die Ausgabe des Analog-Integrationsmoduls, die insbesondere durch einen Operationsverstärker und einen Schaltkreis für Verschiebungskompensation hinsichtlich des Faktors der Verstärkung und der Verschiebung eingestellt werden kann, um die obigen Gleichungen zu ermöglichen.
Es ist in den 7A und 7B ersichtlich, dass der von dem erfindungsgemäßen Integrationsbestandteil erhaltene Wechselstromindikator näher an dem Referenzstromwert ist, und deswegen hat der erfindungsgemäße Integrationsbestandteil eine höhere Genauigkeit als der ausschließlich ein Analog-Integrationsmodul beinhaltende Integrationsbestandteil im Stand der Technik.
Aus der obigen Lösungen kann entnommen werden, dass zwei Messeinheiten im erfindungsgemäßen Wechselstromsensor vorgesehen sind und jede Messeinheit einen Strom im vordefinierten Bereich unter Ausnutzung ihrer eigenen vorteilhaften Messfähigkeit misst, um den Messbereich des Wechselstromsensors zu vergrößern und dadurch den Wechselstromsensor an vielfältige Anwendungsszenarien anpassen zu können. Zusätzlich zu den Verwendungen bei einem DC-Schutzschalter und einem AC-Schutzschalter kann die Erfindung für andere Gebiete von Strommessungen geeignet sein.
Oben wurden nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die Erfindung soll nicht darauf beschränkt werden. Alle Modifizierungen, äquivalenten Substitutionen und Erweiterungen, die in den Umfang der Idee und des Prinzips der Erfindung fallen, sollen im Schutzbereich der Erfindung enthalten werden.

Claims

Wechselstromsensor, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: eine erste Messeinheit (11), die zur Messung des Wechselstroms innerhalb eines vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen ersten Wechselstromindikator zu erhalten; eine zweite Messeinheit (12), die zur Messung des Wechselstroms außerhalb des vordefinierten Bereichs ausgebildet ist, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten; und eine Stromausgabeeinheit (13), die zur Ausgabe des ersten oder zweiten Wechselstromindikators ausgebildet ist.
Wechselstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinheit (11) umfasst: einen Eisenkern-Stromwandler (111), der zur Messung eines aktuellen Wechselstroms eines zu messenden Systems und zur Ausgabe eines anfänglichen Wechselstromindikators ausgebildet ist; ein Stromausgleichungsmodul (112), in dem für unterschiedliche Frequenzen des zu messenden Stroms berechnete Ausgleichungskoeffizienten vorgespeichert sind, wobei das Stromausgleichungsmodul derart ausgebildet ist, dass es eine Information über die Frequenz des anfänglichen Wechselstromindikators erhält, die Ausgleichungskoeffizienten nach der Information über die Frequenz bestimmt, und den anfänglichen Wechselstromindikator gemäß den Ausgleichungskoeffizienten verstärken und ausgleichen kann, um einen korrigierten Wechselstromindikator zu erhalten; und ein erstes A/D-Wandlermodul (113), das zur Wandlung des korrigierten Wechselstromindikators von Analogwert in Digitalwert ausgebildet ist.
Wechselstromsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinheit (12) umfasst: einen Differentialsensor (121), der zur Messung des Veränderungsbetrags des zu bemessenden Wechselstroms über Zeit und zur Ausgabe eines Wechselspannungssignals proportional zum Veränderungsbetrag ausgebildet ist; und einen Integrationsbestandteil (122), der zur Wiederherstellung der Integration des Wechselspannungssignals ausgebildet ist, um einen zweiten Wechselstromindikator zu erhalten.
Wechselstromsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrationsbestandteil (122) umfasst: ein Analog-Integrationsmodul (1221), das zur analogen Integration des Wechselspannungssignals ausgebildet ist, um ein erstes Teil-Integrationssignal zu erhalten; ein zweites A/D-Wandlermodul (1222), das zur Wandlung des ersten Teil-Integrationssignals von Analogwert in Digitalwert ausgebildet ist, um einen ersten Teil-Integrationswert zu erhalten; ein Digital-Integrationsmodul (1223), das zur digitalen Integration des ersten Teil-Integrationswerts ausgebildet ist, um einen zweiten Teil-Integrationswert zu erhalten; und ein Kombinationsmodul (1224), das zum Erhalten eines kombinierten Wechselstromindikators derart ausgebildet, dass das erste Teil-Integrationssignal und das zweite Teil-Integrationssignal miteinander additiv kombiniert werden.
Wechselstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Digital-Integrationsmodul (1223) weiterhin derart ausgebildet ist, dass es den ersten Wechselstromindikator als einen anfänglichen Wert des Digital-Integrationsmoduls (1223) empfangen, und die Abweichung des durch das Digital-Integrationsmodul (1223) berechneten zweiten Teil-Integrationswert mittels des ersten Wechselstromindikators korrigieren kann.
Wechselstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Analog-Integrationsmodul (1221) um ein passives oder aktives Analog-Integrationsmodul handelt.
Wechselstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Analog-Integrationsmodul (1221) umfasst: einen ersten Integrationswiderstand (R1), einen zweiten Integrationswiderstand (R2), einen ersten Filterwiderstand (R3), einen zweiten Filterwiderstand (R4) und einen Integrationskondensator (C1); wobei das eine Ende des ersten Integrationswiderstands (R1) mit dem einen Ausgang des Differentialsensors (121) und das andere Ende mit dem einen Ende des ersten Filterwiderstands (R3) und mit dem einen Ende des Integrationskondensators (C1) verbunden ist; das eine Ende des zweiten Integrationswiderstands (R2) mit dem anderen Ausgang des Differentialsensors (121) und das andere Ende mit dem einen Ende des zweiten Filterwiderstands (R4) und mit dem anderen Ende des Integrationskondensators (C1) verbunden ist; das andere Ende des ersten Filterwiderstands (R3) geerdet ist; das andere Ende des zweiten Filterwiderstands (R4) geerdet ist; und die beiden Enden des Integrationskondensators (C1) die Ausgänge des Analog-Integrationsmoduls (1221) sind.
Wechselstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrationsbestandteil (122) weiterhin umfasst: einen Signalkonditionierungsschaltkreis (1225), der so ausgebildet ist, dass Bearbeitungen des ersten Teil-Integrationswerts, einschließend Verstärkung und/oder Filterung, durchgeführt werden und der bearbeitete erste Teil-Integrationswert zu dem zweiten A/D-Wandlermodul (1222) übertragen wird.
Wechselstromsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalkonditionierungsschaltkreis (1225) umfasst: einen Operationsverstärkungschip (U2), einen Verstärkungswiderstand (R5) und einen Stromversorgungskreis; wobei zwei Signaleingänge des Operationsverstärkungschips (U2) jeweils mit den zwei Ausgängen des Analog-Integrationsmoduls (1221) verbunden sind; zwei Spannungseingänge des Operationsverstärkungschips (U2) jeweils mit der Spannungsversorgung des Stromversorgungskreises verbunden sind; zwei Verstärkungswiderstandanschlüsse des Operationsverstärkungschips (U2) jeweils mit zwei Enden des Verstärkungswiderstands (R5) verbunden sind; und ein Signalausgang des Operationsverstärkungschips (U2) mit einem Eingang des zweiten A/D-Wandlermoduls (1222) verbunden ist.
AC-Schutzschalter, dadurch gekennzeichnet, dass er den Wechselstromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.