DE102017129216A1

DE102017129216A1 - Schutzschaltgerät

Info

Publication number: DE102017129216A1
Application number: DE102017129216.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Haslinger
Original assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Current assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-06-13
Also published as: WO2019110831A1; DE112018006222A5

Abstract

Bei einem Schutzschaltgerät (1) mit einem ersten Anschluss (2) und einem zweiten Anschluss (3), wobei der erste Anschluss (2) mittels eines ersten elektrischen Leiters (4) mit einer elektrischen Leiterschleife (5) des Schutzschaltgeräts (1) verbunden ist, wobei die Leiterschleife (5) mit einem ersten elektrischen Schaltkontakt (6) des Schutzschaltgeräts (1) elektrisch verbunden ist, wird vorgeschlagen, dass das Schutzschaltgerät (1) wenigstens ein Hall-Element (7) aufweist, welches Hall-Element (7) als Teil des ersten Leiters (4) ausgebildet ist, und dass das Hall-Element (7) in einem Bereich angeordnet ist, in welchem Bereich magnetische Feldlinien durch die Leiterschleife (5) gebündelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Schutzschaltgeräte mit elektromagnetischen Kurzschlussauslösern sind bekannt und weithin verbreitet. Derartige Schutzschaltgeräte funktionieren sehr gut und schützen Menschen und Anlagen vor den Auswirkungen eines Kurzschlusses. Allerdings unterliegen auch derartige Schutzschaltgeräte einer Alterung bzw. Abnutzung. Es hat sich gezeigt, dass Schutzschaltgeräte nach einer gewissen abgeschalteten Gesamtenergie nicht mehr verwendet werden sollten, da dann nicht mehr sicher gestellt werden kann, dass diese noch einen weiteren Kurzschluss sicher abschalten können. Aufgrund der guten Funktion, die derartige Schaltgeräte über viele Jahre ausführen, werden diese seitens der Bevölkerung als unendlich lange haltbar wahrgenommen und entsprechend praktisch niemals ausgetauscht. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass in zahlreichen Einfamilienhäusern auch mehr als 40 Jahre nach deren Bau noch immer die Schutzschaltgeräte verwendet werden, welche beim Bau des Hauses ursprünglich eingebaut wurden. Jedoch stellen derartig alte und beanspruchte Schutzschalter keinen wirksamen Schutz bei Auftreten eines Kurzschlusses dar. Dies ist neben den unmittelbaren Gefahren für Menschen vor allem hinsichtlich des Brandschutzes relevant.
Durch alte bzw. stark beanspruchte Schutzschaltgeräte werden Menschen und Anlagen nicht mehr gegen die Auswirkungen des elektrischen Stromes geschützt. Derartige Schutzschaltgeräte stellen vielmehr selbst eine massive Gefährdung dar, da diese im ungünstigen Fall selbst einen Brandherd bilden können. Weiters nachteilig an derartigen Schutzschaltgeräten ist, dass deren Zustand weder für den Laien noch für einen Elektriker erkennbar ist. Neben dem unterlassenen Austausch an sich funktionsunfähiger Schutzschaltgeräte kommt es daher auch gelegentlich zum Austausch von Schutzschaltgeräten, welche noch einsatzfähig wären.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Schutzschaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem Menschen und Anlagen sicher gegen die Auswirkungen elektrischer Kurzschlüsse abgesichert werden können, und bei welchem der tatsächliche Zustand eines Schutzschaltgeräts aufgrund dessen Belastung ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Dadurch kann ein Schutzschaltgerät geschaffen werden, zu welchem der tatsächliche Stand der Abnutzung bzw. Belastung über die Lebensdauer erfasst wird. Dadurch ist es möglich Schutzschaltgeräte dann auszutauschen, wenn dies durch deren Zustand tatsächlich geboten ist. Dadurch kann etwa auch eine automatische Sperre in dem Schutzschaltgerät implementiert werden, welche das betreffende Schutzschaltgerät ausschaltet, wenn dessen Belastung eine bestimmte Grenzbelastung erreicht. Die entsprechende Belastung tritt dabei über die gesamte bisherige Betriebsdauer auf, welche durchaus viele Jahre betragen kann. Durch diese Maßnahmen kann der Schutz von Menschen und Anlagen durch Schutzschaltgeräte wieder sichergestellt werden.
Es hat sich gezeigt, dass nicht die bloße Anzahl an Kurzschlussabschaltungen relevant für das Maß der Abnutzung ist, sondern die in Summe abgeschaltete Energie über sämtliche Abschaltvorgänge des betreffenden Schutzschaltgeräts. Für die Bestimmung bzw. Abschätzung des Zustandes eines Schutzschaltgeräts ist daher der Stromverlauf über die Zeit je Auslösungen wesentlich, nicht jedoch die simple Anzahl an Schaltvorgängen.
Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines gegenständlichen Schutzschaltgeräts;
2 eine Spule eines Kurzschlussauslösers eines Schutzschaltgeräts gemäß 1 in vereinfachter Schnittdarstellung; und
3 einen Abschnitt des ersten Leiters mit dem Hall-Element.

Die 1 zeigt ein Schutzschaltgerät 1 mit einem ersten Anschluss 2 und einem zweiten Anschluss 3, wobei der erste Anschluss 2 mittels eines ersten elektrischen Leiters 4 mit einer elektrischen Leiterschleife 5 des Schutzschaltgeräts 1 verbunden ist, wobei die Leiterschleife 5 mit einem ersten elektrischen Schaltkontakt 6 des Schutzschaltgeräts 1 elektrisch verbunden ist, wobei das Schutzschaltgerät 1 wenigstens ein Hall-Element 7 aufweist, welches Hall-Element 7 als Teil des ersten Leiters 4 ausgebildet ist, und wobei das Hall-Element 7 in einem Bereich angeordnet ist, in welchem Bereich magnetische Feldlinien durch die Leiterschleife 5 gebündelt werden.
Dadurch kann ein Schutzschaltgerät 1 geschaffen werden, zu welchem der tatsächliche Stand der Abnutzung bzw. Belastung über die Lebensdauer erfasst wird. Dadurch ist es möglich Schutzschaltgeräte 1 dann auszutauschen, wenn dies durch deren Zustand tatsächlich geboten ist. Dadurch kann etwa auch eine automatische Sperre in dem Schutzschaltgerät 1 implementiert werden, welche das betreffende Schutzschaltgerät 1 ausschaltet, wenn dessen Belastung eine bestimmte Grenzbelastung erreicht. Die entsprechende Belastung tritt dabei über die gesamte bisherige Betriebsdauer auf, welche durchaus viele Jahre betragen kann. Durch diese Maßnahmen kann der Schutz von Menschen und Anlagen durch Schutzschaltgeräte 1 wieder sichergestellt werden.
Es hat sich gezeigt, dass nicht die bloße Anzahl an Kurzschlussabschaltungen relevant für das Maß der Abnutzung ist, sondern die in Summe abgeschaltete Energie über sämtliche Abschaltvorgänge des betreffenden Schutzschaltgeräts 1. Für die Bestimmung bzw. Abschätzung des Zustandes eines Schutzschaltgeräts 1 ist daher der Stromverlauf über die Zeit je Auslösungen wesentlich, nicht jedoch die simple Anzahl an Schaltvorgängen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Schutzschaltgerät 1 um ein Niederspanungs-Schutzschaltgerät handelt. Insbesondere weiters um einen sog. MCB, daher einen Miniature Circuit Breaker.
Das Schutzschaltgerät 1 weist in an sich bekannter Weise zumindest einen ersten Anschluss 2 und einen zweiten Anschluss 3 auf, welche etwa als Steckklemmen oder Schraubklemmen ausgebildet sind.
Das Schutzschaltgerät 1 weist wenigstens einen ersten elektrischen Schaltkontakt 6 und einen, diesem zugeordneten zweiten elektrischen Schaltkontakt 18 auf. Wenn das Schutzschaltgerät 1 eingeschaltet ist, befinden sich die beiden Schaltkontakte 6, 18 in Kontakt und es besteht eine leitende Verbindung von dem ersten Anschluss 2 zum zweiten Anschluss 3 über den ersten und den zweiten Schaltkontakt 6, 18. Es kann auch einen sog. Mehrfachunterbrechung vorgesehen sein.
Das Schutzschaltgerät 1 weist weiters bevorzugt ein Schaltschloss 21 auf, welches den beweglichen Schaltkontakt steuert. Weiters weist das Schutzschaltgerät 1 bevorzugt einen sog. Handschalthebel 24 auf, um das Schutzschaltgerät 1 manuell ein- oder auszuschalten.
Das Schutzschaltgerät 1 weist eine elektrischen Leiterschleife 5 auf, welche mittels eines, als erster elektrischer Leiter 4 bezeichneten Leitungsstückes mit dem ersten Anschluss 2 verbunden ist. Die Leiterschleife 5 ist weiters mit einem so bezeichneten zweiten elektrischen Leiter 19 mit dem ersten Schaltkontakt 6 verbunden. Der zweite Schaltkontakt 18 ist mit einem dritten elektrischen Leiter 20 mit dem zweiten Anschluss 3 verbunden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Leiter 4, die Leiterschleife 5 und der zweite Leiter 19 einstückig ausgebildet sind.
An sich kann es sich bei der Leiterschleife 5 um jede Art einer Leiterschleife 5 handeln, welche innerhalb des Schutzschaltgeräts 1 angeordnet ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Leiterschleife 5 eine geschlossene Leiterschleife 5 ist. besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass es sich bei der Leiterschleie 5 um eine Leiterschleife 5 handelt, welche bereits in einem Schutzschaltgerät 1 vorhanden ist, sodass hiezu keine weiteren umfangreichen Änderungen an der elektromechanischen bzw. elektromagnetischen Ausführung eines bestehenden Schutzschaltgeräts 1 vorgenommen zu werden brauchen, um die gegenständliche Erfindung zu integrieren.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Leiterschleife 5 als elektrische Spule 8 ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Spule 8 als Solenoid, daher als zylinderförmig gewickelte Spule 8 ausgebildet ist. Die Spule 8 weist bevorzugt eine Spulenachse 9 auf. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Spule 8 Teil eines Kurzschlussauslösers 10 des Schutzschaltgeräts 1 ist. Kurzschlussauslöser 10 mit einem Solenoid sind weithin bekannt und verbreitet, und deren Funktionsweise ist dem Fachmann bekannt.
Es ist vorgesehen, dass das Schutzschaltgerät 1 wenigstens ein Hall-Element 7 aufweist. Dieses Hall-Element 7 ist als Teil des ersten Leiters 4 ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Hall-Element 7 direkt vom Strom des ersten Leiters 4 durchflossen wird, und nicht einfach nur neben dem ersten Leiter 4 angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Hall-Element 7 durch einen abgeplatteten Bereich 11 des ersten Leiters 4 ausgebildet ist. Dass Hall-Element 7 wird also dadurch gebildet, dass ein Teil des ersten Leiters 4 gepresst bzw. abgeflacht wird. 3 zeigt einen Abschnitt des ersten Leiters 4 mit einer abgeflachten und seitlich verbreiterten Stelle, welche als Hall-Element 7 dient. Weiters ist die abgeflachte Stelle auch in 2 in einer anderen Ansicht dargestellt.
Das Hall-Element 7 ist in einem Bereich angeordnet, in welchem Bereich magnetische Feldlinien durch die Leiterschleife 5 gebündelt werden. Derartige Bündelungseffekte von Leiterschleifen 5 sind in der Elektrotechnik bzw. Physik bekannt. Wenngleich diese Bündelung natürlich nur dann auftritt, wenn die Leiterschleife 5 tatsächlich stromdurchflossen ist, so kann doch bereits aus der Geometrie der Leiterschleife 5 ein entsprechender Bereich identifiziert werden, in welchem diese Bündelung auftritt.
Insbesondere bei der bevorzugten Ausbildung der Leiterschleife 5 als Spule 8 kommt es zu einer erheblichen Bündelung magnetischer Feldlinien im Inneren der Spule 8 bzw. direkt an den Enden der Spule 8. Es ist daher besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Hall-Element 7 im Bereich der Spulenachse 9 bzw. im Bereich einer imaginären Verlängerung eines inneren Hüllzylinders der Spule 8 angeordnet ist. Dadurch befindet sich das Hall-Element 7 in einem Bereich hoher magnetischer Flussdichte bzw. strak gebündelter magnetischer Feldlinien.
Im Inneren der Spule 8 ist, sofern es sich bei der Spule 8 um einen Teil eines Kurzschlussauslösers 10 handelt, ein Anker angeordnet. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass das Hall-Element 7 außerhalb der Spule 8 angeordnet ist. 2 zeigt eine entsprechende Spule 8 mit einem Hall-Element 5.
Das Hall-Element 5 weist seitliche Hallspannungsausgänge 12 auf, wie dies etwa in 3 dargestellt ist. Wie in 1 dargestellt, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Hallspannungsausgänge 12 mit einer Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 des Schutzschaltgeräts 1 verbunden sind. Diese Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 kann sowohl umfassend elektrischer, elektronischer bzw. elektromechanischer Baugruppen ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 ein RC-Glied 14 aufweist, und dass die Hallspannungsausgänge 12 diesem RC-Glied 14 verbunden sind. Das RC-Glied 14 ist bevorzugt als klassischer Tiefpass erster Ordnung aufgebaut und weist gemäß dieser bevorzugten Ausführung lediglich einen Serienwiderstand auf, sowie einen parallel geschalteten Kondensator. Über den konkreten Widerstandswert sowie den Wert der Kapazität des Kondensators wird direkt τ (τ = R*C) beeinflusst, und damit das Zeitverhalten. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Schaltung erreicht wird, dass eine am Kondensator des RC-Gliedes 14 abgenommene Spannung genau proportional der Energie durch das Schaltgerät 1 ist.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 eine elektrische- und/oder mechanische Speichereinheit 15 aufweist, in welcher die aufeinander folgenden Messergebnisse des Hall-Elememts 7 abgelegt und/oder aufsummiert werden. Neben den bekannt Ausführungen eines elektronischen Speichers, kann dabei auch ein mechanischer Speicher vorgesehen sein. Ein solcher mechanischer Speicher kann etwa durch eine Rastscheibe gebildet werden, welche von eine Stößel weiterbewegt wird. Auch ein Konzept ähnlich den bekannten Drehstromzählern kann vorgesehen sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 mit einer Anzeigeeinheit 16 des Schutzschaltgeräts 1 verbunden ist. Dadurch kann der Zustand des Schutzschaltgeräts 1 einfach einem Benutzer angezeigt werden.
Da Schutzschaltgeräte 1 jedoch meist in abgeschlossenen Schränken angeordnet sind, kann weiters vorgesehen sein, dass das Schutzschaltgerät 1 eine Kommunikationsschnittstelle aufweist um entsprechende Statusmeldungen abzusetzen. Weiters kann bevorzugt eine akustische Signalanlage, etwa ein Horn vorgesehen sein.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung 13 mit einer Sperrvorrichtung 17 verbunden ist, welche Sperrvorrichtung 17 dazu ausgebildet ist, dass Schutzschaltgerät 1 irreversibel auszuschalten. Dadurch schaltet das Schutzschalgerät 1 bei Erreichen eines Zustands, an welchem dieses keine Sicherheit mehr gewährleisten kann, einfach ab, und lässt sich auch nicht mehr einschalten. Dadurch ist der Benutzer zu dessen eigener Sicherheit gezwungen das Schutzschaltgerät 1 auszutauschen.

Claims

Schutzschaltgerät (1) mit einem ersten Anschluss (2) und einem zweiten Anschluss (3), wobei der erste Anschluss (2) mittels eines ersten elektrischen Leiters (4) mit einer elektrischen Leiterschleife (5) des Schutzschaltgeräts (1) verbunden ist, wobei die Leiterschleife (5) mit einem ersten elektrischen Schaltkontakt (6) des Schutzschaltgeräts (1) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (1) wenigstens ein Hall-Element (7) aufweist, welches Hall-Element (7) als Teil des ersten Leiters (4) ausgebildet ist, und dass das Hall-Element (7) in einem Bereich angeordnet ist, in welchem Bereich magnetische Feldlinien durch die Leiterschleife (5) gebündelt werden.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (5) als elektrische Spule (8), insbesondere als Solenoid, umfassend eine Spulenachse (9) ausgebildet ist, welche Spule (8) vorzugsweise Teil eines Kurzschlussauslösers (10) des Schutzschaltgeräts (1) ist.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (7) außerhalb der Spule (8) angeordnet ist.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (7) im Bereich der Spulenachse (9) angeordnet ist.
Schutzschaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (7) durch einen abgeplatteten Bereich (11) des ersten Leiters (4) ausgebildet ist.
Schutzschaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Hallspannungsausgänge (12) des Hall-Elements (7) mit einer Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung (13) des Schutzschaltgeräts (1) verbunden sind.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallspannungsausgänge (12) mit einem RC-Glied (14) der Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung (13) verbunden ist.
Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung (13) eine elektrische- und/oder mechanische Speichereinheit (15) aufweist.
Schutzschaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung (13) mit einer Anzeigeeinheit (16) des Schutzschaltgeräts (1) verbunden ist.
Schutzschaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder Aufzeichnungsanordnung (13) mit einer Sperrvorrichtung (17) verbunden ist, welche Sperrvorrichtung (17) dazu ausgebildet ist, dass Schutzschaltgerät (1) irreversibel auszuschalten.