DE19601881A1 - Überwachungseinrichtung für Strom- und Leistungsaufnahme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwa­ chung der Strom- und Leistungsaufnahme elektrischer Betriebs­ mittel, bei zumindest einer Schnittstelle zu Informations­ übertragungs- und/oder zu Informationsverarbeitungssystemen, um auf ordnungsgemäße Verbraucherprofile zu prüfen.

Bekannt sind Systeme für das Energiemanagement, um Verbrau­ cher nach vorgegebener Rangordnung Energie und Kosten mini­ mierend anzuschließen. Bekannt sind auch die verschiedensten Anordnungen von Strom und Spannungssensoren, um Istzustände für die verschiedenartigsten Steuerungen bereitzustellen. Ebenso sind Leitungsschutzschalter hinlänglich gebräuchlich, um Leitungen und Verbraucher vor zu hoher und die technischen Mittel schädigender Strom- und Leistungsaufnahme zu schützen.

In den elektrischen Anlagen in Industrie, Gewerbe und Haus­ halt werden zunehmend elektrische Betriebsmittel eingesetzt, deren ordnungsgemäße Versorgung mit elektrischer Energie und deren Funktion absolut unerläßlich ist, um Schäden vorzubeu­ gen. Beispiele für derartige elektrische Betriebsmittel und Verbraucher sind: medizinische Geräte, Alarmanlagen sowie Ge­ frier- und Kühlgeräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungs­ einrichtung für Strom- und Leistungsaufnahme bereitzustellen, die auf ordnungsgemäße Verbraucherprofile prüft, um Schäden vorzubeugen.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt durch eine Ein­ richtung nach Patentanspruch 1. Hierbei sind Stromsensoren zur Überwachung zumindest eines Außenleiters, des Neutral­ leiters und des Schutzleiters angeordnet. Es sind Spannungs­ sensoren angeordnet für gegebenenfalls Wechselspannungsnetze, die bei einem bis drei Außenleitern gegen den Neutralleiter geschaltet sind und bei dreipoligen Versorgungen Außenleiter gegen Außenleiter geschaltet sind. Gegebenenfalls sind Span­ nungssensoren für Gleichspannungsnetze angeordnet, und zwar zwischen dem Pluspol und dem Minuspol eingeschaltet. Die von den Sensoren gemessenen Werte werden einer Informationsver­ arbeitungseinheit zugeführt. Hierdurch kann ein Vergleich zu in der Informationsverarbeitungseinheit vorgegebenen oder zu dieser eingegebenen Erwartungswerten im Sinne bestimmter Ver­ braucherprofile vorgenommen werden. Wenn das erwartete Ver­ braucherprofil erfüllt ist, kann eine Meldung für ordnungs­ gemäßen Betrieb abgegeben werden. Anderenfalls kann eine Ge­ fahrmeldung mit nachfolgender Abschaltung erfolgen oder die Einrichtung kann auch so ausgeführt sein, daß eine Abschal­ tung durch sie selbst durch geeignete Schaltmittel erfolgt.

Die Überwachung der Strom- und Leistungsaufnahme von ange­ schlossenen Betriebsmitteln und Verbrauchern und die Verknüp­ fung mit einem Informationsübertragungs- und Informations­ verarbeitungssystem, beispielsweise dem Bus der European In­ stallation Bus Association, EIBA, oder dem Koala-Bus, ermög­ licht es, Verbraucher auf vorgesehene Betriebsweise hin zu überwachen. So kann der Ausfall der Versorgungsspannung über eine längere Zeitdauer von beispielsweise mehr als 0,1 Sekun­ den, eine unzulässige Spannungsüberhöhung sowie bei Ausfall der Stromaufnahme trotz anliegender Versorgungsspannung auf­ grund eines Gerätedefektes erkannt werden, so daß schadens­ verhütende Maßnahmen programmiert oder nach menschlicher Ent­ scheidung getroffen werden können, je nach Auslegung der In­ formationsverarbeitungseinheit. So können Wach- und Wartungs­ dienste aktiviert werden.

Nach einer Weiterbildung der Überwachungseinrichtung ist die­ se dafür ausgelegt oder programmiert, nachstehende Erfassun­ gen und Bewertungen durchzuführen:

• - Ist die Versorgungsspannung vorhanden und im zulässigen Be­ reich der Nennspannung?
• - Ist die Verbraucherseite mit einem zulässigen Betriebsmit­ tel beschaltet?
• - Ist das Integral der Stromaufnahme auf der Verbraucherseite über einen vorbestimmbaren Zeitraum innerhalb eines zuläs­ sigen Bereichs?
• - Ist ein im Schutzleiter fließender Strom unterhalb eines bestimmten, vorgegebenen Grenzwertes?

Vorteilhaft kann die Überwachungseinrichtung so ausgebildet sein, daß zu überwachende Leiter durch eine Fehlerstrom­ schutzeinrichtung überwacht sind. Hierdurch kann ein Vertau­ schen von Leitern, insbesondere des Neutralleiters und des Schutzleiters, erkannt werden.

Die Überwachungseinrichtung kann vorteilhaft eine Informa­ tionsverarbeitungseinheit aufweisen, die dafür oder program­ miert ist, einen im Schutzleiter fließenden Strom auf seine Tendenz zu überwachen. So kann in bestimmten Anwendungsfällen wichtig sein, zu erkennen, ob die Stromaufnahme zunimmt oder absinkt. Die Überwachungseinrichtung kann vorteilhaft eine Informationsverarbeitungseinheit aufweisen, die durch eine interne Stromversorgung gegen Netzausfall gepuffert ist.

Es kann vorteilhaft sein, die Überwachungseinrichtung in ei­ ner gebräuchlichen Installationssteckdose auszubilden. Ande­ rerseits kann es auch vorteilhaft sein, die Überwachungsein­ richtung in einem Adapter zwischen einer Steckdose und einem zu überwachenden Gerät auszubilden. Schließlich kann die Überwachungseinrichtung in einem Betriebsmittel selbst unter­ gebracht sein, so daß dieses Betriebsmittel auf wichtige oder auf gewünschte Funktionen überwacht ist.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden:

Die Einrichtung 1 zur Überwachung der Strom- und Leistungs­ aufnahme elektrischer Betriebsmittel weist Schnittstellen 2, 3 und 4 zu Informationsübertragungssystemen auf, an die auch Informationsverarbeitungssysteme angeschlossen sein können, so daß auch diese Informationsverarbeitungssysteme als ange­ schlossen angesehen werden können. Andererseits können Infor­ mationsverarbeitungssysteme auch unmittelbar an den Schnitt­ stellen angeschlossen sein. Im Ausführungsbeispiel kann 2 die Schnittstelle zu einem bestimmten Stellglied sein, die Schnittstelle 3 als simpler Ausgang ausgeführt sein, der zu einem EIBA- oder Koala-Bus führt, und die Schnittstelle 4 als Modem zu einem Telekomnetz ausgeführt sein.

Die Übertragungseinrichtung weist eine Versorgungsseite 5 und eine Verbraucherseite 6 auf, an der im Ausführungsbeispiel ein elektrisches Betriebsmittel, oder allgemein ein elektri­ scher Verbraucher 7, angeschlossen ist. Der Übertragungsein­ richtung 1 sind Stromsensoren 8 und 9 zur Überwachung eines Außenleiters L und eines Schutzleiters PE angeordnet. Mit N ist ein Neutralleiter bezeichnet. Weiter sind Überspannungs­ schutzorgane 10 angeordnet. Der Spannungssensor 12 ist zwi­ schen Außenleiter und Neutralleiter eingeschaltet und gibt die Spannung des Außenleiters wieder. Dem Ausführungsbeispiel ist ein häufig verwendetes Wechselspannungsnetz mit einem Au­ ßenleiter zugrunde gelegt.

In der Überwachungseinrichtung nach Ausführungsbeispiel ist weiter ein Summenstromwandler 11 angeordnet. Durch den Sum­ menstromwandler 11 ist der Außenleiter L und der rückführende Neutralleiter N hindurchgeführt. Bei einem Ungleichgewicht der über den Außenleiter L zum Verbraucher hineinfließenden Ströme und der vom Verbraucher über den Neutralleiter N zu­ rückfließenden Ströme kann über eine übliche Sekundärwicklung des Summenstromwandlers die Leiter 13 eine Spannung der In­ formationsverarbeitungseinheit 14 über einen Analogdigital­ wandler 15 zugeführt werden. Der Summenstromwandler 11 einer Fehlerstromschutzeinrichtung gibt sekundärseitig über die Leiter 13 eine Spannung ab, wenn fälschlich der Schutzleiter anstelle des Neutralleiters angeschlossen ist. Er überwacht damit auch eine gefährliche Vertauschung.

Die Überwachungseinrichtung 1 weist ein Netzteil 17, einen A/D-Wandler 15 und einen Speicher 16 auf, um die Informati­ onsverarbeitungseinheit 14 mit Betriebsspannung und Informa­ tion zu versorgen, wobei der Speicher 16 den Betrieb zur In­ formationsverarbeitungseinheit aufrechterhält, wenn die Netz­ spannung unterbrochen ist.

Der Spannungssensor 12 prüft, ob die Versorgungsspannung auf der Versorgungsseite vorhanden ist und ermöglicht im Zusam­ menspiel mit der Informationsverarbeitungseinheit 14 die Ver­ sorgungsspannung in einem zulässigen Bereich der Nennspannung liegt. Zusammen mit einem vom Stromsensor 8 abgegebenen Meß­ wert kann anhand der Daten eines Verbraucherprofils durch die Informationsverarbeitungseinheit 14 festgestellt werden, ob die Verbraucherseite mit einem zulässigen Betriebsmittel be­ schaltet ist. In diesem Zusammenhang ist auch die Prüfung aussagekräftig, ob das Integral der Stromaufnahme auf der Verbraucherseite über einen vorbestimmbaren Zeitraum inner­ halb eines zulässigen Bereichs liegt. Der Stromsensor 9 im Schutzleiter PE führt der Informationsverarbeitungseinheit 14 die Information über im Schutzleiter fließende Ströme zu. Die Informationsverarbeitungseinheit 14 kann dadurch anhand vor­ gegebener Daten bestimmen, ob dieser Strom unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt, der einem sicheren Betrieb zu­ geordnet ist.

Die Stromsensoren 8 und 9 können in bekannter Technik ausge­ führt sein, beispielsweise als Shunts oder als Stromwandler. Ihr Meßbereich deckt vorteilhaft den Bereich von 1 mA bis zum zweifachen Nennstrom der zu überwachenden Versorgung ab. Überspannungschutzorgane, z. B. spannungsabhängige Widerstände 10, dienen als Schutz gegen zu hohe Überströme und Kurz­ schlußströme. Sie schützen die Stromsensoren. Der Spannungs­ sensor kann in bekannter Technik, beispielsweise als Span­ nungsteiler oder Spannungswandler ausgeführt sein. Ihr Meßbe­ reich deckt vorteilhaft den Bereich vom 1/2fachen bis zum 2fachen der Nennspannung der zu überwachenden Versorgung ab. Als Schutz gegen Überspannungen kann auch der Spannungssenso­ ren mit einem spannungsabhängigen Widerstand beschaltet sein. Die Informationsverarbeitungseinheit 14 kann in bekannter Di­ gitaltechnik arbeiten und mit einem Mikroprozessor, Arbeits­ speicher und Programmspeicher aufgebaut sein.

Der für einen Überwachungsmodus notwendige Toleranzbereich der Stromaufnahme kann in der Informationsverarbeitungsein­ heit programmiert sein oder in einem Selbstlern-Zyklus ermit­ telt werden.

Bei der Integration der Stromaufnahme eines Verbrauchers 7 sollte sich die Integrationszeit nach der Einschaltdauer von Verbrauchergeräten mit veränderlichem Strombedarf orientie­ ren, wie es für Gefrier- und Kühlgeräte angebracht ist. Bei derartigen Geräten kann ein berücksichtigter Tag/Nacht-Zyklus vorteilhaft sein.

Claims (7)

1. Einrichtung (1) zur Überwachung der Strom- und Leistungs­ aufnahme elektrischer Betriebsmittel, bei zumindest einer Schnittstelle (2, 3, 4) zu Informationsübertragungs- und/oder zu Informationsverarbeitungssystemen,

• - wobei Stromsensoren (8, 9) zur Überwachung zumindest eines Außenleiters (L) und des Schutzleiters (PE) angeordnet sind,
• - und wobei zumindest ein Spannungssensor (12) für gegebenen­ falls Wechselspannungsnetze angeordnet ist, der bei einem Au­ ßenleiter (L) bis zu drei Außenleitern gegen den Neutrallei­ ter (N) geschaltet ist, und bei dreipoligen Versorgungen Au­ ßenleiter gegen Außenleiter geschaltet sind, und/oder zumin­ dest ein Spannungssensor (12) für Gleichspannungsnetze zwi­ schen dem Pluspol und dem Minuspol eingeschaltet ist,
• - und wobei eine Informationsverarbeitungseinheit (14) vorge­ sehen ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie dafür ausgelegt oder programmiert ist, nachstehende Erfassungen und Bewertungen durchzuführen:

• - Ist die Versorgungsspannung vorhanden und im zulässigen Be­ reich der Nennspannung?
• - Ist die Verbraucherseite (6) mit einem zulässigen Betriebs­ mittel beschaltet?
• - Ist das Integral zur Stromaufnahme auf der Verbraucherseite (6) über einen vorbestimmbaren Zeitraum innerhalb eines zu­ lässigen Bereichs?
• - Ist ein im Schutzleiter (PE) fließender Strom unterhalb ei­ nes vorgegebenen Grenzwertes?
• 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu überwachende Leiter durch eine Fehlerstromschutzein­ richtung (11) überwacht sind.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsverarbeitungseinheit (14) auch dafür aus­ gelegt oder programmiert ist, einen im Schutzleiter fließen­ den Strom auf seine Tendenz zu überwachen.

5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsverarbeitungseinheit (14) durch eine in­ terne Stromversorgung (16) gegen Netzausfall gepuffert ist.

6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Steckdose ausgebildet ist.

7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Adapter zwischen Steckdose und einem zu überwachenden Verbrauchergerät ausgebildet ist.

8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Betriebsmittel ausgebildet ist.