DE102020216416A1 - Schutzschaltgerät und Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis, bei dem die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises in Form von momentanen Spannungswerten ermittelt wird. Die Änderung des Stromes nach der Zeit wird ermittelt, so dass momentane Stromänderungswerte vorliegen. Die momentanen Stromänderungswerte werden mit momentanen Stromänderungsschwellwerten zur Erkennung eines Kurzschlusses im Niederspannungsstromkreis verglichen und bei einer Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte wechselt eine elektronische Unterbrechungseinheit vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist. Die Auslösezeit ist weitestgehend phasenwinkelunabhängig.

Description

• Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit.
• 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 Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere, spezifischer bis zu 63 Ampere gemeint. Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere, 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn-, Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät, Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter.
• Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden. Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss. Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten. Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement.
• Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere. Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner aufgebaut. Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene (Tragschiene, DIN-Schiene, TH35) auf.
• Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch aufgebaut. In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw. Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf. Üblicherweise wird ein Bimetall-Schutzelement bzw. Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschutz) eingesetzt. Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurzzeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstromgrenzwerts bzw. im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz) eingesetzt. Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer(n) bzw. Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen. Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises.
• Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen. Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf. D.h. der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt, die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw. leitfähig geschaltet werden können. Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf, insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise, wobei die Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d.h. der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über das mechanische Trennkontaktsystem als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
• Bei halbleiterbasierten Schutzschaltgeräte bzw. Schutzgeräten, neudeutsch Solid State Circuit Breaker, kurz SSCB, muss die Schaltenergie nicht wie bei einem mechanischen Schaltgerät in einen Lichtbogen, sondern mittels eines zusätzlichen Schaltkreises, dem Energy Absorber, in Wärme umgesetzt werden. Die Abschaltenergie umfasst dabei die im Stromkreis, d.h. in den Netz-, Leitungs- bzw. Lastimpedanzen (Verbraucherimpedanzen), gespeicherte Energie. Um den Energy Absorber zu entlasten, muss der Strom, der im Moment des Abschaltens fließt, möglichst gering sein. Dies gilt auch im Falle eines Kurzschlusses. Hier steigt der Strom sehr schnell an. Durch schnelle Kurzschlusserkennung kann ein Kurzschluss frühzeitig erkannt und ein zu hoher Kurzschlussstrom vermieden werden. Das halbleiterbasierte Schutzschaltgerät unterbricht, im Sinne eines Abschaltvorganges, nahezu unverzögert, innerhalb von µs, den Stromkreis. Es treten keine hohen Ströme auf und die Belastung des Energy Absorbers eines halbleiterbasierten Schutzschaltgerätes wird reduziert. Bekannte Kurschlusserkennungen bzw. Abschaltkriterien basieren üblicherweise auf der Ermittlung und Auswertung des Strom-Istwertes.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f, typischerweise 50 oder 60 Hertz (Hz). Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: $$\text{u}\left(\text{t}\right)=\text{U*sin}\left(2\mathrm{\pi }*\text{f*t}\right)$$

  

  beschrieben. Wobei:

u(t)

= momentaner Spannungswert zu der Zeit t

U

= Amplitude (Maximalwert) der Spannung

• Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotation eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zeigers und dessen Vollwinkel beträgt 2π (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2n-fache ihrer Frequenz, d.h.: $$\mathrm{\omega =}2\mathrm{\pi }*\text{f}=2\mathrm{\pi }\text{/T}=\text{Kreisfrequenz der Wechselspannung}$$

  

  (T = Periodendauer der Schwingung)
• Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (ω) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2n ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: $$\text{u}\left(\text{t}\right)=\text{U*sin}\left(\mathrm{\omega }\text{t}\right)$$

  
• Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.
• Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel φ(t), der auch als Phasenwinkel φ(t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel φ(t) durchläuft periodisch den Bereich 0...2π bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (φ = n* (0...2π) bzw. φ = n* (0°...360°), wegen Periodizität; verkürzt: φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360° ) .
• Mit momentanem Spannungswert u(t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel φ gemeint (φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360°, der jeweiligen Periode).
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgeräte eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere eine schnelle und alternative Möglichkeit zur Kurzschlusserkennung aufzuzeigen, sowie spezieller kurze und annähernd konstante Auslösezeiten zu erreichen, und eine sichere Unterbrechung zu gewährleisten.
• Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
• Erfindungsgemäß ist ein (elektronisches) Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises, vorgesehen, aufweisend:
• - ein Gehäuse mit netzseitigen und lastseitigen Anschlüssen für Leiter des Niederspannungswechselstromkreises,
• - einen Spannungssensor, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises, derart das momentane (phasenwinkelbezogene) Spannungswerte vorliegen,
• - einen Stromsensor, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, derart das momentane (phasenwinkelbezogene) Stromwerte vorliegen,
• - einer elektronischen Unterbrechungseinheit, die durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Unterbrechung und einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist,
• - einer Steuerungseinheit, die mit dem Spannungssensor, dem Stromsensor und der Unterbrechungseinheit verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist,
• - dass bei einer Erkennung eines, insbesondere lastseitigen, Kurzschlusses die elektronische Unterbrechungseinheit vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises wechselt, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist, dass die Auslösezeit kleiner als ein zeitlicher erster Schwellwert ist.
• Erfindungsgemäß soll erreicht werden, dass eine schnelle und über die Periodendauer der Wechselspannung weitestgehend konstante, d.h. unter einem zeitlich ersten Schwellwert liegende, Auslösezeit erreicht wird. Damit ist vorteilhaft eine sehr schnelle Erkennung von Kurzschlüssen möglich, bei Vermeidung einer hohen Schaltenergie.
• Vorsteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslösezeit unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung, so dass bei kleiner momentaner Spannung und bei großer momentaner Spannung annähernd die gleichen Auslösezeiten erreicht werden. Insbesondere ist die Auslösezeit über eine volle Periodendauer der Spannung annähernd konstant. Dies hat den besonderen Vorteil, eine noch gleichbleibendere weitestgehend konstante Auslösezeit erreicht wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein, insbesondere einziges, Einstellelement am Schutzschaltgerät vorgesehen, mit dem ein Grenzwert für den Stromanstieg einstellbar ist, um den Grenzwert für die Kurzschlusserkennung einzustellen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Einstellung nicht durch einen Stromschwellwert für die Kurzschlusserkennung, sondern durch einen Stromanstiegsschwellwert respektive Stromänderungsschwellwert erfolgt, d.h. eine (zumindest weitestgehend) vom absoluten Strom unabhängige Einstellung eines Kurzschlusserkennungswertes.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Grenzwert für den Stromanstieg abhängig von am netzseitigen Anschluss des Schutzschaltgerätes angeschlossenen Teil des Niederspannungsstromkreises eingestellt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine lastseitenunabhängige Einstellung, d.h. insbesondere von der angeschlossenen Last bzw. Verbraucher unabhängige Einstellung, der Kurzschlusserkennung erfolgen kann.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus den momentanen Stromwerten die Änderung des Stromes nach der Zeit ermittelt, so dass momentane Stromänderungswerte vorliegen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass für die Kurzschlusserkennung entsprechende Messwerte vorliegen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen vom (periodischen) zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung, d.h. von den momentanen Spannungswerte, abhängige (periodische) momentane Stromänderungsschwellwerte vor. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine von der Periodizität der Spannung abhängige Schwellwerte/Stromänderungsschwellwerte vorliegen, um eine weitestgehend gleichbleibende bzw. konstante Auslösezeit zu erreichen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die momentanen Stromänderungswerte phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten verglichen. Bei Überschreitung des momentanen Stromänderungsschwellwertes wird eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitestgehend gleichbleibende bzw. konstante Auslösezeit erreicht werden kann.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die (periodischen) momentanen Stromänderungsschwellwerte einen Minimalwert auf, der größer als Null ist. Insbesondere ist dieser Minimalwert im Bereich von 5 bis 20% des Maximalwertes, d.h. des maximalen Stromänderungsschwellwertes.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei kleinen Stromänderungswerten bzw. kleinen Spannungen eine sichere Erkennung von Kurzschlussströmen ermöglicht wird und Fehlauslösungen vermieden werden.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Niederspannungswechselstromkreis einen zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf auf (Idealfall). Die momentanen Stromänderungsschwellwerte weisen ebenfalls einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, sinusförmigen Stromänderungsverlauf auf. Wobei insbesondere der Nulldurchgang bzw. der Bereich des Nulldurchganges einen (betragsmäßigen) Minimalwert aufweist, der größer als Null ist, insbesondere größer als 0,2 A/µs ist. Die zeitlichen Verläufe von Spannung und Stromänderungsschwellwerten sind phasenbezogen derart synchronisiert, dass der Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) der Spannung mit dem Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) des Stromänderungsschwellwertes übereinstimmt.
  Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Erkennung bei (insbesondere) sinusförmigen Spannungsverläufen ermöglicht wird.
  Insbesondere stimmt der Bereich des Nulldurchganges der Spannung mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromänderungsschwellwertes überein.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung muss die Überschreitung des Stromänderungsschwellwertes für eine erste Zeitspanne vorliegen, um eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zu initiieren. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Fehlauslösungen vermieden werden und eine höhere Zuverlässigkeit erreicht wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die Steuerungseinheit eine analoge erste Teileinheit und eine digitale zweite Teileinheit aufweist. Die erste Teileinheit weist einen Stromkomparator auf, dem die momentanen Stromänderungswerte und die momentanen Stromänderungsschwellwerte, letztere insbesondere von der zweiten Teileinheit (SED), zugeführt werden. Die Stromänderungsschwellwerte werden gemäß dem zeitlichen Verlauf der Spannung von der zweiten Teileinheit phasenbezogenen bereitgestellt. Hiermit wird ein auf den zeitlichen Verlauf der Spannung phasenbezogener Vergleich der momentanen Stromänderungswerte mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten ermöglicht. Womit eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises bei Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte initiiert werden kann.
  Dies hat den besonderen Vorteil, einer einfachen Implementierung der Lösung.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass eine Netzsynchronisationseinheit vorgesehen ist. Diese ermittelt aus den zugeführten momentanen Spannungswerten mindestens einen Phasenwinkel (φ(t)) der Spannung und alternativ die Amplitude (U) der Spannung. Eine Schwellwerteinheit ist vorgesehen, die mit der Netzsynchronisationseinheit und gegebenenfalls dem Einstellelement verbunden ist, so dass mit dem Phasenwinkel (φ(t)) der Spannung, der Amplitude (U) der Spannung und dem, insbesondere eingestellten, Grenzwert für den Stromanstieg momentane Stromänderungsschwellwerte ermittelt werden. Die momentanen Stromänderungswerte werden phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten verglichen, zur Ermittlung der Initiierung einer Unterbrechung. Dies hat den besonderen Vorteil einer weiteren einfachen Implementierung der Lösung.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein mechanisches Trennkontaktsystem vorgesehen ist, das stromkreisseitig in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, so dass eine galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann. Das mechanische Trennkontaktsystem ist mit der Steuerungseinheit verbunden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sowohl eine schnelle Unterbrechung des elektrischen Niederspannungswechselstromkreises durch die elektronische Unterbrechungseinheit als auch eine galvanische Trennung, insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß Norm, d.h. eine Freischaltung (im Gegensatz zu einer Abschaltung, realisiert werden kann. So liegt ein umfassendes Schutzschaltgerät vor.
• Vorteilhaft wird neben einer Unterbrechung durch die elektronische Unterbrechungseinheit auch eine galvanische Unterbrechung durch das mechanische Trennkontaktsystem initiiert wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei hochohmiger bzw. hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit und einem Strom im Niederspannungsstromkreis, der einen ersten Stromschwellwert überschreitet, eine galvanische Trennung initiiert. Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei Restströmen oder einer fehlerhaften elektronischen Unterbrechungseinheit eine Freischaltung des Stromkreises gegeben ist, d.h. eine erhöhte Sicherheit wird bereitgestellt.
• Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht.
• Beim Verfahren zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis wird die:
• - die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises in Form von momentanen Spannungswerte ermittelt,
• - die Änderung des Stromes nach der Zeit ermittelt, so dass momentane Stromänderungswerte vorliegen,
• - die momentane Stromänderungswerte werden mit momentanen Stromänderungsschwellwerten zur Erkennung eines Kurzschlusses im Niederspannungsstromkreis verglichen und bei einer Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte wird eine elektronische Unterbrechungseinheit vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des
• Niederspannungsstromkreises wechseln, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist. Die Auslösezeit ist hierbei kleiner als ein zeitlicher erster Schwellwert.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die momentanen Stromänderungswerte phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten verglichen, wobei die momentanen Stromänderungsschwellwertes mit dem zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte synchronisiert sind, so dass bei kleiner momentaner Spannung kleine momentane Stromänderungsschwellwerte und bei hoher momentaner Spannung hohe Stromänderungsschwellwerte vorliegen, so dass die Auslösezeit weitestgehend unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung ist bzw. so dass die Auslösezeit unter dem zeitlich ersten Schwellwert liegt.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die momentanen Stromänderungsschwellwerte einen Minimalwert auf, der größer als Null ist, insbesondere größer als 5 bis 20% vom Maximalwert ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen bei einem zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf im Niederspannungswechselstromkreis die momentanen Stromänderungsschwellwerte einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, sinusförmigen Stromänderungsverlauf mit einem Minimalwert, der größer als Null ist, auf. Die zeitlichen Verläufe von Spannung und Stromänderungsschwellwerten sind phasenbezogen derart synchronisiert, dass der Zeitpunkt der Amplitude der Spannung mit dem Zeitpunkt der Amplitude des Stromänderungsschwellwertes übereinstimmt.
• Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 17, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes zur schnellen und sicheren Abschaltung bei Überströmen und Kurzschlüssen.
• 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 Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
• 2 eine erste Ausgestaltung des Schutzschaltgerätes,
• 3 eine zweite Ausgestaltung des Schutzschaltgerätes,
• 4 Spannungs- und Stromänderungsschwellwertverläufe über der Zeit,
• 5 Strom- und Spannungsverläufe über der Zeit.
• 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises mit einem Gehäuse GEH, aufweisend:
• - Anschlüsse für Leiter des Niederspannungsstromkreises, insbesondere erste Anschlüsse L1, N1 für eine netzseitigen, insbesondere energiequellenseitigen, Anschluss EQ des Schutzschaltgerätes SG und zweite Anschlüsse L2, N2 für einen lastseitigen, insbesondere energiesenkenseitigen - im Falle passiver Lasten, Anschluss ES (verbraucherseitigen Anschluss) des Schutzschaltgerätes SG, wobei speziell phasenleiterseitige Anschlüsse L1, L2 und neutralleiterseitige Anschlüsse N1, N2 vorgesehen sein können;

der lastseitige Anschluss kann eine passive Last (Verbraucher) oder/und eine aktive Last ((weitere) Energiequelle aufweisen, bzw. eine Last, die sowohl passiv als auch aktiv sein kann, z.B. in zeitlicher Abfolge;
• - einen Spannungssensor SU, zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises, so dass momentane Spannungswerte (phasenbezogene Spannungswerte) DU vorliegen,
• - einen Stromsensor SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, derart das momentane (phasenwinkelbezogene) Stromwerte vorliegen,

in einer Ausgestaltung kann der der Stromsensor SI derart ausgestaltet sein, dass aus den momentanen Stromwerten die Änderung des Stromes nach der Zeit ermittelt wird, so dass momentane Stromänderungswerte DI vorliegen, alternativ kann dies in einer separaten Einheit bzw. einer (nachfolgend beschriebenen) Steuerungseinheit SE erfolgen,
• - einer elektronischen Unterbrechungseinheit EU, die durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Unterbrechung und einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist,
• - einer Steuerungseinheit SE, die mit dem Spannungssensor, dem Stromsensor SI und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist;

die Steuerungseinheit SE kann:
• * mit einer digitalen Schaltung, z.B. mit einem Mikroprozessor, realisiert sein; der Mikroprozessor kann auch einen Analog-Teil enthalten;
• * mit einer digitalen Schaltung mit analogen Schaltungsteilen realisiert sein.

Das Schutzschaltgerät SG, insbesondere die Steuerungseinheit SE, ist derart ausgestaltet, dass bei einer Erkennung eines, insbesondere lastseitigen (ES), Kurzschlusses die elektronische Unterbrechungseinheit EU vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises wechselt, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist. Erfindungsgemäß ist die Auslösezeit kleiner als ein zeitlicher erster Schwellwert ist. Der erste Schwellwert ist kleiner als 1 ms, spezieller kleiner 200 µs, insbesondere kleiner als 100 µs.
• Erfindungsgemäß soll erreicht werden, dass die Auslösezeit über eine volle Periodendauer der Spannung nicht größer als 1 ms oder 200 µs / 100 µs wird. Wenn die Erkennung schneller erfolgt, soll auch schneller ausgelöst werden (sie soll dann nicht langsamer gemacht werden). Der genannte zeitliche erste Schwellwert stellt eine Maximalzeit für langsame Fehlerfälle dar, d.h. wenn die treibende Spannung noch gering ist, z.B. 50 Volt ist somit der Stromänderungswert (im Fehlerfall) ebenfalls klein (bei netzseitiger Induktivität / Schleifeninduktivität / Energiequelle mit Leitungen zum Kurzschluss von 100 µH), z.B. 0,5 A/µs.
  Durch die erfindungsgemäße mitlaufende Anpassung der Stromänderungsschwellwerte kann so ein Fehlerfall bei geringen momentanen Spannungen schnell erkannt werden.
  Ein so kleiner fest eingestellter Stromänderungsschwellwert würde andernfalls (bei hohen momentanen Spannungen) Fehlauslösungen begünstigen.
  Erfindungsgemäß ist die Auslösezeit gering, insbesondere (weitestgehend) unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung, so dass bei kleiner momentaner Spannung und bei großer momentaner Spannung annähernd die gleichen Auslösezeiten erreicht werden.
• Dies wird erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreicht,
  dass vom (periodischen) zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung bzw. der ermittelten momentanen Spannungswerte abhängige (periodische) momentane Stromänderungsschwellwerte vorliegen. Die momentanen Stromänderungsschwellwerte können kontinuierlich oder phasenwinkelweise vorliegen.
  Die momentanen Stromänderungsschwellwerte können dabei pro einzelnen Phasenwinkel, einen Phasenwinkelbereich (mehrere Phasenwinkel), z.B. alle 2°, oder einen Phasenwinkelabschnitt (ein Teil eines Phasenwinkels), z.B. alle 0,5° oder 0,1° vorliegen. Insbesondere eine Auflösung von 1° bis 5° ist besonders vorteilhaft (dies entspricht einer Abtastrate von 3,5 bis 20 kHz).
  Die momentanen Stromänderungswerte werden phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten verglichen. Bei betragsmäßiger Überschreitung des momentanen Stromänderungsschwellwertes wird eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises, z.B. durch ein erstes Unterbrechungssignal TRIP von der Steuerungseinheit SE zur elektronischen Unterbrechungseinheit EU, initiiert, wie in 1 eingezeichnet.
• Die elektronische Unterbrechungseinheit EU ist gemäß 1 als Block in beiden Leitern eingezeichnet. Damit ist in einer ersten Variante keine Unterbrechung beider Leiter gemeint. Mindestens ein Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter, weist halbleiterbasierte Schaltelemente auf. Der Neutralleiter kann schaltelementefrei sein, d.h. ohne halbleiterbasierte Schaltelemente. D.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. D.h. es erfolgt nur eine einpolige Unterbrechung (des Phasenleiters). Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU die Phasenleiter halbleiterbasierten Schaltelemente auf. Der Neutralleiter ist direkt verbunden, d.h. wird nicht hochohmig. Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis. In einer dritten Variante der elektronischen Unterbrechungseinheit EU kann der Neutralleiter ebenfalls ein halbleiterbasiertes Schaltelement aufweisen, d.h. bei einer Unterbrechung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU werden beide Leiter hochohmig.
• Die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiterbauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET), Isolated Gate Bipolartransistoren (IGBT), Metall Oxid Schicht Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere (selbstgeführte) Leistungshalbleiter aufweisen. Insbesondere IGBT's und MOSFET's eignen sich auf Grund geringer Durchflusswiderstände, hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schaltverhaltens besonderes gut für das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät.
• Zusätzlich, für eine Ausgestaltung der Erfindung, kann ferner ein Stromsensor SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, so dass Stromwerte DI vorliegen, vorgesehen sein, wie im Beispiel gemäß 1 eingezeichnet. Der Stromsensor SI ist dann mit der Steuerungseinheit SE verbunden.
• Das Schutzschaltgerät SG kann bevorzugt ferner ein mechanisches Trennkontaktsystem MK aufweisen, insbesondere gemäß Norm mit normgerechten Trennereigenschaften, zur galvanischen Trennung des Stromkreises, insbesondere zum normgerechten Freischalten (im Gegensatz zum Abschalten) des Stromkreises. Das mechanische Trennkontaktsystem MK kann mit der Steuerungseinheit SE verbunden sein, wie in 1 eingezeichnet, so dass die Steuerungseinheit SE eine galvanische Trennung des Stromkreises initiieren kann.
  Speziell kann eine weitere Auswertung implementiert sein, die bei Erfüllung anderer Kriterien eine galvanische Trennung
  herbeiführt. Beispielsweise kann eine Überstromerkennung vorgesehen sein, beispielsweise in der Steuerungseinheit SE, die bei Überströmen, d.h. bei Überschreitung von Strom-Zeitgrenzwerten, d.h. wenn ein Strom, der einen Stromgrenzwert überschreitet, eine bestimmte Zeit anliegt, d.h. beispielsweise ein bestimmter Energieschwellwert überschritten, eine halbleiterbasierte oder/und galvanische Unterbrechung des Stromkreises erfolgen.
• Alternativ bzw. zusätzlich kann beispielsweise bei einem erkannten Kurzschluss auch eine galvanische Trennung initiiert werden. Die Initiierung der galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt beispielsweise durch ein weiteres zweites Unterbrechungssignal TRIPG, dass von der Steuerungseinheit SE zum mechanisches Trennkontaktsystem MK gesendet wird, wie in 1 eingezeichnet.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei hochohmiger elektronischer Unterbrechungseinheit EU bzw. hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU, d.h. wenn die elektronische Unterbrechungseinheit EU in einem hochohmigen Zustand sein soll, und einem Strom im Niederspannungsstromkreis, der insbesondere durch den Stromsensor SI festgestellt wird, der einen ersten Stromschwellwert überschreitet, eine galvanische Trennung initiiert werden. Der erste Stromschwellwert kann je nach Einsatzgebiet des Schutzschaltgerätes in der Größenordnung 4 bis 6 mA, insbesondere bei 5 mA oder 6 mA liegen. Der erste Stromschwellwert kann im Bereich 25 mA bis 32mA liegen, insbesondere bei 28 mA, 29 mA oder 30 mA, insbesondere für den Personenschutz in Europa. Der dritte Schwellwert kann im Bereich 290 mA bis 300 mA liegen, insbesondere für den Brandschutz. Jeder der genannten Rand- und Zwischenwerte ist offenbart.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einer ermittelten Stromhöhe, die einen zweiten Stromschwellwert überschreitet, eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert werden, insbesondere durch das mechanische Trennkontaktsystem. Der zweite Stromschwellwert entspricht beispielsweise den normgemäßen Strom-(Zeit-)Grenzwerten, d.h. den I-(t-)Kennlinien für Schutzgeräte, beispielsweise gemäß Norm IEC 60947 oder IEC 60898. Die gewählten Strom-(Zeit-)Grenzwerte wählt der Fachmann gemäß der vorliegenden Anwendung / Applikation.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einer Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises mittels der elektronischen Unterbrechungseinheit und einem Stromfluss im Niederspannungsstromkreis, der einen dritten Stromschwellwert überschreitet und für eine zweite Zeitspanne anhält, eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises durch das mechanische Trennkontaktsystem initiiert werden, um z.B. eine fehlgeschlagenes Hochohmigkeit der elektronischen Unterbrechungseinheit und damit fehlgeschlagene Unterbrechung des Niederspannungsstromkreis eine Unterbrechung durch das mechanische Trennkontaktsystem herbeizuführen. So wird vorteilhaft die Betriebssicherheit erhöht.
• Ein solcher Vorgang kann vorteilhaft am Schutzschaltgerät angezeigt werden.
  Der dritte Stromschwellwert und die zweite Zeitspanne entspricht beispielsweise den normgemäßen Strom-Zeit-Grenzwerten, d.h. den I-t-Kennlinien für Schutzgeräte, beispielsweise gemäß Norm IEC 60947 oder IEC 60898. Die gewählten Strom-Zeit-Grenzwerte wählt der Fachmann gemäß der vorliegenden Anwendung / Applikation.
• Das mechanische Trennkontaktsystem MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen. D.h. es wird nur ein Leiter der beiden Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d.h. weist einen mechanischen Kontakt auf. Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei, d.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden.
  Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante die Phasenleiter mechanische Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems auf. Der Neutralleiter ist in dieser zweiten Variante direkt verbunden. Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis.
  In einer dritten Variante des mechanischen Trennkontaktsystem MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf, wie in 1 eingezeichnet.
• Mit mechanischem Trennkontaktsystem MK ist insbesondere eine (normgerechte) Trennfunktion gemeint, realisiert durch das Trennkontaktsystem MK. Mit Trennfunktion sind die Punkte:
• - Mindestluftstrecke nach Norm (Mindestabstand der Kontakte),
• - Kontaktstellungsanzeige der Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystem,
• - Betätigung des mechanischen Trennkontaktsystem immer möglich (keine Blockierung des Trennkontaktsystems), gemeint.
• Hinsichtlich der Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten des Trennkontaktsystem ist diese im Wesentlichen spannungsabhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull.
• Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluftstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke) weist das Trennkontaktsystem bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf.
• Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften der Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird.
• Das Trennkontaktsystem ist vorteilhafterweise durch eine Mindestluftstrecke der geöffneten Trennkontakte in der AUS-Stellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Verschmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluftstrecke beträgt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluftstrecke zwischen 0,01 mm bei 0,33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbesondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inhomogene Felder.
• Vorteilhafterweise kann die Mindestluftstrecke die folgenden Werte aufweisen: Tabelle 13 - Mindestluftstrecken

  Bemessungsstoßspannungsfestig keit	Mindestluftstrecken mm
  Uimp	Fall A				Fall B
  	inhomogenes Feld				homogenes Feld, ideale Bedingungen
  kV	(siehe 3.7.63)				(siehe 3.7.62)
  	Verschmutzungsgrad				Verschmutzungsgrad
  	1	2	3	4	1	2	3	4
  0,33	0,01	0,2	0,8	1,6	0,01	0,2	0,8	1,6
  0,5	0,04				0,04
  0.8	0,1				0,1
  1,5	0,5	0,5			0,3	0,3
  2,5	1,5	1,5	1,5		0,6	0,6
  4,0	3	3	3	3	1 ,2	1,2	1,2
  6,0	5,5	5,5	5,5	5,5	2	2	2	2
  8,0	8	8	8	8	3	3	3	3
  12	14	14	14	14	4,5	4,5	4,5	4,5
  ANMERKUNG Die angegebenen kleinsten Luftstrecken beruhen auf der 1,2/50-µs-Stoßspannung bei einem Luftdruck von 80 kPa, was dem Luftdruck bei 2 000 m über NN entspricht.

• Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten. Dadurch lässt vorteilhafterweise ein entsprechend der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit dimensioniertes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen.
• 2 zeigt eine Darstellung gemäß 1, mit einer weiteren detaillierten Ausgestaltung. Hierbei weist die Steuerungseinheit SE zwei Teileinheiten auf, eine, bevorzugt analoge, erste Teileinheit SEA und eine, bevorzugt digitale, zweite Teileinheit SED. Die erste Teileinheit SEA weist hierbei einen Stromkomparator CI auf. Diesem werden einerseits die momentanen Stromänderungswerte DI des Stromsensors SI zugeführt. Andererseits werden dem Stromkomparator CI die momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI von der zweiten Teileinheit SED zugeführt.
  Der Stromkomparator CI vergleicht die momentanen Stromänderungswerte DI mit den momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI und gibt, wie beschrieben, bei Überschreitung, ein erstes Stromunterbrechungssignal TI, zur Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises, ab.
  Das Stromunterbrechungssignal TI kann einer Logikeinheit LG zugeführt werden, die es mit anderen Unterbrechungssignalen kombiniert und das erste Unterbrechungssignal TRIP zur halbleiterbasierten Unterbrechung bzw. hochohmigen Unterbrechung an die elektronische Unterbrechungseinheit EU abgibt.
  In einer Ausgestaltung speichert der Stromkomparator CI die momentanen Schwellwerte SWI zwischen, um die Werte ständig zur Verfügung zu haben.
  Wobei die momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI mit dem zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte (dem zeitlichen Verlauf der Spannung) synchronisiert sind. Dadurch werden bei kleiner momentaner Spannung (Phasenwinkel einer sinusförmigen Wechselspannung von z.B. -30° bis 0° bis 30°) kleine momentane Stromänderungsschwellwerte SWI verwendet (bzw. liegen vor) und bei hoher momentaner Spannung (Phasenwinkel einer sinusförmigen Wechselspannung von z.B. 60° bis 90° bis 120°) hohe Stromänderungsschwellwerte SWI verwendet (bzw. liegen vor), so dass die Auslösezeit weitestgehend unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung ist, so dass die Auslösezeit unter dem zeitlich ersten Schwellwert liegt.
• Die momentanen Stromänderungswerte DI werden zudem der zweiten Teileinheit SED zugeführt. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die momentanen Stromänderungswerte DI dort durch einen Analog-Digital-Umsetzer ADC digitalisiert und einem Mikroprozessor CPU zugeführt. Dieser führte eine Ermittlung bzw. Berechnung der momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI durch. Die durch die zweite Teileinheit SED bzw. insbesondere den Mikroprozessor CPU ermittelten momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI werden wiederum der ersten Teileinheit SEA zugeführt, insbesondere dem Stromkomparator CI, um den oben beschriebenen Vergleich durchzuführen.
• Dabei kann vorteilhaft die Ermittlung der momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI in der zweiten Teileinheit SED digital erfolgen bzw. mit einer langsameren Verarbeitungsgeschwindigkeit als der fortlaufende Vergleich von momentanen Stromänderungswerte DI mit den momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI in der ersten Teileinheit SEA.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Teileinheit SEA einen Spannungskomparator CU aufweisen. Diesem werden einerseits die momentanen Spannungswerte DU des Spannungssensors SU zugeführt. Andererseits werden dem Spannungskomparator CU momentane Spannungsschwellwerte SWU von der zweiten Teileinheit SED zugeführt.
  Der Spannungskomparator CU vergleicht die momentanen Spannungswerte DU mit den momentanen Spannungsschwellwerten SWU und gibt bei Überschreitung oder Unterschreitung bzw. Bereichsprüfung ein Spannungsunterbrechungssignal TU zur Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises ab.
  Das Spannungsunterbrechungssignal TU kann der Logikeinheit LG zugeführt werden, die es mit dem(n) (anderen) Unterbrechungssignal(en) kombiniert und das erste Unterbrechungssignal TRIP zur halbleiterbasierten Unterbrechung bzw. hochohmigen Unterbrechung an die elektronische Unterbrechungseinheit EU abgibt.
  In einer Ausgestaltung speichert der Spannungskomparator CU die momentanen Schwellwerte SWU zwischen, um die Werte ständig zur Verfügung zu haben.
• In dieser Ausgestaltung können die momentanen Spannungswerte DU zudem der zweiten Teileinheit SED zugeführt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden die momentanen Spannungswerte DU dort durch den Analog-Digital-Umsetzer ADC digitalisiert und dem Mikroprozessor CPU zugeführt. Dieser führt eine Ermittlung bzw. Berechnung der momentanen Spannungsschwellwerte SWU durch. Die durch die zweite Teileinheit SED bzw. insbesondere den Mikroprozessor CPU ermittelten momentanen Spannungsschwellwerte SWU werden wiederum der ersten Teileinheit SEA zugeführt, insbesondere dem Spannungskomparator CU, um den oben beschriebenen Vergleich durchzuführen.
• Dabei kann vorteilhaft die Ermittlung der momentanen Spannungsschwellwerte SWU in der zweiten Teileinheit SED digital erfolgen bzw. mit einer langsameren Verarbeitungsgeschwindigkeit als der fortlaufende Vergleich von momentanen Spannungswerten DU und momentanen Spannungsschwellwerten SWU in der ersten Teileinheit SEA.
• Je nach Ausgestaltung kann ein zweites Unterbrechungssignal TRIPG von der zweiten Teileinheit SED der Steuerungseinheit SE, insbesondere vom Mikroprozessor CPU, zur galvanischen Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises an das mechanische Trennkontaktsystem MK abgegeben werden, wie in 2 eingezeichnet.
• Die Ausgestaltung der Steuerungseinheit mit einer analogen ersten Teileinheit und eine digitale zweiten Teileinheit hat den besonderen Vorteil, dass eine effiziente Architektur vorliegt. Die erste analoge Teileinheit kann einen sehr schnellen Vergleich von momentanen Werten und Schwellwerten durchführen, wodurch eine schnelle Kurzschlusserkennung möglich ist. Die zweite Teileinheit kann eine davon unabhängige Schwellwertberechnung bzw. Anpassung durchführen, die nicht so schnell wie die Erkennung durchgeführt werden muss. Die Schwellwerte können beispielsweise zwischengespeichert werden, um für einen schnellen Vergleich zur Verfügung zu stehen. Die Schwellwerte müssen nicht ständig angepasst werden.
• Durch die Kombination von Stromänderungswerten und Spannungswerten kann zudem eine höhere Auswertesicherheit erreicht werden.
• 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung bzw. Variante gemäß 1 und 2. 3 zeigt einen Teil einer einfachen Variante der, bevorzugt analogen, ersten Teileinheit SEAE und einen Teil einer alternative Variante der, bevorzug digitalen, zweiten Teileinheit SEDE auf. Der Teil der einfachen Variante der ersten Teileinheit SEAE weist den Stromkomparator CIE auf, dem die momentanen Stromänderungswerte DI, insbesondere deren Betrag, und die momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI, insbesondere ebenso betragsbezogen, zugeführt werden. Der Stromkomparator CIE gibt in diesem Beispiel direkt das erste Unterbrechungssignal TRIP zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises ab, analog zu 2. Die Betragsbildung kann durch eine oder weitere, nicht dargestellte Einheiten erfolgen.
  Der Teil der alternativen Variante der zweiten Teileinheit SEDE weist eine Netzsynchronisationseinheit NSE auf. Dieser werden die (analogen) momentanen Spannungswerte DU zugeführt. Die Netzsynchronisationseinheit NSE ermittelt aus den zugeführten (analogen) momentanen Spannungswerte DU, die z.B. eine sinusförmige Wechselspannung des Niederspannungsstromkreises sind, den Phasenwinkel φ(t) der Spannung.
  Alternativ kann zusätzlich noch die Amplitude U und ein erwarteter Zeitwert der Spannung UE respektive Erwartungswert der Spannung UE ermittelt werden.
  Der Erwartungswert der Spannung UE ist hierbei eine Art gefilterter bzw. regenerierter bzw. erzeugter äquivalenter momentaner Spannungswert DU.
• Der Phasenwinkel φ(t) (als auch der Erwartungswert der Spannung UE bzw. die Amplitude U) der Spannung DU können beispielsweise durch eine so genannte Phase Locked Loop respektive Phasenregelschleife, kurz PLL, ermittelt werden. Eine PLL ist eine elektronische Schaltungsanordnung, die die Phasenlage und damit zusammenhängend die Frequenz eines veränderbaren Oszillators über einen geschlossenen Regelkreis so beeinflusst, dass die Phasenabweichung zwischen einem äußeren periodischen Referenzsignal (momentane Spannungswerte) und dem Oszillator oder einem daraus abgeleiteten Signal möglichst konstant ist. Damit kann u.a. der Phasenwinkel φ(t), die Grundfrequenz und deren Amplitude der zugeführten Netzspannung, d.h. der ermittelten Spannungswerte, ermittelt werden, d.h. z.B. auch der (ungestörte bzw. gefilterte) Erwartungswert der (Netz-)Spannung.
• Der von der Netzsynchronisationseinheit NSE ermittelte Phasenwinkel φ(t) (und eventuell die Amplitude U oder/und der erwartete Zeitwert der Spannung UE) werden einer Schwellwerteinheit SWE zugeführt. Die Schwellwerteinheit SWE kann eine (skalierte) Kurve für die (phasenbezogenen) momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI aufweisen. Beispielsweise bei einer sinusförmigen Wechselspannung des Niederspannungsstromkreis eine (annähernd) sinusförmige Stromänderungsschwellwertkurve, d.h. einen in der Höhe sinusförmigen Verlauf der momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI über den Phasenwinkel 0° bis 360° respektive der Periodendauer (bzw. der (korrespondierenden) Zeit).
• Das Schutzschaltgerät SG kann ein, insbesondere einziges, Einstellelement aufweisen. Mit diesem, insbesondere einzigen Einstellelement am Schutzschaltgerät SG, kann ein Grenzwert für den Stromanstieg einstellbar sein. Alternativ kann der Grenzwert für den Stromanstieg auch fest vorgeben bzw. programmiert sein.
  Erfindungsgemäß wird dann die Stromänderungsschwellwertkurve hinsichtlich dieses mittels des Einstellelementes eingestellten bzw. fest vorgegebenen Grenzwertes für den Stromanstieg skaliert. Beispielsweise kann die Amplitude (d.h. der Maximalwert) der Stromänderungsschwellwertkurve mit dem Grenzwert für den Stromanstieg skaliert werden.
  Beispielsweise kann der Grenzwert für den Stromanstieg im Bereich 0,1 A/µs bis 5 A/µs einstellbar sein bzw. fest vorgegeben sein. Insbesondere Werte von 0,1 A/µs bis 1 A/µs sind für schwächere Netze (typischerweise 0,5 bis 4 kA Anschlussleistung) besonders vorteilhaft. Insbesondere Werte von 1 A/µs bis 5 A/µs sind für stärkere/starre Netze (typischerweise 6 bis 36 kA Anschlussleistung) besonders vorteilhaft.
• Erfindungsgemäß wird der Grenzwert für den Stromanstieg abhängig von am netzseitigen Anschluss des Schutzschaltgerätes angeschlossenen Teil des Niederspannungsstromkreises eingestellt. D.h. Netzseite, insbesondere Energiequellenseite, bestimmt erfindungsgemäß die Höhe des Grenzwertes für den Stromanstieg (und nicht, wie sonst üblich, die Lastseite bzw. Verbraucherseite), um eine schnelle Kurzschlusserkennung zu ermöglichen. Insbesondere ist der Grenzwert durch die netzseitigen Induktivitäten bzw. ohmschen Anteile bzw. die Einspeiseleistung (treibende Energie) bestimmt. Z.B. für ein 10 kA Netz bzw. Niederspannungswechselstromkreis mit Induktivitäten von etwa 50µH beträgt im Kurzschlussfall bei 300 Volt momentanen Spannungswert der Stromanstieg etwa 6 A/µs. D.h. mit einem eingestellten (maximalen) Grenzwert für den Stromanstieg von 5 A/µs für z.B. die Amplitude (bei 325 V) (bzw. besser 1 A/µs) und einer entsprechenden Skalierung der Kurve würde bei 300 Volt mit einem Winkel von etwa 67° der Stromänderungsgrenzwert 4,6 A/µs (bei 5 A/µs @ 325 V)) (oder 0,92 A/µs (bei 1 A/µs @ 325 V)) betragen. D.h. bei einem derartigen Kurzschlussereignis würde der Stromkreis sicher und schnell unterbrochen. Z.B. für ein 6 kA Netz bzw. Niederspannungswechselstromkreis mit Induktivitäten von etwa 100 µH beträgt im Kurzschlussfall bei 300 Volt momentanen Spannungswert der Stromanstieg etwa 3 A/µs. D.h. mit einem eingestellten (maximalen) Grenzwert für den Stromanstieg von 1 A/µs und einer entsprechenden Skalierung der Kurve würde bei 300 Volt mit einem Winkel von etwa 67° der Stromänderungsgrenzwert 0,92 A/µs (bei 1 A/µs) betragen. D.h. bei einem derartigen Kurzschlussereignis im 6 kA Netz würde der Stromkreis sicher und schnell unterbrochen. Bei kleineren Netzen mit 1 und 2 kA mit entsprechend (kleineren) angepassten Werten.
• Die momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI können durch das Vorliegen des Phasenwinkels φ(t) der Spannung in der Schwellwerteinheit SWE von dieser synchron zum momentanen Stromänderungswert DI an den Stromkomparator CIE übermittelt werden, so dass ein phasenbezogener (phasenwinkelbezogener) Vergleich zwischen momentanen Stromänderungswert DI und momentanen Stromänderungsschwellwert SWI erfolgen kann.
• 4 zeigt einerseits den Verlauf der Höhe der Spannung Vgrid in Volt [V], auf der linken vertikalen Achse, einer Periode einer sinusförmigen Wechselspannung über der Zeit t in s [s], auf der horizontalen Achse. Beispielsweise einer sinusförmigen Wechselspannung im Niederspannungswechselstromkreis. Hierbei sind die momentanen Spannungswerte der Spannung über der Zeit angegeben, wobei die Zeit proportional zum Phasenwinkel ist (f = 50 Hz). Andererseits einen phasenwinkelbezogenen bzw. phasenwinkelabhängigen (betragsmäßigen) skalierten (0 bis 1) momentanen Stromänderungsschwellwert threshold, auf der rechten vertikalen Achse, über der Zeit t in s [s]. Der zeitliche (skalierte) Verlauf der momentanen Stromänderungsschwellwerte threshold entspricht dabei den (phasenbezogenen) momentanen Stromänderungsschwellwerten SWI.
• Der zeitliche (skalierte) Verlauf der momentanen Stromänderungsschwellwerte threshold wird entsprechend dem mittels des Einstellelementes eingestellten bzw. fest vorgegebenen Grenzwertes für den Stromanstieg erfindungsgemäß skaliert. Z.B. wird die Amplitude (Skalierung 1) auf 5 A/µs eingestellt.
• Im Allgemeinen entspricht der Verlauf der momentanen Stromänderungsschwellwerte threshold dem Verlauf der Spannung im Stromkreis, wie in 4 dargestellt. D.h. beispielsweise bei einem dreieckigen Spannungsverlauf würde eine dreieckige Stromänderungsschwellwertkurve verwendet werden. Der Hintergrund ist der, dass die Höhe der Spannung die Höhe des (Kurzschluss-)Stromanstieges bestimmt. Erfindungsgemäß werden folglich bei niedriger Spannung niedrige Schwellwerte und bei hoher Spannung hohe Schwellwerte verwendet, um eine schnelle, phasenwinkelunabhängige, Kurzschlusserkennung zu ermöglichen. Durch die Verwendung von Stromänderungswerten, d.h. die Änderung der Höhe des Stromes nach der Zeit, d.h. das di/dt, ist man erfindungsgemäß zudem unabhängig von der absoluten Stromhöhe.
• Gemäß 4 weisen die (periodischen) momentanen Stromänderungsschwellwerte SWI einen Minimalwert auf. D.h. die Sinuskurve ist nicht ideal. Der Minimalwert ist größer als Null.
• Der Minimalwert ist im Bereich 5 bis 20% vom Maximalwert, beispielsweise (bei) 10% oder 15 %, d.h. der Amplitude der Stromänderungsschwellwertkurve threshold. Der Minimalwert tritt an die Stelle bzw. im Bereich des Nulldurchganges der (Sinus-)Kurve für die Stromänderungsschwellwerte.
• Bei einem zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf im Niederspannungswechselstromkreis sind die zeitlichen Verläufe von Spannung und Stromänderungsschwellwerten phasenbezogen derart synchronisiert, dass der Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) der Spannung mit dem Zeitpunkt der Amplitude (Maximalwert) des Stromänderungsschwellwertes übereinstimmt, wie in 4 gezeigt. Der Bereich des Nulldurchganges der Spannung stimmt ferner mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromänderungsschwellwertes überein.
• 5 zeigt Verläufe von Strom I in Ampere A (oben) und Spannung U in Volt V (unten) - auf der vertikalen y-Achse - über der Zeit t in Sekunden s - auf der horizontalen x-Achse. Dargestellt ist der simulierte Vergleich des zeitlichen Verlaufs ERF der vorgestellten Erfindung gegenüber dem zeitlichen Verlauf KLA einer einfachen (klassischen) Überstromabschaltung. Ein Kurzschluss tritt bei t=145ms ein. Der Strom I steigt mit hoher Steilheit an und gleichzeitig bricht die gemessene Spannung U sprunghaft ein.
• Der zeitliche Verlauf KLA der einfachen Überstromabschaltung, welche bei Überschreiten von 200 A den Stromfluss unterbricht. Aufgrund von Latenzen und Abschaltzeiten steigt der Strom jedoch nach Überschreiten des Grenzwertes kurzzeitig weiter an.
• Der zeitliche Verlauf ERF der erfindungsgemäßen Kurzschlusserkennung basiert auf der Erkennung der phasenwinkelbezogenen Höhe der Stromänderung, die durch phasengenauen Vergleich phasenwinkelbezogenen mit Stromänderungsschwellwerten erfolgt, wobei die phasenwinkelbezogenen Stromänderungsschwellwerte mit der (treibenden) Spannung synchronisiert sind.
• Die Phasenwinkelauflösung bestimmt die Schnelligkeit der Berechnung der Schwellwerte. Bei einer Phasenwinkelauflösung von 1°, d.h. für jeden vollen Phasenwinkel der Spannung liegt ein Schwellwert vor, d.h. etwa alle 55,5 µs liegt ein momentaner Schwellwert vor. Die Abschaltung erfolgt über bevorzugt über einen analogen Komparator, d.h. kontinuierlich, und ist damit deutlich schneller (z.B. im Nanosekunden-Bereich) als die Phasenwinkelauflösung.
• Alternativ gilt bei einer voll digitalen Verarbeitung der folgende zeitliche Verlauf. Die Phasenwinkelauflösung bestimmt die Schnelligkeit der Erkennung. Bei einer Phasenwinkelauflösung von 1°, d.h. für jeden vollen Phasenwinkel der Spannung liegt ein Schwellwert vor, d.h. etwa alle 55,5 µs liegt ein momentaner Schwellwert vor, bedeutet dies, dass eine Abschaltung nach minimal ca. 60µs erfolgen kann. Bei höheren Phasenwinkelauflösungen lassen sich kürzere Abschaltzeiten erreichen. In diesem Beispiel erfolgt dann eine Verarbeitung der Werte mit mindestens 18 kHz.
• Die Stromänderungsschwellwerte können auch (skaliert) in einer Tabelle abgelegt sein, wobei dann der Wert ggfs. angepasst wird.
• 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 (20)

1. Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend: - ein Gehäuse (GEH) mit netzseitigen (L1, N1) und lastseitigen (L2, N2) Anschlüssen für Leiter des Niederspannungswechselstromkreises, - einen Spannungssensor (SU), zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises, derart das momentane Spannungswerte (DU) vorliegen, - einen Stromsensor (SI), zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, derart das momentane Stromwerte vorliegen, - einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU), die durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Unterbrechung und einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist, - einer Steuerungseinheit (SE), die mit dem Spannungssensor (SU), dem Stromsensor (SI) und der Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, - dass bei einer Erkennung eines lastseitigen Kurzschlusses die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises wechselt, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist, dass die Auslösezeit kleiner als ein zeitlicher erster Schwellwert ist.
2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösezeit über eine volle Periodendauer der Spannung kleiner als der erste zeitliche Schwellwert ist, insbesondere dass bei kleiner momentaner Spannung und bei großer momentaner Spannung annähernd die gleichen Auslösezeiten erreichbar sind.
3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere einziges, Einstellelement am Schutzschaltgerät vorgesehen ist, mit dem ein Grenzwert für den Stromanstieg einstellbar ist, um den Grenzwert für die Kurzschlusserkennung einzustellen.
4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für den Stromanstieg abhängig von am netzseitigen Anschluss (11, N1) des Schutzschaltgerätes angeschlossenen Teil des Niederspannungsstromkreises eingestellt wird.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den momentanen Stromwerten die Änderung des Stromes nach der Zeit ermittelt wird, so dass momentane Stromänderungswerte (DI) vorliegen.
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom, insbesondere periodischen, zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte abhängige, insbesondere periodische, momentane Stromänderungsschwellwerte (SWI) vorliegen.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentanen Stromänderungswerte (DI) phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten (SWI) verglichen werden, dass bei Überschreitung des momentanen Stromänderungsschwellwertes (SWI) eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises initiiert wird.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere periodischen, momentanen Stromänderungsschwellwerte (SWI) einen Minimalwert aufweisen, der größer als Null ist, insbesondere größer als 5 bis 20% vom Maximalwert ist.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederspannungswechselstromkreis einen zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf aufweist, dass die momentanen Stromänderungsschwellwerte (SWI) einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, sinusförmigen Stromänderungsverlauf mit einem Minimalwert, der größer als Null ist, aufweisen, dass die zeitlichen Verläufe von Spannung (DU) und Stromänderungsschwellwerten (SWI) phasenbezogen derart synchronisiert sind, dass der Zeitpunkt der Amplitude der Spannung (DU) mit dem Zeitpunkt der Amplitude des Stromänderungsschwellwertes (SWI) übereinstimmt.
10. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Nulldurchganges der Spannung (DU) mit dem Bereich des Minimalwertes des Stromänderungsschwellwertes (SWI) übereinstimmt.
11. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte (SWI) für eine erste Zeitspanne vorliegen muss, um eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zu initiieren.
12. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass die Steuerungseinheit eine analoge erste Teileinheit (SEA) und eine digitale zweite Teileinheit (SED) aufweist, dass die erste Teileinheit (SEA) einen Stromkomparator (CI) aufweist, dem die momentanen Stromänderungswerte (DI) und die momentanen Stromänderungsschwellwerte (SWI) von der zweiten Teileinheit (SED) zugeführt werden, zum auf den zeitlichen Verlauf der Spannung phasenbezogenen Vergleich der momentanen Stromänderungswerte (DI) mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten (SWI) und Initiierung einer Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises bei Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte (SWI).
13. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass eine Netzsynchronisationseinheit (NSE) vorgesehen ist, die aus dem zugeführten momentanen Spannungswerten (DU) einen Phasenwinkel (φ(t)) der Spannung ermittelt, dass eine Schwellwerteinheit (SWE) vorgesehen ist, die mit der Netzsynchronisationseinheit (NSE) und dem Einstellelement verbunden ist, so dass mit dem Phasenwinkel (φ(t)) der Spannung und einem eingestellten bzw. programmierten Grenzwert für den Stromanstieg momentane Stromänderungsschwellwerte (SWI) ermittelt werden, dass die momentanen Stromänderungswerte (DI) phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten (SWI) verglichen werden zur Ermittlung der Initiierung einer Unterbrechung.
14. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisches Trennkontaktsystem (MK) vorgesehen ist, das in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist, so dass eine galvanische Trennung im Niederspannungsstromkreis geschaltet werden kann, dass das mechanische Trennkontaktsystem (MK) mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden ist.
15. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer Unterbrechung durch die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) auch eine galvanische Unterbrechung durch das mechanische Trennkontaktsystem (MK) initiiert wird.
16. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei hochohmiger bzw. hochohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) und einem Strom im Niederspannungsstromkreis, der einen ersten Stromschwellwert überschreitet, eine galvanische Trennung initiiert wird.
17. Verfahren zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis, bei dem die: - die Höhe der Spannung des Niederspannungsstromkreises in Form von momentanen Spannungswerte (DU) ermittelt wird, - die Änderung des Stromes nach der Zeit ermittelt wird, so dass momentane Stromänderungswerte (DI) vorliegen, - dass die momentane Stromänderungswerte (DI) mit momentanen Stromänderungsschwellwerten (SWI) zur Erkennung eines Kurzschlusses im Niederspannungsstromkreis verglichen werden und bei einer Überschreitung der Stromänderungsschwellwerte (SWI) eine elektronische Unterbrechungseinheit (EU) vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand zur Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises wechselt, wobei dieser Vorgang eine Auslösezeit vom Kurzschlussereignis bis zum hochohmigen Zustand aufweist, dass die Auslösezeit kleiner als ein zeitlicher erster Schwellwert ist.
18. Verfahren nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die momentanen Stromänderungswerte (DI) phasenbezogen mit den momentanen Stromänderungsschwellwerten (SWI) verglichen werden, wobei die momentanen Stromänderungsschwellwertes (SWI) mit dem zeitlichen Verlauf der momentanen Spannungswerte (DU) synchronisiert sind, so dass bei kleiner momentaner Spannung kleine momentane Stromänderungsschwellwerte und bei hoher momentaner Spannung hohe Stromänderungsschwellwerte vorliegen, so dass die Auslösezeit weitestgehend unabhängig vom Phasenwinkel der Spannung ist, so dass die Auslösezeit unter dem zeitlich ersten Schwellwert liegt.
19. Verfahren nach Patentanspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die momentanen Stromänderungsschwellwerte (SWI) einen Minimalwert aufweisen, der größer als Null ist, insbesondere größer als 5 bis 20% vom Maximalwert ist,
20. Verfahren nach Patentanspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zeitlich sinusförmigen Spannungsverlauf im Niederspannungswechselstromkreis die momentanen Stromänderungsschwellwerte (SWI) einen zeitlich, insbesondere betragsmäßigen, sinusförmigen Stromänderungsverlauf mit einem Minimalwert, der größer als Null ist, aufweisen, dass die zeitlichen Verläufe von Spannung (DU) und Stromänderungsschwellwerten (SWI) phasenbezogen derart synchronisiert sind, dass der Zeitpunkt der Amplitude der Spannung (DU) mit dem Zeitpunkt der Amplitude des Stromänderungsschwellwertes (SWI) übereinstimmt.

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