DE102015210479B4

DE102015210479B4 - Leistungsschalter für einen elektrischen Stromkreis

Info

Publication number: DE102015210479B4
Application number: DE102015210479.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hüntemeier; Henry Franke; Stefan Häbel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN106253204A; US20160365214A1; DE102015210479A1; CN106253204B; US9991079B2

Abstract

Leistungsschalter (LS) zum Schutz eines elektrischen Stromkreises, aufweisend eine Serienschaltung mit- einer Messeinheit (IM), zur Ermittlung von Messwerten des elektrischen Stromkreises,- einer austauschbaren Auslöseeinheit (ETU), zur Ermittlung der Überschreitung von Grenzwerten der Messwerte,- einer Schalteinheit (SCH), zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises,die derart ausgestaltet sind, dass beim Überschreiten von Grenzwerten eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt;- einem mit der Auslöseeinheit (ETU) verbundenem Schalter-Kenn-Modul (SKM), in dem in einem ersten Speicherbereich Kenndaten des Leistungsschalters gespeichert sind,wobei die Auslöseeinheit (ETU) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind, dass zumindest bei einem Austausch einer verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) durch eine neue Auslöseeinheit (ETU2) die Kenndaten des Leistungsschalters in die neue Auslöseeinheit (ETU2) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,dass das Schalter-Kenn-Modul (SKM) einen weiteren Speicherbereich aufweistund die Auslöseeinheit (ETU1, ETU2) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind, dass- Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) zum Schalter-Kenn-Modul (SKM) übertragen und dort im weiteren Speicherbereich gespeichert werden und- bei einem Einsatz einer neuen Auslöseeinheit (ETU2) die Kenndaten und die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vom Schalter-Kenn-Modul (SKM) zur neuen Auslöseeinheit (ETU2) übertragen werden,- dass die Auslöseeinheit (ETU1, ETU2) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind,dass die Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) zyklisch zum Schalter-Kenn-Modul (SKM) übertragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter für einen elektrischen Stromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Leistungsschalter sind ein wichtiger Teil der elektrischen Infrastruktur bzw. von elektrischen Anlagen und werden in jeder größeren (Niederspannungs-)Energieverteilung eingesetzt. Mit Niederspannungsenergieverteilung bzw. Niederspannungstechnik sind elektrische Installationen bzw. Stromkreise für Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Hier werden Leistungsschalter, wie insbesondere offene oder geschlossene (Niederspannungs-)Leistungsschalter besonders häufig eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter bezeichnet. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit bezeichnet, gemeint.
Der Ausfall eines Leistungsschalters, insbesondere eines offenen Leistungsschalters, kann einem großen finanziellen Schaden bedeuten. So kommt es z.B. zu Produktionsausfallen, Bürogebäude sind ohne Energie, Fahrstühle bleiben stecken, Lüftungen fallen aus und so weiter. Ziel ist deshalb einen Leistungsschalter bereitzustellen, der möglichst wenig oder keine Ausfallzeit hat. Eine Maßnahme hierzu sind Leistungsschalter, bei denen die elektronische Auslöseeinheit austauschbar ist. D.h. bei einem Elektronikfehler ist die Auslöseeinheit vom Betreiber bzw. einem Servicetechniker austauschbar.
Problematisch hierbei ist, dass an jeder Auslöseeinheit eines Leistungsschalters anlagenspezifische Schutzparameter eingestellt werden, so genannten Auslöseeinheit-spezifische-Daten, wie Stromgrenzwerte, Auslösezeiten, Schutzparameter, Kommunikationsparameter, Zählerwerte, Schwellwerte und dergleichen. Diese müssen individuell am Gerät eingestellt werden. Bei einem Austausch der Auslöseeinheit müssen diese wieder in den neuen Auslöseeinheit eingestellt werden, um mit der elektrischen Anlage bzw. dem elektrischen Stromkreis und seinen angeschlossenen Verbrauchern bzw. weiteren Schutzgeräten, wie weitere nachgeordnete Leistungsschalter, kompatibel zu sein. Dies ist in der Praxis mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden.
Bisher wurde dazu eine umfangreiche Papier-Dokumentation geführt und verwendet, die in der Praxis schlecht zu handhaben ist. Als weitere Alternative wurden Anlagen redundant aufgebaut, so dass im Falle eines Defektes schnell auf die redundante Anlage bzw. Installation umgeschaltet werden kann. Diese Methode ist aber sehr kostenintensiv und wird deshalb nur bei hochverfügbaren Anlagen angewendet.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 2 707 931 A2 offenbart einen Auslöser einschließlich trennbarer Komponenten zum Speichern von Wiederherstellungseinstellungen und einen entsprechenden Schalter. Ein Schutzschalter enthält trennbare Kontakte, einen Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen der Kontakte und eine mit dem Betätigungsmechanismus zusammenwirkende Auslöseeinheit zum Öffnen der Kontakte. Die Auslöseeinheit umfasst eine erste Komponente mit einem Prozessor und einem ersten Speicher, der einen ersten Satz einer Vielzahl von Einstellungen der Auslöseeinheit speichert, und eine zweite Komponente der Auslöseeinheit. Die zweite Komponente ist von der ersten Komponente oder der Auslöseeinheit trennbar und umfasst einen zweiten Speicher, der einen zweiten Satz einer Vielzahl von Einstellungen der Auslöseeinheit speichert. Die zweite Komponente speichert den ersten Satz der mehreren Auslösereinstellungen als den zweiten Satz der mehreren Auslösereinstellungen im zweiten Speicher und stellt den zweiten Satz der mehreren Auslösereinstellungen im ersten Speicher der ersten Komponente wieder her oder einer anderen ersten Komponente einer anderen Auslöseeinheit.
Die amerikanische Offenlegungsschrift US 2003/0048589 A1 offenbart eine elektronische Auslöseeinheit für einen Schutzschalter. Diese enthält: einen Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor programmiert ist, um einen Überstromzustand des Schutzschalters zu bestimmen; einen nichtflüchtigen Speicher in elektronischer Kommunikation mit dem Mikroprozessor; einen Modulstecker, der lösbar mit dem Mikroprozessor verbunden ist, wobei der Modulstecker ein Identifikationsregister enthält; wobei der Mikroprozessor das Identifikationsregister liest, wobei das Identifikationsregister eine Identifikationsnummer enthält; wobei der Mikroprozessor auf der Grundlage der Identifikationsnummer auf eines von mehreren Programmen in dem nichtflüchtigen Speicher zugreift; und wobei das eine von mehreren Programmen den Mikroprozessor anweist, Schritte auszuführen, die notwendig sind, um eine oder mehrere Funktionen des Modulsteckers zu betreiben
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Austausch einer Auslöseeinheit in einem Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere auch nach einem plötzlichen Ausfall der Auslöseeinheit.
Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schalter-Kenn-Modul, welches Kenndaten des Leistungsschalters enthält, die beispielsweise in einem ersten Speicherbereich gespeichert sind, einen weiteren Speicherbereich aufweist. Die Auslöseeinheit und das Schalter-Kenn-Modul sind derart ausgestaltet, dass Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit zum Schalter-Kenn-Modul übertragen und dort im weiteren Speicherbereich gespeichert werden. Bei einem Austausch, d.h. einem Einsatz einer neuen Auslöseeinheit in den Leistungsschalter, werden die Kenndaten und die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vom Schalter-Kenn-Modul zur neuen Auslöseeinheit übertragen, so dass diese in der neuen Auslöseeinheit zur Verfügung stehen und nicht erneut eingegeben werden müssen. Damit ist ein schneller Austausch einer Auslöseeinheit in einem Leistungsschalter möglich und der Leistungsschalter ist in kurzer Zeit wieder betriebsfähig.
Vorteilhaft sind die Auslöseeinheit und das Schalter-Kenn-Modul derart ausgestaltet, dass die Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit zyklisch zum Schalter-Kenn-Modul überträgt. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einem plötzlichen Ausfall der Auslöseeinheit immer eine Kopie der aktuellen Auslöseeinheit-spezifischen-Daten im Schalter-Kenn-Modul abgespeichert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schalter-Kenn-Modul derart ausgestaltet, dass die Kenndaten des Leistungsschalters nur lesbar gespeichert sind. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Kenndaten des Leistungsschalters, die fest vom physischen Aufbau des jeweiligen Leistungsschalters abhängigen, nicht manipulierbar sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schalter-Kenn-Modul derart ausgestaltet, dass der weitere Speicherbereich als nicht-flüchtiger Schreib- und Lesespeicher ausgestaltet ist. Mit nicht-flüchtigem Speicher ist ein Speicher gemeint, der auch bei Stromausfall seinen Speicherinhalt behält. Dies hat den besonderen Vorteil, dass auch nach einem Stromausfall die Daten, insbesondere die Auslöseeinheit-spezifische-Daten, zur Verfügung stehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslöseeinheit derart ausgestaltet, dass nach der Übertragung in die Auslöseeinheit die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vor deren (aktiver) Verwendung in der Auslöseeinheit bestätigt werden müssen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Daten vor der Verwendung in der neuen Auslöseeinheit nochmals überprüft werden können. Gegebenenfalls kann noch eine Korrektur bestimmter Daten erfolgen, falls erforderlich.
Bei allen Ausgestaltungen wird der Austausch einer Auslöseeinheit in einem Leistungsschalter verbessert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figur näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters

Fig zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters LS für einen elektrischen Stromkreis respektive ein Stromkreissystem, im Beispiel für ein 3-Phasen-System mit den Leitern L1, L2, L3 und N, die an den Leistungsschalter LS angeschlossen sind und deren Strom durch den Leistungsschalter LS hindurchfließt. Im Leistungsschalter LS ist eine Messeinheit IM zur Ermittlung von Messwerten des elektrischen Stromkreises, wie des elektrischen Stromes oder/und alternativ auch der Spannung des elektrischen Stromkreises bzw. der elektrischen Ströme bzw. Spannungen des Stromkreissystems, eingefügt. Die Messeinheit IM ist mit einer elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden, die eine Überschreitung von Messwerten, wie Strom- oder/und Spannungsmesswerten, ermittelt; d.h. Messwerte, wie Strom- oder/und Spannungsmesswerten überschreiten festgelegte Grenzwerte, wie Stromgrenzwerte oder/und Spannungsgrenzwerte oder/und deren mathematischen Verknüpfungen oder/und mathematische Verknüpfungen mit der Zeit. Die elektronische Auslöseeinheit IM ist mit einer Schalteinheit SCH zur Unterbrechung des elektrischen Stromes des elektrischen Stromkreises bzw. Stromkreissystems verbunden. Erkennt die elektronische Auslöseeinheit ETU eine Überschreitung von Messwerten, d.h. die Messwerte bzw. abgeleitete Größen aus den Messwerten überschreiten Grenzwerte, wird ein Signal an die Schalteinheit SCH gesendet, die daraufhin den elektrischen Stromkreis unterbricht, beispielsweise durch Öffnen von Schaltkontakten des elektrischen Stromkreises.
Die elektronische Auslöseeinheit ETU ist mit einem Schalter-Kenn-Modul SKM verbunden, das üblicherweise nur schalterspezifische Kenndaten, die sich üblicherweise auf die physische Ausgestaltung bzw. Hardware des Leistungsschalters beziehen, wie maximaler Bemessungsstrom, Schaltvermögen, Kurzzeitstromfestigkeit, Polzahl oder Baugröße, aufweist. Das Schalt-Kenn-Modul SKM weist hierzu beispielsweise einen ersten Speicherbereich auf, in dem diese Kenndaten gespeichert sind. Wird bei einem Austausch, beispielsweise auf Grund eines Defektes, eine neue elektronische Auslöseeinheit ETU2 eingesetzt, werden diese leistungsschalterspezifischen Daten, d.h. die so genannten Kenndaten, in die neue elektronische Auslöseeinheit ETU2 übertragen. Einsatzspezifische Einstellungen am Leistungsschalter, d.h. Auslöseeinheit-spezifische-Daten, wie Einstellparameter des Überlast-, Kurzschluss-, Erdschluss-Schutzes, Strom-, Spannungs-, Frequenz-, Leistungsgrenzwerte für Meldungen oder auch für Auslösungen des Leistungsschalters , Adressen der Kommunikationsschnittstellen oder auch Informationen über den Ort der Anlage, müssen manuell eingegeben werden.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Schalter-Kenn-Modul SKM einen weiteren Speicherbereich aufweist, der vorzugsweise als nicht-flüchtiger Schreib-Lese-Speicher ausgeführt ist, wie beispielsweise durch EEPROMs bzw. Flash-Speicher, in dem Auslöseeinheit-spezifische-Daten gespeichert werden. Dazu werden diese Daten von der Auslöseeinheit ETU zum Schalter-Kenn-Modul SKM übertragen und dort gespeichert. Die Übertragung kann manuell erfolgen, beispielsweise durch Auslösung eines entsprechenden Schreibvorganges an der Auslöseeinheit ETU, beispielsweise durch einen Schalter bzw. Abgabe eines entsprechenden Befehls. Alternativ kann der Schreibvorgang auch automatisch nach der Eingabe bzw. Änderung entsprechender Auslöseeinheit-spezifischer Parameter erfolgen. Ferner kann der Schreibvorgang auch zyklisch, d.h. in regelmäßigen Abständen erfolgen, in dem so die aktuellen Daten der Auslöseeinheit ETU1 gesichert werden.
Bei einem Austausch der vorhandenen bzw. verwendeten Auslöseeinheit ETU1, beispielsweise im Fehlerfall, durch eine neue Auslöseeinheit ETU2 werden die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vom Schalter-Kenn-Modul zur neuen Auslöseeinheit ETU2 übertragen. Dies kann zusammen mit den Kenndaten oder nacheinander erfolgen, in dem beispielsweise zuerst die Kenndaten und dann die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten übertragen werden. Der Vorgang der Übertragung der Daten kann automatisch erfolgen, beispielsweise durch Erkennung einer neuen Auslöseeinheit im Leistungsschalter. Alternativ kann er auch manuell angestoßen werden, beispielsweise durch einen entsprechenden Schalter am Leistungsschalter LS bzw. der Bedieneinheit bzw. der Auslöseeinheit, je nach Ausgestaltung des Leistungsschalters LS. Sind die Daten übertragen, kann noch eine Bestätigung der Daten erfolgen, ehe sie in der Auslöseeinheit verwendet werden.
Der erste und weitere Speicherbereich können beispielsweise als separate Speicher ausgeführt sein, als auch als ein Speicher. Jede Ausführung ist hier denkbar. Wesentlich ist, dass Auslöseeinheit-spezifischen-Daten in einem weiteren Speicherbereich, z.B. weiteren Speicher oder Bereich im vorhandenen Speicher, gespeichert werden. Die Ausführung des beispielsweise ersten Speicherbereiches für die Kenndaten ist dabei von untergeordneter Bedeutung.
Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal mit anderen Worten erläutert.
Leistungsschalter gerätespezifische (Schutz-, Kommunikations, Zähler-, Schwellwerte, usw.) Parameter / Daten sollen in einem Teil des Leistungsschalters redundant gespeichert werden, der nicht vom Betreiber ausgetauscht wird. Hierzu soll das interne Schalter-Kenn-Modul SKM des Leistungsschalters LS verwendet werden.
Die gerätespezifische (Schutz-, Kommunikations-, Zähler, Schwellwerte, usw.) Parameter / Daten werden zyklisch von der Auslöseeinheit ETU in das Schalter-Kenn-Modul SKM kopiert.
Falls eine neue elektronische Auslöseeinheit ETU2 eingebaut wird, so kann dies erkannt werden und die gerätespezifischen (Schutz-, Kommunikations-, Zähler, Schwellwerte, usw.) Parameter / Daten aus dem Schalter-Kenn-Modul SKM eingelesen werden. Der Betreiber bzw. Servicetechniker kann die Daten nun auf Vollständigkeit überprüfen und gegebenenfalls die Übernahme bestätigen.
Durch die redundante Speicherung der Auslöseeinheit-spezifischen-Daten, neben den Kenndaten, im Leistungsschalter LS, sind die Daten immer verfügbar. Der Austausch einer defekten Auslöseeinheit ETU1 kann somit in kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von wenigen Minuten, immer einfach mit den aktuellen Parametern / Daten durchgeführt werden. Diese „Plug and Play-Lösung“ setzt keine vorherige Betreiber-Aktivität voraus und ist auch ohne gerätespezifische Vorkenntnisse oder Schulung durchführbar.

Claims

Leistungsschalter (LS) zum Schutz eines elektrischen Stromkreises, aufweisend eine Serienschaltung mit - einer Messeinheit (IM), zur Ermittlung von Messwerten des elektrischen Stromkreises, - einer austauschbaren Auslöseeinheit (ETU), zur Ermittlung der Überschreitung von Grenzwerten der Messwerte, - einer Schalteinheit (SCH), zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises, die derart ausgestaltet sind, dass beim Überschreiten von Grenzwerten eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt; - einem mit der Auslöseeinheit (ETU) verbundenem Schalter-Kenn-Modul (SKM), in dem in einem ersten Speicherbereich Kenndaten des Leistungsschalters gespeichert sind, wobei die Auslöseeinheit (ETU) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind, dass zumindest bei einem Austausch einer verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) durch eine neue Auslöseeinheit (ETU2) die Kenndaten des Leistungsschalters in die neue Auslöseeinheit (ETU2) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalter-Kenn-Modul (SKM) einen weiteren Speicherbereich aufweist und die Auslöseeinheit (ETU1, ETU2) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind, dass - Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) zum Schalter-Kenn-Modul (SKM) übertragen und dort im weiteren Speicherbereich gespeichert werden und - bei einem Einsatz einer neuen Auslöseeinheit (ETU2) die Kenndaten und die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vom Schalter-Kenn-Modul (SKM) zur neuen Auslöseeinheit (ETU2) übertragen werden, - dass die Auslöseeinheit (ETU1, ETU2) und das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet sind, dass die Auslöseeinheit-spezifische-Daten von der verwendeten Auslöseeinheit (ETU1) zyklisch zum Schalter-Kenn-Modul (SKM) übertragen werden.
Leistungsschalter (LS) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet ist, dass die Kenndaten des Leistungsschalters nur lesbar gespeichert sind.
Leistungsschalter (LS) nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalter-Kenn-Modul (SKM) derart ausgestaltet ist, dass der weitere Speicherbereich als nicht-flüchtiger Schreib- und Lesespeicher ausgestaltet ist.
Leistungsschalter (LS) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinheit (ETU1, ETU2) derart ausgestaltet ist, dass nach der Übertragung in die Auslöseeinheit (ETU2) die Auslöseeinheit-spezifischen-Daten vor deren Verwendung in der Auslöseeinheit (ETU2) bestätigt werden müssen.