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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung für eine Stromverteilung mit mindestens einer Sicherung, insbesondere in Form einer Schmelzstromsicherung bzw. NH-Sicherung, sowie Steigeleitern und/oder elektrischen Zuführ- und Verbindungsleitungen innerhalb der Sicherungsvorrichtung.
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Strommessungen im Energieversorgungsbereich werden standardmäßig mittels Stromsensoren durchgeführt, welche elektrische Bauelemente sind, mit denen die Stromstärke in Kabeln und Stromschienen in der Regel galvanisch getrennt (berührungslos) anhand der durch elektrische Ströme bewirkten magnetischen Flussdichte gemessen wird.
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Es wird zwischen Sensoren, die nur Wechselströme erfassen können, und solchen, die Gleich- und Wechselströme erfassen können, unterschieden.
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Wechselstromsensoren werden als Stromwandler im engeren Sinne bezeichnet. Sie bestehen meist aus einem Ringkern und sind wie ein Transformator ausgeführt. Das magnetische Wechselfeld eines vom zu erfassenden Wechselstrom durchflossenen Leiters induziert in der Messspule einen Wechselstrom, der über das reziproke Windungszahlverhältnis proportional zum Messstrom ist.
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Gleichstromsensoren können prinzipbedingt auch Wechselströme und transiente Vorgänge erfassen.
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Insbesondere die oben beschriebenen Stromwandler sind entsprechend groß gebaut und lassen sich in der Regel nur schwer nachrüsten ohne Abdeckungen bzw. Gehäuseteile der jeweiligen elektrischen Einrichtung zu demontieren. So können derartige elektrische Einrichtungen, insbesondere in Form von Sicherungsleisten in Kabelverteilerschränken, im laufenden Betreib meist nicht mit entsprechenden Strommesseinrichtungen nachgerüstet werden.
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Aus
DE 10 2017 011 374 sind elektrische (Strom-) Messeinrichtungen für Niederspannungs-Sicherungsleisten bekannt, welche je elektrischer Phase elektrische Sicherungen aufweisen, die jeweils hinter Deckeln angeordnet sind.
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Neu zu errichtenden Niederspannungsschaltanlagen, innerhalb der elektrischen Energieversorgung oder Industrieanlagen, werden heutzutage neben den Schutzeinrichtungen vermehrt auch mit einer entsprechenden Messtechnik zur Erfassung elektrischer Größen ausgestattet. Es geht dabei um solche Niederspannungsschaltanlagen, welche zum selektiven Leitungsschutz mit z.B. NH-Sicherungs-Lastschaltleisten oder NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern ausgestattet sind, die Sicherungen des sogenannten Niederspannungs-Hochleis-tungs-(NH) Typs nach DIN 43620/1 verwenden (englisch auch „square body fuse“ genannt). Diese besitzen einen im Querschnitt rechteckigen Körper, aus dem an gegenüberliegenden Seiten jeweils ein massiver, flacher Messerkontakt vorsteht, welcher in jeweils eine entsprechende Aufnahme im Grundkörper der Schutzeinrichtung einsteckbar ist. Die Sicherungen werden deshalb auch als Sicherungseinsatz bezeichnet.
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Bei derartigen Anlagen wird zunehmend versucht, die Messtechnik als Bestandteil der Grundeinheit einer gattungsgemäßen Schutzeinrichtung zu integrieren. So offenbart beispielsweise die
DE 199 13 017 A1 die Integration von Messgeräten oder ähnlichen Systemen in oder an den schwenkbaren, jeweils einen Sicherungseinsatz tragenden Klappen derartiger Schutzeinrichtungen. Durch das Schwenken einer Klappe wird der Sicherungseinsatz mit seinen Messerkontakten in die entsprechenden Aufnahmen im Grundkörper eingesteckt. Die Klappe deckt somit den Raum, in dem sich die NH-Sicherung befindet, ab.
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Im Folgenden wird in Bezug auf den aktuellen Stand der Technik auf die Erfassung von elektrischen Größen innerhalb von Niederspannungsschaltanlagen eingegangen. Erfasst werden hierbei in der Regel der Strom in den Niederspannungsabgängen, die Spannung auf der Sammelschiene oder die Spannung auf der Abgangsseite der Schutzeinrichtungen. Weitere Größen (Leistung, Energie, etc.) lassen sich aus diesen Größen ableiten. Ferner können Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur im Innenraum einer Niederspannungsschaltanlage integriert sein.
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Zur Strommessung ist beispielsweise bekannt, an die Abgangsklemmen einer NH-Sicherungslastschaltleiste ein Modul anzubringen, in das Stromwandler integriert sind und an das schließlich die Leitungen des Leitungsabgangs angebunden werden können. Derartige Messmodule werden in der europäischen Patentanmeldung
EP 2 259 284 A2 für NH-Sicherungslastschaltleisten und in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2011 052 499 A1 für NH-Sicherungs-Lasttrennschalter beschrieben.
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Darüber hinaus gibt es für NH-Sicherungslastschaltleisten sogenannte Wandlerlastschaltleisten. Eine Wandlerlastschaltleiste unterscheidet sich von typischen NH-Sicherungslastschaltleisten durch die Integration eines Stromwandlers in die Leiste. So offenbart beispielsweise die
DE 10 2007 051 419 A1 eine NH-Sicherungslastschaltleiste, bei der ein Stromwandler ein Verbindungselement umgreift, das rückseitig der Leiste an ihrem Sockel angebracht ist und die Aufnahme eines Messerkontakts mit der Sammelschiene verbindet.
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In einer anderen Variante werden bereits bei der Produktion der Leiste Stromwandler integriert, indem die Leiste so konzipiert ist, dass um die Messerkontaktaufnahmen ein Stromwandler aufgesteckt werden kann, wie dies in der Anmeldung
EP 2 546 856 A1 beschrieben ist.
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Weiterhin gibt es spezielle NH-Sicherungseinsätze, deren den Schmelzleiter umfassender Körper eine geringere Bauhöhe aufweist, als die nach DIN 43620/1 ausgeführten NH-Sicherungseinsätze. Aufgrund dieser geringeren Bauhöhe des Körpers bietet sich im Unterteil der NH-Sicherungsschaltleiste genügend Platz, einen speziellen, auf diese Anwendung angepassten, Stromwandler auf den Messerkontakt der Sicherung aufzubringen, welcher selbst über eine Grifflasche verfügt und somit eine Wandlersicherungskombination mit den Maßen der DIN 43620/1 bildet. Dies ist beispielsweise in
DE 199 13 017 A1 offenbart.
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Zur Spannungsmessung ist es beispielsweise bekannt, Spannungsabgriffe an den Messerkontaktaufnahmen zu verwenden. Eine Lösung zur Erfassung und Überwachung der Spannung innerhalb von Niederspannungsschaltanlagen bietet die Patentanmeldung
EP 1 058 283 A2 . Hierbei wird sowohl eine Spannungsmessung als auch eine Differenzspannungsmessung über die NH-Sicherungseinsätze innerhalb einer NH-Sicherungslastschaltleiste in der Art durchgeführt, dass die Spannungsabgriffe innerhalb der Leiste direkt an den Aufnahmen (Kontaktzungen) für die Messerkontakte der Sicherungen erfolgen. Die Messleitungen werden anschließend durch das Unterteil der Leiste (Grundkörper) auf ein Überwachungssystem geführt, welches direkt an die Leiste montiert wird. Auch eine Temperaturmessung lässt sich durch die einfache Integration von Temperatursensoren innerhalb des Gehäuses der Niederspannungsschaltanlage durchführen. Durch die Verteilung verschiedener Temperatursensoren kann auch die Temperatur einzelner Bereiche differenziert erfasst werden.
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Als weiteres Element einer Messelektronik innerhalb einer Niederspannungsverteilung ist neben den Sensoren (Stromwandler, Temperatursensor, Spannungsabgriffe), die Messwertumformung und -verarbeitung zu berücksichtigen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik erfolgt diese meist durch ein zentrales Gerät außerhalb der Schutzeinrichtung, wobei alle Verbindungen von den Sensoren durch entsprechend lange Leitungen zu dem externen zentralen Gerät realisiert sind. In der europäischen Patentanmeldung
EP 1 058 283 A2 werden die Messleitungen an eine Überwachungseinheit angebunden, die oberhalb einer NH-Sicherungslastschaltleiste montiert wird.
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Im Einzelnen bieten alle der vorgestellten Lösungen adäquate Ansätze zum Erfassen der jeweiligen physikalischen Größe, wobei bereits auf einen geringen Platzbedarf und einen reduzierten Leitungsaufwand geachtet wurde. Jedoch bietet keine der Lösungen eine einfache und kostengünstige Nachrüstmöglichkeit bzw. die optionale Möglichkeit eine Messeinrichtung bei entsprechenden Sicherungsleisten vorzusehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Möglichkeit der Strom- und/oder Temperaturmessung innerhalb einer Sicherungsvorrichtung für Stromverteiler bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Sicherungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung weist die Sicherungsvorrichtung für eine Stromverteilung zumindest eine Sicherung, insbesondere in Form einer Schmelzstromsicherung bzw. NH-Sicherung, sowie Steigeleiter und Stromschienenanschlusswinkel auf.
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Unter einem Steigeleiter wird im Sinne der Erfindung ein elektrischer Leiter verstanden, welcher die elektrische Verbindung zwischen einem Sicherungsanschluss bzw. Sicherungspol und z.B. einem Kabelanschluss herstellt.
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Unter einem Stromschienenanschlusswinkel wird im Sinne der Erfindung ein elektrischer Leiter verstanden, welcher die elektrische Verbindung zwischen einem Sicherungsanschluss bzw. Sicherungspol und einer Stromschiene herstellt. Da die Stromschiene und der Sicherungsanschluss in zwei verschiedenen Ebenen in der Sicherungsvorrichtung angeordnet sind, ist der Stromschienenanschlusswinkel in der Regel im Wesentlichen L-förmig und somit als Winkel ausgebildet. Sollte die Sicherungsvorrichtung andersartig aufgebaut sein, muss der Stromschienenanschlusswinkel nicht unbedingt als Winkel ausgebildet sein.
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Sowohl Steigeleiter als auch Stromschienenanschlusswinkel sind in der Regel aus Kupferflachprofilen hergestellt.
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Die Strommessung erfolgt mittels eines Hall-Sensors. Der Hall-Sensor wird dazu im Magnetfeld des Leiters angeordnet, dessen elektrischer Strom ermittelt werden soll. Der Ort der Anordnung des Hall-Sensors ist dabei derart zu wählen, dass dort möglichst nur das von dem den Leiter durchfließenden Stroms erzeugte Magnetfeld vorherrscht. Das gemessene Magnetfeld wird durch Magnetfelder benachbarter stromdurchflossener Leiter beeinflusst. Dies kann durch gleichzeitiges Messen an unterschiedlichen Stellen kompensiert werden, da an den unterschiedlichen Messtellen die sich überlagernden Magnetfelder aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen und/oder Orientierung der elektrischen Leiter der jeweiligen Phasen unterschiedlich groß sind. Die Erfindung sieht somit auch vor, dass mehrere Hall-Sensoren zur Strommessung einer Phase vorgesehen sind, welche an unterschiedlichen Stellen in der Sicherungsvorrichtung angeordnet sind.
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Die Temperaturmessung erfolgt entweder mit separat angeordneten Temperatursensoren oder mit in die Hall-Sensoren integrierten Temperatursensoren.
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Bevorzugt werden die Temperatur- und/oder Strommesssensoren im Bereich
- a) eines Steigeleiters oder an einem Steigeleiter
- b) an einem Stromschienenanschlusswinkel oder im Bereich eines Stromschienenanschlusswinkels
- c) im Bereich eines oder an einem Sicherungskontakt
angeordnet.
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Die Sicherungsvorrichtung weist bevorzugt mindestens eine Sicherungsleiste mit jeweils einer NH-Sicherung je Phase auf, wobei eine Strommessung für jede Phase erfolgt.
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Die Sensoren können entweder direkt auf ein Leiterprofil geklebt oder mittels sonstiger Befestigungsvorrichtungen an den jeweiligen elektrischen Leiter angedrückt oder in deren unmittelbarer Umgebung bzw. Nähe gehalten sein.
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Es ist ebenfalls im Sinne der Erfindung, wenn jeweils zwei Strommesssensoren auf gegenüberliegenden Seiten eines elektrischen Leiters angeordnet sind, wobei die Strommesssensoren Hall-Sensoren sind und mittels der beiden Signale der Strommesssensoren eine Absolutwertbestimmung des in dem elektrischen Leiter fließenden Stroms erfolgt.
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Vorteilhaft ist eine Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb oder an der Sicherungsvorrichtung angeordnet, an der die Sensoren angeschlossen sind bzw. mit dieser kommunizieren, wobei insbesondere die Datenverarbeitungsvorrichtung mit einer entfernt angeordneten weiteren Datenverarbeitungseinrichtung kommuniziert bzw. dieser die gemessenen Strom- und/oder Temperaturwerte übermittelt. So kann die weiter entfernte bzw. übergeordnete Datenverarbeitungsvorrichtung anhand der gemessenen und gespeicherten Strom- und/oder Temperaturwerte den Betriebszustand und/oder die Abnutzung der Sicherungsvorrichtung und insbesondere der darin angeordneten Sicherungen ermitteln und rechtzeitig vor Ausfall einer Sicherung das Bedienpersonal über den bald zu erwartenden Ausfall informieren. Hierdurch wird ein ungeplanter und überraschender Ausfall der Sicherungsvorrichtung und der daran angeschlossenen Geräte und Vorrichtungen vermieden. So kann z.B. ein Produktionsausfall durch den alterungsbedingten Ausfall einer Sicherung vermieden werden.
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Durch die Korrelation der gemessenen Ströme und Temperaturen können noch bessere Rückschlüsse auf die Abnutzung bzw. Alterung der Sicherungen in der Sicherungsvorrichtung gemacht werden, so dass eine noch bessere und genauere Vorhersage des Ausfalls einer Sicherung gemacht werden. Die Nutzungsdauer einer Sicherung kann damit vorteilhaft optimiert werden.
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Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- 1: Eine Draufsicht auf drei nebeneinander angeordneter 3-phasiger Sicherungsleisten, welche oberhalb von drei Stromschienen angeordnet sind;
- 2: eine 3-phasige Sicherungsleiste in Drauf- und Seitenansicht;
- 3: eine 3-phasige Sicherungsleiste in Seitenansicht, wobei nur die erfindungswesentlichen Bauteile der Sicherungsleiste dargestellt sind.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht auf drei nebeneinander angeordnete 3-phasige Sicherungsleisten 1, 1' und 1", welche vor den drei parallel zueinander angeordneten Stromschienen SL1, SL2, SL3 angeordnet sind. Die Sicherungsleisten 1, 1', 1" sind nicht mit Sicherungen bestückt. Die Stromschienen SL1, SL2 und SL3 sind jeweils über Sammelschienenanschlusswinkel SW-L1, SW-L2, SW-L3 mit Federanschlussklemmen FK-Lxa, mit x = 1 bis 3, verbunden, wobei die Federanschlussklemmen zur Kontaktierung und Halterung der Sicherungsschwerter NHiKa, NHiKb, mit i = 1 bis 3, der Sicherungen NH1, NH2, NH3, siehe 2 und 3, dienen. Die Federanschlussklemmen FK-Lxb, mit x = 1 bis 3, sind über die Steigeleiter ST-L1, ST-L2, ST-L3 mit den Kabelanschlussklemmen AN1, AN2, AN3 verbunden. In 1 sind die Temperatursensoren TS und die Stromsensoren IS im Bereich der Steigleiter ST-L1 und ST-L2 der ersten Sicherungsleiste 1 exemplarisch angeordnet.
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Die 2 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der Stromsensoren IS an den Positionen A1, A2, A3, F1, F2, F3, K1, K2, K3 sowie S3, wobei diese Positionen mögliche Bereiche der Steigleiter und der Federanschlussklemmen betreffen.
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Die 3 zeigt eine 3-phasige Sicherungsleiste in Seitenansicht, wobei nur die erfindungswesentlichen Bauteile der Sicherungsleiste dargestellt sind. Die Positionen W1, W2 und W3 geben mögliche Bereiche an, an denen die Stromsensoren IS an den Sammelschienenanschlusswinkeln angeordnet werden können.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Sicherungsvorrichtung
- A1, A2, A3
- mögliche Positionen für Strommesssensor
- AN1
- Kabelklemme für Phase L1 für Kabelanschluss
- AN2
- Kabelklemme für Phase L2 für Kabelanschluss
- AN3
- Kabelklemme für Phase L3 für Kabelanschluss
- F1, F2, F3
- mögliche Positionen für Strommesssensor
- FK-L1a, FK-L1b
- Federanschlussklemmen für Sicherungsschwerter der Sicherung NH1
- FK-L2a, FK-L2b
- Federanschlussklemmen für Sicherungsschwerter der Sicherung NH2
- FK-L3a, FK-L3b
- Federanschlussklemmen für Sicherungsschwerter der Sicherung NH3
- IS
- Strommesssensor
- K1, K2, K3
- mögliche Positionen für Strommesssensor
- NH1
- Sicherung für Phase L1
- NH2
- Sicherung für Phase L2
- NH3
- Sicherung für Phase L3
- N H 1 Ka, NH1Kb
- Sicherungskontakte in Form von Messern der Sicherung NH1
- NH2Ka, NH2Kb
- Sicherungskontakte in Form von Messern der Sicherung NH2
- NH3Ka, NH3Kb
- Sicherungskontakte in Form von Messern der Sicherung NH3
- S1, S2, S3
- mögliche Positionen für Strommesssensor
- SL1
- Sammelschienen für Phase L1
- SL2
- Sammelschienen für Phase L2
- SL3
- Sammelschienen für Phase L3
- ST-L1
- Steigeleiter für Phase L1
- ST-L2
- Steigeleiter für Phase L2
- ST-L3
- Steigeleiter für Phase L3
- SW-L1
- Sammelschienenanschlusswinkel für Phase L1
- SW-L2
- Sammelschienenanschlusswinkel für Phase L2
- SW-L3
- Sammelschienenanschlusswinkel für Phase L3
- TS
- Temperatursensor
- W1, W2, W3
- mögliche Positionen für Strommesssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017011374 [0007]
- EP 1058283 A2 [0008, 0016, 0017]
- DE 19913017 A1 [0008, 0010, 0015]
- EP 2259284 A2 [0012]
- DE 102011052499 A1 [0012]
- DE 102007051419 A1 [0013]
- EP 2546856 A1 [0014]
