DE102007019021A1

DE102007019021A1 - Leistungsschütz, insbesondere Vakuumschütz

Info

Publication number: DE102007019021A1
Application number: DE102007019021A
Authority: DE
Inventors: Horst Schmidt; Jürgen Bräuer; Wolfgang KÜHN; Dietmar Schmidt; Wolfgang Pose; Thomas Röhling; Christian Bauch
Original assignee: EAW RELAISTECHNIK GmbH
Current assignee: EAW RELAISTECHNIK GmbH
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2007-11-08
Also published as: DE202006006713U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschütz, insbesondere Vakuumschütz. Der erfindungsgemäße Leistungsschütz ist dadurch gekennzeichnet, dass er in seinem Gehäusebereich (7) die elektronische Steuerung für den Magnetantrieb und die Sensoren zur Erzeugung eines Schaltzeitpunktes enthält, der sowohl hinsichtlich des Kontaktabbrandes als auch des Schutzes des Verbrauchers optimal ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsschütz, insbesondere Vakuumschütz, das innerhalb seines Gehäusebereiches Bauelemente zur Erhöhung der Kontaktlebensdauer und zum Schutz des Verbrauchers gegen unzulässige Betriebszustände enthält.
Zum häufigen Schalten von Verbrauchern, insbesondere Motoren, werden Schütze als Schaltgerät eingesetzt, wobei das Kontaktsystem möglichst wartungsfrei sein soll.
Zum Schutz der Verbraucher vor unzulässigen Betriebszuständen sind zusätzlich Schutzgeräte wie z.B. Motorschutzrelais üblich, die bei Überschreitung kritischer Werte warnen oder durch ein Signal an das Schütz oder einen vorgeordneten Leistungsschalter eine Abschaltung des Verbraucherzweiges bewirken. In der Regel benötigen die Schutzgeräte zusätzlich Messwandler oder Sensoren im Verbraucherabzweig oder am Verbraucher direkt.
Zur Realisierung der Funktionen

– wartungsfreies Schalten
– programmierbare Einschaltverzögerung
– Schutz des Verbrauchers
– Erfassung von Messgrößen im Verbraucherabzweig und Verarbeitung
– Kommunikation mit anderen Geräten oder einer Leitebene

Bisherige Verbesserungen betreffen insbesondere die Funktion dieser Einzelgeräte.
Für ein wartungsfreies Schalten wird in der Schrift DE 41 05 698 ein dreipoliges Vakuumschütz vorgeschlagen, bei dem durch Messung der Phasenlage des Stromes in einer Bezugsphase durch einen Prozessor ein Signal erzeugt und damit die Öffnung des Kontaktes in der Bezugsphase in einem definierten Zeitfenster gesteuert wird. Die optimale Kontaktöffnung in den anderen beiden Phasen wird durch mechanische Mittel erreicht. Nachteilig bei dieser Lösung zur Verbesserung der Kontaktlebensdauer ist die Notwendigkeit eines konstanten Ausschaltverzuges. Die von der örtlichen Lage nicht näher beschriebene Sensorik dient nur dem definierten Öffnen der Kontakte. Schutzfunktionen werden vom beschriebenen Schütz nicht erfüllt.
Um eine definierte Einschaltverzögerung von Schützen zu realisieren, werden üblicherweise zusätzliche Zeitrelais mit fester oder einstellbarer Verzögerungszeit verwendet.
Eine Vielzahl von Lösungen befasst sich mit der Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion und dem Schutz des Verbrauchers gegen kritische Betriebszustände.
Die Schrift OS 19 18 345 enthält beispielsweise eine Motorschutzschaltung, die über Transformatoren die Phasenströme überwacht und beim Ausfall einer Phase oder des Null- oder Schutzleiters über ein Relais ein Schütz ansteuert.
In DE 196 35 158 wird eine elektronische Auslöseeinheit beschrieben, die eine Stromerfassungs- und Auswerteeinheit enthält, mit der die Erwärmung des Verbrauchers nachgebildet und mit vorher parametrierten Werten verglichen wird. Enthalten sind ebenfalls Mittel zur Schaltkreisunterbrechung des Verbrauchers über ein Schütz und eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit anderen externen Geräten.
Weitere Erfindungen, wie in DE 698 25 349 und DE 297 21 521 beschrieben, widmen sich der geometrischen Anpassung zwischen den für einen Verbraucherzweig notwendigen Schutzgeräten und den dazugehörigen Schaltgeräten. Ziel ist dabei, vormontierte Kombinationen aus Schalt- und Schutzgeräte auf einer Platte als fertig montierte Einheit anzubieten und den Verdrahtungsaufwand zu verringern.
In DE 42 34 619 wird ein Überlastrelais beschrieben, das aus einem Grundgerät und beidseitigen Anschlussböcken besteht. Durch diese Modulbauweise wird die Kompatibilität mit unterschiedlichen Schützen und Lastabgängen verbessert.
Dem Problem der Kompatibilität eines Motorschutzrelais mit Schaltgeräten beliebiger Anschlussgeometrie widmet sich auch DE 295 08 611 , wobei das Motorschutzrelais eine Tragschiene zur Aufnahme eines elektromagnetischen Schaltgerätes und flexible Verbindungsleitungen aufweist.
Nachteil aller beschriebenen technischen Lösungen zum wartungsfreien Schalten sowie zum Schutz von Verbraucherabgängen ist die Notwendigkeit der Kombination von Einzelgeräten.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Schutzfunktion mit der dazugehörigen Sensorik, die bisher außerhalb des Schützes realisiert wurde, in ein Leistungsschütz, insbesondere Vakuumschütz zu integrieren.
Das Leistungsschütz enthält erfindungsgemäß innerhalb seines Gehäuses die bekannten Bauteile wie Hauptkontakte (z.B. Vakuumschaltkammern) und Antriebsmagnet. Die elektronische Ansteuerung des Schützes ist so ausgelegt, dass für die Funktion der optimalen Magnetsteuerung zur Erhöhung der Kontaktlebensdauer und für die Funktion des Schutzes des Verbrauchers möglichst viele Bauelemente gemeinsam genutzt werden können. Dadurch ist die Unterbringung der Steuerung als kompaktes Modul innerhalb des Gehäuses möglich.
Dieses ist vorzugsweise im vorderen Kopfteil (von der Bedienungsseite her) des Schützes platziert, so dass die Bedien- und Anschlusselemente des Schützes in das Steuermodul integriert werden können und von der Schützvorderseite zugänglich sind.
Die Signalerfassung für die Schalt- und Schutzfunktionen beruht auf ähnlichen Algorithmen und gestattet ebenfalls eine Zusammenfassung und Unterbringung innerhalb des Gehäuses oder am Gehäuse ohne Veränderung der Hauptabmessungen des Schützes.
Das erfindungsgemäße Leistungsschütz enthält somit innerhalb seines Gehäusebereiches Bauteile, die eine Zusammenfassung der Funktionen

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Figuren der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
1: Das Schnittbild einer Ausführungsvariante gemäß der Erfindung,
2: ein Ausführungsbeispiel für den Kopfteil des erfindungsgemäßen Schützes,
3: ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Kopfteil des Schützes,
4: das Schnittbild eines Leistungsschützes in an sich bekannter Bauart.
Das Leistungsschütz in an sich bekannter Bauart (4) besteht im Wesentlichen aus im Schützgehäuse 7 untergebrachten Vakuumschaltkammern 1 als Hauptkontakte, oberen 2 und unteren 3 Anschlüssen, einem Magnetsystem mit festem Magneten 4, Spule 5 und beweglichem Anker 6 als Schaltgerät für Verbraucher-, insbesondere Motorabgänge.
Zur Realisierung von Schutzfunktionen muss üblicherweise an den unteren Anschlüssen 3 des Schützes ein Schutzrelais angeordnet werden, dessen Ausgangskontakt in den Steuerkreis des Schützes geschaltet wird. Bei höheren Verbraucherleistungen werden die Stromsignale meist nicht im Schutzrelais selbst gewonnen, sondern von externen Stromwandlern oder anderen Sensoren.
Diese Funktion wird erfindungsgemäß durch den im Schütz innerhalb des Schützgehäuses 7 in jedem Hauptleiter integrierten Stromsensor 8 erfüllt, der als Rogowskispule oder Hallsensor ausgeführt und an das Steuermodul 9 angeschlossen ist, wo aus den Stromsignalen z.B. das thermische Abbild des Verbrauchers berechnet wird. Am Steuermodul 9 sind ebenfalls Zuleitungen von den Anschlüssen 2 und 3 eines der Hauptleiter angeschlossen.
Das galvanisch entkoppelte Spannungssignal wird im Steuermodul 9 zur Erkennung der Kontaktöffnung ausgewertet. Dadurch können Veränderungen in der Eigenzeit des Schützes erkannt und über die gesamte Lebensdauer ein Abschaltzeitpunkt mit minimaler Lichtbogenenergie gewährleistet werden.
Durch die Anordnung des Steuermoduls 9 im Kopfteil 10 des Schützes können sämtliche für die Funktion des Schützes erforderlichen Anschlüsse 11 und Bedien- und Anzeigeelemente 12 direkt auf der Platine des Steuermodules von der Schützvorderseite zugänglich angeordnet werden.
1 zeigt im Schnittbild eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante, bei der die Stromsensoren 8 Rogowskispulen sind und nicht innerhalb des Schützgehäuses 7, sondern in einem Sensormodul 13 angeordnet sind, welches sich an den unteren Anschlussschienen innerhalb der Montagegrundfläche des Schützes befindet.
Im Sensormodul ist bereits der Teil des Steuermoduls 9b integriert, in dem die Aufbereitung der Stromsignale und des Kontaktspannungssignals erfolgt. Die Sensorsignale werden digitalisiert über einen Datenbus 14 an den Prozessor im Steuermodul 9a übertragen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Kopfteil des Schützes.
An die sechs Klemmen 15 können drei externe Temperaturfühler, z.B. vom Typ Pt100, angeschlossen werden, die üblicherweise in den drei Phasen von Motorwicklungen angebracht sind. Dadurch ist eine direkte Überwachung der Motortemperatur möglich.
Die Klemmen 16 sind für den Anschluss eines in der Motorwicklung angeordneten PTC oder Bimetallschalters vorgesehen. Die Einspeisung der Schützbetätigung erfolgt an den Klemmen 17.
An die Klemmen 18 kann ein externer Reset-Taster angeschlossen werden, um nach Auslösung des Motorschutzes die Bereitschaft aus der Ferne wiederherzustellen. Die Anschlüsse 19 sind Kontaktausgänge eines im Steuermodul integrierten Relais, das z.B. für Warnfunktionen bei Überschreitung bestimmter Parameter geeignet ist.
Die Anzeige der Betriebszustände des Schützes und des Motors erfolgt über mehrere LED's 20, z.B. für

– Bereitschaft
– eingeschalteter Zustand
– Phasenausfall, Unsymmetrie, Erdschluss
– thermische Überlastung.

An Taste 21 kann vor Ort ein Reset nach Auslösung vorgenommen werden.
Die Parametrierung der Auslösekennlinien wird an den Stellgliedern 22 für die Auslöseklasse und 23 für den Motornennstrom vorgenommen.
Weitere Parameter für Schalt- und Schutzfunktionen sind im Prozessor des Steuermoduls werkseitig hinterlegt und können über eine Schnittstelle, im Ausführungsbeispiel eine Infrarotschnittstelle 24, mittels PC ausgelesen und geändert werden. Über diese Schnittstelle ist ebenfalls die Abfrage aktueller Betriebsdaten oder Fehleranalyse nach Ansprechen der Schutzfunktion möglich.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Kopfteil des Schützes und das entsprechend 1 unten angeordnete Sensormodul.
Die Klemmen 15 bis 19 entsprechen in ihrer Bedeutung der Ausführung nach 2. An den Klemmen 25 kann das Schütz bei an Klemme 17 anliegender Steuerspannung über eine SPS angesteuert werden. Ebenfalls enthalten sind die LED's 20 zur Anzeige der Betriebszustände und Fehlerarten.
Eine USB-Schnittstelle 26 gestattet über PC das Eingeben von Schützparametern, wie Steuerspannung, Einschaltverzögerung und Parametern für den Schutz des Verbrauchers, wie Motornennstrom, Auslöseklasse oder thermische Zeitkonstante, Blockierstrom, Sensortyp, und das Auslesen von Betriebsdaten, wie aktueller Motorstrom, thermische Auslastung.
Eine serielle Schnittstelle 27 ermöglicht die Kommunikation des Schützes über Bussysteme mit anderen busfähigen Geräten oder einer Leitstelle.
Die Parametrierung der Auslösekennlinien und weiterer Parameter erfolgt mittels Tasten 28 und LCD-Anzeige 29 über ein entsprechendes Bedienmenü, ebenso die Abfrage aktueller Betriebsdaten. Weitere LED's 30 erleichtern das Navigieren im Bedienmenü.
An den Klemmen 31 kann für solche Einsatzfälle, in denen die Empfindlichkeit des Erdschlussschutzes auf Basis der Berechnung aus den drei Phasenströmen nicht ausreicht, ein externer Summenstromwandler angeschlossen werden.

1: Vakuumschaltkammer
2: oberer Anschluss
3: unterer Anschluss
4: Magnet
5: Spule
6: Anker
7: Schützgehäuse
8: Stromsensor
9: Steuermodul
10: Kopfteil
11: Klemmanschlüsse, allgemein
12: Anzeigeelement allgemein
13: Sensormodul
14: Bus Sensor-Hauptplatine
15: Klemmen Pt100
16: Klemmen PTC, TH
17: KlemmenSteuerspannung Schütz
18: Klemmen Femreset
19: Klemmen Relaisausgänge
20: LED Betriebszustand, Fehler
21: Reset-Taste
22: Steller Class
23: Steller Ie
24: Infrarotschnittstelle
25: SPS-Eingang
26: USB-Schnittstelle
27: serielle Schnittstelle
28: Menü-Tasten
29: LCD-Anzeige
30: Menü-LED
31: Klemmen Summenstromwandler

Claims

Leistungsschütz, insbesondere Vakuumschütz, dadurch gekennzeichnet, dass es in seinem Gehäusebereich (7) die elektronische Steuerung für den Magnetantrieb und die Sensoren zur Erzeugung eines Schaltzeitpunktes enthält, der sowohl hinsichtlich des Kontaktabbrandes als auch des Schutzes des Verbrauchers optimal ist.
Leistungsschütz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung des Magnetantriebes im vorderen Kopfteil (10) des Schützes integriert ist.
Leistungsschütz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedien- und Anschlusselemente im vorderen Kopfteil (10) des Schützes angeordnet sind.
Leistungsschütz nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltverzögerung programmierbar ist.
Leistungsschütz nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein oder mehrere Schnittstellen für Parametereingabe, Datenabfrage und Kommunikation enthält.