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Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsleistungsschalter zur Unterbrechung eines Niederspannungsstromkreises nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 12 und ein System.
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Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die eingestellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.
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Insbesondere für Niederspannungsstromkreise, -anlagen bzw. - netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.
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Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit Werten von 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.
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Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer als Steuerungseinheit dienenden elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.
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Bei zu hohem Stromfluss unterbrechen Leistungsschalter den Stromkreis gemäß ihrer Schutzparameter bzw. Ansprechwerte. Die Schutzparameter bzw. Ansprechwerte sind im Wesentlichen die Höhe des Stromes und die Zeit nach der ein Unterbrechen des Stromkreises bei andauernd „hohem“ Stromfluss erfolgen soll. Im Unterschied zu einer Sicherung sind diese Schutzparameter bzw. Ansprechwerte bei einem Leistungsschalter einstellbar, beispielsweise mittels der elektronischen Auslöseeinheit. Diese ist üblicherweise über die Front des Leistungsschalters zugänglich angebracht. Die Schutzparameter sind hierüber einstellbar bzw. parametrierbar.
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Die Einheiten, insbesondere die elektronische Auslöseeinheit (ETU), aber auch weitere Funktionselektronik eines Niederspannungsleistungsschalters benötigen zum Betrieb eine Energieversorgung. Diese wird üblicherweise durch Energiewandler des Niederspannungsleistungsleistungsschalters zur Verfügung gestellt, die mittels der durch den Niederspannungsleistungsschalter geführten Leiter bzw. Stromschienen gespeist werden. Hierbei werden die Leiter als Primärseite des Energiewandlers verwendet, der Energiewandler weist wie ein Transformator einen Eisenkern o.ä. auf (Eisenwandler), die Sekundärseite ist durch mindestens eine Sekundärwicklung gebildet, die ein (internes) Netzteil versorgt. Dieses (interne) Netzteil liefert eine Energieversorgung für die elektronische Auslöseeinheit (ETU) und weitere Einheiten bzw. Funktionselektronik. Dies wird auch als Eigenversorgung des Niederspannungsleistungsschalters bezeichnet.
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Es ist bekannt, elektrische Leistungsschalter zur Speicherung von Kenngrößen mit einer Speichereinrichtung respektive elektronischen Speicher, zum Beispiel einem PROM, zu versehen. Ein derartiger Schalter ist beispielsweise aus der
DE 100 19 092 A1 bekannt. Dabei befindet sich die elektronische Auslöseeinheit, auch als elektronischer Überstromauslöser bekannt, zumeist abnehmbar, in einem vorderen Bereich des Schalters. In einem hinteren Bereich befinden sich die mechanischen Teile, wie die (Strom-)Kontakte der Unterbrechungseinheit und Stromwandler des Stromsensors oder/und Netzteils, die die Strommesswerte oder/und die zum Betrieb des Überstromauslösers benötigte Hilfsenergie liefern. Ein Kabelbaum verbindet beide Teile des Schalters miteinander. Im Zuge dieses Kabelbaums kann sich auch der elektronische Speicher / die Speichereinrichtung befinden.
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Als weitere Anwendung einer von der elektronischen Auslöseeinheit räumlich getrennten Speichereinrichtung ist aus der
US 4,958,252 ein Bemessungsstecker (rating plug) bekannt. Der Speicher des Bemessungssteckers dient hierbei dazu, betriebliche Ereignisse wie Schaltvorgänge, die Höhe eines Kurzschluss- oder Überstroms etc. aufzuzeichnen, um daraus einen Zeitpunkt für die Wartung des Leistungsschalters zu errechnen.
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Die Speichereinrichtung bzw. der elektronische Speicher ist, insbesondere wenn er im Zuge der Verbindungsleitungen des Schalters angeordnet ist, dem Einfluss elektromagnetischer Felder ausgesetzt, die bei erhöhtem Strom oder bei Schalthandlungen störend auf den Speicher einwirken können. Ferner besteht bei Schwachlastbetrieb und Eigenversorgung der elektronischen Auslöseeinheit, d.h. wenn auf Grund niedriger Ströme im Niederspannungsstromkreis die Energiewandler für die Stromversorgung der elektronischen Auslöseeinheit nur wenig Energie liefern, das Problem, dass in unbestimmten Abständen die ETU einen Reset bekommt und dabei sich die interne Logik der Speichereinrichtung, insbesondere der Speicher ICs, selbst blockiert. Dabei können Adressinformationen sowie Schreib-/Lesebefehle verändert werden. Beispielsweise kann statt eines Schreibvorgangs ein Lesevorgang oder umgekehrt stattfinden, ohne dass das von außen erkannt werden kann. Bei einem solchen Fehler können dann die eingespeicherten Daten nicht ausgelesen werden. Unter Umständen kann es dadurch zu einem ungewollten Auslösen des Leistungsschalters durch die elektronische Auslöseeinheit (Überstromauslöser) kommen, dessen Prozessor beim zyklischen Auslesen der Daten einen fehlerhaften Datenzustand erkennt.
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Mit Speichereinrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Speichereinrichtung gemeint, die Daten zur mechanischen Ausgestaltung (bzw. zum mechanischen Teil) des Schalters aufweist. Diese Daten sind insbesondere unabhängig zu einer (austauschbaren) elektronischen Auslöseeinheit.
Für diese Speichereinrichtung werden nichtflüchtige elektronische Bausteine genutzt, die in einem speziellen Gehäuse zum mechanischen Schutz im Schalter untergebracht werden.
Da die darin gespeicherten Daten sind fest der Schaltermechanik zugeordnet. Die Speichereinrichtung verbleibt bei Austausch der elektronischen Auslöseeinheit im Schalter.
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Durch diesen abgesetzten Betrieb der Speichereinrichtung wird dieser vorzugsweise über einen seriellen Datenbus, wie SPI oder I2C angeschlossen bzw. betrieben.
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Kommt es betriebsbedingt zu temporären Ausfällen der Speichereinheit, können diesen nur durch einen aufwändigen Rücksetzvorgang bzw. Reset des Speicherschaltkreises behoben werden, da es auf Grund der abgesetzten Lage des Speichers keine direkte Möglichkeit des Reset gibt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederspannungsleistungsschalter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Betriebsfähigkeit der Speichereinrichtung in elektromagnetisch problematischen Umgebungen aufrecht zur erhalten bzw. wieder zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Niederspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 oder ein System gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Niederspannungsleistungsschalter zur Unterbrechung eines Niederspannungsstromkreises vorgeschlagen, der eine Schaltung aufweist, die betriebsspannungsleiterseitig der Speichereinrichtung vorgeschaltet ist, eine Signalverbindung zur elektronischen Auslöseeinheit aufweist und derart ausgestaltet ist, dass bei aktivierter Signalverbindung die Versorgungspannung der Speichereinrichtung getrennt und der speichereinrichtungsseitige Anschluss der Versorgungsspannung kurzgeschlossen wird.
So kann in einer abgesetzten Speichereinrichtung oder in einem separaten Modul eine erfindungsgemäße Schaltung vorgehsehen werden, die es ermöglicht, von der elektronischen Auslöseeinheit gesteuert, die Versorgungsspannung von den betroffenen Speichereinrichtung bzw. Speicher zu trennen und die Versorgungsspannung kurz zu schließen, um so einen Rücksetzen bzw. Reset der Speichereinrichtung zu ermöglichen bzw. zu erzwingen. Erfindungsgemäß wird neben den sonst üblichen Leitungen lediglich eine zusätzliche Signalleitung benötigt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass dadurch ein sicherer Betrieb eines Niederspannungsleistungsschalters auch in problematischen Umgebungen sichergestellt werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist beim Auftreten von Daten, die über die Datenleitungen zur elektronischen Auslöseeinheit übertragen und dort als fehlerhaft erkannt werden, die Signalverbindung zur Schaltung aktiviert wird, so dass eine kurzzeitige Unterbrechung der Versorgungsspannung und Kurzschluss derselben auf Seiten der Speichereinrichtung erfolgt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein automatischer zeitnaher Reset der Speichereinheit gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Speichereinrichtung einen EEPROM oder/und FRAM auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Realisierung des Speichers einer Speichereinheit gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltung einen im Grundzustand geschlossenen oder schließenden ersten elektronischen Schalter zur Unterbrechung der Versorgungsspannung und einen im Grundzustand geöffneten zweiten elektronischen Schalter zum Kurzschluss der Versorgungsspannung aufweist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Realisierung einer erfindungsgemäßen Schaltung gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Steuereingänge des ersten und zweiten elektronischen Schalters miteinander verbunden. Der Verbindungpunkt der Steuereingänge ist ferner ein Anschluss für die Signalverbindung zur elektronischen Auslöseeinheit ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Realisierung für die Unterbrechung und den Kurzschluss durch ein Signal gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Versorgungsspannung eine Gleichspannung, der erste Betriebsspannungsleiter ist positiv (plus) und der zweiter Betriebsspannungsleiter ist negativ (minus) oder massebezogen, die Schaltung weist einen energiequellenseitigen Betriebsspannungseingang und einen speichereinrichtungsseitigen Betriebsspannungsausgang auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Ausgestaltung für Gleichspannungen gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste elektronische Schalter ein n-Kanal selbstleitender oder ein p-Kanal selbstsperrender erster Feldeffekttransistor. Der zweite elektronische Schalter ist ein selbstsperrender zweiter Feldeffekttransistor, insbesondere ein n-Kanal Feldeffekttransistor. Der erste Betriebsspannungseingangsleiter ist mit dem Source Anschluss des ersten Feldeffekttransistor verbunden, dessen Drain Anschluss mit dem ersten Betriebsspannungsausgangsleiter und Drain Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors verbunden ist, dessen Source Anschluss mit dem zweiten Betriebsspannungseingang und zweiten Betriebsspannungsausgang verbunden ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Realisierung einer Schaltung mit Feldeffekttransistoren als Schalter gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Drain Anschluss des ersten Feldeffekttransistors und erstem Betriebsspannungsausgangsleiter eine erste Diode, insbesondere Schottkydiode, geschaltet. Insbesondere ist die Anode der ersten Diode mit dem Drain Anschluss und die Katode der ersten Diode mit dem ersten Betriebsspannungsausgangsleiter verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Rückwirkung des Kurzschlusses auf den Betriebsspannungseingang vermieden wird und insbesondere eine niedrige Flussspannung realisiert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Drain Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors und erstem Betriebsspannungsausgangsleiter ein erster Widerstand geschaltet. Zwischen ersten Betriebsspannungsleiterausgang und zweitem Betriebsspannungsleiterausgang / gemeinsamen Masseanschluss kann eine Kapazität, insbesondere mittels einer oder mehrerer Kondensatoren geschaltet sein.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch den Widerstand eine Strombegrenzung beim Kurzschluss erreicht wird. Durch die Kapazität kann ein Puffer realisiert werden, z.B. zum Wegschreiben von Daten der Speichereinrichtung, aber auch zum EMV-Schutz.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Gate Anschlüsse beider Feldeffekttransistoren verbunden und
- - über einen zweiten Widerstand mit der Signalverbindung bzw. einem ersten Signalverbindungseingang der Signalverbindung verbunden,
- - über einen dritten Widerstand mit dem zweiten Betriebsspannungseingangsleiter verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass definierte Zustände an der Signalverbindung bzw. Signalverbindungseingang vorliegen (pull down bzw. Transienten-Schutz).
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die verbundenen Gate Anschlüsse beider Feldeffekttransistoren über eine vierte Kapazität, insbesondere mittels eines oder mehrerer Kondensatoren, mit dem zweiten Betriebsspannungseingang / dem gemeinsamen Massenanschluss verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein EMV-Schutz der Signalverbindung bzw. des Signalverbindungseinganges gegeben ist.
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Es wird ferner ein nebengeordnetes vorteilhaftes Verfahren sowie eine erfindungsgemäße Schaltung für einen Niederspannungsleistungsschalter beansprucht.
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Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Leistungsschalters, insbesondere zur Bereitstellung der Funktion der Speichereinrichtung.
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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 der Zeichnung näher erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
- 1 schematisch einen Niederspannungsleistungsschalter mit Speichereinrichtung;
- 2 ein Blockschaltbild eines Niederspannungsleistungsschalters mit Speichereinrichtung;
- 3 ein weiteres Blockschaltbild eines Niederspannungsleistungsschalters mit Speichereinrichtung;
- 4 eine erste Variante der Schaltung für eine Speichereinrichtung;
- 5 eine zweite Variante der Schaltung für eine Speichereinrichtung.
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Der in 1 gezeigte Niederspannungs-Leistungsschalter LS besitzt ein Gehäuse 2, in welchem für jeden Pol eine Schaltkontaktanordnung K mit zugehöriger Löschkammer 4 und eine Antriebsvorrichtung 5 zur Betätigung der Schaltkontakte untergebracht sind. Jede der Schaltkontaktanordnungen 3 weist eine obere und eine untere Anschlussschiene 6, 7 auf. Die unteren Anschlussschienen 7 sind mit einem Wandlersatz 8 versehen. Jeder Wandlersatz 8 versorgt die elektronische Auslöseeinheit bzw. den Überstromauslöser ETU durch eine Sensoreinheit SE mit Strommesswerten und durch einen Energiewandler EW mit der benötigten (Hilfs-)Energie. Zur Verbindung der Wandlersätze 8 mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU ist ein Kabelbaum 12 vorgesehen, dieser kann Betriebsspannungsleiter BS enthalten.
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Bekannt ist es, zur Anpassung der elektronischen Auslöseeinheit ETU an den Nennstrom und weitere Parameter einen Bemessungsstromstecker (rating plug) 13 vorzusehen. Ferner kann eine Speichereinrichtung 14, z.B. als Speicherbaustein, an der Rückseite der elektronischen Auslöseeinheit ETU oder/und im Zuge des Kabelbaums 12 eine Speichereinrichtung 15 vorhanden sein, wie beispielsweise ein Schalterkennmodul. Wie oben bereits beschrieben, kann es durch elektromagnetische Beeinflussung zu einem fehlerhaften Datenzustand einer Speichereinrichtung 14, 15 kommen, der in einer Steuerungseinheit, z.B. einem Prozessor, der elektronischen Auslöseeinheit ETU erkannt wird.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Niederspannungs-Leistungsschalters gemäß 1. 2 zeigt elektrische Leiter L1, L2, L3 eines Niederspannungsstromkreises, beispielsweise einen Dreiphasen-Wechselstromkreises, wobei der erste Leiter L1 die erste Phase, der zweite Leiter L2 die zweite Phase und der dritte Leiter L3 die dritte Phase des Dreiphasen-Wechselstromkreises bildet. Es können ferner noch ein Neutralleiter und ein Schutzleiter vorgesehen sein.
Im Beispiel gemäß 2 ist der dritte Leiter L3 mit dem Energiewandler EW verbunden (beispielsweise als Teil des Wandlersatzes), derart, dass mindestens ein Teil des Stromes, d.h. ein Leiterteilstrom, bzw. der gesamte Strom des dritten Leiters durch die Primärseite des Energiewandlers EW fließt. Üblicherweise bildet ein Leiter, im Beispiel der dritte Leiter L3, die Primärseite des Energiewandlers EW. Der Energiewandler EW ist üblicherweise ein Transformator mit Kern, z.B. ein Eisenwandler. In einer Ausgestaltung kann in jeder Phase bzw. in jedem Leiter des elektrischen Stromkreises ein Energiewandler EW vorgesehen sein. Die Sekundärseite des Energiewandlers EW bzw. jedes vorgesehenen Energiewandler ist mit einem Netzteil NT (oder mehreren Netzteilen) verbunden, das eine Energieversorgung, z.B. eine Eigenversorgung, beispielsweise in Form einer Versorgungsspannung, für die elektronische Auslöseeinheit ETU nebst Speichereinrichtung 15 zur Verfügung stellt, dargestellt durch eine gestrichelt gezeichnete Verbindung von Betriebsspannungsleitern BS, im Falle z.B. einer Gleichspannung durch zwei Betriebsspannungsleiter BS, z.B. einem positiven ersten und einem negativen oder massebezogenem zweiten Betriebsspannungsleiter. Das Netzteil NT kann zudem noch mit einem ersten Stromsensor SE verbunden sein, zur Energieversorgung des ersten Stromsensors - falls erforderlich.
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Der erste Stromsensor SE weist mindestens ein Sensorelement auf, beispielsweise eine Rogowskispule, einen Messwiderstand / Shunt, einen Hallsensor o.ä., zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes mindestens eines Leiters des elektrischen Stromkreises. In einer üblichen Ausbauvariante wird die Höhe des elektrischen Stromes jedes Phasenleiters bzw. Leiters des elektrischen Stromkreises ermittelt.
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Der erste Stromsensor SE ist mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden und übermittelt dieser die Höhe des elektrischen Stromes mindestens eines Leiters, der Phasenleiter oder aller Leiter des elektrischen Stromkreises.
Die elektronische Auslöseeinheit ETU kann eine so genannte Electronic Trip Unit sein. Die elektronischen Auslöseeinheit ETU ist über Datenleitungen DL mit der Speichereinrichtung 15 verbunden. Alternativ kann die Speichereinrichtung 15 die Versorgungsspannung auch von der elektronischen Auslöseeinheit ETU erhalten.
Die übermittelten Stromwerte werden in der elektronischen Auslöseeinheit ETU mit Stromgrenzwerten oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten, die Auslösegründe bilden, verglichen. Bei Überschreitung dieser, wird eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises veranlasst. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Unterbrechungseinheit UE vorgesehen ist, die einerseits mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden ist und andererseits Kontakte K zur Unterbrechung der Leiter L1, L2, L3 bzw. weiterer Leiter des elektrischen Stromkreises aufweist. Die Unterbrechungseinheit UE erhält in diesem Fall ein Unterbrechungssignal zur Öffnung der Kontakte. Die Unterbrechungseinheit UE kann als Antriebseinheit 5 ausgestaltet bzw. realisiert sein.
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3 zeigt eine Darstellung gemäß 2, mit dem Unterschied, dass eine erfindungsgemäße Schaltung SCH vorgesehen ist. Diese ist betriebsspannungsleiterseitig BS der Speichereinrichtung 15 vorgeschaltet, d.h. befindet sich im Beispiel zwischen Netzteil NT (energiequellenseitig) und Speichereinrichtung 15. Der Schaltung SCH weist netzteilseitig bzw. energiequellenseitig mindestens einen Betriebsspannungseingangsleiter Uein auf; ausgangsseitig, d.h. in Richtung zur Speichereinrichtung, ist mindestens ein Betriebsspannungsausgangsleiter Uout vorgesehen.
Weiterhin ist eine Signalverbindung SV vorgesehen, die die Schaltung SCH mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbindet.
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4 zeigt eine erste Variante der Schaltung für eine Speichereinrichtung gemäß der Erfindung. Die beiden Betriebsspannungsleiter BS weisen einen positiven ersten Betriebsspannungsleiter auf, der als Betriebsspannungseingangsleiter Uein der Schaltung SCH zugeführt wird. Der zweite Betriebsspannungseingangsleiter ist im Beispiel massebezogen und mit einem gemeinsamen Masseanschluss GND verbunden.
Der erste Betriebsspannungseingangsleiter Uein ist mit einem ersten, im Grundzustand geschlossenen, elektronischen Schalter S1 verbunden, alternativ mit einem ersten schließenden Schalter S1, d.h. bei Anschluss einer Versorgungsspannung an die Schaltung SCH schließt der erste Schalter S1. Der erste Schalter S1 dient zur Unterbrechung der Versorgungsspannung. Der Ausgang des ersten Schalters S1 ist mit dem Betriebsspannungsausgangsleiter Uout und dem zweiten elektronischen Schalter S2 verbunden. Alternativ mit einer Kapazität Cn, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Kondensatoren.
Der Betriebsspannungsausgangsleiter Uout ist mit der Speichereinrichtung SCH verbunden. Die zweite Betriebsspannungsleiterverbindung wird durch den gemeinsamen Masseanschluss GND realisiert.
Der zweite elektronische Schalter S2 ist im Grundzustand geöffnet und dient zum Kurzschluss der Versorgungsspannung, der Ausgang des zweiten Schalters S2 ist dazu mit dem gemeinsamen Massenanschluss GND verbunden.
Die Steuereingänge SG1, SG2 des ersten und zweiten elektronischen Schalters S1, S2 sind miteinander verbunden und bilden den Anschluss für die Signalverbindung SV zur elektronischen Auslöseeinheit ETU.
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5 zeigt eine zweite Variante der Schaltung für eine Speichereinrichtung gemäß der Erfindung analog zu 4. Der erste elektronische Schalter S1 ist in diesem Beispiel ein n-Kanal selbstleitender oder ein p-Kanal selbstsperrender erster Feldeffekttransistor V1. Der zweite elektronische Schalter ist in diesem Beispiel ein selbstsperrender zweiter Feldeffekttransistor V2, insbesondere ein n-Kanal Feldeffekttransistor. Der erste Betriebsspannungseingangsleiter Uein ist mit dem Source Anschluss SO1 des ersten Feldeffekttransistor V1 verbunden, dessen Drain Anschluss D1 elektrisch mit dem ersten Betriebsspannungsausgangsleiter Uout und Drain Anschluss D2 des zweiten Feldeffekttransistors V2 verbunden ist, dessen Source Anschluss SO2 mit dem gemeinsamen Masseanschluss GND verbunden ist, der sowohl als zweiter Betriebsspannungseingang und zweiter Betriebsspannungsausgang (zweiter Betriebsspannungseingangsleiter bzw. Betriebsspannungsausgangsleiter) dient.
Zwischen Drain Anschluss D1 des ersten Feldeffekttransistors V1 und erstem Betriebsspannungsausgangsleiter Uout kann eine erste Diode VD1, insbesondere Schottkydiode, geschaltet sein. Damit einerseits bei einem Kurzschluss eine Rückkopplung zum Eingang vermieden und andererseits die Flussspannung niedrig ist, insbesondere bei niedrigen Versorgungsspannungen, z.B. 3,3 Volt. Insbesondere ist die Anode der ersten Diode VD1 mit dem Drain Anschluss D1 und die Katode der ersten Diode VD1 mit dem ersten Betriebsspannungsausgangsleiter Uout verbunden. Zwischen Drain Anschluss D2 des zweiten Feldeffekttransistors V2 und erstem Betriebsspannungsausgangsleiter Uout kann ein erster Widerstand R1 geschaltet sein, beispielsweise zur Kurzschlussstrombegrenzung. Zwischen ersten Betriebsspannungsleiterausgang Uout und gemeinsamen Massenanschluss / zweitem Betriebsspannungsleiterausgang GND kann eine Kapazität Cn, insbesondere mittels einer oder mehrerer Kondensatoren C1, C2, C3 geschaltet sein.
Die Gate Anschlüsse G1, G2 (die den Steuereingängen SG1, SG2 gemäß 4 entsprechen) beider Feldeffekttransistoren V1, V2 können verbunden sein und
- a) über einen zweiten Widerstand R2 mit der Signalverbindung SV bzw. einem ersten Signalverbindungseingang der Signalverbindung verbunden sein, der zweite Signalverbindungseingang der Signalverbindung SV ist dann mit dem gemeinsamen Massenanschluss GND verbunden, dies kann bereits in der elektronischen Auslöseeinheit ETU realisiert sein, oder/und
- b) über einen dritten Widerstand R3 mit dem gemeinsamen Masseanschluss / zweiten Betriebsspannungseingangsleiter GND verbunden sein.
Die verbundenen Gate Anschlüsse G1, G2 beider Feldeffekttransistoren V1, V2 können über eine vierte Kapazität, insbesondere mittels eines oder mehrerer Kondensatoren (C4), mit dem gemeinsamen Massenanschluss / zweiten Betriebsspannungseingang GND verbunden sein.
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Die Speichereinrichtung 15 kann einen Speicherbaustein der Bauart EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) oder FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, mittels einer Überwachungseinrichtung die Daten der Speichereinrichtung 15 auf unzulässige Werte abzufragen. Diese Überwachung kann durch einen in der elektronischen Auslöseeinheit ETU vorhandenen Prozessor erfolgen. Beim Auftreten unzulässiger Daten wird zunächst über die Signalverbindung SV die Schaltung SCH angesteuert, die eine Unterbrechung der Versorgungsspannung, d.h. Trennung, mittels der ersten Schalters S1 bzw. Feldeffekttransistors V1, und einen, zumindest speichereinrichtungsseitigen Kurzschluss, mittels des zweiten Schalters S2 bzw. Feldeffekttransistors V2, durchführt.
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Im Folgenden wird die Schaltung gemäß 5 nochmals mit anderen Worten erläutert. Die Versorgungsspannung wird der Schaltung SCH z.B. über Steckkontakte zugeführt. Das Signal der Signalverbindung SV ist im Grundzustand z.B. niedrig bzw. LOW. Damit ist der erste Feldeffekttransistor V1 leitend und gestattet die Versorgung der Speichereinrichtung 15 (z.B. mit EEPROM inkl. Schutzbeschaltungen) durch den Betriebsspannungsausgang Uout. Sollte ein Rücksetzen der Speichereinrichtung 15, insbesondere dessen EEROM, notwendig sein, kann dies das Schalten der Signalverbindung SV auf hohen Pegel bzw. HIGH erreicht werden. Dieser Schaltbefehl kann von der elektronischen Auslöseeinheit ETU bzw. dessen Prozessor bzw. steuernden Mikrocontroller erzeugt werden.
Erhält die Schaltung über die Signalverbindung SV hohen Pegel bzw. HIGH Potential, so wird der erste Feldeffekttransistor V1 gesperrt und der zweite Feldeffekttransistor V2 leitend. Damit wird die Versorgungsspannung / erster Betriebsspannungsausgang Uout auf Masse gezogen und damit ein sicheres Rücksetzen / Reset der angeschlossenen Speichereinrichtung bzw. dessen Speicherbausteins realisiert.
Nach Erreichen einer notwendigen ersten Zeitspanne, die z.B. kleiner als 1 ms ist, insbesondere kleiner als 500 µs, spezieller im Bereich 200 µs liegt, wird die Signalverbindung SV wieder zurück auf niedrigen Pegel bzw. LOW gesetzt und damit ein definierter Hochlauf der Speichereinrichtung initiiert.
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Erfindungsgemäß sind beide Transistoren Anreicherungstypen. Der erste Feldeffekttransistor V1 ist ein p-Kanal Anreicherungstyp, leitet also, wenn die Gate G1 Spannung niedriger als die Source SO1 ist, was bei nicht vorhandenem Signal an der Signalverbindung SV gegeben ist (Gate G1 -> GND, Source SO1 -> VCC). Der Trick ist hier, dass durch die Anschaltung des ersten Gate G1 auf GND der Feldeffekttransistor sofort leitend wird, d.h. schließend wird.
Der zweite Feldeffekttransistor V2 ist ein n-Kanal Anreichungstyp, wird also leitend, wenn die Gate G2 Spannung über der Source SO2 liegt. Zuerst beide GND -> gesperrt.
Gibt es nun eine Spannung an der Signalverbindung SV wird die Gate G1 Spannung zur Versorgungsspannung, der erste Feldeffekttransistor V1 sperrt (Gate G1 Spannung gleich Source SO1), der zweite Feldeffekttransistor V2 wird leitend, Gate G2 Spannung > Source SO2.
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Die Kapazität Cn (C1, C2, C3) sind einerseits Puffer zum Wegschreiben der Daten, aber auch so dimensioniert, das sie schnell genug über die Schaltung SCH entladen werden können. Ferner kann ein Kondensator zum EMV-Schutz vorgesehen sein.
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Der dritte Widerstand R3 zum gemeinsamen Massenanschluss GND ist ein so genannte Pull down Widerstand. Der zweite Widerstand R2 kann als Transientenschutz vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, einen zuverlässigen Speicher, mit spezifischen Datenmengen, bereitzustellen, ohne Sicherheitsaspekte zu vernachlässigen.
Dadurch können übliche Speicher, die für spezielle Betriebsfälle nicht vorgesehen sind, eingesetzt werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10019092 A1 [0008]
- US 4958252 [0009]
