EP3008475A1 - Stromsensoranordnung - Google Patents

Stromsensoranordnung

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Publication number
EP3008475A1
EP3008475A1 EP14733105.2A EP14733105A EP3008475A1 EP 3008475 A1 EP3008475 A1 EP 3008475A1 EP 14733105 A EP14733105 A EP 14733105A EP 3008475 A1 EP3008475 A1 EP 3008475A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
planar
measuring
coil
measuring coil
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Withdrawn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
EP14733105.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Scholz
Elmar Schaper
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.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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 Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP3008475A1 publication Critical patent/EP3008475A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils
    • 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—Measuring current only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/0073—Printed inductances with a special conductive pattern, e.g. flat spiral

Definitions

  • the invention relates to the field of inductive current measurement.
  • assignment type 1 contactors or solid-state switching devices, for example, may be destroyed if they pose no danger such as fire or open live parts.
  • assignment type 2 the downstream devices must remain functional, with a
  • Rogowski coils also called Rogowski current transformer can be used.
  • a Rogowski coil includes a torroid coil with an air core.
  • a current of leading conductors is enclosed by the Rogowski coil, wherein due to the current flowing in the conductor current flowing in the measuring coil an electrical voltage is generated.
  • the invention relates to a current sensor arrangement having a measuring inductance, wherein the measuring inductance comprises the following features: a first planar measuring coil with first windings, which are arranged in a first plane; a second planar measuring coil having second turns arranged in a second plane; and a winding-free connection section electrically connecting the first planar measuring coil to the second planar measuring coil.
  • the measuring coils of the measuring inductance for example, spatially spaced from each other and form a gap, which by means of the winding-free
  • connection section is bridged.
  • the gap serves to receive a current-carrying conductor whose current is to be detected.
  • the current-carrying conductor thus crosses the winding-free connection section, which runs above or below the current-carrying conductor.
  • the measuring inductance can according to a
  • Embodiment thus be interpreted as a modified Rogowski coil.
  • the winding-free section electrically connects the first planar measuring coil and the second planar measuring coil in series. As a result, a composite measuring inductance is realized.
  • the first turns are helically or meander-shaped or spirally formed in the first plane planar, for example wound
  • the second turns are helically or meander-shaped or spirally formed in the second plane planar, for example wound.
  • the respective measuring coil Expansion, in particular the permeable by a magnetic flux surface, the respective measuring coil. This can be in a particularly advantageous manner induction-effective overall cross section of the respective planar measuring coil can be generated.
  • the first windings and the second windings are formed in opposite directions, for example wound. This simulates the operation of a Rogowski coil.
  • the first measuring coil and the second measuring coil can be arranged on both sides of a conductor carrying a current.
  • the current-carrying conductor is thus not enclosed by the measuring inductance, but runs, for example, in the same plane as the planar measuring coils arranged on both sides.
  • the current sensor arrangement comprises a connection terminal having a first measurement connection, which is connected to the first planar measurement coil, and a second measurement connection, which is electrically connected to the second planar measurement coil via a second, no-twist connection section.
  • the second winding-free connection section thus bridges the distance between the planar measuring coils.
  • the current-carrying conductor can be arranged above or below the respective winding-free connection section.
  • the length of the respective winding-free connection portion thus corresponds at least to the width of the current-carrying conductor.
  • the first plane and the second plane are arranged parallel to each other, i. they do not intersect or lie in the same plane, or they run at a predetermined angle, for example 10 °, 30 °, 45 ° or 90 ° to each other.
  • the measuring inductance is arranged on or in a printed circuit board, wherein the first windings, the second windings and the respective winding-free connecting section are formed by strip lines, in particular by printed strip lines.
  • a printed circuit board measuring arrangement is advantageously provided.
  • the first planar measuring coil and the second planar measuring coil have different properties, in particular different inductances, different number of turns or different ones
  • Winding diameter on.
  • the effect of an incident magnetic interference field is reduced in an advantageous manner, which in particular in a
  • the current sensor arrangement comprises a second one
  • a measuring inductance and a third measuring inductance wherein the second measuring inductance, a third planar measuring coil having first windings, which are arranged in the first plane, a fourth planar measuring coil with second windings, which are arranged in the second plane, and a winding-free connecting portion, which the third planar measuring coil electrically connected to the fourth planar measuring coil, wherein the third measuring inductance a fifth planar measuring coil having first windings, which are arranged in the first plane, a sixth planar measuring coil with second windings, which are arranged in the second plane, and a winding-free connection section, which electrically connects the fifth planar measuring coil to the sixth planar measuring coil, and wherein the respective measuring inductance for detecting a current is provided in each case in a current-carrying conductor of a multi-phase conductor system.
  • the measuring coils of the second measuring inductance and of the third measuring inductance may comprise the features of the corresponding planar measuring coils of the first measuring inductance.
  • the measuring inductances can be planar in or on a common
  • the first planar sensing coil and the second planar sensing coil are disposed on both sides of a first current carrying conductor of the polyphase ladder system, the third planar sensing coil and the fourth planar sensing coil being disposed on both sides of a second current carrying conductor of the multiphase ladder system, and wherein the fifth planar measuring coil and the sixth planar measuring coil on both sides of a third current-carrying conductor of the multiphase Ladder system are arranged.
  • a planar measuring arrangement for detecting currents in a multi-phase printed circuit board system is realized.
  • the second planar measuring coil and the third planar measuring coil are arranged side by side at different distances from the first current-carrying conductor or the second current-carrying conductor, wherein the fourth planar measuring coil and the fifth planar measuring coil are arranged side by side in FIG.
  • the measuring inductances are thus adjacent to each other and aligned in a row. Between the respective planar
  • Measuring coils of the measuring inductors run the current-carrying conductors. Due to the increased distances between the measuring inductances, the disturbing influences of currents in adjacent current-carrying conductors are reduced.
  • the measuring inductances are thus arranged laterally one behind the other. This allows a particularly space-saving arrangement of the measuring inductances.
  • the third planar measuring coil are arranged directly next to the first current-carrying conductor and the fourth planar measuring coil is arranged directly next to the third current-carrying conductor. In this meadow can the planar
  • Measuring coils are arranged even at narrower adjacent current-carrying conductors, for example on a circuit board.
  • the current-carrying conductors of the multiphase conductor system pass through the corners of a geometric triangle.
  • the second measuring inductance and the third measuring inductance are arranged at the corners of the imaginary planar geometric triangle.
  • the measuring inductances are arranged symmetrically with respect to one another, so that an efficient suppression of disturbing influences, which can each originate from other current-carrying conductors, can be effected.
  • the geometric extent and / or number of turns of the second, fourth and sixth planar measuring coil, which are arranged within the imaginary triangle can be reduced.
  • the second planar sensing coil has a smaller turn diameter or fewer turns than the first planar sensing coil
  • the fourth planar sensing coil has a smaller turn diameter or fewer turns than the third planar sense coil
  • the sixth planar sense coil has a smaller turn diameter or fewer turns as the fifth planar measuring coil.
  • the respective measuring inductance is formed
  • Output signal in particular an output voltage or an output current output, which in each case depends on a current in the respective current-carrying conductor, wherein the current sensor arrangement further comprises a
  • Monitoring device which is designed to monitor an exceeding of a current threshold by an electric current in the respective current-carrying conductor on the basis of the output signal of the respective measuring inductance.
  • the monitoring device comprises the following:
  • a first monitoring path for receiving the output signal of the measuring inductance with a first threshold detector and one of the first
  • Threshold detector downstream first diode; a second monitoring path for receiving the output signal of the second measuring inductor with a second threshold detector and a second diode connected downstream of the second threshold detector; a third monitoring path for receiving the output signal of the third measuring inductance with a third threshold detector and a third diode connected downstream of the third threshold detector; and a control terminal to which the cathode of the first diode, the cathode of the second diode and the cathode of the third diode are electrically connected; wherein the respective threshold value detector is designed to generate an output current when a threshold value is exceeded by a current represented by the respective output signal.
  • the current sensor arrangement comprises a short-circuit generating device which is connected downstream of the control terminal and designed, in response to an output current at the control terminal, at least one of the current-carrying conductors, in particular for a predetermined one
  • Short circuit interval short circuit.
  • Fig. 1A, 1B current sensor arrangements
  • FIGS. 2A, 2B current sensor arrangements
  • FIG. 1A shows a current sensor arrangement 100 with a measuring inductance 103, wherein the measuring inductance 103 comprises a first planar measuring coil 105 with first windings 106 arranged in a first plane, a second planar measuring coil 107 with second windings 108, which in a second Level are arranged; and a winding-free connecting portion 109 electrically connecting the first planar measuring coil 105 to the second planar measuring coil 107 in series.
  • the first level and the second level are parallel, i. the planar measuring coils 105, 107 are arranged in the same plane.
  • the measuring inductance 103 may be arranged planar on a printed circuit board 101.
  • the winding-free connection portion 109 is, for example, a straight or bent conductor piece, but does not include turns.
  • the windings 106, 108 of the planar measuring coils 105, 107 are helical and designed in the opposite sense, for example wound.
  • the windings 106, 108 may have the same or different diameters and / or the same or different number of turns.
  • a current-carrying conductor 1 15 can be arranged between the planar measuring coils 105, 107, so that the planar measuring coils 105, 107 are arranged on both sides of the current-carrying conductor 1 15.
  • the current of leading conductors 15 further crosses the winding-free connection portion 109 which connects the measuring coils 105, 107.
  • FIG. 1 B shows a current sensor arrangement 102 with a measuring inductance 1 17, wherein the measuring inductance 1 17 a first planar measuring coil 1 19 with first windings 120, which are arranged in a first plane, a second planar measuring coil 121 with second windings 122, which in a second plane, and a winding-free connection portion 123 which connects the first planar measuring coil 1 19 with the second planar measuring coil 121 electrically in series.
  • the first level and the second level are parallel, i. the planar measuring coils 1 19, 121 are arranged in the same plane.
  • the winding-free connection portion 123 is, for example, a straight or bent conductor piece, but does not include turns.
  • the windings 120, 122 of the planar measuring coils 1 19, 121 are formed in a spiral shape and in the opposite sense, for example wound.
  • the windings 120, 122 may have the same or different diameters and / or the same or different number of turns.
  • a current-carrying conductor 1 15 can be arranged between the planar measuring coils 105, 107, so that the planar measuring coils 105, 107 are arranged on both sides of the current-carrying conductor 1 15.
  • the current-carrying conductor 1 15 further crosses the winding-free connection portion 109, which connects the planar measuring coils 105, 107.
  • the measuring inductance 201 comprises a first planar measuring coil 203 with windings 204 and a second planar measuring coil 205 with windings 206 which are formed as conductor tracks, for example strip lines, of a printed circuit board 209.
  • the radii of the windings 204, 206 and / or the number of turns of the windings 204, 206 may be the same or different.
  • the planar measuring coils 203, 205 are for example helical or spiral-shaped, for example wound and by means of a winding-free
  • the current sensor arrangement 200 comprises a connection terminal 213 with a first measuring connection 215, which is connected to the first planar measuring coil 203, and with a second measuring connection 217, which with the second planar
  • Measuring coil 205 is electrically connected via a second winding-free connection portion 219.
  • the winding-free connection portions 217 and 219 bridge a gap between the planar measuring coils 203, 203, in which a current leading conductor 221 can be arranged.
  • the winding-free connection section 21 1 can be arranged above or, as shown in FIG. 2B, below the current-carrying conductor 221.
  • the second winding-free connection section 219 may also be arranged above or below the current-carrying conductor 221.
  • Connection portions 21 1, 219 contribute much less to a magnetic coupling than turns 204, 206 due to the freedom from turns.
  • the influence of the non-winding connection sections 21 1, 219 can therefore be neglected in current detection, in particular if these are perpendicular or nearly perpendicular to the current leading conductors are arranged.
  • the measuring inductances 109, 117, 201 illustrated in FIGS. 1A, 1B, 2A and 2B provide a measuring voltage u (t) which according to the law of induction corresponds to a time derivative of a measuring current i (t) in the current-carrying conductor 221.
  • Measuring inductances 109, 17, 201 can therefore be regarded as modified Rogowski coils.
  • an integrator may be connected downstream of the respective measuring inductance in order to produce an output signal which is proportional to the measuring current.
  • the integrator can by a known circuit with a feedback operational amplifier with a parallel RC element in the
  • FIG. 3 shows a current sensor arrangement 300 with a measuring inductance 301, a second measuring inductance 303 and with a third measuring inductance 305.
  • the measuring inductance 301 comprises a first planar measuring coil 307 with first turns
  • non-winding connection section 306 connects the planar measuring coils 307 and
  • the second measuring inductance 303 comprises a third planar measuring coil 31 1 with first windings 312, a fourth planar measuring coil 313 with second windings 314, and a winding-free connecting section 315, which connects the planar measuring coils 31 1 and 313 in series.
  • the third measuring inductor 305 comprises a fifth planar measuring coil 317 with first windings 318, a sixth planar measuring coil 319 with second windings 320, and a winding-free connecting section 321, which electrically connects the fifth planar measuring coil 317 to the sixth planar measuring coil 319.
  • the current sensor arrangement 300 is provided to detect electrical currents in the current-carrying conductors 325, 327 and 329 of a multi-phase conductor system 323.
  • the current-carrying conductors 325, 327 and 329 for example, extend in a circular arc through the corners 331, 333, 335 of an imaginary, geometric triangle 337.
  • the measuring inductance 301 is arranged at the corner 331 and provided for current detection in the first current-carrying conductor 325.
  • the second measuring inductance 303 is arranged at the corner 333 and provided for current detection in the first current-carrying conductor 327.
  • the third sense inductor 305 is disposed at the corner 335 and provided for current sensing in the first current carrying conductor 329.
  • the second planar sensing coil 309 has a smaller one
  • the fourth planar measuring coil 313 has a smaller turn diameter or fewer turns than the third planar measuring coil 31 1 and the sixth planar measuring coil 319 has a smaller turn diameter or fewer turns than the fifth measuring coil 317.
  • Winding numbers of the measuring coils can be achieved.
  • the geometry optimization illustrated in FIG. 4 makes it possible to achieve the magnetic coupling of the current 11 through the conductor 325 in the third planar measuring coil 31 1 and in the fourth planar measuring coil 313, in the fifth planar measuring coil 315 and in the sixth planar measuring coil 319 is reduced or almost zero.
  • the area of the third planar measuring coil 31 1 can be selected larger than the area of the fourth planar measuring coil 313, which in turn is positioned spatially closer to the conductor 325.
  • FIG. 4 shows a current sensor arrangement 400 with a measuring inductance 401, a second measuring inductance 403 and with a third measuring inductance 405.
  • the measuring inductance 401 comprises a first planar measuring coil 407 with first windings and a second planar measuring coil 409 with second windings.
  • Measuring coils 407, 409 are connected in series.
  • the second measuring inductance 403 comprises a third planar measuring coil 41 1 with first windings and a fourth planar measuring coil 413 with second windings.
  • the planar measuring coils 41 1, 413 are connected in series.
  • the third measuring inductance 405 comprises a third planar measuring coil 415 with first windings and a fourth planar measuring coil 417 with second windings.
  • the planar measuring coils 415, 417 are connected in series.
  • planar measuring coils 407, 409, 41 1, 413, 415, 417 shown in FIG. 4 may be, for example, helical or spiral planar measuring coils with the features described above or below.
  • the current sensor arrangement 400 is intended to detect electrical currents in the current-carrying conductors 419, 421 and 423 of a multiphase conductor system.
  • the current-carrying conductors 419, 421 and 423 are arranged, for example, in parallel.
  • the planar measuring coils 407, 409, 41 1, 413, 415, 417 of the measuring inductors 401, 403 and 405 are each arranged laterally of the current-carrying conductors 419, 421 and 423 ,
  • the measuring inductances 401, 403 and 405 are at least partially displaced laterally along the direction of the current-carrying conductor.
  • the second measuring inductance 403 is laterally offset with respect to the measuring inductance 401 and with respect to the third measuring inductance.
  • the measurement can also be carried out in closely adjacent conductors 419, 421 and 423.
  • the interference can be reduced thereby.
  • the current sensor arrangement 400 may be arranged, for example, together with the current-carrying conductors 419, 421 and 423, on a printed circuit board 425.
  • the planar measuring coils 407, 409, 41 1, 413, 415, 417 shown in FIG. 4 are designed in opposite directions, for example wound, in the directions indicated by arrows in FIG. 4, for example. This can be reduced by adjacent current-carrying conductors 419, 421 and 423 originating interference.
  • the current-carrying conductors 419, 421, 423 are primary conductors and may lead, individually or simultaneously and with any sign-related short-circuit currents.
  • the planar measuring coils 407, 409 and 41 1, 413 and 415, 417 measure the currents (measuring currents) in the conductors 419, 421, 423 by induction.
  • planar measuring coils 407, 409 are connected in series in opposite directions and the induced voltages of the current-carrying primary conductor 419 are superimposed constructively, since the sign of the magnetic field of the conductor 419 in the planar measuring coils 407, 409 is in opposite directions.
  • the field of the primary conductor 419 couples into the planar measuring coils 41 1, 413.
  • the inverse series connection of the planar measuring coils 41 1, 413 subtracts the induced voltages, since the sign of the magnetic field in the second measuring inductance 401 with the planar measuring coils 41 1, 413 is the same and, ideally, no voltage signal remains at the second measuring inductance 401 with the planar measuring coils 41 1, 413.
  • the same explanations also apply to the primary conductors 421 and 423, so that the primary conductor 419 essentially acts only on the planar measuring coils 407, 409, the primary conductor 421 substantially only substantially only on the planar measuring coils 41 1, 413 and the primary conductor 423 the planar measuring coils 415, 416 of the third measuring inductance 405.
  • the different currents can be measured and detected.
  • FIG. 5 shows a current sensor arrangement 500 with a measuring inductance 501, a second measuring inductance 503 and with a third measuring inductance 505.
  • the measuring inductance 501 comprises a first planar measuring coil 507 with first windings and a second planar measuring coil 509 with second windings.
  • Measuring coils 507, 509 are connected in series.
  • the second measuring inductor 503 comprises a third planar measuring coil 51 1 with first
  • the planar measuring coils 51 1, 513 are connected in series.
  • the third measuring inductor 505 comprises a third planar measuring coil 515 with first
  • the planar measuring coils 515, 517 are connected in series.
  • planar measuring coils 507, 509, 51 1, 513, 515, 517 shown in FIG. 5 may be, for example, helical or spiral planar measuring coils with the features described above or below.
  • the current sensor arrangement 500 is provided to detect electrical currents in the current-carrying conductors 519, 521 and 523 of a multi-phase conductor system.
  • the current-carrying conductors 519, 521 and 523 are arranged, for example, in parallel.
  • the measuring inductors 501, 503, 505 with the planar measuring coils 507, 509, 51 1, 513, 515, 517 are arranged in a row in contrast to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4.
  • the second planar measuring coil 509 and the third planar measuring coil 51 1 are arranged directly adjacent to one another at different distances from the first current-carrying conductor 519 or the second current-carrying conductor 521.
  • the fourth planar measuring coil 513 and the fifth planar measuring coil 515 are arranged analogously next to one another at different distances from the second current-carrying conductor 521 or to the third current-carrying conductor 523.
  • planar measuring coils 507, 509, 51 1, 513, 515, 517 shown in FIG. 5 are designed in opposite directions, for example wound, in the directions indicated by arrows in FIG. 4, for example. As a result, interference from adjacent current-carrying conductors 519, 521 and 523 can be reduced.
  • FIG. 6 shows a current sensor arrangement 600 with a measuring inductance 601, a second measuring inductance 603 and a third measuring inductance 605.
  • the measuring inductances 601, 603 and 605 each have planar measuring coils, which on both sides of the respective current-carrying conductor 607, 609 and 61 1 of a polyphase Conductor system are arranged.
  • the measuring inductances 601, 603, 605 each have an impedance Z, for example.
  • the measuring inductors 601, 603, 605 are followed by a monitoring device 613 which is configured to exceed a current threshold value by a current in the respective current-carrying conductor 607, 609 and 61 1 on the basis of the output signal, for example a current or a voltage respective measuring inductance 601, 603 and 605 to monitor.
  • the monitoring device comprises a first monitoring path 615 for receiving the output signal of the measuring inductance 601 with a first
  • the respective diode is generally representative of a rectifier or a rectifier circuit.
  • the measuring inductors 601, 603, 605 are provided to detect measuring currents in the current-carrying conductors 607, 609 and 61 1.
  • Threshold detectors 617, 623, and 629 may include upstream integrators to provide the output signals of
  • Measuring inductances 601, 603, 605 by integration into output signals, which are proportional to the measuring currents.
  • the threshold value detectors 617, 623, 629 are each designed to generate an output current when a threshold value is exceeded by a current represented by the respective output signal.
  • the diodes 619, 625 and 631 are connected on the cathode side to a control terminal 633, whereby an "OR" connection of the output currents of the
  • Threshold detectors 617, 623, 629 is realized.
  • the "OR" operation ensures that the maximum output current is output at the control connection.
  • the threshold detectors 617, 623 and 629 for example, compare
  • a single threshold detection may also be arranged at the control terminal 633. This may be particularly advantageous if it is irrelevant at which primary conductor 607, 609, 61 1 an excessive current occurs.
  • the individual threshold detectors may be omitted in 617, 623, 629, and stages 617, 623, 629 may include, for example, only integration and gain stages.
  • the current sensor arrangement 600 shown in FIG. 6 can therefore be used according to an embodiment for a short-circuit detection.
  • FIG. 7 shows a current sensor arrangement 700 extended for this purpose with, for example, the current sensor arrangement 600 illustrated in FIG. 6.
  • the current sensor arrangement 600 is connected downstream of a short-circuit generation device 701.
  • Short circuit generating device 701 is provided, in response to an output current at the control terminal 633 of the current sensor array 600, in particular in response to an output current at the control terminal 633, at least one of the current carrying conductors 607, 609 and 61 1 or some of the current carrying conductors 607, 609 and 61 1 or all current-carrying conductors 607, 609 and 61 1 short-circuit.
  • the short circuit can be realized, for example, by an electrical connection between at least two of the current-carrying conductors 607, 609 and 61 1 (phase short circuit) or by an electrical connection between at least two of the current-carrying conductors 607, 609 and 61 1 and a ground potential.
  • the short-circuit generating device 701 comprises, for example, an ignition pulse device 703 for generating an ignition pulse for the short circuit, and a short-circuit device 705 connected downstream of the ignition pulse device 703 for generating the short circuit in response to the ignition pulse.
  • the short-circuiting device 705 is connected to the current-carrying conductors 607, 609 and 61 1.
  • the ignition pulse device 703 may include an external power source or be powered by the short-circuit current.
  • an ignitable auxiliary short circuit can be generated efficiently to relieve the current-carrying conductors 607, 609 and 61 1 in the event of a current increase.
  • features of the enhanced current sensor array 700 form a stand-alone short circuit generation system.
  • the extended current sensor arrangement 700 may be preceded by a short-circuit protection device 705, which may comprise fuses or load protection switches in a manner known per se.
  • a supply voltage 707 can also be provided, which supplies, for example, a three-phase supply voltage of 400 V and 50 Hz, with or without a neutral conductor.
  • the extended current sensor arrangement 700 can also be followed by a switching device 709, which can be designed, for example, as a frequency converter, a contactor or a semiconductor motor switching device.
  • the switching device 709 may be an electrical load 71 1, for example, a motor, heating elements or lamps, connected downstream.
  • the detection of the short circuit can be carried out according to an embodiment so that earth faults are detected.
  • any current value as switching threshold for the detection of the short circuit.
  • This can also relatively small short-circuit currents, z. B. 10 to 20 times the rated current of a drive or a motor detected and the auxiliary short circuit are generated.
  • conventional short-circuit devices which are typically critical, especially for small short-circuit currents, can achieve their full performance (as with a nominal short circuit).
  • the measuring arrangements for example the current sensor arrangements, can be used to measure short-circuit currents in a three-phase network.
  • a Rogowski coil may serve as a basis for current measurement. This can be realized compressed to form an 8-shaped basic structure on a printed circuit board. This can reduce precision but allow a cost effective implementation.
  • a threefold embodiment of the measuring coil for the simultaneous measurement of up to 3 short-circuit currents is possible.
  • various arrangements for example an offset arrangement, a side-by-side arrangement and / or a symmetrical arrangement, may be possible.
  • each measuring coil perceives its associated short-circuit current significantly stronger than the currents of the adjacent conductors.
  • the factor can be 2 to several orders of magnitude. This may be due to the Rogowski structure, for example the 8-form as well as the enclosed conductor.
  • the current sensor arrangement comprises three measurement signals which can be integrated and rectified. According to one embodiment, the current sensor arrangement comprises an electronic circuit which compares the measurement signals.
  • the current sensor arrangement comprises an electronic circuit which is fed by the strongest measurement signal for evaluation of a short circuit.
  • an evaluation signal switches on an auxiliary short circuit.
  • the entire circuit for example the current sensor arrangement, can be designed to be passive or active.
  • a passive design can be realized by RC-element integration and simple diodes or by a simple link.
  • an active design may include integration by an operational amplifier or a microprocessor or ⁇ P.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromsensoranordnung mit einer Messinduktivität, wobei die Messinduktivität die folgenden Merkmale umfasst: eine erste planare Messspule (105) mit ersten Windungen (106), welche in einer ersten Ebene angeordnet sind; eine zweite planare Messspule (107) mit zweiten Windungen (108), welche in einer zweiten Ebene angeordnet sind; und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt (109), welcher die erste planare Messspule (105) mit der zweiten planaren Messspule (107) elektrisch verbindet.

Description

Stromsensoranordnung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der induktiven Strommessung.
In Mehrphasen-Leitersystemen, beispielsweise in Dreiphasen-Leitersystemen, sind Strommessungen notwendig, um beispielsweise Kurzschlüsse zu erkennen und um einen Kurzschlussschutz für die an ein Mehrphasen-Leitersystem angeschlossenen elektrischen Lasten wie beispielsweise Motoren oder Heizelemente zu ermöglichen.
Im Rahmen des Kurzschlussschutzes wird gemäß der Norm IEC 60947-4-1 zwischen zwei Zuordnungsarten unterschieden. In der Zuordnungsart 1 dürfen beispielsweise Schütze oder Halbleiterschaltgeräte, zerstört werden, wenn von ihnen keine Gefahr wie Feuer oder durch offene spannungsführende Teile ausgeht. In der Zuordnungsart 2 müssen die nachgelagerten Geräte jedoch funktionsfähig bleiben, wobei ein
Benutzereingriff, wie das Aufbrechen von Schaltkontakten mit einfachen Werkzeugen, notwendig sein kann. Während mechanische Schaltgeräte, wie beispielsweise Schütze, häufig der Zuordnungsart 2 zugeordnet sind, ist für Halbleiterschaltgeräte, beispielsweise für Motoren, meist die Zuordnungsart 1 zutreffend.
Für die Strommessung in Mehrphasen-Leitersystemen können entweder
Durchsteckstromwandler, Magnetfeldsensoren oder Stromsensoren eingesetzt werden.
Als Stromsensoren können beispielsweise Rogowski-Spulen, auch als Rogowski- Stromwandler genannt, eingesetzt werden. Eine Rogowski-Spule umfasst eine torroide Messspule mit einem Luftkern. Zur Strommessung wird ein Strom führender Leiter durch die Rogowski-Spule umschlossen, wobei aufgrund des in dem Strom führenden Leiter fließenden Stroms in der Messspule eine elektrische Spannung erzeugt wird.
Bei einer Strommessung in einem Mehrphasen-Leitersystem entstehen jedoch durch die in den benachbarten Strom führenden Leitern fließenden Ströme magnetische Störfelder, welche eine Strommessung mithilfe einer konventionellen Rogowski-Spule verfälschen können. Außerdem können Rogowski-Spulen aufgrund der torroiden Spulenform nicht in Mehrphasen-Leitersystemen eingesetzt werden, welche planar auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Stromsensor zu schaffen, weicher auch in einem Mehrphasen-Leitersystemen eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der beiliegenden Figuren und der Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Stromsensoranordnung mit einer Messinduktivität, wobei die Messinduktivität die folgenden Merkmale umfasst: eine erste planare Messspule mit ersten Windungen, welche in einer ersten Ebene angeordnet sind; eine zweite planare Messspule mit zweiten Windungen, welche in einer zweiten Ebene angeordnet sind; und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher die erste planare Messspule mit der zweiten planaren Messspule elektrisch verbindet. Die Messspulen der Messinduktivität sind beispielsweise räumlich voneinander beabstandet und bilden eine Lücke, welche mittels des windungsfreien
Verbindungsabschnitts überbrückt wird. Die Lücke dient zur Aufnahme eines Strom führenden Leiters, dessen Strom erfasst werden soll. Der Strom führende Leiter kreuzt somit den windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher oberhalb oder unterhalb des Strom führenden Leiters verläuft. Die Messinduktivität kann gemäß einer
Ausführungsform somit als eine modifizierte Rogowski-Spule interpretiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform verbindet der windungsfreie Abschnitt die erste planare Messspule und die zweite planare Messspule elektrisch in Reihe. Dadurch wird eine zusammengesetzte Messinduktivität realisiert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Windungen schneckenförmig oder mäanderförmig oder spiralförmig in der ersten Ebene planar ausgebildet, beispielsweise gewickelt, und die zweiten Windungen sind schneckenförmig oder mäanderförmig oder spiralförmig in der zweiten Ebene planar ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Mit zunehmender Windungszahl oder Ganghöhe nimmt somit auch die räumliche
Ausdehnung, insbesondere die durch einen magnetischen Fluss durchdringbare Fläche, der jeweiligen Messspule zu. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise ein induktionswirksamer Gesamtquerschnitt der jeweiligen planaren Messspule erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Windungen und die zweiten Windungen gegensinnig ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Dadurch wird die Wirkungsweise einer Rogowski-Spule nachgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Messspule und die zweite Messspule beidseitig eines einen Strom führenden Leiters anordenbar. Der Strom führende Leiter wird somit nicht durch die Messinduktivität umschlossen, sondern verläuft beispielsweise in derselben Ebene wie die beidseits angeordneten planaren Messspulen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung ein Anschlussterminal mit einem ersten Messanschluss, welcher mit der ersten planaren Messspule verbunden ist, und mit einem zweiten Messanschluss, welcher mit der zweiten planaren Messspule über einen zweiten windungsfreien Verbindungsabschnitt elektrisch verbunden ist. Der zweite windungsfreie Verbindungsabschnitt überbrückt somit den Abstand zwischen den planaren Messspulen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strom führende Leiter oberhalb oder unterhalb des jeweiligen wicklungsfreien Verbindungsabschnitts anordenbar. Die Länge des jeweiligen wicklungsfreien Verbindungsabschnitts entspricht somit zumindest der Breite des Strom führenden Leiters.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Ebene und die zweite Ebene parallel zueinander angeordnet, d.h. sie schneiden sich nicht bzw. liegen in derselben Ebene, oder sie verlaufen unter einem vorbestimmten Winkel, beispielsweise 10°, 30°, 45° oder 90° zueinander.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messinduktivität auf oder in einer Leiterplatte angeordnet, wobei die ersten Windungen, die zweiten Windungen und der jeweilige windungsfreie Verbindungsabschnitt durch Streifenleitungen, insbesondere durch gedruckte Streifenleitungen, gebildet sind. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Leiterplatten-Messanordnung bereitgestellt. Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste planare Messspule und die zweite planare Messspule unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Induktivitäten, unterschiedliche Windungszahlen oder unterschiedliche
Windungsdurchmesser, auf. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Wirkung eines einfallenden magnetischen Störfeldes reduziert, was insbesondere bei einer
Stromerfassung in Mehrphasen-Leitersystemen vorteilhaft ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung eine zweite
Messinduktivität und eine dritte Messinduktivität, wobei die zweite Messinduktivität eine dritte planare Messspule mit ersten Windungen, welche in der ersten Ebene angeordnet sind, eine vierte planare Messspule mit zweiten Windungen, welche in der zweiten Ebene angeordnet sind, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher die dritte planare Messspule mit der vierten planaren Messspule elektrisch verbindet, umfasst, wobei die dritte Messinduktivität eine fünfte planare Messspule mit ersten Windungen, welche in der ersten Ebene angeordnet sind, eine sechste planare Messspule mit zweiten Windungen, welche in der zweiten Ebene angeordnet sind, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher die fünfte planare Messspule mit der sechsten planaren Messspule elektrisch verbindet, umfasst, und wobei die jeweilige Messinduktivität zur Erfassung eines Stroms in jeweils einem Strom führenden Leiter eines Mehrphasen- Leitersystems vorgesehen ist.
Die Messspulen der zweiten Messinduktivität und der dritten Messinduktivität können die Merkmale der korrespondierenden planaren Messspulen der ersten Messinduktivität umfassen. Die Messinduktivitäten können planar in oder auf einer gemeinsamen
Leiterplatte gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste planare Messspule und die zweite planare Messspule beidseitig eines ersten Strom führenden Leiters des Mehrphasen- Leitersystems angeordnet, wobei die dritte planare Messspule und die vierte planare Messspule beidseitig eines zweiten Strom führenden Leiters des Mehrphasen- Leitersystems angeordnet sind, und wobei die fünfte planare Messspule und die sechste planare Messspule beidseitig eines dritten Strom führenden Leiters des Mehrphasen- Leitersystems angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine planare Messanordnung zur Erfassung von Strömen in einem Mehrphasen-Leiterplattensystem realisiert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zweite planare Messspule und die dritte planare Messspule nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zu dem ersten Strom führenden Leiter oder zu dem zweiten Strom führenden Leiter angeordnet, wobei die vierte planare Messspule und die fünfte planare Messspule nebeneinander in
unterschiedlichen Abständen zu dem zweiten Strom führenden Leiter oder zu dem dritten Strom führenden Leiter angeordnet sind. Die Messinduktivitäten sind somit benachbart zueinander und in einer Reihe ausgerichtet. Zwischen den jeweiligen planaren
Messspulen der Messinduktivitäten verlaufen die Strom führenden Leiter. Aufgrund der vergrößerten Abstände zwischen den Messinduktivitäten sind die Störeinflüsse von Strömen in benachbarten Strom führenden Leitern reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Messinduktivität bezüglich der
Messinduktivität und bezüglich der dritten Messinduktivität lateral, insbesondere in
Verlaufsrichtung des zweiten Strom führenden Leiters, versetzt. Die Messinduktivitäten sind somit lateral hintereinander angeordnet. Dadurch wird eine besonders Raum sparende Anordnung der Messinduktivitäten ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform sind die dritte planare Messspule unmittelbar neben dem ersten Strom führenden Leiter und die vierte planare Messspule unmittelbar neben dem dritten Strom führenden Leiter angeordnet. Auf diese Wiese können die planaren
Messspulen auch bei enger benachbarten Strom führenden Leitern, beispielsweise auf einer Leiterplatte, angeordnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die Strom führenden Leiter des Mehrphasen- Leitersystems durch die Ecken eines geometrischen Dreiecks. Die zweite Messinduktivität und die dritte Messinduktivität sind an den Ecken des gedachten planaren geometrischen Dreiecks angeordnet. Dadurch sind die Messinduktivitäten symmetrisch bezüglich einander angeordnet, sodass eine effiziente Unterdrückung von Störeinflüssen, welche jeweils von anderen Strom führenden Leitern stammen können, bewirkt werden kann. Zusätzlich können die geometrische Ausdehnung und/oder Windungszahlen der zweiten, vierten und sechsten planaren Messspule, welche innerhalb des gedachten Dreiecks angeordnet sind, reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite planare Messspule einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die erste planare Messspule auf, die vierte planare Messspule weist einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die dritte planare Messspule auf und die sechste planare Messspule weist einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die fünfte planare Messspule auf. Dadurch können Wirkungen von magnetischen Streufeldern effizient reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige Messinduktivität ausgebildet, ein
Ausgangssignal, insbesondere eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, auszugeben, welches jeweils von einer Stromstärke in dem jeweiligen Strom führenden Leiter abhängig ist, wobei die Stromsensoranordnung ferner eine
Überwachungseinrichtung umfasst, welche ausgebildet ist, eine Überschreitung eines Stromschwellwertes durch einen elektrischen Strom in dem jeweiligen Strom führenden Leiter auf der Basis des Ausgangssignals der jeweiligen Messinduktivität zu überwachen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Überwachungseinrichtung folgende
Merkmale: einen ersten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der Messinduktivität mit einem ersten Schwellwertdetektor und einer dem ersten
Schwellwertdetektor nachgeschalteten ersten Diode; einen zweiten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der zweiten Messinduktivität mit einem zweiten Schwellwertdetektor und einer dem zweiten Schwellwertdetektor nachgeschalteten zweiten Diode; einen dritten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der dritten Messinduktivität mit einem dritten Schwellwertdetektor und einer dem dritten Schwellwertdetektor nachgeschalteten dritten Diode; und einem Steueranschluss, mit welchem die Kathode der ersten Diode, die Kathode der zweiten Diode und die Kathode der dritten Diode elektrisch verbunden sind; wobei der jeweilige Schwellwertdetektor ausgebildet ist, bei Überschreitung eines Schwellwertes durch einen durch das jeweilige Ausgangssignal repräsentierten Strom einen Ausgangsstrom zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung eine Kurzschlusserzeugungseinrichtung, welche dem Steueranschluss nachgeschaltet und ausgebildet ist, ansprechend auf einen Ausgangsstrom am Steueranschluss zumindest einen der Strom führenden Leiter, insbesondere für ein vorbestimmtes
Kurzschlussintervall, kurzzuschließen.
Weitere Ausführungsformen werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A, 1 B: Stromsensoranordnungen;
Fig. 2A, 2B Stromsensoranordnungen;
Fig. 3 eine Stromsensoranordnung;
Fig. 4 eine Stromsensoranordnung;
Fig. 5 eine Stromsensoranordnung;
Fig. 6 eine Stromsensoranordnung; und
Fig. 7 eine Stromsensoranordnung.
Fig. 1 A zeigt eine Stromsensoranordnung 100 mit einer Messinduktivität 103, wobei die Messinduktivität 103 eine erste planare Messspule 105 mit ersten Windungen 106 umfasst, welche in einer ersten Ebene angeordnet sind, eine zweite planare Messspule 107 mit zweiten Windungen 108, welche in einer zweiten Ebene angeordnet sind; und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt 109, welcher die erste planare Messspule 105 mit der zweiten planaren Messspule 107 elektrisch in Reihe verbindet. Die erste Ebene und die zweite Ebene sind beispielsweise parallel, d.h. die planaren Messspulen 105, 107 sind in derselben Ebene angeordnet.
Die Messinduktivität 103 kann auf einer Leiterplatte 101 planar angeordnet sein.
Der windungsfreie Verbindungsabschnitt 109 ist beispielsweise ein gerades oder gebogenes Leiterstück, das jedoch keine Windungen umfasst.
In dem in Fig. 1A dargestellten Beispiel sind die Windungen 106, 108 der planaren Messspulen 105, 107 schneckenförmig und im gegenläufigen Sinn ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Die Windungen 106, 108 können gleiche oder unterschiedliche Durchmesser und/oder gleiche oder unterschiedliche Windungszahlen aufweisen. Ein Strom führender Leiter 1 15 kann zwischen den planaren Messspulen 105, 107 angeordnet werden, sodass die planaren Messspulen 105, 107 beidseitig des Strom führenden Leiters 1 15 angeordnet sind. Der Strom führender Leiter 1 15 kreuzt ferner den windungsfreien Verbindungsabschnitt 109, welcher die Messspulen 105, 107 verbindet.
Fig. 1 B zeigt eine Stromsensoranordnung 102 mit einer Messinduktivität 1 17, wobei die Messinduktivität 1 17 eine erste planare Messspule 1 19 mit ersten Windungen 120, welche in einer ersten Ebene angeordnet sind, eine zweite planare Messspule 121 mit zweiten Windungen 122, welche in einer zweiten Ebene angeordnet sind, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt 123 umfasst, welcher die erste planare Messspule 1 19 mit der zweiten planaren Messspule 121 elektrisch in Reihe verbindet. Die erste Ebene und die zweite Ebene sind beispielsweise parallel, d.h. die planaren Messspulen 1 19, 121 sind in derselben Ebene angeordnet. Der windungsfreie Verbindungsabschnitt 123 ist beispielsweise ein gerades oder gebogenes Leiterstück, das jedoch keine Windungen umfasst.
In dem in Fig. 1 B dargestellten Beispiel sind die Windungen 120, 122 der planaren Messspulen 1 19, 121 spiralförmig und im gegenläufigen Sinn ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Die Windungen 120, 122 können gleiche oder unterschiedliche Durchmesser und/oder gleiche oder unterschiedliche Windungszahlen aufweisen.
Ein Strom führender Leiter 1 15 kann zwischen den planaren Messspulen 105, 107 angeordnet werden, sodass die planaren Messspulen 105, 107 beidseitig des Strom führenden Leiters 1 15 angeordnet sind. Der Strom führende Leiter 1 15 kreuzt ferner den windungsfreien Verbindungsabschnitt 109, welcher die planaren Messspulen 105, 107 verbindet.
Fig. 2A und 2B zeigen eine Stromsensoranordnung 200 mit einer Messinduktivität 201. Die Messinduktivität 201 umfasst eine erste planare Messspule 203 mit Windungen 204 und eine zweite planare Messspule 205 mit Windungen 206, welche als Leiterbahnen, beispielsweise Streifenleitungen, einer Leiterplatte 209 gebildet sind. Die Radien der Windungen 204, 206 und/oder die Windungszahlen der Windungen 204, 206 können gleich oder unterschiedlich sein. Die planaren Messspulen 203, 205 sind beispielsweise schneckenförmig oder spiralförmig ausgebildet, beispielsweise gewickelt und mittels eines windungsfreien
Verbindungsabschnitts 21 1 in Reihe verbunden. Weiterhin umfasst die Stromsensoranordnung 200 ein Anschlussterminal 213 mit einem ersten Messanschluss 215, welcher mit der ersten planaren Messspule 203 verbunden ist, und mit einem zweiten Messanschluss 217, welcher mit der zweiten planaren
Messspule 205 über einen zweiten windungsfreien Verbindungsabschnitt 219 elektrisch verbunden ist.
Die windungsfreien Verbindungsabschnitte 217 und 219 überbrücken eine Lücke zwischen den planaren Messspulen 203, 203, in welcher ein Strom führender Leiter 221 angeordnet werden kann. Der windungsfreie Verbindungsabschnitt 21 1 kann wie in Fig. 2A dargestellt oberhalb oder, wie in Fig. 2B dargestellt, unterhalb des Strom führenden Leiters 221 angeordnet sein. Der zweite windungsfreie Verbindungsabschnitt 219 kann ebenfalls oberhalb oder unterhalb des Strom führenden Leiters 221 angeordnet sein. Die windungsfreien
Verbindungsabschnitte 21 1 , 219 tragen aufgrund der Windungsfreiheit weitaus weniger zu einer magnetischen Kopplung bei als die Windungen 204, 206. Der Einfluss der windungsfreien Verbindungsabschnitte 21 1 , 219 kann bei der Stromerfassung daher vernachlässigt werden, insbesondere wenn diese senkrecht oder nahezu senkrecht zu dem Strom führenden Leiter angeordnet sind. Die in den Fig. 1A, 1 B, 2A und 2B dargestellten Messinduktivitäten 109, 1 17, 201 liefern eine Messspannung u(t), welche gemäß dem Induktionsgesetz einer zeitlichen Ableitung eines Messstroms i(t) in dem Strom führenden Leiter 221 entspricht. Die
Messinduktivitäten 109, 1 17, 201 können daher als modifizierte Rogowski-Spulen aufgefasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der jeweiligen Messinduktivität ein Integrator nachgeschaltet werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Messstrom proportional ist. Der Integrator kann durch eine an sich bekannte Schaltung mit einem rückgekoppelten Operationsverstärker mit einem parallelen R-C-Glied in dem
Rückkopplungszweig und einem Vorschaltwiderstand realisiert werden.
Fig. 3 zeigt eine Stromsensoranordnung 300 mit einer Messinduktivität 301 , einer zweiten Messinduktivität 303 und mit einer dritten Messinduktivität 305.
Die Messinduktivität 301 umfasst eine erste planare Messspule 307 mit ersten Windungen
308 und eine zweite planare Messspule 309 mit zweiten Windungen 310. Ein
windungsfreier Verbindungsabschnitt 306 verbindet die planaren Messspulen 307 und
309 in Reihe.
Die zweite Messinduktivität 303 umfasst eine dritte planare Messspule 31 1 mit ersten Windungen 312, eine vierte planare Messspule 313 mit zweiten Windungen 314, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt 315, welcher die planaren Messspulen 31 1 und 313 in Reihe verbindet.
Die dritte Messinduktivität 305 umfasst eine fünfte planare Messspule 317 mit ersten Windungen 318, eine sechste planare Messspule 319 mit zweiten Windungen 320, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt 321 , welcher die fünfte planare Messspule 317 mit der sechsten planaren Messspule 319 elektrisch verbindet.
Die Stromsensoranordnung 300 ist vorgesehen, elektrische Ströme in den Strom führenden Leitern 325, 327 und 329 eines Mehrphasen-Leitersystems 323 zu erfassen. Die Strom führenden Leiter 325, 327 und 329 verlaufen beispielsweise kreisbogenförmig durch die Ecken 331 , 333, 335 eines gedachten, geometrischen Dreiecks 337.
Die Messinduktivität 301 ist an der Ecke 331 angeordnet und für die Stromerfassung in dem ersten Strom führenden Leiter 325 vorgesehen. Die zweite Messinduktivität 303 ist an der Ecke 333 angeordnet und für die Stromerfassung in dem ersten Strom führenden Leiter 327 vorgesehen. Die dritte Messinduktivität 305 ist an der Ecke 335 angeordnet und für die Stromerfassung in dem ersten Strom führenden Leiter 329 vorgesehen.
Wie in Fig. 3 dargestellt, hat die zweite planare Messspule 309 einen geringeren
Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die erste planare Messspule 307, die vierte planare Messspule 313 hat einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die dritte planare Messspule 31 1 und die sechste planare Messspule 319 hat einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die fünfte Messspule 317. Durch die geometrische Anordnung der Messinduktivitäten 301 , 303 und 305 an den Ecken 331 , 333, 335 sowie durch die unterschiedlichen Durchmesser bzw.
Windungszahlen der Messspulen kann erreicht werden.
Durch die in Fig. 4 dargestellte Geometrieoptimierung kann erreicht werden, dass die magnetische Kopplung des Stromes 11 durch den Leiter 325 in der dritten planaren Messspule 31 1 und in der vierten planaren Messspule 313, in der fünften planaren Messspule 315 sowie in der sechsten planaren Messspule 319 reduziert oder nahezu Null wird. Dazu kann beispielweise die Fläche der dritten planaren Messspule 31 1 größer als die Fläche der vierten planaren Messspule 313 gewählt werden, die wiederum räumlich näher an den Leiter 325 positioniert ist. Dadurch können in der dritten planaren Messspule 31 1 und in der vierten planaren Messspule 313 zwei gleich große, mit unterschiedlichem Vorzeichen behaftete induzierte Spannungsanteile des Stromes erreicht werden, so dass in Summe der Leiter 325 nicht auf die dritte planare Messspule 31 1 und die vierte planare Messspule 313 wirkt. Durch die Symmetrie der Anordnung gilt dies für alle drei Komponenten und jeder Strom führende Leiter 325, 327, 329 (Primärleiter) 10, 1 1 , 12 wirkt nur auf seine zugehörige erste und zweite planare Messspule 308, 31 0, dritte und vierte Messspule 31 1 und 313, und fünfte bis sechse planare Messspule 317, 320. Fig. 4 zeigt eine Stromsensoranordnung 400 mit einer Messinduktivität 401 , einer zweiten Messinduktivität 403 und mit einer dritten Messinduktivität 405.
Die Messinduktivität 401 umfasst eine erste planare Messspule 407 mit ersten Windungen und eine zweite planare Messspule 409 mit zweiten Windungen. Die planaren
Messspulen 407, 409 sind in Reihe verbunden. Die zweite Messinduktivität 403 umfasst eine dritte planare Messspule 41 1 mit ersten Windungen und eine vierte planare Messspule 413 mit zweiten Windungen. Die planaren Messspulen 41 1 , 413 sind in Reihe verbunden.
Die dritte Messinduktivität 405 umfasst eine dritte planare Messspule 415 mit ersten Windungen und eine vierte planare Messspule 417 mit zweiten Windungen. Die planaren Messspulen 415, 417 sind in Reihe verbunden.
Die in Fig. 4 dargestellten planaren Messspulen 407, 409, 41 1 , 413, 415, 417 können beispielsweise schneckenförmige oder spiralförmige planare Messspulen mit den vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmalen sein.
Die Stromsensoranordnung 400 ist vorgesehen, elektrische Ströme in den Strom führenden Leitern 419, 421 und 423 eines Mehrphasen-Leitersystems zu erfassen. Die Strom führenden Leiter 419, 421 und 423 sind beispielsweise parallel angeordnet.
Zur Erfassung der in den Strom führenden Leitern 419, 421 und 423 fließenden Ströme sind die planaren Messspulen 407, 409, 41 1 , 413, 415, 417 der Messinduktivitäten 401 , 403 und 405 jeweils seitlich der Strom führenden Leiter 419, 421 und 423 angeordnet. Die Messinduktivitäten 401 , 403 und 405 sind jedoch zumindest teilweise lateral entlang der Verlaufsrichtung der Strom führenden Leiter verschoben. Hierzu ist beispielsweise die zweite Messinduktivität 403 bezüglich der Messinduktivität 401 und bezüglich der dritten Messinduktivität lateral versetzt. Dadurch kann die Messung auch bei dicht nebeneinander liegenden Strom führenden Leitern 419, 421 und 423 durchgeführt werden. Außerdem können dadurch die Störeinflüsse reduziert werden.
Die Stromsensoranordnung 400 kann, beispielsweise gemeinsam mit den Strom führenden Leitern 419, 421 und 423, auf einer Leiterplatte 425 angeordnet sein.
Die in Fig. 4 dargestellten planaren Messspulen 407, 409, 41 1 , 413, 415, 417 sind gegensinnig in die beispielsweise in Fig. 4 durch Pfeile angedeuteten Richtungen ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Dadurch können von benachbarten Strom führenden Leitern 419, 421 und 423 stammende Störeinflüsse reduziert werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die Strom führenden Leiter 419, 421 , 423 Primärleiter und können einzeln oder gleichzeitig und mit beliebigem Vorzeichen behaftete Kurzschlussströme führen. Die planaren Messspulen 407, 409 bzw. 41 1 , 413 bzw. 415, 417 messen die Ströme (Messströme) in den Leitern 419, 421 , 423 durch Induktion. Die planaren Messspulen 407, 409 sind gegensinnig in Reihe geschaltet und die induzierten Spannungen des stromdurchflossenen Primärleiters 419 überlagern sich konstruktiv, da das Vorzeichen des magnetischen Feldes des Leiters 419 in den planaren Messspulen 407, 409 gegensinnig ist. Gleichzeitig koppelt das Feld des Primärleiters 419 in die planaren Messspulen 41 1 , 413. Durch die gegensinnige Reihenschaltung der planaren Messspulen 41 1 , 413 subtrahieren sich jedoch die induzierten Spannungen, da das Vorzeichen des magnetischen Feldes in der zweiten Messinduktivität 401 mit den planaren Messspulen 41 1 , 413 gleich ist und es verbleibt im Idealfall kein Spannungssignal an der zweiten Messinduktivität 401 mit den planaren Messspulen 41 1 , 413.
Dieselben Ausführungen gelten auch für die Primärleiter 421 und 423, so dass der Primärleiter 419 im Wesentlichen nur auf die planaren Messspulen 407, 409 wirkt, der Primärleiter 421 im Wesentlichen nur auf die planaren Messspulen 41 1 , 413 und der Primärleiter 423 im Wesentlichen nur auf die planaren Messspulen 415, 416 der dritten Messinduktivität 405. Somit können mit drei Messspannungen die unterschiedlichen Ströme gemessen und detektiert werden.
Fig. 5 zeigt eine Stromsensoranordnung 500 mit einer Messinduktivität 501 , einer zweiten Messinduktivität 503 und mit einer dritten Messinduktivität 505.
Die Messinduktivität 501 umfasst eine erste planare Messspule 507 mit ersten Windungen und eine zweite planare Messspule 509 mit zweiten Windungen. Die planaren
Messspulen 507, 509 sind in Reihe verbunden. Die zweite Messinduktivität 503 umfasst eine dritte planare Messspule 51 1 mit ersten
Windungen und eine vierte planare Messspule 513 mit zweiten Windungen. Die planaren Messspulen 51 1 , 513 sind in Reihe verbunden. Die dritte Messinduktivität 505 umfasst eine dritte planare Messspule 515 mit ersten
Windungen und eine vierte planare Messspule 517 mit zweiten Windungen. Die planaren Messspulen 515, 517 sind in Reihe verbunden.
Die in Fig. 5 dargestellten planaren Messspulen 507, 509, 51 1 , 513, 515, 517 können beispielsweise schneckenförmige oder spiralförmige planare Messspulen mit den vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmalen sein.
Die Stromsensoranordnung 500 ist vorgesehen, elektrische Ströme in den Strom führenden Leitern 519, 521 und 523 eines Mehrphasen-Leitersystems zu erfassen. Die Strom führenden Leiter 519, 521 und 523 sind beispielsweise parallel angeordnet.
Die Messinduktivitäten 501 , 503, 505 mit den planaren Messspulen 507, 509, 51 1 , 513, 515, 517 sind im Unterschied zu dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Reihe angeordnet. So sind die zweite planare Messspule 509 und die dritte planare Messspule 51 1 beispielsweise unmittelbar nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zu dem ersten Strom führenden Leiter 519 oder zu dem zweiten Strom führenden Leiter 521 angeordnet. Die vierte planare Messspule 513 und die fünfte planare Messspule 515 sind analog nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zu dem zweiten Strom führenden Leiter 521 oder zu dem dritten Strom führenden Leiter 523 angeordnet.
Die in Fig. 5 dargestellten planaren Messspulen 507, 509, 51 1 , 513, 515, 517 sind gegensinnig in die beispielsweise in Fig. 4 durch Pfeile angedeuteten Richtungen ausgebildet, beispielsweise gewickelt. Dadurch können von benachbarten Strom führenden Leitern 519, 521 und 523 stammende Störeinflüsse reduziert werden.
Fig. 6 zeigt eine Stromsensoranordnung 600 mit einer Messinduktivität 601 , einer zweiten Messinduktivität 603 und einer dritten Messinduktivität 605. Die Messinduktivitäten 601 , 603 und 605 weisen jeweils planare Messspulen auf, welche beidseitig des jeweiligen Strom führenden Leiters 607, 609 und 61 1 eines Mehrphasen-Leitersystems angeordnet sind. Die Messinduktivitäten 601 , 603, 605 weisen jeweils beispielsweise eine Impedanz Z auf. Den Messinduktivitäten 601 , 603, 605 ist eine Überwachungseinrichtung 613 nachgeschaltet, welche ausgebildet ist, eine Überschreitung eines Stromschwellwertes durch einen Strom in dem jeweiligen Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 auf der Basis des Ausgangssignals, beispielsweise eines Stroms oder einer Spannung, der jeweiligen Messinduktivität 601 , 603 und 605 zu überwachen.
Hierzu umfasst die Überwachungseinrichtung einen ersten Überwachungspfad 615 zum Empfangen des Ausgangssignals der Messinduktivität 601 mit einem ersten
Schwellwertdetektor 617 und einer dem ersten Schwellwertdetektor 617 nachgeschalteten ersten Diode 619, einen zweiten Überwachungspfad 621 zum Empfangen des
Ausgangssignals der zweiten Messinduktivität 603 mit einem zweiten Schwellwertdetektor 623 und einer dem zweiten Schwellwertdetektor 623 nachgeschalteten zweiten Diode 625, sowie einen dritten Überwachungspfad 627 zum Empfangen des Ausgangssignals der dritten Messinduktivität 605 mit einem dritten Schwellwertdetektor 629 und einer dem dritten Schwellwertdetektor 629 nachgeschalteten dritten Diode 631. Die jeweilige Diode steht allgemein stellvertretend für einen Gleichrichter oder eine Gleichrichterschaltung.
Die Messinduktivitäten 601 , 603, 605 sind vorgesehen, Messströme in den Strom führenden Leitern 607, 609 und 61 1 zu erfassen. Die Schwellwertdetektoren 617, 623 und 629 können vorgeschaltete Integratoren aufweisen, um die Ausgangsignale der
Messinduktivitäten 601 , 603, 605 durch Integration in Ausgangssignale zu überführen, welche proportional zu den Messströmen sind.
Die Schwellwertdetektoren 617, 623, 629 sind jeweils ausgebildet, bei Überschreitung eines Schwellwertes durch einen durch das jeweilige Ausgangssignal repräsentierten Strom einen Ausgangsstrom zu erzeugen.
Die Dioden 619, 625 und 631 sind kathodenseitig mit einem Steueranschluss 633 verbunden, wodurch eine„Oder"-Verknüpfung der Ausgangsströme der
Schwellwertdetektoren 617, 623, 629 realisiert wird. Durch die„Oder"-Verknüpfung wird erreicht, dass der maximale Ausgangsstrom am Steueranschluss ausgegeben wird.
Die Schwellwertdetektoren 617, 623 und 629 vergleichen beispielsweise die
Ausgangssignale der Messinduktivitäten 601 , 603, 605 mit vorbestimmten Schwellwerten, welche beispielsweise einem 10-fachen oder einem 20-fachen eines vorgegebenen Nennstroms entsprechen. Dadurch kann eine effektive Kurzschlusserkennung realisiert werden.
Alternativ zu den in Fig. 6 dargestellten Schwellwertdetektoren in jedem der drei Zweige 615, 621 , 627 kann auch eine einzelne Schwellwertdetektion am Steueranschluss 633 angeordnet sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn es irrelevant ist, an welchem Primärleiter 607, 609, 61 1 ein zu hoher Strom auftritt. In diesem Fall können die einzelnen Schwellwertdetektoren in 617, 623, 629 entfallen und die Stufen 617, 623, 629 können beispielsweise nur Integrations- und Verstärkungsstufen enthalten.
Die in Fig. 6 dargestellte Stromsensoranordnung 600 kann daher gemäß einer Ausführungsform für eine Kurzschlusserkennung eingesetzt werden.
Fig. 7 zeigt eine hierzu erweiterte Stromsensoranordnung 700 mit beispielsweise der in Fig. 6 dargestellten Stromsensoranordnung 600. Der Stromsensoranordnung 600 ist eine Kurzschlusserzeugungseinrichtung 701 nachgeschaltet. Die
Kurzschlusserzeugungseinrichtung 701 ist vorgesehen, ansprechend auf einen Ausgangsstrom am Steueranschluss 633 der Stromsensoranordnung 600, insbesondere ansprechend auf ein Vorliegen eines Ausgangsstroms an dem Steueranschluss 633, zumindest einen der Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 oder einige der Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 oder alle Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 kurzzuschließen. Der Kurzschluss kann beispielsweise durch eine elektrische Verbindung zwischen zumindest zwei der Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 (Phasenkurzschluss) oder durch eine elektrische Verbindung zwischen zumindest zwei der Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 und einem Grundpotential realisiert werden.
Die Kurzschlusserzeugungseinrichtung 701 umfasst hierzu beispielsweise eine Zündimpulseinrichtung 703 zum Erzeugen eines Zündimpulses für den Kurzschluss, und eine der Zündimpulseinrichtung 703 nachgeschaltete Kurzschlusseinrichtung 705 zum Erzeugen des Kurzschlusses ansprechend auf den Zündimpuls. Die Kurzschlusseinrichtung 705 ist mit den Strom führenden Leitern 607, 609 und 61 1 verbunden. Die Zündimpulseinrichtung 703 kann eine externe Energiequelle umfassen oder durch den Kurzschlussstrom gespeist sein.
Auf diese Weise kann effizient ein zündbarer Hilfskurzschluss erzeugen werden, um die Strom führenden Leiter 607, 609 und 61 1 bei einer Stromüberhöhung zu entlasten.
Gemäß einer Ausführungsform bilden Merkmale der erweiterten Stromsensoranordnung 700 ein eigenständiges Kurzschlusserzeugungssystem.
Hierbei kann der erweiterten Stromsensoranordnung 700 eine Kurzschlussschutzeinrichtung 705 vorgeschaltet sein, welche in an sich bekannter Weise Sicherungen oder Lastschutzschalter umfassen kann. Eingangsseitig kann ferner eine Versorgungsspannung 707 vorgesehen sein, welche beispielsweise eine dreiphasige Versorgungsspannung mit 400 V und 50 Hz, mit oder ohne einen Neutralleiter, liefert. Der erweiterten Stromsensoranordnung 700 kann ferner ein Schaltgerät 709 nachgeschaltet sein, das beispielsweise als ein Frequenzumrichter, ein Schütz oder ein Halbleitermotorschaltgerät ausgeführt sein kann. Dem Schaltgerät 709 kann eine elektrische Last 71 1 , beispielsweise ein Motor, Heizelemente oder Lampen, nachgeschaltet sein.
Bezüglich weiterer Details bezüglich der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele wird auf den Inhalt der Druckschrift WO 2012/123541 verwiesen, welche dieser Beschreibung vollständig zuzurechnen ist. Die Erkennung des Kurzschlusses kann gemäß einer Ausführungsform so ausgeführt werden, dass auch Erdschlüsse erkannt werden. Durch geeignete Dimensionierung der Erkennung ist es möglich, jeden beliebigen Stromwert als Schaltschwelle für die Erkennung des Kurzschlusses zu definieren. Damit können auch relativ kleine Kurzschlussströme, z. B. das 10 bis 20-fache des Nennstromes eines Antriebs oder eines Motors erkannt und der Hilfskurzschluss erzeugt werden. Somit können konventionelle Kurzschlusseinrichtungen, die typischerweise insb. bei kleinen Kurzschlussströmen als kritisch einzustufen sind, ihre volle Performance (wie bei einem Nennkurzschluss) entfalten. Gemäß einer Ausführungsform können die Messanordnungen, beispielsweise die Stromsensoranordnungen, zur Messung von Kurzschlussströmen in einem Drehstromnetz eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Rogowski-Spule als Basis für eine Strommessung dienen. Diese kann komprimiert zu einer 8-förmigen Grundstruktur auf einer Leiterplatte realisiert werden. Dadurch kann die Präzision reduziert sein, jedoch eine kostengünstige Implementierung ermöglicht werden. Gemäß einer Ausführungsform ist eine dreifache Ausführung der Messspule zur gleichzeitigen Messung von bis zu 3 Kurzschlussströmen möglich. Hierbei können verschiedene Anordnungen, beispielsweise eine versetzte Anordnung, eine nebeneinanderliegende Anordnung und/oder eine symmetrische Anordnung, möglich sein.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt jede Messspule den ihr zugehörigen Kurzschlussstrom deutlich stärker wahr als die Ströme der benachbarten Leiter. Der Faktor kann dabei 2 bis mehrere Größenordnungen betragen. Dies kann durch die Rogowski-Struktur, beispielsweise durch die 8-Form sowie den eingeschlossenen Leiter, bedingt sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung drei Messsignale, welche integriert und gleichgerichtet werden können. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung eine elektronische Schaltung, welche die Messsignale vergleicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromsensoranordnung eine elektronische Schaltung, welche durch das stärkste Messsignal zur Bewertung eines Kurzschlusses gespeist wird.
Gemäß einer Ausführungsform schaltet ein Auswertesignal einen Hilfskurzschluss ein. Gemäß einer Ausführungsform kann die gesamte Schaltung, beispielsweise die Stromsensoranordnung, passiv oder aktiv ausgelegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine passive Auslegung durch eine RC-Glied Integration und einfache Dioden oder durch eine einfache Verknüpfung realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine aktive Auslegung eine Integration durch einen Operationsverstärker oder einen Mikroprozessor bzw. uP umfassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Stromsensoranordnung mit einer Messinduktivität, wobei die Messinduktivität die folgenden Merkmale umfasst: eine erste planare Messspule (105) mit ersten Windungen (106), welche in einer ersten Ebene angeordnet sind; eine zweite planare Messspule (107) mit zweiten Windungen (108), welche in einer zweiten Ebene angeordnet sind; und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt (109), welcher die erste planare Messspule (105) mit der zweiten planaren Messspule (107) elektrisch verbindet.
2. Stromsensoranordnung nach Anspruch 1 , wobei der windungsfreie Abschnitt (109) die erste planare Messspule (105) und die zweite planare Messspule (107) elektrisch in
Reihe verbindet.
3. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Windungen (106) schneckenförmig oder spiralförmig in der ersten Ebene planar ausgebildet sind, und wobei die zweiten Windungen (107) schneckenförmig oder spiralförmig in der zweiten Ebene planar ausgebildet sind.
4. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste planare Messspule (105) und die zweite planare Messspule (107) beidseitig eines einen Strom führenden Leiters anordenbar sind.
5. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Anschlussterminal mit einem ersten Messanschluss, welcher mit der ersten planaren Messspule (105) verbunden ist, und mit einem zweiten Messanschluss, welcher mit der zweiten planaren Messspule (107) über einen zweiten windungsfreien
Verbindungsabschnitt (219) elektrisch verbunden ist.
6. Stromsensoranordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Strom führende Leiter oberhalb oder unterhalb des jeweiligen wicklungsfreien Verbindungsabschnitts (109, 21 1 , 219) anordenbar ist.
7. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene parallel zueinander sind oder unter einem vorbestimmten
Winkel zueinander verlaufen.
8. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messinduktivität (103) auf oder in einer Leiterplatte (101) angeordnet ist, und wobei die ersten Windungen (106), die zweiten Wndungen (108) und der jeweilige windungsfreie Verbindungsabschnitt (109, 211 , 219) durch Streifenleitungen, insbesondere durch gedruckte Streifenleitungen, gebildet sind.
9. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste planare Messspule (105) und die zweite planare Messspule (107) unterschiedliche
Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Induktivitäten, unterschiedliche
Windungszahlen, unterschiedliche Flächen oder unterschiedliche Wndungsdurchmesser, aufweisen.
10. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer zweiten Messinduktivität (403, 503) und mit einer dritten Messinduktivität (405, 505), wobei die zweite Messinduktivität (403, 503) eine dritte planare Messspule mit ersten Windungen, welche in der ersten Ebene angeordnet sind, eine vierte planare Messspule mit zweiten Wndungen, welche in der zweiten Ebene angeordnet sind, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher die dritte planare Messspule mit der vierten planaren Messspule elektrisch verbindet, umfasst, wobei die dritte Messinduktivität (405, 505) eine fünfte planare Messspule mit ersten Windungen, welche in der ersten Ebene angeordnet sind, eine sechste planare Messspule mit zweiten Windungen, welche in der zweiten Ebene angeordnet sind, und einen windungsfreien Verbindungsabschnitt, welcher die fünfte planare Messspule mit der sechsten planaren Messspule elektrisch verbindet, umfasst, und wobei die jeweilige Messinduktivität zur Erfassung eines Stroms in jeweils einem Strom führenden Leiter eines Mehrphasen-Leitersystems vorgesehen ist.
1 1. Stromsensoranordnung nach Anspruch 10, wobei die erste planare Messspule und die zweite planare Messspule beidseitig eines ersten Strom führenden Leiters des Mehrphasen-Leitersystems angeordnet sind, wobei die dritte planare Messspule und die vierte planare Messspule beidseitig eines zweiten Strom führenden Leiters des
Mehrphasen-Leitersystems angeordnet sind, und wobei die fünfte planare Messspule und die sechste planare Messspule beidseitig eines dritten Strom führenden Leiters des Mehrphasen-Leitersystems angeordnet sind.
12. Stromsensoranordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , wobei die zweite planare Messspule und die dritte planare Messspule nebeneinander in unterschiedlichen
Abständen zu dem ersten Strom führenden Leiter oder zu dem zweiten Strom führenden Leiter angeordnet sind, und wobei die vierte planare Messspule und die fünfte planare Messspule nebeneinander in unterschiedlichen Abständen zu dem zweiten Strom führenden Leiter oder zu dem dritten Strom führenden Leiter angeordnet sind.
13. Stromsensoranordnung nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die zweite
Messinduktivität (503) bezüglich der Messinduktivität (501) und bezüglich der dritten Messinduktivität (505) lateral, insbesondere in Verlaufsrichtung des zweiten Strom führenden Leiters, versetzt ist.
14. Stromsensoranordnung nach Anspruch 13, wobei die dritte Messspule unmittelbar neben dem ersten Strom führenden Leiter und wobei die vierte Messspule unmittelbar neben dem dritten Strom führenden Leiter angeordnet sind.
15. Stromsensoranordnung nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Strom führenden Leiter des Mehrphasen-Leitersystems durch die Ecken eines geometrischen Dreiecks verlaufen, und wobei die zweite Messinduktivität und die dritte Messinduktivität an den Ecken des planaren geometrischen Dreiecks angeordnet sind.
16. Stromsensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei die zweite planare Messspule einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger
Windungen als die erste planare Messspule aufweist, wobei die vierte planare Messspule einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Wndungen als die dritte planare Messspule aufweist und wobei die sechste planare Messspule einen geringeren Windungsdurchmesser oder weniger Windungen als die fünfte planare Messspule aufweist.
17. Stromsensoranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die jeweilige Messinduktivität ausgebildet ist, ein Ausgangssignal, insbesondere eine
Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, auszugeben, welches jeweils von einer Stromstärke in dem jeweiligen Strom führenden Leiter abhängig ist, wobei die
Stromsensoranordnung ferner eine Überwachungseinrichtung umfasst, welcher ausgebildet ist, eine Überschreitung eines Stromschwellwertes durch einen elektrischen Strom in dem jeweiligen Strom führenden Leiter auf der Basis des Ausgangssignals der jeweiligen Messinduktivität zu überwachen.
18. Stromsensoranordnung nach Anspruch 17, wobei die Überwachungseinrichtung folgende Merkmale umfasst: einen ersten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der
Messinduktivität mit einem ersten Schwellwertdetektor und einer dem ersten
Schwellwertdetektor nachgeschalteten ersten Diode; einen zweiten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der zweiten Messinduktivität mit einem zweiten Schwellwertdetektor und einer dem zweiten
Schwellwertdetektor nachgeschalteten zweiten Diode; einen dritten Überwachungspfad zum Empfangen des Ausgangssignals der dritten Messinduktivität mit einem dritten Schwellwertdetektor und einer dem dritten
Schwellwertdetektor nachgeschalteten dritten Diode; und einem Steueranschluss, mit welchem die Kathode der ersten Diode, die Kathode der zweiten Diode und die Kathode der dritten Diode elektrisch verbunden sind; wobei der jeweilige Schwellwertdetektor ausgebildet ist, bei Überschreitung eines
Schwellwertes durch einen durch das jeweilige Ausgangssignal repräsentierten Strom einen Ausgangsstrom zu erzeugen.
19. Stromsensoranordnung nach Anspruch 18, mit einer
Kurzschlusserzeugungseinrichtung, welche dem Steueranschluss nachgeschaltet und ausgebildet ist, ansprechend auf einen Ausgangsstrom am Steueranschluss zumindest einen der Strom führenden Leiter, insbesondere für ein vorbestimmtes
Kurzschlussintervall, kurzzuschließen.
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