DE102018221240A1

DE102018221240A1 - Anordnung und Verfahren zur Strommessung

Info

Publication number: DE102018221240A1
Application number: DE102018221240.6A
Authority: DE
Inventors: Jean-Mary Martel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200186029A1; US11211863B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes für einen Niederspannungsstromkreis, aufweisend:- einen Leiter des Niederspannungsstromkreises, der die Primärseite eines Transformators bildet, dessen Sekundärseite mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, dessen erster Ausgang einerseits über eine erste Diode mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung für eine elektronische Einheit mit einer Steuerung und andererseits mit einer ersten Serienschaltung eines ersten schaltenden Bauelementes und eines ersten Widerstandes verbunden ist, wobei die Anordnung derart ausgestaltet ist, dass bei Erreichen eines ersten Spannungswertes am mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung das erste schaltende Bauelement leitfähig geschaltet wird, so dass über den ersten Widerstand der Sekundärstrom des Transformators fließt, wodurch über den ersten Widerstand eine elektrische Spannung abfällt, aus der der elektrische Strom des Leiters ermittelbar ist, dass bei Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes am mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung das erste schaltende Bauelement stromsperrend geschaltet wird, so dass der Sekundärstrom des Transformators über die erste Diode und die Spannungsstabilisierungsschaltung fließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters eines Niederspannungsstromkreises.
Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung bzw. 120 Volt Gleichspannung, sind.
Mit Niederspannungsstromkreis bzw. -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Bemessungsströmen von bis zu 6300 Ampere, spezieller bis zu 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Ampere oder 63 Ampere gemeint.
Solche Niederspannungsstromkreise sind durch verschiedene Überwachungs- und Schutzeinrichtungen geschützt, wie Leistungsschutzschalter respektive Miniatur Circuit Breaker, Leistungsschalter in Form von Kompaktleistungsschaltern (Moulded Case Circuit Breaker) oder Luftleistungsschaltern (Air Circuit Breaker), Fehlerstromschutzschalter respektive Residual Current Breaker, Brandschutzschalter respektive Arc Fault Detection Device, Leistungs- und Stromüberwachungsgeräte usw.
Für alle diese Einrichtungen muss in der Regel die Höhe des elektrischen Stromes ermittelt werden.
Zunehmend werden Stromsensoren verlangt, die an bestimmten Stellen im Niederspannungsstromkreis bzw. Netz die Höhe des elektrischen Stromes ermitteln sollen.
Die Realisierung eines (intelligenten) Stromsensors, der in der Lage ist, einen Strom genau zu messen und die Daten möglichst ohne externe Stromversorgung zu übertragen, ist sehr schwierig.
Die wichtigsten technischen Anforderungen an einen solchen Sensor sind:

- Hoher Nennstrom: Der Sensor soll bis zum Nennstrom und unter Überlastbedingungen genau messen.
- niedriger Anlaufstrom: Der Sensor soll bereits bei sehr niedrigem Strom (im Bereich von 1% des Nennstroms oder einigen Ampere) arbeiten und messen.
- Die Messung soll genau sein, beispielsweise der Genauigkeitsklasse 1 genügen.
- Es soll eine Lösung für eine Stromversorgung integriert sein.
- Er soll klein und günstig sein.

Bekannte Stromsensoren weisen im Allgemeinen folgende Nachteile auf:

- Verwendung eines internen Energiespeichers, wie einer Batterie, zur Energieversorgung, mit dem Nachteil einer begrenzten Lebensdauer und Betriebstemperatur.
- Energiegewinnung mit primärem Stromfluss unter Verwendung eines umgewandelten Stroms und Verwendung eines separaten Transformators für die Messung des Stromes. Diese haben den Nachteil, dass sie kostspielig und groß werden.
- Energiegewinnung mittels Sonnenlicht oder einer anderen Lichtquelle: nicht für Innenanwendungen geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes für einen Niederspannungsstromkreis anzugeben, insbesondere die kompakt und einfach realisierbar ist und sich speziell durch eine kleine Bauform auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder ein Verfahren gemäß Patentanspruch 24 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen, aufweisend:

- einen Leiter des Niederspannungsstromkreises, der die Primärseite eines Transformators bildet, dessen Sekundärseite mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, dessen erster Ausgang einerseits über eine erste Diode mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung für eine elektronische Einheit mit einer Steuerung und andererseits mit einer ersten Serienschaltung eines ersten schaltenden Bauelementes und eines ersten Widerstandes verbunden ist, wobei die Anordnung derart ausgestaltet ist, dass bei Erreichen eines ersten Spannungswertes am mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung das erste schaltende Bauelement leitfähig geschaltet wird, so dass über den ersten Widerstand der Sekundärstrom des Transformators fließt, wodurch über den ersten Widerstand eine elektrische Spannung abfällt, aus der der elektrische Strom des Leiters ermittelbar ist, dass bei (nachfolgendem) Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes am mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung das erste schaltende Bauelement stromsperrend geschaltet wird, so dass der Sekundärstrom des Transformators über die erste Diode und die Spannungsstabilisierungsschaltung fließt.

Durch die Verwendung nur eines Transformators, der sowohl für die Energiegewinnung als auch für die Strommessung verwendet wird, lässt sich eine sehr kompakte und kleine Bauform einer Strommesseinrichtung mit einfachem Aufbau realisieren. Erfindungsgemäß wird abwechselnd zwischen Energieversorgung und Messung hin- und hergeschalten, wenn entsprechende Grenzwerte über- oder unterschritten bzw. erreicht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung mit:

- dem mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung verbunden ist, um ein Erreichen oder Unterschreiten von Spannungswerten zu ermitteln,
- dem ersten schaltenden Bauelement verbunden ist, um eine leitfähige oder stromsperrende Schaltung dessen in Abhängigkeit vom Erreichen oder Unterschreiten der Spannungswerte zu bewirken.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbindung zwischen Steuerung und dem mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung einen Spannungsteiler auf, insbesondere mit einem dritten und einem vierten Widerstand.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Spannung auf einen Wert, der z.B. für eine Verarbeitung mit einem Mikroprozessor geeignet ist, reduziert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbindung zwischen erstem schaltendem Bauelement und Steuerung einen fünften Widerstand auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Strombegrenzung für das schaltende Bauelement gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung und dessen zweitem Eingang ein erster Kondensator geschaltet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der Energiespeicherung in der Spannungsstabilisierungsschaltung (durch dessen Kapazität) eine weitere Energiespeicherung durch einen Kondensator (mit großer Kapazität, z.B. größer als 100 µF, 150µF, 200µF, 300µF, 400µF, 500µF, 600µF, 700µF, 800µF, 900µF, 1mF, 2mF, 3mF, 4mF, 5mF) gegeben ist, die eine große Energiemenge speichern kann und damit einen langen Messzyklus ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Ausgang der Spannungsstabilisierungsschaltung ein zweiter Kondensator geschaltet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Ausgangsspannung für die elektronische Einheit bzw. Steuerung / weitere Einheiten nochmals gepuffert bzw. geglättet wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den beiden Anschlüssen der Sekundärseite des Transformators ein spannungsbegrenzendes Bauelement, insbesondere eine oder zwei Dioden, insbesondere Z-Diode oder Supressordiode, oder ein Varistor geschaltet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass in besonderen Situationen ein Schutz der Energieversorgung bzw. Messung gegen zu hohe Spannungen bzw. Spannungsspitzen gegeben ist, insbesondere bei hohen Primärströmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Gleichrichterschaltung einen Brückengleichrichter auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung für die Gleichrichtung gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Transformator (CT) einen Kern aus weichmagnetischem Material auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine gute Übersetzung erzielt wird, insbesondere ein genügend hoher Sekundärstrom bzw. Spannung bei geringen Primärströmen erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Transformator einen Kern mit einem Material mit einer relativen Permeabilität von größer als 3000, spezieller größer als 5000, 7000 oder 10000 auf (µr > 3000, ...).
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine gute Übersetzung erzielt wird, insbesondere ein genügend hoher Sekundärstrom bzw. Spannung bei geringen Primärströmen erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Primärseite des Transformators eine Windungszahl von eins auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass nur ein Leiter durch einen Kern geführt werden muss, wodurch eine besonders einfache nachträgliche Installation der Erfindung in bestehende Anlagen ermöglicht wird, da nur ein (teilbarer) Kern mit der Sekundärwicklung um den Leiter gelegt werden braucht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste oder/und zweite schaltende Bauelement ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein selbstsperrender Typ bzw. Anreicherungstyp.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung gegeben ist, insbesondere ein annähernd leistungsloser Schalter gegeben ist, mit einem Reststrom von annähernd Null und einer annähernd maximalen Leitfähigkeit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Widerstand mit einer ersten Messschaltung verbunden, die in den leitfähigen Phasen des ersten schaltenden Bauelementes aus dem über den ersten Widerstand fließenden Sekundärstrom des Transformators die Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ermittelt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass direkt ein Wert für die Höhe des elektrischen Stromes vorliegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Messschaltung mit einem Sender oder Transceiver verbunden, über den die Höhe des elektrischen Stromes kommunizierbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der Erfassung gleich eine Kommunikation mit einer Energieeigenversorgung erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung mit der ersten Messschaltung verbunden ist, die ein Signal bei Erreichen oder Unterschreiten von Spannungswerten erhält.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Messschaltung parallel zum schaltenden Bauelement synchronisiert wird, so dass eine Messung in den leitenden Phasen des schaltenden Bauelements erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung mit dem Sender oder Transceiver verbunden. Bei Erreichen eines dritten Spannungswertes am mit der ersten Diode verbundenen ersten Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung der Sender oder Transceiver zur Aussendung eines Signals der Höhe des Stromes aktiviert wird. Der dritte Spannungswert ist dabei höher als der erste Spannungswert.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Sender oder Transceiver erst bei Vorliegen einer erhöhten Energiemenge, die durch die Höhe der Spannung bestimmt wird, aktiviert wird. Dadurch kann die Gesamtenergiebilanz verbessert bzw. der Messzeitausfall verringert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Sender oder Transceiver (Trcv), die Steuerung (Logic) und die erste Messschaltung (MS1) Teil der elektronischen Einheit (EB) .
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein besonders kompakter Aufbau erreicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zur ersten Serienschaltung eine zweite Serienschaltung eines zweiten schaltenden Bauelementes und eines zweiten Widerstandes vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch in der Höhe verschiedene Widerstandswerte der Widerstände genauer die Höhe des Stromes in unterschiedlichen Strombereiche ermittelt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Widerstand (Rb1) einen höheren Widerstandswert als der zweite Widerstand (Rb2) aufweist, so dass bei gleichem Sekundärstrom über dem ersten Widerstand (Rb1) eine höhere Spannung abfällt, wodurch kleinere Ströme ermittelbar sind.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass sowohl eine genaue Ermittlung von kleinen als auch von großen Strömen ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei Erreichen des ersten Spannungswertes das erste schaltende Bauelement leitfähig geschaltet, mit der ersten Messschaltung die Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ermittelt, bei Überschreitung eines ersten Stromwertes der Höhe des Stromes des ersten Leiters wird:

- das erste schaltende Bauelement stromsperrend geschaltet,
- das zweite schaltende Bauelement leitfähig geschaltet,
- mit der zweiten Messschaltung die Höhe des Stromes ermittelt.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit einer Messung kleiner Ströme begonnen und bei Vorliegen großer Ströme eine sofortige Umschaltung zur Ermittlung dessen Höhe gegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Messschaltung eine Signalaufbereitungsschaltung, ein Filter, einen Analog-Digital-Umsetzer oder/und einen Mikroprozessor auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders genaue Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein paralleles Verfahren zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters eines Niederspannungsstromkreises beansprucht, bei dem:

- der Strom des Leiters in einen Sekundärstrom transformiert wird,
- der Sekundärstrom abwechselnd entweder zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für eine elektronische Einheit oder zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters verwendet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für die Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung ein erster Kondensator geladen und bei Erreichen eines ersten Spannungswertes am Kondensator fließt der Sekundärstrom über einen ersten Widerstand, wodurch über den ersten Widerstand eine elektrische Spannung abfällt, aus der der elektrische Strom des Leiters ermittelt wird; bei Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes am ersten Kondensator wird der Sekundärstrom über den ersten Widerstand gesperrt und für die Erzeugung der Versorgungsspannung verwendet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfaches Verfahren für eine Energieversorgung und Strommessung mit nur einer Transformation / Transformator gegeben ist.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf die unabhängigen Patentansprüche, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung einer Anordnung zur Strommessung.
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.
Dabei zeigt die Zeichnung:

1 eine erste Darstellung einer Anordnung zur Erläuterung der Erfindung,
2 eine zweite Darstellung einer Anordnung zur Erläuterung der Erfindung,
3 eine dritte Darstellung einer Anordnung zur Erläuterung der Erfindung,
4 eine Darstellung eines Zeitverlaufs zur Erläuterung der Erfindung,
5 eine vierte Darstellung einer Anordnung zur Erläuterung der Erfindung.

1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Niederspannungsstromkreis NSK, der einen Leiter L1 aufweist, der einen Strom ILoad aufweist, dessen Höhe ermittelt werden soll. Der Leiter L1 bildet die Primärseite N1 eines Transformators CT, bevorzugt mit einem Kern, dessen Sekundärseite N2, üblicherweise mit mehreren Windungen, mit einer Gleichrichterschaltung GR verbunden ist. Die Gleichrichterschaltung kann eine Brücken- bzw. Graetzgleichrichterschaltung enthalten. Der zweite Ausgang A2 der Gleichrichterschaltung GR ist mit einem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential verbunden, wie eingezeichnet. Beispielsweise kann der zweite Ausgang A2 das Minuspotential der gleichrichteten Sekundärspannung aufweisen.
Der erste Ausgang A1, der in diesem Beispiel das Pluspotential aufweist, ist zum einen mit dem ersten Anschluss einer ersten Diode D1 verbunden, die in Durchlassrichtung geschaltet ist, im Beispiel ist die Anode der ersten Diode mit dem ersten Ausgang A1 verbunden.
Die erste Diode D1 ist andererseits, mit ihrem zweiten Anschluss (i.B. Katode), mit einem ersten Kondensator Cb1 verbunden, der andererseits mit dem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential verbunden ist. Weiterhin ist der zweite Anschluss der ersten Diode D1 mit dem ersten Eingang E1 einer Spannungsstabilisierungsschaltung PSB zur Erzeugung einer Versorgungsspannung verbunden. Z.B. für eine elektronische Einheit EB mit einer Steuerung Logic bzw. nur für die Steuerung Logic (die elektronische Einheit EB enthält z.B. nur die Steuerung Logic). Der Ausgang A3 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB ist hierzu mit der elektronischen Einheit EB / Steuerung Logic verbunden.
Der zweite Eingang E2 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSD ist mit dem gemeinsamen Potential / Massepotential verbunden und bildet zugleich den Ausgang der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB.
Am Ausgang A3 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB kann ein zweiter Kondensator Cb2 zur weiteren Stabilisierung oder/und Glättung der Ausgangsspannung vorgesehen sein. Dieser Kondensator ist wiederum mit dem gemeinsamen Potential / Massepotential verbunden. Über den zweiten Kondensator Cb2 bzw. am Ausgang der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB steht eine zweite Spannung Vdc_low an. Diese kann beispielsweise 5 Volt, 3,3 Volt oder 1,8 Volt betragen.
Im Beispiel gemäß 1 ist weiterhin eine erste Messschaltung MS1 mit dem Ausgang A3 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB verbunden, was durch zwei Plus-Symbole gekennzeichnet ist. Dadurch wird die erste Messschaltung MS1 mit Energie versorgt.
Der erste Ausgang A1 der Gleichrichterschaltung ist zum anderen mit einer Serienschaltung eines ersten schaltenden Bauelements Q1 und eines ersten Widerstandes Rb1 verbunden. Die Serienschaltung ist andererseits mit dem gemeinsamen Potential / Massepotential verbunden.
Das erste schaltende Bauelement Q1 kann ein Transistor, Feldeffekttransistor, Halbleiterschalter oder ähnlich sein. Insbesondere ein Feldeffekttransistor des Typs Anreicherung bzw. Anreicherungstyp / selbstsperrender Typ ist vorteilhaft.
Ist das erste schaltende Bauelement Q1 leitend geschaltet, fließt ein Strom durch den ersten Widerstand Rb1. Über diesem fällt folglich eine Spannung Vb ab, die von der Höhe des Widerstandes und natürlich des Stromes abhängig ist.
Im Beispiel gemäß 1 ist die erste Messschaltung MS1 mit dem ersten Widerstand Rb1 am Verbindungspunkt zwischen erstem schaltenden Bauelement Q1 und erstem Widerstand Rb1 verbunden. Die zweite Verbindung zur Messschaltung ist durch das gemeinsame Potential / Massepotential hergestellt.
Die Steuerung Logic ist zum einen mit dem ersten Eingang E1 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB verbunden, an dem der zweite Anschluss der ersten Diode D1 und der erste Kondensator Cb1 angeschaltet ist. Nach der ersten Diode D1 fließt ein Strom Idc zum ersten Kondensator Cb1 bzw. zur Spannungsstabilisierungsschaltung PSB. Über den ersten Kondensator Cb1 steht eine erste Spannung Vdc_high an.
Diese erste Spannung Vdc_high wird in der Steuerung Logic auf das Erreichen bzw. Überschreiten eines ersten Spannungswertes VDC_high_max überwacht. Weiterhin auf das nachfolgende Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes VDC_high_min. Beispielsweise weist die Steuerung Logic hierzu mindestens einen Komparator auf.
Die Steuerung Logic ist zum anderen mit dem ersten schaltenden Bauelement Q1 verbunden, beispielsweise mit dem Gate-Anschluss eines Feldeffekttransistors, beispielsweise über einen fünften Widerstand R5.
Die Steuerung Logic kann ferner mit der ersten Messschalung MS1 verbunden sein, indem beispielsweise das Signal für das erste schaltende Bauelement Q1 parallel, leicht zeitverzögert oder verkürzt zur ersten Messschaltung MS1 übertragen wird, zur Synchronisierung des Messvorganges mit dem Schaltvorgang.
Die erste Messschaltung MS1 ermittelt aus der Höhe des Spannungsabfalls Vb über den ersten Widerstand Rb1 die Höhe des elektrischen Stromes des Leiters L1. Dieser Wert kann von der Messschaltung MS1 zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise zu weiteren Anwendungen oder Einheiten übertragen werden, wie Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, (Strom- )Überwachungsgeräte, etc.
2 zeigt eine Anordnung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass an der ersten Messschaltung MS1 ein Sender oder Transceiver Trcv angeschlossen ist. Dieser kann die ermittelte Höhe des Stromes kommunizieren. Beispielsweise zur einer weiteren Einheit oder Zentrale.
Der Sender/Transceiver Trcv kann durch die Spannungsstabilisierungsschaltung PSB mit Energie versorgt werden, was durch ein weiteres Plussymbol angedeutet ist. Der Sender bzw. Transceiver Trcv weist eine Antenne Ant auf.
3 zeigt eine Anordnung gemäß 2, mit dem Unterschied, dass die Gleichrichterschaltung GR als Brückengleichrichterschaltung mit einer zweiten, dritten, vierten und fünften Diode D2, D3, D4, D5 realisiert ist. Sekundärseitig wird dieser Schaltung ein Sekundärstrom I2 mit einer Sekundärspannung V2 zugeführt.
Weiterhin ist der Sekundärwicklung N2 des Transformators CT ein spannungsbegrenzendes Bauelement D6 parallel geschalt, d.h. zwischen den beiden Anschlüssen der Sekundärseite. Dies kann z.B. eine Supressordiode, ein Varistor oder die antiparallele Schaltung einer oder mehrerer (in Reihe geschalteter) Dioden sein.
Des Weiteren weist die Verbindung zwischen Steuerung Logic und dem mit der ersten Diode D1 verbundenen ersten Eingang E1 der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB einen Spannungsteiler auf. Im Beispiel durch einen dritten und vierten Widerstand R3, R4. Dadurch wird die erste Spannung Vdc_high verkleinert als Teilerspannung Vmid der Steuerung Logic zugeführt, beispielsweise einem Komparator Comp der Steuerung Logic.
Ferner ist die Steuerung Logic Teil der elektronischen Einheit EB, die ferner den Transceiver Trcv und einen Teil ADC der ersten Messschaltung MS1 aufweist.
Im Beispiel gemäß 3 ist die erste Messschaltung MS1 geteilt, beispielsweise in dem ein Teil der Messschaltung, beispielsweise ein Anlog-Digital Umsetzer ADC, Teil der elektronischen Einheit EB ist. Der nicht zum elektronischen Block gehörende Teil der Messschaltung MS1 kann beispielsweise eine Signalaufbereitung, Verstärker oder/und Filter enthalten.
Die Verbindung der Steuerung Logic zum ersten schaltenden Bauelement Q1 kann durch einen Ausgang Out erfolgen.
4 zeigt im oberen Teil einen Verlauf der ersten Spannung Vdc_high bzw. VDC_high (identisch) über der Zeit time. Die Höhe der Spannung VDC_high weist verschiedene Spannungswerte auf. Ein erster Spannungswert VDC_high_max, ein zweiter Spannungswert VDC_high_min, ein dritter Spannungswert VDC_high_max2 und ein vierter Spannungswert VDC_high_min2.
Im mittleren Teil ist ein zugehöriger Schaltzustand Status des ersten schaltenden Bauelements Q1 dargestellt. Ist das erste schaltende Bauelements Q1 leitfähig bzw. leitend geschaltet, ist dies durch den Schaltzustand bzw. Pegel ON dargestellt, ist das erste schaltende Bauelements Q1 stromsperrend bzw. nichtleitend geschaltet, ist dies durch den Schaltzustand bzw. Pegel OFF dargestellt.
Im unteren Teil ist ein zugehöriger Sendezustand Transmittion des Senders bzw. Transceivers Trcv dargestellt, wobei eine Aussendung durch den Pegel ON und eine fehlende Aussendung bzw. Empfang durch den Pegel Off dargestellt ist.
Des Weiteren sind ein nullter, erster, zweiter, dritter und vierter Zeitpunkt T0, T1, T2, T3 und T4 eingezeichnet.
Der nullte Zeitpunkt T0 kennzeichnet das Ende des Schlafzyklus der Anordnung, die vierte Spannungswert VDC_high_min2 ist erreicht. Ab diesem Zeitpunkt liegt genügend Energie an, um eine Spannung für die Steuerung Logic / elektronische Einheit EB bereitzustellen, so dass diese arbeiten können.
Der erste Zeitpunkt T1 kennzeichnet das Ende des Ladevorganges der ersten Kondensators Cb1, so dass genügend Energie für einen Messvorgang vorliegt.
Der zweite Zeitpunkt T2 kennzeichnet das Erreichen einer vorgegebenen oder notwendigen Anzahl an Daten bzw. Datenpunkten, aus denen ein Stromwert ermittelbar ist, der beispielsweise ausgesendet werden soll.
Der dritte Zeitpunkt T3 kennzeichnet das Ende eines Überladevorganges der Anordnung.
Der vierte Zeitpunkt T4 kennzeichnet das Ende eines Sendevorganges des Senders bzw. Transceivers Trcv.
5 zeigt eine Anordnung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass eine zweite Serienschaltung eines zweiten schaltenden Bauelementes Q2 und eines zweiten Widerstandes Rb2 vorgesehen ist, die parallel zur ersten Serienschaltung angeordnet ist.
Weiterhin ist eine zweite Messschaltung MS2 für die zweite Serienschaltung vorgesehen.
Die zweite Messschaltung MS2 kann mit einem zweiten Analog-Digital-Umsetzer ADC2, der Teil der elektronischen Einheit EB ist, verbunden sein.
Das zweite schaltende Bauelementes Q2 ist über einen zweiten Ausgang Out2 mit der Steuerung Logic verbunden. In dieser Verbindung kann ein sechster Widerstand R6 vorgesehen sein.
Die zweite Serienschaltung und zugehörige Anschaltung ist analog zur ersten Serienschaltung aufgebaut, wobei sich bevorzugt die Höhe der Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandes Rb1, Rb2 unterscheiden.
Im Folgenden soll die Erfindung in anderer Weise näher erläutert werden.
Der Transformator CT bzw. Stromwandler enthält einen weichmagnetischen Kern, eine Primärseite / Primärwicklung N1, in der der Laststrom ILoad fließt, und eine Sekundärseite / Sekundärwicklung N2, in der der transformierte Strom fließt.
Die Anzahl der Windungen N2 (das Bezugszeichen N2 wird auch als Windungszahl verwendet) der Sekundärseite / Sekundärwicklung und die relative Permeabilität des weichmagnetischen Kerns sind ausreichend hoch (µr > 3000, 5000, 7000, 10.000), um bei sehr niedrigem Primärstrom eine ausreichende Sekundärspannung zu erhalten.
Eine Suppressor-Diode D6 oder eine andere Schutzkomponente wird verwendet, um die Anordnung bzw. Schaltung vor Überspannungen aufgrund eines durch den Transformator CT fließenden Überstroms zu schützen.
Eine Gleichrichterschaltung GR, z.B. durch die Dioden D2 bis D5, richtet die Sekundärspannung V2 gleich, um eine Gleichspannung zur Messung und Energie- respektive Stromversorgung zu erhalten.
Eine erste Diode D1 wird verwendet, um einen Strom vom ersten Kondensator Cb1 bzw. der Spannungsstabilisierungsschaltung PSB zurück zur ersten Serienschaltung bzw. zweiten Serienschaltung zu vermeiden, insbesondere wenn das erste/zweite schaltende Bauelement Q1/Q2 leitend geschaltet ist.
Wenn die Anordnung nicht in Betrieb ist (beim Start oder wenn der Primärstrom zu niedrig ist), ist das erste schaltende Bauelement Q1 stromsperrend (nichtleitend) geschaltet, d.h. Aus.
Der sekundärseitige Strom I2 vom Transformator CT fließt durch die erste Diode D1 und lädt den ersten Kondensator Cb1 auf. Die erste Spannung Vdc_high / VDC_high am ersten Kondensator Cb1 steigt an, dies ist in 4 durch den Anstieg der ersten Spannung VDC_high bis zum Zeitpunkt T1 dargestellt.
Die Spannungsstabilisierungsschaltung PSD beginnt an ihrem Ausgang A3 eine zweite Spannung Vdc_low zur Verfügung zu stellen, beispielsweise durch Konvertierung und Stabilisierung. Dies beginnt ab dem Zeitpunkt T0, wo der vierte Spannungswert VDC_high_min2 am Eingang der Spannungsstabilisierungsschaltung PSD erreicht ist. Dadurch wird sichergestellt, dass ausreichend Energie für ein Aufwecken der elektronischen Einheit EB zur Verfügung steht.
Ein Spannungsteiler, der durch die dritten und vierten Widerstände R3, R4 oder einen anderen geeigneten Spannungsumsetzer gebildet wird, reduziert die erste Spannung Vdc_high auf einen Pegel, der mit einem Komparatoreingang Comp der Steuerung Logik kompatibel ist. Der Komparator kann auch eine separate Komparatorschaltung sein, die abhängig vom Wert der ersten Spannung Vdc_high einen niedrigen oder einen hohen Wert ausgibt. Die Steuerung Logik hat einen Ausgang OUT bzw. OUT1, OUT2 um den Zustand des schaltenden Bauelements Q1, Q2 zu steuern.
Sobald die erste Spannung Vdc_high gleich ist oder größer als der erste Spannungswert Vdc_high_max ist, wird das erste schaltende Bauelements Q1 aktiviert, d.h. eingeschaltet, um leitend/leitfähig zu werden. Während dieser Zeit fließt der Strom I2 von der Sekundärwicklung N2 durch den ersten Widerstand Rb1 (Bürdenwiderstand). Über die erste Diode D1 zum ersten Kondensator bzw. Spannungsstabilisierungsschaltung PSD fließt in diesem Fall kein Strom, da der dortige (Eingangs-)Spannungspegel ausreichend hoch ist.
Am ersten Widerstand Rb1 fällt folglich eine (Mess-)Spannung Vb ab. Diese wird von der ersten Messschaltung MS1 erfasst bzw. abgegriffen. Durch die Messschaltung kann diese Spannung aufbereitet, verstärkt oder/und gefiltert werden, ferner analog-digital umgesetzt werden, sowie weiter verarbeitet werden.
Während dieser Messung nimmt die Energie, d.h. die erste Spannung, am ersten Kondensator Cb1 ab. Die Messung wird durchgeführt, solange die erste Spannung Vdc_high über dem zweiten Spannungswert Vdc_high_min liegt. Wenn diese Bedingung nicht mehr erfüllt ist, d.h. der zweite Spannungswert unterschritten ist/wird, wird das erste schaltende Bauelement Q1 stromsperrend / nichtleitend geschaltet. Der Messvorgang kann hier beendet werden. Der Sekundärstrom I2 kann wieder zum ersten Kondensator Cb1 fließen und diesen erneut laden.
Der zweite Spannungswert VDC_high_min muss die ordnungsgemäße Funktion der Spannungsstabilisierungsschaltung PSD gewährleisten. Ferner über dem vierten Spannungswert VDC_high_min2, der Mindestspannung, liegen.
Der erste Spannungswert sollte bevorzugt: $V_{D C_h i g h_m a x} \geq \sqrt{V_{D C_h i g h_m i n^{2} + \frac{2 \cdot V_{D C} \cdot I_{M} \cdot t_{M}}{C_{B_h i g h} \cdot η}}}$
sein, wobei I_M der Verbrauchsstrom der elektronischen Einheit (Steuerung / Messschaltung) während der Messung ist, t_M die erwartete Dauer der Messphase, η die Effizienz der Spannungsstabilisierungsschaltung PSD, C_{B_high} die Kapazität des ersten Kondensators Cb1, V_DC die Höhe der zweiten Spannung Vdc_low.
Die Beziehung zwischen dem Schaltzustand Status des ersten schaltenden Bauelementes Q1 und der ersten Spannung Vdc_high ist in 4 dargestellt.
Diese erfindungsgemäße Anordnung führt zu einem stetigen Wechsel von der Energieversorgungsphase zur Messphase bzw. zwischen Energieversorgungsphase und Messphase. Die Dauer der Messphase hängt hauptsächlich von der Kapazität des ersten Kondensators Cb1 und dem Stromverbrauch der Schaltung (elektronische Einheit EB, Steuerung Logic oder/und erste/zweite Messschaltung MS1, MS2) ab. Diese Parameter sind nicht vollständig genau steuerbar und können mit der Zeit, der Temperatur oder anderen Situationen variieren. Die Versorgungszeit (Aufladezeit des ersten Kondensators Cb1) variiert zusätzlich mit dem tatsächlichen Wert des transformierten Stroms. Aus diesem Grund ist der stetige Wechsel zwischen Versorgungs- und Messphase im Allgemeinen aperiodisch und nicht vorhersagbar.
Die genaue Ermittlung bzw. Berechnung der Höhe des Stromes, z.B. des Effektivwerts des Stromes, während der Messphase erfordert z.B. eine ausreichende Anzahl von Daten, die in einer vollständigen Periode T mit der Frequenz F des Stromes bevorzugt digitalisiert werden.
Dies kann z.B. wie folgt gelöst werden. Zur Berechnung des Effektivwerts des Stromes I1 des Leiters L1 wird die folgende Formel verwendet: $I_{1} = \frac{1}{S_{e}} \cdot \sqrt{\frac{1}{N_{d}} \cdot \sum_{i = 1}^{N_{d}} V_{b, i}^{2}}$
wobei Se die Empfindlichkeit des Transformators in V/A ist.
Diese kann kalibriert werden. Sie kann diesen Wert haben: $S_{e} \approx \frac{N_{1} \cdot R_{b}}{N_{2}}$
Wobei Rb der Widerstandswert des ersten Widerstandes Rb1 ist, N1 die Windungszahl der Primärseite / Primärwicklung und N2 die Windungszahl der Sekundärseite / Sekundärwicklung ist.
Weist die Primärseite eine Windungszahl von eins auf (N1 = 1), vereinfacht sich diese Formel zu: $S_{e} \approx \frac{R_{b}}{N_{2}}$
Nd ist die Anzahl von digitalisierten Werten der (Mess-)Spannung Vb über dem ersten Widerstand Rb1. Für eine akzeptable Genauigkeit sollte die Erfassungszeit bzw. Meßzeit viel größer als eine Periode T des zu ermittelnden Stromes sein, um mehrere Perioden des zu messenden Stromes zu erfassen.
Ferner sollte die Abtastfrequenz Fd viel größer als die Frequenz F des zu ermittelnden Stromes sein.
Eine gute Genauigkeit kann erhalten werden mit: $\begin{array}{l} \frac{N_{d}}{F_{d}} ≫ T \to \frac{N_{d}}{F_{d}} > 20 \cdot T \\ F_{d} ≫ F \to F_{d} > 50 \cdot F \end{array}$
D.h. das bei einer Netzfrequenz von F=50 Hz und einer daraus resultierenden Periodendauer von T=20ms die Meßzeit 400ms oder größer betragen. Die Abtastfrequenz sollte 2500 Hz oder größer betragen.
Daraus ergeben sich bei 2500 Abtastungen pro Sekunde und 400mS Meßzeit (Erfassungszeit) und Nd=1000 Abtastwerte für die Meßzeit.
Die vollständige Anzahl von Daten Nd kann während einer oder vieler Messphasen erhalten werden. Die Digitalisierung und Berechnung des Stromwerts erfordert im Allgemeinen einen sehr geringen Stromverbrauch (z.B. weniger als 1 mA). Für eine (drahtlose) Kommunikation des Ergebnisses mittels eines Senders oder Transceivers Trcv zu einem externen Gerät, z. B. einem Datenkonzentrator, ist jedoch mehr Energie/Strom erforderlich. Derzeitige (energiesparende) Transceiver, z.B. BLE, Zigbee, RF-Sub-GHz, verbrauchen während 10 ms Sendephase etwa 6 mA um das Ergebnis / die Höhe des Stromes zu übertragen, sowie ggfs. eine Bestätigung, z.B. von einem externen Gerät, zu erhalten.
Dies bedeutet, dass der Stromverbrauch für einige Zeit viel größer ist, als während einer Messphase, mit beispielsweise Signalerfassung und -berechnung.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass der erste Kondensator Cb1 vor einem Sendevorgang mit mehr Energie versorgt wird, d.h. höher geladen wird. Dazu wird erfindungsgemäß vor einem Sendevorgang der erste Spannungswert Vdc_high_max durch einen dritten Spannungswert Vdc_high_max2 ersetzt, respektive wird der Spannungswert erhöht bzw. geändert.
Der dritte Spannungswert muss sicherstellen, dass die Spannung Vdc_high während des Sendevorganges (der Übertragung) des Senders bzw. Transceivers Trcv des Stromwertes / Ergebnisses über den zweiten Spannungswert Vdc_high_min bleibt.
Dies ist in 4 mit den Zeitpunkten T2, T3, T4 dargestellt.
Der dritte Spannungswert sollte dabei beispielsweise: $V_{D C_h i g h_m a x 2} = \sqrt{V_{D C_h i g h_m i n}^{2} + \frac{2 \cdot V_{D C} \cdot I_{T R} \cdot t_{T R}}{C_{B_h i g h} \cdot η}}$
betragen, wobei ITR der Verbrauchsstrom der elektronischen Einheit (Steuerung / Sender / Transceiver) während einer Sendephase ist, t_TR die erwartete Sendedauer / Dauer der Übertragung, η die Effizienz der Spannungsstabilisierungsschaltung PSD, C_{B_high} die Kapazität des ersten Kondensators Cb1, V_DC die Höhe der zweiten Spannung Vdc_low.
Der Beitrag der Eingangsleistung von der Sekundärwicklung zum Laden des Volumenkondensators wird in dieser Gleichung nicht berücksichtigt, da nicht sichergestellt werden kann, dass der Laststrom während der Übertragung weiter fließt.
D.h. zyklisch wird der erste Spannungswert durch den dritten Spannungswert ersetzt, um anschließend einen Sendevorgang durchzuführen. Nach dem Sendevorgang wird der dritte Spannungswert wieder durch den ersten Spannungswert ersetzt.
Alternativ kann nach Erreichen einer bestimmten Anzahl an Abtastwerten der erste Spannungswert durch den dritten Spannungswert ersetzt werden, um anschließend einen Sendevorgang durchzuführen. Nach dem Sendevorgang wird der dritte Spannungswert wieder durch den ersten Spannungswert ersetzt.
Beides kann durch die Steuerung Logic, vorteilhaft in Zusammenhang mit ersten/zweiten Messschaltung MS1, MS2, erfolgen.
Bei einer Anordnung mit einer großen Differenz zwischen Nennstrom (z. B. 400 A, 250 A) und Anlaufstrom für die Messung (z.B. einige Ampere) erfordert der Einsatz eines einzelnen ersten Widerstandes einen großen Dynamikbereich eines Analog-Digital-Umsetzers um eine gewünschte Genauigkeit über den gesamten Bereich zu erreichen, d.h. bei minimalem und maximalem Strom.
Alternativ kann eine einstellbare Verstärkung vorgesehen sein. Dies ist allerdings aufwendig.
Erfindungsgemäß kann ein großer Messbereich mit entsprechender Genauigkeit durch Verwendung mehrerer bzw. vieler Widerstände und schaltender Bauelemente erzielt werden, wie in 5 mit zwei Serienschaltungen als Beispiel gezeigt ist.
5 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Widerständen Rb1 und Rb2, die jeweils mit den schaltenden Bauelementen Q1, Q2 (Schalttransistoren) verbunden sind. Rb1 dient zur Messung von niedrigeren Lastströmen. Er hat einen höheren Widerstandswert und führt durch den höheren Spannungsabfall zu einer höheren Empfindlichkeit. Rb2 hat einen geringeren Widerstand und wird zur Messung höherer Ströme verwendet. Während des Betriebs wird der Bereich des Stromwerts grob geschätzt und der geeignete Widerstand ausgewählt. Das entsprechende schaltende Bauelement wird eingeschaltet. Während einer Messphase kann beispielsweise nur ein schaltendes Bauelement eigeschaltet werden. Bei Einsatz von vielen Widerständen für verschiedene Strombereiche muss die Höhe der Spannung für die Messschaltung möglicherweise nicht verändert werden und es kann mit einer Auflösung des Analog-Digital-Umsetzers gearbeitet werden.
Alternativ kann erst der Widerstand für den geringen Strom verwendet werden und bei Überschreitung eines (jeweiligen) Stromwertes kann der nächste Widerstand für den nächst höheren Strom eingeschaltet werden (wobei der vorherige ausgeschaltet wird), bis eine Ermittlung der Höhe des Stromes ermöglicht wird.
Mit der Erfindung ist vorteilhaft ein präzises, eigenstromversorgtes und drahtloses Gerät zur Ermittlung der Höhe des Stromes eines Leiters, z.B. als Kommunikationssensor, insbesondere mit einem möglichst geringen Startstrom für die Messfunktion, realisierbar. Die Erfindung ist insbesondere für Bemessungsströme von 63 Ampere, 125 Ampere, 250 Ampere und 400 Ampere geeignet.
Eine solche Vorrichtung kann zum Messen des Stroms an verschiedenen Punkten elektrischer Netze verwendet werden und nützlich sein. Beispielsweise zur Steuerung von intelligenten Netzen oder zur Erkennung von Stromdiebstahl. Die Realisierung mit Energy Harvesting und drahtloser Kommunikation ist sehr praktisch, da keine Verkabelung erforderlich ist.
Durch Verwendung nur eines Transformators mit einer elektronischen Einheit, beispielsweise mit Mikroprozessor, lässt sich ein sehr kleiner und kompakter Aufbau realisieren.
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.

Claims

Anordnung zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes für einen Niederspannungsstromkreis, aufweisend: - einen Leiter (L1) des Niederspannungsstromkreises, der die Primärseite (N1) eines Transformators (CT) bildet, dessen Sekundärseite (N2) mit einer Gleichrichterschaltung (GR) verbunden ist, dessen erster Ausgang (A1) einerseits über eine erste Diode (D1) mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) für eine elektronische Einheit (EB) mit einer Steuerung (Logic) und andererseits mit einer ersten Serienschaltung eines ersten schaltenden Bauelementes (Q1) und eines ersten Widerstandes (Rb1) verbunden ist, wobei die Anordnung derart ausgestaltet ist, dass bei Erreichen eines ersten Spannungswertes (VDC_high_max) am mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) das erste schaltende Bauelement (Q1) leitfähig geschaltet wird, so dass über den ersten Widerstand (Rb1) der Sekundärstrom des Transformators (CT) fließt, wodurch über den ersten Widerstand (Rb1) eine elektrische Spannung (Vb) abfällt, aus der der elektrische Strom des Leiters (L1) ermittelbar ist, dass bei Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes (VDC_high_min) am mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) das erste schaltende Bauelement (Q1) stromsperrend geschaltet wird, so dass der Sekundärstrom des Transformators (CT) über die erste Diode (D1) und die Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) fließt.
Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (Logic) mit: - dem mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) verbunden ist, um ein Erreichen oder Unterschreiten von Spannungswerten zu ermitteln, - dem ersten schaltenden Bauelement (Q1) verbunden ist, um eine leitfähige oder stromsperrende Schaltung dessen in Abhängigkeit vom Erreichen oder Unterschreiten der Spannungswerte zu bewirken.
Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Steuerung (Logic) und dem mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) einen Spannungsteiler aufweist, insbesondere mit einem dritten und einem vierten Widerstand (R3, R4).
Anordnung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen erstem schaltendem Bauelement (Q1) und Steuerung (Logic) einen fünften Widerstand (R5) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) und dessen zweitem Eingang (E2) ein erster Kondensator (Cb1) geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (A3) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) ein zweiter Kondensator (Cb2) geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Anschlüssen der Sekundärseite des Transformators ein spannungsbegrenzendes Bauelement (D6), insbesondere eine oder zwei Dioden, insbesondere Z-Diode oder Supressordiode, oder ein Varistor geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung einen Brückengleichrichter (D2, D3, D4, D5) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Transformator (CT) einen Kern aus weichmagnetischem Material aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator einen Kern mit einem Material mit einer Permeabilität von größer als 3000 aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite (N1) des Transformators (CT) eine Windungszahl von eins aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste schaltende Bauelement (Q1) ein Feldeffekttransistor ist, insbesondere ein selbstsperrender Typ bzw. Anreicherungstyp.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (Rb1) mit einer ersten Messschaltung (MS1) verbunden ist, die in den leitfähigen Phasen des ersten schaltenden Bauelementes (Q1) aus dem über den ersten Widerstand (Rb1) fließenden Sekundärstrom des Transformators (CT) die Höhe des elektrischen Stromes des Leiters (L1) ermittelt.
Anordnung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messschaltung (MS1) mit einem Sender oder Transceiver (Trcv) verbunden ist, über den die Höhe des elektrischen Stromes kommunizierbar ist.
Anordnung nach Patentanspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (Logic) mit der ersten Messschaltung (MS1) verbunden ist, die ein Signal bei Erreichen oder Unterschreiten von Spannungswerten erhält.
Anordnung nach Patentanspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (Logic) mit dem Sender oder Transceiver (Trcv) verbunden ist, dass bei Erreichen eines dritten Spannungswertes (VDC_high_max2) am mit der ersten Diode (D1) verbundenen ersten Eingang (E1) der Spannungsstabilisierungsschaltung (PSB) der Sender oder Transceiver (Trcv) zur Aussendung eines Signals der Höhe des Stromes aktiviert wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender oder Transceiver (Trcv), die Steuerung (Logic) und die erste Messschaltung (MS1) Teil der elektronischen Einheit (EB) sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur ersten Serienschaltung eine zweite Serienschaltung eines zweiten schaltenden Bauelementes (Q2) und eines zweiten Widerstandes (Rb2) vorgesehen ist.
Anordnung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite schaltende Bauelement (Q2) mit der Steuerung (Logic) und der zweite Widerstand mit einer zweiten Messschaltung (MS2) verbunden ist.
Anordnung nach Patentanspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (Rb1) einen höheren Widerstandswert als der zweite Widerstand (Rb2) aufweist, so dass bei gleichem Sekundärstrom über dem ersten Widerstand (Rb1) eine höhere Spannung abfällt, wodurch kleinere Ströme ermittelbar sind.
Anordnung nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des ersten Spannungswertes (VDC_high_max) das erste schaltende Bauelement (Q1) leitfähig geschaltet wird, mit der ersten Messschaltung (MS1) die Höhe des elektrischen Stromes des Leiters (L1) ermittelt wird, bei Überschreitung eines ersten Stromwertes der Höhe des Stromes des ersten Leiters (L1): - das erste schaltende Bauelement (Q1) stromsperrend geschaltet wird, - das zweite schaltende Bauelement (Q2) leitfähig geschaltet wird, - mit der zweiten Messschaltung (MS2) die Höhe des Stromes ermittelt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messschaltung eine Signalaufbereitungsschaltung, ein Filter, einen Analog-Digital-Umsetzer oder/und einen Mikroprozessor aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (Logic) eine Komparatorschaltung aufweist.
Verfahren zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters eines Niederspannungsstromkreises, bei dem: - der Strom des Leiters in einen Sekundärstrom transformiert wird, - der Sekundärstrom abwechselnd entweder zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für eine elektronische Einheit oder zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters verwendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung ein erster Kondensator (CB1) geladen wird und bei Erreichen eines ersten Spannungswertes (VDC_high_max) am Kondensator der Sekundärstrom über einen ersten Widerstand (Rb1) fließt, wodurch über den ersten Widerstand (Rb1) eine elektrische Spannung abfällt, aus der der elektrische Strom des Leiters ermittelt wird, dass bei Unterschreiten eines zweiten Spannungswertes (VDC_high_min) am ersten Kondensator (Cb1) der Sekundärstrom über den ersten Widerstand gesperrt wird und für die Erzeugung der Versorgungsspannung verwendet wird.