EP4367702A1 - Schutzschaltgerät - Google Patents

Schutzschaltgerät

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Publication number
EP4367702A1
EP4367702A1 EP22783456.1A EP22783456A EP4367702A1 EP 4367702 A1 EP4367702 A1 EP 4367702A1 EP 22783456 A EP22783456 A EP 22783456A EP 4367702 A1 EP4367702 A1 EP 4367702A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
contact
switching device
protective switching
current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22783456.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin TANNHÄUSER
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4367702A1 publication Critical patent/EP4367702A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
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    • H01H2083/201—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other abnormal electrical condition being an arc fault
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    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a low-voltage circuit with a mechanical isolating contact unit and an electronic interrupter unit.
  • low voltage voltages of up to 1000 volts AC or up to 1500 volts DC.
  • Low voltage refers in particular to voltages that are greater than extra-low voltage, with values of 50 volts AC or 120 volts DC, are .
  • the stated AC voltage values mean effective values.
  • Low-voltage circuit or network or system are circuits with rated currents or Rated currents of up to 125 amps, more specifically up to 63 amps.
  • Low-voltage circuits are circuits with rated currents or Rated currents of up to 50 amps, 40 amps, 32 amps, 25 amps, 16 amps or 10 amps are meant.
  • the current values mentioned mean in particular nominal, rated and/or cut-off currents, i. H . the maximum current that is normally conducted through the circuit or where the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device such as a protective switching device, miniature circuit breaker or circuit breaker.
  • the rated currents can be scaled further, from 0.5 A to 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, etc . up to 16 A.
  • Miniature circuit breakers have long been known overcurrent protection devices that are used in electrical installation technology in low-voltage circuits. These protect lines from damage caused by heating due to excessive current and/or short circuits.
  • a circuit breaker can switch off the circuit in the event of an overload and/or Switch off short circuit automatically.
  • a circuit breaker is a non-automatically resetting safety element.
  • circuit breakers In contrast to miniature circuit breakers, circuit breakers are intended for currents greater than 125 A, sometimes even from 63 amperes. Miniature circuit breakers are therefore simpler and more filigree in construction. Miniature circuit breakers usually have a mounting option for mounting on a so-called top-hat rail (mounting rail, DIN rail, TH35).
  • Miniature circuit breakers are built electromechanically. In a housing, they have a mechanical switching contact or Shunt trip for interrupting (tripping) the electrical current on .
  • a bimetallic protective element or Bimetallic element used for tripping (interruption) in the event of prolonged overcurrent (overcurrent protection) or in the event of thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for short-term release when an overcurrent limit value is exceeded or used in the event of a short circuit (short circuit protection).
  • One or more arc quenching chamber(s) or Arc extinguishing devices are provided. Furthermore, connection elements for conductors of the electrical circuit to be protected.
  • Protective switching devices with an electronic interrupting unit are relatively new developments. These have a semiconductor-based electronic interruption unit. D. H . the flow of electrical current in the low-voltage circuit is routed via semiconductor components or semiconductor switches, which interrupt or switch off the flow of electrical current. can be switched to be conductive. Protective switching devices with an electronic interruption unit also often have a mechanical isolating contact system, in particular with isolating properties in accordance with relevant standards for low-voltage circuits, the contacts of the mechanical isolating contact system are connected in series with the electronic interrupter unit, d. H . the current of the low-voltage circuit to be protected is routed both via the mechanical isolating contact system and via the electronic interrupting unit.
  • the object of the present invention is to improve a protective switching device of the type mentioned at the outset, in particular to increase the safety of such a protective switching device.
  • a protective switching device for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit having:
  • a mechanical isolating contact unit which is connected in series with an electronic interrupting unit, the mechanical isolating contact unit having a handle for opening at least one contact to prevent a current flow or closing the at least one contact for a current flow in the low-voltage circuit,
  • the protective switching device being designed in such a way that when current or current-time limit values are exceeded, the current flow in the low-voltage circuit is interrupted by the mechanical isolating contact unit and/or the electronic interrupting unit.
  • the protective switching device is designed in such a way that the at least one contact of the mechanical isolating contact unit can only be closed by the handle when there is a release signal for closing the at least one contact.
  • the at least one contact can only be closed by manual actuation when a release signal, in particular from the control unit, present .
  • the release signal is only emitted when the protective switching device, in particular the control unit or the electronic interrupting unit is active and functional .
  • D. H a current flow in the low-voltage circuit by closing the contact is only possible when the protective switching device can (actively) carry out its protective functions.
  • the mechanical isolating contact unit is connected to a load-side connection and the electronic interruption unit is connected to a line-side connection of the protective switching device.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that the at least one contact can be opened by the control unit but cannot be closed.
  • the mechanical isolating contact unit is designed in such a way that position information about the closed or open state of the at least one contact is available.
  • the position information can be acquired by the control unit.
  • a position sensor can be provided for this purpose.
  • the position sensor can be connected to the control unit.
  • control unit can provide feedback on the switching position of the contacts or the handle receives, so if necessary. to make another decision for a release signal.
  • a current sensor unit is provided for determining the magnitude of the current in the low-voltage circuit.
  • the current sensor unit is connected to the control unit.
  • the current sensor unit is provided in a phase conductor of the low-voltage circuit.
  • the release signal for enabling the closing of the at least one contact is emitted by the control unit.
  • the release signal is then issued when the protective switching device is in a functional state. This is particularly the case when the control unit is in an active and functional state and the control unit contains the units or systems relevant to the protective function. Components (device parts), such as electronic interrupting unit, current and voltage sensor units are in a functional state.
  • the at least one contact is opened by the control unit when an error condition is determined by the control unit.
  • the protective switching device in particular the mechanical isolating contact unit, has an actuator.
  • the actuator prevents the at least one contact from being closed by the handle, particularly in the de-energized state (or idle state).
  • the actuator allows H . in the particular energized state that the at least one contact can be closed by the handle.
  • the protective switching device in particular the mechanical isolating contact unit, is designed in such a way that the handle can be moved if there is no enable signal. However, the at least one contact cannot be closed in this case.
  • the electronic interruption unit can be switched by semiconductor-based switching elements to a high-impedance state of the switching elements to avoid current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit.
  • the low-voltage circuit is a three-phase alternating current circuit.
  • the protective switching device has further connections between which a series connection of a further contact of the mechanical isolating contact unit and an electronic interrupting unit is connected in each case. This has the particular advantage that a solution is provided for three-phase AC circuits.
  • control unit has a microcontroller.
  • Figure 1 is a first schematic representation of a protective switching device
  • FIG. 2 shows a first representation of a mechanical isolating contact unit
  • FIG. 3 shows a second illustration of a mechanical isolating contact unit
  • FIG. 4 shows a third representation of a mechanical isolating contact unit
  • FIG. 5 shows a fourth illustration of a mechanical isolating contact unit.
  • FIG. 1 shows a representation of a protective switching device SG for protecting an electrical low-voltage circuit, in particular a low-voltage alternating current circuit, with a housing GEH, comprising:
  • Mains connections that i . B. include a line-side neutral conductor connection NG and a line-side phase conductor connection LG,
  • - load side connections i . B. include a load-side neutral conductor connection NL and a load-side phase conductor connection LL,
  • an energy source is usually connected to the grid-side connections / the grid-side GRID
  • a consumer is usually connected to the load-side connections / the load side LOAD;
  • the load-side connection points APNL, APLL are connected to the load-side neutral and phase conductor connections NL, LL, so that opening of contacts KKN, KKL to avoid current flow or closing of the contacts for current flow in the low-voltage circuit can be switched,
  • electronic interruption unit EU (which is arranged in particular in the phase conductor in the case of a single-pole design) with a grid-side connection point EUG, which is electrically connected to the grid-side phase conductor connection LG, and a load-side connection point EUL, which is connected to the grid-side Connection point APLG of the mechanical isolating contact unit MK is electrically connected or. is connected, wherein the electronic interruption unit EU by indicated semiconductor-based switching elements has a high-impedance state of the switching elements to avoid a current flow or a low-impedance state of the switching elements to current flow in the low-voltage circuit or. is switchable,
  • a current sensor unit S I for determining the level of the current of the low-voltage circuit, which is particularly in the current path of the phase conductor or. phase conductor current path is arranged,
  • control unit SE connected to the current sensor unit SI, the mechanical isolating contact unit MK and the electronic interrupting unit EU is connected, with exceeding current or current time limit values interrupting the current flow in the low-voltage circuit through the mechanical isolating contact unit MK and / or the electronic interrupting unit EU is initiated.
  • the mechanical isolating contact unit MK is connected in series with the electronic interruption unit EU.
  • the mechanical isolating contact unit MK has a handle HH for opening at least one contact, in the example two contacts: a (first) phase conductor contact KKL (for the phase conductor) and a neutral conductor contact KKN (for the neutral conductor), to avoid current flow or to close the at least a contact for a current flow in the low-voltage circuit.
  • the handle HH is accessible on the device and can be used by a user or technicians are operated.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be arranged on the load side, as shown.
  • the electronic interruption unit EU can be arranged on the network side.
  • the grid side GRID with the energy source is normally under electrical voltage.
  • An electrical consumer is usually connected to the load side LOAD.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be operated by the mechanical handle HH on the protective switching device SG in order to switch a manual (manual) opening or closing of the contacts KKL, KKN.
  • the mechanical handle HH indicates the switching status (open or closed) of the contacts of the mechanical isolating contact unit MK on the protective switching device.
  • the contact position (or the position of the handle, closed or open) can be transmitted to the control unit SE.
  • the contact position (or the position of the handle) can z. B. by means of a (position) sensor POS or Position sensor unit POS are determined.
  • the contact position or the switching state can be used Control unit SE are transmitted. This is indicated by an arrow from the position sensor unit POS to the control unit SE.
  • the mechanical isolating contact unit MK is advantageously designed according to the invention in such a way that a (manual) closing of the contacts by the mechanical handle HH is only possible after a release (enable), in particular a release signal.
  • the transmission of the release or the release signal is indicated by an arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contacts unit MK, in particular to a release unit FG.
  • the at least one contact (e.g. the contacts KKL, KKN) of the mechanical isolating contact unit MK can only be closed by the handle HH when the release or the release signal (from the control unit) is present. Without the release or the release signal Enable, the handle HH can be actuated, but the contacts cannot be closed ("permanent slipping").
  • the release unit/release function FG enables the actuation of the contacts of the mechanical isolating contact unit by the handle HH when an enable signal Enable is present. This means that the contacts KKL, KKN can only be closed by the handle if the enable signal (from the control unit SE) is present. Otherwise, closing is not possible (permanent slipping of the handle HH). The contacts remain in the open position/switching state.
  • the release unit FG can cause the contacts to open (second function of the release unit FG) when an opening signal OEF (from the control unit SE) is present.
  • the release unit/release function FG then acts as a trip unit for opening the contacts of the mechanical isolating contact unit MK.
  • the protective switching device recognizes the error and switches the device to a safe state. Likewise, an error condition on the load side or grid side can be detected and result in the device being switched to a safe state. a ) The error in the electronics is detected . b ) The device switches off the power semiconductor (high impedance). c ) The device opens the mechanical isolating contact . A possible switch lock of the mechanical isolating contact unit MK is then in an off state and switching on via the mechanical actuation/handle is no longer possible since there is no enable signal. d) The error is reported via the communication unit COM.
  • the protective switching device can also check whether it is functional as soon as it is supplied with electrical energy. For example, through a self-test. If the test is positive, i. H . were no errors in the device or the connected network / energy source on the network side grid or of the connected consumer on the load side Load determined, d. H . if the device is in an active and functional state and/or environment, only then is a release signal Enable sent to the release unit FG or mechanical isolating contact unit MK delivered.
  • the protective switching device SG can advantageously be designed in such a way that the contacts of the mechanical isolating contact unit MK can be opened by the control unit SE, but cannot be closed.
  • the opening process is also indicated by the arrow from the control unit SE to the mechanical isolating contact unit MK, with the process OEF. This further increases security.
  • the protective switching device can be designed in such a way that the magnitude of the voltage across the electronic interruption unit can advantageously be determined.
  • D. H the level of a first voltage between the grid-side connection point EUG and load-side connection point EUL of the electronic interruption unit EU can be determined or is determined .
  • a first voltage sensor unit SUI connected to the control unit SE is provided in the example according to FIG.
  • the voltage across the series connection of electronic interruption unit EU and current sensor S I can alternatively also be determined, as shown in FIG.
  • the current sensor unit S I has a very low internal resistance, so that the determination of the level of the voltage is not affected or is only negligibly affected.
  • a second voltage sensor unit SU2 can be provided, which determines the magnitude of the voltage between the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • the electronic interruption unit EU has a single-pole design, in the example in the phase conductor.
  • the line-side connection point APNG for the neutral conductor of the mechanical isolating contact unit MK is connected to the line-side neutral conductor connection NG of the housing GEH.
  • the protective switching device SG has a power supply or NT power supply, for example a switched-mode power supply.
  • the power supply/power pack NT is provided for the control unit SE, which is indicated by a connection between the power supply/power pack NT and the control unit SE in FIG.
  • the energy supply/power pack NT is (on the other hand) connected to the line-side neutral conductor connection NG and the line-side phase conductor connection LG.
  • a fuse SS in particular a fuse, or a switch SCH can be provided.
  • the power pack NT is normally constantly supplied with energy. It may be secured by the fuse SS or. can be switched off by the switch SCH.
  • the low-voltage circuit can be a three-phase AC circuit, with a neutral conductor and three phase conductors.
  • the protective switching device can be designed as a three-phase variant and can have, for example, further line-side and load-side phase conductor connections.
  • inventive electronic interruption units and contacts of the mechanical isolating contact unit are provided between the other line-side and load-side phase conductor connections, as are current sensor units.
  • voltage determinations e.g. by first voltage sensor units
  • first voltage sensor units can be provided.
  • the protective switching device SG can have a temperature sensor TEM for determining the level of the temperature of the protective switching device or in particular for determining the height of the temperature of the electronic interruption unit EU, as indicated in FIG.
  • the temperature sensor TEM is connected to the control unit SE. If a temperature limit is exceeded, an opening signal OEF can be issued or a release signal is not given / prevented.
  • the protective switching device SG can have a display unit AE for displaying information, switching states, etc. of the protective switching device.
  • the display unit AE is connected to the control unit SE or. can be part of the control unit SE.
  • the protective switching device SG can have a communication unit COM.
  • the communication unit COM is connected to the control unit SE or. can be part of be control unit SE.
  • the communication unit COM can be a wired communication unit or preferably a wireless communication unit, for example a radio-based communication unit.
  • High resistance means a state in which only a negligible current flows.
  • a current of negligible magnitude means, in particular, a current of less than 2 mA, more specifically less than 0.5 mA.
  • Low-impedance means a condition in which the current value specified on the protective switching device could flow.
  • low-impedance means resistance values that are less than 10 ohms, better less than 1 ohm, 100 milliohms, 10 milliohms, 1 milliohm or less.
  • the protective switching device can be constructed in two parts.
  • an electronic first part for example on a printed circuit board.
  • the first part can have the control unit SE, the first voltage sensor unit SUI, the second voltage sensor unit SU2, the current sensor unit SI, the electronic interruption unit EU, the power supply NT.
  • the first part can have the fuse SS, the switch SCH, the temperature sensor TEM (in particular for the electronic interruption unit EU), the communication unit COM, the display unit AE.
  • the first part can only have three connections:
  • the protective switching device can then also contain a second part, in particular a mechanical part.
  • the second part can have the mechanical isolating contact unit MK, the handle HH, the release unit FG.
  • the second part can have the position unit POS, for reporting the position of the contacts of the mechanical isolating contacts unit MK to the control unit, as well as the (neutral conductor) connection(s). Further units, not specified in detail, can be provided.
  • a compact protective switching device according to the invention can advantageously be implemented as a result of the division into two.
  • FIG. 1 shows the overview of the components in the (electronic) protective switching device.
  • the protective switching device has a mechanical isolating contact unit MK and an electronic interruption unit EU (electronic switch).
  • a control unit SE is also included.
  • the control unit SE records measured values of the sensor unit.
  • the control unit SE controls the electronic interruption unit.
  • the control unit SE controls the release unit FG of the mechanical isolating contact unit.
  • the contacts of the mechanical isolating contact unit can only be closed by the handle/manual operation.
  • Switching mechanism SL of the mechanical isolating contact unit MK is designed in such a way that the closing of the contacts KKL, KKN by manual operation with the handle HH/ on the existing switching lever is not possible as long as the control unit SE does not explicitly enable it (enable signal). This ensures that the contacts can only be closed (by manual operation) when the SE control unit is active and has checked its functionality.
  • control unit SE can send an opening signal OEF to the mechanical isolating contact unit MK in order to open the contacts in the closed state, for example also by means of the release unit FG.
  • the contacts or Mechanical isolating contacts can thus be brought from the closed state into the open state by the control unit SE.
  • Figure 2 shows, at least in part or. indicated , the structure or Components of a mechanical isolating contact unit MK, in particular with a switch lock SL, the handle HH and the contact KKL (when arranged in the phase conductor) or KKN (when arranged in the neutral conductor).
  • the contact has i . B. a pair of contact pieces consisting of a fixed contact piece FST and a moving contact piece or Contact piece BST (moving contact piece).
  • An actuator "Actuator” according to the invention is provided, for example a relay coil with a plunger, which engages in the mechanical isolating contact unit MK or is provided in the mechanical isolating contact unit MK, as shown in Figure 2, for example.
  • the actuator "Actuator” prevents the e.g. B. advantageously de-energized state closing of the at least one contact is prevented by the handle.
  • D. H . is arranged accordingly grips accordingly in the mechanical isolating contact unit MK or . switch lock SL on .
  • the actuator "Actuator” also causes the actuator to be energized when the release signal is present, so that the at least one contact can be closed by the handle. Ie. the actuator “Actuator” is arranged accordingly or engages accordingly in the mechanical isolating contact unit MK or the switching mechanism SL.
  • FIG. 2 shows the switched-off state of the mechanical isolating contact unit MK with the contacts KKL (or KKN) open.
  • the actuator "actuator” works together with a lever LC (lock control lever).
  • the lever LC or lock control lever is in a "disabled” position LCOFF, so that it is not possible to switch on the mechanical contact.
  • An actuation of the handle HH would lead to a slip and the contacts or. the moving contact of the at least one pair of contacts remains in the shown (switched off/high-impedance) open position.
  • the release function is realized by the lever LC (in the switched-off position: LCOFF) and the actuator "Actuator”.
  • FIG. 3 shows an illustration according to FIG. 2, in which the contact KKL (or KKN) (also) is in the switched off/opened position, with the difference that the lever LC or Lock control lever is in an "enable” position LCON, which enables the contacts to be closed or switched on by the handle HH.
  • the lever LC or lock control lever was moved to a different position via the actuator "Actuator”. So it can come to a latching with the switching mechanism when you press the handle to close the contacts (switching on), so that the movable contact piece or.
  • Contact piece BST moving contact piece
  • FIG. 4 shows an illustration according to FIG. 3, with the difference that the handle HH was actuated.
  • the contact could be closed.
  • the latching of the elements is shown .
  • the contacts are in the closed position.
  • FIG. 5 shows an illustration according to FIG. 2, with the difference that the handle HH was actuated. Since the actuator was not energized (no release or no release signal Enable), the handle cannot grip the switching mechanism and consequently cannot close the contact. The handle can be moved, but the contact cannot be closed. After actuation, the handle returns to its original state (slips or permanent slips).
  • a novel electronic protective switching device with mechanical isolating contacts in combination with an electronic switch is proposed.
  • the protective switching device particularly in the control unit SE or electronic interruption unit EU, the manual mechanical switching on of the isolating contacts is prevented. Safe operation of the protective switching device is thus always ensured.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis, aufweisend : - eine mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe zum Öf fnen von mindestens einem Kontakt zur Vermeidung eines Stromflusses oder Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist - eine mit der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbundene Steuerungseinheit, wobei das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung von Strom- oder Strom-Zeitgrenzwerten eine Unterbrechung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch die mechanische Trennkontakteinheit oder/und die elektronische Unterbrechungseinheit initiiert wird, - dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontaktein heit durch die Handhabe erst dann geschlossen werden kann, wenn ein Freigabesignal zum Schließen des mindestens einen Kontaktes vorliegt.

Description

Beschreibung
Schutz schalt gerät
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer mechanischen Trennkontakteinheit und einer elektronischen Unterbrechungseinheit .
Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint . Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint , die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung bzw . 120 Volt Gleichspannung, sind . Mit den genannten Wechselspannungswerten sind Ef fektivwerte gemeint .
Mit Niederspannungsstromkreis bzw . -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere , spezi fischer bis zu 63 Ampere gemeint . Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw . Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere , 40 Ampere , 32 Ampere , 25 Ampere , 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint . Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- , Bemessungs- oder/und Abschaltströme gemeint , d . h . der Strom der im Normal fall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw . bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie ein Schutzschaltgerät , Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter . Die Nennströme können sich weiter staf feln, von 0 , 5 A über 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, usw . bis 16 A.
Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden . Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss . Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten . Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement .
Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere . Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .
Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw . Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf . Üblicherweise wird ein Bimetall- Schutzelement bzw . Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstromgrenzwerts bzw . im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz ) eingesetzt . Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer (n) bzw . Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen . Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises .
Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen . Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf . D . h . der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt , die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw . leitfähig geschaltet werden können . Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig ein mechanisches Trennkontaktsystem auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise , wobei die Kontakte des mechanischen Trennkontaktsystems in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d . h . der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über das mechanische Trennkontaktsystem als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere die Sicherheit für ein derartiges Schutzschaltgerät zu erhöhen .
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreises , vorgeschlagen, aufweisend :
- eine mechanische Trennkontakteinheit , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit eine Handhabe zum Öf fnen von mindestens einem Kontakt zur Vermeidung eines Stromflusses oder Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist ,
- eine mit der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbundene Steuerungseinheit , wobei das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei Überschreitung von Strom- oder Strom-Zeitgrenzwerten eine Unterbrechung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch die mechanische Trennkontakteinheit oder/und die elektronische Unterbrechungseinheit initiiert wird . Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass der mindestens eine Kontakt der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe erst dann geschlossen werden kann, wenn ein Freigabesignal zum Schließen des mindestens einen Kontaktes vorliegt .
Somit ist erfindungsgemäß sichergestellt , dass der mindestens eine Kontakt (bzw . die Trennkontakte ) erst dann durch eine manuelle Betätigung geschlossen werden können, wenn eine Freigabesignal , insbesondere von der Steuerungseinheit , vorliegt . Das Freigabesignal wird insbesondere erst dann abgegeben, wenn das Schutzschaltgerät , insbesondere die Steuerungseinheit bzw . die elektronische Unterbrechungseinheit , aktiv und funktions fähig ist . D . h . ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis durch Schließen des Kontaktes wird erst dann ermöglicht , wenn das Schutzschaltgerät seine Schutz funktionen ( aktiv) durchführen kann .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Aus führungsbeispiel angegeben .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit mit einem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit mit einem netzseitigen Anschluss des Schutzschaltgerätes verbunden .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine neuartige Architektur in Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Freigabe gegeben ist , die neue Funktionalitäten eröf fnet .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet , dass der mindestens eine Kontakt von der Steuerungseinheit geöf fnet , aber nicht geschlossen werden kann .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird, da die Kontakte versehentlich durch die Steuerungseinheit nicht geschlossen werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit derart ausgestaltet , dass eine Positionsinformation über den geschlossenen oder geöf fneten Zustand des mindestens einen Kontaktes zur Verfügung steht . Speziell kann die Positionsinformation von der Steuerungseinheit erfasst werden . Hierzu kann ein Positionssensor vorgesehen sein . Der Positionssensor kann mit der Steuerungseinheit verbunden sein .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Steuerungseinheit eine Rückmeldung über die Schaltstellung der Kontakte bzw . der Handhabe erhält , um so ggfs . eine weitere Entscheidung für ein Freigabesignal zu tref fen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Stromsensoreinheit zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises vorgesehen . Die Stromsensoreinheit ist mit der Steuerungseinheit verbunden . Insbesondere ist die Stromsensoreinheit in einem Phasenleiter des Niederspannungsstromkreises vorgesehen .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Ermittlung der Höhe des Stromes gegeben ist . Insbesondere durch die Anordnung im Phasenleiter können neben Überströmen im Niederspannungsstromkreis auch Überströme gegen Erde erkannt werden .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Freigabesignal zur Ermöglichung des Schließens des mindestens einen Kontaktes (mittels der Handhabe ) von der Steuerungseinheit abgegeben . Das Freigabesignal wird dann abgegeben, wenn das Schutzschaltgerät in einem funktions fähigen Zustand ist . Dies ist insbesondere dann der Fall , wenn die Steuerungseinheit in einem aktiven und funktions fähigen Zustand ist sowie die Steuerungseinheit die für die Schutz funktion relevanten Einheiten bzw . Komponenten ( Geräte-Teile ) , wie elektronische Unterbrechungseinheit , Strom- und Spannungssensoreinheiten in einem funktions fähigen Zustand sind .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Schließen der Kontakte nur dann möglich ist , wenn das Schutzschaltgerät den Niederspannungsstromkreis überwachen kann . So wird ein erhöhter Schutz bzw . eine erhöhte (Betriebs- ) Sicherheit erreicht .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Kontakt von der Steuerungseinheit dann geöf fnet wird, wenn ein Fehlerzustand von der Steuerungseinheit ermittelt wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass sowohl bei Fehlern im Stromkreis als auch bei Fehlern im Schutzschaltgerät ein sicherer Zustand hergestellt wird . In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schutzschaltgerät , insbesondere die mechanische Trennkontakteinheit , einen Aktuator auf . Der Aktuator verhindert im insbesondere unbestromten Zustand (bzw . Ruhezustand) ein Schließen des mindestens einen Kontaktes durch die Handhabe . Der Aktuator ermöglicht bei Anliegen des Freigabesignals , d . h . im insbesondere bestromten Zustand, dass der mindestens eine Kontakt durch die Handhabe schließbar ist .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass im unbestromten bzw . Ruhe-Zustand immer ein sicherer Zustand des Schutzschaltgerätes gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät , insbesondere die mechanische Trennkontakteinheit , derart ausgestaltet , dass bei fehlendem Freigabesignal die Handhabe bewegt werden kann . Der mindestens eine Kontakt kann hierbei aber nicht geschlossen werden .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein Freilauf bzw . Dauerrutscher vorgesehen ist , so dass auch bei (übermäßiger ) Krafteinwirkung auf die Handhabe ein Schließen der Kontakte vermieden (verhindert ) wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein lichtbogenfreies Schalten des elektrischen Stromkreises gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis . Das Schutzschaltgerät weist weitere Anschlüsse auf , zwischen denen j eweils eine Serienschaltung eines weiteren Kontaktes der mechanischen Trennkontakteinheit und einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist . Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Lösung für Dreiphasenwechselstromkreise gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird : bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein abgestuftes Abschaltkonzept für das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikrocontroller auf .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass die erfindungsgemäßen Funktionen zur Erhöhung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw . des zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis durch ein ( anpassbares ) Computerprogrammprodukt realisiert werden können . Ferner können Änderungen und Verbesserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutzschaltgerät geladen werden .
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Erhöhung und Verbesserung der Sicherheit eines Schutzschaltgerätes bzw . des elektrischen Stromkreises , und stellen ein neues Konzept für ein Schutzschaltgerät bereit .
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden .
Dabei zeigt die Zeichnung :
Figur 1 eine erste Prinzipdarstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 2 eine erste Darstellung einer mechanischen Trennkontakteinheit ,
Figur 3 eine zweite Darstellung einer mechanischen Trennkontakteinheit ,
Figur 4 eine dritte Darstellung einer mechanischen Trennkontakteinheit ,
Figur 5 eine vierte Darstellung einer mechanischen Trennkontakteinheit .
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises , insbesondere Niederspannungswechselstromkreis , mit einem Gehäuse GEH, aufweisend :
- netzseitige Anschlüsse , die i . B . einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und einen netzseitigen Phasenleiteranschluss LG umfassen,
- lastseitige Anschlüsse , die i . B . einen lastseitigen Neutralleiteranschluss NL und einen lastseitigen Phasenleiteranschluss LL umfassen,
- die Anschlüsse sind für den Niederspannungsstromkreis vorgesehen;
- an den netzseitige Anschlüssen / der Netzseite GRID ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen,
- an den lastseitige Anschlüssen / der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen;
- eine ( zweipolige ) mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APLG vorgesehen ist . Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öf fnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist ,
- eine , insbesondere einpolige , elektronische Unterbrechungseinheit EU, ( die bei einpoliger Aus führung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist , ) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht , und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw . verbunden ist , wobei die elektronische Unterbrechungseinheit EU durch angedeutete halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist bzw . schaltbar ist ,
- eine Stromsensoreinheit S I , zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises , die insbesondere im Strompfad des Phasenleiter bzw . Phasenleiterstrompfad angeordnet ist ,
- einer Steuerungseinheit SE , die mit der Stromsensoreinheit S I , der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist , wobei bei Überschreitung von Strom- oder Strom-Zeitgrenzwerten eine Unterbrechung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch die mechanische Trennkontakteinheit MK oder/und die elektronische Unterbrechungseinheit EU initiiert wird .
Allgemein ist die mechanische Trennkontakteinheit MK in Serie mit der elektronischen Unterbrechungseinheit EU geschaltet .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK weist eine Handhabe HH zum Öf fnen von mindestens einem Kontakt , im Beispiel zweier Kontakte : eines ( ersten) Phasenleiterkontaktes KKL ( für den Phasenleiter ) und eines Neutralleiterkontaktes KKN ( für den Neutralleiter ) , zur Vermeidung eines Stromflusses oder Schließen des mindestens einen Kontaktes für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis auf .
Die Handhabe HH ist am Gerät zugänglich und kann von einem Nutzer bzw . Techniker betätigt werden .
Die mechanische Trennkontakte Einheit MK kann, wie dargestellt , lastseitig angeordnet sein . Die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann netzseitig angeordnet sein .
Die Netzseite GRID mit der Energiequelle steht im Normal fall unter elektrischer Spannung . An der Lastseite LOAD ist üblicherweise ein elektrischer Verbraucher angeschlossen .
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch die mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches ) Öf fnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten . Die mechanische Handhabe HH zeigt den Schalt zustand ( Of fen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK am Schutzschaltgerät an .
Des Weiteren kann die Kontaktstellung (bzw . die Position der Handhabe , geschlossen bzw . geöf fnet ) an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein . Die Kontaktstellung (bzw . die Position der Handhabe ) kann z . B . mittels eines ( Positions- ) Sensors POS bzw . Positionssensoreinheit POS ermittelt werden . Die Kontaktstellung bzw . der Schalt zustand kann zur Steuerungseinheit SE übermittelt werden. Dies ist durch einen Pfeil von der Positionssensoreinheit POS zur Steuerungseinheit SE angedeutet.
Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist erfindungsgemäß vorteilhaft derart ausgestaltet, dass ein (manuelles) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe HH erst nach einer Freigabe (Enable) , insbesondere einem Freigabesignal, möglich ist. Die Übermittlung der Freigabe bzw. des Freigabesignals ist durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet, insbesondere zu einer Freigabeeinheit FG. D. h. der mindestens eine Kontakt (i.B. die Kontakte KKL, KKN) der mechanischen Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal Enable kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden („Dauerrutscher") .
Die Freigabeeinheit/Freigabefunktion FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal Enable vorliegt. D.h. ein Schließen der Kontakte KKL, KKN durch die Handhabe ist erst bei Vorliegen des Freigabesignals Enable (von der Steuerungseinheit SE) möglich. Andernfalls ist ein Schließen nicht möglich (Dauerrutsche der Handhabe HH) . Die Kontakte bleiben in der geöffneten Stellung / Schalt zustand .
Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein Öffnen der Kontakte bewirken (zweite Funktion der Freigabeeinheit FG) , wenn ein Of fnungssignal OEF (von der Steuerungseinheit SE) vorliegt. Die Freigabeeinheit/Freigabefunktion FG agiert dann als Auslöseeinheit zum Öffnen der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK.
Tritt ein Fehlerfall bzw. Fehlerzustand in der vorhandenen Elektronik (Steuerungseinheit oder/und elektronische Unterbrechungseinheit) auf, erkennt das Schutzschaltgerät den Fehler und schaltet das Gerät in einen sicheren Zustand . Ebenso kann ein Fehlerzustand auf der Lastseite Load oder Netzseite Grid erkannt werden und zum Schalten des Gerätes in einen sicheren Zustand führen . a ) Der Fehler in der Elektronik wird detektiert . b ) Das Gerät schaltet den Leistungshalbleiter aus (hochohmig) . c ) Das Gerät öf fnet den mechanischen Trennkontakt . Ein mögli- sches Schaltschloss der mechanischen Trennkontakteinheit MK ist dann in einen Aus-Zustand und ein Einschalten über die mechanische Betätigung / Handhabe ist nicht mehr möglich, da kein Freigabesignal vorliegt . d) Der Fehlerfall wird über die Kommunikationseinheit COM gemeldet .
Ebenso kann das Schutzschaltgerät , sobald es mit elektrischer Energie versorgt wird, prüfen ob es funktions fähig ist . Beispielsweise durch einen Selbsttest . I st der Test positiv beendet , d . h . wurden keine Fehler des Gerätes oder des angeschlossenen Netzes / Energiequelle auf der Netzseite Grid bzw . des angeschlossenen Verbrauchers auf der Lastseite Load festgestellt , d . h . ist das Gerät in einem aktiven und funktions fähigen Zustand oder/und Umfeld, wird erst dann ein Freigabesignal Enable an die Freigabeeinheit FG bzw . mechanische Trennkontakteinheit MK abgegeben .
Das Schutzschaltgerät SG kann vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöf fnet , aber nicht geschlossen werden können . Der Öf fnungsvorgang ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet , mit dem Vorgang OEF . So wird weiter die Sicherheit erhöht .
Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass vorteilhaft die Höhe der Spannung über der elektronischen Unterbrechungseinheit ermittelbar ist . D . h . die Höhe einer ersten Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ist ermittelbar bzw . wird ermittelt .
Hierzu ist im Beispiel gemäß Figur 1 eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene erste Spannungssensoreinheit SUI vorgesehen, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt .
Bei der Spannungsmessung durch die erste Spannungssensoreinheit SUI kann alternativ auch die Spannung über der Serienschaltung von elektronischer Unterbrechungseinheit EU und Stromsensor S I ermittelt werden, wie in Figur 1 dargestellt . Die Stromsensoreinheit S I weist einen sehr geringen Innenwiderstand auf , so dass die Ermittlung der Höhe der Spannung nicht oder vernachlässigbar beeinträchtigt wird .
Vorteilhafterweise kann eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG ermittelt .
Im Beispiel gemäß Figur 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt , im Beispiel im Phasenleiter . Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden .
Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung bzw . Netzteil NT , beispielsweise ein Schaltnetzteil , auf . Insbesondere ist die Energieversorgung / Netzteil NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung / Netzteil NT und Steuerungseinheit SE in Figur 1 angedeutet ist . Die Energieversorgung / Netzteil NT ist ( andererseits ) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden . In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG ( oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS , insbesondere Schmel zsicherung, oder ein Schalter SCH vorgesehen sein .
Das Netzteil NT ist in dieser Ausgestaltung im Normal fall ständig mit Energie versorgt . Es ist ggfs . durch die Sicherung SS abgesichert bzw . kann durch den Schalter SCH abgeschaltet werden .
Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechselstromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenleitern . Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Variante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen . Zwischen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüssen sind in analoger Weise j eweils erfindungsgemäße elektronische Unterbrechungseinheiten und Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit vorgesehen, ebenso Stromsensoreinheiten . Ferner können Spannungsermittlungen ( z . B . durch erste Spannungssensoreinheiten) vorgesehen sein .
Das Schutzschaltgerät SG kann einen Temperatursensor TEM aufweisen, zur Ermittlung der Höhe der Temperatur des Schutz- schaltgerätes bzw . insbesondere zur Ermittlung der Höhe der Temperatur der elektronischen Unterbrechungseinheit EU, wie in Figur 1 angedeutet . Der Temperatursensor TEM ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden . Bei Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes kann ein Öf fnungssignal OEF abgegeben werden bzw . ein Freigabesignal nicht abgegeben / verhindert werden .
Das Schutzschaltgerät SG kann eine Anzeigeeinheit AE aufweisen, zur Anzeige von Informationen, Schalt zuständen usw . des Schutzschaltgerätes . Die Anzeigeeinheit AE ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden bzw . kann Teil der Steuerungseinheit SE sein .
Das Schutzschaltgerät SG kann eine Kommunikationseinheit COM aufweisen . Die Kommunikationseinheit COM ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden bzw . kann Teil der Steuerungseinheit SE sein . Die Kommunikationseinheit COM kann eine drahtgebundene Kommunikationseinheit oder bevorzugt drahtlose Kommunikationseinheit sein, beispielsweise funkbasierte Kommunikationseinheit .
Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint , bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt . Mit Strom vernachlässigbarer Größe ist insbesondere ein Strom mit einer Höhe von kleiner 2 mA, spezieller von kleiner 0 , 5 mA, gemeint . Insbesondere sind mit hochohmig Widerstandswerte von größer als 1 Kiloohm, besser größer als 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Megaohm, 10 Megaohm, 100 Megaohm, 1 Gigaohm oder größer gemeint .
Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint , bei dem der auf dem Schutzschaltgerät angegebene Stromwert fließen könnte . Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint , die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milliohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind .
Das Schutzschaltgerät gemäß Figur 1 kann zweiteilig aufgebaut sein . Beispielsweise mit einem elektronischen ersten Teil , beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board . Der erste Teil kann die Steuerungseinheit SE , die erste Spannungssensoreinheit SUI , die zweite Spannungssensoreinheit SU2 , die Stromsensoreinheit S I , die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT , aufweisen . Ferner kann der erste Teil die Schmel zsicherung SS , den Schalter SCH, den Temperatursensor TEM ( insbesondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU) , die Kommunikationseinheit COM, die Anzeigeeinheit AE aufweisen .
Der erste Teil kann hierzu nur drei Anschlüsse aufweisen :
- den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,
- einen Anschluss für den bzw . zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,
- einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen
Neutralleiteranschluss NG . Das Schutzschaltgerät kann dann ferner einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil enthalten . Der zweite Teil kann die mechanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, die Freigabeeinheit FG aufweisen . Ferner kann der zweite Teil die Positionseinheit POS , zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit , sowie die (Neutralleiter- ) Verbindung ( en) aufweisen . Es können weitere , nicht näher bezeichnete , Einheiten vorgesehen sein .
Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren .
Anders ausgedrückt zeigt Figur 1 die Übersicht der Komponenten im ( elektronischen) Schutzschaltgerät . Das Schutzschaltgerät besitzt eine mechanische Trennkontakteinheit MK und eine elektronische Unterbrechungseinheit EU ( elektronischer Schalter ) . Ferner ist eine Steuerungseinheit SE enthalten . Die Steuerungseinheit SE erfasst Messwerte der Sensoreinheit . Die Steuerungseinheit SE steuert die elektronische Unterbrechungseinheit . Die Steuerungseinheit SE steuert die Freigabeeinheit FG der mechanischen Trennkontakteinheit .
Die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit können nur durch die Handhabe / manuelle Betätigung geschlossen werden .
Ein z . B . Schaltschloss SL der mechanischen Trennkontakteinheit MK ist so aufgebaut , dass das Schließen der Kontakte KKL, KKN durch eine manuelle Betätigung mit der Handhabe HH / am vorhandenen Schalthebel nicht möglich ist , solange die Steuerungseinheit SE dies nicht expli zit freigibt ( Freigabesignal Enable ) . Somit ist sichergestellt , dass die Kontakte erst dann ( durch manuelle Betätigung) geschlossen werden können, wenn die Steuerungseinheit SE aktiv ist und ihre Funktions fähigkeit überprüft hat .
Für die Überprüfung der Funktions fähigkeit können folgende Methoden verwendet werden :
- Überprüfung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU - Überprüfung der Spannungsversorgung ( Spannungssensoreinheiten SUI , SU2 ; Überschreitung bzw . Unterschreitung von Span- nungs schwell wer ten)
- Überprüfung der Netzspannung (Überschreitung bzw . Unterschreitung von Spannungsschwellwerten
- Überprüfung der Temperatur (Überschreitung von Temperaturschwell wer ten)
- etc...
Des Weiteren kann die Steuerungseinheit SE ein Öf fnungssignal OEF an die mechanische Trennkontakteinheit MK senden, um das die Kontakte im geschlossenen Zustand zu öf fnen, beispielsweise ebenfalls mittels der Freigabeeinheit FG . Die Kontakte bzw . mechanischen Trennkontakte können somit aus dem geschlossenen Zustand von der Steuerungseinheit SE in den geöf fneten Zustand gebracht werden .
Figur 2 zeigt , zumindest ausschnittsweise bzw . angedeutet , den Aufbau bzw . Komponenten einer mechanischen Trennkontakteinheit MK, insbesondere mit einem Schaltschloss SL, der Handhabe HH und dem Kontakt KKL (bei Anordnung im Phasenleiter ) oder KKN (bei Anordnung im Nullleiter ) . Der Kontakt weist i . B . ein Schaltstückepaar auf , bestehend aus einen festen Schaltstück FST und einem bewegten Schaltstück bzw . Kontaktstück BST (Bewegkontaktstück) . Es ist ein erfindungsgemäßer Aktuator „Actuator" vorgesehen, beispielsweise eine Relaisspule mit Stößel , die in die mechanische Trennkontakteinheit MK eingrei ft bzw . in der mechanischen Trennkontakteinheit MK vorgesehen ist , wie beispielsweise in Figur 2 eingezeichnet . Der Aktuator „Actuator" verhindert , dass im z . B . vorteilhaft unbestromten Zustand ein Schließen des mindestens einen Kontaktes durch die Handhabe verhindert wird . D . h . ist entsprechend angeordnet bzw . grei ft entsprechend in die mechanische Trennkontakteinheit MK bzw . das Schaltschloss SL ein .
Der Aktuator „Actuator" bewirkt ferner, dass bei Anliegen des Freigabesignals der Aktuator bestromt wird, so dass der mindestens eine Kontakt durch die Handhabe schließbar ist . D . h . der Aktuator „Actuator" ist entsprechend angeordnet bzw . grei ft entsprechend in die mechanische Trennkontakteinheit MK bzw . das Schaltschloss SL ein .
Figur 2 zeigt den ausgeschalteten Zustand der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit geöf fnetem Kontakten KKL (bzw . KKN) . Der Aktuator „Actuator" wirkt mit einem Hebel LC zusammen ( Lock-Control Hebel ) . In Figur 2 befindet sich der Hebel LC bzw . Lock-Control Hebel in einer „Disabled" Position LCOFF, sodass ein Einschalten des mechanischen Kontaktes nicht möglich ist . Eine Betätigung der Handhabe HH würde zu einem durchrutschen führen und die Kontakte bzw . der Bewegkontakt des mindestens einen Kontaktpaares bleibt in der dargestellten ( ausgeschalteten / hochohmigen) geöf fneten Position . Mechanisch wird die Freigabe-Funktion durch den Hebel LC ( in der ausgeschalteten Position : LCOFF) und den Aktuator „Actuator" realisiert .
Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2 , bei der der Kontakt KKL ( oder KKN) ( ebenfalls ) in der ausgeschalteten / geöf fneten Position ist , mit dem Unterschied, dass der Hebel LC bzw . Lock-Control-Hebel in einer „enable" Position LCON ist , die ein Schließen bzw . Einschalten der Kontakte durch die Handhabe HH ermöglicht . Hierfür wurde der Hebel LC bzw . Lock-Control Hebel über den Aktuator „Actuator" in eine andere Position bewegt , sodass es beim Betätigen der Handhabe zum Schließen der Kontakte (Einschalten) zu einer Verklinkung mit dem Schaltschloss kommen kann, so dass das bewegbare Schaltstück bzw . Kontaktstück BST (Bewegkontaktstück) mit dem festen Schaltstück FST des Kontaktes in Berührung geraten kann und der Kontakt geschlossen werden kann .
Figur 4 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 3 , mit dem Unterschied, dass die Handhabe HH betätigt wurde . Der Kontakt konnte geschlossen werden . Die Verklinkung der Elemente ist dargestellt . Die Kontakte befinden sich in der geschlossenen Stellung . Figur 5 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2 , mit dem Unterschied, dass die Handhabe HH betätigt wurde . Da der Aktuator nicht bestromt wurde ( keine Freigabe bzw . kein Freigabesignal Enable ) , kann die Handhabe das Schaltschloss nicht grei fen und folglich den Kontakt nicht schließen . Die Handhabe kann bewegt werden, der Kontakt aber nicht geschlossen werden . Die Handhabe kehrt nach der Betätigung wieder in den ursprünglichen Zustand zurück (Rutscher bzw . Dauerrutscher ) .
Erfindungsgemäß wird eine neue Komponente und neue sinnvolle Anordnung aller benötigter Komponenten für ein Schutzschaltgerät vorgeschlagen .
Ein neuartiges elektronisches Schutzschaltgerät mit mechanischen Trennkontakten in Kombination mit einem elektronischen Schalter wird vorgeschlagen . Bei einem Defekt im Schutzschaltgerät , insbesondere in der Steuerungseinheit SE bzw . elektronischen Unterbrechungseinheit EU, wird das manuelle mechanische Einschalten der Trennkontakte verhindert . Somit ist immer ein sicherer Betrieb des Schutzschaltgerätes sichergestellt .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzschaltgerät ( SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis , aufweisend :
- eine mechanische Trennkontakteinheit (MK) , die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist , wobei die mechanische Trennkontakteinheit (MK) eine Handhabe (HH) zum Öf fnen von mindestens einem Kontakt (KKL, KKN) zur Vermeidung eines Stromflusses oder Schließen des mindestens einen Kontaktes (KKL, KKN) für einen Stromfluss im Nieder spannungs Stromkreis aufweist ,
- eine mit der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbundene Steuerungseinheit ( SE ) , wobei das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei Überschreitung von Strom- oder Strom- Zeitgrenzwerten eine Unterbrechung des Stromflusses im Niederspannungsstromkreis durch die mechanische Trennkontakteinheit (MK) oder/und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass der mindestens eine Kontakt (KKL, KKN) der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) durch die Handhabe (HH) erst dann geschlossen werden kann, wenn ein Freigabesignal (Enable ) zum Schließen des mindestens einen Kontaktes vorliegt .
2 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) mit einem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) mit einem netzseitigen Anschluss des Schutzschaltgerätes verbunden ist .
3 . Schutzschaltgerät ( SG) nach Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist , dass der mindestens eine Kontakt von der Steuerungseinheit ( SE ) geöf fnet , aber nicht geschlossen werden kann .
4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) derart ausgestaltet ist, dass eine Positionsinformation über den geschlossenen oder geöffneten Zustand des mindestens einen Kontaktes zur Verfügung steht, insbesondere das die Positionsinformation von der Steuerungseinheit erfasst wird.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromsensoreinheit (SI) zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises vorgesehen ist, die insbesondere mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden ist.
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Freigabesignal (Enable) zur Ermöglichung des Schliefens mittels der Handhabe (HH) des mindestens einen Kontaktes von der Steuerungseinheit (SE) abgegeben wird, insbesondere dann, wenn die Steuerungseinheit (SE) in einem aktiven Zustand und die Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes (SG) festgestellt hat, insbesondere durch Überprüfung mindestens einer Einheit des Schutzschaltgerätes .
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontakt von der Steuerungseinheit (SE) dann geöffnet wird, wenn ein Fehlerzustand von der Steuerungseinheit (SE) ermittelt wird.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Pa tentansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Schutzschaltgerät , insbesondere die mechanische Trennkontakteinheit (MK) , einen Aktuator (Actuator ) aufweist , der :
- im unbestromten Zustand ein Schließen des mindestens einen Kontaktes durch die Handhabe verhindert ,
- bei Anliegen des Freigabesignals bestromt wird, so dass der mindestens eine Kontakt durch die Handhabe schließbar ist .
9 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass bei fehlendem Freigabesignal (Enable ) die Handhabe (HH) bewegt , der mindestens eine Kontakt aber nicht geschlossen werden kann .
10 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist .
11 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der Niederspannungsstromkreis ein Dreiphasenwechselstromkreis ist und das Schutzschaltgerät weitere Anschlüsse aufweist , zwischen denen j eweils eine Serienschaltung eines weiteren Kontaktes der mechanischen Trennkontakteinheit und elektronischen Unterbrechungseinheiten geschaltet ist .
12 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geschlossen bleibt ,
- bei einem ermittelten Strom, der einen zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird,
- bei einem ermittelten Strom, der einen dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit (MK) geöf fnet wird .
13 . Schutzschaltgerät ( SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerungseinheit ( SE ) einen Mikrocontroller aufweist .
14 . Mechanische Trennkontakteinheit (MK) für ein Schutzschaltgerät nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 13 , mit mindestens einem Kontakt (KKL, KKN) , der durch eine Handhabe (HH) schließbar ist , dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Kontakt (KKL, KKN) erst dann geschlossen werden kann, wenn ein Freigabesignal (Enable ) vorliegt .
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