Anordnung zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung. Die Anordnung umfasst ein Schaltelement zum Auftrennen der Leitung und wenigstens einen Aktuator zum Auslösen des Auftrennens . Weiter- hin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung mittels eines Schaltelements in der Leitung.

Eine derartige Anordnung zum Abschalten eines Fehlerstromes, insbesondere eines Kurzschlussstromes, wird üblicherweise in einem dreiphasigen Netz, insbesondere einem Drehstromnetz, vorgesehen. In diesem Fall weist die Anordnung drei Schaltelemente auf. Derartige Anordnungen können jedoch auch in Energieverteilungsnetzen vorgesehen sein, welche einen einzi- gen stromführenden Leiter in Verbindung mit einem Nullleiter umfassen. Die Anordnung kann in diesem Fall ein oder zwei Schaltelemente umfassen.

Die Schaltelemente der Anordnung müssen im Kurzschlussfall eine sehr frühe Kontakttrennung ihrer jeweiligen Schaltkontakte herbeiführen, um schnell eine Lichtbogenspannung aufzubauen, welche bezüglich des Kurzschlussstromes strombegrenzend wirkt. Hierzu werden Algorithmen zur schnellen Kurzschlusserkennung sowie schnelle Auslösesysteme, elektrodyna- mische Öffnungskräfte und schnelles Bogenlaufen ausgenutzt.

Die stromführenden Leiterbahnen, die den Strom zu einem jeweiligen Schaltkontakt eines Schaltelements führen, sind konstruktiv so gestaltet, dass die fließenden Ströme eine abhe- bende Kraft auf den Kontakt erzeugen. Dies bezeichnet man als „stromabhebende Kräfte". Vorteilhaft bei dieser Realisierung ist, dass die abhebende Kraft ohne Verzögerung mit dem Auftreten hoher Ströme erzielt wird. In der Regel reichen ström- abhebende Kräfte alleine jedoch nicht aus, den Kontakt des Schaltelements vollständig aufzutrennen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum schnellen Abschalten eines Fehlerstromes anzugeben, die auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise bei Auftreten eines Kurzschlusses ein schnelles Auftrennen der betreffenden stromführenden Leitungen, insbesondere bei Vorliegen eines Kurzschlusses, ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der vor- liegenden Erfindung, ein Verfahren zum schnellen Abschalten eines Fehlerstromes anzugeben mit ebensolchen Vorteilen anzugeben .

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Anordnung durch eine Anord- nung zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Die abhän- gigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung, umfasst ein Schalt- element zum Auftrennen der Leitung und wenigstens einen Aktu- ator zum Auslösen des Auftrennens . Weiterhin ist eine Einrichtung zum Detektieren eines Lichtbogens im Schaltelement und zum Ansteuern des Aktuators im Fall eines detektierten Lichtbogens vorgesehen. Die Einrichtung wiederum weist erste Mittel zur Messung des Stroms durch das Schaltelement auf. Schließlich weist die Einrichtung zweite Mittel zur Bestimmung eines die Spannung über das Schaltelement repräsentierenden Werts auf.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Abschalten eines Fehlerstromes in einer stromführenden Leitung mittels eines Schaltelements in der Leitung wird: der Strom durch das Schaltelement gemessen, ein die Spannung über das Schaltelement repräsentierender Wert bestimmt, aus dem Strom und dem die Spannung repräsentierenden Wert ein Bemessungswert ermittelt, - der Bemessungswert mit einem Schwellwert verglichen und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs ein Auftrennen der Leitung durch das Schaltelement ausgelöst.

Bei dem Schaltelement kann es sich um einen Teil eines Leis- tungsschalters handeln, insbesondere eines Leistungsschalters für Niederspannungsanwendungen. Das Schaltelement ist zweckmäßig derart ausgestaltet, dass seine Kontakte durch den fließenden Strom eine abhebende Kraft erfahren. Hierdurch wird bei Über- oder Kurzschlussstrom ein Abheben der Kontakte voneinander bewirkt. Dabei entsteht ein Lichtbogen, der den Strom zwar erst weiter fließen lässt, aber die Stromstärke begrenzt. Ein entsprechender Schalter, insbesondere Leistungsschalter, umfasst dabei ein oder mehrere Schaltelemente.

Die Erfindung basiert nun auf einer Messung des Stroms, der durch die Leitung und damit das Schaltelement fließt. Die Messung des Stroms kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann der Strom mit einem Stromwandler gemessen werden. Es kann auch eine Rogowski-Spule verwendet werden. Ebenfalls möglich ist es, die Strommessung an einem Shunt- Widerstand vorzunehmen. Vorteilhaft bei den transformatorischen Abgriffen, d.h. Stromwandler oder Rogowski-Spule, ist die automatische galvanische Trennung von der möglicherweise hohen Spannung, die auf der Leitung anliegt.

Weiterhin verwendet die Erfindung einen die Spannung über den Schalter repräsentierenden Wert. Dieser Wert wird mit dem gemessenen Strom kombiniert, um das Auftrennen der Kontakte des Schaltelements auszulösen. Beispielsweise kann aus Strom und dem die Spannung repräsentierenden Wert ein Bemessungswert ermittelt werden. Der Bemessungswert wird wiederum mit einem Schwellwert verglichen. Dabei führt ein Überschreiten - oder Unterschreiten, je nach konkreter Ausgestaltung der Berech- nung - zu einer Auftrennung, also beispielsweise Auslösung des Schaltschlosses.

Es wird also vorteilhaft bei der Erfindung lediglich auf elektrische Größen zurückgegriffen, um ein Kriterium für die Auslösung zu ermitteln. Andere physikalische Größen wie beispielsweise der durch den Lichtbogen bewirkte Druckanstieg o.a. müssen nicht ermittelt werden.

Als Bemessungswert kann beispielsweise der momentane Wert der elektrischen Leistung über den Schalter verwendet werden. Bei geschlossenem Schalter wird die Leistung nahezu Null sein. Brennt jedoch der Lichtbogen bei leichter Trennung der Kontakte des Schalters voneinander, so stellt sich über den Schalter ein Stromfluss bei einer Lichtbogenspannung ein, wobei beide Werte zeitlich stark veränderlich sind. Die elektrische Leistung, die beim Schalter verbraucht wird, berechnet sich bekanntermaßen als Produkt aus dem Strom und dem die Spannung repräsentierenden Wert. Wird im Auslöser der Momen- tanwert der Leistung als Kriterium für die Auslösung, also den Vergleich mit dem Schwellwert verwendet, so handelt es sich um einen leistungsbasierten Auslöser.

Alternativ kann ein energiebasierter Auslöser verwirklicht werden, indem der Bemessungswert mit einer Summe von Produkten aus dem Strom und dem die Spannung repräsentierenden Wert zu wenigstens zwei Zeitpunkten gebildet wird. Anders ausgedrückt werden also mehrere, wenigstens zwei, Werte von beispielsweise der momentanen Leistung summiert, um das Kriteri- um für die Auslösung des Schalters zu erhalten. Bei einer Integration einer Mehrzahl von Leistungswerten entsteht ein Wert, der die im Lichtbogen umgesetzte Gesamtenergie repräsentiert .

Der Momentanwert der Leistung oder deren Summe bzw. das Integral über die Leistung haben den Vorteil, direkt fassbare und vergleichbare elektrische und physikalische Größen zu sein. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, an- dere Größen unter Zuhilfenahme anderer Formeln als dem Produkt aus Strom und Spannung zu berechnen.

Der die Spannung repräsentierende Wert kann auf verschiedene Art und Weise ermittelt bzw. bestimmt werden. Einerseits bietet sich hierzu eine Messung der Spannung über den Schalter an. Dies hat den Vorteil, dass der Wert stets der tatsächlich vorhandenen Spannung entspricht. Eventuell auftretende unvorhergesehene Ereignisse bei der Öffnung des Schalters werden dadurch soweit möglich über Strom und Spannung erkannt. Die Messung der Spannung kann auf vielerlei Art und Weise erfolgen. Bevorzugt werden Abgriffe von beiden Seiten des Schalters in einen Gleichrichter geführt, beispielsweise einen bekannten Brückengleichrichter mit vier Dioden. Hier- durch wird erreicht, dass nur der Betrag der Spannung ermittelt wird, da die Polarität für den Auslöser uninteressant ist. Bevorzugt wird die ermittelte Spannung in einer galvanisch getrennten Weise an die weiteren Komponenten des Auslösers übertragen. Hierzu können beispielsweise im Gleichrich- ter ein Vorwiderstand und eine Leuchtdiode zum Einsatz kommen, wodurch die gemessene Spannung anhand der Leuchtstärke übertragen wird.

Eine besonders vorteilhafte Alternative zur Spannungsmessung besteht darin, den die Spannung repräsentierenden Wert aus einer angenommenen (Lichtbogen-) Spannung zu bilden. Die angenommene Spannung ist dabei das Produkt aus dem ohnehin gemessenen Strom und einem exponentiell mit der Zeit ansteigenden Widerstand. Es wird also von folgendem angenommenen Verlauf der Spannung über den Schalter, also Lichtbogenspannung, ausgegangen :

Dabei ist UB (t) die Lichtbogenspannung, also die Spannung über den Schalter, i (t) der gemessene Strom und a und b Konstanten. tθ ist eine Anfangszeit, bei der der exponentielle Verlauf einsetzt. Die Anfangszeit entspricht dabei in etwa der Einsatzzeit des Lichtbogens.

Wird als Bemessungswert beispielsweise die momentane Leistung p(t) = i (t) * U _B (t) verwendet, so ergibt sich als Formel für den Bemessungswert unter Berücksichtigung des angenommen Werts für die Spannung:

p(t) = i ² (t)-a-e ^b{ '-' ⁰⁾

Die Energie lässt sich wiederum wie folgt angeben, wenn als Startzeitpunkt für die Integration ebenfalls die Anfangszeit tθ verwendet wird:

Sowohl der Leistungswert als auch die Energie hängen also bezüglich der elektrischen Größen nur vom gemessenen Strom ab. Eine explizite Spannungsmessung ist also bei dieser Ausges- taltung der Erfindung vorteilhafter nicht nötig, um Leistung, Energie oder andere aus Strom und Spannung gebildete Größen zu berechnen.

Es ist jedoch zweckmäßig, eine Möglichkeit vorzusehen, die Anfangszeit tθ zu ermitteln oder festzulegen. Hierzu wird in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Stromschwellwert definiert. Der Zeitpunkt, zu dem der gemessene Strom diesen Schwellwert überschreitet, wird dann als Anfangszeit tθ festgelegt. Ab diesem Zeitpunkt beginnt dann der exponentielle Verlauf der angenommenen Spannung. Abhängig vom tatsächlichen gemessenen Strom wird dann im Folgenden möglicherweise der Schwellwert überschritten, der zu einer Auslösung der Auftrennung der Kontakte führt.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Anfangszeitpunkt durch eine Spannungsmessung festgelegt. Hierzu kann beispielsweise die bereits weiter oben beschrie- bene Spannungsmessung zum Einsatz kommen, wobei in diesem Fall die ermittelte Spannung dazu verwendet wird, die Anfangszeit festzulegen. Bei dieser Ausgestaltung muss nicht unbedingt die Spannung als analoger Wert übertragen werden. Vielmehr reicht es, einen Hinweis weiterzugeben, der beispielsweise eine deutlich von Null verschiedene Spannung signalisiert .

Die Versorgung der elektrischen und elektronischen Komponen- ten des Auslösers erfolgt zweckmäßig dergestalt, dass auch beim Einschalten des Schalters im Fehlerfall eine ausreichend schnelle Reaktion des Auslösers möglich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hierzu in Verbindung mit den Mitteln des Auslösers ein Netzteil vorgesehen. Das Netzteil weist eine Ladezeit von bevorzugt weniger als 0,1 ms auf .

Für die konkrete Realisierung der beschriebenen Komponenten des Auslösers gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten. So sind in einer Ausgestaltung der Erfindung die Mittel als analoge Schaltungskomponenten aufgebaut. Neben dem Brückengleichrichter aus Dioden sowie dem Vorwiderstand und der Leuchtdiode zur optischen Kopplung kommen dabei Operationsverstärker zum Einsatz. Dabei kann der exponentielle Verlauf der angenommenen Spannung ebenfalls analog realisiert werden. In einer bevorzugten Alternative wird die Berechnung der Leistung mit der angenommenen Lichtbogenspannung logarith- miert. Es ergibt sich dann als Formel für den Momentanwert der Leistung:

ln[p(ή] = 2 ■ ln[i(ή] + lna + b - (t - tθ)

Eine Darstellung eines exponentiellen Signals mit einer analogen Komponente ist also nicht mehr nötig. Dafür muss jetzt der gemessene Wert des Stroms logarithmiert werden. Dabei kann beispielsweise ein kommerziell erhältlicher Logarithmie- rer mit Temperaturkompensation zum Einsatz kommen. Die rest- liehen Operationen sind vergleichsweise einfach mit Operationsverstärkern zu verwirklichen.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel, d.h. die verschiedenen Berechnungen und Vergleiche digital realisiert. Hierzu kann ein Baustein wie beispielsweise eine CPLD oder FPGA verwendet werden. Der gemessene Stromwert und ggfs. der gemessene Spannungswert werden mit einem A/D-Wandler digitalisiert und vom digitalen Baustein weiterverarbeitet. Es ist natürlich auch möglich, die beiden Möglichkeiten analog und digital in zu mischen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schalter bereits einen digitalen Steuerbaustein aufweist, beispielsweise eine sog. Electronic Trip Unit, ETU und die Mittel des Auslösers in diese integriert werden. Hierdurch kann die Erfindung nämlich wenigstens teilweise mit bereits bestehender Hardware umgesetzt werden.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin sind gewisse Merkmale nur schematisiert dargestellt und einander entsprechende Teile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen da- bei im Einzelnen

Figur 1 ein Schaltbild eines Schalters mit Leistungs- Auslöser mit Messung der Schaltstreckenspannung,

Figur 2 ein Schaltbild eines Schalters mit Energie-Auslöser mit Messung der Schaltstreckenspannung,

Figur 3 ein Schaltbild eines Schalters mit Leistungs- Auslöser mit Berücksichtigung eines exponentiell steigenden Lichtbogenwiderstands,

Figur 4 ein Schaltbild eines Schalters mit Energie - Auslöser mit Berücksichtigung eines exponentiell steigenden Lichtbogenwiderstands,

Figur 5 ein Schaltbild eines Schalters mit Leistungs- Auslöser mit Berücksichtigung eines exponentiell steigenden Lichtbogenwiderstands und Messung der SehaltStreckenspannung, Figur 6 ein Schaltbild eines Schalters mit Energie -

Auslöser mit Berücksichtigung eines exponentiell steigenden Lichtbogenwiderstands und Messung der

SehaltStreckenspannung.

Allen der nachstehend beschriebenen Aufbauten ist gemeinsam, dass ein Leistungsschalter 1 gegeben ist. Der Leistungsschal- ter 1 ist ausgestaltet, dass bei Überstrom seine Kontakte stromdynamisch öffnen. Passiert dies, so entsteht ein Lichtbogen, der für eine gewisse Zeit weiterhin Strom fließen lässt. Der Leistungsschalter 1 weist einen nicht bildlich dargestellten Aktuator auf, der das endgültige Auftrennen der Kontakte des Schalters bewirkt. Die Funktion des Aktuators kann in der gepunkteten Linie zum Leistungsschalter 1 gesehen werden .

Weiterhin ist in allen Aufbauten ein Stromwandler 2 an einer der Zuleitungen zum Leistungsschalter 1 vorgesehen. Dieser lässt den durch die Zuleitung und somit den Leistungsschalter 1 fließenden Strom ermitteln. Bei dem Stromwandler 2 soll es sich in den gegebenen Beispielen um einen transformatorischen Stromwandler 2 handeln. Alternativ kann beispielsweise auch eine Rogowski-Spule verwendet werden.

Weiterhin weisen alle Aufbauten ein Netzteil 6 auf, das in diesen Beispielen mit dem Stromwandler 2 verbunden ist. Das Netzteil 6 bezieht über den Stromwandler 2 seine Energie. Es dient der elektrischen Versorgung des nachstehend beschriebenen Auslösers. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Netzteil 6 eine Ladezeit von beispielsweise weniger als 0,1 ms aufweist. Nur bei genügend schneller Einsatzbereitschaft der Elektronik des Auslösers kann auch gewährleistet werden, dass dieser beim Einschalten im Fehlerfall direkt reagiert.

Das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist nun neben den bereits genannten Komponenten eine Einrichtung zur Span- nungsmessung 13 über die Schaltstrecke auf. Hierfür ist auf beiden Seiten des Leistungsschalters 1 je ein Abgriff vorhanden, der zu einem Brückengleichrichter aus vier Dioden 3 führt. Der Gleichrichter führt dazu, dass lediglich der Be- trag der Spannung über den Leistungsschalter 1 ermittelt wird. Ausgangsseitig ist der Gleichrichter mit einem Vorwiderstand 4 und einer Leuchtdiode 5 verbunden. Der Vorwiderstand dient in bekannter Weise dem Betrieb der Leuchtdiode 5. Die Leuchtdiode 5 strahlt gemäß dem momentanen Spannungsabso- lutwert.

Da die Messung sowohl des Stroms als auch die Weitergabe der gemessenen Spannung über den Leistungsschalter 1 galvanisch getrennt erfolgen, kann der Rest des Auslösers potentialge- trennt vom Leistungsschalter 1 und seinen Zuleitungen erfolgen .

Der Auslöser weist weiterhin eine erste Elektronik 21 auf, die einen Multiplikator 7 und eine Vergleichseinheit 9 ent- hält. Die erste Elektronik 21 nimmt den Stromwert und den von der LED 5 übermittelte Spannungswert auf. Mittels des Multiplikators 7 wird das Produkt aus dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung ermittelt, also die momentane Leistung, die am Leistungsschalter 1 verbraucht wird. Diese Leistung wird im Falle eines geschlossenen Leistungsschalter 1 nahe

Null sein, da die Spannung über den Schalter sehr gering ist. Bei stromdynamischer Öffnung des Leistungsschalters 1 entsteht ein Lichtbogen. In diesem Zustand wird die Spannung über den Leistungsschalter 1 deutlich anwachsen. In der Ver- gleichseinheit 9 wird festgestellt, ob das Produkt aus dem gemessenen Strom und der Spannung, d.h. der Lichtbogenspannung, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Passiert das, wird der Aktuator verwendet und somit der Leistungsschalter 1 schnell und vollständig geöffnet.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur eins handelt es sich um einen leistungsbasierten Auslöser. Es werden für die Auslösung des Schaltschlosses ausschließlich die momentanen Werte der Leistung betrachtet. Ein energiebasierter Auslöser gemäß einem alternativen, zweiten Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 dargestellt.

Das zweite Ausführungsbeispiel enthält die gleichen Komponenten wie die erste Ausführungsvariante gemäß Figur 1. Es werden hier weiterhin aus den momentanen Strom- und Spannungswerten die momentanen Leistungswerte errechnet. Zusätzlich weist die im zweiten Ausführungsbeispiel verwendete zweite Elektronik 22 jedoch eine Summiereinheit 8 auf, die eine Summierung oder Integration der momentanen Leistungswerte vornimmt. Es wird also in der Elektronik, die im zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, aus den momentanen Leistungswerten die Gesamtenergie bestimmt, die im Leistungsschalter 1 umgesetzt wurde.

Die Auslöser gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen weisen neben der Strommessung auch eine Spannungsmessung 13 auf. Es wird also immer der tatsächliche Wert der Lichtbogen- Spannung bestimmt. Die nächsten vier Ausführungsvarianten gehen im Rahmen der Erfindung einen anderen Weg. Hierbei wird von der Messung der Spannung zur Bestimmung des aktuellen Werts der Leistung abgesehen. Stattdessen wird davon ausgegangen, dass die Spannung über den Leistungsschalter 1, also die Lichtbogenspannung, zeitlich einem exponentiellen Verlauf folgt, sobald der Lichtbogen begonnen hat, zu brennen. Durch folgende Formel lässt sich die Lichtbogenspannung U _B abschätzen, wobei a und b festzulegende Konstanten sind:

Die Lichtbogenspannung folgt also dem Produkt aus dem fließenden Strom i (t) und einem zeitlich exponentiell ansteigenden Term.

Die Leistung p = U _B (t) * i (t) ist dann also: (t-tθ) Ein Momentanwert für die Leistung kann also basierend auf dem gemessenen Strom ermittelt werden, ohne eine Spannungsmessung dafür durchzuführen. Dafür ist es bei diesem Ansatz notwen- dig, einen Startzeitpunkt tθ für den exponentiellen Verlauf festzulegen bzw. zu ermitteln. Hierfür bestehen verschiedene Möglichkeiten, die anhand des dritten bis sechsten Ausführungsbeispiels beschrieben werden.

Im dritten Ausführungsbeispiel, das in Figur 3 dargestellt ist, sind wieder die bereits eingangs beschriebenen Komponenten vorgesehen. Die dritte Elektronik 23 des Auslösers um- fasst nun aber ein Logarithmierelement 10 und eine Einheit zur Leistungsberechnung 11. Weiterhin sind ein Startgeber 12 und die Vergleichseinheit 9 vorhanden. In der dritten Elektronik 23 wird dabei berücksichtigt, dass es in analoger Schaltungstechnik einfacher ist, die oben angegebene Leistungsformel umzusetzen, wenn sie logarithmiert wird:

ln[p(t)] = 2- ln[i(ή]+ Ina + b ■ (t -tθ)

Der gemessene Strom wird in der Logarithmiereinheit 10 logarithmiert und in der Einheit zur Leistungsberechnung 11 zusammen mit den Konstanten ln(a) und b verwendet, um die aktu- eile Leistung zu berechnen. Der Startzeitpunkt tθ wird durch den Startgeber 12 festgelegt. Im dritten Ausführungsbeispiel prüft der Startgeber 12, ob der Strom einen Schwellwert überschreitet. Passiert das, so gibt der Startgeber 12 ein entsprechendes Signal an die Einheit zur Leistungsberechnung 11 weiter, die daraufhin den Startzeitpunkt tθ auf die augenblickliche Zeit festlegt und die b*(t-tθ) somit loslaufen lässt .

Die Vergleicheinheit 9 prüft wiederum, ob der logarithmierte Momentanwert der Leistung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Zweckmäßigerweise ist der Schwellwert auch logarithmiert, sodass der Momentanwert der Leistung nicht etwa wieder in den Leistungswert umgerechnet werden muss. Da hier der Momentanwert der Leistung für den Vergleich mit dem Schwellwert herangezogen wird, handelt es sich bei der dritten Ausführungsvariante gemäß der Figur 3 wieder um einen leistungsbasierten Auslöser.

Einen analog zum dritten Ausführungsbeispiel aufgebauten Auslöser, der aber energiebasiert arbeitet, zeigt Figur 4. In dieser vierten Ausführungsmöglichkeit ist lediglich der vierten Elektronik 24 wieder eine Summiereinheit 8 hinzugefügt. Diese führt eine Summierung oder Integration der Momentanwerte der Leistung durch und berechnet darüber aus den momentanen Leistungswerten die Gesamtenergie, die im Leistungsschalter 1 umgesetzt wurde.

Eine fünfte und sechste Ausführungsmöglichkeit für die Erfindung ergibt sich, wenn die Festlegung des Startzeitpunkts für die b* (t-tθ) -Rampe nicht anhand des Stroms, sondern anhand der tatsächlichen Spannung über die Schaltstrecke erfolgt. Hierzu ist wieder eine Messung der Spannung wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel notwendig.

Figur 5 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel. Die fünfte Elektronik 25 im fünften Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend der des dritten Ausführungsbeispiels. Die fünfte Elektronik unterscheidet sich von der des dritten Ausführungsbeispiels dadurch, dass der Startgeber 12 der dritten Ausführungsvariante durch die Spannungsmessung 14 ersetzt ist. Diesmal wird die gemessene Spannung allerdings nicht direkt in die Bestimmung des Momentanwerts der Leistung einbe- zogen. Vielmehr dient die gemessene Spannung zur Bestimmung des Startzeitpunkts tθ. Beim fünften Ausführungsbeispiel handelt es sich wieder um einen leistungsbasierten Auslöser.

Beim sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 6 weist die sechste Elektronik 26 zusätzlich zu den Komponenten gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wieder eine Summiereinheit 8 auf, die die Summierung oder Integration der Momentanwerte der Leistung durchführt. Der Auslöser gemäß der sechsten Ausführungsvariante ist also wiederum ein energiebasiert Auslöser.

Es ist bezüglich aller Ausführungsbeispiele klar, dass sich die hier beschriebenen Komponenten auch oft auf andere Weise als der beschriebenen realisieren lassen. So lassen sich für die Spannungsmessung anstelle des Brückengleichrichters in Verbindung mit der Leuchtdiode auch andere Ausführungen denken, die dem Fachmann hinreichend bekannt sind.

Vor allem aber die Elektronik 21...26 des Auslösers, d.h. die hier als Funktionsblöcke aufgeteilten Elemente Multiplikator 7, Summiereinheit 8, Vergleichseinheit 9, Logarithmiereinheit 10, Einheit zur Leistungsberechnung 11 und Startgeber 12 las- sen eine Reihe von tatsächlichen Umsetzungen zu. So können die genannten Elemente einzeln realisiert werden, beispielsweise als analoge Schaltung. Andererseits ist es auch möglich, die Elemente teilweise oder allesamt in einer digitalen Form zu realisieren, beispielsweise in Form eines program- mierbaren Bausteins wie eines CPLD. Dabei ist klar, dass die Elemente sich je nach Umsetzung eventuell gar nicht mehr so auftrennen wie hier geschehen, sondern vielmehr ein gemeinsames Element bilden, in dem die entsprechenden Funktionen gemeinsam ausgeführt werden. In einem Leistungsschalter, der bereits eine digitale Schaltung aufweist, beispielsweise eine Electronic Trip Unit (ETU) , ist es zweckmäßig, die Elemente des Auslösers teilweise oder ganz in diese ETU zu integrieren .

Beim dritten bis sechsten Ausführungsbeispiel wurde weiterhin eine Logarithmierung verwendet, um einen einfacheren Aufbau insbesondere bei analogen Komponenten zu ermöglichen. So sind Logarithmierer 10 als Schaltkreis kommerziell erhältlich und die weiteren Elemente können beispielsweise mit Operations- Verstärkern umgesetzt werden. Es ist aber auch möglich, keine Logarithmierung durchzuführen, sondern die Werte unverändert zu verwenden.