EP3552288A1 - Schutzanordnung von elektrischen verbrauchern und deren anschlussleitungen vor überstrom - Google Patents

Schutzanordnung von elektrischen verbrauchern und deren anschlussleitungen vor überstrom

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EP3552288A1
EP3552288A1 EP17829139.9A EP17829139A EP3552288A1 EP 3552288 A1 EP3552288 A1 EP 3552288A1 EP 17829139 A EP17829139 A EP 17829139A EP 3552288 A1 EP3552288 A1 EP 3552288A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
path
protection
power supply
arrangement according
Prior art date
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Pending
Application number
EP17829139.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Heinemann
Hartmut Henkel
Schmidt Olaf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP3552288A1 publication Critical patent/EP3552288A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
    • 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
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters
    • 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
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations

Definitions

  • the invention relates to a protective arrangement of electrical loads and their connection lines against overcurrent.
  • Protection arrangement has an input at which the protective arrangement of a
  • Power supply an input current is supplied, and at least one output, to which a connecting line for supplying a load with power can be connected. It is between the input and the output a
  • Motor vehicle is connected between the power supply and the consumer, wherein the current in the load circuit compared with a threshold value and depending on the separating element (power switching transistor or relay) is controlled and the load circuit is interrupted.
  • connection lines i. the connection of the consumers via connection lines
  • connection lines usually predetermined and once final.
  • the cable cross-section of the connecting cables is already designed for a maximum current that the power supply is able to supply.
  • the wiring When supplying power to consumers in the industrial environment, the wiring first varies individually in the control cabinet and, depending on the application
  • the object of the invention is therefore to provide a protective device with which electrical consumers and their connection lines can be protected in a simple, flexible and secure manner from overcurrent.
  • two path protection switches for interrupting the current flow are arranged in the power supply path between the input and the at least one output in a series connection.
  • the protection arrangement has a setting unit, with which at least for one of the path protection switch a tripping current is adjustable, when exceeded, the path protection switch interrupts the flow of current. In this way, the maximum flowing current can be flexibly adapted to the line cross section of the connection line to be connected to the respective output. Because of that two
  • Path protection switch are connected in series in series, it is ensured that even if a fault of a path protection switch the other can safely shut off the flow of current.
  • Tripping current interrupt the flow of current.
  • the tripping current for both path protection switches can be set via a common setting unit or via two separate setting units.
  • this is effected by the fact that the
  • Path protection switch automatically interrupts the current flow if the path protection switch is not functional.
  • the function check is preferably carried out in that by reducing the gate voltage, a so-called
  • a current sensor is arranged, which measures the current in the power supply path with a connected load, wherein at least one of the path protection switch interrupts the flow of current when the measured current is greater than its set tripping current.
  • the protection arrangement not only has one output, but several.
  • the input current is split at a point on two or more power supply paths, wherein at the end of a power supply path in each case an output is arranged, to which a connecting line for supplying a consumer with power can be connected.
  • Power supply paths / outputs is in each power supply path only a path protection switch is arranged, the tripping current is adjustable via an adjustment, in which case an additional path protection switch is arranged as a main circuit breaker in an input current path between the input and the node.
  • the main circuit breaker provides additional safety by either the Current flow already in the input current path interrupts, if one of the path protection switches is not functional or if the current in the input current path is greater than a set tripping current.
  • the protection arrangement has an evaluation and control unit (eg in the form of a microcontroller), which is connected to all path protection switches and possibly the main circuit breaker and the current sensors, in dependence on the measured currents and the functionality / non-functioning of the
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a protective arrangement according to the prior
  • FIG. 1A shows a second embodiment of a protection arrangement according to the prior art
  • Fig. 3 shows another embodiment of an inventive
  • Fig. 4 shows a further embodiment of an inventive
  • Fig. 5 shows a further embodiment of an inventive
  • Fig. 6 shows a further embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a protection arrangement according to the prior art in connection with a power supply, wherein the power supply and protection arrangement are in one
  • Power supply unit are integrated. In the example shown is that of the
  • Figure 2 shows an arrangement according to the prior art as in Figure 1, wherein, however, in each power supply path in each case a fuse is provided.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a protective arrangement (20) according to the invention.
  • the protective arrangement (20) has an input (E), at which the
  • Path protection switch arranged to interrupt the flow of current.
  • the tripping current is -
  • path protection switches used according to the invention are reversibly actuated.
  • a path protection switch in particular transistors, preferably MOS-FETs, or relays come into consideration.
  • a separate separate adjustment unit is provided in a variant for each path protection switch.
  • a common setting unit is provided for both path protection switches.
  • Setting unit for example, a rotary potentiometer or a DIP switch is used. However, it is also intended to use as a setting the user interface of a computer program. In this case, a value for the tripping current can be selected directly via the setting unit or else a line cross section for the line to be connected to the respective output, wherein the tripping current suitable for the line cross section is then determined and set via an assignment stored in the protection arrangement (function or table) becomes.
  • the tripping current setting can act directly on the path protection switch (s). However, it is preferably also provided that the set value for the respective tripping current is stored in an evaluation and control unit ( ⁇ ).
  • a current sensor Mo is arranged, which measures the current in the power supply path.
  • the measured current is the set
  • the protective arrangement (20) preferably has an evaluation and control unit in the form of a microcontroller ( ⁇ ), which receives the measured values of the current sensor (Mo) and compares them with stored values for the tripping current, whenever the measured value exceeds the tripping current , the path protection switch for interrupting the current is driven by the evaluation and control unit.
  • ⁇ microcontroller
  • both path protection switches will independently interrupt the current flow when the set tripping current is exceeded.
  • only one of the two path protection switches interrupts the current flow when the set tripping current is exceeded.
  • the functionality of this path-current switch is checked, the other
  • Path protection switch is used to automatically interrupt the flow of current if the checked path protection switch is not functional.
  • the function check is preferably carried out by provoking a so-called longitudinal control by reducing the gate voltage, which at a
  • the check signal is preferably sent to the evaluation and control unit ( ⁇ ), which then causes the operation of the other path protection switch.
  • FIG. 4 shows a protective arrangement (20) for a plurality of outlets ( ⁇ , A2, A3, AN).
  • the input power is split at a hub (KP) on several power supply paths, at the end of a power supply path in each case an output ( ⁇ , A2, A3, AN) is arranged, to which a connecting line for supplying an electrical load with electricity can be connected.
  • Path current (M, I2, I3, IN) arranged.
  • the values measured by the current sensors (Mi, M2, M3, MN) are transmitted to the evaluation and control unit ( ⁇ ), in which the values for the respective path protection switch (S1, S2, S3, SN) are also given
  • S1, S2, S3, SN of the evaluation and control unit ( ⁇ ) controlled so that it interrupts the flow of current in its power supply path.
  • a further path protection switch (So) is arranged as main circuit breaker in an input current path between input (E) and node (KP). This automatically interrupts the current flow in the input current path if one of the other path protection switches (S1, S2, S3, SN) is not functional.
  • the function check of the path protection switch (S1, S2, S3, SN) and the control of the main circuit breaker (So) is preferably carried out with the inclusion of the evaluation and control unit ( ⁇ ).
  • the input current path interrupts even when the measured current (IG) is greater than the tripping current set for the main circuit breaker (So).
  • FIG. 5 shows the same protective arrangement as in FIG. 4.
  • the protection arrangement in this embodiment unlike in Figure 4 - not integrated with the power supply in a device.
  • two path protection switches Sn, S12, S21, S22, S31, S32, SNI, SN2
  • one respective current sensor Mo, M2, M3, MN
  • Path protection switches S11, S12, S21, S22, S31, S32, SNI, SN2
  • the current sensors Mi, M2, M3, MN
  • Path protection switch may be provided a separate setting. However, it is also provided that there is only one setting unit, in which case, however, a further selection unit is provided for selecting the respective path protection switch whose triggering current is to be set with the one setting unit.
  • both path protection switches will independently interrupt the current flow when the set tripping current is exceeded.
  • the protective arrangement (20) can be integrated in a power supply unit together with the power supply (10) or can be arranged independently of the power supply (10) in a housing which can be detachably mounted on a mounting rail.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Es wird eine Schutzanordnung (20) zum Schutz von elektrischen Verbrauchern und deren Anschlussleitungen vor Überstrom beschrieben. Dabei weist die Schutzanordnung einen Eingang (E), an dem der Schutzanordnung von einer Stromversorgung (10) ein Eingangsstrom zugeführt wird, sowie mindestens einen Ausgang (A), an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist, auf. Zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ein Stromversorgungspfad angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind dabei im Stromversorgungspfad in einer Reihenschaltung zwei Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stromflusses angeordnet, wobei die Schutzanordnung (20) eine Einstelleinheit (20A) aufweist, mit der zumindest für einen der Pfadschutzschalter ein Auslösestrom einstellbar ist, bei dessen Überschreitung der Pfadschutzschalter den Stromfluss unterbricht.

Description

Titel: Schutzanordnung von elektrischen Verbrauchern und deren Anschlussleitungen vor Überstrom
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzanordnung von elektrischen Verbrauchern und deren Anschlussleitungen vor Überstrom. Eine derartige gattungsgemäße
Schutzanordnung weist einen Eingang, an dem der Schutzanordnung von einer
Stromversorgung ein Eingangsstrom zugeführt wird, sowie mindestens einen Ausgang auf, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist. Dabei ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein
Stromversorgungspfad angeordnet, in dem wiederum ein Trennelement zur
Unterbrechung des Stromflusses bei Überstrom angeordnet ist.
Eine derartige Schutzanordnung ist aus dem Dokument DE 103 59 736 A1 bekannt. Dort ist die Schutzanordnung (Sicherungssystem) im Laststromkreis eines
Kraftfahrzeuges zwischen der Stromversorgung und dem Verbraucher geschaltet, wobei der Strom im Laststromkreis mit einem Schwellwert verglichen und in Abhängigkeit davon das Trennelement (Leistungsschalttransistor oder Relais) angesteuert und der Laststromkreis unterbrochen wird.
Im Kraftfahrzeug wird die Verdrahtung, d.h. der Anschluss der Verbraucher über Anschlussleitungen, in der Regel vorgegeben und einmalig final vorgenommen. Dabei ist der Leitungsquerschnitt der Anschlussleitungen bereits auf einen Maximalstrom ausgelegt, den die Stromversorgung zu liefern in der Lage ist.
Bei der Stromversorgung von Verbrauchern im industriellen Umfeld wird die Verdrahtung erst im Schaltschrank und je nach Anwendungsfall individuell unterschiedlich
vorgenommen.
Um die Leitungsquerschnitte der an die Stromversorgung anzuschließenden
Anschlussleitungen reduzieren zu können, sind im Stand der Technik aus
Sicherheitsgründen vorgeschaltete Schmelzsicherungen vorgesehen. Die Verwendung von Schmelzsicherungen ist jedoch aufwendig und vergleichsweise teuer. Außerdem erfordert eine Anpassung des Leitungsquerschnitts einen Austausch der Schmelzsicherung, welcher mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Schutzanordnung zu schaffen, mit der elektrische Verbraucher und deren Anschlussleitungen in einfacher, flexibler und sicherer Weise vor Überstrom geschützt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzanordnung sind im Stromversorgungspfad zwischen dem Eingang und dem mindestens einen Ausgang in einer Reihenschaltung zwei Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stromflusses angeordnet. Dabei weist die Schutzanordnung eine Einstelleinheit aufweist, mit der zumindest für einen der Pfadschutzschalter ein Auslösestrom einstellbar ist, bei dessen Überschreitung der Pfadschutzschalter den Stromfluss unterbricht. Auf diese Weise kann der maximal fließende Strom flexibel an den Leitungsquerschnitt der an den jeweiligen Ausgang anzuschließenden Anschlussleitung angepasst werden. Dadurch, dass zwei
Pfadschutzschalter in Reihe hintereinander geschaltet sind, wird sichergestellt, dass auch bei einem Fehler eines Pfadschutzschalters der andere den Stromfluss sicher abschalten kann.
Dies kann in einer Ausführungsform dadurch bewirkt werden, dass beide
Pfadschutzschalter unabhängig voneinander bei Überschreiten desselben
Auslösestroms den Stromfluss unterbrechen. Dabei kann der Auslösestrom für beide Pfadschutzschalter über eine gemeinsame Einstelleinheit oder über zwei separate Einstelleinheiten eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird dies dadurch bewirkt, dass die
Funktionsfähigkeit des Pfadstromschalters, der bei Überschreitung des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbricht, überprüft wird, wobei der andere
Pfadschutzschalter den Stromfluss automatisch unterbricht, wenn der überprüfte Pfadschutzschalter nicht funktionsfähig ist. Bei Verwendung von Transistoren vom Typ MOS-FET als Pfadschutzschalter erfolgt die Funktionsüberprüfung vorzugsweise dadurch, dass durch eine Verringerung der Gate-Spannung eine sogenannte
Längsregelung provoziert wird, welche bei einem funktionstüchtigem MOS-FET eine höhere Spannung über dem MOS-FET hervorruft. Zur Funktionsprüfung wird dann diese Spannung gemessen und ausgewertet.
Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung von zwei Pfadschutzschaltern wird trotz der Flexibilität eine Zuverlässigkeit wie bei einer Schmelzsicherung erzielt.
Vorzugsweise ist im Stromversorgungspfad ein Stromsensor angeordnet, der bei angeschlossenem Verbraucher den Strom im Stromversorgungspfad misst, wobei zumindest einer der Pfadschutzschalter den Stromfluss unterbricht, wenn der gemessene Strom größer als sein eingestellter Auslösestrom ist.
In vielen Anwendungen weist die Schutzanordnung nicht nur einen Ausgang auf, sondern mehrere. Dabei wird der Eingangsstrom an einem Kontenpunkt auf zwei oder mehr Stromversorgungspfade aufgeteilt, wobei am Ende eines Stromversorgungspfades jeweils ein Ausgang angeordnet ist, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist.
In einer Ausführungsform in Verbindung mit mehreren
Stromversorgungspfaden/Ausgängen sind in jedem Stromversorgungspfad zwei Pfadschutzschalter angeordnet, wobei in einer ersten Variante beide Pfadschutzschalter unabhängig voneinander bei Überschreiten des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbrechen oder in einer zweiten Variante die Funktionsfähigkeit des Pfadstromschalters, der bei Überschreitung des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbricht, überprüft wird, wobei der andere Pfadschutzschalter den
Stromfluss automatisch unterbricht, wenn der überprüfte Pfadschutzschalter nicht funktionsfähig ist.
In weiteren Ausführungsform in Verbindung mit mehreren
Stromversorgungspfaden/Ausgängen ist in jedem Stromversorgungspfad nur ein Pfadschutzschalter angeordnet ist, dessen Auslösestrom über eine Einstelleinheit einstellbar ist, wobei hier in einem Eingangsstrompfad zwischen dem Eingang und dem Knotenpunkt ein zusätzlicher Pfadschutzschalter als Hauptschutzschalter angeordnet ist. Die Anpassung und Überprüfung des maximal fließenden Stroms an den
Leitungsquerschnitt der an den jeweiligen Ausgang anzuschließenden Anschlussleitung erfolgt dabei über den jeweiligen Pfadschutzschalter im Stromversorgungspfad. Der Hauptschutzschalter dient der zusätzlichen Sicherheit, indem er entweder den Stromfluss bereits im Eingangsstrompfad unterbricht, wenn einer der Pfadschutzschalter nicht funktionsfähig ist oder wenn der Strom im Eingangsstrompfad größer als ein eingestellter Auslösestrom ist. Vorzugsweise weist die Schutzanordnung eine Auswerte-und Steuereinheit (z.B. in Form eines Mikrokontrollers) auf, der mit sämtlichen Pfadschutzschaltern und ggf. dem Hauptschutzschalter sowie den Stromsensoren verbunden ist, um in Abhängigkeit der gemessenen Ströme und der Funktionstüchtigkeit/Nicht-Funktionstüchtigkeit die
Pfadschutzschalter und ggf. den Hauptschutzschalter zur Unterbrechung des
Stromflusses anzusteuern.
Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Schutzanordnung nach dem Stand der
Technik,
Fig. 1A eine zweite Ausführungsform einer Schutzanordnung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzanordnung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schutzanordnung,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schutzanordnung,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schutzanordnung,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schutzanordnung,
Figur 1 zeigt eine Schutzanordnung nach dem Stand der Technik in Verbindung mit einer Stromversorgung, wobei Stromversorgung und Schutzanordnung in einem
Stromversorgungsgerät integriert sind. Im dargestellten Beispiel wird der von der
Stromversorgung bereitgestellte Strom auf verschiedene Stromversorgungspfade mit jeweils einem Ausgang (Αι , A2, A3, AN) zum Anschluss einer Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers aufgeteilt (Anschlussleitung und Verbraucher sind nicht dargestellt). Dabei befindet sich im Eingangsstrompfad der Schutzanordnung vor der Aufteilung auf die einzelnen Stromversorgungspfade eine Schmelzsicherung. Eine individuelle Schutzanpassung an die Leitungsquerschnitte der Anschlussleitungen ist damit nicht möglich.
Figur 2 zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik wie in Figur 1 , wobei allerdings in jedem Stromversorgungspfad jeweils eine Schmelzsicherung vorgesehen ist. Durch die Wahl unterschiedlicher Schmelzsicherungen wird somit zwar eine individuelle Schutzanpassung an die Leitungsquerschnitte der Anschlussleitungen ermöglicht, allerdings kann auf eine Änderung der Leistungsquerschnitte nicht einfach und flexibel reagiert werden, da jeweils die entsprechende Schmelzsicherung ausgetauscht werden muss, wozu in der Regel auch eine Demontage und ein Öffnen des Gehäuses, in dem sich die Schutzanordnung befindet, erforderlich ist.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzanordnung (20). Dabei weist die Schutzanordnung (20) einen Eingang (E), an dem der
Schutzanordnung (20) von einer Stromversorgung (10) ein Eingangsstrom zugeführt wird, sowie einen Ausgang (A) auf, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist. Zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ist ein Stromversorgungspfad angeordnet. Erfindungsgemäß sind im
Stromversorgungspfad in einer Reihenschaltung ein erster und ein zweiter
Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stromflusses angeordnet. Bei den erfindungsgemäß verwendeten Pfadschutzschaltern ist der Auslösestrom - im
Unterscheid zu einer Schmelzsicherung - nicht fest vorgegeben, sondern einstellbar. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäß verwendeten Pfadschutzschalter reversibel betätigbar. Als Pfadschutzschalter kommen insbesondere Transistoren, vorzugsweise MOS-FETs, oder auch Relais in Betracht.
Zur Einstellung des Auslösestroms ist in einer Variante für jeden Pfadschutzschalter eine eigene separate Einstelleinheit vorgesehen. In einer weiteren Variante (s. Fig. 3) ist für beide Pfadschutzschalter eine gemeinsame Einstelleinheit vorgesehen. Als
Einstelleinheit wird beispielsweise ein Drehpotentiometer oder ein DIP-Schalter verwendet. Es ist jedoch auch vorgesehen, als Einstelleinheit die Bedienoberfläche eines Computerprogramms zu verwenden. Dabei kann über die Einstelleinheit direkt ein Wert für den Auslösestrom ausgewählt werden oder aber auch ein Leitungsquerschnitt für die an den jeweiligen Ausgang anzuschließende Leitung, wobei dann über eine in der Schutzanordnung gespeicherte Zuordnung (Funktion oder Tabelle) der zu dem Leitungsquerschnitt passende Auslösestrom ermittelt und eingestellt wird.
Ein Beispiel für eine derartige Tabelle ist:
Leitungsquerschnitt (mm2) Auslösestrom (Ampere)
= Strom, der nicht überschritten werden darf
0,75 5
1 7
1 ,5 10
2,5 15 Die Einstellung des Auslösestroms kann direkt auf den/die Pfadschutzschalter einwirken. Es ist jedoch vorzugsweise auch vorgesehen, dass der eingestellte Wert für den jeweiligen Auslösestrom in einer Auswerte- und Steuereinheit (μθ) abgespeichert wird.
Im Stromversorgungspfad ist ein Stromsensor (Mo) angeordnet, der den Strom im Stromversorgungspfad misst. Wenn der gemessene Strom den eingestellten
Auslösestrom überschreitet, unterbricht zumindest einer der beiden Pfadschutzschalter den Stromfluss. Dabei weist die Schutzanordnung (20) vorzugsweise eine Auswerte- und Steuereinheit in Form eines Mikrokontrollers (μθ) auf, welche die Messwerte des Stromsensors (Mo) empfängt und mit gespeicherten Werten für den Auslösestrom vergleicht, wobei immer dann, wenn der Messwert den Auslösestrom überschreitet, der Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stroms von der Auswerte- und Steuereinheit angesteuert wird. In einer ersten Variante werden beide Pfadschutzschalter unabhängig voneinander bei Überschreiten des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbrechen. In einer zweiten Variante unterbricht nur einer der beiden Pfadschutzschalter bei Überschreitung des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss. Allerdings wird in dieser Variante auch die Funktionsfähigkeit dieses Pfadstromschalters überprüft, wobei der andere
Pfadschutzschalter dazu dient, den Stromfluss automatisch zu unterbrechen, wenn der überprüfte Pfadschutzschalter nicht funktionsfähig ist.
Bei Verwendung von Transistoren vom Typ MOS-FET als Pfadschutzschalter erfolgt die Funktionsüberprüfung vorzugsweise dadurch, dass durch eine Verringerung der Gate- Spannung eine sogenannte Längsregelung provoziert wird, welche bei einem
funktionstüchtigem MOS-FET eine höhere Spannung über dem MOS-FET hervorruft. Zur Funktionsprüfung wird dann diese Spannung gemessen und ausgewertet.
Das Überprüfungssignal wird vorzugsweise an die Auswerte- und Steuereinheit (μθ) gesendet, welche dann die Betätigung des jeweils anderen Pfadschutzschalters bewirkt.
In Figur 4 ist eine Schutzanordnung (20) für mehrere Ausgänge (Αι , A2, A3, AN) dargestellt. Dabei wird der Eingangsstrom an einem Kontenpunkt (KP) auf mehrere Stromversorgungspfade aufgeteilt wird, wobei am Ende eines Stromversorgungspfades jeweils ein Ausgang (Αι , A2, A3, AN) angeordnet ist, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers mit Strom anschließbar ist.
In jedem Stromversorgungspfad ist dabei ein Pfadschutzschalter (S1 , S2, S3, SN) angeordnet ist, dessen Auslösestrom über eine Einstelleinheit (in dieser Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) einstellbar ist. Außerdem ist in jedem
Stromversorgungspfad ein Stromsensor (Mi , M2, M3, MN) zur Messung des jeweiligen
Pfadstromes (M , I2, I3, IN) angeordnet. Die von den Stromsensoren (Mi , M2, M3, MN) gemessenen Werte werden an die Auswerte- und Steuereinheit (μθ) übertragen, in der auch für den jeweiligen Pfadschutzschalter (S1 , S2, S3, SN) die Werte für die
Auslöseströme gespeichert sind. Falls der Strom in einem der Stromversorgungspfade den jeweiligen Auslösestrom überschreitet, wird der entsprechende Pfadschutzschalter
(S1 , S2, S3, SN) von der Auswerte- und Steuereinheit (μθ) angesteuert, damit dieser den Stromfluss in seinem Stromversorgungspfad unterbricht. Aus Sicherheitsgründen ist in einem Eingangsstrompfad zwischen Eingang (E) und Knotenpunkt (KP) ein weiterer Pfadschutzschalter (So) als Hauptschutzschalter angeordnet. Dieser unterbricht den Stromfluss im Eingangsstrompfad automatisch, wenn einer der anderen Pfadschutzschalter (S1 , S2, S3, SN) nicht funktionstüchtig ist. Die Funktionsüberprüfung der Pfadschutzschalter (S1 , S2, S3, SN) und die Ansteuerung des Hauptschutzschalters (So) erfolgt vorzugsweise unter Einbeziehung der Auswerte- und Steuereinheit (μθ).
Zusätzlich ist es optional vorgesehen, auch im Eingangsstrompfad einen Stromsensor (Mo) anzuordnen, wobei der Hauptschutzschalter (So) den Stromfluss im
Eingangsstrompfad zusätzlich auch dann unterbricht, wenn der gemessene Strom (IG) größer als der für den Hauptschutzschalter (So) eingestellter Auslösestrom ist.
In Figur 5 ist dieselbe Schutzanordnung wie in Figur 4 dargestellt. Allerdings ist die Schutzanordnung in dieser Ausführungsform - anders als in Figur 4 - nicht mit der Stromversorgung in einem Gerät integriert. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 sind in jedem der Stromversorgungspfade zur doppelten Absicherung jeweils zwei Pfadschutzschalter (Sn , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) und jeweils ein Stromsensor (Mi , M2, M3, MN) angeordnet. Die
Pfadschutzschalter (S11 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) sowie die Stromsensoren (Mi , M2, M3, MN) sind mit der Auswerte- und Steuereinheit (μθ) verbunden. Die
Einstelleinheit bzw. die Einstelleinheiten für die Auslöseströme der Pfadschutzschalter sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Es kann für jeden
Pfadschutzschalter eine eigene Einstelleinheit vorgesehen sein. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass es nur eine Einstelleinheit gibt, wobei dann allerdings noch eine weitere Auswahleinheit zur Auswahl des jeweiligen Pfadschutzschalters, dessen Auslösestrom mit der einen Einstelleinheit einzustellen ist, vorgesehen ist. Als
Einstelleinheit kommt auch die Bedienoberfläche eines Computerprogramms in
Betracht.
Die Arbeitsweise der Schutzanordnung gemäß Figur 6 ist dabei bezogen auf jeden Stromversorgungspfad die folgende:
In einer ersten Variante werden beide Pfadschutzschalter unabhängig voneinander bei Überschreiten des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbrechen.
In einer zweiten Variante unterbricht nur einer der beiden Pfadschutzschalter bei Überschreitung des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss. Allerdings wird in dieser Variante auch die Funktionsfähigkeit dieses Pfadstromschalters überprüft, wobei der andere Pfadschutzschalter dazu dient, den Stromfluss automatisch zu
unterbrechen, wenn der überprüfte Pfadschutzschalter nicht funktionsfähig ist.
Die Schutzanordnung (20) kann gemeinsam mit der Stromversorgung (10) in ein Stromversorgungsgerät integriert sein oder unabhängig von der Stromversorgung (10) in einem Gehäuse angeordnet sein, welches lösbar auf einer Tragschiene montierbar ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzanordnung (20) zum Schutz von elektrischen Verbrauchern und deren
Anschlussleitungen vor Überstrom,
- mit einem Eingang (E), an dem der Schutzanordnung von einer Stromversorgung (10) ein Eingangsstrom zugeführt wird,
- mit mindestens einem Ausgang (A), an den eine Anschlussleitung zur
Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist,
wobei zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ein Stromversorgungspfad angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- im Stromversorgungspfad in einer Reihenschaltung zwei Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stromflusses angeordnet sind,
- die Schutzanordnung (20) eine Einstelleinheit (20A) aufweist, mit der zumindest für einen der Pfadschutzschalter ein Auslösestrom einstellbar ist, bei dessen Überschreitung der Pfadschutzschalter den Stromfluss unterbricht. 2. Schutzanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
über die Einstelleinheit ein Auslösestrom für beide Pfadschutzschalter einstellbar ist.
3. Schutzanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass für jeden Pfadschutzschalter eine separate Einstelleinheit zur Einstellung des jeweiligen Auslösestroms vorhanden ist. Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Funktionsfähigkeit des Pfadstromschalters (Sn , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2), der bei Überschreitung des eingestellten Auslösestroms den Stromfluss unterbricht, überprüft wird,
- der andere Pfadschutzschalter (S11 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) den
Stromfluss automatisch unterbricht, wenn der überprüfte Pfadschutzschalter (S11 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) nicht funktionsfähig ist.
Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Stromversorgungspfad ein Stromsensor (Mo, Mi , M2, M3, MN) angeordnet ist, der bei angeschlossenem Verbraucher den Strom im Stromversorgungspfad misst, wobei zumindest einer der Pfadschutzschalter (S11 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) den Stromfluss unterbricht, wenn der gemessene Strom größer als sein eingestellter Auslösestrom ist.
Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Eingangsstrom an einem Kontenpunkt (KP) auf zwei oder mehr
Stromversorgungspfade aufgeteilt wird, wobei am Ende eines
Stromversorgungspfades jeweils ein Ausgang (A1 , A2, A3, AN) angeordnet ist, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit Strom anschließbar ist,
- in jedem Stromversorgungspfad zwei Pfadschutzschalter (S11 , S12, S21 , S22,
S31 , S32, SNI , SN2) angeordnet sind, wobei zumindest der Auslösestrom eines der beiden Pfadschutzschalter über eine Einstelleinheit einstellbar ist.
7. Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Eingangsstrom an einem Kontenpunkt (KP) auf zwei oder mehr
Stromversorgungspfade aufgeteilt wird, wobei am Ende eines
Stromversorgungspfades jeweils ein Ausgang (Αι , A2, A3, AN) angeordnet ist, an den eine Anschlussleitung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers mit Strom anschließbar ist,
- in jedem Stromversorgungspfad ein Pfadschutzschalter (S1 , S2, S3, SN)
angeordnet ist, dessen Auslösestrom über eine Einstelleinheit einstellbar ist,
- in einem Eingangsstrompfad zwischen Eingang (E) und Knotenpunkt (KP) ein Pfadschutzschalter (So) als Hauptschutzschalter angeordnet ist.
8. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
in jedem Stromversorgungspfad ein Stromsensor (Mi , M2, M3, MN) angeordnet ist, der bei angeschlossenem Verbraucher den Strom im Stromversorgungspfad misst, wobei zumindest einer der Pfadstromschalter (S1 1 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) den Stromfluss unterbricht, wenn der gemessene Strom größer als sein eingestellter Auslösestrom ist.
9. Schutzanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslösestrom für den Hauptschutzschalter (So) über eine Einstelleinheit einstellbar ist.
10. Schutzanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Eingangsstrompfad ein Stromsensor (Mo) angeordnet ist, der den Strom im
Eingangsstrompfad misst, wenn an einem der Ausgänge ein Verbraucher angeschlossen ist, wobei der Hauptschutzschalter (So) den Stromfluss unterbricht, wenn der gemessene Strom größer als sein eingestellter Auslösestrom ist.
1 1 . Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hauptschutzschalter (So) den Stromfluss im Eingangsstrompfad automatisch unterbricht, wenn einer der anderen Pfadschutzschalter (Si , S2, S3, SN) nicht funktionstüchtig ist.
12. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieselbe eine Auswerte- und Steuereinheit (μθ) aufweist, welche die Messwerte des bzw. der Stromsensoren (Mo, Mi , M2, M3, MN) empfängt und mit gespeicherten Werten für die jeweiligen Auslösestrome vergleicht, wobei immer dann, wenn der Messwert eines Stromsensors den Auslösestrom eines Pfadschutzschalters (So,
S11 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) überschreitet, der jeweilige
Pfadschutzschalter zur Unterbrechung des Stroms von der Auswerte- und
Steuereinheit angesteuert wird.
13. Schutzanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieselbe eine Auswerte- und Steuereinheit (μθ) aufweist, welche Informationen zur Funktionsfähigkeit des bzw. der Pfadschutzschalter (So, S1 1 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) empfängt und bei Nichtfunktionsfähigkeit eines Pfadschalters den jeweils anderen Pfadschutzschalter oder den Hauptschutzschalter zur Unterbrechung des Stromflusses ansteuert.
14. Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pfadschutzschalter (S1 1 , S12, S21 , S22, S31 , S32, SNI , SN2) Transistoren vom Typ MOS-FET sind.
15. Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
dieselbe gemeinsam mit der Stromversorgung (10) in ein Stromversorgungsgerät integriert ist.
16. Schutzanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieselbe unabhängig von der Stromversorgung (10) in einem Gehäuse angeordnet ist, welches lösbar auf einer Tragschiene montierbar ist.
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