DE102013203985A1

DE102013203985A1 - Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen

Info

Publication number: DE102013203985A1
Application number: DE102013203985.9A
Authority: DE
Inventors: Mario Dankert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-11
Also published as: CN105830190B; US10147566B2; EP2904627B1; WO2014135363A1; CN105830190A; US20150364272A1; EP2904627A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Leistungsschalter für Niederspannungen, mit mechanisch trennbaren Kontaktelementen, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen und über die ein zu überwachender Strom durch den Schalter fließt, mit einer elektronischen Auslöseeinheit, welche jeweils eine Kontaktmechanik auslöst, wenn eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist, wobei die Trennung der Kontaktelemente im Auslösefall und das Einschalten des Schalters mittels der Kontaktmechanik erfolgt, und mit einer Versorgungseinheit, welche dem durch den Schalter fließenden Strom eine erste elektrische Energie zur Energieversorgung der Auslöseeinheit entnimmt. Um die Energieversorgung auch beim Schalten auf einen Kurzschluss sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist, die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in eine zweite elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Einschaltens mit elektrischer Energie versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungsschalter für Niederspannungen sind bekannt und dienen zum Schutz von elektrischen Netzen und dergleichen. Sie weisen mechanisch trennbare Kontaktelemente auf, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen. Der zu überwachende Strom fließt durch den Schalter und über die Kontaktelemente. Eine elektronische Auslöseeinheit prüft jeweils, ob eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist. Bei erfüllter Strombedingung wird die Trennung der Kontaktelemente ausgelöst. Eine Kontaktmechanik dient zur Trennung der Kontaktelemente im Auslösefall sowie zum Einschalten des Schalters, d. h. zum Verbinden der voneinander getrennten Kontaktelemente.
Zur Energieversorgung der Auslöseeinheit wird dem durch den Schalter fließenden elektrischen Strom mittels eines Stromwandlers jeweils die benötigte elektrische Energie entnommen, d.h. die Auslöseeinheit ist eigenversorgt. Sie entnimmt ihre elektrische Energie also aus dem Netz, welches der Leistungsschalter schützen soll.
Das Schalten auf einen Kurzschluss stellt für die Energieversorgung der elektronischen Auslöseeinheit den schlimmsten Fall dar. Innerhalb kürzester Zeit muss der Stromwandler dann die Energie für die (Elektronik der) Auslöseeinheit bereitgestellt, der Strom gemessen und ausgewertet sowie ein Auslösesignal generiert werden. Für diesen Fall müssen die Stromwandler entsprechend ausgelegt werden.
Im Falle eines Gleichstrom-Netzes kann für das Schalten auf einen Kurzschluss ein induktiver Stromwandler verbaut werden, um die Energieversorgung der Auslöseeinheit zu gewährleisten.
Nachteilig ist dabei, dass die Energieversorgung, die für den Normalbetrieb ausgelegt ist, nicht immer sicherstellen kann, dass jeweils, also auch bei anderen Betriebsbedingungen, ausreichend Energie zur Verfügung steht.
Die Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist (zusammenwirkt), die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Einschaltens mit Energie versorgt.
Zweckmäßigerweise ist die Umwandlungseinheit als elektrischer Generator ausgebildet.
Bei einer technisch einfachen Ausführung ist der Generator an der Kontaktmechanik angeordnet.
Um die erzeugte elektrische Energie der Umwandlungseinheit besser nutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Umschalteinheit einen Energiespeicher auflädt.
Im einfachsten Fall ist der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet.
Die Umwandlungseinheit ist derart bemessen, dass die erzeugte elektrische Energie jeweils ausreicht, um beim Einschalten zu prüfen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung den Schalter auszulösen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Der Schalter ist als Leistungsschalter für Niederspannungen ausgebildet und weist (allgemein für jede Stromphase) je einen Kontakt auf, der aus mechanisch trennbaren Kontaktelementen in Form von Kontaktstücken gebildet ist. Eines der beiden Kontaktstücke ist feststehend, während das andere beweglich angeordnet ist. Die Kontaktstücke liegen bei geschlossenem Schalter aneinander an. Der Strom fließt über Anschlussfahnen und die aneinander anliegenden Kontaktstücke durch den Schalter.
Eine elektronische Auslöseeinheit erfasst über einen Energiewandler (insbesondere Stromwandler) die jeweils durch den Schalter fließende elektrische Energie. Wenn diese eine vorgegebene Energieschwelle überschreitet, also eine vorgegebene Energiebedingung (bzw. Strombedingung) erfüllt ist, löst die Auslöseeinheit aus und die Kontaktstücke werden voneinander getrennt, d.h. das bewegliche Kontaktelement wird von dem feststehenden abgehoben.
Das Trennen der Kontaktstücke erfolgt mittels einer Kontaktmechanik in Form eines Schaltschlosses, das mit Hilfe eines Federspeichers (Energiespeichers) gespannt wird. Das Schaltschloss weist eine Schaltwelle auf, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Zum Spannen des Schaltschlosses wird die Schaltwelle gegen die Kraft des Federspeichers um ihre Längsachse gedreht und in ihrer Endstellung verrastet.
Zur Energieversorgung der Auslöseeinheit im laufenden Betrieb dient eine Versorgungseinheit. Diese entnimmt der elektrischen Energie, die durch den Schalter fließt, einen (relativ kleinen) Anteil.
An der Schaltwelle ist eine Umwandlungseinheit angeordnet, die als elektro-magnetischer Generator ausgebildet ist. Der Generator umfasst einen feststehenden und einen beweglichen Teil, wobei letzterer fest auf der Schaltwelle sitzt.
Eine Drehbewegung der Schaltwelle, wie sie beim Einschalten des Schalters erfolgt, führt auf diese Weise zur Umwandlung von mechanischer Drehbewegungs-Energie in elektrische Energie. D.h., dass beim Einschalten jeweils ein Teil der aufzubringenden mechanischen Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die generierte elektrische Energie lädt einen Energiespeicher in Form eines elektrischen Kondensators auf.
Generator und Kondensator sind so dimensioniert, dass die elektrische Energie jeweils ausreicht, um die Auslöseeinheit beim Einschalten prüfen zu lassen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung das mechanisch vorgespannte Schaltschloss und damit den Schalter auszulösen.

Claims

Schalter mit mechanisch trennbaren Kontaktelementen, die bei geschlossenem Schalter aneinander anliegen und über die ein zu überwachender Strom durch den Schalter fließt, mit einer elektronischen Auslöseeinheit, welche jeweils eine Kontaktmechanik auslöst, wenn eine vorgegebene Strombedingung erfüllt ist, wobei die Trennung der Kontaktelemente im Auslösefall und das Einschalten des Schalters mittels der Kontaktmechanik erfolgt, und mit einer Versorgungseinheit, welche dem durch den Schalter fließenden Strom eine erste elektrische Energie zur Energieversorgung der Auslöseeinheit entnimmt, dadurch gekenzeichnet, dass die Kontaktmechanik mit einer Umwandlungseinheit gekoppelt ist, die einen Teil der beim Einschalten aufzubringenden mechanischen Energie in eine zweite elektrische Energie umwandelt, welche die Auslöseeinheit jeweils während des Einschaltens mit elektrischer Energie versorgt.
Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass die Umwandlungseinheit als elektrischer Generator ausgebildet ist.
Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekenzeichnet, dass der Generator an der Kontaktmechanik angeordnet ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekenzeichnet, dass die Umwandlungseinheit einen Energiespeicher auflädt.
Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekenzeichnet, dass der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet ist.
Schalter nach einem der Ansprüche 1–5 dadurch gekenzeichnet, dass die zweite elektrische Energie jeweils ausreicht, um beim Einschalten zu prüfen, ob die Strombedingung erfüllt ist, und bei erfüllter Strombedingung den Schalter auszulösen.