DE102019212661A1 - Electronic circuit breaker and method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schutzschaltgerät (SG) für einen Niederspannungsstromkreis, aufweisend:- erste Anschlüsse (LE1, LE2, LE3, LEN) für den Niederspannungsstromkreis, die über Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) mit zweiten Anschlüssen (LA1, LA2, LA3, LAN) für den Niederspannungsstromkreis verbunden sind;- eine Auslöseeinheit (AE) mit Kontaktsystem (KS), das die Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) unterbrechen kann, um eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zu bewirken;- eine Sensoreinheit (SE), die mindestens eine elektronische Größe der Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) bzw. des Niederspannungsstromkreises erfasst;- eine Steuereinheit (MCU), die mit der Sensoreinheit (SE) und der Auslöseeinheit (AE) verbunden ist und bei Überschreitung mindestens eines Grenzwertes der elektronische Größe eine Unterbrechung der Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) mittels des Kontaktsystems (KS) bewirkt;- ein Netzteil (NT), das mit der Steuerungseinheit (MCU) und den Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) verbunden ist, zur Energieversorgung der Steuereinheit (MCU);- eine mit der Steuereinheit (MCU) verbundene Schnittstelle (IF), zur Bedienung oder/und zum Empfang von Kommunikationsnachrichten (RS). Erfindungsgemäß ist das Netzteil (NT) über Hilfskontakte (HK) mit den Hauptstrombahnen (HB1, HB2, HB3, HBN) verbunden. Die Hilfskontakte (HK) sind durch die Steuereinheit (MCU) aktivierbar.The invention relates to an electronic protective switching device (SG) for a low-voltage circuit, having: - first connections (LE1, LE2, LE3, LEN) for the low-voltage circuit, which are connected via main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) to second connections (LA1, LA2 , LA3, LAN) for the low-voltage circuit; - a trip unit (AE) with contact system (KS), which can interrupt the main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) in order to interrupt the low-voltage circuit; - a sensor unit ( SE), which records at least one electronic variable of the main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) or of the low-voltage circuit; - a control unit (MCU), which is connected to the sensor unit (SE) and the trigger unit (AE) and if exceeded at least one limit value of the electronic variable causes an interruption of the main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) by means of the contact system (KS); - a power supply unit (NT) connected to the control unit (MCU) and the main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) are connected to supply power to the control unit (MCU); - an interface (IF) connected to the control unit (MCU) for operating and / or receiving communication messages (RS). According to the invention, the power supply unit (NT) is connected to the main current paths (HB1, HB2, HB3, HBN) via auxiliary contacts (HK). The auxiliary contacts (HK) can be activated by the control unit (MCU).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.The invention relates to an electronic protective switching device for a low-voltage circuit according to the preamble of claim 1 and to a method according to the preamble of claim 13.
Mit Schutzschaltgerät sind Niederspannungs-Schutzschaltgeräte gemeint. Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind spezieller Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit Werten von 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.Circuit breaker means low-voltage circuit breakers. Low voltage means voltages up to 1000 volts alternating voltage or 1500 volts direct voltage. With low voltage are meant special voltages that are greater than the low voltage with values of 50 volts alternating voltage or 120 volts direct voltage.
Mit Schutzschaltgeräte sind beispielsweise
- -Leistungsschalter, wie Kompaktleistungsschalter / Moulded Case Circuit Breaker bzw. Luftleistungsschalter / Air Circuit Breaker;
- -Fehlerstromschutzschalter, insbesondere netzspannungsabhängige Fehlerstromschutzschalter;
- -Brandschutzschalter / Fehlerlichtbogenschutzschalter / Arc Fault Detection Devices;
- -Leitungsschutzschalter, insbesondere elektronische Leitungsschutzschalter;
- -kombinierte Schutzschaltgeräte, wie z.B. ein Leistungsschalter mit Fehlerstromschutzfunktionalität, ein Fehlerstromschutzschalter mit Brandschutzschalterfunktionalität, ein kombinierter Leitungsschutz-, Fehlerstromschutz- und Brandschutzschalter, etc.;
- Circuit breakers, such as molded case circuit breakers or air circuit breakers;
- - Residual current circuit breakers, in particular mains voltage-dependent residual current circuit breakers;
- -Fire Protector / Arc Fault Detection Devices / Arc Fault Detection Devices;
- -Line circuit breakers, in particular electronic circuit breakers;
- -combined protective switching devices, such as a circuit breaker with residual current protection functionality, a residual current circuit breaker with fire protection switch functionality, a combined line protection, residual current protection and fire protection switch, etc .;
Mit elektronisches Schutzschaltgerät ist ein Schutzschaltgerät mit (integriertem) Netzteil gemeint. Das Netzteil dient zur Energieversorgung der Schutzfunktionen. An electronic circuit breaker is a circuit breaker with an (integrated) power supply unit. The power pack is used to supply power to the protective functions.
Leistungsschalter sind Schutzschaltgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die eingestellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.Circuit breakers are circuit breakers that function similarly to a fuse. Circuit breakers monitor the current flowing through them by means of a conductor and interrupt the electrical current or energy flow to an energy sink or a consumer, which is referred to as tripping when protective parameters, such as current limit values or current-time limit values, ie when a current value for a certain period of time present, be exceeded. The set current limit values or current time span limit values are corresponding triggering reasons. The interruption takes place, for example, through contacts of the circuit breaker that are opened.
Insbesondere für Niederspannungsstromkreise, -anlagen bzw. - netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.In particular for low-voltage circuits, systems or networks, there are different types of circuit breakers depending on the level of the intended electrical current in the electrical circuit. With circuit breakers in the sense of the invention are meant, in particular, switches as used in low-voltage systems for currents, in particular rated currents or maximum currents, of 63 to 6300 amperes. Closed circuit breakers for currents from 63 to 1600 amperes, in particular from 125 to 630 or 1200 amperes, are used more specifically. Open circuit breakers are used in particular for currents from 630 to 6300 amperes, more particularly from 1200 to 6300 amperes.
Open circuit breakers are also known as air circuit breakers, ACB for short, and closed circuit breakers as molded case circuit breakers or molded case circuit breakers, MCCB for short.
Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer als Steuerungseinheit dienenden elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.With circuit breakers in the sense of the invention, circuit breakers with an electronic trip unit serving as a control unit, also referred to as an electronic trip unit, or ETU for short, are meant.
Bei zu hohem Stromfluss unterbrechen Leistungsschalter den Stromkreis gemäß ihrer Schutzparameter bzw. Ansprechwerte. Die Schutzparameter bzw. Ansprechwerte sind im Wesentlichen die Höhe des Stromes und die Zeit nach der ein Unterbrechen des Stromkreises bei andauernd „hohem“ Stromfluss erfolgen soll. Im Unterschied zu einer Sicherung sind diese Schutzparameter bzw. Ansprechwerte bei einem Leistungsschalter einstellbar, beispielsweise mittels der elektronischen Auslöseeinheit. Diese ist üblicherweise über die Front des Leistungsschalters zugänglich angebracht. Die Schutzparameter sind hierüber einstellbar bzw. parametrierbar.If the current flow is too high, circuit breakers interrupt the circuit according to their protection parameters or response values. The protection parameters or response values are essentially the level of the current and the time after which the circuit should be interrupted if the current flow is “high”. In contrast to a fuse, these protection parameters or response values can be set in a circuit breaker, for example by means of the electronic trip unit. This is usually accessible via the front of the circuit breaker. The protection parameters can be set or parameterized here.
Die Einheiten, insbesondere die elektronische Auslöseeinheit (ETU), aber auch weitere Funktionselektronik eines Schutzschaltgeräte, wie eines Niederspannungsleistungsschalters, benötigen zum Betrieb eine Energieversorgung mittels Netzteils. Diese wird üblicherweise durch Energiewandler des Niederspannungsleistungsleistungsschalters zur Verfügung gestellt, die mittels der durch den Niederspannungsleistungsschalter geführten Leiter bzw. Stromschienen gespeist werden. Dies wird auch als Eigenversorgung des Schutzschaltgerätes bezeichnet.The units, in particular the electronic trip unit (ETU), but also other functional electronics of a protective switching device, such as a low-voltage circuit breaker, require an energy supply by means of a power pack for operation. This is usually made available by energy converters of the low-voltage circuit breaker, which are fed by means of the conductors or busbars passed through the low-voltage circuit breaker. This is also referred to as the internal supply of the protective switching device.
Leistungsschalter gemäß dem Stand der Technik sind aus den nachfolgenden Patentanmeldungen bekannt:
Ein Leitungsschutzschalter gemäß dem Stand der Technik ist aus der nachfolgenden Patentanmeldung bekannt:
Fehlerstromschutzschalter gemäß dem Stand der Technik sind aus den nachfolgenden Patentanmeldungen bekannt:
Brandschutzschalter respektive Fehlerlichtbogenschutzschalter gemäß dem Stand der Technik sind aus den nachfolgenden Patentanmeldungen bekannt:
Kombinierte Fehlerstrom- und Brandschutzschalter gemäß dem Stand der Technik sind aus den nachfolgenden Patentanmeldungen bekannt:
Vorschriftsgemäß, z.B. nach DGUV-3 (Deutsche Gesellschaft für Unfallverhütung), müssen Anlagen bei Erstinbetriebnahme sowie in wiederkehrenden Abständen einer Isolationsprüfung unterzogen werden. Schutzschaltgeräte mit Elektronik, welche mit den Hauptstrombahnen über ein integriertes Netzteil verbunden sind, können in der Regel auch mit beidseitiger Einspeiserichtung der Versorgungszuleitungen betrieben werden. Wird das Schutzschaltgerät über ein integriertes Kontaktsystem abgeschaltet, so kann es je nach Einspeiserichtung vorkommen, dass auch bei abgeschaltetem Schutzschaltgerät das Netzteil noch versorgt bleibt und somit unter Spannung steht.
Wird dann eine Isolationsprüfung durchgeführt, so ergibt sich über das aktive Netzteil und/oder der dazwischenliegenden Eingangsschutzbeschaltung (Schutz vor Überspannung und Stromspitzen) das Problem, das die Isolationsprüfung als fehlerhaft erkannt wird.In accordance with regulations, e.g. according to DGUV-3 (German Association for Accident Prevention), systems must be subjected to an insulation test when they are started up for the first time and at regular intervals. Circuit breakers with electronics, which are connected to the main current paths via an integrated power supply unit, can generally also be operated with the supply lines fed in on both sides. If the protective switching device is switched off via an integrated contact system, depending on the feed direction, the power supply unit may still be supplied and thus live even when the protective switching device is switched off.
If an insulation test is then carried out, the problem arises via the active power supply unit and / or the intermediate input protective circuit (protection against overvoltage and current peaks) that the insulation test is recognized as faulty.
Üblicherweise muss dann das Gerät manuell abgeklemmt und geprüft werden, was Aufwand bedeutet. Gegebenenfalls kann es sogar zu Beschädigungen der Elektronik kommen.The device then usually has to be manually disconnected and checked, which means effort. In some cases, the electronics can even be damaged.
Um dies zu vermeiden wird häufig die Einspeiserichtung fest vorgegeben bzw. die Geräte müssen für den Test abgeklemmt werden, gemäß dem Stand der Technik.To avoid this, the feed direction is often fixed or the devices must be disconnected for the test, according to the state of the art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Isolationsprüfung von elektronischen Schutzschaltgeräten in einem Niederspannungsstromkreise zu verbessern, insbesondere zu erleichtern.The object of the present invention is to improve, in particular to facilitate, an insulation test of electronic protective switching devices in a low-voltage circuit.
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.This object is achieved by a protective switching device with the features of patent claim 1 or a method with the features of patent claim 13.
Erfindungsgemäß wird ein elektronisches Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis vorgeschlagen, aufweisend:
- - erste Anschlüsse für den Niederspannungsstromkreis, die über Hauptstrombahnen mit zweiten Anschlüssen für den Niederspannungsstromkreis verbunden sind;
- - eine Auslöseeinheit mit Kontaktsystem, das die Hauptstrombahnen unterbrechen kann, um eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zu bewirken;
- - eine Sensoreinheit, die mindestens eine elektronische Größe der Hauptstrombahnen bzw. des Niederspannungsstromkreises erfasst;
- - eine Steuereinheit, die mit der Sensoreinheit und der Auslöseeinheit verbunden ist und bei Überschreitung mindestens eines Grenzwertes der elektronische Größe eine Unterbrechung der Hauptstrombahnen mittels des Kontaktsystems bewirkt;
- - ein Netzteil, das mit der Steuerungseinheit und den Hauptstrombahnen verbunden ist, zur Energieversorgung der Steuereinheit;
- - eine mit der Steuereinheit verbundene Schnittstelle, zur Bedienung oder/und zum Empfang von Kommunikationsnachrichten; wobei das Schutzschaltgerät erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Hilfskontakte durch die Steuereinheit aktivierbar sind. Dies hat den Vorteil, dass für eine Isolationsprüfung das Netzteil durch die Hilfskontakte von den Hauptstrombahnen getrennt ist, wodurch eine ordnungsgemäße Isolationsprüfung ermöglicht wird, insbesondere unabhängig von der Einspeiserichtung des Schutzschaltgerätes.According to the invention, an electronic protective switching device for a low-voltage circuit is proposed, having:
- - First connections for the low-voltage circuit, which are connected via main current paths to second connections for the low-voltage circuit;
- - A trip unit with a contact system, which can interrupt the main current paths in order to cause an interruption of the low-voltage circuit;
- - A sensor unit that detects at least one electronic variable of the main current paths or the low-voltage circuit;
- a control unit which is connected to the sensor unit and the trigger unit and causes the main current paths to be interrupted by means of the contact system when at least one limit value of the electronic variable is exceeded;
- - A power supply unit, which is connected to the control unit and the main current paths, for supplying energy to the control unit;
- an interface connected to the control unit, for operating and / or receiving communication messages; wherein the protective switching device is characterized according to the invention
that the auxiliary contacts can be activated by the control unit. This has the advantage that, for an insulation test, the power pack is separated from the main current paths by the auxiliary contacts, which enables a proper insulation test, in particular regardless of the direction in which the protective switching device is fed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Hilfskontakte Teil eines elektromechanischen Schaltelementes, dass mit der Steuereinheit verbunden ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache steuerbare Lösung für die Hilfskontakte gegeben ist.In an advantageous embodiment of the invention, the auxiliary contacts are part of an electromechanical switching element that is connected to the control unit.
This has the particular advantage that there is a simple, controllable solution for the auxiliary contacts.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Netzteil oder die Steuereinheit einen Energiespeicher auf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein weg- oder/und zuschalten des Netzteils auch dann möglich ist, wenn die Hauptstrombahnen keine elektrische Energie führen.In an advantageous embodiment of the invention, the power supply unit or the control unit has an energy store. This has the particular advantage that it is possible to switch off and / or switch on the power supply unit even when the main current paths are not carrying any electrical energy.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anschluss für eine externe Energieversorgung vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere Möglichkeit für ein weg- oder/und zuschalten des Netzteils gegeben ist, wenn die Hauptstrombahnen keine elektrische Energie führen.In an advantageous embodiment of the invention, a connection for an external power supply is provided.
This has the particular advantage that there is a further possibility for disconnecting and / or connecting the power supply unit when the main current paths do not carry any electrical energy.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen eines Isolationsprüfungssignals von der Schnittstelle eine Aktivierung der Hilfskontakte erfolgt, so dass das Netzteil von den Hauptstrombahnen getrennt ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein vor Ort oder/und entfernte Aktivierung des Isolationsprüfungsmodus ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, the control unit is designed in such a way that when an insulation test signal is present from the interface, the auxiliary contacts are activated, so that the power supply unit is separated from the main current paths.
This has the particular advantage that it enables the insulation test mode to be activated locally and / or remotely.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor der Aktivierung der Hilfskontakte eine Unterbrechung der Hauptstrombahnen mittels der Auslöseeinheit.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Isolationsprüfung in einem definierten Zustand des Schalters mit geöffneten Kontakten erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, the main current paths are interrupted by means of the trip unit before the auxiliary contacts are activated.
This has the particular advantage that the insulation test is carried out in a defined state of the switch with open contacts.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Trennung für eine erste Zeitspanne. Nach Ablauf der ersten Zeitspanne wird das Netzteil wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Aktivierung für die Isolationsprüfung für eine bestimmte (erste) Zeitspanne erfolgt und das Schutzschaltgerät automatisch wieder in den normalen Betriebsmodus zurückschaltet / seine Schutzfunktion automatisch wieder aufnimmt.In an advantageous embodiment of the invention, the separation takes place for a first period of time. After the first period of time has elapsed, the power pack is reconnected to the main current paths.
This has the particular advantage that the insulation test is activated for a specific (first) period and the protective switching device automatically switches back to the normal operating mode / automatically resumes its protective function.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Zeitspanne einstellbar, insbesondere mittels der Schnittstelle.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine an die örtlichen Gegebenheiten angepasste einstellbare Zeitspanne für die Isolationsprüfung gegeben ist.In an advantageous embodiment of the invention, the first time span can be set, in particular by means of the interface.
This has the particular advantage that there is an adjustable time span for the insulation test that is adapted to the local conditions.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels eines Bedienbefehls oder/und einer Kommunikationsnachricht über die Schnittstelle und die Steuereinheit das Netzteil wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Isolationsprüfung dezidiert ein- und wieder ausgeschalten werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the power supply unit is reconnected to the main current paths by means of an operating command and / or a communication message via the interface and the control unit.
This has the particular advantage that an insulation test can be switched on and off again.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiespeicher über einen Schaltkontakt des elektromechanischen Schaltelementes mit dem elektromechanischen Schaltelement verbunden. Derart dass bei Aktivierung des elektromechanischen Schaltelementes eine Energieversorgung über den Schaltkontakt des elektromechanischen Schaltelementes erfolgen kann.In an advantageous embodiment of the invention, the energy store is connected to the electromechanical switching element via a switching contact of the electromechanical switching element. Such that when the electromechanical switching element is activated, energy can be supplied via the switching contact of the electromechanical switching element.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung für eine Selbsthaltung des elektromechanischen Schaltelementes gegeben ist, sowie über die verfügbare Energiemenge des Energiespeichers die erste Zeitspanne festlegbar ist.This has the particular advantage that there is a particularly simple implementation for self-holding of the electromechanical switching element, and the first time span can be determined using the amount of energy available from the energy store.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiespeicher mit einer Energieversorgungsleitung zwischen Netzteil und Steuereinheit verbunden. Insbesondere derart, dass der Energiespeicher bei aktiviertem Netzteil sladbar ist bzw. bei deaktiviertem Netzteil die Steuereinheit mit Energie des Energiespeichers versorgbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass während der Isolationsprüfung die Steuereinheit weiter mit Energie versorgt wird und somit weiter zur Verfügung steht bzw. weitere Funktionen ausführen kann.In an advantageous embodiment of the invention, the energy store is connected to an energy supply line between the power supply unit and the control unit. In particular, in such a way that the energy store can be charged when the power supply unit is activated, or the control unit can be supplied with energy from the energy store when the power supply unit is deactivated.
This has the particular advantage that the control unit continues to be supplied with energy during the insulation test and is therefore still available or can carry out further functions.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiespeicher über einen Kontakt der Steuereinheit mit einer Energieversorgungsleitung zwischen Netzteil und Steuereinheit verbunden. Insbesondere derart, dass der Energiespeicher bei geschlossenem Kontakt und aktivierten Netzteil ladbar ist bzw. zusätzlich bzw. alternativ bei geschlossenem Kontakt und deaktiviertem Netzteil die Steuereinheit (wahlweise) mit Energie des Energiespeichers versorgbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein individuelles Lade- und Versorgungsmanagement ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, the energy store is connected to an energy supply line between the power supply unit and the control unit via a contact of the control unit. In particular in such a way that the energy store can be charged when the contact is closed and the power supply unit is activated, or the control unit can (optionally) be supplied with energy from the energy store when the contact is closed and the power supply unit is deactivated.
This has the particular advantage that it enables individual charging and supply management.
Es wird ferner ein nebengeordnetes vorteilhaftes Verfahren für ein elektronisches Schutzschaltgerät beansprucht.An additional advantageous method for an electronic protective switching device is also claimed.
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 elektronischen Schutzschaltgerätes, insbesondere für eine Isolationsprüfung bzw. -messung.All configurations, both in a dependent form referring back to patent claim 1 as well as referring back only to individual features or feature combinations of patent claims, bring about an improvement electronic protective switching device, in particular for an insulation test or measurement.
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 Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.The described properties, features and advantages of this invention and the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawing.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen elektronischen Schutzschaltgerätes; -
2 eine spezifische erste Ausgestaltung zu1 ; -
3 eine spezifische zweite Ausgestaltung zu1 .
-
1 a schematic block diagram of an electronic protective switching device according to the invention; -
2 a specific first embodiment1 ; -
3 a specific second embodiment1 .
- - erste Anschlüsse
LE1 ,LE2 ,LE3 ,LEN für den Niederspannungsstromkreis, beispielsweise an einem GehäuseGEH , die über HauptstrombahnenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN mit zweiten AnschlüssenLA1 ,LA2 ,LA3 ,LAN für den Niederspannungsstromkreis, beispielsweise am GehäuseGEH , verbunden sind; - - eine Auslöseeinheit AE mit Kontaktsystem
KS , das die HauptstrombahnenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN unterbrechen kann, um eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zu bewirken; - - eine Sensoreinheit SE, die mindestens eine elektronische Größe der Hauptstrombahnen
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN bzw. mindestens einer Hauptstrombahn bzw. des Niederspannungsstromkreises erfasst; - - eine Steuereinheit MCU, die mit der Sensoreinheit SE und der Auslöseeinheit AE verbunden ist und bei Überschreitung mindestens eines Grenzwertes der elektronische Größe eine Unterbrechung der Hauptstrombahnen
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN mittels des KontaktsystemsKS bewirkt; - - ein Netzteil NT, das mit der Steuerungseinheit MCU und den Hauptstrombahnen
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN verbunden ist, zur Energieversorgung der Steuereinheit MCU; - - eine mit der Steuereinheit MCU verbundene Schnittstelle IF, zur Bedienung des Schutzschaltgerätes am Schutzschaltgerät oder/und zum Empfang von Kommunikationsnachrichten, beispielsweise durch eine externe Steuerung bzw. ein externes Kommunikationsgerät bzw. (Isolationsprüfungs-)Gerät.
Die Hilfskontakte HK sind Teil eines elektromechanischen Schaltelementes
Die Hilfskontakte HK können Öffner sein. D.h. im Grundzustand (spannungsloser Zustand des elektromechanischen Schaltelementes
Das Schutzschaltgerät weist einen Energiespeicher ES auf. Im Beispiel ist das Netzteil NT mit dem Energiespeicher ES verbunden bzw. das Netzteil NT weist den Energiespeicher ES auf.
- - first connections
LE1 ,LE2 ,LE3 ,LEN for the low-voltage circuit, for example on a housingGO running across main power linesHB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN with second connectionsLA1 ,LA2 ,LA3 ,LAN for the low-voltage circuit, for example on the housingGO , are connected; - - a trip unit AE with contact system
KS , which is the main power linesHB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN can interrupt to cause an interruption of the low-voltage circuit; - - A sensor unit SE, the at least one electronic variable of the main current paths
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN or at least one main current path or the low-voltage circuit detected; - - A control unit MCU, which is connected to the sensor unit SE and the trigger unit AE and an interruption of the main current paths when at least one limit value of the electronic variable is exceeded
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN by means of the contact systemKS causes; - - a power supply unit NT that connects to the control unit MCU and the main current paths
HB1 ,HB2 ,HB3 ,HBN is connected to supply power to the control unit MCU; - - An interface IF connected to the control unit MCU, for operating the protective switching device on the protective switching device and / or for receiving communication messages, for example by an external controller or an external communication device or (insulation testing) device.
The auxiliary contacts HK are part of an electromechanical switching element
The auxiliary contacts HK can be NC contacts. Ie in the basic state (de-energized state of the electromechanical switching element
The protective switching device has an energy store ES. In the example, the power supply unit NT is connected to the energy store ES or the power supply unit NT has the energy store ES.
Alternativ oder zusätzlich zum Energiespeicher ES kann ein Anschluss für eine externe Energieversorgung vorgesehen sein.Alternatively or in addition to the energy store ES, a connection for an external energy supply can be provided.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen eines Isolationsprüfungssignals von der Schnittstelle IF eine Aktivierung der Hilfskontakte HK erfolgt, so dass das Netzteil NT, zumindest spannungsmäßig, von den Hauptstrombahnen
Vor der Aktivierung der Hilfskontakte HK kann eine Unterbrechung der Hauptstrombahnen
Die Trennung kann für eine erste Zeitspanne erfolgen und nach Ablauf der ersten Zeitspanne wird das Netzteil wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden, womit das Schutzschaltgerät vom Prüfmodus wieder automatisch in den Schutzmodus geschaltet wird.
Die erste Zeitspanne kann einstellbar sein, insbesondere mittels der Schnittstelle IF.The separation can take place for a first period of time and after the first period of time has elapsed, the power pack is reconnected to the main current paths, whereby the protective switching device is automatically switched from test mode to protection mode.
The first time span can be adjustable, in particular by means of the interface IF.
Alternativ bzw. zusätzlich kann mittels eines Bedienbefehls oder/und einer Kommunikationsnachricht über die Schnittstelle IF und die Steuereinheit MCU das Netzteil NT wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden werden. Somit kann eine dezidierte Ein- oder/und Ausschaltung des (Isolations-)Prüfmodus erfolgen.Alternatively or additionally, the power supply unit NT can be reconnected to the main current paths by means of an operating command and / or a communication message via the interface IF and the control unit MCU. This means that the (insulation) test mode can be switched on and / or off specifically.
Das Schutzschaltgerät
Erfindungsgemäß erfolgt die Abschaltung des Netzteiles durch einen elektrischen, elektronischen bzw. elektromechanischen Schalter. Damit wird eine aktive und zugleich überwachte Abfolge von Aktionen (Prozesse) ermöglicht. Für wiederkehrende Isolationsprüfungen ergibt sich damit ein automatisierter, eleganter Ablaufprozess mit diversen Überwachungsmöglichkeiten.According to the invention, the power supply unit is switched off by an electrical, electronic or electromechanical switch. This enables an active and at the same time monitored sequence of actions (processes). For recurring insulation tests, this results in an automated, elegant process with various monitoring options.
Über die Schnittstelle IF, z.B. durch ein von extern eintreffendes Kommunikationsnachricht bzw. Kommunikationstelegramm bzw. lokales Anstoßen der Funktion über die vorhandenen Bedienelemente der Schnittstelle IF, wie Display, Tasten, Hilfstaster, etc., wird die Funktion Isolationsprüfung bzw. Isolationsmessung angestoßen und ggf. durch die Steuereinheit MCU protokolliert.The insulation test or insulation measurement function is initiated via the interface IF, e.g. by an external communication message or communication telegram or local triggering of the function via the existing operating elements of the interface IF, such as display, buttons, auxiliary buttons, etc. logged by the control unit MCU.
Dazu kann das Schutzschaltgerät
Vor der Auslösung kann das Schutzschaltgerät gezielt heruntergefahren werden, zum Beispiel im Falle von Leistungsschaltern, wie Kompaktleistungsschaltern oder Luftleistungsschaltern, um die Abschaltung bei hohen Lastströmen zu vermeiden und so das Kontaktsystem nicht unnötig zu belasten.Before tripping, the protective switching device can be shut down in a targeted manner, for example in the case of circuit breakers such as molded case circuit breakers or air circuit breakers, in order to avoid disconnection at high load currents and thus not unnecessarily load the contact system.
Wird nun nach Unterbrechung der Hauptstrombahnen (Abschaltung des Kontaktsystems) das Netzteil weiter mit Energie versorgt, je nach Einspeiserichtung in das Schutzschaltgerät, so kann nun der Vorgang der Trennung des Netzteils erfolgen.If the power supply unit continues to be supplied with energy after the main current paths have been interrupted (switching off the contact system), depending on the direction of feed into the protective switching device, the process of disconnecting the power supply unit can now take place.
Hierfür kann ein interner Energiespeicher ES verwendet werden. Dieser kann z.B. eine Batterie, Akkumulator, Kondensator mit hoher Kapazität (Superkondensator, Gold-Cap), etc. sein. Alternativ bzw. parallel kann eine externe Stützspannung vorhanden sein. Wie z.B. eine externe Schutzkleinspannung oder eine Spannung über die Schnittstelle IF.
Beispielsweise schaltet die Steuereinheit MCU in einen Energiesparmodus und danach erfolgt die gezielte Abschaltung. Beispielsweise kann vor der Abschaltung noch eine Meldung über die Schnittstelle IF an einen (nicht dargestellten) zentralen Datenknoten (Mastersteuerung SPC, PC, Leitstelle, etc.) abgegeben werden.An internal energy store ES can be used for this. This can, for example, be a battery, accumulator, capacitor with high capacity (super capacitor, gold cap), etc. Alternatively or in parallel, an external backup voltage can be provided. Such as an external protective extra-low voltage or a voltage via the IF interface.
For example, the control unit MCU switches to an energy-saving mode and then the targeted shutdown takes place. For example, before the shutdown, a message can be sent via the interface IF to a central data node (not shown) (master control SPC, PC, control center, etc.).
Im Anschluss kann die Isolationsmessung (manuell) durch eine Elektrofachkraft erfolgen.The insulation can then be measured (manually) by a qualified electrician.
Alternativ kann die Isolationsmessung automatisiert vorgenommen werden. Nach DGUV-3 ist seit einiger Zeit eine permanente Isolationsüberwachung, beispielsweise mittels eines Fehlerstromüberwachungsgerätes (Residual Current Monitor, kurz RCM) bzw. Isowächter erlaubt. Damit können wiederkehrende Messungen automatisiert mit hoher Genauigkeit und Zeiteinsparung vorgenommen werden. Zudem können diese protokolliert werden.Alternatively, the insulation measurement can be carried out automatically. According to DGUV-3, permanent insulation monitoring has been permitted for some time, for example using a residual current monitor (RCM for short) or an insulation monitor. This means that recurring measurements can be carried out automatically with a high degree of accuracy and time savings. In addition, these can be logged.
Die Trennung kann für eine erste Zeitspanne erfolgen und nach Ablauf der ersten Zeitspanne wird das Netzteil wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden, womit das Schutzschaltgerät vom Prüfmodus wieder automatisch in den Schutzmodus geschaltet wird. Alternativ bzw. zusätzlich kann mittels eines Bedienbefehls oder/und einer Kommunikationsnachricht über die Schnittstelle IF und die Steuereinheit MCU das Netzteil NT wieder mit den Hauptstrombahnen verbunden werden. Somit kann eine dezidierte Ein- oder/und Ausschaltung des (Isolations- )Prüfmodus erfolgen.
Die Ein-/Ausschaltung kann durch ein Event (Ereignis/Steuerbefehl) erfolgen, wie:
- a) Aktivierung durch Einschalten des Schutzschaltgeräts, insbesondere falls (abh. von der Einspeiserichtung) das Kontaktsystem
KS die Versorgung des Netzteils automatisch unterbrach; - b) Über eine voreingestellte Zeit am Schutzschaltgerät;
- c) Über eine Unterspannungsüberwachung/Energieüberwachung, falls eine Hilfsenergie einer externen Energieversorgung entfällt/abfällt (Drahtbruch, Stecker abziehen, Akku leer);
- d) Über einen Kommunikationsbefehl über die Schnittstelle IF, z.B. von einer Leitstelle;
- e) Über eine manuelle Aktivierung (Schalter/Display) am Gerät selbst;
- f) Über einen Hilfskontakt am Gerät (Fernsteuerung).
Switching on / off can be done by an event (event / control command), such as:
- a) Activation by switching on the protective switching device, especially if (depending on the feed direction) the contact system
KS automatically interrupted the power supply; - b) For a preset time on the circuit breaker;
- c) Via an undervoltage monitoring / energy monitoring, if an auxiliary energy of an external energy supply is omitted / drops out (wire break, pull out plug, battery empty);
- d) Via a communication command via the IF interface, for example from a control center;
- e) Via manual activation (switch / display) on the device itself;
- f) Via an auxiliary contact on the device (remote control).
Nach Wiederzuschaltung des Netzteiles die Steuereinheit MCU einen internen Selbsttest durchführen. Der Energiespeicher ES kann beispielsweise wieder bzw. weiter geladen werden.After reconnecting the power supply unit, the MCU control unit carry out an internal self-test. The energy store ES can, for example, be charged again or further.
Eine Protokollierung der Isolationsprüfung, beispielsweise durch die Steuereinheit MCU, kann abgeschlossen werden. Eine Abschlussmeldung kann, z.B. über die Schnittstelle IF, an z.B. eine zentrale Steuerung abgesendet werden.A logging of the insulation test, for example by the control unit MCU, can be completed. A final report can be sent to a central controller, for example via the IF interface.
Das elektromechanischen Schaltelement
Der Energiespeicher ES kann im Falle des Ausfalls der Primärenergie (Netzteil), sei es durch Abschaltung des Schutzschaltgeräts, manuelle Betätigung, Prüftastenfunktion bis hin zu fehlerhaften Verhalten (z.B. Ausfall von Bauelementen) für die Pufferung der Steuereinheit MCU verwendet werden, damit diese Aktionen einleitet, wie:
- - Protokollierung in Event/Datenlogbuch;
- - Absetzen von Meldungen über Schnittstelle IF, z.B. zu zentraler Steuerung;
- - Setzen von Meldeausgängen (z.B. Alarmleitung), z.B. mittels bistabilen Relais.
- - Logging in event / data logbook;
- - Sending messages via the IF interface, eg to a central controller;
- - Setting of message outputs (eg alarm line), eg by means of bistable relays.
Die Steuereinheit MCU weist einen Kontakt KMCU auf, der durch die Steuereinheit MCU aktiviert werden kann, im Beispiel ein Schließer. Der Kontakt KMCU verbindet den Energiespeicher ES mit der Energieverbindung zwischen Netzteil NT und Steuereinheit MCU, im Beispiel der Plusanschluss des Energiespeichers ES mit der Plusleitung zwischen Netzteil NT und Steuereinheit MCU.
Das elektromechanische Schaltelement
Der Schaltkontakt SK ist im Beispiel ebenfalls ein Schließer und verbindet den Energiespeicher ES mit der Verbindung zwischen Steuereinheit MCU und elektromechanischem Schaltelement
The control unit MCU has a contact KMCU which can be activated by the control unit MCU, in the example a normally open contact. The contact KMCU connects the energy store ES with the energy connection between the power supply unit NT and the control unit MCU, in the example the positive connection of the energy store ES with the positive line between the power supply unit NT and the control unit MCU.
The electromechanical switching element
The switching contact SK is also a normally open contact in the example and connects the energy store ES to the connection between the control unit MCU and the electromechanical switching element
Die Funktionsweise ist wie folgt. Die Steuereinheit MCU aktiviert bei Vorliegen eines Isolationsprüfungssignals von der Schnittstelle IF den Kontakt KMCU und das elektromechanische Schaltelement
Mittels des Kontaktes KMCU erhält die Steuereinheit MCU Energie vom Energiespeicher ES. Die Steuereinheit kann alternativ den Kontakt KMCU offen lassen bzw. öffnen, um Energie zu sparen.
Das elektromechanische Schaltelement
The control unit MCU receives energy from the energy store ES by means of the contact KMCU. The control unit can alternatively leave or open contact KMCU in order to save energy.
The electromechanical switching element
Verringert sich die Energie des Energiespeichers ES (Verbrauch durch (Steuereinheit MCU und) elektromechanisches Schaltelement
Durch den Abfall des elektromechanischen Schaltelementes
Die Steuereinheit MCU schließt den Kontakt KMCU bzw. lässt den Kontakt KMCU so lange geschlossen, bis der Energiespeicher ES wieder geladen ist.Due to the drop in the electromechanical switching element
The control unit MCU closes the contact KMCU or leaves the contact KMCU closed until the energy store ES is charged again.
Dies ist durch das Spannungs-Zeitdiagramm im unteren Teil, bei der die Spannung U auf der vertikalen Achse und die Zeit t auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, angedeutet. Die erste Zeitspanne t_on ist die Zeit der Unterbrechung des Netzteiles von den Hauptstrombahnen, d.h. vom Niederspannungsstromkreis bzw. Netz.
Die erste Zeitspanne ist durch die Energiespeicherkapazität des Energiespeichers ES und den Energiebedarf des elektromechanischen Schaltelementes
The first time span is determined by the energy storage capacity of the energy store ES and the energy requirement of the electromechanical switching element
Dadurch ist die Steuereinheit MCU immer mit dem Energiespeicher ES verbunden. Dadurch kann die Steuereinheit MCU weiterhin aktiv bleiben, z.B. in einem Energiesparmodus. Damit kann die Steuereinheit MCU beispielsweise auf Interaktionen reagieren, wie z.B. gezielte, vorzeitige Rückstellung in den aktiven Betrieb, beispielsweise durch einen Bedienbefehls oder/und einer Kommunikationsnachricht über die Schnittstelle IF, wie ein Einschaltsignal RS, wie im unteren Teil im Spannungs-Zeitdiagramm dargestellt.
As a result, the control unit MCU is always connected to the energy store ES. As a result, the control unit MCU can still remain active, for example in an energy-saving mode. The control unit MCU can thus react to interactions, such as targeted, premature resetting to active operation, for example by means of an operating command and / or a communication message via the interface IF, such as a switch-on signal RS, such as shown in the lower part in the voltage-time diagram.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine elektrische, automatisierte Steuerung zur Isolationsprüfung ermöglicht wird, mit den weiteren Vorzügen:
- - einfache Einbaumöglichkeit
- - Steuerungsmöglichkeit per Firmware
- - Vermeidung des Verlustes der Schutzfunktion bzw. Ausbau
- - Protokollierungsmöglichkeit im Gerät oder/und über Schnittstelle IF, beispielsweise in einer zentralen Einheit
- - Fernsteuerung über Signalkontakt oder Kommunikation
- - Automatisierung der wiederkehrenden Isolationsprüfungen für Anlagen mit notwendig hoher Verfügbarkeit
- - Verbesserung der funktionalen Sicherheit (Zustand jederzeit bekannt und protokolliert, gesteuert mit ggf. weiterführenden Sicherungsmaßnahmen, wie z.B. Alarmkontakt, etc.)
- - bei externer Stützspannung ergibt sich eine kompaktere Ausführungsmöglichkeit
- - elegante Lösung gerade auch für kompakte Schalt- und Kontrollgeräte wg. Minimalem Bauraum.
- - easy to install
- - Control option via firmware
- - Avoidance of the loss of the protective function or expansion
- - Logging option in the device and / or via interface IF, for example in a central unit
- - Remote control via signal contact or communication
- - Automation of the recurring insulation tests for systems with necessary high availability
- - Improvement of the functional safety (status known and logged at any time, controlled with any further safety measures, such as alarm contact, etc.)
- - With external backup voltage there is a more compact design option
- - elegant solution especially for compact switching and control devices wg. Minimal installation space.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the exemplary embodiment, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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