EP2880452A1 - Verfahren zur ermittlung eines durch einen elektrischen leiter fliessenden stromes - Google Patents

Verfahren zur ermittlung eines durch einen elektrischen leiter fliessenden stromes

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Publication number
EP2880452A1
EP2880452A1 EP13756368.0A EP13756368A EP2880452A1 EP 2880452 A1 EP2880452 A1 EP 2880452A1 EP 13756368 A EP13756368 A EP 13756368A EP 2880452 A1 EP2880452 A1 EP 2880452A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistor
measuring
conductor
electrical
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13756368.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Behringer
Martin Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2880452A1 publication Critical patent/EP2880452A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a current flowing through an electrical conductor and a current measuring arrangement.
  • circuit breakers lines and / or consumers of an electrical circuit are protected, such as electric motors by interrupting an overloaded electrical current flowing through the lines.
  • the first is the short circuit case in which the electric circuit has virtually no electrical resistance, and the electric current is thus comparatively large. This leads to an overload of the lines, which are not designed for such current carrying capacity and thus melt or otherwise destroyed. In such a case, the fastest possible interruption of the electric current flow is needed.
  • the second case is called a so-called overload case. In this occurs briefly a higher electrical current, for example during a start-up phase of the electric motor. This current flow must be tolerated as long as the I 2 t value is below a certain threshold. Consequently, the value of the electric current flowing through the lines must be known precisely.
  • circuit breakers have a bimetallic strip connected in the current path. If there is excessive current flow through the bimetal switch, it is heated and bent due to its material properties, whereupon the current path is interrupted.
  • the disadvantage of such a system on the one hand, the relatively slow reaction and on the other hand, the comparatively large tolerance range, which prevents a precise adjustment of the triggering of the circuit breaker at a defined current flow.
  • the current flow through one of the lines is measured, for example by means of a Hall sensor or a current transformer.
  • the respective sensor is connected to evaluation electronics, by means of which, when the current of a predefined threshold is exceeded, a circuit breaker is actuated which interrupts the circuit.
  • the disadvantage of such a measuring arrangement is that the sensor and the evaluation electronics connected thereto are essentially at the same electrical potential as the line to be monitored. Consequently, if the line is at a comparatively high potential compared to
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable method for determining a current flowing through an electrical conductor, the
  • a further object of the invention is to specify a particularly suitable current measuring arrangement and a particularly suitable circuit breaker, which can be manufactured comparatively inexpensively and, in particular, comparatively precisely adjustable to a tripping current.
  • the method for determining an electric current flowing through an electrical conductor provides that because the voltage drop across a first resistor of two resistor arrangements electrical voltage is detected, which are each electrically contacted with the electrical conductor and a, preferably common, reference potential.
  • a measuring resistor with a defined resistance value is located between the two contact points of the resistor arrangements with the conductor.
  • the resistance value of the measuring resistor is preferably less than 1 ⁇ , preferably less than 500mQ and in particular less than 100m ⁇ .
  • the resistance values of the first resistors are preferably between 100 ⁇ and 10kQ, for example at IkQ.
  • the electrical voltage across the measuring resistor is calculated, also referred to as measuring voltage, and this value is divided with the resistance of the measuring resistor for determining the current flowing through the measuring resistor and thus also through the electrical conductor. If the resistor arrangements each comprise only the first resistor, the difference between the two electrical voltages occurring across the first resistor corresponds to the measuring voltage.
  • the first resistor arrangement on one of the sides of the measuring resistor and the second resistor arrangement on the remaining side of the measuring resistor are contacted with the electrical conductor.
  • the two resistor arrangements are connected in parallel to each other, wherein the measuring resistor is arranged in series with one of the resistance arrangements.
  • the proposed method it is possible by means of variation and adjustment of the reference potential to select the area within which the first electrical voltage is relatively free. This simplifies the determination of the electrical voltage, since, for example, certain measuring devices can be used. Particular preference is given to ground as the reference potential, and in particular earth. In this way, insulation and / or galvanic separation of the measuring device used to detect the electrical voltage arising across the first resistor can be omitted. Furthermore, it is not necessary to check the stability of the reference potential and readjust if necessary. In addition, a wiring and / or cabling is reduced, since the first resistor can in principle be performed against each grounded component, such as a housing.
  • a second resistor is arranged between the conductor and the first resistor of at least one of the resistance orders, preferably both.
  • the second resistor is connected directly on the one hand to the electrical conductor and on the other hand to the first resistor electrically conductive.
  • the resistor arrangement has in each case the first resistor and the second resistor, wherein the voltage tap occurs between these and the reference potential.
  • the resistor arrangement has further electrical resistors and / or capacitors which are connected in parallel or in series with the two resistors in each case or together.
  • the electrical voltage occurring across the first resistor is adjusted, if this is not done by means of the reference potential.
  • a current flow through the first resistor is limited below 3.5mA by means of the second resistor.
  • the resistor assembly comprises only the second and first resistors connected in series with one another, the current flow through the complete resistor assembly to the reference potential is limited to below 3.5mA. In this way, the electrical losses are reduced and increased efficiency of the process.
  • ground is chosen as the reference potential
  • the second resistor has a resistance value such that the electrical voltage IV, in particular 0.5 V, occurring across the first resistor does not exceed 5, even if the conductor to ground has a potential difference of 100 V and
  • the structure of the first resistor arrangement corresponds to the second resistor arrangement.
  • the resistance of the first resistors and in particular the second resistors is the same size.
  • the difference between the first electrical voltage and the second electrical voltage is equal to the measuring voltage multiplied by the resistance value of the first resistor 15 divided by the sum of the resistance values of the first and the second resistor.
  • This type of calculation is independent of the direction of current flow through the measuring resistor. Consequently, it is possible to apply the method in both DC and AC.
  • the current determined in this way is carried out as part of a method for determining an electrical energy flowing through an electrical conductor. This is additionally by means of the detected first
  • the reference potential is equal to ground.
  • the electrical voltage of the conductor is equal to the first electrical voltage, provided that the resistor arrangement only the
  • the electrical voltage of the conductor is the sum of the electrical voltage arising across the first and the second resistor. If other components are used, which are arranged in parallel or in series with the first resistor, these are taken into account. In this case, the electrical voltage can be calculated, since on the one hand the resistances state of the components used and on the other hand their interconnection is known, and a reference voltage, namely the first or second voltage is detected. Consequently, it is possible to calculate the electrical energy that is proportional to the product of the electric voltage and the electric current. If alternating current flows through the electrical conductor, it is possible to determine the phase and the offset of the electrical voltage to the electric current.
  • the current measuring arrangement for determining a current flowing through an electrical conductor comprises a measuring circuit which is connected in parallel with a measuring resistor introduced into the conductor. Under introduced into the conductor is understood that the measuring resistor is contacted with the electrical conductor and thus carries a portion of the current.
  • the measuring resistor is connected in parallel either to the electrical conductor or particularly preferably the measuring resistor forms the conductor. In other words, it is a series connection.
  • the measuring circuit comprises a first resistor arrangement and a second resistor arrangement, which are contacted with the electrical conductor.
  • the resistance arrangements at least partially form the connection points of the
  • Measuring circuit by means of which this is connected in parallel to the measuring resistor.
  • the first and the second resistor arrangement are preferably electrically contacted with each other, wherein this contact point is at a reference potential.
  • the two resistor assemblies are each performed separately against the reference potential.
  • Each resistor arrangement has a first resistor, to each of which an electrical voltage meter is connected in parallel.
  • the difference between the two determined electrical voltages is used for this purpose, which is equal to the electrical voltage across the measuring resistor, for example. This value is divided, for example, with the resistance value of the measuring resistor to obtain the value of the electric current.
  • the measuring circuit preferably comprises a microchip which is provided and suitable for carrying out the method according to the invention. It is true that the measuring circuit has two voltage measuring devices in order to determine the electrical voltage that occurs across the measuring resistor. However, the electrical voltages to be detected are comparatively large even with a comparatively low-impedance measuring resistor, so that comparatively cost-effective voltage measuring devices can be used without a comparatively complicated amplifier circuit.
  • the reference potential is ground.
  • the first and second resistor arrangement is grounded and grounded, for example. In this way, it is possible to manufacture the measuring circuit comparatively easily, since on the one hand the reference potential does not have to be stabilized and, on the other hand, a ground connection can be realized comparatively easily in the region of the respective resistor arrangement.
  • the first resistor is contacted directly with the reference potential.
  • the voltage difference between the reference potential and the remaining side of the first resistor is measured by means of the voltage measuring device, which is contacted for example directly with the electrical conductor.
  • the voltage measurement device detects that electrical voltage on which the conductor is opposite to the reference potential.
  • the wiring complexity of the measuring circuit is reduced when contacting the first resistor with ground, especially since different spatial areas can be selected as the respective contact points of the voltage measuring device and the first resistor, such as different housing sections.
  • At least one of the resistor assemblies comprises a voltage divider having a second resistor connected in series with the first resistor.
  • the first resistor is preferably directly connected to ground, and in particular the second resistor is contacted directly to the electrical conductor.
  • this makes it possible to limit a current flow through the respective resistor arrangement, for example to less than 3.5 mA, which increases the efficiency of the measuring circuit.
  • the electrical voltage occurring at the first resistor is comparatively low. Consequently, it is not necessary to galvanically isolate the voltmeter. Also, effects in the electrical voltage caused due to the measuring operation are reduced by means of the second resistance within the electric current flowing through the conductor.
  • At least one of the two voltage measuring devices comprises an analogue amplifier. Consequently, it is possible to detect by means of the voltmeter also comparatively small electrical see voltages.
  • the voltage measuring device or devices each have a sigma-delta converter, by means of which, in particular, a digital word is created from the detected value.
  • the sigma-delta converter also referred to as a sigma-delta modulator, has a differential input connected to one of the two voltage meters. In other words, the difference between the first voltage and the second voltage is determined by means of the sigma
  • Delta converter created and preferably converted this difference into a digital word. Due to the comparatively high dynamics of the sigma-delta converter, an additional amplifier is not required and the measurement quality is increased due to the comparatively high signal-to-noise ratio (SNR).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the circuit breaker has a circuit breaker by means of which a current flowing through an electrical conductor can be interrupted.
  • the power switch is, for example, a transistor, in particular an IGBT, or a thyristor, for example a GTO thyristor, or an electromagnetic trigger.
  • the circuit breaker is incorporated in the electrical conductor.
  • the power switch forms part of the current path and has a series connection to the conductor.
  • Circuit breaker is actuated for example by means of a drive circuit, in particular a microchip.
  • a measuring resistor is introduced into the conductor and preferably connected in series with the circuit breaker. From the voltage across the measuring resistor electrical voltage is closed to the current flowing through the conductor current.
  • the power switch is preferably actuated as a function of a characteristic curve.
  • the circuit breaker is opened immediately as soon as a short circuit condition has been detected by means of the measuring resistor. In the case of overload, on the other hand, the triggering of the power Switch depending on the current and the time that the overload case persists.
  • the measuring resistor is bridged with the measuring circuit having the first and the second resistor arrangement.
  • the measuring circuit is connected in parallel to the measuring resistor.
  • the current flowing through the measuring resistor is determined by the proposed method.
  • the on-control circuit of the circuit breaker is arranged and provided to carry out the method.
  • a number of such circuit breaker is combined to form a multi-phase protection circuit, which contains even more components.
  • a conductor strand is monitored by means of each circuit breaker, which carry an alternating current.
  • the frequency of the electrical currents of the conductor strands is the same, but the currents are shifted from each other by one phase.
  • the phase of the alternating currents is 120 ° to each other and by means of
  • Protection circuit are monitored three conductor strands.
  • each circuit breaker is directed against a common reference potential, which reduces the wiring effort.
  • the resistance arrangements are contacted with one another substantially at one point, a so-called neutral point or in a comparatively spatially limited area, in order to reduce any potential differences occurring between the resistance arrangements.
  • the reference potential is ground and in particular the star point is contacted with ground.
  • the drive circuits of the individual circuit breakers are integrated in a common drive circuit and the evaluation of the electrical voltages is preferably carried out by means of a common microchip.
  • an electric motor 2 is shown schematically simplified, which is supplied by means of three conductor strands 4 with electrical energy.
  • each conductor strand 4 carries an alternating electrical current I and in the motor, the individual conductor strands are contacted with each other via coils.
  • the electric motor 2 for this purpose has a so-called triangular circuit.
  • the electric motor 2 is preceded by a multi-phase protection circuit 6, by means of which the electrical alternating current I flowing through the conductor strands 4 is monitored, and by means of which the current flow is interrupted in a short-circuit or overload case.
  • the multi-phase protection circuit 6 comprises three circuit breakers 8, each of which is incorporated in each one of the conductor strands 4.
  • the circuit breakers 8 are constructed substantially the same and each have a power switch 10 and a current measuring arrangement 12, which are introduced into each other in series in the conductor strand 4.
  • Each circuit breaker 8 further includes control electronics 14, which may be part of the current measuring arrangement 12.
  • control electronics 14 By means of the control electronics 14, a measurement result 16 of the current measuring arrangement 12 is processed and an actuation signal 18 is generated, as a function of which the respective circuit breaker 10 is in an open or closed position.
  • the first of the circuit breakers 10 shown is in an open state. Neten position, whereas the remaining power switches 10 are in a conductive state. 2 shows two of the three current measuring arrangements 12.
  • Each current measuring arrangement 12 comprises a measuring resistor 20 which is bridged by means of a measuring circuit 22.
  • the resistance R of the measuring resistor 20 is smaller than 1 ⁇ and equal to 0.05 ⁇ .
  • Each measuring circuit 22 has two resistor arrangements 24 with a voltage divider 26.
  • Each voltage divider 26 comprises a second resistor 28, which is electrically contacted on one side with the associated conductor strand 4.
  • the measuring resistor 20 is arranged between the two contact points of the second resistors 28 with the electrical conductor 4 of each of the current measuring arrangements 12.
  • the remaining end of each second resistor 28 is electrically contacted with a first resistor 30, whose remaining end is guided in each case against a common star point 32 of the polyphase protective circuit 6.
  • the second resistor 28 and the first resistor 30 are connected in series between the respective conductor strand 4 and the common star point 32.
  • the resistance arrangements 24 of the protection switch 8, not shown, are also guided against the common star point 32.
  • the star point 32 is at a reference potential P and is contacted with ground, in particular with ground. In other words, P mass M is selected as the reference potential.
  • the star point 32 is electrically contacted with a grounded housing of the polyphase protection circuit 6.
  • Each first resistor 30 is bridged by a high-impedance voltage measuring device 34, by means of which a voltage drop across the first resistor 30 electrical voltage is detected.
  • each voltage measuring device 34 has a sigma-delta modulator 36, by means of which the measured value is converted into a digital word.
  • the resistance arrangement 24 of each of the measuring circuits 22 shown on the left is referred to as the first resistance arrangement 24, and the electrical voltage occurring across the first resistance 30 of the first resistance arrangement 24 is referred to as the first electrical voltage U1.
  • the resistor arrangements 24 shown on the right are referred to as second resistor arrangements and the electrical voltage occurring at the first resistor 30 of the second resistor arrangement 24 as the second electrical voltage U2.
  • the resistance value R2 of the second resistor 28 is dimensioned such that the electrical current flowing through the respective resistor arrangement 24 to the neutral point 32 does not exceed a value of 3.5 mA.
  • the resistance value R1 of the first resistor 30 is selected such that both the first electrical voltage Ul and the second electrical voltage U2 are always less than 5V, even if the potential difference between the conductor strand 4 and the reference potential P is greater than 100V.
  • the resistance Rl preferably carries 1 hundredth of the resistance value R2.
  • a flowchart shows a method 38, by means of which the alternating current I flowing through one of the conductor strands 4 is determined and after which each of the circuit breaker 8 is operated.
  • a first voltage detection step 40 the first electrical voltage U1 is detected by means of the voltage measuring device 34.
  • the second electrical voltage U2 is detected in a second voltage detection step.
  • a digital word is generated in each case by means of the sigma-delta converter 36 and sent to the control electronics 14.
  • the measurement voltage U resulting from the measuring resistor 20 is calculated.
  • the first electrical voltage Ul is subtracted from the second electrical voltage U2 and this value with the sum of the known resistance value of the first measuring resistor Rl and the known resistance value of the second measuring resistor R2 multiplied. The result is divided by the resistance of the first resistor Rl and used as the measurement voltage U.
  • a subsequent current determination step 46 the measuring voltage U is divided by the resistance value of the measuring resistor R in order to obtain the value of the electrical current I flowing through the conductor strand 4. If this value exceeds a predefined short-circuit threshold, the power switch 10 is actuated in an actuation step 48 and the current flow through the conductor strand 4 is interrupted, that is, the actuation signal 18 is created. The interruption also occurs when an overload case continues for a certain period of time, which exceeds the current carrying capacity of the conductor strand 4.
  • the current detection method 38 is used to determine the current flowing through the conductor strand 4 electric current I.
  • the electrical voltage ü 1 arising across the entire first resistance arrangement 24 is calculated from the detected first electrical voltage U 1 and the known resistance value of the first resistor and the second resistor R 1, R 2 .
  • the potential difference between the conductor strand 4 and the reference potential P is calculated.
  • the electrical energy transmitted through the conductor strand 4 is calculated by multiplying the two values from the calculated conductor voltage ü 1 and the calculated electrical current I.
  • the invention is not limited to the embodiment described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (38) zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter (4) fließenden Stromes (I), in den ein Messwiderstand (20) eingebracht ist. Eine erste elektrische Spannung (U1) wird erfasst, die über einen ersten Widerstand (30) mit einem ersten Widerstandswert (R1) einer auf einer der Seiten des Messwiderstands (20) mit dem Leiter (4) elektrisch kontaktierten und gegen ein Bezugspotential (P) geführte ersten Widerstandsanordnung (24) abfällt. Eine zweite elektrische Spannung (U2) wird erfasst, die über einen ersten Widerstand (30) mit einem ersten Widerstandswert (R1) einer auf der anderen Seite des Messwiderstands (20) mit dem Leiter (4) elektrisch kontaktierten und gegen das Bezugspotential (P) geführte zweiten Widerstandsanordnung (24) abfällt. Aus der Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannung (U1, U2) wird eine über den Messwiderstand (20) abfallende elektrische Messspannung (U) errechnet und mit dem Widerstandswert (R) des Messwiderstands (20) dividiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes, sowie eine Strommessanordnung. Mittels Schutzschaltern werden Leitungen und/oder Verbraucher eines elektrischen Stromkreises geschützt, wie zum Beispiel Elektromotoren, indem bei einer Überbelastung ein durch die Leitungen fließende elektrische Strom unterbrochen wird. Dabei wird zwischen zwei Anwendungsfällen unterschieden, für die der Schutzschalter geeignet sein muss. Der erste ist der Kurzschlussfall, bei dem der elektrische Stromkreis praktisch keinen elektrischen Widerstand aufweist, und der elektrische Strom somit vergleichsweise groß ist. Dies führt zu einer Überbelastung der Leitungen, die auf eine derartige Strom- tragfähigkeit nicht ausgelegt sind und somit schmelzen oder anderweitig zerstört werden. In einem derartigen Fall ist das möglichst schnelle Unterbrechen des elektrischen Stromflusses von Nöten. Der zweite Fall wird als sogenannter Überlastfall bezeichnet. Bei diesem tritt kurzzeitig ein erhöhter elektrischer Strom auf, beispielsweise während einer Anlaufphase des Elektromotors. Dabei ist dieser Stromfluss zu tolerieren, solange der I2t-Wert unterhalb einer bestimmten Grenzschwelle ist. Hier- für muss folglich der Wert des durch die Leitungen fließenden elektrischen Stroms präzise bekannt sein.
Herkömmliche Schutzschalter weisen einen Bimetallstreifen auf, der in den Strompfad geschalten ist. Bei einem übermäßi- gen Stromfluss durch den Bimetallschalter wird dieser erwärmt und aufgrund seiner Materialeigenschaften verbogen, worauf der Strompfad unterbrochen wird. Nachteilig bei einem derartigen System ist einerseits die relativ träge Reaktion und andererseits der vergleichsweise große Toleranzbereich, der eine präzise Einstellung des Auslösens des Schutzschalters bei einem definierten Stromfluss verhindert. Alternativ hierzu wird der Stromfluss durch eine der Leitungen gemessen, beispielsweise mittels eines Hall-Sensors oder eines Stromwandlers. Der jeweilige Sensor ist mit einer Auswerteelektronik verbunden, mittels derer bei einem Überschreiten des Stroms einer vordefinierten Schwelle ein Leis- tungsschalter betätigt wird, der den Stromkreis unterbricht. Nachteilig bei einer derartigen Messanordnung ist, dass der Sensor und die hiermit verbundene Auswerteelektronik im Wesentlichen auf dem gleichen elektrischen Potential liegen, wie die zu überwachende Leitung. Falls folglich die Leitung auf einem vergleichsweise hohen Potential im Vergleich zu
Masse liegt, ist daher eine galvanische Trennung des Sensors und der Auswerteelektronik nötig, um einen möglichen Kurz- schluss, zum Beispiel über einen Lichtbogen, zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes anzugeben, das
geeigneterweise auch bei einem hohen elektrischen Potential des Leiters gegenüber Masse sicher und ohne zusätzliche gal- vanische Trennung möglich ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine besonders geeignete Strommessanordnung und einen besonders geeigneten Schutzschalter anzugeben, der insbesondere vergleichsweise kostengünstig herstellbar und vorzugsweise auf einen Auslösestrom vergleichsweise genau einstellbar ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- Sprüche.
Das Verfahren zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden elektrischen Stromes sieht vor, dass je- weils die über einen ersten Widerstand zweier Widerstandsanordnungen abfallende elektrische Spannung erfasst wird, die jeweils mit dem elektrischen Leiter und einem, vorzugsweise gemeinsamen, Bezugspotential elektrisch kontaktiert sind. Da- bei befindet sich zwischen den beiden Kontaktpunkten der Widerstandsanordnungen mit dem Leiter ein Messwiderstand mit einem definierten Widerstandswert. Der Widerstandswert des Messwiderstands ist hierbei vorzugsweise kleiner 1Ω vorzugsweise kleiner 500mQ und insbesondere kleiner lOOmQ. Die Wi- derstandswerte der ersten Widerstände liegen vorzugsweise zwischen 100Ω und 10kQ, beispielsweise bei lkQ.
Aus der Differenz der ermittelten elektrischen Spannungen wird die über dem Messwiderstand anfallende elektrische Span- nung berechnet, auch als Messspannung bezeichnet, und dieser Wert mit dem Widerstandswert des Messwiderstands zur Ermittlung des durch den Messwiderstand und somit auch durch den elektrischen Leiter fließenden Stromes dividiert. Sofern die Widerstandsanordnungen jeweils lediglich den ersten Wider- stand umfassen, entspricht die Differenz der beiden über den ersten Widerstand anfallenden elektrischen Spannungen der MessSpannung .
Mit anderen Worten sind die erste Widerstandsanordnung auf einer der Seiten des Messwiderstands und die zweite Widerstandsanordnung auf der verbleibenden Seite des Messwiderstands mit dem elektrischen Leiter kontaktiert. Somit sind die beiden Widerstandsanordnungen zueinander parallel geschalten, wobei der Messwiderstand in Reihe zu einer der Wi- derstandsanordnungen angeordnet ist.
Aufgrund des vorgeschlagenen Verfahrens ist es möglich, mittels Variation und Einstellung des Bezugspotentials den Bereich, innerhalb dessen die erste elektrische Spannung liegt, vergleichsweise frei zu wählen. Dies vereinfacht die Ermittlung der elektrischen Spannung, da zum Beispiel bestimmte Messgeräte verwendet werden können. Besonders bevorzugt wird als Bezugspotential Masse gewählt, und insbesondere Erde. Auf diese Weise kann eine Isolierung und/oder galvanische Trennung des zur Erfassung der über den ersten Widerstand anfallenden elektrischen Spannung dienenden Messgeräts unterbleiben. Ferner ist es nicht erforderlich, die Stabilität des Bezugspotentials zu überprüfen und ggf. nachzuregeln . Darüber hinaus ist ein Verschaltungs- und/oder Verkabelungsaufwand reduziert, da der erste Widerstand prinzipiell gegen jedes mit Masse verbundenes Bauteil geführt werden kann, wie zum Beispiel ein Gehäuse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwischen dem Leiter und dem ersten Widerstand zumindest einer der Widerstandsordnung, vorzugsweise beider, ein zwei- ter Widerstand angeordnet. Beispielsweise ist der zweite Widerstand direkt einerseits mit dem elektrischen Leiter und andererseits mit dem ersten Widerstand elektrisch leitende verbunden. Mit anderen Worten weist die Widerstandsanordnung jeweils den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand auf, wobei der Spannungsabgriff zwischen diesen und dem Bezugspotential erfolgt. Insbesondere weist die Widerstandsanordnung weitere elektrische Widerstände und/oder Kondensatoren auf, die zu den beiden Widerständen jeweils oder gemeinsam parallel- oder in Reihe geschaltet sind.
Mittels der Verwendung des zweiten Widerstands wird die über den ersten Widerstand anfallende elektrische Spannung eingestellt, sofern dies nicht mittels des Bezugspotentials erfolgt. Insbesondere wird mittels des zweiten Widerstands ein Stromfluss durch den ersten Widerstand auf unter 3,5mA begrenzt. Falls die Widerstandsanordnung lediglich den zweiten und ersten Widerstand umfasst, die zueinander in Reihe geschalten sind, ist somit der Stromfluss durch die vollständige Widerstandsanordnung zu dem Bezugspotential auf unter 3,5mA begrenzt. Auf diese Weise sind die elektrischen Verluste reduziert und ein Wirkungsgrad des Verfahrens erhöht. Vorzugsweise wird als Bezugspotential Masse gewählt und der zweite Widerstand weist einen derartigen Widerstandswert auf, dass die über den ersten Widerstand anfallende elektrische Spannung IV, insbesondere 0,5V, nicht übersteigt, auch wenn 5 der Leiter zur Masse eine Potentialdifferenz von 100V und
mehr aufweist.
Geeigneterweise entspricht der Aufbau der ersten Widerstandsanordnung der zweiten Widerstandsanordnung. Mit anderen World) ten ist der Widerstandswert der ersten Widerstände und insbesondere der zweiten Widerstände gleich groß. Auf diese Weise ist die Differenz zwischen der ersten elektrischen Spannung und der zweiten elektrischen Spannung gleich der Messspannung multipliziert mit dem Widerstandswert des ersten Widerstands 15 geteilt durch die Summe der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstands. Diese Art der Berechnung ist unabhängig von der Stromflussrichtung durch den Messwiderstand. Folglich ist es möglich, das Verfahren sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom anzuwenden.
20
Vorzugsweise wird der auf diese Weise ermittelte Strom im Rahmen eines Verfahrens zur Ermittlung einer durch einen elektrischen Leiter fließenden elektrischen Energie ausgeführt. Dabei wird zusätzlich mittels der erfassten ersten
25 und/oder zweiten Spannung auf die an dem Leiter gegenüber
Masse anliegende elektrische Spannung geschlossen. Hierzu ist insbesondere das Bezugspotential gleich Masse. Somit ist die elektrische Spannung des Leiters gleich der ersten elektrischen Spannung, sofern die Widerstandsanordnung lediglich den
30 ersten Widerstand aufweist.
Falls die Widerstandsanordnung den zweiten Widerstand um- fasst, ist die elektrische Spannung des Leiters die Summe der über den ersten und den zweiten Widerstand anfallenden elekt- 35 rischen Spannung. Falls weitere Bauteile verwendet werden, die parallel oder in Reihe zu dem ersten Widerstand angeordnet sind, werden diese berücksichtigt. Dabei kann die elektrische Spannung berechnet werden, da einerseits die Wider- standswerte der verwendeten Bauelemente und andererseits deren Verschaltung bekannt ist, und eine Referenzspannung, nämlich die erste oder zweite Spannung, erfasst wird. Folglich ist es möglich, die elektrische Energie zu berechnen, die proportional zu dem Produkt der elektrischen Spannung und des elektrischen Strom ist. Falls Wechselstrom durch den elektrischen Leiter fließt, ist es möglich, die Phase und den Versatz der elektrischen Spannung zu dem elektrischen Strom zu ermitteln .
Hinsichtlich der Strommessanordnung wird die Aufgabe ferner erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Strommessanordnung zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter fließenden Stroms umfasst eine Messschaltung, die zu einem in den Leiter eingebrachten Messwiderstand parallel geschalten ist. Unter in den Leiter eingebracht wird dabei verstanden, dass der Messwiderstand mit dem elektrischen Leiter kontaktiert ist und somit einen Teil des Stromes trägt. Hierfür ist der Messwiderstand entweder zu dem elektrischen Leiter parallel geschalten oder besonders bevorzugt bildet der Messwiderstand den Leiter. Mit anderen Worten han- delt es sich um eine Reihenschaltung.
Die Messschaltung umfasst eine erste Widerstandsanordnung und eine zweite Widerstandsanordnung, die mit dem elektrischen Leiter kontaktiert sind. Insbesondere bilden die Widerstands- anordnungen zumindest teilweise die Verbindungspunkte der
Messschaltung, mittels derer diese zu dem Messwiderstand parallel geschalten ist. Die erste und die zweite Widerstandsanordnung sind vorzugsweise miteinander elektrisch kontaktiert, wobei dieser Kontaktpunkt auf einem Bezugspotential liegt. Alternativ hierzu sind die beiden Widerstandsanordnungen jeweils separat gegen das Bezugspotential geführt. Jede Widerstandsanordnung weist einen ersten Widerstand auf, zu dem jeweils ein elektrisches Spannungsmessgerät parallel geschalten ist. Mit anderen Worten ist es ermöglicht, mittels der Spannungsmessgeräte die über den jeweils ersten Wider- stand anfallende elektrische Spannung zu ermitteln. Insbesondere wird hierzu die Differenz der beiden ermittelten elektrischen Spannungen herangezogen, die beispielsweise gleich der über den Messwiderstand anfallenden elektrischen Spannung ist. Dieser Wert wird zum Beispiel mit dem Widerstandswert des Messwiderstands dividiert, um den Wert des elektrischen Stromes zu erhalten. Vorzugsweise umfasst die Messschaltung einen Mikrochip, der vorgesehen und geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Zwar weist die Messschaltung zwei Spannungsmessgeräte auf, um die über den Messwiderstand anfallende elektrische Spannung zu ermitteln. Jedoch sind die zu erfassenden elektrischen Spannungen auch bei einem vergleichsweise niederohmigen Messwiderstand vergleichsweise groß, so dass vergleichsweise kos- tengünstige Spannungsmessgeräte ohne eine vergleichsweise komplizierte Verstärkerschaltung herangezogen werden können.
Vorzugsweise ist das Bezugspotential Masse. Mit anderen Worten ist die erste und zweite Widerstandsanordnung gegen Masse geführt und beispielsweise gegen Erde. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die Messschaltung vergleichsweise einfach zu fertigen, da einerseits das Bezugspotential nicht stabilisiert werden muss und andererseits ein Masseanschluss vergleichsweise einfach im Bereich der jeweiligen Widerstandsanordnung realisierbar ist.
Besonders bevorzugt ist der erste Widerstand direkt mit dem Bezugspotential kontaktiert. Mit anderen Worten wird mittels des Spannungsmessgeräts die Potentialdifferenz zwischen dem Bezugspotential und der verbleibenden Seite des ersten Widerstands gemessen, die zum Bespiel direkt mit dem elektrischen Leiter kontaktiert ist. Somit wird mittels des Spannungsmess- gerät diejenige elektrische Spannung ermittelt, auf der der Leiter gegenüber dem Bezugspotential liegt.
Falls zusätzlich als Bezugspotential Masse gewählt wird, ist bei einer Kontaktierung des ersten Widerstands mit Masse der Verschaltungsaufwand der Messschaltung reduziert, zumal als jeweilige Kontaktpunkte des Spannungsmessgeräts und des ersten Widerstands unterschiedliche räumliche Bereiche gewählt werden können, wie zum Beispiel unterschiedliche Gehäuseab- schnitte.
Besonders bevorzugt umfasst zumindest eine der Widerstandsanordnungen und geeigneterweise beide, einen Spannungsteiler mit einem zweiten Widerstand, der mit dem ersten Widerstand in Reihe geschalten ist. Vorzugsweise ist hierbei der erste Widerstand direkt mit Masse und insbesondere der zweite Widerstand direkt mit dem elektrischen Leiter kontaktiert. Auf diese Weise ist es einerseits ermöglicht, einen Stromfluss durch die jeweilige Widerstandsanordnung zu limitieren, bei- spielsweise auf unter 3,5mA, was den Wirkungsgrad der Messschaltung erhöht. Andererseits ist bei einer geeigneten Wahl des Widerstandswertes des zweiten Widerstands die an dem ersten Widerstand anfallende elektrische Spannung vergleichsweise gering. Folglich ist es nicht erforderlich, das Spannungs- messgerät galvanisch zu trennen. Auch sind Rückwirkungen in der elektrischen Spannung, die aufgrund des Messvorgangs hervorgerufen werden, mittels des zweiten Widerstands innerhalb des durch den Leiter fließenden elektrischen Stroms reduziert .
Besonders bevorzugt umfasst zumindest eines der beiden Spannungsmessgeräte, vorzugsweise beide Spannungsmessgeräte, einen analogen Verstärker. Folglich ist es ermöglicht, mittels des Spannungsmessgeräts auch vergleichsweise kleine elektri- sehe Spannungen zu erfassen. In einer Alternative hierzu weist das oder die Spannungsmessgeräte jeweils einen Sigma- Delta-Wandler auf, mittels dessen aus dem erfassten Wert insbesondere ein digitales Wort erstellt wird. Beispielsweise umfasst der Sigma-Delta-Wandler, auch als Sigma-Delta- Modulator bezeichnet, einen differenziellen Eingang auf, der jeweils mit einem der beiden Spannungsmessgeräte verbunden ist. Mit anderen Worten wird die Differenz zwischen der ers- ten Spannung und der zweiten Spannung mittels des Sigma-
Delta-Wandlers erstellt und vorzugsweise diese Differenz in ein digitales Wort überführt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Dynamik des Sigma-Delta-Wandlers ist ein zusätzlicher Verstärker nicht erforderlich und die Messqualität erhöht, bedingt durch das vergleichsweise hohe Signal -Rausch-Verhältnis (SNR) .
Hinsichtlich eines Schutzschalters wird die Aufgabe weiterhin erfindungsgemäß jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 12 bis 14 gelöst.
Der Schutzschalter weist einen Leistungsschalter auf, mittels dessen ein durch einen elektrischen Leiter fließender Strom unterbrochen werden kann. Der Leistungsschalter ist bei- spielsweise ein Transistor, insbesondere ein IGBT, oder ein Thyristor, zum Beispiel ein GTO-Thyristor, oder ein elektromagnetischer Auslöser. Zweckmäßigerweise ist der Leistungsschalter in den elektrischen Leiter eingebracht. Mit anderen Worten bildet der Leistungsschalter einen Teil des Strompfa- des und weist zu dem Leiter eine Reihenschaltung auf. Der
Leistungsschalter wird beispielsweise mittels einer Ansteuerschaltung betätigt, insbesondere einem Mikrochip.
Zweckmäßigerweise ist in den Leiter ein Messwiderstand einge- bracht und vorzugsweise in Reihe zu dem Leistungsschalter geschalten. Aus der über dem Messwiderstand anfallenden elektrischen Spannung wird auf den durch den Leiter fließenden Strom geschlossen. Dabei wird der Leistungsschalter vorzugsweise in Abhängigkeit einer Kennlinie betätigt. Insbesondere wird der Leistungsschalter unverzüglich geöffnet, sobald ein Kurzschlussfall mittels des Messwiderstands erkannt wurde. Im Überlastfall hingegen erfolgt die Auslösung des Leistungs- Schalters in Abhängigkeit der Stromstärke und der Zeit, die der Überlastfall andauert.
Vorzugsweise ist der Messwiderstand mit der Messschaltung überbrückt, die die erste und die zweite Widerstandsanordnung aufweist. Mit anderen Worten ist die Messschaltung parallel zu dem Messwiderstand geschalten. Geeigneterweise wird der durch den Messwiderstand fließende Strom mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ermittelt. Vorzugsweise ist die An- Steuerschaltung des Leistungsschalters eingerichtet und vorgesehen, das Verfahren auszuführen.
Vorzugsweise ist eine Anzahl derartiger Schutzschalter zu einer mehrphasigen Schutzschaltung zusammengefasst , die noch weitere Bauteile enthält. Dabei wird mittels jedes Schutzschalters ein Leiterstrang überwacht, die einen Wechselstrom führen. Die Frequenz der elektrischen Ströme der Leiterstränge ist hierbei gleich, jedoch sind die Ströme gegeneinander um jeweils eine Phase verschoben. Beispielsweise beträgt die Phase der Wechselströme zueinander 120° und mittels der
Schutzschaltung werden drei Leiterstränge überwacht.
Die Widerstandsanordnungen jedes Schutzschalters sind gegen ein gemeinsames Bezugspotential geführt, was den Verschal - tungsaufwand reduziert. Insbesondere sind die Widerstandsanordnungen im Wesentlichen in einem Punkt, einem sogenannten Sternpunkt oder in einem vergleichsweise räumlich begrenzten Bereich miteinander kontaktiert, um etwaige zwischen den Widerstandsanordnungen auftretende Potentialdifferenzen zu re- duzieren. Vorzugsweise ist das Bezugspotential Masse und insbesondere ist der Sternpunkt mit Masse kontaktiert. Geeigneterweise sind die Ansteuerschaltungen der einzelnen Schutzschalter in einer gemeinsamen Ansteuerschaltung integriert und die Auswertung der elektrischen Spannungen erfolgt vor- zugsweise mittels eines gemeinsamen Mikrochips .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert . Darin zeigt : FIG 1 schematisch einen Elektromotor mit einer mehrphasige
SchutzSchaltung,
FIG 2 ausschnittsweise zwei Schutzschalter der mehrphasige
SchutzSchaltung,
FIG 3 ein Verfahren zum Betrieb eines der Schutzschalter, und
FIG 4 ein Verfahren zur Leistungsmessung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In FIG 1 ist schematisch vereinfacht ein Elektromotor 2 gezeigt, der mittels dreier Leiterstränge 4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Hierfür führt jeder Leiterstrang 4 einen elektrischen Wechselstrom I und in dem Motor sind die einzelnen Leiterstränge über Spulen miteinander kontaktiert. Beispielsweise weist der Elektromotor 2 hierfür eine sogenannte Dreiecksschaltung auf. Dem Elektromotor 2 ist eine mehrphasige Schutzschaltung 6 vorgeschalten, mittels derer der durch die Leiterstränge 4 fließende elektrische Wechselstrom I überwacht wird, und mittels derer in einem Kurz- schluss- oder Überlastfall der Stromfluss unterbrochen wird.
Die mehrphasige Schutzschaltung 6 umfasst drei Schutzschalter 8, von denen jeder in jeweils einen der Leiterstränge 4 eingebracht ist. Die Schutzschalter 8 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut und weisen jeweils einen Leistungsschalter 10 und eine Strommessanordnung 12 auf, die zueinander in Reihe in den Leiterstrang 4 eingebracht sind. Jeder Schutzschalter 8 umfasst ferner eine Steuerelektronik 14, die Teil der Strommessanordnung 12 sein kann. Mittels der Steuerelektronik 14 wird ein Messergebnis 16 der Strommessanordnung 12 verarbeitet und ein Betätigungssignal 18 generiert, in Abhängigkeit dessen sich der jeweilige Leistungsschalter 10 in einer geöffneten oder geschlossenen Position befindet. In FIG 1 ist der erste der gezeigten Leistungsschalter 10 in einer geöff- neten Position dargestellt, wohingegen die verbleibenden Leistungsschalter 10 sich in einem leitenden Zustand befinden . In FIG 2 sind zwei der drei Strommessanordnungen 12 dargestellt. Jede Strommessanordnung 12 umfasst einen Messwiderstand 20 der mittels einer Messschaltung 22 überbrückt ist. Der Widerstandswert R des Messwiderstands 20 ist kleiner als 1Ω und gleich 0,05Ω. Jede Messschaltung 22 weist zwei Wider- Standsanordnungen 24 mit einem Spannungsteiler 26 auf.
Jeder Spannungsteiler 26 umfasst einen zweiten Widerstand 28, der einseitig mit dem zugehörigen Leiterstrang 4 elektrisch kontaktiert ist. Dabei ist der Messwiderstand 20 zwischen den beiden Kontaktpunkten der zweiten Widerstände 28 mit dem elektrischen Leiter 4 jeder der Strommessanordnungen 12 angeordnet. Das verbleibende Ende jedes zweiten Widerstands 28 ist mit einem ersten Widerstand 30 elektrisch kontaktiert, dessen verbleibendes Ende jeweils gegen einen gemeinsamen Sternpunkt 32 der mehrphasigen Schutzschaltung 6 geführt ist. Mit anderen Worten sind der zweite Widerstand 28 und der erste Widerstand 30 in Reihe zwischen dem jeweiligen Leiterstrang 4 und dem gemeinsamen Sternpunkt 32 geschalten. Auch die Widerstandsanordnungen 24 des nicht gezeigten Schutz - Schalters 8 sind gegen den gemeinsamen Sternpunkt 32 geführt. Der Sternpunkt 32 befindet sich auf einem Bezugspotential P und ist mit Masse kontaktiert, im Speziellen mit Erde. Mit anderen Worten ist als Bezugspotential P Masse M gewählt. Hierfür ist der Sternpunkt 32 mit einem geerdeten Gehäuse der mehrphasigen Schutzschaltung 6 elektrisch kontaktiert.
Jeder erste Widerstand 30 ist mit einem hochohmigen Spannungsmessgeräts 34 überbrückt, mittels dessen eine an dem ersten Widerstand 30 abfallende elektrische Spannung erfasst wird. Hierfür weist jedes Spannungsmessgerät 34 einen Sigma- Delta-Modulator 36 auf, mittels dessen der Messwert in ein digitales Wort überführt wird. Im Weiteren wird die jeweils in der Figur links gezeigte Widerstandsanordnung 24 jeder der Messschaltungen 22 als erste Widerstandsanordnung 24 bezeichnet und die an dem ersten Widerstand 30 der ersten Widerstandsanordnung 24 anfallende elektrische Spannung als erste elektrische Spannung Ul . Die rechts gezeigten Widerstandsanordnungen 24 werden als zweite Widerstandsanordnungen bezeichnet und die an dem ersten Widerstand 30 der zweiten Widerstandsanordnung 24 anfallende elektrische Spannung als zweite elektrische Spannung U2.
Der Widerstandswert R2 des zweiten Widerstands 28 ist derart bemessen, dass der durch die jeweilige Widerstandsanordnung 24 zum Sternpunkt 32 fließende elektrische Strom einen Wert von 3,5mA nicht überschreitet. Der Widerstandswert Rl des ersten Widerstands 30 ist derart gewählt, dass sowohl die erste elektrische Spannung Ul als auch die zweite elektrische Spannung U2 stets kleiner als 5V ist, auch wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Leiterstrang 4 und dem Bezugspotential P größer als 100V ist. Hierfür trägt der Widerstandswert Rl vorzugsweise 1 Hundertstel des Widerstandswerts R2.
In FIG 3 ist in einem Flussdiagramm ein Verfahren 38 dargestellt, mittels dessen der durch einen der Leiterstränge 4 fließende Wechselstrom I ermittelt wird, und nach dem jeder der Schutzschalter 8 betrieben ist. In einem ersten Span- nungserfassungsschritt 40 wird mittels des Spannungsmessgeräts 34 die erste elektrische Spannung Ul erfasst. Im Wesentlichen zeitgleich wird in einem zweiten Spannungserfassungsschritt 42 die zweite elektrische Spannung U2 erfasst.
Aus den erfassten elektrischen Spannungen Ul , U2 wird jeweils mittels des Sigma-Delta-Wandlers 36 ein digitales Wort erstellt und an die Steuerelektronik 14 geleitet. Dort wird in einem Messspannungsermittlungsschritt 44 die an den Messwi- derstand 20 anfallende Messspannung U errechnet. Hierfür wird die erste elektrische Spannung Ul von der zweiten elektrischen Spannung U2 abgezogen und dieser Wert mit der Summe aus dem bekannten Widerstandswert des ersten Messwiderstands Rl und des bekannten Widerstandswerts des zweiten Messwiderstands R2 multipliziert. Das Ergebnis wird durch den Widerstandswert des ersten Widerstands Rl geteilt und als Messspannung U herangezogen.
In einem darauffolgenden Stromermittlungsschritt 46 wird die Messspannung U mit dem Widerstandswert des Messwiderstands R dividiert, um den Wert des durch den Leiterstrang 4 fließenden elektrischen Stroms I zu erhalten. Falls dieser Wert eine vordefinierte Kurzschlussschwelle überschreitet, wird in einem Betätigungsschritt 48 der Leistungsschalter 10 betätigt und der Stromfluss durch den Leiterstrang 4 unterbrochen, also das Betätigungssignal 18 erstellt. Die Unterbrechung erfolgt auch, wenn ein Überlastfall für eine bestimmte Zeit- spanne andauert, der die Stromtragfähigkeit des Leiterstrangs 4 übersteigt.
In FIG 4 ist ein Verfahren 50 zur Ermittlung der durch den Leiterstrang 4 fließenden elektrischen Energie in einem
Blockschaltbild gezeigt. Hierfür wird das Stromerfassungsverfahren 38 verwendet, um den durch den Leiterstrang 4 fließenden elektrischen Strom I zu ermitteln. Zusätzlich wird in einem Spannungsermittlungsschritt 52 aus der erfassten ersten elektrischen Spannung Ul und dem bekannten Widerstandswert des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands R1,R2 die über die vollständige erste Widerstandsanordnung 24 anfallende elektrische Spannung ü1 errechnet. Mit anderen Worten wird die Potentialdifferenz zwischen dem Leiterstrang 4 und dem Bezugspotential P berechnet. In einem Energieermittlungs- schritt wird aus der errechneten Leiterspannung ü1 und dem errechneten elektrischen Strom I die durch den Leiterstrang 4 übertragene elektrische Energie mittels Multiplikation der beiden Werte errechnet . Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Ins- besondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (38) zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter (4) fließenden Stromes (I), in den ein Messwi- derstand (20) eingebracht ist,
- bei dem eine über einen ersten Widerstand (30) mit einem ersten Widerstandswert (Rl) einer auf einer der Seiten des Messwiderstands (20) mit dem Leiter (4) elektrisch kontaktierten und gegen ein Bezugspotential (P) geführte ersten Widerstandsanordnung (24) abfallende erste elektrische
Spannung (Ul) erfasst wird,
- bei dem eine über einen ersten Widerstand (30) mit einem ersten Widerstandswert (Rl) einer auf der anderen Seite des Messwiderstands (20) mit dem Leiter (4) elektrisch kontaktierten und gegen das Bezugspotential (P) geführte zweiten Widerstandsanordnung (24) abfallende zweite elektrische Spannung (U2) erfasst wird,
- bei dem aus der Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannung (Ul, U2) eine über den Messwiderstand (20) abfallende elektrische Messspannung (U) errechnet wird, und
- bei dem die Messspannung (U) mit dem Widerstandswert (R) des Messwiderstands (20) dividiert wird.
2. Verfahren (38) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugspotential (P) Masse (M) gewählt wird.
3. Verfahren (38) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leiter (4) und dem ersten Widerstand (30) der ersten und/oder zweiten Widerstandsanordnung (24) ein zweiter Widerstand (28) mit einem zweiten Widerstandswert (R2) angeordnet ist.
4. Verfahren (38) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Widerstands (28) ein Stromfluss (I) durch den ersten Widerstand (30) auf unter 3,5mA begrenzt wird.
5. Verfahren (38) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Widerstandsanordnungen (24) einander entsprechende gewählt werden und die Messspannung (U) gemäß U = (U1-U2 ) * (R1+R2 ) /Rl berechnet wird.
6. Verfahren (50) zur Ermittlung einer durch einen elektrischen Leiter (4) fließenden elektrischen Energie, in den ein Messwiderstand (20) eingebracht ist, wobei vor und hinter dem Messwiderstand (20) jeweils eine gegen ein gemeinsames Bezugspotential (P) geführte, einen ersten Widerstand (30) aufweisende Widerstandsanordnung (24) einer Messschaltung (22) mit dem Leiter (4) kontaktiert ist,
bei dem ein durch den elektrischen Leiter (4) fließender elektrischer Strom (I) gemäß dem Verfahren (38) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ermittelt wird, und
bei dem eine an dem Leiter (4) gegenüber dem Bezugspotential (P) anliegenden elektrischen Spannung (UM mittels der über dem ersten Widerstand (30) anfallenden elektri- sehen Spannung (Ul) berechnet wird.
7. Strommessanordnung (12) zur Ermittlung eines durch einen elektrischen Leiter (4) fließenden Stromes (I), in den ein Messwiderstand (20) eingebracht ist, wobei vor und hinter dem Messwiderstand (20) jeweils eine gegen ein gemeinsames Bezugspotential (P) geführte, einen ersten Widerstand (30) aufweisende Widerstandsanordnung (24) einer Messschaltung (22) mit dem Leiter (4) kontaktiert ist, die jeweils ein zu dem ersten Widerstand (30) parallel geschaltetes Spannungsmessge- rät (36) umfassen.
8. Strommessanordnung (12) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugspotential (P) Masse (M) ist.
9. Strommessanordnung (12) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (30) direkt mit dem Bezugspotential (P) kontaktiert ist.
10. Strommessanordnung (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsanordnung (24) einen den ersten Widerstand (30) und einen zweiten Widerstand (28) umfassenden Spannungsteiler (26) aufweist.
11. Strommessanordnung (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Spannungsmessgeräte (36) einen analogen Verstärker oder einen Sigma- Delta-Modulator (36) aufweisen.
12. Schutzschalter (8), insbesondere eines Elektromotors (2), mit einem Leistungsschalter (10) zur Unterbrechung eines durch einen elektrischen Leiter (4) fließenden Stroms (I) in den ein Messwiderstand (20) zur Ermittlung des Stromflusses (I) eingebracht ist.
13. Schutzschalter (8) nach Anspruch 12.
dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (20) mit einer Messschaltung (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 überbrückt ist.
14. Mehrphasige Schutzschaltung (6) mit einer Anzahl von Leitersträngen (4), insbesondere drei, die je einen zueinander um eine Phase versetzten Wechselstrom (I) führen, wobei jeder Leiterstrang (4) einen Schutzschalter (8) mit einer Messschaltung (12) nach Anspruch 13 umfasst, deren Widerstandsanordnungen (24) gegen ein gemeinsames Bezugspotential (32) geführt sind.
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