DE102014217292A1

DE102014217292A1 - Leistungsschalter zur Unterbrechung eines Stromkreises

Info

Publication number: DE102014217292A1
Application number: DE102014217292.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schwinn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-03
Also published as: US20160064915A1; CN105390351A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter zur Unterbrechung eines Stromkreises, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters den elektrischen Stromkreis unterbricht. Der Mikrocontroller des elektronischen Auslösers ist mit einem Funkmodul verbunden, das zumindest zeitweise drahtlos mit einem Endgerät in Verbindung steht. Der Mikrocontroller, das Funkmodul und das Endgerät sind derart ausgestalt, dass am Endgerät Schutzparameter anzeigbar und einstellbar sowie Betriebszustände anzeigbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Endgerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 17, ein Softwareprogrammprodukt und ein System.
Leistungsschalter sind spezielle Schalter, die für das Schalten hoher Ströme ausgelegt sind. Sie können nicht nur Betriebsströme und geringe Überlastströme schalten, sondern auch bei Fehlern hohe Überlastströme bzw. Kurzschlussströme schalten. Ferner Fehlerströme eine vorgegebene Zeit halten und sicher ausschalten. Es gibt Leistungsschalter mit verschiedenen Polzahlen, wie einpolig, zweipolig, dreipolig oder vierpolig usw. Abgesehen von der Anwendung als einfaches Schaltelement werden Leistungsschalter als Netzschutz bei Fehlern wie Kurzschluß, Überstrom, Leckstrom oder Erdschluss eingesetzt.
Leistungsschalter, wie z.B. Kompaktleistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker, offene Leistungsschalter respektive Air Circuit Breaker, werden in der Energieverteilung in verschiedenen Verteilungsebenen, wie Hauptverteilung, Unterverteilung, eingesetzt. Um die Leistungsschalter in ihrer Aufgabe zum Schutz der Energieverteilung und der Verbraucher zu optimieren, können Schutzparameter, z.B. zum Schutz vor Überlast, kurzzeitverzögertem Kurzschlussschutz, unverzögertem Kurzschlussschutz, Schutz vor Leckströmen gegen Erde, Schutz des Neutralleiters, usw., eingestellt werden. Diese Schutzparameter sind am Gerät hinsichtlich ihrer Art und Größe einstellbar. Damit keine unberechtigten Personen die eingestellten Parameter verändern können, sind die entsprechenden Einstellelemente durch eine Plombe bzw. Plombiereinrichtung gesichert.
Bekannt sind mechanischen Einstellmöglichkeiten der Parameter eines Auslösers, wie einer Electronic Trip Unit, kurz ETU, des Leistungsschalters z.B. durch Drehkodierschalter. Nachteilig sind hierbei die sehr teuren Komponenten, die Produktion und der Test der Drehkodierschalter auf der Platine sowie die limitierten Einstellmöglichkeiten auf Grund des beschränkten Platzes auf dem Auslöser (wenig Parameter, große Intervallschritte).
Des Weiteren bekannt sind Einstellmöglichkeiten eines Auslösers mittels Drucktasten und Display bzw. Anzeige. Nachteilig sind hierbei auch die großen Kosten für ein Display. Ferner ist die Verwendbarkeit eines Displays bei hohen und sehr niedrigen Temperaturen häufig nicht möglich. Weiterhin können im Display oft nur sehr wenige Daten bzw. Parameter angezeigt werden oder es ist eine sehr komplizierte Menüstruktur notwendig, die nachteilig ist für Bediener, insbesondere, wenn diese die Parameter nur selten einstellen.
Sowohl mechanische Einstellmöglichkeiten, z.B. mittels Drehkodierschalter, als auch die Einstellung durch Tasten und Display erfordern häufig weitere Komponenten und Abschirmungen, beispielsweise hinsichtlich Elektromagnetischer Verträglichkeit, kurz EMV. Diese verteuern die Produktion eines Auslösers bzw. eine ETU.
Schaltgeräte, insbesondere Leistungsschalter, können unterschiedliche Betriebszustände bzw. Stati einnehmen, wie Ein, Aus, Ausgelöst. Ferner können sie weitere Informationen zum Schalterstatus, z.B. Grund der Auslösung, Hinweise auf Wartung, etc., bereitstellen und anzeigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzeige von Betriebszuständen oder/und das Einstellen und die Anzeige von Schutzparametern eines Leistungsschalters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Einstellens und der Anzeige von Schutzparametern durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 3, hinsichtlich der Anzeige von Betriebszuständen durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 oder 3 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Endgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 oder 18, durch ein Softwareprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
Erfindungsgemäß weist der Leistungsschalter ein Funkmodul auf, das mit dem Mikrocontroller des elektronischen Auslösers verbunden ist, und zumindest zeitweise drahtlos mit einem Endgerät verbindbar ist. Diese Anordnung ist derart ausgestaltet, dass mittels eines Endgerätes Schutzparameter anzeigbar und einstellbar sind bzw. Betriebszustände des Schalters anzeigbar sind. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Anzeige und Einstellelemente am Leistungsschalter entfallen können. Ferner werden keine Leitungen zum Anschluss eines externen Endgerätes bzw. zu einem Steuer- oder Anzeigegerät benötigt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Endgerät ein mobiles Endgerät, wie beispielsweise ein Smartphone, Laptop, etc. Auf diesem Endgerät ist neben einer weiteren Funkfunktion ein Softwareprogrammprodukt vorgesehen, dass derart ausgestaltet ist, dass Betriebszustände angezeigt und/oder Schutzparameter angezeigt und eingestellt werden können. Die Anzeige und/oder Einstellung kann durch ein im Endgerät und/oder Leistungsschalter gesetztes Passwort gesichert sein. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Servicetechniker oder Inbetriebnehmer die Betriebszustände bzw. Schutzparameter, kurz Daten, bequem auslesen und einstellen kann. Dabei kann beispielsweise die Größe der Darstellung, durch z.B. verschiedene Schriftarten, beliebig angepasst werden.
Ferner können die Daten auf dem Display des Endgerätes detaillierter angezeigt und feiner eingestellt werden. Die Granularität kann durch die verwendete Software erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Endgerät ein stationäres Endgerät. Beispielsweise eine Anzeige des Betriebszustandes bzw. der Schutzparameter im Raum, in dem der Leistungsschalter angeordnet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine übersichtliche und schnelle Anzeige der Daten ermöglicht wird, ohne im ersten Schritt den Leistungsschalter direkt aufzusuchen. Des Weiteren ist eine leitungslose Installation möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das stationäre Endgerät an einem Schaltschrank angeordnet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Anzeige der Daten eines Leistungsschalters ermöglicht wird, ohne z.B. den Schaltschrank zu öffnen, in dem sich der Leistungsschalter befindet. Ferner ist eine Installation ohne aufwändige Leistungsverlegung möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die drahtlose Verbindung eine Bluetooth Verbindung. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine häufig zur Verfügung stehende drahtlose Technologie für die Übertragung zur Verfügung steht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die drahtlose Verbindung verschlüsselt bzw. sind die Daten der Verbindung verschlüsselt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Manipulation der Anzeigedaten bzw. einzustellenden Parameter erschwert ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzeige und/oder Einstellung der Schutzparameter gesichert, z.B. durch ein Passwort. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Anzeige der Daten bzw. Veränderung der Parameter nur berechtigten Personen ermöglicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Leistungsschalters
2 eine Darstellung eines Auslösers mit mechanischen Einstellmöglichkeiten
3 eine Darstellung eines Auslösers mit einem Display
4 eine Darstellung eines Endgerätes
1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Leistungsschalters LS, aufweisend eine elektronischen Auslöser ETU, wie beispielsweise eine elektronische Trip Unit. Diese weist einen nicht dargestellten Mikroprozessor auf. Erfindungsgemäß weist der Leistungsschalter ein Funkmodul FM auf, das mit dem Auslöser ETU bzw. dem Mikrocontroller des Auslösers in Verbindung steht. Das Funkmodul steht andererseits zumindest zeitweise drahtlos mit einem in 1 nicht dargestellten Endgerät in Verbindung. Diese Verbindung kann direkt erfolgen, aber auch indirekt, beispielsweise über ein (nicht dargestelltes) Kommunikationsnetz, wie z.B. ein Mobilfunknetz, Wireless-LAN-Netz, Mesh- und/oder Ad-Hoc Netz, mit weiteren Netzknoten und / oder Komponenten, etc.
Der Leistungsschalter ist in mindestens einem nicht dargestellten elektrischen Stromkreis angeordnet und unterbricht diesen, falls ein einstellbarer Schutzparameter, wie beispielsweise ein Überstrom, Kurzschlussstrom, Leckstrom oder/und Erdschlussstrom, der über einem Schwellwert liegt, auftritt.
Der Leistungsschalter kann beispielsweise ein offener Leistungsschalter respektive Air Circuit Breaker sein. Der Leistungsschalter kann beispielsweise ein Kompaktleistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker sein. Der Leistungsschutzschalter kann beispielsweise ein Leitungsschutzschalter respektive Miniatur Circuit Breaker sein.
2 zeigt eine Darstellung eines Bedienteiles eines Auslösers mit mechanischen Einstellmöglichkeiten für Schutzparamater. Die Schutzparameter des Leistungsschalters können hierbei mit Drehkodierschaltern DKS1, DKS2, DKS3, DKS4 eingestellt werden.
3 zeigt eine Darstellung eines Bedienteiles eines Auslösers mit einem Display DISP und Menütasten TAST zur Anzeige und Einstellung der Schutzparameter. Betriebszustände können über das Display DISP und/oder über lichtemittierende Anzeigeelemente angezeigt werden.
4 zeigt eine Darstellung eines Endgerätes EG, das beispielsweise mit dem Funkmodul FM gemäß 1 in Verbindung steht. Das Endgerät ist im Beispiel gemäß 4 ein Smartphone mit einer großen Anzeige- und Bedienoberfläche. Hier können zahlreiche Betriebszustände und Schutzparameter in beliebiger Auflösung angezeigt bzw. eingestellt werden. Auf dem Endgerät ist ein Softwareprogrammprodukt installiert, das Daten, wie Betriebszustände und Schutzparameter, anzeigt. Ferner können Schutzparameter in veränderter Form an den Leistungsschalter übermittelt werden. Das Softwareprogrammprodukt kann beispielsweise eine so genannte APP sein.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung nochmals erläutert werden.
Der elektronische Auslöser erhält eine Funkfunktion, beispielsweise ausschließlich für den Nahbereich. Über diese werden die Daten zu einem Endgerät, z.B.: ein mobiles Endgerät gesendet. Auf dem Endgerät, z.B. ein Smartphone oder Tablet, wird eine Softwareprogrammprodukt bzw. eine Software bereitgestellt, mit der die Daten des Auslösers gelesen, dargestellt und ggfs. verändert werden können. Die veränderten Daten können an den Leistungsschalter übermittelt werden. Dadurch können mechanische Komponenten, wie Display bzw. Drehkodierschalter, am Leistungsschalter entfallen. Der elektronische Auslöser des Leistungsschalters kann deutlich vereinfacht werden.
Das Funkmodul bzw. die Funk-Kommunikationsschnittstelle kann dazu benutzt werden, eine temporäre oder dauerhafte Kommunikation zu einem festen Empfangsgerät, z.B. an oder in einem Schaltschrank, zu halten. Dieses Empfangsgerät kann auch Mittler zu bzw. in einem standortweiten Energiemanagement und/oder Energieleitsystem sein. Weiterer Vorteil ist hier, dass die Verdrahtung entfällt bzw. vereinfacht wird.
Beispiel für eine Funktechnologie im Nahbereich wäre z.B. Bluetooth. Dieses wäre bereits in Smartphones bzw. Tablets als mögliche Endgeräte enthalten. Mit einem Smartphone, einem Softwareprogrammprodukt bzw. Software, die eine einfache Parametrierung ermöglicht, und einer Bluetooth-Verbindung ist eine Realisierung möglich.
Der Vorteil besteht im Ersatz der teuren Einstellmöglichkeiten der Parameter des Auslösers mittels mechanischer Einrichtungen bzw. Display an der Front durch eine Funkoption zu einem Endgerät. Dadurch ist eine einfache Parametrierung über Software-Oberflächen möglich, größere Schriftarten sind verwendbar, es können mehr Parameter eingestellt werden und in feinerer Granularität. Eine Kommunikationsverdrahtung kann entfallen.
Das Funkmodul bzw. die Funkkommunikation kann genutzt werden, um Statusmeldungen, wie Ein, Aus, Ausgelöst, sowie Warnungen und Messwerte, wie Strom, Spannung, Energie, an ein übergelagertes Managementsystem, wie ein Automatisierungssystem oder Energiemanagementsystem, zu übertragen.
Der elektronische Auslöser kann deutlich vereinfacht werden. Dadurch dass die Einstellmöglichkeiten an der Front entfallen, sind hierfür keine EMV Maßnahmen erforderlich.

Claims

Leistungsschalter zur Unterbrechung mindestens eines elektrischen Stromkreises, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters den elektrischen Stromkreis unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller des elektronischen Auslösers mit einem Funkmodul verbunden ist, das zumindest zeitweise drahtlos mit einem Endgerät verbindbar ist, und dass der Mikrocontroller und das Funkmodul derart ausgestalt sind, dass an das Endgerät anzeigbare und einstellbare Schutzparameter übermittelbar sind.
Leistungsschalter zur Unterbrechung mindestens eines elektrischen Stromkreises, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters den elektrischen Stromkreis unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller des elektronischen Auslösers mit einem Funkmodul verbunden ist, das zumindest zeitweise drahtlos mit einem Endgerät verbindbar ist, und dass der Mikrocontroller und das Funkmodul derart ausgestalt sind, dass an das Endgerät Betriebszustände des Leistungsschalters übermittelbar sind.
Leistungsschalter zur Unterbrechung mindestens eines elektrischen Stromkreises, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters den elektrischen Stromkreis unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller des elektronischen Auslösers mit einem Funkmodul verbunden ist, das zumindest zeitweise drahtlos mit einem Endgerät verbindbar ist, und dass der Mikrocontroller und das Funkmodul derart ausgestalt sind, dass an das Endgerät anzeigbare und einstellbare Schutzparameter sowie anzeigbare Betriebszustände übermittelbar sind.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter ein Kompaktleistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter ein offener Leistungsschalter respektive Air Circuit Breaker ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschutzschalter ein Leitungsschutzschalter respektive Miniatur Circuit Breaker ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Verbindung eine Bluetooth Verbindung ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Verbindung verschlüsselt ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige und/oder Einstellung der Schutzparameter gesichert ist.
Endgerät mit ersten Mitteln, die derart eingerichtet sind, das zumindest zeitweise eine drahtlose Verbindung zu einem weiteren Endegerät und/oder Funkmodul durchführbar ist, mit zweiten Mitteln, die derart ausgestaltet sind, das mittels der drahtlosen Verbindung übermittelte Daten darstellbar sind, dass die Mittel ferner derart ausgestaltet sind, mit einem Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zusammenzuwirken.
Endgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel derart ausgestaltet sind, dass dargestellte Daten zumindest teilweise in veränderter Form an den Leistungsschalter rückübermittelbar sind.
Endgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel derart ausgestaltet sind, dass die Darstellung der Daten und/oder Veränderung der Daten durch ein Softwareprogrammprodukt realisiert sind.
Endgerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät ein mobiles Endgerät ist.
Endgerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät ein stationäres Endgerät ist.
Endgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Endgerät an einem Schaltschrank angeordnet ist.
Endgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Endgerät funktional in einen Energiemanagement-Leitsystem integriert ist.
Verfahren für einen Leistungsschalter, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters mindestens einen elektrischen Stromkreis unterbricht, und ein Endgerät, dadurch gekennzeichnet, dass über eine drahtlose Verbindung zwischen einem mit dem Mikrocontroller des elektronischen Auslösers in Verbindung stehendem Funkmodul und dem Endgerät am Endgerät anzeigbare und einstellbare Schutzparameter des Leistungsschalters übermittelt werden.
Verfahren für einen Leistungsschalter, aufweisend einen einen Mikrocontroller enthaltenden elektronischen Auslöser, der bei Erreichen mindestens eines einstellbaren Schutzparameters mindestens einen elektrischen Stromkreis unterbricht, und ein Endgerät, dadurch gekennzeichnet, dass über eine drahtlose Verbindung zwischen einem mit dem Mikrocontroller des elektronischen Auslösers in Verbindung stehendem Funkmodul und dem Endgerät am Endgerät anzeigbare Betriebszustände des Leistungsschalters übermittelt werden.
Softwareprogrammprodukt für ein Endgerät, das derart eingerichtet ist, dass die Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16 und/oder das Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 durchführbar ist.
System bestehend aus einem Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Softwareprogrammprodukt nach Anspruch 19.