DE102007047166A1 - Steuerung der Anzeigehintergrundbeleuchtung bei einem Leistungsschalter - Google Patents

Steuerung der Anzeigehintergrundbeleuchtung bei einem Leistungsschalter Download PDF

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Thomas Dipl.-Ing. Driehorn
Edeltraud Musiol
Andreas Dipl.-Ing. Pancke
Ilka Dipl.-Ing. Redmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem elektronischen Überstromschutzauslöser, der seine Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, aufweisend einen Stromsensor, einen Gleichrichter, einen Speicherkondensator und einen Kurzschlussschalter, eine Abschalteinheit, eine Messvorrichtung zum Messen der Betriebsparameter des zu überwachenden Stromversorgungsnetzes, eine die erfassten Messwerte verarbeitende elektronische Schaltung, zumindest einen durch die Abschalteinheit gesteuerten elektromagnetischen Auslöser zum Auslösen der stromführenden Leistungskontakte des Leistungsschalters und eine elektronische Anzeigevorrichtung zum Darstellen der erfassten und/oder verarbeiteten Messwerte. Es ist vorgesehen, dass die Anzeigevorrichtung (6) des Leistungsschalters ihre Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht und eine aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz mit Spannung versorgte elektronische Vorrichtung (10) das Ein- und Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung (6) der elektronischen Anzeigevorrichtung (6), die ihre Spannungsversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, mithilfe eines elektronisch ansteuerbaren Schalters (9) in Abhängigkeit von den in einer Messvorrichtung der elektronischen Vorrichtung (10) erfassten Messwerten steuert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren ...

Description

  • Die Erfindung betrifft elektromechanische Leistungsschalter mit einem Überstromauslöser, insbesondere Niederspannungsleistungsschalter, die mit einem Display zur Anzeige der Betriebsparameter, der Kennzahlen und Fehlermeldungen ausgestattet sind, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert.
  • Die Stromnetze bestehen aus Hochspannungsnetzen und den davon abzweigenden Niederspannungsnetzen, die bei Wechselstrom bis etwa 1000 V und bei Gleichstrom bis 1500 V Spannungshöhe reichen. Es sind Niederspannungsleistungsschalter mit elektronischen Überstromschutzauslösern bekannt, die unter dem englischsprachigen Kürzel ACB (Air Circuit Breaker) als so genannte offene Leistungsschalter beschrieben sind. Ein anderes Analogon ist ein geschlossener Leistungsschalter oder ein Kompaktschalter, der unter dem englischsprachigen Kürzel MCCB (Molded Case Circuit Breaker) bekannt ist. Niederspannungsleistungsschalter üben sowohl eine Schalt- als auch eine Schutzfunktion in Niederspannungsschaltanlagen aus. Mithilfe einer Elektronikschaltung wird der durch den Leistungsschalter fließende Strom gemessen und bewertet. Anhand dieser Werte können die Stromnetze für Verbraucher vor Kurzschlüssen und Überlasten geschützt werden. Das Auslösen des Leistungsschalters erfolgt beispielsweise durch einen elektromagnetischen oder thermischen Auslöser, der eine Anzahl von stromführenden Schalterkontakten betätigt.
  • Die Niederspannungsleistungsschalter enthalten eine Abschalteinheit, die einen elektromagnetischen Auslöser betätigen, der die stromführenden Leistungskontakte des Leistungsschalters in einem festgestellten Störfall trennt. In dieser Abschalteinheit (engl.: electronic trip unit, ETU) wird unter anderem das Abschaltverhalten des Leistungsschalters beispielsweise durch einen einstellbaren Widerstand eingestellt und vor allem ein Störfall anhand gemessener Strom- und Spannungsparameter, wie deren Betrag, aber auch in manchen Anwendungen an dem Phasenwinkel zwischen ihnen erkannt und die Betätigung des Leistungsschalters zum Trennen seiner stromführenden Leistungskontakte ausgelöst.
  • Die auf vielfältige Art und Weise erfassten elektrischen Parameterwerte werden häufig zur Überwachung der Funktion eines Leistungsschalters auf einem Bildschirm, beispielsweise einem LCD-Monitor, dargestellt. Hierbei ist es wichtig, dass die Funktion des Überstromschalters eines Leistungsschalters gerade dann, wenn es eine kritische Versorgungssituation bei einem zu niedrigen fließenden Betriebsstrom gibt, durch nichts Störendes verfälscht ist, das heißt beispielsweise, dass die Energieversorgung jeglicher zusätzlicher Elektronikgeräte wie einer LCD-Anzeige nicht aus dem zu messenden Signal entnommen sein darf. Wenn bei einem relativ niedrigen Betriebsstrom plötzlich ein hoher Kurzschlussstrom auftritt, erkennt es die Abschalteinheit des Leistungsschalters und löst einen Abschaltvorgang aus, der sofort mit der in dem Speicherkondensator verfügbaren Energie betätigt werden muss, noch bevor der hohe Kurzschlussstrom den Speicherkondensator auf einen höheren Energiewert aufladen kann, was zu lange dauern würde, wenn man darauf warten würde. Deswegen bieten konventionelle Lösungen eine Spannungsversorgung einer LCD-Anzeige samt ihrer zugehörigen Elektronikschaltung zur Signalaufbereitung nur durch eine externe Hilfsspannungsquelle an. Hierdurch entsteht jedoch ein zusätzlicher Aufwand, eine geeignete, unabhängige Spannungsquelle am Ort der Unterbringung eines Leistungsschalters bereitzustellen, der zusätzliche Kosten für Investitionen und Wartung nach sich zieht und zusätzliche technische Ausfallquellen bedeutet. Es müssen hierzu Batterien oder Generatoren, zusätzliche Elektronikschaltungen, Signalschnittstellen etc. bereitgestellt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, angesichts der oben vorgetragenen Probleme eine Spannungsversor gung einer Bildschirmanzeige für einen Überstromschutzauslöser eines Leistungsschalters aus dem zu überwachenden Stromnetz versorgen zu können, ohne dass hierdurch die Funktion des Leistungsschalters, das heißt seines Überstromschutzauslösers und vor allem der Abschalteinheit in kritischen, energiearmen Situationen beeinflusst ist.
  • Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht.
  • In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Leistungsschalter einen elektronischen Überstromschutzauslöser, der seine Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, und einen Stromsensor, einen Gleichrichter, einen Speicherkondensator und einen Kurzschlussschalter, eine Abschalteinheit, eine Messvorrichtung zum Messen der Betriebsparameter des zu überwachenden Stromversorgungsnetzes, eine die erfassten Messwerte verarbeitende elektronische Schaltung, zumindest einen durch die Abschalteinheit gesteuerten elektromagnetischen Auslöser zum Auslösen der stromführenden Leistungskontakte des Leistungsschalters und eine elektronische Anzeigevorrichtung zum Darstellen der erfassten und/oder verarbeiteten Messwerte, derart weitergebildet, dass die Anzeigevorrichtung des Leistungsschalters ihre Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht und eine aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz mit Spannung versorgte elektronische Vorrichtung das Ein- und Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung der elektronischen Anzeigevorrichtung, die ihre Spannungsversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, mithilfe eines elektronisch ansteuerbaren Schalters in Abhängigkeit von den in einer Messvorrichtung der elektronischen Vorrichtung erfassten Messwerten steuert. Durch das Abschalten lediglich der Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung wird der größte Energieverbraucher dieser zusätzlichen Anzeigevorrichtung vor Eintritt einer kritischen Situation abgeschaltet, die Anzeigevorrichtung selbst jedoch bleibt in Betrieb und kann unter Umständen immer noch die wichtigen erfassten Parameterwerte anzeigen, wenn auch ohne eine Hintergrundbeleuchtung, weil beispielsweise eine LCD-Anzeige eine zumindest monochromatische Anzeige allein durch das Umgebungslicht ermöglichen kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass in der Messvorrichtung des Leistungsschalters der Spannungspegel an dem Speicherkondensator erfasst ist, dieser zumindest eine erfasste Messwert in einer elektronischen Schaltung der Messvorrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und verarbeitet ist und ein Steuersignal für den elektronisch ansteuerbaren Schalter zu seinem Ein- oder Ausschalten generiert ist. Der Spannungspegel des Speicherkondensators spiegelt direkt proportional den Energievorratsversorgungszustand des Speicherkondensators des Leistungsschalters wieder und kann daher direkt als ein Vergleichswert zum Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert dienen. Ein solcher zu erfassender Spannungspegel kann sowohl direkt analog in einer Vergleichsschaltung ausgewertet als auch durch einen D/A-Umsetzer zuvor digitalisiert sein.
  • In einer weiteren, alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weiter ausgebildet, dass in der Messvorrichtung des Leistungsschalters zumindest eines von beiden, die Schaltfrequenz und/oder die Schaltdauer des Kurzschlussschalters, erfasst ist, die erfassten Messwerte in einer elektronischen Schaltung der Messvorrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und verarbeitet sind und ein Steuersignal für den elektronisch ansteuerbaren Schalter zu seinem Ein- oder Ausschalten generiert ist. Das Schaltverhalten des Kurzschlusstransistors spiegelt ebenso den Energievorratsversorgungszustand des Leistungsschalters wieder und kann daher alternativ auch als ein Vergleichswert zum Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert dienen, wobei jedoch hierzu eine intelligentere elektronische Auswertung benötigt wird. Je häufiger und/oder je länger der Kurzschlussschalter auf Kurzschluss geschaltet wird, um so höher ist der zu überwachende Strom und dadurch ist der Speicherkondensator um so voller vorgeladen. Bleibt der Kurzschlussschalter länger oder andauernd offen, bedeutet es, dass der zu überwachende Strom im stromführenden Netz geringer geworden ist und dementsprechend ist der Ladezustand des Speicherkondensators auf einem geringeren Niveau. Das Erreichen des kritischen Energievorratszustands des Speicherkondensators ist somit berechenbar.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass der Pegel des vorgegebenen Schwellenwertes zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung einer minimalen, aber noch ausreichenden Energievorratsversorgung des Speicherkondensators des Leistungsschalters durch das durch den Leistungsschalter zu überwachende Stromversorgungsnetz entspricht. Durch die Vorgabe dieses Pegelwertes wird ein Energievorrat in Fällen der Energieverknappung ausschließlich für den Bedarfsfall beim Eintritt einer Störung vor dem Verbrauch durch die Anzeigebeleuchtung geschützt.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass die elektronische Vorrichtung mithilfe des elektronisch ansteuerbaren Schalters das Ein- und Ausschalten der gesamten Anzeigevorrichtung einschließlich ihrer Bildsignalverarbeitungselektronik in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten steuert. In einigen Anwendungen ist es von Vorteil, nicht nur, wie zuvor die Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung, sondern auch die zugehörige Bildverarbeitungselektronikschaltung als einen Energieverbraucher abzuschalten, um noch weitere Reserven des Leistungsschalters bei niedrigen Energievorratswerten des Speicherkondensators zu erschließen. Diese Abschaltung kann auch als eine zusätzliche, in einer zweiten Stufe auszuführende Abschaltung ausgeführt sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass der elektronisch ansteuerbare Schalter als ein elektronisches, auf Halbleitertechnologie basiertes Schaltelement ausgeführt ist. Die Ausführung dieses Schalters als Halbleiterelement ermöglicht es, den Schalter in einer elektronischen Schaltungsumgebung einfach direkt ansteuern zu können und dabei keine verschleißenden mechanischen Teile zu haben.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass der Leistungsschalter ein Niederspannungsleistungsschalter ist. Die Merkmale der Erfindung sind selbstverständlich auch in anderen Spannungsbereichen als dem Niederspannungsbereich anwendbar, dennoch sind bestimmte begleitende technische Gegebenheiten so, dass insbesondere für die Anwendung im Niederspannungsbereich die Vorteile der Erfindung besonders gut zur Geltung kommen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass die Anzeigevorrichtung ein LCD-Bildschirm ist. Die Verwendung eines Flüssigkristallbildschirms bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, dass die Anzeige auch mit abgeschalteter Hintergrundbeleuchtung noch ablesbar ist, sofern genügend Umgebungslicht vorhanden ist, das heißt beispielsweise, dass bei Dunkelheit selbst das Leuchten mit einer Taschenlampe ausreichen wird, um die Anzeige ablesen zu können.
  • Bei noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weitergebildet, dass die Anzeigevorrichtung ein elektroni scher Bildschirm beliebiger Bauart ist. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn ohnehin wie oben ausgeführt in einer Ausgestaltung der Erfindung neben der Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms auch die bildverarbeitende Elektronikschaltung abgeschaltet wird.
  • Bei noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Leistungsschalter derart weiterausgebildet, dass neben der mit dem Schalter abzuschaltenden Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung weitere zusätzliche elektrische Verbraucher abschaltbar angeschlossen sind. Die Erfindung macht es möglich, weitere elektrische Verbraucher an einen Leistungsschalter anzuschließen und aus dem zu überwachenden Stromnetz mit Energie zu versorgen, ohne den Betrieb des Leistungsschalters bei einem energiearmen Betriebszustand zu gefährden, da diese zusammen mit der Hintergrundbeleuchtung des Leistungsschalters rechtzeitig abgeschaltet werden.
  • Mit den vorgenannten erfindungsgemäßen Merkmalen ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung eines Leistungsschalters nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele vorgelegt, so dass in einer elektronischen Vorrichtung zumindest ein, zu der aus dem zu überwachenden Stromnetz entnommenen Energieversorgung zugehöriger Parameterkennwert erfasst, mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichend verarbeitet und ein Ausgangssignal generiert wird, mit welchem ein elektronisch ansteuerbarer Schalter in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten und durch ihn die mit ihm in Reihe geschaltete Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung derart ein- oder ausgeschaltet wird, dass wenn als Vergleichsergebnis eine zu niedrige Energievorratsversorgung des Speicherkondensators des Leistungsschalters festgestellt wird, die Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung ausgeschaltet wird, und wenn dagegen als Vergleichsergebnis eine ausreichende Energieversorgung des Leistungsschalters festgestellt wird, die Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung eingeschaltet wird. In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist der Schritt der Erfassung des zumindest einen Parameterwertes in der elektronischen Vorrichtung eine Erfassung des Spannungspegels des Speicherkondensators. In noch einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist der Schritt der Erfassung des zumindest einen Parameterwertes in der elektronischen Vorrichtung eine Erfassung von zumindest einem von beiden, der Schaltfrequenz und/oder die Schaltdauer des Kurzschlussschalters.
  • Mit den verwirklichten Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist ein Niederspannungsleistungsschalter realisierbar, der ohne eine externe Hilfsspannungsversorgung auskommt, um eine an seine Energieversorgung angeschlossene Anzeigevorrichtung mit Energie zu versorgen, ohne dass in Fällen der niedrigen Energievorratsversorgung die Ausführung eines Abschaltvorgangs in einem Störfall durch Energieentnahme für untergeordnete Geräte gefährdet wäre. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit eingesetzter Niederspannungsleistungsschalter.
  • Im Weiteren ist die vorliegende Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Niederspannungsleistungsschalters mit einer Anzeigevorrichtung nach dem Stand der Technik;
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederspannungsleistungsschalters mit einer Erfassung des Spannungspegels des Speicherkondensators und
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederspannungsleistungsschalters mit einer Erfassung des Schaltzustands des Kurzschlusstransistors.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung eines konventionellen Niederspannungsleistungsschalters 8 mit einer Anzeigevorrichtung 6, 6' nach dem Stand der Technik zu sehen.
  • Ein als ein Stromsensor dienender Stromwandler 1 ist mit seiner primären Wicklung beispielsweise in das zu überwachende Stromnetz (nicht dargestellt) eingebunden und liefert durch die vorzugsweise mit einem Eisenkern vermittelte elektromagnetische Kopplung einen in Stromstärke herabgesetzten Strom in seiner sekundären Wicklung, der dem primären Netzstrom direkt proportional ist. Im Weiteren wird der betragsmäßig herabgesetzte Sekundärstrom in einer Gleichrichtereinheit 2 in einen proportionalen, gleichgerichteten Gleichstrom umgesetzt und in dieser Form den weiteren Schaltungsteilen des Leistungsschalters 8 als deren Energieversorgung und als Messsignal zugleich zur Verfügung gestellt. Ein angeschlossener Speicherkondensator 3 nimmt eine seiner Kapazität und der angelegten Spannung proportionale Ladung auf und hält diese Ladung als einen Energievorrat aufrecht. Da der Strom in dem zu überwachenden Stromnetz sehr großen Schwankungen unterliegt, würde auch der gleichgerichtete Sekundärstrom und mit ihm die an den Verbrauchern des Leistungsschalters angelegte Spannung proportional großen Schwankungen unterliegen, was jedoch die Funktion der elektronischen Bauteile beeinträchtigen würde. Deswegen besitzt die vorliegende Ausführung des Leistungsschalters regelnde Elemente, welche die Rolle eines Netzteils ausführen und den fließenden Gleichstrom begrenzen. Das wird durch eine elektronische Schaltung 7 bewirkt, die eine Messvorrichtung zum Messen der Betriebsparameter des zu überwachenden Stromversorgungsnetzes aufweist. Beispielsweise erfasst die Messvorrichtung 7 die an dem Speicherkondensator 3 anliegende Spannung, vergleicht diese mit einem intern vorgegebenen Schwellenwert und schaltet beim Überschreiten des Schwellenwertes einen Schalter 4 für eine dem Signal proportional berechnete Zeitdauer kurz, über den dann ein aus leichender Überstrom abfließen kann. Je mehr Energie in Form von fließendem Gleichstrom aus dem zu überwachenden Stromnetz über den Stromwandler 1 am Speicherkondensator 3 ankommt, um so öfter und für um so längere Schaltzeiten schaltet die elektronische Schaltung 7 den Kurzschlussschalter 4 auf Kurzschluss und regelt somit den Spannungspegel des Speicherkondensators auf einem (schwankenden) maximalen Niveau. Der Kurzschlussschalter 4 ist in bevorzugten Ausführungen als ein Schalttransistor oder Kurzschlusstransistor genannt ausgeführt und die über ihn abgeführte überflüssige Energie wird beispielsweise über einen nicht dargestellten Widerstand in Wärme umgesetzt und abgeführt.
  • An die auf diese Art schwankend, aber auf einen maximalen Wert begrenzend geregelte Energiequelle 3 ist eine elektronische Abschaltschaltung 5 angeschlossen, in der je nach Ausführung des Leistungsschalters eine mehr oder weniger komplexe Auswertung des ankommenden Signals stattfindet. Zum Beispiel können Anstiegsflanken der Spannung und der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung gemessen sein und daraus Schlüsse darauf gezogen werden, ob ein Störfall durch einen Kurzschluss in dem zu überwachenden Stromnetz vorliegt. Wird ein Störfall festgestellt, dann löst die Abschaltschaltung 5 einen sofortigen Ausschaltvorgang des Leistungsschalters aus. In diesem Augenblick wird der Energievorrat aus dem Speicherkondensator 3 abgerufen und einem elektromagnetischen Auslöser (nicht dargestellt) des Leistungsschalters zugeführt, der eine relativ große mechanische Arbeit ausführen muss, um seine stromführenden Leistungskontakte (nicht dargestellt) schnellstens auseinander zu bringen. Die Erkennung des Störfalls durch die Abschaltschaltung 5 ist derart effektiv, dass das Ergebnis früher vorliegt, als der Energieschub durch den großen fließenden Kurzschlussstrom im Störfall den Speicherkondensator 3 aufladen könnte, wenn er zuvor nicht ganz vollgeladen war. Deswegen ist der Energievorrat des Speicherkondensators genau dann sehr kostbar, wenn ein relativ niedriger Betriebsstrom fließt und plötzlich ein Störfall auftritt. Bei einem niedrigen Betriebsstrom wird der Speicherkondensator 3 trotz eines ständig geöffneten Kurzschlussschalters 4 auf einem niedrigeren Spannungsniveau aufgeladen und enthält daher weniger gespeicherte Energie. Diese verknappte gespeicherte Energie muss aber im Störfall ausreichen, die Abschaltschaltung 5 zu versorgen und dem elektromagnetischen Auslöser des Leistungsschalters über einen ausreichenden Zeitraum genügend Energie zuführen zu können, damit dieser Auslöser zuverlässig seine wichtige Schutzleistung ausführen kann und das zu überwachende Stromnetz durch das Öffnen seiner Leistungskontakte schnell und vollständig unterbricht.
  • Aus diesem Grund und für solche Art des Störfalls werden konventionell alle zusätzlichen Geräte wie eine zu Überwachungszwecken angeschlossene Anzeigevorrichtung 6, 6' nur durch eine unabhängige zusätzliche Energiequelle wie eine Batterie, ein Generator (nicht dargestellt) und so weiter betrieben. Deswegen ist die Anzeigevorrichtung mit einem Bildschirm 6 und einer Bildverarbeitungselektronikschaltung 6' nicht an der Spannungsversorgung des Leistungsschalters angeschlossen. Das bedeutet außerdem, dass auch die Signalübertragung zwischen der Abschaltschaltung 5 und der Bildverarbeitungselektronikschaltung 6' der Anzeigevorrichtung eine die beiden Stromkreise elektrisch entkoppelnde Schnittstelle sein muss. Insgesamt ergeben sich die Nachteile der hohen Kosten und des Wartungsaufwands für die zusätzliche unabhängige Energieversorgung der Anzeigevorrichtung 6, 6'.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Niederspannungsleistungsschalters dargestellt, die weitgehend bauartgleiche Bestandteile wie die unter 1 beschriebene konventionelle Ausführung eines Leistungsschalters aufweist, weshalb im Folgenden hierbei auf eine erneute Beschreibung der Funktion dieser gleichartigen Bestandteile zugunsten der erfindungsgemäßen Merkmale verzichtet wird.
  • Erfindungsgemäß ist die Anzeigevorrichtung 6, 6' an der Energiequelle des Leistungsschalters 8, das heißt an dem Speicherkondensator 3 zu den anderen elektrischen Verbrauchern des Leistungsschalters parallel angeschlossen, wobei die Bildverarbeitungselektronikschaltung 6' in der 2 nicht abgebildet ist, aber als permanent zu dem Speicherkondensator 3 parallel angeschlossen zu verstehen ist.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist lediglich die Hintergrundbeleuchtung 6 der Anzeigevorrichtung über einen mit ihr in Reihe geschalteten Schalter 9 abschaltbar an die Spannungsversorgung durch den Speicherkondensator 3 angeschlossen. Eine zusätzliche elektronische Schaltung 10 ist parallel an dem Speicherkondensator 3 angeschlossen und erfasst mit einer in ihr implementierten Messvorrichtung den Spannungspegel des Speicherkondensators 3. Der Spannungspegel des Speicherkondensators 3 ist eine seinem Energievorratszustand direkt proportionale Parametergröße, wodurch es durch das Vergleichen dieses Spannungspegels mit einem vorgegebenen Schwellenwert möglich ist, einen minimalen Energievorrat des Speicherkondensators 3 festzulegen, der allein dem Leistungsschalter zum Auslösen eines Ausschaltvorgangs in einem Störfall vorbehalten bleiben muss. Fällt der Energievorrat des Speicherkondensators 3 unter den vorgegebenen Schwellenwert ab, erzeugt die elektronische Schaltung 10 ein Steuersignal zum Ausschalten des Schalters 9, wodurch die mit ihm an der Spannungsversorgung durch den Speicherkondensator 3 angeschlossene Hintergrundbeleuchtung 6 der Anzeigevorrichtung abgeschaltet wird. Die Hintergrundbeleuchtung verbraucht relativ viel Energie und ist deshalb der größte zusätzliche Energieverbraucher, wogegen die Bildverarbeitungselektronikschaltung 6' relativ wenig Energie benötigt und deswegen weiter mit Energie versorgt bleiben darf. Beim bevorzugten Verwenden einer LCD-Anzeige als Anzeigevorrichtung ist diese sogar ohne Hintergrundbeleuchtung noch ablesbar, sofern es die Lichtverhältnisse der Umgebung zulassen.
  • Der Schalter 9 ist in einer bevorzugten Ausführung als ein Halbleiterschalter realisiert, um ihn besonders einfach elek tronisch steuern zu können und verschleißfrei zu sein, kann aber selbstverständlich auch eine andere Bauform aufweisen, wie etwa ein Relais.
  • Die Erfassung und Verarbeitung des Spannungspegels des Speicherkondensators 3 in der elektronischen Schaltung 10 kann sowohl in analoger als auch in digitaler Technik ausgeführt sein.
  • Auf die beschriebene Art und Weise schaltet die elektronische Schaltung 10 bei Unterschreiten eines voreingestellten minimalen Energievorratszustandes des Speicherkondensators 3 die energieversorgungsintensive Hintergrundbeleuchtung 6 einer angeschlossenen, aus dem zu überwachenden Stromnetz mit Energie versorgten Anzeigevorrichtung ab, so dass danach der gesamte verbleibende Energievorrat des Speicherkondensators 3 allein dem in einem Störfall sicher auszuführenden Abschaltvorgang zur Verfügung steht.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Niederspannungsleistungsschalters dargestellt, die weitestgehend bauartgleiche Bestandteile wie die unter 1 beschriebene konventionelle Ausführung eines Leistungsschalters aufweist, weshalb im Folgenden hierbei auf eine erneute Beschreibung der Funktion dieser Bestandteile zugunsten der erfindungsgemäßen Merkmale verzichtet wird.
  • Diese weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ebenso wie die zuvor unter 2 beschriebene Ausführung eine elektronische Schaltung 10, die einen Schalter 9 steuert, und mit ihm in Reihe geschaltete Hintergrundbeleuchtung 6 einer Anzeigevorrichtung auf, die auch aus dem zu überwachenden Stromnetz mit Betriebsenergie versorgt sind.
  • Der Unterschied zur Ausführung in 2 besteht lediglich darin, wie das Steuersignal zum Ein- und Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung 6 der Anzeigevorrichtung in der elektronischen Schaltung 10 gewonnen wird.
  • Die Schaltung 10 erhält an ihrem Eingang das Schaltsignal des Kurzschlusstransistors 4, welches in der elektronischen Schaltung 7 erzeugt wird. Dieses Signal führt die Information darüber, wie oft und für welche Zeitdauer der Überstromschutz eingeschaltet wird, das heißt, je öfter und länger anhaltend der Schalter 4 kurzgeschlossen wird, um so höher ist der Energieüberschuss, der aus dem zu überwachenden Stromnetz über den Stromsensor 1 in den Leistungsschalter 8 eingespeist wird. Anhand einer Auswertung der Schaltfrequenz und der Schaltdauer des Schalters 4, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Kenntnis der Kennlinie des aus der Schaltung 7 und dem Kurzschlusstransistor 4 bestehenden Netzteils, kann in der Schaltung 10 auf den Energievorratszustand des Speicherkondensators 3 geschlossen werden. Liegt der so ermittelte Energievorrat als Vergleichwert vor, geschieht alles Weitere wie in der unter 2 beschriebenen Ausführung, das heißt, der ermittelte Energievorratswert wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und aus dem Vergleich ein auszugebendes Steuersignal zur Steuerung des Schalters 9 erzeugt. Fällt der Energievorrat des Speicherkondensators 3 unter den vorgegebenen Schwellenwert ab, erzeugt die elektronische Schaltung 10 ein Steuersignal zum Ausschalten des Schalters 9, wodurch die mit ihm an der Spannungsversorgung durch den Speicherkondensator 3 in Reihe angeschlossene Hintergrundbeleuchtung 6 der Anzeigevorrichtung abgeschaltet wird.
  • Diese alternative Ausführungsform der Ermittlung des Energievorratszustandes des Speicherkondensators 3 ist für manche Anwendungen der Niederspannungsleistungsschalter gegenüber der einfacheren Variante nach 2 von Vorteil.
  • Auf die beschriebene Art und Weise schaltet die elektronische Schaltung 10 bei Unterschreiten eines voreingestellten minimalen Energievorratszustandes des Speicherkondensators 3 die energieversorgungsintensive Hintergrundbeleuchtung 6 einer angeschlossenen, aus dem zu überwachenden Stromnetz mit Betriebsenergie versorgten Anzeigevorrichtung ab, so dass danach der gesamte verbleibende Energievorrat des Speicherkondensators 3 allein dem in einem Störfall sicher auszuführenden Abschaltvorgang zur Verfügung steht.
  • Die Genauigkeit der Darstellung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung soll nicht als einschränkend interpretiert werden und es sind Modifikationen und Varianten vorliegender Erfindung durch einen durchschnittlichen Fachmann möglich, ohne dass er hierfür den in den anhängigen Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung verlassen müsste.

Claims (13)

  1. Leistungsschalter mit einem elektronischen Überstromschutzauslöser, der seine Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, aufweisend einen Stromsensor, einen Gleichrichter, einen Speicherkondensator und einen Kurzschlussschalter, eine Abschalteinheit, eine Messvorrichtung zum Messen der Betriebsparameter des zu überwachenden Stromversorgungsnetzes, eine die erfassten Messwerte verarbeitende elektronische Schaltung, zumindest einen durch die Abschalteinheit gesteuerten elektromagnetischen Auslöser zum Auslösen der stromführenden Leistungskontakte des Leistungsschalters und eine elektronische Anzeigevorrichtung zum Darstellen der erfassten und/oder verarbeiteten Messwerte, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (6) des Leistungsschalters ihre Energieversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht und eine aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz mit Spannung versorgte elektronische Vorrichtung (10) das Ein- und Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung (6) der elektronischen Anzeigevorrichtung (6), die ihre Spannungsversorgung aus dem durch den Leistungsschalter überwachten Stromversorgungsnetz bezieht, mithilfe eines elektronisch ansteuerbaren Schalters (9) in Abhängigkeit von den in einer Messvorrichtung der elektronischen Vorrichtung (10) erfassten Messwerten steuert.
  2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messvorrichtung (10) des Leistungsschalters der Spannungspegel an dem Speicherkondensator (3) erfasst ist, dieser zumindest eine erfasste Messwert in einer elektronischen Schaltung (10) der Messvorrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und verarbeitet ist und ein Steuersignal für den elektronisch an steuerbaren Schalter (9) zu seinem Ein- oder Ausschalten generiert ist.
  3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messvorrichtung (10) des Leistungsschalters zumindest eines von beiden, die Schaltfrequenz und/oder die Schaltdauer des Kurzschlussschalters (4), erfasst ist, die erfassten Messwerte in einer elektronischen Schaltung (10) der Messvorrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und verarbeitet sind und ein Steuersignal für den elektronisch ansteuerbaren Schalter (9) zu seinem Ein- oder Ausschalten generiert ist.
  4. Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel des vorgegebenen Schwellenwertes zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung (6) einer minimalen, aber noch ausreichenden Energievorratsversorgung des Speicherkondensators des Leistungsschalters durch das durch den Leistungsschalter zu überwachende Stromversorgungsnetz entspricht.
  5. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Vorrichtung (10) mithilfe des elektronisch ansteuerbaren Schalters (9) das Ein- und Ausschalten der gesamten Anzeigevorrichtung einschließlich ihrer Bildsignalverarbeitungselektronik in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten steuert.
  6. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch ansteuerbare Schalter (9) als ein elektronisches, auf Halbleitertechnologie basiertes Schaltelement ausgeführt ist.
  7. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter ein Niederspannungsleistungsschalter ist.
  8. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (6) ein LCD-Bildschirm ist.
  9. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (6) ein elektronischer Bildschirm beliebiger Bauart ist.
  10. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der mit dem Schalter (9) abzuschaltenden Hintergrundbeleuchtung (6) einer Anzeigevorrichtung zumindest ein weiterer zusätzlicher elektrischer Verbraucher abschaltbar angeschlossen ist.
  11. Verfahren zum Steuern des Ein- und Ausschaltens der Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung eines Leistungsschalters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer elektronischen Vorrichtung (10) zumindest ein, zu der aus dem zu überwachenden Stromnetz entnommenen Energieversorgung zugehöriger Parameterkennwert erfasst, mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichend verarbeitet und ein Ausgangssignal generiert wird, mit welchem ein elektronisch ansteuerbarer Schalter (9) in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten und durch ihn die mit ihm in Reihe geschaltete Hintergrundbeleuchtung (6) einer Anzeigevorrichtung derart ein- oder ausgeschaltet wird, dass, wenn als Vergleichsergebnis eine zu niedrige Energievorratsversorgung des Speicherkondensators (3) des Leistungsschalters festgestellt wird, die Hintergrundbeleuchtung (6) der Anzeigevorrichtung ausgeschaltet wird, und wenn als Vergleichsergebnis eine ausreichende Energievorratsversorgung des Speicherkondensators (3) des Leistungsschalters festgestellt wird, die Hintergrundbeleuchtung (6) der Anzeigevorrichtung eingeschaltet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erfassung des zumindest einen Parameterwertes in der elektronischen Vorrichtung (10) eine Erfassung des Spannungspegels des Speicherkondensators ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erfassung des zumindest einen Parameterwertes in der elektronischen Vorrichtung (10) eine Erfassung von zumindest einem von beiden, der Schaltfrequenz und/oder die Schaltdauer des Kurzschlussschalters (4) ist.
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