-
Die Erfindung betrifft ein Gerät für Fehlerströme für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein System und ein Verfahren für ein Gerät für Fehlerströme für einen Niederspannungsstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
-
Mit Gerät für Fehlerströme ist insbesondere ein Gerät zur Detektion von Fehler- oder Differenzströmen gemeint.
-
Fehlerstromschutzschalter für elektrische Stromkreise, insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -anlagen, sind allgemein bekannt. Fehlerstromschutzschalter werden auch als FI-Schutzschalter bzw. Residual Current Devices bezeichnet, kurz RCD.
-
Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder/und 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung sowie 120 Volt Gleichspannung, sind.
-
Mit Stromkreisen, insbesondere für Niederspannung, sind Stromkreise für Ströme bis zu 6300 Ampere gemeint, spezieller Ströme bis zu 1600 Ampere, 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Ampere oder 63 Ampere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch eine Schutzeinrichtung, wie einem Leitungsschutzschalter oder einem Leistungsschalter.
-
Fehlerstromschutzschalter ermitteln die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis, die im Normalfall null ist, und unterbrechen bei Überschreiten eines Differenzstromwertes, d.h. einer Stromsumme von ungleich null, die einen bestimmten (Differenz-)Stromwert bzw. Ansprechstromwert respektive Fehlerstromwert bzw. Fehleransprechstromwert übersteigt, den elektrischen Stromkreis.
-
Fast alle bisherigen Fehlerstromschutzschalter weisen einen Summenstromwandler auf, dessen Primärwicklung durch die Leiter des Stromkreises gebildet wird und dessen Sekundärwicklung die Stromsumme bzw. ein Äquivalent der Stromsumme, z.B. in Form einer Spannung, abgibt, welche direkt oder indirekt zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises verwendet wird.
-
Hierzu sind zwei oder mehr Leiter, meist Hin- und Rückleiter bzw. Außen- und Neutralleiter in einem Einphasenwechselstrom-Netz, alle drei Außenleiter oder alle drei Außenleiter und der Neutralleiter bei einem Dreiphasenwechselstromnetz, durch einen, meist einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischen Material aufweisenden, Stromwandler geführt. Gewandelt wird nur der Differenzstrom, d.h. ein von Hin- und Rückstrom abweichender Strom, aus den Leitern. Üblicherweise ist die Stromsumme in einem elektrischen Stromkreis gleich null. So können Fehlerströme erkannt werden.
-
Fließt beispielsweise energiesenkenseitig bzw. verbraucherseitig ein Strom gegen Erde ab, so wird in diesem Zusammenhang von einem Fehlerstrom gesprochen. Ein Fehlerfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine elektrische Verbindung von einem Phasenleiter bzw. Außenleiter des elektrischen Stromkreises zur Erde existiert. Beispielsweise, wenn eine Person den Phasenleiter berührt. Dann fließt ein Teil des elektrischen Stromes nicht wie üblich über den Neutralleiter bzw. Nullleiter zurück, sondern über die Person und die Erde. Dieser Fehlerstrom kann nun mit Hilfe des Summenstromwandlers erfasst werden, da die betragsmäßig erfasste Summe aus zufließenden und zurückfließenden Strom ungleich Null ist. Über ein Relais bzw. einen Haltemagnet-Auslöser bzw. einer Unterbrechungseinheit, beispielsweise mit verbundener Mechanik, wird eine Unterbrechung des Stromkreises, z.B. mindestens einer, eines Teils oder aller Leitungen bewirkt. Fehlerstromschutzschalter zur Erfassung von Wechselfehlerströmen sind allgemein aus der Druckschrift
DE 44 32 643 A1 bekannt.
-
Die Hauptfunktion von Fehlerstromschutzschaltern ist Personen vor elektrischen Strömen (elektrischer Schlag) zu schützen, sowie Anlagen, Maschinen oder Gebäude vor Brand durch elektrische Isolationsfehler.
-
Ein Fehlerstromschutzschalter besteht im Wesentlichen aus den Funktionsgruppen Summenstromwandler, Detektionseinheit, Steuerungseinheit, Unterbrechungseinheit/Kontakte. Ferner ist in der Regel ein Prüfstromkreis mit Prüftaste und Prüfwiderstand vorgesehen. Die Funktionsfähigkeit des Fehlerstromschutzschalters bzw. der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung lässt sich über die Prüftaste kontrollieren.
-
Generell sind aktuell Fehlerstromschutzschalter 2-polig für Phasen- und Neutralleiter (L+N), 3-polig für drei Phasenleiter (L1, L2, L3) und 4-polig für drei Phasenleiter und Neutralleiter (L1, L2, L3, N) bekannt.
-
Mittlerweile gibt es so genannte Monitoring Devices / Anzeigeräte, die Ströme detektieren und nur anzeigen. Sie weisen keine Schutzfunktion durch Unterbrechen des Stromkreises auf. Diese Anzeigegeräte sind modular aufgebaut, sie weisen ein Gehäuse für die Auswerteelektronik und Anzeige auf, ein weiteres Gehäuse für den Summenstromwandler, beide sind über eine externe Leitung miteinander verbunden, sowie eine externe Spannungsversorgung.
-
Dadurch ergibt sich ein hoher Platzbedarf für derartige Geräte, es gibt viele Einzelkomponenten, Verdrahtungsfehler sind möglich. Möchte man beide Funktionalitäten in einem Niederspannungsstromkreis bzw. Anlage realisieren, wird die Installation schnell komplex.
-
Ferner besteht das Problem, dass man bei Inbetriebnahmen von Anlagen, insbesondere in Anlagen mit Frequenzumrichtern, erst (Fehler-)Ströme ermitteln möchte, ehe man Schutzfunktionen aktiviert. Dies ist bisher nur mit Aufwand möglich.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Gerät für Fehlerströme für Niederspannungsstromkreise zur Verfügung zu stellen, dass eine erweiterte Funktionalität aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein System gemäß Patentanspruch 14 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist ein Gerät (FI) für Fehlerströme für einen Niederspannungsstromkreis vorgesehen, aufweisend:
- - mehrere Leiter (mit mehrere Leiter sind mindestens zwei Leiter gemeint) eines Niederspannungsstromkreises,
- - einen Summenstromwandler, dessen Primärseite durch die Leiter gebildet ist und der eine Sekundärwicklung aufweist,
- - eine mit der Sekundärwicklung verbundene Detektionseinheit, die andererseits mit einer Steuerungseinheit verbunden ist. Es ist eine Auswahleinheit vorgesehen. Diese ist mit der Steuerungseinheit verbunden. Die Steuerungseinheit und die Auswahleinheit sind derart ausgestaltet, dass zwischen einer Fehlerstromschutzschalterfunktion und einer Fehlerstromüberwachungsfunktion umgeschaltet werden kann, so dass das Gerät entweder die Funktionen eines Fehlerstromschutzschalters oder Fehlerstromüberwachungsgerätes zumindest teilweise bereitstellt.
-
Dies hat den Vorteil, dass sowohl eine Schutz- als auch eine Überwachungsfunktionalität in einem kompakten Gerät bzw. Gehäuse integriert sind. Insbesondere kann ein Fehlerstromschutzschalter, beispielsweise in Form eines Moduls mit einem Schaltgerät, wie einem Leistungsschalter, um eine Anzeige / Monitoring Funktion erweitert werden. Der Aufwand für zusätzliche Monitoring Geräte kann entfallen. Mit Hilfe einer Auswahleinheit, z.B. in Form eines Umschalters, kann ein Nutzer entscheiden, ob er die Applikation nur „beobachten“ will, ohne dass die Applikation/ Anlage im Fehlerfall abschaltet. Alternativ kann das Gerät als reines Schutzgerät fungieren. Weiterhin kann beides kombiniert werden, indem beispielsweise eine Niederspannungsstromkreis / Anlage mit Überwachungsfunktion bzw. Monitoring-Modus „hoch gefahren wird“, bei der nur Fehlerstromwerte angezeigt werden, und anschließend, nach dem die Anlage im Betrieb ist, auf die Fehlerstromschutzschalterfunktion / Schutzschalter-Modus (Fehlerstromschutz) umgeschaltet wird, so dass bei Überschreitung eines (eingestellten) Fehlerstromgrenzwertes eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises erfolgt.
Dies ist insbesondere für Anlagen mit Frequenzumrichtern vorteilhaft, um ungewollte Abschaltung aufgrund von (technischen) Ableitströmen zu vermeiden.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Anzeigeeinheit vorgesehen, die eine aktivierte Fehlerstromüberwachungsfunktion optisch signalisiert.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Nutzer erkennt, dass „nur“ die Fehlerstromüberwachungsfunktion aktiviert ist und keine Schutzschalterfunktion vorliegt. Dies kann beispielsweise durch eine Lampe, Leuchtdiode / LED, etc. erfolgen. Beispielsweise kann ferner durch z.B. eine inverse Beschriftung der Modi der jeweilige Status deutlich hervorgehoben wird.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Anzeigeeinheit vorgesehen, die bei aktivierter Fehlerstromüberwachungsfunktion eine Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes signalisiert.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Überschreiten des Fehlerstromgrenzwertes bei nicht ausgelöstem Gerät / nicht vorliegender Schutzfunktion angezeigt wird. Dies kann beispielsweise ebenfalls durch eine Lampe, Leuchtdiode / LED, etc. erfolgen. Die Signalisierung kann auch bei Fehlerstromschutzschalterfunktion erfolgen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Relais bzw. Relaiskontaktausgang bzw. Ausgang vorgesehen, das bei aktivierter Fehlerstromüberwachungsfunktion eine Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes signalisiert, insbesondere durch Schließen (oder Öffnen) seines Relaiskontaktes. Dies hat den besonderen Vorteil, dass im Überwachungsmodus / Monitoring Mode ein Überschreiten des Fehlerstromgrenzwertes an eine übergeordnete Einheit, wie Überwachungssystem, Management System, etc., gemeldet bzw. übertragen werden kann. Die Signalisierung kann auch bei Fehlerstromschutzschalterfunktion erfolgen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schnittstelle für eine externe Unterbrechungseinheit vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises bei Überschreiten von Fehlerstromgrenzwerten auch durch eine externe Einheit, wie ein Schaltgerät, beispielsweise in Form eines Leistungsschalters, durchgeführt werden kann. Das Gerät kann dabei beispielsweise als Modul, dass mit dem Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter, verbunden ist, ausgestaltet sein. Die Schnittstelle kann als elektrische Schnittstelle, beispielsweise durch eine elektrische Leitung, wie eine Zweidrahtleitung, oder(und) durch eine mechanische Schnittstelle, in Form z.B. eines Stößels, der z.B. durch einen Auslösemagneten angesteuert wird, ausgestaltet sein. Der aktivierte Stößel bringt das Schaltgerät, wie einen Leistungsschalter, zur Auslösung, d.h. zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises, z.B. durch Öffnen von Kontakten.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Netzteil vorgesehen, dass mit mindestens einem Teil der Leiter verbunden ist.
-
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine im Gerät integrierte Energieversorgung vorliegt, so dass ein eventuelles externes Netzteil und Verdrahtungsaufwand entfallen kann.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikroprozessor auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache und flexible Realisierung für eine Steuerungseinheit gegeben ist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Analog-Digital-Umsetzer auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache digitale Verarbeitung der ermittelten Fehlerstromwerte (=Differenzstromwerte) erfolgen kann.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Detektionseinheit ein Tiefpassfilter oder/und einen Verstärker auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Signalaufbereitung des ermittelten Fehlerstromes des Summenstromwandlers erfolgen kann. Insbesondere eine Anpassung und Filterung, beispielsweise um frequenzselektive Auswertungen durchführen zu können.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswahleinheit einen Schiebeschalter, Drehschalter oder Tastschalter auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Umschaltmöglichkeit gegeben ist, die zudem eine Anzeige des ausgewählten Betriebsmodus des Gerätes ermöglicht.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gerät Kontakte auf, die die Leiter des elektrischen Stromkreises öffnen oder schließen können (kein Stromfluss bzw. Stromfluss). Weiterhin ist eine Unterbrechungseinheit zum Öffnen der Kontakte vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit verbunden ist.
-
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein kompaktes Gerät für Fehlerströme gegeben ist, das bei eingeschalteter bzw. aktivierter Fehlerstromschutzschalterfunktion im Falle von Fehlerströmen, die einen Fehlerstromgrenzwert überschreiten, eine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises durchführt.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gerät als Modul ausgestaltet, dass mit einem Schaltgerät, insbesondere einem Leistungsschalter, verbindbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schaltgerät, wie ein Leistungsschalter, um eine Fehlerstromschutzschalter- oder Fehlerstromüberwachungsfunktion erweitert werden kann, wobei beide Funktionalitäten mit geringem Aufwand zur Verfügung stehen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der modularen Ausgestaltung des Gerätes weist das Gerät einen mechanischen Stößel auf, der bei eingeschalteter Fehlerstromschutzschalterfunktion im Falle der Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes aktiviert wird.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Auslösung eines verbundenen Schaltgerätes, wie eines Leistungsschalters, gegeben ist. Der Stößel kann dabei Teil der Schnittstelle für eine externe Unterbrechungseinheit sein.
-
Erfindungsgemäß wird ferner ein System, aufweisend ein Gerät für Fehlerströme in Verbindung mit einem Schaltgerät, insbesondere einen Leistungsschalter, beansprucht. Beide Geräte stehen im Betrieb in Wirkverbindung.
-
Erfindungsgemäß wird ferner ein korrespondierendes Verfahren für ein Gerät für Fehlerströme für einen Niederspannungsstromkreis mit mehreren Leitern beansprucht, bei dem ein Detektionskreis zur Ermittlung von Differenzströmen der Leiter vorgesehen ist. Es erfolgt eine Auswahl hinsichtlich einer Überwachungsfunktionalität oder einer Schutzfunktionalität. Bei einer Überwachungsfunktionalität wird diese am Gerät signalisiert. Bei einer Schutzfunktionalität wird bei Überschreitung eines Differenzstromschwellwertes eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises zumindest signalisiert. D.h. es wird bei einer modularen Ausgestaltung des Gerätes eine Information zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises zur Verfügung gestellt. Dies kann beispielsweise durch eine Schnittstelle in Form eines mechanischen Stößels oder(und) eines Ausganges bzw. Relaiskontaktes erfolgen. In einer kompakten Ausgestaltung des Gerätes, z.B. mit integrierten Kontakten, kann eine Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises direkt erfolgen.
-
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 15, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Erweiterung der Funktionalität eines Gerätes für Fehlerströme.
-
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
-
Dabei zeigt die Zeichnung:
- 1 ein erstes Blockschaltbild eines Gerätes für Fehlerströme,
- 2 ein zweites Blockschaltbild eines Gerätes für Fehlerströme,
- 3 ein drittes Blockschaltbild eines Gerätes für Fehlerströme,
- 4 ein viertes Blockschaltbild eines Gerätes für Fehlerströme,
- 5 eine erste Ansicht eines Gerätes für Fehlerströme,
- 6 eine zweite Ansicht eines Gerätes für Fehlerströme,
- 7 eine dritte Ansicht eines Gerätes für Fehlerströme,
- 8 eine vierte Ansicht eines Gerätes für Fehlerströme,
- 9 ein fünftes Blockschaltbild mit einem Gerät für Fehlerströme.
-
1 zeigt ein erstes Blockschaltbild eines Gerätes für Fehlerströme für einen Niederspannungsstromkreis, aufweisend:
- - mehrere Eingangsanschlüsse 1, 3, 5, NE, für den energiequellenseitigen Anschluss des Gerätes für Fehlerströme FI an eine Energiequelle, beispielsweise einen Niederspannungsstromkreis bzw. ein Niederspannungsnetz;
- - mehrere Ausgangsanschlüsse 2, 4, 6, NA für den energiesenkenseitigen Anschluss des Gerätes für Fehlerströme FI an eine Energiesenke, beispielsweise einen Verbraucher;
- - mehrere Leiter L1, L2, L3, N eines zu schützenden Niederspannungsstromkreises, wobei ein erster Leiter L1 zwischen erstem Eingangsanschluss 1 und ersten Ausgangsanschluss 2 geschaltet ist, dito ein zweiter Leiter L2 zwischen zweitem Eingangsanschluss 3 und zweitem Ausgangsanschluss 4, ein dritter Leiter L3 zwischen drittem Eingangsanschluss 5 und drittem Ausgangsanschluss 6 geschaltet ist, ein vierter Leiter N, z.B. Neutralleiter, zwischen vierten Eingangsanschluss NE und vierten Ausgangsanschluss NA geschaltet ist;
- - wobei z.B. die ersten bis dritten Leiter L1, L2, L3 Phasenleiter und der vierte Leiter N ein Neutralleiter bzw. Nullleiter eines beispielsweise Dreiphasenwechselstromkreises sind;
- - mehrere, z.B. erste bis vierte Kontakte K1, K2, K3, KN mit denen die ersten bis vierten Leiter L1, L2, L3, N elektrisch geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ein Kontakt einem Leiter zugeordnet ist;
- - eine mit den Kontakten K1, K2, K3, KN verbundene Unterbrechungseinheit 30, zum Öffnen (und ggfs. Schließen) der Kontakte K1, K2, K3, KN;
- - einen mit der Unterbrechungseinheit 30 verbundene Steuerungseinheit 20, die ggfs. eine Öffnung der Kontakte K1, K2, K3, KN bewirkt;
- - einen Summenstromwandler ZCT, dessen Primärseite durch die Leiter L1, L2, L3, N gebildet ist, wobei die Leiter durch den Summenstromwandler ZCT hindurchgeführt sind, der Summenstromwandler beispielsweise als Ringkern, z.B. aus ferromagnetischen bzw. nanokristallinen Material ausgeführt ist, und der eine Sekundärwicklung aufweist, die beispielsweise mehrere Windungen aufweist, wie angedeutet;
- - eine mit der Sekundärwicklung verbundene Detektionseinheit 80, die andererseits mit der Steuerungseinheit 20 verbunden ist,
-
Es ist eine Auswahleinheit 40 vorgesehen. Die Auswahleinheit 40 ist mit der Steuerungseinheit 20 verbunden. Die Auswahleinheit 40 und die Steuerungseinheit 20 sind derart ausgestaltet, dass zwischen einer Fehlerstromschutzschalterfunktion und einer Fehlerstromüberwachungsfunktion umgeschaltet werden kann, so dass das Gerät entweder die Funktionalität eines Fehlerstromschutzschalters oder Fehlerstromüberwachungsgerätes aufweist.
-
Mit Fehlerstromschutzschalterfunktion ist die Funktion eines Fehlerstromschutzschalters gemeint, der bei Überschreiten von Fehlerstromgrenzwerten (= Differenzstromgrenzwerten) den elektrischen Niederspannungsstromkreis unterbricht bzw. eine Unterbrechung signalisiert.
-
Mit Fehlerstromüberwachungsfunktion ist eine Funktion eines Anzeigegerätes gemeint, wie eines Monitoring Devices, das Fehlerströme ermittelt und die Höhe dieser Fehlerströme anzeigt. Eine Schutzfunktion, analog zum Fehlerstromschutzschalter, ist hierbei nicht vorgesehen.
-
Bei der Fehlerstromschutzschalterfunktion erzeugt funktional ein in der Sekundärwicklung induzierter Fehlerstrom, der beispielsweise einen Fehlerstrom(grenz)wert überschreitet, eine Unterbrechung mindestens eines, eines Teils oder aller Leiter, d.h. eine Öffnung eines, eines Teils oder aller Kontakte, so dass der elektrische Stromkreis unterbrochen wird. Die Unterbrechung kann durch eine nicht dargestellte Mechanik unterstützt werden.
-
Die Steuerungseinheit 20 kann weitere Einheiten umfassen, wie einen oder mehrere Analog-Digital-Umsetzer 21, eine Werteberechnungseinheit 22 oder/und eine Schwellwertvergleichseinheit 24. Ferner eine Überwachungseinheit 23, zur Erkennung der Aktivierung der Fehlerstromüberwachungsfunktion und ggfs. weiterer Überwachungsfunktionen. Das Signal der Auswahleinheit 40 wird dieser Überwachungseinheit 23 zugeführt. Je nach Auswahl der Funktion wird eine Überwachung durchgeführt, wobei eine Unterbrechung des Stromkreises unterdrückt wird, d.h. die Schwellwertvergleichseinheit 24 erhält von der Überwachungseinheit 23 ein Signal, dass keine Auslösung erfolgen soll.
Andernfalls führt eine Überschreitung eines Fehlerstrom(grenz)wertes zu einer Unterbrechung des Stromkreises, mittels eines Signalflusses von der Sekundärwicklung über die Detektionseinheit 80, Steuerungseinheit 20, zur Unterbrechungseinheit 30; gegebenenfalls über den Analog-Digital-Umsetzer 21, die Werteberechnungseinheit 22 und der Schwellwertvergleichseinheit 24.
-
Die Auswahleinheit 40 kann beispielsweise einen Schiebeschalter, Drehschalter, Tastschalter oder anderen Schalter aufweisen, zur Auswahl der Funktion des Gerätes.
-
Die erste Anzeigeeinheit 50 ist mit der Steuerungseinheit 20 verbunden. Sie ist beispielsweise als optischer Indikator mit einer Lichtemmitterdiode (LED), Lampe, Display, o.ä. ausgeführt. Sie dient zur optischen, insbesondere aktiv visuellen Anzeige, der Überwachungsfunktion. Beispielsweise durch eine rote oder grüne Leuchtdiode.
-
Die zweite Anzeigeeinheit 60 ist mit der Steuerungseinheit 20 verbunden. Sie ist beispielsweise als optischer Indikator mit einer Lichtemmitterdiode (LED), Lampe, Display, o.ä. ausgeführt. Sie dient zur optischen, insbesondere aktiv visuellen Anzeige, dass ein Fehlerstrom(grenz)wert überschritten ist. Beispielsweise durch eine gelbe Leuchtdiode.
-
Es kann ein Relais 70 bzw. Relaiseinheit bzw. Schaltausgang vorgesehen sein, der bei aktivierter Fehlerstromüberwachungsfunktion eine Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes signalisiert. Beispielsweise kann hier mit einer externen Spannungsquelle und z.B. einer Lampe eine Anzeiger eine Trip-Meldung erfolgen.
-
Es kann eine Schnittstelle 10 für eine externe Unterbrechungseinheit vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann an dieser beispielsweise bei Überschreiten eines Fehlerstrom(grenz)wertes immer eine Signalisierungsinformation anliegen, d.h. auch bei aktivierter Fehlerstromüberwachungsfunktion.
Im Gegensatz zur internen Unterbrechungseinheit, die nur bei aktivierter Fehlerstromschutzschalterfunktion ein Signal erhält und daraufhin eine Unterbrechung des Stromkreises durchführt.
-
Des Weiteren kann ein Netzteil 90 vorgesehen sein, beispielsweise ein Schaltnetzteil, das mit mindestens einem Teil der Leiter, insbesondere mit den ersten bis vierten Leitern L1, L2, L3, N, verbunden ist. Das Netzteil dient zur Energieversorgung mindestens eines Teiles der Einheiten des Gerätes, beispielsweise der Steuerungseinheit 20 oder der Detektionseinheit 80.
-
Funktional erkennt die Steuerungseinheit 20 den Status der Auswahleinheit 40. Die Detektionseinheit 80 erkennt je nach Auslegung verschiedene Fehlerströme. Wenn die Fehlerstromüberwachungsfunktion ausgewählt wurde, wird z.B. die erste Anzeigeeinheit 50 angesteuert und die Überwachungsfunktion signalisiert, z.B. durch eine leuchtende LED. Dadurch erkennt ein Kunde, dass keine Schutzfunktion vorliegt, sondern „nur“ überwacht wird.
Erfolgt bei der Fehlerstromüberwachungsfunktion eine Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes, erfolgt ggfs. eine Ansteuerung der zweiten Anzeigeeinheit 60. Diese signalisiert, z.B. durch eine leuchtende LED, dass der Fehlerstromgrenzwert überschritten wurde.
Parallel dazu ggfs. die Schnittstelle 10 für die externe Unterbrechungseinheit aktiviert, so dass extern der Stromkreis unterbrochen werden könnte. Die interne Unterbrechungseinheit 30 wird hierbei nicht aktiviert.
-
Ist die Fehlerstromschutzschalterfunktion aktiviert, wird bei Überschreitung des Fehlerstromgrenzwertes sowohl die interne Unterbrechungseinheit 30 als auch die Schnittstelle 10 für die externe Unterbrechungseinheit aktiviert.
-
Die zweite Anzeigeeinheit 60 und die Relaiseinheit 70 können auch für so genannte Voralarme / „Pre-Alarms“ verwendet werden. So dass ein Ansteigen des Fehlerstromes bzw. erreichen eines Vor-Fehlerstromgrenzwertes signalisiert werden kann.
-
2 zeigt eine Blockschaltbild gemäß 1, mit dem Unterschied, dass alle Funktionseinheiten, außer die Unterbrechungseinheit 30 mit den Kontakten K1, K2, K3, KN, in einem Gehäuse 200 angeordnet sind. Dieses Gehäuse 200 kann als Modul ausgestaltet sein, dass mit einem Schaltgerät, wie einem Leistungsschalter in Verbindung steht.
Die Verbindung dabei durch eine elektrische Verbindung 230 oder/und eine mechanische Verbindung, beispielsweise in Form eines Stößels, erfolgen.
-
Die Unterbrechungseinheit 30 inklusive Kontakte K1, K2, K3, KN und ggfs. weiterer Einheiten ist hierbei Teil eines Schaltgerätes, wie eines Leistungsschalters.
-
Mit Leistungsschalter ist hierbei ein Schutzgerät gemeint, dass ähnlich wie eine Sicherung funktioniert. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels mindestens eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.
-
Insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.
-
Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.
-
Gemäß 2 ist ein Gerät für Fehlerströme mit einem Schaltgerät, wie einem Leistungsschalter, verbunden, wobei das Gerät als Modul ausgestaltet ist.
-
3 zeigt eine Ausführung gemäß 1, mit den nachfolgend genannten Unterschieden.
-
Die Steuerungseinheit 20 weist alleinig einen Mikroprozessor MCU auf. Dieser kann beispielsweise an seinen Eingängen AI integrierte Analog-Digital-Umsetzer aufweisen.
-
Das Netzteil 90 weist mehrere Einheiten auf. Zum einen eine Gleichrichtereinheit 91, gefolgt von einem Gleichspannungskonverter 92, wie einem DC-DC Konverter 92, gefolgt von einem Gleichspannungsregler 93, wie einem Low Dropout Regulator respektive LDO. Am Ausgang dieses Netzteils 90 wird eine Versorgungsspannung VCC bereit gestellt, die der Steuerungseinheit 20 sowie weiteren Einheiten bzw. Schaltungsteilen zur Verfügung gestellt wird / werden kann, z.B. der ersten oder/und zweiten Anzeigeeinheit 50, 60.
-
Die erste oder/und zweite Anzeigeeinheit 50, 60 kann beispielseise als Serienschaltung einer Lichtemmitterdiode mit einem Widerstand ausgeführt sein, die einerseits mit einem Ausgang DO der Steuerungseinheit 20 verbunden ist und andererseits mit der Versorgungsspannung VCC des Netzteils 90.
-
Die Unterbrechungseinheit 30 kann beispielsweise eine Spule bzw. ein Relais aufweisen, mit denen die Kontakte K1, K2, K3, KN geöffnet werden.
-
Die Schnittstelle 10 für eine externe Unterbrechungseinheit kann beispielsweise ebenfalls als Relais ausgestaltet sein, z.B. in dem dessen Kontakte zum Anschluss / als Ausgänge vorgesehen sind.
-
In der Detektionseinheiten 80 können Filter und Verstärker enthalten sein, beispielsweise Operationsverstärker eingesetzt sein. Die Filter/Tiefpassfilter können ebenfalls mittels Operationsverstärker realisiert sein.
Die Detektionseinheit 80 kann Widerstände aufweisen, wie angedeutet.
-
Die Detektionseinheit 80 kann je nach Gerät zur Detektion verschiedener Fehlerströme, wie rein sinusförmiger Wechselfehlerströme, pulsierende Wechselfehlerströme, Wechselfehlerströme bis zu verschiedenen Frequenzbereichen, pulsierenden Gleichfehlerströme, glatten Gleichfehlerströme, etc. ausgestaltet sein.
-
4 zeigt ein Blockschaltbild gemäß 3, mit dem Unterschied, dass alle Einheiten, bis auf die Kontakte K1, K2, K3, KN, in einem Gehäuse 300 angeordnet sind.
Das Gehäuse 300 kann als Modul ausgestaltet sein, dass mit einem Schaltgerät 400, wie einem Leistungsschalter in Verbindung steht.
Die Verbindung ist dabei beispielsweise durch eine mechanische Verbindung 330, beispielsweise in Form eines Stößels, realisiert. Der Stößel wird z.B. durch eine Spule in der Unterbrechungseinheit 30 betätigt.
Die Kontakte K1, K2, K3, KN und ggfs. weitere Einheiten sind hierbei Teil des Schaltgerätes 400, wie eines Leistungsschalters. Der Stößel bewirkt eine Auslösung der Kontakte des Schaltgerätes 400, insbesondere Leistungsschalters. Das Schaltgerät kann weitere Einheiten, wie eine nicht dargestellte Mechanik aufweisen, um die Bewegung des Stößel zur Auslösung zu verwenden.
Alternativ kann auch eine elektrische Auslösung erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Auslöseeinheit des Schaltgerätes, wie z.B. Leistungsschalters.
5 zeigt eine erste beispielhafte Ansicht eines Gerätes für Fehlerströme FI, gemäß den vorstehenden Ausführungen. Dieses weist, neben den Einstellmöglichkeiten für den Fehlerstrom bzw. Bemessungs-Fehleransprechstrom 41 oder/und die Auslösezeit bzw. Grenznichtansprechzeit 42, eine Auswahleinheit 40, beispielsweise in Form eines Schiebeschalters, auf.
-
Mit dieser kann zwischen der Fehlerstromschutzschalterfunktion und der Fehlerstromüberwachungsfunktion umgeschaltet werden.
Ferner sind erste, zweite und dritte Anzeigeeinheiten 50, 60, 100 in Form von Lichtemmitterdioden an der Oberfläche des Gehäuses des Gerätes integriert.
Das Gerät gemäß 5 ist dabei als Modul ausgestaltet, das mit einem Schaltgerät verbunden werden kann.
-
6 eine zweite beispielhafte Ansicht gemäß 5, mit dem Unterschied, dass die Auswahleinheit 40 einen Drehschalter aufweist, mit dem zwischen Fehlerstromschutzschalterfunktion und Fehlerstromüberwachungsfunktion umgeschaltet werden kann. Ferner können verschiedene Typen der Fehlerstromerkennung, sowohl Schutzschalterfunktion als auch für die Überwachungsfunktion ausgewählt werden.
-
7 zeigt eine Anordnung eines Systems, aufweisend ein Gerät für Fehlerströme in Modulbauweise 300 in Verbindung mit einem Schaltgerät 400, wie z.B. einem Leistungsschalter.
-
8 zeigt eine andere Darstellung gemäß 7, wobei der Schaltausgang X1 des Relais 7 mit einer Serienschaltung einer Spannungsquelle U, einer Sicherung F und einer ersten Lampe bzw. Leuchtdiode L1, wahlweise einer Parallelschaltung einer zweiten Lampe bzw. Leuchtdiode L2, verbunden ist. So kann beispielsweise die Überschreitung eines Fehlerstromgrenzwertes signalisiert werden.
-
9 zeigt eine Anordnung eines weiteren Systems, aufweisend ein Gerät für Fehlerströme 500, mit einem externen Summenstromwandler ZCT, sowie einer elektrischen Verbindung 900 zu einem Schaltgerät 800, wie einem Leistungsschalter, wobei die elektrische Verbindung mit einer Einheit 700 des Schaltgerätes verbunden, zur Auslösung des Schaltgerätes. Die Einheit 700 kann beispielsweise ein elektrischer Über- oder Unterspannungsauslöser sein. Das Gerät für Fehlerströme 500, das alle Einheiten im Gehäuse 200 gemäß 2 aufweisen kann, mit Ausnahme des Summenstromwandlers ZCT, kann dabei auf einer Hutschiene 600 montiert sein.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein kompaktes Gerät für Fehlerströme zur Verfügung gestellt wird, das eine erweiterte Funktionalität zur Verfügung gestellt. Insbesondere bei der Inbetriebnahme von Anlagen, insbesondere mit Frequenzumrichtern, kann so mit geringen Aufwand eine schnelle Inbetriebnahme erfolgen, indem im Überwachungsmodus erst die Fehlerströme ermittelt werden und anschließend im Schutzmodus die Anlage mit passenden Parametern geschützt wird.
-
Mit der Erfindung kann zudem die Typenvielfalt an Fehlerstromschutzschaltern und Monitoring Devices reduziert werden, was Entwicklungs-, Produktions- und Lagerhaltungskosten reduziert.
-
In einem kompakten Gehäuse, beispielsweise eines Fehlerstromschutzschalters wird zusätzlich eine Monitoring Funktion integriert, welche die Energieversorgung von den Leitern des Stromkreises erhält. Mit Hilfe eines Umschalters kann ein Nutzer entscheiden, ob er die Applikation nur „beobachten“ möchte, ohne dass die Anlage im Fehlerfall abschaltet, oder das Gerät als reines Schutzgerät fungieren soll.
Beides kann kombiniert werden, indem beispielsweise eine Anlage im Monitoring-Modus hochgefahren wird und im Betrieb auf den Schutzmodus umgeschaltet wird.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
