DE102007036837A1 - Strommessverfahren in Niederspannungsleistungsschaltern mittels eines speziellen Messmoduls - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des elektrischen Stroms in einem Niederspannungsleistungsschalter. Es ist vorgesehen, dass in einen Stromleiter (2) des Schalters ein Messwiderstand (3) eingefügt wird, auf den ein integriertes Strommessmodul (1) direkt aufgebracht wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des elektrischen Stroms in einem Niederspannungsleistungsschalter.
• Niederspannungsleistungsschalter werden zum Schalten und Schützen in Niederspannungsschaltanlagen eingesetzt. Moderne Niederspannungsleistungsschalter besitzen eine Steuerelektronik, welche den durch den Schalter fließenden Strom misst und bewertet. In Abhängigkeit von parametrierbaren Kennlinien kann mit dem Leistungsschalter der Schutz der Anlage oder eines oder mehrerer Verbraucher vor Überlast und Kurzschlüssen realisiert werden.
• Für die Stromerfassung in Niederspannungsleistungsschaltern sind Sensoren bekannt die auf der elektromagnetischen Wirkung des fließenden Stromes beruhen. Dabei ist der Sensor in der Nähe des Stromleiters angeordnet und erfasst das magnetische Feld des Stromes. Nach diesem Prinzip arbeiten die gebräuchlichen Eisenwandler, Rogowskiwandler und LEM-Wandler.
• Diese Wandler haben den Nachteil, dass sie durch andere Magnetfelder, z. B. von Nachbarleitern, beeinflusst werden können. Auch sind diese Messverfahren alle nicht für Gleichstrom geeignet.
• Die für eine Strommessung auch gebräuchliche Spannungsmessung an einem Messwiderstand in einem Strompfad hat bisher noch keine Anwendung bei Niederspannungsleistungsschaltern gefunden. Die Anforderungen an den erfassbaren Dynamikbereich waren bisher nicht zu erfüllen.
• In der DE 199 06 276 A1 ist nun ein Messverfahren mit einem großen Dynamikbereich über einen Messwiderstand mit einem Strommessmodul beschrieben, bei dem mehrere Verbraucher über einen Leistungsbus versorgt werden und wo die Schaltung der Verbraucher dezentral erfolgt. Das Verfahren ist insbesondere für die Elektrik in einem Kraftfahrzeug beschrieben, der Einsatz in Niederspannungsschaltanlagen ist nicht vorgesehen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Strommessverfahren anzugeben, dass sich für Niederspannungsleistungsschalter eignet und die Nachteile induktiver Messverfahren vermeidet.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß wird in den Stromleiter des Niederspannungsleistungsschalters ein Messwiderstand eingefügt, an dem eine dem fließenden Strom proportionale Spannung abfällt. Diese Spannung wird in dem Strommessmodul verstärkt und mit herkömmlichen Signalaufbereitungsverfahren erfasst und weiter verarbeitet. Da eine Spannungsdifferenz ausgewertet wird, ist das Messverfahren gleichermaßen für Gleich- und Wechselströme geeignet. Da eine Spannungsverstärkung gut beherrscht wird, ist auch ein großer Dynamikbereich erfassbar.
• Das Strommessmodul wird direkt auf den Messwiderstand aufgebracht. Damit sind die Verbindungen sehr kurz und die Anordnung wird nicht durch elektromagnetische Felder beeinflusst.
• Der Widerstandswert des Messwiderstandes ist sehr gering, damit daran keine nennenswerte Verlustleistung entsteht.
• In einer besonderen Ausprägung des Verfahrens kann der Messwiderstand auch durch einen kurzen Abschnitt des Stromleiters selbst gebildet sein. Der Stromleiter besteht normalerweise aus einem Kupferdraht, der einen definierten Widerstandswert pro Längeneinheit besitzt. Darüber können sehr niedrige Messwiderstände realisiert sein. Die an dem Abschnitt abfallende Spannung ist sehr gering, wird aber durch das Strommessmodul entsprechend verstärkt und ausgewertet.
• Die Auswertung der Messwerte erfolgt vorteilhafterweise so, dass digital codierte Messwerte für den fließenden Strom an eine elektronische Steuerung des Niederspannungsleistungsschalters übertragen werden. Die Steuerung löst dann den Messwerten entsprechende Reaktionen, etwa ein Abschalten von Verbrauchern, aus.
• Die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes eines Messwiderstandes kann zu fehlerhaften Messwerten führen. Von daher ist es günstig, dass von dem Strommessmodul die Temperatur des Messwiderstandes gemessen und eine Anpassung des Strommesswertes an den momentanen Widerstandswert erfolgt. Da sich der Stromerfassungsschaltkreis direkt auf dem Messwiderstand befindet, kann eine Temperaturmessung auf einfache Weise durch einen Temperatursensor in dem Schaltkreis erfolgen. Dazu dient beispielsweise die Temperaturabhängigkeit eines Transistors.
• Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die einen Stromleiter mit angebrachtem Strommessmodul zeigt, näher erläutert.
• Die einzige Figur zeigt einen Stromleiter 2, auf dem ein Strommessmodul 1 angebracht ist. Hier dient auch der Abschnitt 3 des Stromleiters als Messwiderstand, der durch die Anschlüsse 5 des Moduls 1 begrenzt ist.
• Auf einer Trägerplatte 6 befindet sich der integrierte Schaltkreis 4, der über kurze Anschlussdrähte mit den Anschlüssen 5 verbunden ist.
• In dem integrierten Schaltkreis wird die Verstärkung der an dem Messwiderstand 3 auftretenden Spannungsdifferenz vorge nommen und diese dann so aufbereitet, dass die Messwerte einer elektronischen Steuerung zugeführt werden können.
• Durch die Anbringung des Moduls 1 direkt auf dem Messwiderstand 3 wird auch die Temperatur des Messwiderstandes 3 auf die integrierte Schaltung 4 übertragen und dort die Messung entsprechend angepasst. Dazu sind die Anschlüsse 5 und die Trägerplatte 6 gut wärmeleitend ausgebildet.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 19906276 A1 [0006]

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung des elektrischen Stroms in einem Niederspannungsleistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Stromleiter (2) des Schalters ein Messwiderstand (3) eingefügt wird, auf den ein integriertes Strommessmodul (1) direkt aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (3) ein Abschnitt des Stromleiters selbst ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Strommessmodul (1) ein digitaler Messwert für den Strom an eine Steuerelektronik des Schalters abgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Messwiderstandes (3) durch das Strommessmodul (1) gemessen und eine Anpassung des Strommesswertes vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung durch einen Transistor im Strommessmodul (1) erfolgt, der sich in engem Kontakt mit dem Messwiderstand (3) befindet.