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WO2015106869A1 - Überlast-überwachungsvorrichtung und verfahren zur überlast-überwachung - Google Patents

Überlast-überwachungsvorrichtung und verfahren zur überlast-überwachung Download PDF

Info

Publication number
WO2015106869A1
WO2015106869A1 PCT/EP2014/075770 EP2014075770W WO2015106869A1 WO 2015106869 A1 WO2015106869 A1 WO 2015106869A1 EP 2014075770 W EP2014075770 W EP 2014075770W WO 2015106869 A1 WO2015106869 A1 WO 2015106869A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
overload
measuring device
characteristic
electrical system
time
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/075770
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Schiemann
Ralph Weinmann
Joachim Joos
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52023467&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2015106869(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to JP2016547572A priority Critical patent/JP6312177B2/ja
Priority to CN201480073667.2A priority patent/CN105940582B/zh
Priority to US15/111,956 priority patent/US10527655B2/en
Publication of WO2015106869A1 publication Critical patent/WO2015106869A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/42—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to product of voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/44—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities

Definitions

  • the present invention relates to an overload monitoring device for an electrical system and a method for overload monitoring of an electrical system.
  • fuses are used in low voltage systems in many forms. Such fuses have characteristic I 2 t characteristics, as shown in Figure 1, or StrorrWZeit characteristics, as shown in Figure 2, with a continuous course. From the characteristics it can be seen that not really the switch-off current or its height, but a power supplied during a defined period for the
  • an overload monitoring device for an electrical system is provided with a measuring device for current and / or voltage, wherein a time measuring device and one with the
  • Measuring device and the time measuring device connected evaluation device is provided, which is configured to generate parameters from measured values of the measuring device and to detect an overload situation based on the measured values and / or the characteristics using time data of the time measuring device.
  • the electrical system can be used for energy transmission
  • Line network such as a supply line
  • the connected components such as consumers or loads and / or switching elements or measuring devices.
  • the invention proposes
  • Monitoring and / or shutdown which is based on freely definable and optionally also temporally variable characteristics, the parameters are not dependent on the geometry of the protective device such as a fuse, but are optimized for the electrical system to be monitored.
  • the parameter comprises at least one value from the group current, voltage, power, energy, as well as slew rates, derivatives, integrals and mean values of these quantities.
  • parameters are understood to mean the above variables; in this case, for example, the measured value current can become the parameter Current by adapting or processing the temporal resolution of the pure measured value or by considering only a specific time or a time interval.
  • This characteristic defines the boundary between a safe operating range and a
  • Evaluation device in connection separating element in a supply line to the electrical system or in a supply line of the electrical system is provided, which can be activated by the evaluation device in a detected overload situation for separating the supply line.
  • Separating element for example, a circuit breaker such as a semiconductor switch, allows the transition from a pure monitoring to protection by switching off overcurrents and power.
  • the measuring device is arranged on the output side and / or on the input side of the separating element. Depending on the application, the position can be optimized.
  • a semiconductor switch is designed as a separating element and as a measuring device such that a voltage drop across the passage resistance of the semiconductor switch is measured. This increased integration density allows downsizing of the monitoring device.
  • the inventive method for overload monitoring of an electrical system basically comprises the following steps:
  • the parameters can be generated using the time data.
  • the areas allow an optimal adaptation of the monitoring and / or shutdown to the system to be monitored.
  • temporal changes of the electrical system can be incorporated. This allows a dynamic adjustment of the characteristic and / or the characteristics. This can, for example, temporal changes of intercepted without the monitoring draws wrong conclusions. For example, such changes over the life as wear can be considered.
  • Several parameters can be parallel in time and / or for specific ones
  • Figure 1 shows a diagram with l 2 t characteristic curves of a known fuse
  • Figure 2 is a diagram showing current / time characteristics of a known fuse
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an overload monitoring device for an electrical system according to the invention
  • FIG. 4 shows a diagram with a plurality of measured values or parameters of the overload monitoring device
  • FIG. 3 shows an overload monitoring device or an overload shutdown device 1 for an electrical system 2.
  • the electrical system 2 comprises at least one electrical supply line 3 and a load or a load 4.
  • a separator 5 is realized, for example in the form of a circuit breaker.
  • the power switch can be embodied, for example, as a MOSFET or as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). Specifically, the power switch may be constructed of two antisera MOSFETs.
  • the separating element 5 can be part of the electrical system 2, which means that the separating element 5 is also monitored, and / or the separating element 5 can be part of the overload monitoring device 1.
  • the overload monitoring device 1 comprises a measuring device 6 for
  • the measuring device is shown here on the output side of the separating element 5, that is, between the separating element 5 and the consumer 4.
  • the measuring device 6 can also be arranged on the input side of the separating element 5. It is also possible that two measuring devices 6 are provided, in which case one input side and the other output side is arranged.
  • the overload monitoring device 1 comprises a
  • Time measuring device 7 allows an absolute and / or relative determination of times and / or time intervals.
  • An evaluation device 8 of the overload monitoring device 1 is connected to the measuring device 6 in order to take over measured values of the measuring device 6. Furthermore, the evaluation device 8 is connected to the time measuring device 7 in order to take over time information. In addition, the
  • Evaluation device 8 connected to the separating element 5 to control this.
  • the time measuring device 7 may be integrated in the evaluation device 8.
  • integration in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or microcontroller may be provided.
  • the evaluation device 8 is set up from the measured values of the
  • Measuring device 6 to generate parameters. For example, the power, the derivative and / or an integral of the current can be calculated from a current reading of the measuring device 6 in the evaluation device 8.
  • characteristic quantities of the measured value can be calculated taking into account a time period or time, the time information originating from the time measuring device 7. For example, average power over different periods of time can be calculated from a current measured value.
  • the cut-off characteristic can be determined inter alia by evaluating an optimum filter of the current and / or the power.
  • An optimal filter is a filter that optimizes the signal-to-noise ratio (SNR).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the cut-off characteristic curve can also be determined by evaluating a plurality of optimum filters or time-varying optimum filters of the current and / or the power. The following is the monitoring or shutdown of
  • FIG. 4 shows a diagram with a plurality of characteristic curves of a high-capacitance electrical system 2, such as an incandescent lamp.
  • Characteristic curves are plotted against time.
  • the uppermost characteristic A corresponds to the measured current
  • the second uppermost characteristic B corresponds to the power
  • the third characteristic C corresponds to the average power over three cycles
  • the fourth characteristic D corresponds to the average power over five cycles
  • the fifth characteristic E corresponds to the average power over ten bars
  • the last characteristic F corresponds to the average power over twenty bars.
  • Characteristic curve evaluable (characteristic F).
  • a line has been used, which is designed for the mean value of the current, it can lead to an overload of the line by unfavorable choice of the pulse-pause ratio. If only the measured value is considered, ie the actual current profile, then this overload is not detected. Only by means of an adapted mean value generator for the power (characteristic curve F) can the overload case be detected. When overload is detected, the evaluation device activates
  • Supply line 3 is switched off.
  • FIG. 5 again shows in comparison six characteristic curves A to F for a further electrical system 2 with a high inductive component.
  • the slow increase of the current (characteristic A) as well as the performance (characteristic B) can be seen.
  • the characteristic curve C shows the time derivative of the power averaged over twenty cycles, while the characteristic curve D represents the average power over five cycles, the characteristic curve E the average power over 10 cycles and the curve F the power averaged over twenty cycles.
  • the characteristics shown here can thus
  • FIG. 6 shows diagrams analogous to the diagrams of FIG.
  • the curves A to F now show a changed switch-on, which, for example, by a short circuit within the supply to
  • Rate of increase of power (characteristic C), in this case the derivative of the average power over twenty clocks, provides a sufficient
  • the measurements of the measuring devices 6 are considered time-resolved and the choice of the evaluation method of the measured variable or the selection of the characteristic variable derived from the measured variable is adapted to the electrical system 2 to be monitored.
  • Switching the current operation or a shutdown process are defined. It is also possible to optimize the parameters or the characteristic curves for various components of the electrical system 2 to be monitored. For example, it may be necessary or desirable to protect the switch or separator 5 at a first time, which is optimally done by evaluating current and voltage. At a second time, it may be important to protect the lead 3, which is advantageously done by monitoring current and time. In parallel with the first two times or at a third time or time range, it may be important for the consumer 4 of the electrical system to be monitored. This is optimally done by monitoring characteristics based on voltage, current and time.

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Abstract

Es wird eine Überlast-Überwachungsvorrichtung (1) für ein elektrisches System (2) mit einer Messeinrichtung (6) für Strom und/oder Spannung beschrieben, wobei eine Zeitmesseinrichtung (7) und eine mit der Messeinrichtung (6) und der Zeitmesseinrichtung (7) verbundene Auswerteeinrichtung (8) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, aus Messwerten der Messeinrichtung (6) Kenngrößen zu generieren und anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung von Zeitdaten der Zeitmesseinrichtung (7) eine Überlastsituation zu detektieren. Ferner wird ein Verfahren zur Überlast-Überwachung eines elektrischen Systems (2) vorgeschlagen, wobei Messwerte für einen Strom und/oder eine Spannung des elektrischen Systems bestimmt werden; Zeitdaten bestimmt werden; Kenngrößen basierend auf den Messwerten generiert werden; und eine Überlastsituation anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung der Zeitdaten detektiert wird.

Description

Beschreibung Titel
Überlast-Überwachungsvorrichtung und Verfahren zur Überlast-Überwachung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlast-Überwachungsvorrichtung für ein elektrisches System sowie ein Verfahren zur Überlast-Überwachung eines elektrischen Systems.
Stand der Technik
In vielen elektrischen Systemen ist es notwendig, Teile des Systems oder das gesamte System vor elektrischer Überlastung zu schützen. Dazu werden zum Beispiel Schmelzsicherungen in Niederspannungssystemen in vielen Formen eingesetzt. Derartige Sicherungen weisen charakteristische l2t Kennlinien, wie sie in Figur 1 dargestellt sind, oder aber StrorrWZeit-Kennlinien, wie sie in Figur 2 dargestellt sind, mit kontinuierlichem Verlauf auf. Aus den Kennlinien ist ersichtlich, dass nicht wirklich der Abschaltstrom bzw. dessen Höhe, sondern eine während eines definierten Zeitraumes zugeführte Leistung für die
Abschaltung der Sicherung verantwortlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Überlast-Überwachungsvorrichtung für ein elektrisches System zur Verfügung gestellt, mit einer Messeinrichtung für Strom und/oder Spannung, wobei eine Zeitmesseinrichtung und eine mit der
Messeinrichtung und der Zeitmesseinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, aus Messwerten der Messeinrichtung Kenngrößen zu generieren und anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung von Zeitdaten der Zeitmesseinrichtung eine Überlastsituation zu detektieren. Das elektrische System kann ein zur Energieübertragung verwendetes
Leitungsnetz wie eine Zuleitung, die daran angeschlossenen Komponenten wie Verbraucher oder Lasten und/oder Schaltelemente oder Messeinrichtungen umfassen. Um alle, mehrere oder eine einzelne dieser Komponenten optimal überwachen und auch schützen zu können, schlägt die Erfindung vor,
Kenngrößen und/oder Kennlinien der Überlast-Überwachungsvorrichtung an das Verhalten des Verbrauchers und/oder die Möglichkeiten des
Energieübertragungsnetzes anzupassen. Dies erlaubt einen optimalen Schutz des elektrischen Systems. Besonders vorteilig erlaubt die Erfindung eine
Überwachung und/oder Abschaltung, die auf frei definierbaren und optional auch zeitlich veränderbaren Kenngrößen basiert, wobei die Kenngrößen nicht von der Geometrie der Schutzeinrichtung wie einer Sicherung abhängig sind, sondern für das zu überwachende elektrische System optimiert sind.
Vorteilhafterweise umfasst die Kenngröße mindestens einen Wert aus der Gruppe Strom, Spannung, Leistung, Energie, sowie Anstiegsgeschwindigkeiten, Ableitungen, Integrale und Mittelwerte dieser Größen. Unter Kenngrößen werden beispielsweise die obigen Größen verstanden, dabei kann zum Beispiel aus dem Messwert Strom die Kenngröße Strom werden, indem die zeitliche Auflösung des reinen Messwerts angepasst oder bearbeitet wird oder nur ein bestimmter Zeitpunkt oder ein Zeitintervall betrachtet wird.
Mehrere Kenngrößen können eine Kennlinie oder Abschaltkennlinie bilden, wobei Übergänge der Kennlinie unstetig sein können. Diese Kennlinie definiert die Grenze zwischen einem sicheren Betriebsbereich und einem
Überlastungsbereich, so dass bei Erreichen der Kennlinie Schutzmaßnahmen getroffen werden. Der Übergang zwischen Bereichen der Kennlinie kann unstetig sein. Beispielsweise können für unterschiedliche Bereiche, welche zeitlich aufeinander abfolgen können oder Betriebszuständen zugeordnet sein können, unterschiedliche Kenngrößen betrachtet werden. Dadurch kann die
Überwachung an die tatsächlichen Gegebenheiten des zu überwachenden Systems modelliert werden.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein mit der
Auswerteeinrichtung in Verbindung stehendes Trennelement in einer Zuleitung zu dem elektrischen System oder in einer Zuleitung des elektrischen Systems vorgesehen ist, welches von der Auswerteeinrichtung bei einer detektierten Überlastsituation zum Auftrennen der Zuleitung aktivierbar ist. Das
Trennelement, zum Beispiel ein Leistungsschalter wie ein Halbleiterschalter, erlaubt den Übergang von einer reinen Überwachung zu einem Schutz durch Abschaltung von Überströmen und Leistungen.
Auch ist es möglich, dass die Messeinrichtung ausgangsseitig und/oder eingangsseitig des Trennelements angeordnet ist. Je nach Anwendungsfall kann die Position optimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Halbleiterschalter als Trennelement und als Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein Spannungsabfall über den Durchleitwiderstand des Halbleiterschalters gemessen wird. Diese erhöhte Integrationsdichte erlaubt eine Verkleinerung der Überwachungsvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überlast-Überwachung eines elektrischen Systems umfasst grundsätzlich folgende Schritte:
- Bestimmen von Messwerten für einen Strom und/oder eine Spannung des elektrischen Systems;
- Bestimmen von Zeitdaten;
- Generieren von Kenngrößen basierend auf den Messwerten;
- Detektieren einer Überlastsituation anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung der Zeitdaten.
Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben. Die Kenngrößen können unter Verwendung der Zeitdaten generiert werden.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass aus den Kenngrößen eine Abschaltkennlinie ermittelt wird, die mehrere Bereiche mit unterschiedlichen überwachten
Messwerten und/oder Kenngrößen aufweist. Die Bereiche erlauben eine optimale Anpassung der Überwachung und/oder Abschaltung an das zu überwachende System.
In die Kenngrößen können zeitliche Veränderungen des elektrischen Systems einfließen. Dies lässt eine dynamische Anpassung der Kennlinie und/oder der Kenngrößen zu. Damit können zum Beispiel zeitliche Änderungen des elektrischen Systems abgefangen werden, ohne dass die Überwachung falsche Schlüsse zieht. Zum Beispiel können so Änderungen über die Lebensdauer wie Verschleiß berücksichtigt werden. Es können mehrere Kenngrößen zeitlich parallel und/oder für bestimmte
Betriebszustände für die Detektion überwacht werden. Dies kann zu einer Überwachungsmatrix und/oder einem Kennlinienfeld führen, was eine mehrdimensionale Überwachung ermöglicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Diagramm mit l2t Kennlinien einer bekannten Sicherung, Figur 2 ein Diagramm mit Strom/Zeit-Kennlinien einer bekannten Sicherung,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Überlast-Überwachungsvorrichtung für ein elektrisches System gemäß der Erfindung, Figur 4 ein Diagramm mit mehreren Messwerten beziehungsweise Kenngrößen der Überlast-Überwachungsvorrichtung,
Figur 5 ein Diagramm mit weiteren Messwerten beziehungsweise Kenngrößen der Überlast-Überwachungsvorrichtung, und
Figur 6 ein Diagramm mit noch weiteren Messwerten beziehungsweise
Kenngrößen der Überlast-Überwachungsvorrichtung. Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 3 ist eine Überlast-Überwachungsvorrichtung beziehungsweise eine Überlast-Abschaltvorrichtung 1 für ein elektrisches System 2 dargestellt. Das elektrische System 2 umfasst mindestens eine elektrische Zuleitung 3 sowie einen Verbraucher oder eine Last 4. In der Zuleitung 3 ist ein Trennelement 5 beispielsweise in Form eines Leistungsschalters realisiert. Der Leistungsschalter kann beispielsweise als MOSFET oder als IGBT (insulated-gate bipolar transistor) ausgeführt sein. Speziell kann der Leistungsschalter aus zwei antiseriellen MOSFETs aufgebaut sein.
Das Trennelement 5 kann Bestandteil des elektrischen Systems 2 sein, was bedeutet, dass das Trennelement 5 ebenfalls überwacht wird, und/oder das Trennelement 5 kann Bestandteil der Überlast-Überwachungsvorrichtung 1 sein. Die Überlast-Überwachungsvorrichtung 1 umfasst eine Messeinrichtung 6 für
Strom und/oder Spannung an der Zuleitung 3. Die Messeinrichtung ist hier ausgangsseitig des Trennelements 5, das heißt zwischen dem Trennelement 5 und dem Verbraucher 4 dargestellt. Alternativ kann die Messeinrichtung 6 auch eingangsseitig des Trennelements 5 angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass zwei Messeinrichtungen 6 vorgesehen sind, wobei dann eine eingangsseitig und die andere ausgangsseitig angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst die Überlast-Überwachungsvorrichtung 1 eine
Zeitmesseinrichtung 7. Die Zeitmesseinrichtung 7 erlaubt eine absolute und/oder relative Bestimmung von Zeitpunkten und/oder Zeitintervallen.
Eine Auswerteeinrichtung 8 der Überlast-Überwachungsvorrichtung 1 ist mit der Messeinrichtung 6 verbunden, um Messwerte der Messeinrichtung 6 zu übernehmen. Weiter ist die Auswerteeinrichtung 8 mit der Zeitmesseinrichtung 7 verbunden, um Zeitinformationen zu übernehmen. Darüber hinaus ist die
Auswerteeinrichtung 8 mit dem Trennelement 5 verbunden, um dieses zu steuern. Die Zeitmesseinrichtung 7 kann in der Auswerteeinrichtung 8 integriert sein. Insbesondere kann eine Integration in einem ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, englisch application-specific integrated circuit) oder Mikrocontroller vorgesehen sein. Die Auswerteeinrichtung 8 ist eingerichtet, aus den Messwerten der
Messeinrichtung 6, Kenngrößen zu generieren. So kann beispielsweise aus einem Strommesswert der Messeinrichtung 6 in der Auswerteeinrichtung 8 die Leistung, die Ableitung und/oder ein Integral des Stromes berechnet werden. Darüber hinaus können Kenngrößen des Messwertes unter Berücksichtigung eines Zeitraums oder Zeitpunkts berechnet werden, wobei die Zeitinformationen aus der Zeitmesseinrichtung 7 stammen. So können beispielsweise aus einem Strom-Messwert mittlere Leistungen über verschiedene Zeiträume berechnet werden.
Aus den Kenngrößen kann die Auswerteeinrichtung 8 Kennlinien oder
Abschaltkennlinien bestimmen. Die Abschaltkennlinienform kann unter anderem durch die Auswertung eines Optimalfilters des Stromes und/oder der Leistung bestimmt werden. Ein Optimalfilter ist ein Filter, welches das Signal-Rausch- Verhältnis (engl. Signal to noise ratio, SNR) optimiert. Die Abschaltkennlinienform kann auch durch die Auswertung mehrerer Optimalfilter beziehungsweise, zeitlich veränderlicher Optimalfilter des Stromes und/oder der Leistung bestimmt werden. Im Folgenden wird die Überwachung beziehungsweise Abschaltung von
Überströmen und Leistungen anhand der Figuren 4 bis 6 näher beschrieben.
Figur 4 zeigt ein Diagramm mit mehreren Kennlinien eines elektrischen Systems 2 mit hohem kapazitivem Anteil wie zum Beispiel einer Glühlampe. Die
Kennlinien sind gegenüber der Zeit aufgetragen. Die oberste Kennlinie A entspricht dem gemessenen Strom, die zweitoberste Kennlinie B entspricht der Leistung, die dritte Kennlinie C entspricht der mittleren Leistung über drei Takte, die vierte Kennlinie D entspricht der mittleren Leistung über fünf Takte, die fünfte Kennlinie E entspricht der mittleren Leistung über zehn Takte und die letzte Kennlinie F entspricht der mittleren Leistung über zwanzig Takte.
Nach Abklingen des Einschaltstromes, was bei etwa 0,6 Millisekunden (ms) der Fall ist, wird der Verbraucher getaktet betrieben. In diesem Beispiel ist ein Fehlerfall oder Überlastungsfall bei etwa 1 ,8 Millisekunden (ms) vorhanden. Weder über den Absolutwert des Stromes (Kennlinie A) noch über die momentane Leistung (Kennlinie B) oder die mittleren Leistungen über drei, fünf und zehn Takten (Kennlinien C, D, E) ist der Fehler erkennbar. Erst die integrale Auswertung der Leistung über den Zeitraum von zwanzig Takten macht die Überlastung sichtbar oder über einen Schwellwert beziehungsweise eine
Kennlinie auswertbar (Kennlinie F). Hier in diesem Fall, wo beispielsweise eine Leitung eingesetzt wurde, die auf den Mittelwert des Stromes ausgelegt ist, kann es durch ungünstige Wahl des Puls-Pausen-Verhältnisses zu einer Überlastung der Leitung kommen. Wird nur der Messwert betrachtet, das heißt der eigentliche Stromverlauf, so wird diese Überlastung nicht detektiert. Erst durch einen angepassten Mittelwertbildner für die Leistung (Kennlinie F) kann der Überlastfall detektiert werden. Bei detektiertem Überlastfall aktiviert die Auswerteeinrichtung
8 das Trennelement 5, so dass der Verbraucher oder die Last 4 von der
Zuleitung 3 abgeschaltet ist.
Figur 5 zeigt im Vergleich wiederum sechs Kennlinien A bis F für ein weiteres elektrisches System 2 mit hohem induktiven Anteil. Hier ist der langsame Anstieg des Stromes (Kennlinie A) sowie der Leistung (Kennlinie B) erkennbar. Die Kennlinie C zeigt die zeitliche Ableitung der über zwanzig Takte gemittelten Leistung, während die Kennlinie D die mittlere Leistung über fünf Takte, die Kennlinie E die mittlere Leistung über 10 Takte und die Kennlinie F die über zwanzig Takte gemittelte Leistung darstellen. Für den in den Kennlinien A bis F von Figur 5 dargestellten Betriebsbereich oder Zeitabschnitt liegen keine Fehler oder Überlastungen vor. Die hier gezeigten Kennlinien können damit
beispielsweise als Referenzkennlinien eingesetzt werden.
In Figur 6 sind Diagramme analog zu den Diagrammen von Figur 5 dargestellt. Die Kennlinien A bis F zeigen nun ein verändertes Einschaltverhalten, was beispielsweise durch einen Kurzschluss innerhalb der Zuleitung zum
Verbraucher hervorgerufen worden ist. Abhängig von der verbliebenen
Leitungslänge und damit der Leitungsinduktivität stellt sich jetzt ein schneller Stromanstieg und ein maximaler Strom ein. In diesem gezeigten Beispiel sind weder der maximale Strom (Kennlinie A) noch die maximale Leistung (Kennlinie B) oder die gemittelten Leistungen (Kennlinien D, E, F) ein eindeutiges Indiz für einen Überlastungsfall. Erst die Strom- beziehungsweise
Leistungsanstiegsgeschwindigkeit (Kennlinie C), in diesem Fall die Ableitung der mittleren Leistung über zwanzig Takte, liefert ein ausreichendes
Abschaltkriterium für eine sichere und ausreichend schnelle Abschaltforderung. Wie oben beschrieben, werden die Messungen der Messeinrichtungen 6 zeitaufgelöst betrachtet und die Wahl der Auswertungsmethode der Messgröße beziehungsweise die Wahl der aus der Messgröße abgeleiteten Kenngröße wird an das zu überwachende elektrische System 2 angepasst. Zudem können unterschiedliche Bereiche oder Teilabschnitte, zum Beispiel für einen
Einschaltvorgang, den laufenden Betrieb oder einen Ausschaltvorgang definiert werden. Auch ist es möglich, die Kenngrößen oder die Kennlinien für verschiedene Komponenten des zu überwachenden elektrischen Systems 2 zu optimieren. So kann es zum Beispiel erforderlich oder wünschenswert sein, zu einem ersten Zeitpunkt den Schalter beziehungsweise das Trennelement 5 zu schützen, was optimalerweise durch eine Auswertung von Strom und Spannung geschieht. Zu einem zweiten Zeitpunkt kann es wichtig sein, dass die Zuleitung 3 geschützt wird, was vorteilhafterweise durch eine Überwachung von Strom und Zeit geschieht. Parallel zu den ersten beiden Zeitpunkten oder auch zu einem dritten Zeitpunkt oder Zeitbereich kann es wichtig sein, dass der Verbraucher 4 des elektrischen Systems überwacht wird. Dies geschieht optimalerweise durch eine Überwachung von Kenngrößen, die auf der Spannung, dem Strom und der Zeit basieren.

Claims

Ansprüche
1. Überlast-Überwachungsvorrichtung für ein elektrisches System (2) mit einer Messeinrichtung (6) für Strom und/oder Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitmesseinrichtung (7) und eine mit der Messeinrichtung (6) und der Zeitmesseinrichtung (7) verbundene Auswerteeinrichtung (8) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, aus Messwerten der Messeinrichtung (6) Kenngrößen zu generieren und anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung von Zeitdaten der Zeitmesseinrichtung (7) eine
Überlastsituation zu detektieren.
2. Überlast-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Kenngröße mindestens einen Wert aus der Gruppe Strom, Spannung, Leistung, Energie, sowie Anstiegsgeschwindigkeiten, Ableitungen, Integrale und Mittelwerte dieser Größen umfasst.
3. Überlast-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere Kenngrößen eine Kennlinie bilden, wobei Übergänge der Kennlinie unstetig sein können.
4. Überlast-Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein mit der Auswerteeinrichtung (8) in Verbindung stehendes
Trennelement (5) in einer Zuleitung (3) des elektrischen Systems (2) vorgesehen ist, welches von der Auswerteeinrichtung (8) bei einer detektierten Überlastsituation zum Auftrennen der Zuleitung (3) aktivierbar ist.
5. Überlast-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die
Messeinrichtung (6) ausgangsseitig und/oder eingangsseitig des
Trennelements (5) angeordnet ist.
6. Überlast-Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Halbleiterschalter als Trennelement (5) und als Messeinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass ein Spannungsabfall über den Durchleitwiderstand des Halbleiterschalters gemessen wird.
7. Verfahren zur Überlast-Überwachung eines elektrischen Systems (2) mit den Schritten:
- Bestimmen von Messwerten für einen Strom und/oder eine Spannung des elektrischen Systems;
- Bestimmen von Zeitdaten;
- Generieren von Kenngrößen basierend auf den Messwerten;
- Detektieren einer Überlastsituation anhand der Messwerte und/oder der Kenngrößen unter Verwendung der Zeitdaten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei aus den Kenngrößen eine
Abschaltkennlinie ermittelt wird, die mehrere Bereiche mit unterschiedlichen überwachten Messwerten und/oder Kenngrößen aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei in die Kenngrößen zeitliche
Veränderungen des elektrischen Systems einfließen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei mehrere Kenngrößen zeitlich parallel und/oder für bestimmte Betriebszustände für die Detektion überwacht werden.
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