DE102011083583A1

DE102011083583A1 - Low voltage switch i.e. power switch, has actuator and latch for disconnection of set of switching contacts, where shaft drives power generator that loads capacitor with voltage and current

Info

Publication number: DE102011083583A1
Application number: DE201110083583
Authority: DE
Inventors: Mario Dankert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-03-28

Abstract

The switch has a set of switching contacts, and a switching mechanism with a current transformer. The current transformer is arranged with a conductor, and a transducer is utilized for measuring voltage and current. An actuator and a latch are utilized for disconnection of the set of switching contacts, where the latch is released by a shaft. The shaft drives a power generator that loads the capacitor with voltage and current.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a switch, in particular circuit breaker for low voltages, according to the preamble of claim 1.

Leistungsschalter für Niederspannungen unterbrechen den durch einen elektrischen Leiter fließenden elektrischen Strom, der über (aneinander anliegende) Schaltkontakte des Schalters fließt, im Falle eines Fehlers wie z.B. bei Überlast, Kurzschluss und Erdschluss, um sowohl die Quelle selbst, also das Stromnetz, als auch die Last und die dazwischen geschaltete Anlage gegen Beschädigung oder vor Zerstörung zu schützen. Zum Unterbrechen trennt ein Schaltmechanismus die Schaltkontakte voneinander. Weiter sind Wandler am Leiter angeordnet, welche eine Wandlermessspannung erzeugen, die zum fließenden Strom korrespondiert. Eine elektronische Auslöseeinheit wird mit der Wandlermessspannung beaufschlagt, die diese jeweils mit einer stromabhängigen Bedingung vergleicht. Die Strombedingung ist erfüllt, wenn ein vorgegebener Stromschwellwert überschritten ist. Dann löst die Auslöseeinheit mittels eines Maglatches als speziellen Aktor ein Speicher-Schaltschloss aus, das die Schaltkontakte voneinander trennt. Low voltage circuit breakers interrupt the electrical current flowing through an electrical conductor which flows across (abutting) switch contacts of the switch in the event of a fault, such as a fault. in the event of overload, short circuit and ground fault, in order to protect both the source itself, ie the power grid, as well as the load and the intermediate system against damage or destruction. To interrupt a switching mechanism separates the switch contacts from each other. Furthermore, transducers are arranged on the conductor which generate a transducer measuring voltage which corresponds to the flowing current. An electronic trip unit is supplied with the converter test voltage, which compares these with a current-dependent condition. The current condition is fulfilled when a preset current threshold is exceeded. Then the trip unit triggers by means of a maglatch as a special actuator a memory switch lock, which separates the switch contacts from each other.

Das Speicher-Schaltschloss wird vorher durch Spannen einer Feder mittels einer Spannwelle gespannt. An der Spannwelle ist dazu oft ein Ratschenmechanismus angeordnet. The memory switch lock is previously tensioned by tensioning a spring by means of a tensioning shaft. A ratchet mechanism is often arranged on the tensioning shaft.

Um ein autarkes Arbeiten der Auslöseeinheit und damit des Schalters sicherzustellen, wird meist eine Eigenversorgung mit elektrischer Energie bevorzugt, die dem zu schützenden Stromnetz entnommen wird. Für Wechselstromnetze sind induktive Stromwandler die Standardlösung, welche über Dioden einen Kondensator mittels der aus dem Leiter ausgekoppelten elektrischen Energie aufladen. In order to ensure a self-sufficient operation of the trip unit and thus the switch, a self-supply with electrical energy is usually preferred, which is taken from the power network to be protected. For alternating current systems, inductive current transformers are the standard solution, which charge a capacitor via diodes by means of the electrical energy coupled out of the conductor.

Stromwandler setzen einen sich zeitlich ändernden Primärstromverlauf voraus, der bei einem (idealen) Gleichstromnetz nur bei Laständerungen und Überlastfällen auftritt. Current transformers are preceded by a time-varying primary current profile, which only occurs with load (DC) and overload in an (ideal) DC network.

In Gleichstromnetzen sind Stromwandler für eine permanente Energieversorgung deshalb nicht mehr geeignet. Bei stationärem Betrieb, also bei Normalbetrieb, übernimmt deshalb meist ein Spannungswandler, z. B. ein DC/DC-Schaltnetzteil, die Energieversorgung aus dem Gleichstromnetz, während ein Stromwandler bei transientem Betrieb zum Einsatz kommt, also bei großen, sich zeitlich relativ schnell ändernden Strömen wie im Kurzschlussfall. Beide Energieversorgungen müssen einen Überlappungsbereich aufweisen, d.h. einen überlappenden Übergangsbereich zwischen Normalbetrieb und Überlastbereich. In DC networks, current transformers are therefore no longer suitable for a permanent power supply. For steady-state operation, ie during normal operation, therefore usually takes a voltage converter, z. As a DC / DC switching power supply, the power supply from the DC network, while a current transformer is used in transient operation, ie at large, temporally relatively rapidly changing currents as in the case of short circuit. Both power supplies must have an overlap area, i. an overlapping transition range between normal operation and overload range.

Die Stromwandler sind bei Schaltern für Gleichstromnetze nur für das Schalten auf einen Kurzschluss erforderlich. Das Schalten auf einen Kurzschluss stellt für die Energieversorgung der elektronischen Auslöseeinheit den „worst-case“ dar. Innerhalb kürzester Zeit muss von den Stromwandlern Energie bereitgestellt, der Strom gemessen und ausgewertet und ein Auslösesignal generiert werden. Dafür müssen die Stromwandler entsprechend ausgelegt sein, wodurch der Platzbedarf sowohl für die Wandler als auch für die Elektronikkomponenten erheblich ansteigt. The current transformers are required for DC mains switches only for switching to a short circuit. Switching to a short circuit represents the "worst case" for the power supply of the electronic trip unit. Within a very short time, the current transformers must provide energy, measure and evaluate the current and generate a trip signal. For the current transformer must be designed accordingly, whereby the space required for both the converter and the electronic components increases significantly.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromversorgung der Auslöseeinheit beim Schalten auf einen Kurzschluss mit möglichst geringem technischen Aufwand sicherzustellen. The object of the invention is to ensure the power supply of the trip unit when switching to a short circuit with the least possible technical effort.

Die Lösung sieht vor, dass die Spannwelle beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses einen Stromgenerator antreibt, der den Kondensator beim Spannen vor dem Einschalten jeweils auflädt. The solution provides that the clamping shaft drives a current generator when tensioning the memory switch lock, which charges the capacitor during clamping before switching each.

Zweckmäßigerweise ist der Stromgenerator nach Art eines Dynamos ausgebildet. Conveniently, the power generator is designed in the manner of a dynamo.

Zur Erleichterung des Spannens des Speicher-Schaltschlosses wird vorgeschlagen, dass die Spannwelle von einem Ratschenmechanismus gegen eine Feder gedreht wird. To facilitate the tensioning of the storage switching mechanism, it is proposed that the tensioning shaft is rotated by a ratchet mechanism against a spring.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels für Leistungsschalter für Niederspannungen näher beschrieben, der den elektrischen Strom, der durch einen Leiter fließt, im Fehlerfall unterbricht. Der Schalter weist Schaltkontakte auf, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen. The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment of circuit breakers for low voltages, which interrupts the electric current flowing through a conductor in case of failure. The switch has switch contacts which abut each other when the switch is closed.

Weiter sind am Leiter Messwandler angeordnet, welche eine Messspannung erzeugen, die zum fließenden Strom proportional ist (allgemein korrespondiert). Mit der Messspannung wird eine elektronische Auslöseeinheit beaufschlagt, die diese jeweils mit einem Stromschwellwert (allgemein einer stromabhängigen Bedingung) vergleicht. Ist der vorgegebene Stromschwellwert überschritten, liegt ein Fehlerfall vor und die Auslöseeinheit löst einen Schaltmechanismus aus. Zum Fehlerfall gehören eine Überlast, ein Kurzschluss und gegebenenfalls ein Erdschluss. Der Schaltmechanismus umfasst ein Speicher-Schaltschloss, das von einem Maglatch betätigt wird. Beim Auslösen werden die Schaltkontakte durch das Speicher-Schaltschloss getrennt. Furthermore, transducers are arranged on the conductor, which generate a measuring voltage that is proportional to the flowing current (generally corresponding). The measuring voltage is applied to an electronic trip unit, which compares each with a current threshold (generally a current-dependent condition). If the predetermined current threshold is exceeded, there is an error case and the trip unit triggers a switching mechanism. An error case includes an overload, a short circuit and possibly a ground fault. The switching mechanism includes a memory latch actuated by a maglatch. When triggered, the switching contacts are separated by the memory switch lock.

Das Speicher-Schaltschloss wird vor dem Einschalten durch Spannen einer Feder mittels einer Spannwelle gespannt. An der Spannwelle ist ein Ratschenmechanismus angeordnet, mit dem eine Bedienperson die Spannwelle durch wiederholte Betätigung eines Spannhebels spannt. The memory switch lock is tensioned by switching a spring by means of a tensioning shaft before switching. On the tensioning shaft, a ratchet mechanism is arranged with which an operator biases the tensioning shaft by repeated actuation of a tensioning lever.

Zur elektrischen Energieversorgung der Auslöseeinheit dienen ein Schaltnetzteil, wenn der Schalter an ein Gleichstromnetz angeschlossen ist, und entsprechende Stromwandler bei Anschluss an ein Wechselstromnetz. For the electrical power supply of the trip unit serve a switching power supply when the switch is connected to a DC power, and corresponding current transformer when connected to an AC power.

Die Spannwelle treibt einen Stromgenerator nach Art eines Dynamos an, der beim Spannen des Speicher-Schaltschlosses angetrieben wird und eine Spannung induziert, die einen Kondensator auflädt. Ein Teil der Federspannarbeit wird also genutzt, um den Stromgenerator anzutreiben. The tensioning shaft drives a current generator in the manner of a dynamo, which is driven during the tensioning of the storage switch lock and induces a voltage that charges a capacitor. Part of the spring tensioning work is thus used to drive the power generator.

Die Auslöseeinheit, d.h. die in den Schalter integrierte Elektronik, wird dann aus dem aufgeladenen Kondensator gespeist. Dadurch ist bei jedem Einschalten, aber insbesondere beim Schalten auf einen Kurzschluss, eine sofortige Energieversorgung gewährleistet, was eine unverzögerte Messwertauswertung und eine schnellere Auslösung des Schalters ermöglicht im Vergleich zur Verwendung eines induktiven Stromwandlers. The trip unit, i. The electronics integrated in the switch are then fed from the charged capacitor. As a result, an immediate power supply is ensured at each power-up, but especially when switching to a short circuit, which allows an instantaneous measurement evaluation and a faster triggering of the switch compared to the use of an inductive current transformer.

Eine optische Anzeige (LED) ist an der Auslöseeinheit angebracht, welche anzeigt, dass der Kondensator (voll) aufgeladen ist. Bei aufgeladenem Kondensator ist gewährleistet, dass beim Einschalten genügend Energie für eine Abschaltung zur Verfügung steht. Eine mechanische Verriegelung verhindert eine Fehlbedienung (Einschaltung), solange die optische Anzeige nicht leuchtet bzw. der Kondensator nicht aufgeladen ist. An optical indicator (LED) is attached to the trip unit indicating that the capacitor is fully charged. When the capacitor is charged it is ensured that enough power is available for a switch-off when switching on. A mechanical interlock prevents incorrect operation (switching on) as long as the optical indicator does not light up or the capacitor is not charged.

Claims

Switches, in particular low-voltage circuit breakers, for interrupting an electrical current flowing through a conductor, having switch contacts which are separated from one another by a switching mechanism when the switch is opened, having a current transformer arranged on the conductor and generating a corresponding analogue transformer measuring voltage corresponding to the current, with an electronic trip unit, which is acted upon by the converter measuring voltage, each compares a derived from the converter voltage current with a current condition and triggers a memory switching mechanism for the separation of the switching contacts when fulfilling the current condition, in particular when exceeding a current threshold, via an actuator (Maglatch) , wherein the memory switch lock is tensioned by means of a tensioning shaft, and with a power supply, which comprises a capacitor which supplies the trip unit with power when switching on a short circuit, characterized in that the tensioning shaft drives a current generator during charging of the storage switching mechanism, which in each case charges the capacitor.

Switch according to claim 1, characterized in that the current generator is designed in the manner of a dynamo.

Switch according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping shaft is rotated by a ratchet mechanism against a spring.