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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR SHORT-CIRCUIT MONITORING OF A THREE-PHASE LOAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/121846
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to improve short-circuit monitoring of a three-phase load (250), the invention provides a device for short-circuit monitoring (100) of a three-phase load (250) connected to a three-phase grid, which device comprises at least one current sensor (201-203) arranged in the current path (101-103) of one phase of the three-phase grid, and a processing unit (400) for evaluating the measured values of the at least one current sensor (201-203), having a connection for each current sensor (201-203) to which the respective current sensor (201-203) is connected via a connection line, wherein the processing unit (400) is configured to detect a short-circuit on the three-phase load (250) by evaluating the measured values determined by the current sensor (201-203), wherein the evaluation comprises a plausibility test of the determined measured values, in order to differentiate between a short-circuit and an influencing of the determined measured values by an electrical and/or electromagnetic fault. The invention further relates to a corresponding method for short-circuit monitoring of a three-phase load (250) connected to a three-phase grid.

Inventors:
SCHAPER ELMAR (DE)
HAWEL DANIEL (DE)
SCHUERGENS DETLEV (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/050658
Publication Date:
July 20, 2017
Filing Date:
January 13, 2017
Export Citation:
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Assignee:
PHOENIX CONTACT GMBH & CO (DE)
International Classes:
G01R31/02
Foreign References:
DE19954950A12001-05-17
DE102014106130A12015-11-05
DE4142471A11992-07-02
DE102011001340A12012-09-20
DE4329919A11995-03-09
Attorney, Agent or Firm:
BLUMBACH ZINNGREBE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung (100) einer an ein Drehstromnetz angeschlossenen Drehstromlast (250) , umfassend

- wenigstens einen im Strompfad (101-103) einer Phase des Drehstromnetzes angeordneten Stromsensor (201-203) ,

- eine Verarbeitungseinheit (400) zum Auswerten der

Messwerte des wenigstens einen Stromsensors (201-203) mit jeweils einem Anschluss (401-404) für jeden Stromsensor

(201-203) , an den der jeweilige Stromsensor (201-203) über eine Anschlussleitung angeschlossen ist, wobei die

Verarbeitungseinheit (400) dazu ausgebildet ist, durch Auswertung der von dem Stromsensor (201-203) ermittelten Messwerte einen Kurzschluss an der Drehstromlast (250) zu erkennen, wobei die Auswertung eine Plausibilitatsprüfung der ermittelten Messwerte umfasst, um zwischen einem

Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten

Messwerte durch eine elektrische und/oder

elektromagnetische Störung zu unterscheiden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend mehrere, insbesondere drei, Stromsensoren (201-203) , die jeweils im Strompfad (101-103) unterschiedlicher Phasen des

Drehstromnetzes angeordnet sind und jeweils über

Anschlussleitungen an zugeordnete Anschlüsse (401-404) der Verarbeitungseinheit (400) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei wenigstens zwei der Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren (201-203) an die Verarbeitungseinheit (400) angeschlossen sind, miteinander über ein Koppelglied (301-307) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren (201-203) an die Verarbeitungseinheit (400) angeschlossen sind, jeweils paarweise miteinander über separate

Koppelglieder (302-307) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Koppelglieder (301-307) jeweils derart als Hochpass ausgebildet sind, dass die Anschlussleitungen für

hochfrequente Signale im Wesentlichen kurzgeschlossen werden, auf den Anschlussleitungen übertragene Messsignale der Stromsensoren (201-203) durch die Koppelglieder (301- 307) aber im Wesentlichen unbeeinflusst werden.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dazu ausgebildet, zur Kurzschlussüberwachung kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen, insbesondere zyklisch, Strommesswerte mittels der Stromsensoren (201-203) zu ermitteln.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswertung durch die Verarbeitungseinheit (400) eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der ermittelten Messwerte umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (400) dazu ausgebildet ist, einen Kurzschluss zu erkennen, wenn wenigstens ein

ermittelter Stromwert oder ein aus mehreren ermittelten Stromwerten abgeleiteter Wert eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die ermittelten Stromwerte vorgegebene Plausibilitatsregeln einhalten.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine einzuhaltende Plausibilitatsregel vorsieht, dass die von den Stromsensoren (201-203) ermittelten Stromwerte zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht alle das gleiche

Vorzeichen aufweisen. 10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Steuerausgang (405) zum Bereitstellen eines Steuersignals bei Erkennen eines Kurzschlusses durch die Verarbeitungseinheit (400) umfasst. 11. Verfahren zur Kurzschlussüberwachung einer an ein

Drehstromnetz angeschlossenen Drehstromlast (250), mit den Schritten :

- Ermitteln von Messwerten mittels wenigstens eines im Strompfad (101-103) einer Phase des Drehstromnetzes

angeordneten Stromsensor (201-203) ,

- Auswerten der ermittelten Messwerte oder daraus

abgeleiteter Werte durch eine Verarbeitungseinheit (400), an welche die Stromsensoren (201-203) angeschlossen sind, zur Erkennung eines Kurzschlusses, wobei das Auswerten eine Plausibilitatsprüfung der ermittelten Messwerte umfasst, um zwischen einem Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten Messwerte durch eine elektrische und/oder elektromagnetische Störung zu unterscheiden. 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln der Messwerte mittels mehrerer, insbesondere dreier,

Stromsensoren (201-203), die jeweils im Strompfad (101-103) unterschiedlicher Phasen des Drehstromnetzes angeordnet sind und jeweils über Anschlussleitungen an zugeordnete Anschlüsse (401-404) der Verarbeitungseinheit (400)

angeschlossen sind, erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens zwei der Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren (201-203) an die Verarbeitungseinheit (400) angeschlossen sind, miteinander über ein Koppelglied (301-307) verbunden sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren (201- 203) an die Verarbeitungseinheit (400) angeschlossen sind, jeweils paarweise miteinander über separate Koppelglieder (302-307) miteinander verbunden sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Koppelglieder (301-307) jeweils derart als Hochpass ausgebildet sind, dass die Anschlussleitungen für

hochfrequente Signale im Wesentlichen kurzgeschlossen werden, auf den Anschlussleitungen übertragene Messsignale der Stromsensoren (201-203) durch die Koppelglieder (301- 307) aber im Wesentlichen unbeeinflusst werden. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Ermitteln von Messwerten kontinuierlich oder in

vorgegebenen Zeitabständen, insbesondere zyklisch, erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Auswerten durch die Verarbeitungseinheit (400) eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der ermittelten

Messwerte umfasst.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei durch die Verarbeitungseinheit (400) ein Kurzschluss erkannt wird, wenn wenigstens ein ermittelter Stromwert oder ein aus mehreren ermittelten Stromwerten abgeleiteter Wert eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die ermittelten Stromwerte vorgegebene Plausibilitatsregeln einhalten .

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei eine einzuhaltende Plausibilitatsregel vorsieht, dass die von den Stromsensoren (201-203) ermittelten Stromwerte zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht alle das gleiche Vorzeichen aufweisen .

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei bei Erkennen eines Kurzschlusses durch die

Verarbeitungseinheit (400) ein Steuersignal erzeugt wird.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung einer

Drehstromlast

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein Drehstromsysteme und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur

Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast.

In Drehstromsystemen, auch Dreiphasenwechselstromsysteme genannt, ist eine Kurzschlussüberwachung für eine an dem Drehstromsystem betriebene Drehstromlast, wie

beispielsweise ein Motor, ein Heizelement oder eine Lampe, aus Gründen der elektrischen Sicherheit erforderlich.

Zu diesem Zweck erfolgt in der Regel mittels Stromsensoren eine Überwachung der Stromstärke in den Strompfaden, über welche die Drehstromlast an die Leiter des Drehstromnetzes angeschlossen ist, wobei sich ein Kurzschluss an der

Drehstromlast durch sprunghafte Änderungen der gemessenen Stromstärke bemerkbar macht.

Wechselstromsensoren, auch als Stromwandler bezeichnet, bestehen meist aus einem Ringkern und sind wie ein

Transformator ausgeführt. Das magnetische Wechselfeld eines vom zu erfassenden Wechselstrom durchflossenen Leiters induziert in der Messspule einen Wechselstrom, welcher über das reziproke Windungszahlverhältnis proportional zum

Messstrom ist.

Stromsensoren in Drehstromanwendungen liefern somit ein proportionales Abbild des Eingangssignals, wobei das Wirkprinzip des Wandlers beispielsweise auf einer

Rogowskispule, einem Hallsensor oder einem Transformator basiert. Bekannt sind beispielsweise auch für Wechselströme ausgelegte Stromzangen mit großer Öffnung, die über den zu messenden Stromleiter geklappt werden können.

Durch Wahl des Windungszahlverhältnisses der beteiligten Spulen kann ein großer Messbereich abgedeckt werden, ohne den primären Stromkreis nennenswert zu beeinflussen.

Stromwandler nach diesem Prinzip benötigen in der Regel keine externe Energie zum Betrieb.

Für eine Kurzschlussüberwachung mit Stromsensoren in

Drehstromanwendungen werden in der Regel zunächst die

Stromdaten als Analogwerte erfasst. Der Signalverlauf der erfassten Stromdaten wird beispielsweise von einer

Einrichtung zur Motorstromüberwachung auf mögliche

sprungartige Veränderungen geprüft, die auf einen

Kurzschluss hindeuten.

Aus DE 10 2011 001340 AI ist beispielsweise eine

elektrische Vorrichtung für den Kurzschlussschutz einer Drehstromlast in einem Drehstromsystem bekannt, bei welcher ein Mittel zum Erkennen eines Kurzschlusses an der

Drehstromlast vorgesehen ist, wobei das Mittel zum Erkennen eines Kurzschlusses einen Stromsensor aufweist, sowie ein Mittel zum Erkennen einer Schaltschwelle, welches derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreiten einer

vordefinierten Schaltschwelle ein Kurzschluss erkannt wird.

Durch elektrische und/oder elektromagnetische Störungen kann das Ausgangssignal der Sensoren beeinflusst werden. Gerade Stromsensoren, die für Kurzschlussströme dimensioniert sind, haben aufgrund der hohen

Anstiegsgeschwindigkeiten beim Nutzsignal die Eigenschaft, ein Signal zu liefern, das einer Störung gleicht.

Durch Schalthandlungen im Drehstromsystem kann das

Ausgangssignal der Stromsensoren durch magnetische oder elektrische Einkopplung gestört werden. Eine Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung wird typischerweise zum Beispiel mit einer Betriebsspannung von 24 V betrieben, während die Spannung zwischen zwei Leitern des Drehstromnetzes etwa 400 V beträgt. Diese Spannungsunterschiede, aber auch die Koppelkapazität der Leitungen und parallele Führungen der Leitungen, spielen für die Kopplung eine entscheidende Rolle. Der für die Störgröße ursächliche Störstrom wird meist über Leitungen an das Gerät herangeführt und dringt über die Geräteschnittstellen ein. Über parasitäre

Gehäusekapazitäten kann der Störstrom ebenso fließen, wie über Kabelschirmkapazitäten. Sehr leicht gelangt er über galvanische Verbindungen ins Geräteinnere. Ausreichend sind wenige Pikofarad parasitäre Koppelkapazität galvanisch trennender Schnittstellen.

Aus DE 43 29 919 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrauchers in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Vorrichtung Schaltelemente umfasst, und wobei der Strom durch jedes Schaltelement erfasst und jeweils einzeln auf das Erreichen bzw. Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes überwacht wird. Würde bei jedem solchen

Überschreiten ein Kurzschluss im Bereich des Verbrauchers angenommen und eine Abschaltung bewirkt, so würde auch bei einer Störung, beispielsweise durch Störstrahlung verursacht, eine Abschaltung erfolgen. Damit kurzzeitige Störungen nicht zur Abschaltung der Vorrichtung führen, wird mit Überschreiten des Maximalstroms ein Zeitglied gestartet und erst dann ein Fehler erkannt, wenn diese Überschreitung eine vorgegebene Zeit lang andauert.

Nachteilig an dem in DE 43 29 919 AI beschriebenen

Verfahren ist, dass das Erkennen eines Kurzschlusses zeitverzögert erfolgt und eine Fehlerkennung nur bei kurzzeitigen Störungen vermieden werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu

Grunde, einen Weg aufzuzeigen, wie eine

Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Dementsprechend umfasst eine Vorrichtung zur

Kurzschlussüberwachung einer an ein Drehstromnetz

angeschlossenen Drehstromlast wenigstens einen im Strompfad einer Phase des Drehstromnetzes angeordneten Stromsensor, eine Verarbeitungseinheit zum Auswerten der Messwerte des wenigstens einen Stromsensors mit jeweils einem Anschluss für jeden Stromsensor, an den der jeweilige Stromsensor über eine Anschlussleitung angeschlossen ist, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, durch Auswertung der von dem Stromsensor ermittelten Messwerte einen

Kurzschluss an der Drehstromlast zu erkennen, und wobei die Auswertung eine Plausibilitatsprüfung der ermittelten Messwerte umfasst, um zwischen einem Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten Messwerte durch eine

elektrische und/oder elektromagnetische Störung zu

unterscheiden .

Besonders vorteilhaft wird zur Kurzschlussüberwachung der Strom im Strompfad mehrerer oder aller Phasen des

Drehstromnetzes gemessen. Dementsprechend umfasst die

Vorrichtung vorzugsweise mehrere, insbesondere drei,

Stromsensoren, die jeweils im Strompfad unterschiedlicher

Phasen des Drehstromnetzes angeordnet sind und jeweils über Anschlussleitungen an zugeordnete Anschlüsse der

Verarbeitungseinheit angeschlossen sind. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft in jedem Strompfad jeweils ein Stromsensor der Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung angeordnet .

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der

Vorrichtung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei der

Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren an die Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, miteinander über ein Koppelglied verbunden sind. Besonders vorteilhaft sind alle Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren an die Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, jeweils paarweise miteinander über separate Koppelglieder

miteinander verbunden.

Die Koppelglieder bewirken insbesondere eine kapazitive Kopplung zwischen den Anschlussleitungen und umfassen dementsprechend vorteilhaft jeweils wenigstens einen

Kondensator . Die Koppelglieder dienen insbesondere dazu, dass

elektrische und/oder elektromagnetische Störungen, welche in die Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung eingekoppelt werden, gleichmäßig auf die Anschlussleitungen verteilt werden, um so das durch eine Störung verursachte

Spannungsniveau an allen Anschlüssen der

Verarbeitungseinheit, an denen Stromsensoren angeschlossen sind, gleich zu halten, unabhängig davon, aus welcher

Richtung und an welcher Anschlussleitung die Störung eingekoppelt wird.

Die Nutzsignale der Stromsensoren, d.h. die Messsignale der Strommessung hingegen sollen durch die Koppelglieder nicht beeinflusst werden. Die Koppelglieder sind daher besonders vorteilhaft jeweils derart als Hochpass ausgebildet, dass die Anschlussleitungen für hochfrequente Signale im

Wesentlichen kurzgeschlossen werden, auf den

Anschlussleitungen übertragene Messsignale der

Stromsensoren durch die Koppelglieder aber im Wesentlichen unbeeinflusst werden. Insbesondere werden die Koppelglieder derart abgestimmt, dass Nutzsignale mit einer Frequenz von 50 Hz nicht beeinflusst werden.

Zur Kurzschlussüberwachung ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, Strommesswerte mittels der Stromsensoren kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen,

insbesondere zyklisch, zu ermitteln. Die Auswertung der von den Stromsensoren ermittelten Messwerte durch die

Verarbeitungseinheit umfasst vorteilhaft eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der ermittelten Messwerte, um insbesondere sprunghafte Veränderungen im Signalverlauf zu erkennen . Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, einen Kurzschluss zu erkennen, wenn wenigstens ein

ermittelter Stromwert oder ein aus mehreren ermittelten Stromwerten abgeleiteter Wert eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die ermittelten Stromwerte vorgegebene Plausibilitätsregeln einhalten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die

Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, als abgeleitete Werte die maximalen Amplituden der positiven und negativen Halbwellen des Stromverlaufs während einer vorgegebenen Messdauer zu ermitteln.

Es sei angemerkt, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet sein kann, die von den Stromsensoren erfassten analogen Messsignale direkt mittels einer entsprechenden analogen Schaltungsanordnung analog zu verarbeiten oder die Messsignale in digitale Daten umzuwandeln und

beispielsweise mittels eines MikroControllers auszuwerten.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, bei der

Auswertung der erfassten Messsignale der Stromsensoren eine Plausibilitätsprüfung der ermittelten Messwerte

durchzuführen, um zwischen einem Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten Messwerte durch eine

elektrische und/oder elektromagnetische Störung zu

unterscheiden .

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist als eine

einzuhaltende Plausibilitätsregel beispielsweise

vorgesehen, dass die von den Stromsensoren ermittelten Stromwerte zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht alle das gleiche Vorzeichen aufweisen. Je nach eingesetzter

Drehstromlast und zu erwartender Störungen können weitere geeignete Plausibilitatsregeln definiert werden.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Steuerausgang zum Bereitstellen eines Steuersignals bei Erkennen eines Kurzschlusses durch die Verarbeitungseinheit, um bei Erkennen eines Kurzschlusses geeignete Maßnahmen

einzuleiten, wie beispielsweise eine sichere Abschaltung der Drehstromlast zu bewirken.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur

Kurzschlussüberwachung einer an ein Drehstromnetz

angeschlossenen Drehstromlast gelöst, welches vorsieht, mittels wenigstens eines im Strompfad einer Phase des Drehstromnetzes angeordneten Stromsensors Messwerte zu ermitteln und die ermittelten Messwerte oder daraus abgeleitete Werte durch eine Verarbeitungseinheit

auszuwerten, um einen Kurzschluss zu erkennen, wobei das Auswerten eine Plausibilitatsprüfung der ermittelten

Messwerte umfasst, um zwischen einem Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten Messwerte durch eine

elektrische und/oder elektromagnetische Störung zu

unterscheiden .

Das Verfahren sieht vorteilhafte Ausführungsformen analog zu den oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der Vorrichtung vor.

Dementsprechend sieht das Verfahren vorteilhaft vor , dass das Ermitteln der Messwerte mittels mehrerer, insbesondere dreier, Stromsensoren, die jeweils im Strompfad

unterschiedlicher Phasen des Drehstromnetzes angeordnet sind und jeweils über Anschlussleitungen an zugeordnete Anschlüsse der Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, erfolgt, wobei insbesondere wenigstens zwei der

Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren an die Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, miteinander über ein Koppelglied verbunden sind , und wobei besonders vorteilhaft alle Anschlussleitungen, über welche die

Stromsensoren an die Verarbeitungseinheit angeschlossen sind, jeweils paarweise miteinander über separate

Koppelglieder miteinander verbunden sind.

Das Ermitteln der Messwerte erfolgt vorzugsweise

kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen,

insbesondere zyklisch, wobei das Auswerten durch die

Verarbeitungseinheit vorzugsweise eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der ermittelten Messwerte umfasst. Durch die Verarbeitungseinheit wird insbesondere dann ein Kurzschluss erkannt, wenn wenigstens ein ermittelter

Stromwert oder ein aus mehreren ermittelten Stromwerten abgeleiteter Wert eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die ermittelten Stromwerte vorgegebene

Plausibilitätsregeln einhalten, wobei eine einzuhaltende Plausibilitätsregel beispielsweise vorsieht, dass die von den Stromsensoren ermittelten Stromwerte zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht alle das gleiche Vorzeichen aufweisen. Ferner sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass bei

Erkennen eines Kurzschlusses durch die Verarbeitungseinheit ein Steuersignal erzeugt wird. Vorteilhaft sieht das Verfahren vor, dass mittels des Steuersignals eine Aktion bewirkt wird, beispielsweise die Anzeige einer

Fehlerinformation, die Weiterleitung einer Fehlermeldung oder ein sicheres Abschalten der Drehstromlast.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger

Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Komponenten. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast,

Fig. 2 schematisch die Schritte einer bevorzugten

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast.

Fig. 1 zeigt ein Drehstromsystem 10, in welchem eine

Drehstromlast 250 über Strompfade 101, 102 und 103 an die Leiter eines in Fig. 1 nicht dargestellten Drehstromnetzes angeschlossen ist, wobei durch die Strompfade jeweils ein Strom fließt, was durch die in Fig. 1 angegebenen

Bezeichnungen II, 12 bzw. 13 angedeutet wird. Die Drehstromlast 250 kann beispielsweise in Stern- oder Dreiecksschaltung betrieben werden. Im dargestellten

Ausführungsbeispiel wird die Drehstromlast 250 in

Sternschaltung betrieben, wobei die Sternbrücke auf N

Potenzial liegt und mit dem Schutzleiter 260 verbunden ist.

Es ist eine Vorrichtung 100 zur Kurzschlussüberwachung der an das Drehstromnetz angeschlossenen Drehstromlast 250 vorgesehen, welche drei im Strompfad der Phase des

Drehstromnetzes angeordnete Stromsensoren 201,202 und 203 umfasst, sowie eine Verarbeitungseinheit 400 zum Auswerten der Messwerte der Stromsensoren 201, 202 und 203 mit jeweils einem Anschluss 401, 402 bzw. 403 für jeden der

Stromsensoren, an den der jeweilige Stromsensor über eine Anschlussleitung angeschlossen ist. Ferner ist für die Stromsensoren ein gemeinsamer Referenz-Anschluss 404 der Verarbeitungseinheit 400 vorgesehen. Die zwischen einem der Anschlüsse 401, 402 bzw. 403 und dem Referenz-Anschluss 404 anliegende Spannung ist proportional zu der von dem

jeweiligen Stromsensor 201 202 bzw. 203 gemessenen

Stromstärke. Die Stromsensoren 201-203 sind insbesondere als Stromwandler ausgebildet. Es kann aber prinzipiell jede bekannte oder auch zukünftige Art eines geeigneten

Stromsensors eingesetzt werden.

Die Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren 201, 202 bzw. 203 an die Anschlüsse 401, 402 bzw. 403

angeschlossen sind, sind jeweils paarweise über

Koppelglieder 305, 306 und 307 miteinander verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner die

Anschlussleitungen, über welche die Stromsensoren 201, 202 bzw. 203 an die Anschlüsse 401, 402 bzw. 403 angeschlossen sind, jeweils mit der Anschlussleitung, über welche die

Stromsensoren 201, 202 bzw. 203 an den Referenz-Anschluss 404 angeschlossen sind, über Koppelglieder 302, 303 bzw. 304 verbunden. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner Anschlüsse 410 und 420 zum Anschließen der Vorrichtung 100 an eine

Versorgungsspannung, wobei diese im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Netzteil 450 verbunden sind, über das die Verarbeitungseinheit 400 mit elektrischer Energie versorgt wird, und wobei der Anschluss 420 als Masseanschluss ausgebildet ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner die

Anschlussleitung, über welche die Stromsensoren 201, 202 bzw. 203 an den Referenz-Anschluss 404 angeschlossen sind, über ein weiteres Koppelglied mit dem Masseanschluss 420 verbunden.

Die Koppelglieder 301-307 bewirken insbesondere eine kapazitive Kopplung zwischen den Anschlussleitungen und umfassen dementsprechend vorteilhaft jeweils wenigstens einen Kondensator. Die Koppelglieder 301-307 dienen

insbesondere dazu, dass elektrische und/oder

elektromagnetische Störungen, welche in die Vorrichtung 100 eingekoppelt werden, gleichmäßig auf die Anschlussleitungen verteilt werden, um so das durch eine Störung verursachte Spannungsniveau an allen Anschlüssen 401-404 der

Verarbeitungseinheit, an denen die Stromsensoren 201-203 angeschlossen sind, gleich zu halten, unabhängig davon, aus welcher Richtung und an welcher Anschlussleitung die

Störung eingekoppelt wird.

Die Verarbeitungseinheit 400 ist dazu ausgebildet, durch Auswertung der von den Stromsensoren 201, 202 und 203 ermittelten Messwerte einen Kurzschluss an der

Drehstromlast zu erkennen, wobei die Auswertung eine

Plausibilitätsprüfung der ermittelten Messwerte umfasst, um zwischen einem Kurzschluss und einer Beeinflussung der ermittelten Messwerte durch eine elektrische und/oder elektromagnetische Störung zu unterscheiden.

Die Vorrichtung weist ferner einen Steuerausgang 405 zum Bereitstellen eines Steuersignals durch die

Verarbeitungseinheit 400 bei Erkennen eines Kurzschlusses auf .

Fig. 2 zeigt schematisch die Schritte einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kurzschlussüberwachung einer Drehstromlast.

In Schritt 501 werden über eine vorgegebene Zeitdauer mittels der Stromsensoren 201, 202 und 203 Strommessdaten erfasst. Aus den erfassten Strommessdaten werden in Schritt 502 die maximalen Amplituden der positiven Halbwellen aller Stromphasen und in Schritt 503 die maximalen Amplituden der negativen Halbwellen aller Stromphasen ermittelt. In

Schritt 504 werden die ermittelten maximalen Amplituden jeweils mit einem vorgegebenen Kurzschlusslevel verglichen und in Schritt 505 wird eine Plausibilitatsprüfung der erfassten Strommessdaten durchgeführt. In Schritt 506 wird dann die Erkennung eines Kurzschlusses in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der jeweiligen ermittelten maximalen Amplituden mit dem vorgegebenen Kurzschlusslevel und in Abhängigkeit des Ergebnisses der

Plausibilitatsprüfung durchgeführt, wobei ein Kurzschluss erkannt wird, wenn eine der ermittelten maximalen

Amplituden das Kurzschlusslevel überschreitet und die für die Plausibilitatsprüfung definierten Plausibilitatsregeln eingehalten werden, d.h. zum Beispiel nicht alle

Strommesswerte zu einem gegebenen Messzeitpunkt das gleiche Vorzeichen aufweisen, da dies auf ein Überschreiten des Kurschlusslevels nicht aufgrund eines Kurzschlusses, sondern aufgrund einer Störung hindeutet. Die Erfindung stellt somit ein Messverfahren und ein direkt anzeigendes Messsystem bereit, dass in seinen

Messparametern das EMC-Verhalten (EMC: Elektromagnetische Verträglichkeit) des Messobjektes berücksichtigt und dadurch die Störeffekte bzw. die Messsignale möglichst exakt und ohne Rückwirkungen erfasst und im Fehlerfall eine Art „Freund/Feind" Erkennung berücksichtigt.

Aus dem Zeitverlauf der Messwerte ließe sich ohne die

Koppelglieder 301-307 erfahrungsgemäß nur schwer die

Entscheidung ableiten, ob ein Gerät gestört ist oder nicht.

Die Erfindung sieht vorteilhaft vor, elektrische und/oder elektromagnetische Störungen durch eine Hardware zwischen den Kreisen gezielt zu koppeln, wodurch sich zu jedem

Zeitpunkt gleiche störungsbedingte Spannungsverhältnisse an den Anschlüssen 401, 402 und 403 ergeben.

Insbesondere bei steil ansteigenden Nutzsignalen bleibt dem Kurzschlussstromsensor und der Verarbeitung kaum Zeit das Nutzsignal von einer elektrischen und/oder

elektromagnetischen Störung zu differenzieren.

Mit der beschriebenen Vorrichtung 100 werden zu hohe, den ordnungsgemäßen Betrieb des Gerätes sowie der Schaltung beeinflussende Störgrößen erkannt und die

Weiterverarbeitung und Auslösung einer Überwachungsschwelle über den Steuerausgang 405 oder ein Ansprechen des Systems verhindert .

Die Verarbeitungseinheit 400 prüft die Daten und den

Signalverlauf fortwährend auf mögliche sprungartige

Veränderungen hinsichtlich eines Kurzschlusses. Ein

Kurzschluss liegt insbesondere dann vor, wenn die

ermittelte maximale Amplitudenabweichung aus den aktuellen Stromdaten eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die Plausibilitätskontrolle ergibt, dass nicht alle Stromdaten in der positiven oder der negativen Halbwelle liegen.

Vorteilhaft wird das Ereignis „Kurzschluss" ausgelöst, wenn in einer aufeinanderfolgenden Serie von Stromdaten bzw. Abtastungen ein Kurzschluss festgestellt wird.

Mit der Plausibilitätskontrolle werden Signale auf einen korrekten zeitlichen Verlauf überprüft. Beispielsweise werden die drei Ströme im Drehstromsystem zu keinem

Zeitpunkt proportionale Analogsignale mit dem gleichen Vorzeichenverlauf haben. Durch die Plausibilitätskontrolle werden Nutzsignale eindeutig von elektrischen oder

elektromagnetischen Störungen unterschieden.

Bezugszeichenliste

10 Drehstromsystem

100 Vorrichtung zur Kurzschlussüberwachung

101- 103 Strompfade

201- 203 Stromwandler

250 Drehstromlast

260 Schutzleiter

301- 307 Koppelglieder

400 Verarbeitungseinheit

401- 403 Anschlüsse für analoge Strommesssignale

404 Anschluss für analoges Referenzsignal

405 Ausgang

410, 420 Anschlüsse für Versorgungsspannung

450 Netzteil

501- 505 Verfahrensschritte