DE102020101193A1

DE102020101193A1 - Elektrisches Schutzschaltersystem mit temperaturabhängiger Gesamtstromüberwachung

Info

Publication number: DE102020101193A1
Application number: DE102020101193.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fomenko; Vjaceslav Magazinik; Gerhard Wölk
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-22
Also published as: CN113140998B; US20210226438A1; CN113140998A; US11605942B2

Abstract

Ein elektrisches Schutzschaltersystem (100) umfasst einen Eingangsanschluss (102) zum Anschließen einer elektrischen Stromquelle (120) und mehrere Ausgangsanschlüsse (104) jeweils zum Anschließen von elektrischen Verbrauchern (130). Jeder Ausgangsanschluss (104) weist einen elektrischen Schalter (106) zur Unterbrechung einer Stromzufuhr und eine Strommesseinrichtung (108) zum Messen einer Einzelstromstärke auf. Ferner umfasst das Schutzschaltersystem (100) eine Stromerfassungseinheit zum Erfassen der an den mehreren Ausgangsanschlüssen (104) gemessenen Einzelstromstärken und zum Bestimmen einer Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken entspricht. Eine Temperaturerfassungseinrichtung des Schutzschaltersystems (100) erfasst eine Temperatur und eine Recheneinheit ist dazu ausgebildet, eine Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu bestimmen. Ferner umfasst das Schutzschaltersystem (100) eine Steuereinheit (110), die dazu ausgebildet ist, einen der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) anhand einer Rangfolge der Ausgangsanschlüsse (104) auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss (104) mittels des entsprechenden elektrischen Schalters (106) zu unterbrechen, wenn die Gesamtstromstärke die bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schutzschaltersystem mit temperaturabhängiger Gesamtstromüberwachung.
Im Stand der Technik sind Schutzschalter zum Abschalten und Absichern von Gleichspannungsnetzen bekannt. Diese Schutzschalter können beispielsweise direkt auf Stromschienen geklemmt werden und speisen einen zu schützenden Verbraucher über einen elektrischen Schalter, wofür sich insbesondere Halbleiterschalter, vorzugsweise Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) bewährt haben. Jedoch führen die Ströme, die im Normalbetrieb durch einen Schutzschalter fließen, zu Verlustleistung und entsprechender Eigenerwärmung des Schutzschalters, insbesondere des elektrischen Schalters.
Hinzu kommt ein möglicher Einfluss durch die Umgebungstemperatur, d. h. die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Schutzschalters, die unter anderem vom Abstand zu anderen Vorrichtungen beeinflusst werden kann. Dies ist insbesondere relevant bei Schutzschaltersystemen, bei denen mehrere Schutzschalter nebeneinander betrieben werden und damit in unmittelbarer Nähe zueinander jeweils Eigenwärme erzeugen. Diese Schutzschaltersysteme sind üblicherweise modular aufgebaut, sodass beliebig viele Schutzschalter nebeneinander auf den Stromschienen angeordnet und betrieben werden können. Das Dokument DE 10 2012 001 615 B4 beschreibt eine Anordnung solcher Module in einer Reihe, in welcher die Stromschienen über ein erstes Reihenmodul als Kopfmodul mit der Versorgungsspannung beaufschlagt werden.
Diese Kombination aus der Eigenerwärmung und der Umgebungstemperatur kann zu unzulässig hohen Temperaturen und damit zu Defekten des Schutzschalters führen.
Um diese unzulässig hohen Temperaturen zu vermeiden, geben die Hersteller handelsüblich für den Betrieb des Schutzschalters Grenzparameter wie einen maximalen Dauerstrom, eine maximale Umgebungstemperatur oder einen Mindestabstand zu benachbarten Geräten an. Dieses Vorgehen hat jedoch wesentliche Nachteile. So muss der Schutzschalter entweder für die meisten Anwendungen überdimensioniert sein, um für sämtliche möglichen Szenarien ausgelegt zu sein, oder es bedarf eines sogenannten Strom-Temperatur-Derating, d.h. der Anwender muss darauf achten, den Schutzschalter bei höheren Temperaturen oder direkter Anreihung nur für Anwendungen mit geringerer Last (beispielsweise 6 A je Kanal) einzusetzen, und erfüllt damit nur bedingt die Maximal-Angaben (beispielsweise 10 A je Kanal). Somit muss der Anwender stets selbst dafür sorgen, dass die angegebenen Grenzparameter im Betrieb nicht überschritten werden.
Zudem liegt bei einem Schutzschaltersystem nicht nur ein zu überwachender Stromkreis vor. Vielmehr teilt sich ein Eingangsstrom, beispielsweise mit einer maximalen Stromstärke in der Größenordnung von 40 A, auf die Vielzahl von Schutzschaltern auf, um eine entsprechende Vielzahl von Verbrauchern mit Strom versorgen zu können. Dabei ist die Anzahl der nebeneinander betriebenen Schutzschaltern von großer Bedeutung, insbesondere, da der Anwender üblicherweise eine beliebige Anzahl an Schutzschaltern modular auf den Stromschienen anbringen und betreiben kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, elektrisches Schutzschaltersystem anzugeben, bei dem das Schutzschaltersystem keiner andauernden, schädlichen Erwärmung ausgesetzt ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein elektrisches Schutzschaltersystem bereitgestellt. Das elektrisches Schutzschaltersystem umfasst einen Eingangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, eine elektrische Stromquelle anzuschließen, sowie mehrere Ausgangsanschlüsse, die jeweils dazu ausgebildet sind, elektrische Verbraucher anzuschließen. Jeder Ausgangsanschluss weist einen elektrischen Schalter zur Unterbrechung einer Stromzufuhr und eine Strommesseinrichtung zum Messen einer Einzelstromstärke auf. Ferner umfasst das elektrische Schutzschaltersystem eine Stromerfassungseinheit, eine Temperaturerfassungseinrichtung, eine Recheneinheit und eine Steuereinheit. Die Stromerfassungseinheit ist dazu ausgebildet, die an den mehreren Ausgangsanschlüssen gemessenen Einzelstromstärken zu erfassen und eine Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken entspricht, zu bestimmen. Die Temperaturerfassungseinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Temperatur zu erfassen. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, eine Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu bestimmen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, einen der mehreren Ausgangsanschlüsse anhand einer Rangfolge der Ausgangsanschlüsse auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss mittels des entsprechenden elektrischen Schalters zu unterbrechen, wenn die Gesamtstromstärke die bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet.
Das Unterbrechung der Stromzufuhr kann eine Unterbrechung der Stromzufuhr durch den jeweiligen Ausgangsanschluss umfassen. Das Messen der Einzelstromstärke kann ein Messen der Einzelstromstärke durch den jeweiligen Ausgangsanschluss umfassen.
Die Gesamtstromstärke kann dem Wert der Stromstärke entsprechen, die am Eingangsanschluss des elektrischen Schutzschaltersystems fließt. Optional kann das Schutzschaltersystem eine weitere Strommesseinrichtung am Eingangsanschluss umfassen, welche dazu ausgebildet ist, die Gesamtstromstärke direkt am Eingangsanschluss zu messen.
Die Temperaturabhängigkeit der Gesamtstromgrenze kann auf verschiedene Arten implementiert sein. In der Recheneinheit kann eine Funktion der Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur hinterlegt sein. Beispielsweise kann die Recheneinheit die Gesamtstromgrenze mittels der Funktion berechnen. Alternativ oder ergänzend können diskrete Gesamtstromgrenzen hinterlegt sein oder eine Stufenfunktion als die Funktion der Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur. Die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, eine der diskreten Gesamtstromgrenzen zu bestimmen, wenn die erfasste Temperatur eine vordefinierte Temperatur erreicht oder in einem dieser diskreten Gesamtstromgrenzen zugeordneten Temperaturbereich ist. Alternativ oder ergänzend kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, (vorzugsweise nur) einen Temperaturverlauf der erfassten Temperatur zu verfolgen. Bei Überschreitung eines vordefinierten Temperaturschwellwerts kann (beispielsweise unabhängig von der erfassten Temperatur) eine Überschreitung der Gesamtstromgrenze festgestellt werden. In anderen Worten, die Gesamtstromgrenze kann bei einer erfassten Temperatur, die größer oder gleich dem Temperaturschwellwert ist, Null sein.
Entsprechend der Rangfolge kann die Stromzufuhr an einem Ausgangsanschluss unterbrochen werden und damit ein Verbraucher vom Stromkreis abgetrennt werden, beispielsweise damit die Gesamtstromstärke wieder unter die Gesamtstromgrenze fällt. Somit können Ausführungsbeispiele gewährleisten, dass das elektrische Schutzschaltersystem vor einer andauernden Überbelastung geschützt ist, wobei bei dieser Überbelastung auch eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt wird.
Die Ausgangsanschlüsse können auch als Kanal bezeichnet werden.
Die Einzelstromstärke kann dem Wert der Stromstärke entsprechen, der durch die Stromesseinheit an dem jeweiligen Ausgangsanschluss gemessen wird.
Bei einem modularen Aufbau des elektrischen Schutzschaltersystems kann ein Steuermodul (auch: Kopfmodul) des elektrischen Schutzschaltersystems den Eingangsanschluss und/oder die Steuereinheit und/oder die Recheneinheit und/oder die Erfassungseinheit umfassen. Schutzschaltermodule des elektrischen Schutzschaltersystems können jeweils mindestens einen der mehreren Ausgangsanschlüssen umfassen.
Die Steuereinheit kann mit jedem Schalter in Signalverbindung stehen, vorzugsweise zum Senden einer Steueranweisung (beispielsweise eines Telegramms) zum Unterbrechen der Stromzufuhr am jeweiligen Ausgangsanschluss. Alternativ oder ergänzend kann die Stromerfassungseinheit mit jeder Strommesseinrichtung in Signalverbindung stehen, vorzugsweise zum Empfangen der gemessenen Einzelstromstärke. Die Signalverbindungen können über einen Signalbus realisiert sein, beispielsweise ein serieller Bus, an dem alle Schalter und/oder alle Stromerfassungseinheiten angeschlossen sind.
Die Recheneinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, eine Einzelstromgrenze (beispielsweise für die Einzelstromstärke eines oder jedes Ausgangsanschlusses) in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu bestimmen. Die Einzelstromgrenze kann analog wie die Gesamtstromgrenze auf verschiedene Arten, beispielsweise wie zuvor für die Gesamtstromgrenze erwähnt, implementiert sein. Vorzugsweise kann in der Recheneinheit (beispielsweise für die Einzelstromstärke eines oder jedes Ausgangsanschlusses) eine Funktion der Einzelstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur hinterlegt sein.
Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, die Stromzufuhr an einem der mehreren Ausgangsanschlüsse mittels des entsprechenden elektrischen Schalters zu unterbrechen, wenn die Einzelstromstärke an diesem Ausgangsanschluss die Einzelstromgrenze überschreitet. Beispielsweise kann eine Einzelstromgrenze für jeden der Ausgangsanschlüsse bestimmt werden. Die Temperatur, von der die Einzelstromgrenze abhängt, kann einer Temperatur an dem jeweiligen Ausgangsanschluss entsprechen.
Somit können Ausführungsbeispiele eine Überwachung und/oder einen Schutz des elektrischen Schutzschaltersystems auf zwei Ebenen durchführen. Zum einen kann das gesamte elektrische Schutzschaltersystem vor einer Überbelastung geschützt werden, beispielsweise indem überwacht wird und gegebenenfalls Maßnahmen (wie die Unterbrechung) ergriffen werden, wenn der von der elektrischen Stromquelle bereitgestellte Strom eine maximale Stromstärke, hier also die Gesamtstromgrenze, überschreitet. Zum anderen kann auch jeder Ausgangsanschluss (auch als Kanal bezeichnet) und/oder der elektrische Schalter des jeweiligen Ausgangsanschlusses vor einer Überbelastung geschützt. Dazu kann der entsprechende Ausgangsanschluss überwacht und gegebenenfalls unterbrochen werden, wenn der an die jeweiligen Verbraucher abgegebene Strom eine maximale Stromstärke, hier also die Einzelstromgrenze, überschreitet.
Die Rangfolge der Ausgangsanschlüsse (kurz: Rangfolge) kann auf verschiedenste Weisen bestimmt sein. Die Rangfolge kann einer vorbestimmten Priorisierung der mehreren Ausgangsanschlüsse entsprechen, die beispielsweise der Anwender des elektrischen Schutzschaltersystems selbst wählen kann. Beispielsweise kann der Anwender den jeweiligen Ausgangsanschlüssen eine Priorität zuweisen, um sicherzustellen, dass bei Überbelastung die wichtigsten Verbraucher weiterhin mit Strom versorgt werden. Die vorbestimmte Priorisierung kann einer (beispielsweise linearen oder räumlichen) Anordnung der Ausgangsanschlüsse (oder entsprechender Module) entsprechen, beispielsweise einer Anordnung entlang einer Tragschiene.
Hierin kann eine abnehmende Reihenfolge oder eine zunehmende Reihenfolge einer abnehmend sortierten Reihenfolge oder einer zunehmend sortierten Reihenfolge entsprechen.
Alternativ oder ergänzend kann die Rangfolge einer (vorzugsweise abnehmenden) Reihenfolge der erfassten Einzelstromstärken der Ausgangsanschlüsse entsprechen. Dies kann bedeutet, dass bei Überbelastung zunächst der Ausgangsanschluss mit der höchsten Einzelstromstärke getrennt wird, d. h. der Ausgangsanschluss, an dem der Verbraucher mit dem größten Stromverbrauch angeschlossen ist. Damit kann unter anderem sichergestellt sein, dass eine möglichst große Anzahl an Verbrauchern weiterhin mit Strom versorgt ist.
Ferner alternativ oder ergänzend kann die Rangfolge einer (beispielsweise zunehmenden oder abnehmenden) Reihenfolge der Abstände der Ausgangsanschlüsse zwischen der Steuereinheit und/oder dem Eingangsanschluss und dem jeweiligen Ausgangsanschluss entsprechen. Mit anderen Worten kann die Rangfolge durch die Abstände der Ausgangsanschlüsse relativ zur Steuereinheit und/oder zum Eingangsanschluss bestimmt sein. Bei einem modularen Aufbau des elektrischen Schutzschaltersystems kann das Steuermodul (beispielsweise in Stromrichtung) am Anfang einer Stromschiene angeordnet (beispielsweise montiert) sein, gefolgt von den jeweiligen Schutzschaltermodulen der Ausgangsanschlüsse. Entsprechend der Rangfolge kann zunächst der Ausgangsanschluss vom Strom getrennt werden, der am weitesten vom dem Eingangsanschluss und/oder der Steuereinheit entfernt liegt, beispielsweise der Ausgangsanschluss, der zuletzt auf die Stromschiene montiert worden ist. Damit können Ausführungsbeispiele die Gefahr einer andauernden Überbelastung des elektrischen Schutzschaltersystems verhindert, beispielsweise wenn der Anwender eine zu große Anzahl an Ausgangsanschlüssen an den Stromschienen angebracht und in Betrieb genommen hat.
Die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfasste Temperatur kann verschiedenen Temperaturen entsprechen. In einer Ausführungsform kann die Temperatur einer Temperatur der Steuereinheit oder des Steuermoduls entsprechen. Diese kann in der Steuereinheit oder in der unmittelbaren Umgebung der Steuereinheit oder im Steuermodul oder in der unmittelbaren Umgebung des Steuermoduls bestimmt sein. Dazu kann ein Temperatursensor in der Steuereinheit oder im Steuermodul integriert sein, der die entsprechende Temperatur misst. Alternativ oder ergänzend kann die Temperaturerfassungseinrichtung dazu ausgebildet sein, die Temperatur (vorzugsweise nur) indirekt in Abhängigkeit von der erfassten Gesamtstromstärke zu bestimmen, beispielsweise anhand des Stromwärmegesetzes, das eine Zunahme der Erwärmung oder eine Wärmeleistung in Relation zum Quadrat der Stromstärke setzt.
Alternativ oder ergänzend kann die erfasste Temperatur einer Umgebungstemperatur des elektrischen Schutzschaltersystems entsprechen oder einen entsprechenden Wert der Umgebungstemperatur umfassen. Diese kann beispielsweise mittels eines Sensors außerhalb des elektrischen Schutzschaltersystems gemessen werden oder mittels einer externen Einheit, welche Temperaturinformationen zur Umgebungstemperatur an das elektrische Schutzschaltersystem weitergibt.
Alternativ oder ergänzend kann die erfasste Temperatur einem Mittelwert und/oder einem Maximum der einzelnen Temperaturen an jedem der Ausgangsanschlüsse entsprechen oder den Mittelwert und/oder das Maximum umfassen. Hierbei kann die Temperatur an jedem Ausgangsanschluss durch einen jeweils eigenen Temperatursensor gemessen und die gemessenen Temperaturen an die Steuerbarkeit weitergegeben werden. Alternativ oder ergänzend ist es bei der Erfassung des Mittelwerts und/oder des Maximums möglich (beispielsweise analog zur Temperatur der Steuereinheit oder des Steuermoduls), die einzelnen Temperaturen (vorzugsweise nur) indirekt über die entsprechende gemessene Einzelstromstärke zu bestimmen, beispielsweise gemäß dem Stromwärmegesetz.
Der elektrische Schalter kann ein Halbleiterschalter, vorzugsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, sein. Alternativ oder ergänzend kann der Schalter auch ein anderer (beispielsweise handelsüblicher) Schalter sein.
Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Warnsignal, ausgegeben, wenn eine Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze vorliegt. Das Warnsignal kann vorzugsweise ein optisches Signal sein. Das elektrische Schutzschaltersystem kann mindestens eine Warnsignaleinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal auszugeben (beispielsweise anzuzeigen). Die Warnsignaleinheit kein eine Anzeigeneinheit sein, auf der eine Warnung dargestellt wird, und/oder ein Warnlicht, das zur Ausgabe des Warnsignals aktiviert wird. Es ist auch möglich, dass die Steuereinheit ein Warnsignal an eine externe Vorrichtung (beispielsweise leitungsgebunden oder drahtlos) sendet, um den Anwender über die Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze zu informieren. Des Weiteren kann jeder Ausgangsanschluss eine Warnsignaleinheit aufweisen, die beispielsweise dazu ausgebildet ist, individuell die Überschreitung der Einzelstromgrenze an dem jeweiligen Ausgangsanschluss auszugeben (beispielsweise anzuzeigen).
Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, in periodischen Zeitabständen eine Überprüfung auszuführen, ob eine Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze vorliegt. Somit können Ausführungsbeispiele eine stetige oder regelmäßige Überwachung der Belastung des elektrischen Schutzschaltersystems gewährleisten.
Im Falle einer Überprüfung in periodischen Zeitabständen kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse zu unterbrechen, wenn die Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze bei einer Anzahl aufeinanderfolgender Überprüfungen vorliegt. Die Anzahl kann einem vorbestimmten Schwellwert entsprechen. Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Überprüfungen mit Überschreitung des Gesamtstroms kann auch als Gesamtstromzähler bezeichnet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse zu unterbrechen, wenn die Anzahl der Überschreitungen der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze abzüglich der Anzahl der Nicht-Überschreitungen bei zurückliegenden Überprüfungen einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Bei Einbeziehung der Nicht-Überschreitungen kann die Anzahl der Überprüfungen mit Überschreitung des Gesamtstroms abzüglich der Anzahl der Nicht-Überschreitungen auch als Gesamtstromzähler bezeichnet werden.
Ferner alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, einen Überschreitungswert bei jeder Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze um den Wert 1 zu erhöhen und bei jeder Nicht-Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze um den Wert 1 zu erniedrigen, vorzugsweise wobei der Überschreitungswert größer oder gleich 0 ist (beispielsweise indem nur bei positivem Überschreitungswert erniedrigt wird). Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Stromzufuhr von einem (d.h. durch einen) der mehreren Ausgangsanschlüsse zu unterbrechen, wenn der Überschreitungswert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. In diesem Fall kann der Überschreitungswert als Gesamtstromzähler bezeichnet werden.
Somit können Ausführungsbeispiele im Falle der Überprüfung in periodischen Zeitabständen keine sofortige Unterbrechung der Stromzufuhr eines Ausgangsanschlusses bei Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze ausführen, sondern erst, wenn diese Überschreitung mehrfach bestätigt worden ist. Dadurch kann sichergestellt sein, dass es sich tatsächlich um eine andauernde Überlastung (beispielsweise eine Dauerstrom-Überschreitung) des elektrischen Schutzschaltersystems handelt, und nicht um eine kurzfristige Überbelastung (beispielsweise einen Stromstoß), z. B. hervorgerufen durch kurzfristige Störungen und/oder einen kurzzeitigen Temperaturanstieg.
Der vorbestimmte Schwellwert kann ein erster Schwellwert sein, falls aufgrund der Überprüfungen die Stromzufuhr (beispielsweise gegenwärtig oder bislang) von oder an keinem der mehreren Ausgangsanschlüsse unterbrochen ist. Der vorbestimmte Schwellwert kann ein zweiter Schwellwert sein, falls aufgrund der Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze (beispielsweise gegenwärtig oder bereits) die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse unterbrochen ist. Der erste Schwellwert kann größer als der zweite Schwellwert sein.
Wurde in einem Ausführungsbeispiel bereits die Stromzufuhr an oder zu einem Ausgangsanschluss unterbrochen, so ist klar, dass es sich um eine andauernde Überlastung handelt, die trotz der (beispielsweise bereits erfolgten) Unterbrechung einer Stromzufuhr weiter anhält. Entsprechend wird die Stromzufuhr eines weiteren Ausgangsanschlusses nach einem kürzeren Zeitintervall, implementiert durch den zweite Schwellwert, der kleiner als der ersten Schwellwert ist, unterbrochen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das elektrische Schutzschaltersystem modular aufgebaut sein. Das Schutzschaltersystem kann mindestens zwei Schutzschaltermodule umfassen, die jeweils mindestens einen der mehreren Ausgangsanschlüssen umfassen. Das Schutzschaltersystem kann ferner ein Steuermodul umfassen, das die Stromerfassungseinheit und/oder die Recheneinheit und/oder die Steuereinheit und/oder den Eingangsanschluss umfasst. Die Temperatur kann eine im Steuermodul gemessene Umgebungstemperatur umfassen.
Steuermodul und Schutzschaltermodule können kollektiv als Module bezeichnet werden. Optional kann jedes Schutzschaltermodul dazu ausgebildet sein, Strom an oder von der Stromschiene abzugreifen.
Die Module können (beispielsweise wie eingangs beschrieben) auf Stromschienen befestigt oder befestigbar sein. Das Steuermodul kann das erste Modul in einer Reihenanordnung der Module sein, beispielsweise ein seitlich der Reihenanordnung angeordnetes oder ein äußerstes Modul. Das Steuermodul kann den Eingangsanschluss umfassen oder zwischen dem Eingangsanschluss und den Schutzschaltermodulen angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Steuermodul (beispielsweise in Stromrichtung) am Anfang der Stromschiene angebracht sein, und die jeweiligen Schutzschaltermodule (beispielsweise entsprechend der Stromrichtung oder einem negativen Gradienten der Stromstärke oder der Energieflussrichtung) hinter dem Steuermodul. Dies kann dem Anwender ermöglichen, beliebig viele Schutzschaltermodule für das Schutzschaltersystem zu kombinieren.
In einer Ausführungsform können die Schutzschaltermodule jeweils ein, vorzugsweise mindestens zwei, der mehreren Ausgangsanschlüssen und eine Modul-Stromerfassungseinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, die an dem jeweiligen mindestens einen Ausgangsanschluss gemessene Einzelstromstärke zu erfassen und optional dazu ausgebildet ist, eine Modul-Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken des jeweiligen Schutzschaltermoduls entspricht, zu bestimmen. Optional können die Schutzschaltermodule jeweils ferner eine Modul-Temperaturerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Temperatur des jeweiligen Schutzschaltermoduls und eine Modul-Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Modul-Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Modul-Temperatur zu bestimmen, umfassen. Ferner können die Schutzschaltermodule jeweils eine Modul-Steuereinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe der Steuereinheit den oder einen der mehreren Ausgangsanschlüsse des jeweiligen Schutzschaltermoduls - optional anhand einer oder der Rangfolge der Ausgangsanschlüsse des jeweiligen Schutzschaltermoduls - auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss mittels des entsprechenden elektrischen Schalters zu unterbrechen, wenn die Gesamtstromstärke die bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet und/oder die Modul-Gesamtstromstärke die bestimmte Modul-Gesamtstromgrenze überschreitet.
In einer Variante der Ausführungsform können die Schutzschaltermodule jeweils mindestens zwei der mehreren Ausgangsanschlüssen, eine Modul-Stromerfassungseinheit, eine Modul-Temperaturerfassungseinrichtung, eine Modul-Recheneinheit und/oder eine Modul-Steuereinheit umfassen. Die Modul-Stromerfassungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die an den jeweiligen mindestens zwei Ausgangsanschlüssen gemessenen Einzelstromstärken zu erfassen und eine Modul-Gesamtstromstärke zu bestimmen, die der Summe der Einzelstromstärken des jeweiligen Schutzschaltermoduls entspricht. Die Modul-Temperaturerfassungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Temperatur des jeweiligen Schutzschaltermoduls zu erfassen. Die Modul-Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, eine Modul-Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der bestimmten Modul-Temperatur zu bestimmen. Die Modul-Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, einen der mehreren Ausgangsanschlüsse des jeweiligen Schutzschaltermoduls anhand der Rangfolge der Ausgangsanschlüsse des jeweiligen Schutzschaltermoduls auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss mittels des entsprechenden elektrischen Schalters zu unterbrechen, wenn die Modul-Gesamtstromstärke die Modul-Gesamtstromgrenze überschreitet.
Somit ist es möglich, dass Ausführungsbeispiele der Schutzschaltermodule autonom entscheiden können, ob eine Überbelastung vorliegt und die Stromzufuhr zu mindestens einem der Ausgangsanschlüsse unterbrochen werden muss.
In dieser Ausführungsform kann die Steuereinheit überwachen, ob die Gesamtstromstärke die Gesamtstromgrenze überschreitet. Wird die Gesamtstromgrenze überschritten, so wählt die Steuereinheit einen der mehreren Schutzschaltermodule aus und weist die Modul-Steuereinheit des ausgewählten Schutzschaltermoduls an, die Stromzufuhr an einzelnen oder allen Ausgangsanschlüssen des ausgewählten Schutzschaltermoduls mittels der entsprechenden elektrischen Schalter zu unterbrechen.
Die Auswahl des Schutzschaltermoduls kann anhand einer Rangfolge der Schutzschaltermodule erfolgen, wobei die Rangfolge der Schutzschaltermodule entsprechend der Rangfolge der Ausgangsanschlüsse erfolgen kann. Somit kann die Rangfolge der Schutzschaltermodule einer vorbestimmten Priorisierung der mehreren der mehreren Schutzschaltermodule entsprechen, einer (beispielsweise zunehmenden oder abnehmenden) Reihenfolge der erfassten Modul-Gesamtstromstärken der Schutzschaltermodule, und/oder einer (beispielsweise zunehmenden oder abnehmenden) Reihenfolge der Abstände der Schutzschaltermodule zwischen der Steuereinheit und/oder dem Eingangsanschluss und dem jeweiligen Schutzschaltermodul entsprechen.
Beispielsweise kann die Steuereinheit mit jeder Modul-Steuereinheit in Signalverbindung stehen, vorzugsweise zum Senden einer Steueranweisung (beispielsweise eines Telegramms) zum Unterbrechen der Stromzufuhr am jeweiligen Ausgangsanschluss oder jeweiligen Schutzschaltermodule. Alternativ oder ergänzend kann die Stromerfassungseinheit mit jeder Modul-Stromerfassungseinheit in Signalverbindung stehen, vorzugsweise zum Empfangen der gemessenen Modul-Gesamtstromstärke. Die Signalverbindungen können über den Signalbus realisiert sein, beispielsweise den seriellen Bus, an dem alle Schutzschaltermodule angeschlossen sein können.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schutzschaltersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beziehungsweise einer Modul-Steuereinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schutzschaltersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur temperaturabhängigen Gesamtstromüberwachung oder Ablaufs der temperaturabhängigen Gesamtstromüberwachung, das bzw. der im ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel ausführbar sein kann;
5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur temperaturabhängigen Gesamtstromüberwachung oder Ablaufs der temperaturabhängigen Gesamtstromüberwachung, das bzw. der im zweiten Ausführungsbeispiel ausführbar sein kein, wenn ein gesamtes Schutzschaltermodul abzuschalten ist.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Schutzschaltersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das elektrische Schutzschaltersystem ist hierhin allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichnet.
Das elektrische Schutzschaltersystem 100 umfasst einen Eingangsanschluss 102 und mehrere Ausgangsanschlüsse 104, auch Kanäle genannt, wobei jeder Ausgangsanschluss 104 einen elektrischen Schalter 106 und eine Strommesseinrichtung 108 aufweist, und eine Steuereinheit 110. Zudem ist das elektrische Schutzschaltersystem 100 modular aufgebaut, umfassend mehrere Schutzschaltermodule 140, die jeweils einen Ausgangsanschluss 104 umfassen, und ein Steuermodul 150, das die Steuereinheit 110 umfasst.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinheit 110 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hiernach umfasst die Steuereinheit 110 eine Stromerfassungseinheit 112, eine Temperaturerfassungseinrichtung 116 und eine Recheneinheit 114.
Alternativ kann jedes der Stromerfassungseinheit 112, Temperaturerfassungseinrichtung 116 und Recheneinheit 114 alleine oder in jeder möglichen Kombination untereinander als eigenständige Einheit ausgebildet sein.
Ist nun, wie in 1 gezeigt, am Eingangsanschluss 102 eine elektrische Stromquelle 120 und an den mehreren Ausgangsanschlüssen 104 jeweils elektrische Verbraucher 130 angeschlossen, so wird jeder der angeschlossenen Verbraucher 130 von der elektrischen Stromquelle 120 mit Strom versorgt. Dabei wird die Einzelstromstärke, die an jedem der Ausgangsanschlüsse 104 jeweils fließt, mittels der Strommesseinrichtungen 108 jeweils gemessen. Die Stromerfassungseinheit 112 erfasst die gemessenen Einzelstromstärken und bestimmt zudem eine Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken entspricht.
Die Temperaturerfassungseinrichtung 116 erfasst eine Temperatur, die in diesem Ausführungsbeispiel der inneren Temperatur der Steuereinheit 110 entspricht. In Abhängigkeit von der erfassten Temperatur bestimmt die Recheneinheit 114 eine Gesamtstromgrenze. Zusätzlich kann die Recheneinheit 114 auch eine Einzelstromgrenze in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur bestimmen.
Stellt die Steuereinheit 110 fest, dass die Gesamtstromstärke die Gesamtstromgrenze überschreitet, so wählt die Steuereinheit 110 einen der mehreren Ausgangsanschlüsse 104 anhand einer Rangfolge der Ausgangsanschlüsse 104 aus und unterbricht die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss 104 mittels des entsprechenden elektrischen Schalters 106. Zusätzlich kann die Steuereinheit 110 die Einzelstromstärke überwachen, wobei die Steuereinheit 110 die Stromzufuhr an einem der mehreren Ausgangsanschlüsse 104 mittels des entsprechenden elektrischen Schalters 106 unterbricht, wenn die Einzelstromstärke an diesem Ausgangsanschluss 104 die Einzelstromgrenze überschreitet.
Es gibt verschiedene Ausführungsformen der Recheneinheit 114 zur Bestimmung der Gesamtstromgrenze und/oder Einzelstromgrenze in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur.
In einer Ausführungsform der Recheneinheit 114 hängt die Gesamtstromgrenze und/oder die Einzelstromgrenze linear von der erfassten Temperatur ab. Dazu wird die Gesamtstromgrenze und/oder die Einzelstromgrenze I_lim gemäß $I_{lim} = I_{max} \cdot (T_{u,max} - T_{u,ist}) / T_{u,max} .$
bestimmt, wobei I_max der maximal zulässigen Stromstärke bei T_u,ist=0°C ist, beispielsweise eine absolute Gesamtstromgrenze und/oder absolute Einzelstromgrenze, wobei T_u,max die maximal zulässige Temperatur, und wobei T_u,ist die aktuell erfasste Temperatur ist. Beispielsweise ergibt sich so bei einer maximal zulässigen Stromstärke von 45 A, einer maximal zulässigen Temperatur von 90°C und einer aktuell erfassten Temperatur von 60°C eine Gesamtstromgrenze und/oder eine Einzelstromgrenze von $I_{lim} = 45 A \cdot (90 ° C - 60 ° C) / 90 ° C = 15 A .$
In einer weiteren Ausführungsform der Recheneinheit 114 wird die Gesamtstromgrenze und/oder die Einzelstromgrenze bei Überschreiten von vordefinierten Temperaturschwellwerten verändert.
Bei einer erfassten Temperatur unterhalb eines ersten Schwellwertes von 80°C befindet sich diese in einem unkritischen Bereich, sodass das Schutzschaltersystem mit maximaler Stromstärke betrieben werden kann. Um die Temperatur in dem unkritischen Bereich zu halten, könnte das Schutzschaltersystem in einer klimatisierten Umgebung, beispielsweise einem gekühlten Verteilerschrank, angeordnet sein.
Bei Überschreiten des ersten Schwellwertes liegt die Temperatur in einem kritischen Bereich. Als Gegenmaßnahme werden einzelne Ausgangsanschlüsse bzw. Schutzschaltermodule in regelmäßigen Zeitabständen nacheinander abschaltet, bis der erste Temperatur-Schwellwert wieder unterschritten wird, wobei die Ausgangsanschlüsse bzw. Schutzschaltermodule entsprechend einer Rangfolge abgeschaltet werden. Durch die (vorzugsweise vorbestimmte) Rangfolge kann z.B. sichergestellt werden, dass wichtige Verbraucher auch bei hohen Temperaturen weiter im Betrieb bleiben.
Überschreitet die erfasste Temperatur nun auch einen zweiten Temperatur-Schwellwert von 125°C, so liegt sie in einem unzulässigen Bereich. Es darf keine weitere Eigenerwärmung mehr stattfinden, d.h. alle überhitzten Ausgangsanschlüsse bzw. Schutzschaltermodule werden abgeschaltet bzw. nicht wieder gestartet. Dieses Szenario kann einer fehlerhaften Umgebung entsprechen, beispielsweise bei Überlastung bzw. zu hoher Leistungsabgabe an die Verbraucher.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Schutzschaltersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Vergleich zum 1. Ausführungsbeispiel weisen die Schutzschaltermodule 140 jeweils mehrere Ausgangsanschlüsse 104, in diesem Fall jeweils genau vier Ausgangsanschlüsse 104, und eine zusätzliche Modul-Steuereinheit 110' auf.
Die Modul-Steuereinheit 110' besitzt den gleichen schematischen oder funktionalen Aufbau wie die Steuereinheit 110, vorzugsweise wie in 2 gezeigt ist. Demnach umfasst die Modul-Steuereinheit 110' eine Modul-Stromerfassungseinheit 112', eine Modul-Temperaturerfassungseinrichtung 116' und eine Modul-Recheneinheit 114'. Alternativ kann auch hier jede der Modul-Stromerfassungseinheit 112', Modul-Temperaturerfassungseinrichtung 116' und Modul-Recheneinheit 114' alleine oder in jeder möglichen Kombination untereinander als eigenständige Einheit ausgebildet sein.
In jedem Schutzschaltermodul 140 erfasst die jeweilige Modul-Stromerfassungseinheit 112' die gemessenen Einzelstromstärken an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen des Schutzschaltermoduls 140 und bestimmt zudem eine Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken innerhalb des Schutzschaltermoduls 140 entspricht.
Des Weiteren erfasst jedes der Modul-Temperaturerfassungseinrichtungen 116' eine Temperatur, die in diesem Ausführungsbeispiel der inneren Temperatur der entsprechenden Modul-Steuereinheit 110' entspricht. In Abhängigkeit von der erfassten Temperatur bestimmt die jeweilige Modul-Recheneinheit 114' eine Modu l-Gesamtstromgrenze.
Wenn in einem der Schutzschaltermodule 140 festgestellt wird, dass die Modul-Gesamtstromstärke die Modul-Gesamtstromgrenze überschreitet, dann wählt die entsprechende Modul-Steuereinheit 110' einen der mehreren Ausgangsanschlüsse 104 des jeweiligen Schutzschaltermoduls anhand einer Rangfolge aus und unterbricht die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss 104 mittels des entsprechenden elektrischen Schalters 106.
Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel, überwacht die Steuereinheit 110 im zweiten Ausführungsbeispiel, ob die Gesamtstromstärke die Gesamtstromgrenze überschreitet, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung 116 die Temperatur erfasst und die Recheneinheit 114 die Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur bestimmt. Wird die Gesamtstromgrenze überschritten, so wählt die Steuereinheit 110 einen der mehreren Schutzschaltermodule 140 anhand einer Rangfolge der Schutzschaltermodule 140 aus und weist die Modul-Steuereinheit 110' des ausgewählten Schutzschaltermoduls 140 an, die Stromzufuhr an allen Ausgangsanschlüssen des ausgewählten Schutzschaltermoduls 140 mittels der entsprechenden elektrischen Schalter 106 zu unterbrechen.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens (d.h. des Ablaufs) der temperaturabhängigen Gesamtstrom Überwachung gemäß dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Falle des ersten Ausführungsbeispiels werden sämtliche Schritte in 4 durch die Steuereinheit im Steuermodul, auch Kopfmodul genannt, ausgeführt, im zweiten Ausführungsbeispiel hingegen durch die jeweiligen Steuereinheiten in den einzelnen Schutzschaltermodulen. Die erfasste Temperatur T_µC entspricht hier der inneren Temperatur der Steuereinheit 110 bzw. Modul-Steuereinheit 110', welche jeweils durch einen Mikrocontroller (symbolisch abgekürzt als „µC“) implementiert sein kann.
In Schritt 402 wird zunächst überprüft, ob die erfasste Temperatur geringer als 84°C und die erfasste Stromstärke größer als 36 A ist. Eine erfasste Temperatur von 84°C und eine erfasste Stromstärke von 36 A entspricht einer Umgebungstemperatur von etwa 25°C.
Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird in Schritt 404 überprüft, ob die erfasste Temperatur größer als 84°C und die erfasste Stromstärke größer als 30 A ist.
Eine erfasste Temperatur von 84°C und eine erfasste Stromstärke von 30 A entspricht einer Umgebungstemperatur von etwa 45°C.
Ist auch diese Bedingung nicht erfüllt, so wird im nächsten Schritt 406 überprüft, ob die erfasste Temperatur geringer als 88°C und die erfasste Stromstärke größer als 5 A ist. Eine erfasste Temperatur von 88°C und eine erfasste Stromstärke von 5 A entspricht einer Umgebungstemperatur von etwa 80°C.
Ist eine der Bedingungen in den Schritten 402,404 oder 406 erfüllt, so wird der Zählerwert entsprechend einer Zeitscheibe zum Gesamtstromzähler addiert (Schritt 408), wobei der Zählerwert üblicherweise den Wert 1 hat. Ist der Gesamtstromzähler größer als 0 (Schritt 410), so wird ein Ausgangsanschluss, auch Kanal genannt, anhand der Rangfolge zum Abschalten ermittelt (Schritt 412). Ist der Gesamtstromzähler nicht größer als 0, so beginnt die Überwachung wieder bei Schritt 402. In Schritt 414 aktiviert das Schutzschaltersystem dann eine optische Warnung, beispielsweise mit der Nachricht „Warnschwelle Gesamtstrom überschritten“, für den ermittelten Kanal.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird im nächsten Schritt 416 die Nachricht „Warnschwelle Gesamtstrom überschritten“ an das Kopfmodul gesendet, im ersten Ausführungsbeispiel wird dieser Schritt übersprungen, d. h. auf Schritt 414 folgt direkt Schritt 418. Entsprechend diesem Schritt 418 wird überprüft, ob bereits ein abgeschalteter Kanal wegen eine Gesamtstromüberschreitung vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, so wird überprüft, ob der Gesamtstromzähler größer als ein Schwellwert 1 ist (Schritt 420). Liegt bereits in abgeschalteter Kanal nach Schritt 418 vor, so wird überprüft, ob der Gesamtstromzähler größer als ein Schwellwert 2 ist (Schritt 422). Ist die Bedingung nach Schritt 420 bzw. Schritt 422 nicht erfüllt, so beginnt die Überwachung wieder bei Schritt 402. Ist die Bedingung nach Schritt 420 bzw. Schritt 422 erfüllt, so wird ermittelte Kanal abgeschaltet (Schritt 424) und eine optische Warnung mit der Nachricht „Kanal abgeschaltet wegen Gesamtstromüberschreitung“ für den Kanal aktiviert (Schritt 426). Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird in einem weiteren Schritt 428 die Nachricht „Kanal abgeschaltet wegen Gesamtstromüberschreitung“ an das Kopfmodul gesendet. Anschließend wird die Überwachung beginnend mit Schritt 402 wiederholt.
Wenn keine der drei Bedingungen gemäß der Schritte 402, 404 und 406 erfüllt sind, so wird geprüft, ob der Gesamtstromzähler größer als 0 ist, und gegebenenfalls der Zählerwert vom Gesamtstromzähler subtrahiert, wobei der Gesamtstromzähler nicht kleiner als 0 sein darf (Schritt 432). Der Zählerwert entspricht üblicherweise dem Wert 1. Ist die Bedingung in Schritt 432 nicht erfüllt, so beginnt die Überwachung wieder bei Schritt 402. Ist die Bedingung in Schritt 432 erfüllt, so wird überprüft, ob eine optische Warnung aktiviert und der Gesamtzähler gleich 0 ist (Schritt 434). Ist dies der Fall, dann wird diese aktive optische Warnung deaktiviert (Schritt 436). Anschließend wird die Überwachung beginnend mit Schritt 402 wiederholt.
5 zeigt ein Flussdiagramm des Ablaufs der temperaturabhängigen Gesamtstromüberwachung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn ein gesamtes Schutzschaltermodul abzuschalten ist.
Stellt die Steuereinheit 110 der Steuermoduls 150, auch Kopfmodul genannt, fest, dass die Gesamtstromstärke die Gesamtstromgrenze überschreitet, so wählt die Steuereinheit 110 einen der mehreren Schutzschaltermodule 140 anhand einer Rangfolge der Schutzschaltermodule 140 aus und sendet ein Steuersignal (kurz: Signal), beispielsweise in Form eines Telegramms, an die Modul-Steuereinheit 110' des ausgewählten Schutzschaltermoduls 140. Diese Modul-Steuereinheit 110' wertet die Nachricht der Steuereinheit 110 aus im Schritt 502, und bestimmt, ob die optische Warnung „Warnschwelle Überlastung erreicht“ für alle Kanäle, also alle Ausgangsanschlüsse, zu aktivieren (beispielsweise anzuzeigen) ist im Schritt 504. Ist dies der Fall, so wird die optische Warnung „Warnschwelle Überlastung erreicht“ für alle Kanäle aktiviert im Schritt 506 und die Überwachung beginnt wieder bei Schritt 502.
Sollen die optischen Warnungen nach Schritt 504 nicht aktiviert werden, so wird überprüft, ob die Steueranweisung „Gesamtstrom überschritten“ zu aktivieren (d.h. auszuführen) ist im Schritt 508. Ist dies nicht der Fall, so beginnt Überwachung wieder bei Schritt 502. Ist die Bedingung in Schritt 508 erfüllt, so werden alle Kanäle abgeschaltet, d.h. die Stromzufuhr an allen Ausgangsanschlüssen des ausgewählten Schutzschaltermoduls 140 werden mittels der entsprechenden elektrischen Schalter 106 unterbrochen im Schritt 510. Anschließend wird die optische Warnung, auch optische Signalisierung genannt, „Gesamtstrom überschritten“ aktiviert (d.h. ausgegeben) im Schritt 512 und die Überwachung beginnt wieder bei Schritt 502.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation, eine bestimmte Stromart (beispielsweise Wechselstrom oder Drehstrom) oder eine bestimmte Anwendung an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: Elektrisches Schutzschaltersystem
102: Eingangsanschluss
104: Ausgangsanschluss
106: Elektrischer Schalter
108: Strommesseinrichtung
110: Steuereinheit
112: Überwachungseinheit
114: Recheneinheit
116: Temperaturerfassungseinrichtung
110': Modul-Steuereinheit
112': Modul-Überwachungseinheit
114': Modul-Recheneinheit
116': Modul-Temperaturerfassungseinrichtung
120: Elektrische Stromquelle
130: Elektrischer Verbraucher
140: Schutzschaltermodul
150: Steuermodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012001615 B4 [0003]

Claims

Elektrisches Schutzschaltersystem (100), umfassend: - einen Eingangsanschluss (102) zum Anschließen einer elektrischen Stromquelle (120); - mehrere Ausgangsanschlüsse (104) jeweils zum Anschließen von elektrischen Verbrauchern (130), wobei jeder Ausgangsanschluss (104) einen elektrischen Schalter (106) zur Unterbrechung einer Stromzufuhr und eine Strommesseinrichtung (108) zum Messen einer Einzelstromstärke aufweist; - eine Stromerfassungseinheit (112) zum Erfassen der an den mehreren Ausgangsanschlüssen (104) gemessenen Einzelstromstärken und zum Bestimmen einer Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken entspricht; - eine Temperaturerfassungseinrichtung (116) zur Erfassung einer Temperatur; - eine Recheneinheit (114), die dazu ausgebildet ist, eine Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu bestimmen; und - eine Steuereinheit (110), die dazu ausgebildet ist, einen der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) anhand einer Rangfolge der Ausgangsanschlüsse (104) auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss (104) mittels des entsprechenden elektrischen Schalters (106) zu unterbrechen, wenn die Gesamtstromstärke die bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit (114) ferner dazu ausgebildet ist, eine Einzelstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Temperatur zu bestimmen, und wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, die Stromzufuhr an einem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) mittels des entsprechenden elektrischen Schalters (106) zu unterbrechen, wenn die Einzelstromstärke an diesem Ausgangsanschluss (104) die Einzelstromgrenze überschreitet.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 2, wobei jeweils eine Einzelstromgrenze für jeden der Ausgangsanschlüsse (104) bestimmt wird, wobei die Temperatur, von der die Einzelstromgrenze abhängt, einer Temperatur an dem jeweiligen Ausgangsanschluss (104) entspricht.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rangfolge der Ausgangsanschlüsse (104) (a) einer vorbestimmten Priorisierung der mehreren Ausgangsanschlüsse (104), (b) einer abnehmenden Reihenfolge der erfassten Einzelstromstärken der Ausgangsanschlüsse (104), und/oder (c) einer abnehmenden Reihenfolge der Abstände der Ausgangsanschlüsse zwischen der Steuereinheit (110) und/oder dem Eingangsanschluss (102) und dem jeweiligen Ausgangsanschluss (104) entspricht.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperatur (a) einer Temperatur der Steuereinheit (110), (b) einer Umgebungstemperatur des elektrischen Schutzschaltersystems (100), (c) einem Mittelwert der einzelnen Temperaturen an jedem der Ausgangsanschlüsse (104), und/oder (d) einem Maximum der einzelnen Temperaturen an jedem der Ausgangsanschlüsse (104) entspricht.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrische Schalter (106) ein Halbleiterschalter, vorzugsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, ist.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal, vorzugsweise ein optisches Signal, ausgegeben, wenn eine Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze vorliegt.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, in periodischen Zeitabständen eine Überprüfung, ob eine Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze vorliegt, auszuführen.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) zu unterbrechen, wenn die Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze bei einer Anzahl aufeinanderfolgender Überprüfungen vorliegt, wobei die Anzahl einem vorbestimmten Schwellwert entspricht.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) zu unterbrechen, wenn die Anzahl der Überschreitungen der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze abzüglich der Anzahl der Nicht-Überschreitungen bei zurückliegenden Überprüfungen einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinheit (110) ferner dazu ausgebildet ist, einen Überschreitungswert bei jeder Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze um den Wert 1 zu erhöhen und bei jeder Nicht-Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze um den Wert 1 zu erniedrigen, wobei der Überschreitungswert größer oder gleich 0 ist, und die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) zu unterbrechen, wenn der Überschreitungswert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der vorbestimmte Schwellwert ein erster Schwellwert ist, falls aufgrund der Überprüfungen die Stromzufuhr von keinem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) unterbrochen ist, und wobei der vorbestimmte Schwellwert ein zweiter Schwellwert ist, falls aufgrund der Überschreitung der Gesamtstromgrenze und/oder der Einzelstromgrenze bereits die Stromzufuhr von einem der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) unterbrochen ist, wobei der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert ist.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der elektrische Schutzschalter (100) modular aufgebaut ist, umfassend - mindestens zwei Schutzschaltermodule (140), die jeweils mindestens einen der mehreren Ausgangsanschlüssen (104) umfassen, und - ein Steuermodul (150), das die Stromerfassungseinheit (112), die Recheneinheit (114) und die Steuereinheit (110) umfasst.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 13, wobei die Temperatur eine im Steuermodul (150) gemessene Umgebungstemperatur umfasst.
Elektrisches Schutzschaltersystem (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Schutzschaltermodule (140) jeweils umfassen: - ein, vorzugsweise mindestens zwei, der mehreren Ausgangsanschlüssen (104); - eine Modul-Stromerfassungseinheit (112') zum Erfassen der an dem jeweiligen mindestens einen Ausgangsanschluss (104) gemessenen Einzelstromstärken und optional zum Bestimmen einer Modul-Gesamtstromstärke, die der Summe der Einzelstromstärken des jeweiligen Schutzschaltermoduls (140) entspricht; - optional eine Modul-Temperaturerfassungseinrichtung (116') zur Erfassung einer Temperatur des jeweiligen Schutzschaltermoduls (140) und eine Modul-Recheneinheit (114'), die dazu ausgebildet ist, eine Modul-Gesamtstromgrenze in Abhängigkeit der erfassten Modul-Temperatur zu bestimmen; und - eine Modul-Steuereinheit (110'), die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe der Steuereinheit (110) den oder einen der mehreren Ausgangsanschlüsse (104) des jeweiligen Schutzschaltermoduls (140), optional anhand einer oder der Rangfolge der Ausgangsanschlüsse (104) des jeweiligen Schutzschaltermoduls, auszuwählen und die Stromzufuhr an dem ausgewählten Ausgangsanschluss (104) mittels des entsprechenden elektrischen Schalters (106) zu unterbrechen, wenn die Gesamtstromstärke die bestimmte Gesamtstromgrenze überschreitet und/oder die Modul-Gesamtstromstärke die bestimmte Modul-Gesamtstromgrenze überschreitet.