DE102012215466B4 - Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen einer Energieverteilungsanlage - Google Patents

Abstract

Schalter (1a) zur Unterbrechung eines durch einen Leiter fließenden Stroms,mit Schaltkontakten, die ein Schaltmechanismus zum Öffnen des Schalters (1a) voneinander trennt,mit einer Wandlereinheit, die ein Wandlersignal erzeugt, das zum Strom durch den Leiter korrespondiert, undmit einer elektronischen Auslöseeinheit (ETU), die bei Erfüllung einer Auslösebedingung die Trennung der Schaltkontakte selbsttätig auslöst,dadurch gekennzeichnet,dass eine Schnittstelle (2) vorgesehen ist, in welche ein Modul (ÜM) einsteckbar ist, wobei die Auslöseeinheit (ETU) in dem Modul (ÜM) funktional gesehen zumindest teilweise redundant ausgebildet ist, unddass das Modul (ÜM) eine Überwachungsfunktionalität aufweist, die anhand der redundanten Ausbildung für zumindest eine Funktion des Schalters (1a) einen Plausibilitätsvergleich durchführt und prüft, ob die entsprechende Funktion sichergestellt ist und bei nicht sichergestellter Funktion zumindest eine Aktion auslöst.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere einen Leistungsschalter für Niederspannungen einer Energieverteilungsanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Schalter in Form von Leistungsschaltern für Niederspannungen sind bekannt und unterbrechen einen Strom z.B. in einer Energieverteilungsanlage bei einem Über- und Kurzschlussstrom. Die Schalter verfügen über Schalterkontakte, die mit Hilfe eines Schaltmechanismus getrennt werden, um den Schalter zu öffnen. Um den Strom zu erfassen, verfügt der Schalter über einen Stromwandler, der eine zum Strom korrespondierende analoge Spannung abgibt. Der Schaltmechanismus zur Trennung der Schaltkontakte wird von einer elektronischen Auslöseeinheit ausgelöst, wenn der Strom einer Strombedingung genügt, was meist bei Überschreitung eines Stromschwellenwertes der Fall ist.
• Die Schalter werden im Energieverteilungssystem mit unterschiedlichen Anforderungen an die funktionale Sicherheit eingesetzt, d.h. an die Sicherheit der Schalter-Funktionen. Die Anforderungen sind bei sicherheitsgerichteten Anwendungen besonders hoch, wobei derartige Anwendungen mehr und mehr an Bedeutung gewinnen. Der einfachste Weg zur Erhöhung der Sicherheitsanforderungen besteht darin, Redundanzen vorzusehen. Die Integration von Redundanzen und Überwachungsfunktionalitäten (Überwachungen von Schalter-Funktionen) in die Schalter führt dazu, dass diese im Vergleich zu Standardausführungen größer und teurer sind, insbesondere aufgrund der relativ kleinen Stückzahl dieser Schalter. Bei der funktionalen Sicherheit sind die Kosten ein wichtiger Grund dafür, dass eine Erstausrüstung oft nur mit Standardschaltern erfolgt.
• Nachteilig ist dabei, dass eine spätere Aufrüstung auf eine höhere funktionale Sicherheit nicht möglich ist. Dies ist besonders nachteilig, wenn sich die Anforderungen an die funktionale Sicherheit nachträglich erhöhen.
• Die DE 100 41 633 A1 zeigt bereits eine Schaltgeräteanordnung zur Unterbrechung eines Stroms, die zwei Schaltgeräte aufweist, z.B. in Form einer elektronischen Auslöseeinheit und eines Schützes. Im Fehlerfall können entweder beide Schaltgeräte gleichzeitig oder auch nur eines durch ein Koppelmodul über eine Steuerschnittstelle angesprochen werden, wodurch ein Ausschaltvorgang ermöglicht wird. Durch diese Redundanz wird ein sicheres Auslösen der Schaltgeräteanordnung ermöglicht, da selbst bei Ausfall eines der Schaltgeräte das jeweils andere eine Unterbrechung des Stroms sicherstellt.
• Weiter geht aus der DE 10 2010 036 209 A1 ein Verfahren zur Überwachung eines Schalters hervor, der eine Wandlereinheit und eine elektronische Auslöseeinheit aufweist. Bei dem Verfahren wird ein stromproportionales Spannungssignal in ein erstes Messsignal umgewandelt, so dass mittels eines Mikrocontrollers bei Überschreitung eines bestimmten Stromwertes die Auslöseeinheit den Schalter durch Trennung seiner Kontaktelemente öffnet. Parallel zu diesem Messkanal ist ein Überwachungskanal vorgesehen, der die Messwerte (Messsignale) auf Plausibilität überprüft. Hierdurch sollen Fehler, die bei der Messwerterfassung auftreten und zu Fehlfunktionen bei der Auslösung führen könnten, sicher verhindert werden.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, Schalter vorzuschlagen, deren funktionale Sicherheit nachträglich erhöht werden kann.
• Die Lösung sieht vor, dass eine Schnittstelle vorgesehen ist, in welche zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit ein einsteckbares Modul eingesteckt ist, wobei die Auslöseeinheit in dem Modul funktional gesehen zumindest teilweise redundant ausgebildet ist, und dass das Modul eine Überwachungsfunktionalität aufweist, die anhand der redundanten Ausbildung für zumindest eine Funktion des Schalters einen Plausibilitätsvergleich durchführt und prüft, ob die entsprechende Funktion sichergestellt ist und bei nicht sichergestellter Funktion zumindest eine Warnung ausgibt. Der Schalter wird bereits in der Standardversion so ausgelegt, dass er entweder direkt bei der Auslieferung oder aber durch eine optionale Aufrüstung ein höheres Level der funktionalen Sicherheit erreicht. Das optionale Modul kann eine Vielzahl von benötigten Redundanzen aufweisen. Somit ist es möglich, eine Gerätereihe zu fertigen und anzubieten, die sowohl für Standard-Anwendungsfälle als auch für die Fälle mit höheren Anforderungen an die funktionale Sicherheit geeignet sind.
• Vorteilhafterweise ist die Schnittstelle als Schlitz ausgebildet.
• Mit Vorteil umfasst die Überwachungsfunktionalität zusätzlich Überwachungen, die der Schalter selbst nicht aufweist.
• Eine technisch einfache Lösung liegt vor, wenn die Wandlereinheit als transformatorischer Stromwandler ausgebildet ist. Der Stromwandler ist an dem Leiter angeordnet, der die primäre Wandlerseite bildet.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des Schalters 1, 1a mit einer Möglichkeit, die funktionale Sicherheit zu erhöhen.
• Der Schalter 1, 1a gehört zu einer Energieverteilungsanlage, in der mehrere Schalter 1, 1a in Form von Leistungsschaltern für Niederspannungen angeordnet sind, die jeweils den Strom unterbrechen, der durch einen Leiter und den jeweils zugehörigen Schalter 1, 1a fließt. Zur Stromunterbrechung werden mechanische Schaltkontakte des Schalters 1, 1a mittels einer Schaltwelle voneinander getrennt, die zu einem Schaltmechanismus zum Öffnen und Schließen des Schalters 1, 1a gehören. Am Leiter ist eine Wandlereinheit mit einem Stromwandler nach Art eines Transformators angeordnet, der als Wandlersignal eine analoge Wandlerspannung abgibt, welche zum Strom durch den Leiter proportional ist. Mittels einer Erfassungseinheit wird der Strom erfasst, wobei dieser von der Wandlerspannung abgeleitet wird.
• Der Schaltmechanismus wird von einer elektronischen Auslöseeinheit (ETU) ausgelöst, wenn der Strom durch den Leiter eine Stromschwelle überschreitet. Allgemein gesagt werden die Schaltkontakte getrennt, wenn eine Auslösebedingung erfüllt ist.
• Am Schalter 1, 1a ist eine Schnittstelle 2 als Schlitz (Slot) 2a vorhanden, in welchen ein Modul ÜM einsteckbar ist, das dazu ein entsprechendes Steckerteil aufweist. In dem Modul ÜM ist die Auslöseeinheit ETU funktional gesehen in redundanter Weise ausgebildet, d.h. die Funktionen der Auslöseeinheit ETU sind noch einmal vorhanden, allerdings nicht mit derselben Genauigkeit und auch nicht auf dieselbe Art und Weise realisiert. Zusätzlich verfügt das Modul ÜM über eine Überwachungseinheit, in welcher eine Überwachungsfunktionalität implementiert ist, die anhand der redundanten Ausbildung für jede Funktion der Auslöseeinheit ETU des Schalters 1, 1a zumindest einen Plausibilitätsvergleich durchführt. Auf diese Weise prüft die Überwachungseinheit des Moduls ÜM diese Schalter-Funktionen, d.h. ob sie sichergestellt sind. Ist dies nicht der Fall, wird eine Aktion ausgelöst, also z.B. Warnung oder Meldung ausgegeben.
• Die Überwachungseinheit führt nicht nur die Überwachungen anhand der im Modul ÜM realisierten redundanten Funktionen aus, sondern sie überwacht hier noch zusätzliche Funktionen, über die der Schalter 1, 1a selbst nicht verfügt.
• Die Figur zeigt einen Standardschalter 1, der eine Auslöseeinheit ETU und als Schnittstelle 2 einen Schlitz 2a aufweist. In den Schlitz 2a ist ein Modul ÜM einsteckbar, das Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen ausführen kann. Das eingesteckte Modul ÜM führt zu einer Erweiterung des Standardschalters. Dies ist schematisch durch das Pluszeichen dargestellt. Als Ergebnis (schematisch durch das Gleichheitszeichen dargestellt) ergibt sich ein Schalter 1a mit einer höheren funktionalen Sicherheit.

Claims (4)

1. Schalter (1a) zur Unterbrechung eines durch einen Leiter fließenden Stroms, mit Schaltkontakten, die ein Schaltmechanismus zum Öffnen des Schalters (1a) voneinander trennt, mit einer Wandlereinheit, die ein Wandlersignal erzeugt, das zum Strom durch den Leiter korrespondiert, und mit einer elektronischen Auslöseeinheit (ETU), die bei Erfüllung einer Auslösebedingung die Trennung der Schaltkontakte selbsttätig auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelle (2) vorgesehen ist, in welche ein Modul (ÜM) einsteckbar ist, wobei die Auslöseeinheit (ETU) in dem Modul (ÜM) funktional gesehen zumindest teilweise redundant ausgebildet ist, und dass das Modul (ÜM) eine Überwachungsfunktionalität aufweist, die anhand der redundanten Ausbildung für zumindest eine Funktion des Schalters (1a) einen Plausibilitätsvergleich durchführt und prüft, ob die entsprechende Funktion sichergestellt ist und bei nicht sichergestellter Funktion zumindest eine Aktion auslöst.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (2) als Schlitz (2a) ausgebildet ist
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsfunktionalität zusätzliche Überwachungen umfasst.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit einen transformatorischen Stromwandler aufweist, der an dem Leiter angeordnet ist.

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