DE102014218910A1

DE102014218910A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE102014218910A1
Application number: DE102014218910.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Braun
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-03-24

Abstract

Zur Unterbrechung eines ersten elektrischen Stromkreises weist ein Leistungsschalter mindestens einen ersten elektrischen Leiter für den zu unterbrechenden ersten elektrischen Stromkreis auf. Ferner ein zweites elektrisches Leiterpaar für einen nicht zu unterbrechenden zweiten Stromkreis für eine Versorgungsspannung, mindestens ein elektronisches Modul, das mit der Versorgungsspannung versorgt wird, ein Kommunikationsmodul, das Kommunikationssignale zur Kommunikation mit mindestens einem weiteren elektrischen Gerät abgibt. Das Kommunikationsmodul ist mit einem Powerline-Modul verbunden, so dass Kommunikationssignale zum Powerline-Modul übertragen werden und dass das Powerline-Modul Powerline-Kommunikationssignale in das zweite elektrische Leiterpaar einkoppelt, die zu den an dem zweiten elektrischen Leiterpaar angeschlossenen Geräten übertragbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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 über eine vorgegebene Zeit halten und sicher ausschalten. Es gibt Leistungsschalter mit verschiedenen Polzahlen, wie einpolig, zweipolig, dreipolig vierpolig usw.
Abgesehen von der Verwendung als einfaches Schaltelement werden Leistungsschalter als Netzschutz bei Fehlern wie Kurzschluss, Überstrom oder Erdschluss eingesetzt.
Leistungsschalter werden insbesondere in der Niederspannungstechnik, d.h. für Spannungen bis 1000 Volt, maximal bis 2000 Volt eingesetzt. Leistungsschalter können beispielsweise sein: Kompaktleistungsschalter, respektive Moulded Case Circuit Breaker, offene Leistungsschalter, respektive Air Circuit Breaker, Leitungsschutzschalter, respektive Miniatur Circuit Breaker, Fehlerstromschutzschalter, respektive Residual Current Devices, Störlichtbogenschalter bzw. Brandschutzschalter, respektive Arc Fault Detection Devices usw.
Leistungsschalter werden in der Energieverteilung in verschiedenen Verteilungsebenen wie Hauptverteilung, Unterverteilung usw. eingesetzt. Sie werden üblicherweise für Ströme von 100 Ampere bis 1000 Ampere und weiter bis zu 10000 Ampere eingesetzt. Ihr Einsatzbereich kann die genannten Stromstärken aber auch unter- bzw. überschreiten.
Leistungsschalter weisen verschiedene elektronische Komponenten auf, die über eine separate Stromversorgung mit Energie versorgt werden. Leistungsschalter weisen mittlerweile zahlreiche Funktionen auf und stellen Informationen zur Verfügung, die an andere Schalter bzw. Steuerungssysteme übertragbar sind. Üblicherweise werden diese Informationen über ein separates Kommunikationsnetz übertragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungsschalter der eingangs beschriebenen Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Kommunikation nicht über separate Kommunikationsleitungen, auch nicht über die elektrischen Leiter des elektrischen Stromkreises, sondern über das Leiterpaar für die Versorgungsspannung für die elektronischen Module zu übertragen. Dazu ist ein Powerline-Modul, wie ein Power Line Communication Modul, kurz PLC-Modul, vorgesehen, dass die empfangenen Kommunikationssignale bzw. zu sendenden Informationen in Powerline-Kommunikationssignale bzw. PLC-Signale umsetzt und auf das Leiterpaar für die Versorgungsspannung aufkoppelt bzw. einkoppelt.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass einerseits separate Kommunikationsleitungen entfallen können und andererseits die elektrischen Leiter für den zu schützenden und zu unterbrechenden elektrischen (Stark-)Stromkreis nicht verwendet werden müssen, da diese einerseits unterbrochen werden können, anderseits auf Grund der angeschlossenen Verbraucher und teilweise unbekannten weiteren Netzstruktur zahlreiche Störsignale und problematische Impedanzen aufweisen kann.
Erfindungsgemäß wird die Versorgungsspannungsebene, die eine Art separates Stromnetz bildet, das nicht mit externen Geräten verbunden ist, verwendet. Die Versorgungsspannungsebene ist üblicherweise eine Kleinspannung, mit Spannungen von 24 Volt, 12 Volt, 48 Volt, 60 Volt, usw. Häufig werden auch Gleichspannungen der genannten Höhe verwendet.
Das Powerline-Modul ist üblicherweise als Transceiver ausgeführt, d.h. es kann sowohl Signale bzw. Informationen empfangen als auch aussenden, so dass eine bidirektionale Kommunikation möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Kondensator ein Widerstand in Serie geschaltet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Kontaktierung zu einem Leiterpaar, dass eine höhere Spannung führt, möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung zur Kommunikation zwischen zwei Geräten,
2 eine weitere Darstellung zur Kommunikation zwischen zwei Geräten,
3 eine Darstellung zur Kommunikation zwischen zwei benachbarten elektrischen Geräten.
1 zeigt ein erstes elektrisches Gerät 1 und ein zweites elektrisches Gerät 2. Die elektrischen Geräte 1 und 2 weisen einen Block 3 auf, der ein Powerline-Modul ist. In diesem werden Powerline-Kommunikationssignale erzeugt und empfangen. Mit diesem Powerline-Modul 3 bzw. Powerline-Transceiver ist ein bidirektionaler Datenaustausch zu einem anderen Powerline-Modul 3 möglich. Das Powerline-Modul 3 ist über mindestens eine Kapazität bzw. einen Kondensator 5 an ein elektrisches Leiterpaar 6, das zwischen den Geräten als Zweidrahtleitung ausgeführt sein kann, angeschlossen. Über das elektrische Leiterpaar 6 wird eine Versorgungsspannung, wie eine Kleinspannung, die eine Wechsel oder Gleichspannung sein kann, übertragen. Diese Versorgungsspannung wird über mindestens eine Induktivität bzw. Spule 4 ein- oder ausgekoppelt. Am anderen Ende der Induktivität bzw. Spule 4 ist ein nicht gezeichnetes elektronisches Modul bzw. eine Stromversorgung für die Versorgungsspannung angeschlossen. Gerät 2 ist in analoger Weise wie Gerät 1 aufgebaut.
2 zeigt eine Anordnung gemäß 1 mit dem Unterschied, dass jeder Kondensator einen in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand 7 aufweist.
3 zeigt eine Anordnung, bei der ein Leistungsschalter MCCB mit einem elektrischen Gerät, im Beispiel einem Fehlerstromschutzschalter RCD, nebeneinander angeordnet ist. Erste elektrische Leiter eines zu unterbrechenden Stromkreises sind als stromführende Schienen 30 respektive Busbar 30 durch beide Geräte geführt und führen eine elektrische Wechselspannung, die geschützt bzw. unterbrochen werden soll.
Der Leistungsschalter MCCB weist ein erstes Modul 10 auf, das an ein zweites elektrisches Leiterpaar 40 für eine Versorgungsspannung angeschlossen ist. Dieses zweite Leiterpaar 40 ist zu einem elektrischen Gerät, im Beispiel dem Fehlerstromschutzschalter RCD geführt. Hier ist das zweite Leiterpaar 40 mit einem zweiten Modul 20 verbunden. Das erste Modul 10 und das zweite Modul 20 enthalten die in 1 bzw. 2 gezeigten Induktivitäten und Kapazitäten, ferner das genannte Powerline-Modul. Das erste Modul 10 und das zweite Modul 20 sind mit einem in 3 nicht dargestellten Kommunikationsmodul für die Kommunikationssignale sowie elektronischen Modul für die Versorgungsspannung verbunden. Ferner ist mindestens eines der beiden Module 10, 20 mit einer Stromversorgung für die Versorgungsspannung verbunden.
4 zeigt eine Anordnung gemäß der vorherigen Figuren mit einem ersten elektrischen Gerät 1, beispielsweise ein Leistungsschalter MCCB, der mit einem zweiten elektrischen Gerät 2, beispielsweise ein weiterer Leistungsschalter oder ein Fehlerstromschutzschalter RCD, verbunden ist. Die Verbindung erfolgt durch das zweite elektrische Leiterpaar 6, beispielsweise durch eine Zweidrahtleitung. Das erste und zweite Gerät 1, 2 weisen stromführende Leiter bzw. Schienen 30 für den zu schützenden bzw. zu unterbrechenden Stromkreis auf. Die Unterbrechung der ersten stromführenden Leiter 30 erfolgt mit Kontakten 400.
Im ersten Gerät 1 ist an jeden Leiter des zweiten elektrischen Leiterpaares 6 je eine Induktivität bzw. Spule 4 angeschaltet. Nach der Induktivität bzw. Spule 4 ist geräteintern das Leiterpaar mit einer Stromversorgungseinheit 200, für die Versorgungsspannung, und mit mindestens einem elektronischen Modul 300 verbunden.
Ferner ist im ersten Gerät 1 an jedem Leiter des Leiterpaares 6 je eine Kapazität bzw. Kondensator 5 angeschaltet. Nach der Kapazität ist ein Powerline-Modul 3 angeschlossen, das wiederum mit einem Kommunikationsmodul 100 verbunden ist.
Das Powerline-Modul 3 wandelt die Kommunikationssignale des Kommunikationsmodules 100 in Powerline-Kommunikationssignale um und koppelt sie mittels der Kapazität bzw. Kondensatoren 5 auf das zweite elektrische Leiterpaar, wo sie zum zweiten elektrischen Gerät 2 bzw. weiteren an das zweite Leiterpaar 6 angeschlossenen Geräten 500 übertragen werden.
Das zweite Gerät 2 ist in analoger Weise aufgebaut, mit dem Unterschied, dass keine Stromversorgungseinheit 200 vorgesehen ist. An Stelle dessen weist es zwei elektronische Module 300 auf.
Am zweiten elektrischen Leiterpaar 6 für eine Versorgungsspannung können weitere elektrische Geräte 500 angeschlossen sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kommunikation auf der Zweidrahtleitung für die Versorgungsspannung über eine Powerline Communication bzw. PLC-artige Kommunikation durchgeführt wird.

Claims

Leistungsschalter zur Unterbrechung eines ersten elektrischen Stromkreises, mit mindestens einem ersten elektrischen Leiter 30 für den zu unterbrechenden ersten elektrischen Stromkreis, mit einem zweiten elektrischen Leiterpaar 6 für einen nicht zu unterbrechenden zweiten Stromkreis für eine Versorgungsspannung, mit mindestens einem elektronischen Modul 300, das mit der Versorgungsspannung versorgt wird, mit einem Kommunikationsmodul 100, das Kommunikationssignale zur Kommunikation mit mindestens einem weiteren elektrischen Gerät abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul 100 mit einem Powerline-Modul 3 verbunden ist, so dass Kommunikationssignale zum Powerline-Modul 3 übertragen werden und dass das Powerline-Modul 3 Powerline-Kommunikationssignale in das zweite elektrische Leiterpaar 6 einkoppelt, die zu den an dem zweiten elektrischen Leiterpaar 6 angeschlossenen Geräten übertragbar sind.
Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Powerline-Modul 3 derart ausgestaltet ist, dass die Powerline-Kommunikationssignale mittels mindestens einer Kapazität 5 auf das zweite Leiterpaar 6 für die Versorgungsspannung eingekoppelt werden.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen elektronischen Modul 300 und zweiten Leiterpaar 6 mindestens eine Induktivität 4 zwischengeschaltet ist.
Leistungsschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapazität 5 ein Widerstand 7 in Serie geschaltet ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter ein Kompaktleistungsschalter respektive Moulded Case Circuit Breaker ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät ein weiterer Leistungsschalter und/oder ein Fehlerstromschutzschalter ist.
Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Geräte und/oder Leistungsschalter und/oder Fehlerstromschutzschalter mit dem zweiten Leiterpaar 6 in Verbindung sind.