DE102021210840A1

DE102021210840A1 - Switching device, circuit breaker and operating procedures

Info

Publication number: DE102021210840A1
Application number: DE102021210840.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Nielebock
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Ein halbleiterbasierter Leitungsschutzschalter bildet mit schaltbaren Lastabgängen mit bistabilem Relais ein Stromnetz, bei dem im Fehlerfall nach einer Klärung des Fehlers eine Lokalisierung des Fehlers vorgenommen wird, indem durch den Leitungsschutzschalter gesteuert und mit ihm zusammen einzelne der Lastabgänge kurzzeitig eingeschaltet werden, bis der Lastabgang identifiziert ist, bei dem der Fehler auftritt.A semiconductor-based miniature circuit breaker forms a power grid with switchable load outlets with bistable relays, in which, in the event of a fault, the fault is localized after the fault has been clarified, by being controlled by the miniature circuit breaker and together with it, individual load outlets are briefly switched on until the load outlet is identified where the error occurs.

Description

Klassische mechanische Leitungsschutzschalter werden so ausgelegt, dass Sicherungen von angeschlossenen Lasten im Fehlerfall auslösen, bevor der Leitungsschutzschalter den Netzabschnitt trennt. Dadurch wird vermieden, dass ein gesamter Netzabschnitt unnötig vom Netz genommen wird.Classic mechanical miniature circuit breakers are designed in such a way that, in the event of a fault, the fuses of connected loads trip before the miniature circuit breaker disconnects the network section. This avoids that an entire network section is unnecessarily taken off the network.

An der Stelle von klassischen Leitungsschutzschaltern könnten zukünftig sowohl in AC- als auch in DC-Netzen halbleiterbasierte Leitungsschutzschalter zum Einsatz kommen, also solche, die den Strompfad mit Halbleiterschaltern wie IGBTs unterbrechen. Diese haben Vorteile bezüglich der Geschwindigkeit, mit der Fehlerströme abgeschaltet werden können. Nachteilig ist aber, dass die Halbleiterschalter weniger überlastfähig sind als mechanische Schalter. Eine Auslegung des Leitungsschutzschalters, die sicherstellt, dass Sicherungen von angeschlossenen Lasten vor dem Leitungsschutzschalter auslösen, ist daher schwieriger und erfordert eine deutliche Überdimensionierung der Halbleiterschalter, die einen solchen Leitungsschutzschalter wirtschaftlich unattraktiver macht. Wird die Überdimensionierung nicht durchgeführt, führen Fehler nachteilig zur unnötigen Abschaltung des gesamten Netzabschnitts anstatt nur einer Last.Instead of classic miniature circuit breakers, semiconductor-based miniature circuit breakers could be used in both AC and DC networks in the future, i.e. those that interrupt the current path with semiconductor switches such as IGBTs. These have advantages in terms of the speed at which fault currents can be switched off. The disadvantage, however, is that the semiconductor switches have less overload capacity than mechanical switches. A design of the miniature circuit breaker that ensures that fuses of connected loads trigger before the miniature circuit breaker is therefore more difficult and requires the semiconductor switches to be significantly oversized, which makes such a miniature circuit breaker economically less attractive. If oversizing is not implemented, faults will disadvantageously lead to the unnecessary shutdown of the entire network section instead of just a load.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Schalt-Systeme für Stromnetze sowie ein verbessertes Betriebsverfahren für ein Stromnetz anzugeben. Dabei soll insbesondere der Betrieb eines halbleiterbasierten Leitungsschutzschalters unter Vermeidung der eingangs genannten Nachteile ermöglicht werden.It is the object of the present invention to specify improved switching systems for power grids and an improved operating method for a power grid. In this case, in particular, the operation of a semiconductor-based circuit breaker should be made possible while avoiding the disadvantages mentioned at the outset.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Eine weitere Lösung, die mit der Schaltvorrichtung zusammenwirkt, besteht in dem Leitungsschutzschalter mit den Merkmalen von Anspruch 10. Hinsichtlich des Verfahrens besteht eine Lösung in dem Betriebsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15.This object is achieved by a switching device having the features of claim 1. A further solution, which interacts with the switching device, consists in the circuit breaker with the features of claim 10. With regard to the method, a solution consists in the operating method with the features of claim 15.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung für einen Lastabgang eines Stromnetzes umfasst einen Schalter zur An- und Abschaltung des Lastabgangs, einen Energiespeicher zur temporären Bereitstellung einer Stromversorgung für die Schaltvorrichtung und eine Steuervorrichtung, ausgestaltet zum Empfang von Steuerinformationen von einem übergeordneten Schaltgerät und zur Ansteuerung des Schalters basierend auf den Steuerinformationen.The switching device according to the invention for a load output of a power grid comprises a switch for switching the load output on and off, an energy store for temporarily providing a power supply for the switching device and a control device, designed to receive control information from a higher-level switching device and to control the switch based on the tax information.

Der erfindungsgemäße Leitungsschutzschalter umfasst einen oder mehrere im Laststrompfad eines Stromnetzes angeordnete Halbleiterschaltern und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Halbeiterschalter. Die Steuereinrichtung ist weiterhin ausgestaltet, einen Fehlerstrom zu detektieren, einen vorliegenden Fehler durch eine Abschaltung der Halbleiterschalter zu klären, lastseitig vom Leitungsschutzschalter im Stromnetz vorhandene steuerbare Schaltvorrichtungen so anzusteuern, dass diese eine Abschaltung vornehmen. Unter Fehlerstrom wird ein Überstrom, insbesondere ein Kurzschlussstrom verstanden, insbesondere wenn der Strom einen Stromgrenzwert oder Strom-Zeitgrenzwert, d.h. wenn der Strom einen Stromgrenzwert für eine bestimmte Zeitspanne übersteigt, überschreitet.The circuit breaker according to the invention comprises one or more semiconductor switches arranged in the load current path of a power grid and a control device for controlling the semiconductor switches. The control device is also designed to detect a fault current, to clarify an existing error by switching off the semiconductor switch, to control controllable switching devices present on the load side of the line circuit breaker in the power grid in such a way that they switch off. Residual current is understood to mean an overcurrent, in particular a short-circuit current, in particular when the current exceeds a current limit value or current time limit value, i.e. when the current exceeds a current limit value for a specific period of time.

Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für ein Stromnetz, insbesondere ein Gebäudenetzwerk, wird ein halbleiterschalterbasierter Leitungsschutzschalter verwendet, um einen Fehlerstrom zu detektieren. Bei Auftreten eines Fehlers schaltet der Leitungsschutzschalter den Strom im Stromnetz ab und dem Leitungsschutzschalter nachgelagerte Lastabgänge werden abgeschaltet. Ferner schaltet der Leitungsschutzschalter den Strom im Stromnetz temporär ein und einer oder mehrere der Lastabgänge werden sequentiell eingeschaltet, bis der Kurzschluss wieder auftritt.In the operating method according to the invention for a power grid, in particular a building network, a circuit breaker based on a semiconductor switch is used in order to detect a residual current. If an error occurs, the circuit breaker switches off the current in the power grid and load outputs downstream of the circuit breaker are switched off. Furthermore, the circuit breaker temporarily switches on the current in the power grid and one or more of the load outputs are switched on sequentially until the short circuit occurs again.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren oder das Zusammenwirken der Schaltvorrichtung, in diesem Text auch als Lastabgang bezeichnet, mit dem Leitungsschutzschalter wird erreicht, dass einerseits eine schnelle Abschaltung eines Fehlerstroms erfolgen kann, um die Halbleiterschalter des Leitungsschutzschalters vor Überlast zu schützen. Gleichzeitig kann aber eine Lokalisierung eines Fehlers vorgenommen werden, indem nach Klärung eines Fehlers ein Anschalten des Leitungsschutzschalters und ein Einschalten eines Teils, beispielsweise nur einer der Schaltvorrichtungen vorgenommen wird.The method according to the invention or the interaction of the switching device, also referred to in this text as a load output, with the miniature circuit breaker ensures that, on the one hand, a fault current can be switched off quickly in order to protect the semiconductor switches of the miniature circuit breaker from overload. At the same time, however, a fault can be localized by switching on the circuit breaker and switching on a part, for example only one of the switching devices, after the fault has been clarified.

Es kann somit in der Folge unterschieden werden zwischen Schaltvorrichtungen, bei deren Einschalten der Fehler wieder auftritt und solchen, bei denen das nicht der Fall ist.A distinction can thus be made between switching devices in which the error occurs again when they are switched on and those in which this is not the case.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gehen aus den von Anspruch 1 und Anspruch 10 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 oder 10 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen werden:

Der in der Schaltvorrichtung vorhandene Schalter kann ein Relais, insbesondere ein bistabiles Relais sein. Bistabile Relais benötigen zum Halten des jeweiligen Schaltzustandes keine Energie und fügen dem Laststrompfad auch keinen Widerstand hinzu, der Verluste und Abwärme verursacht.

Advantageous configurations of the device according to the invention emerge from the claims dependent on claim 1 and claim 10 . The embodiment according to

claim

1 or 10 can be combined with the features of one of the dependent claims or preferably also with those of several dependent claims. Accordingly, the following features can also be provided:

The switch present in the switching device can be a relay, in particular a bistable relay. Bistable relays do not require any energy to hold the respective switching state and do not add any to the load current path Adds resistance that causes losses and waste heat.

Der Energiespeicher ist bevorzugt so gewählt, dass er einer temporären Bereitstellung der Stromversorgung für die Schaltvorrichtung für einen Zeitraum von 100 ms bis 1 s genügt. Dafür eignet sich beispielsweise ein Superkondensator.The energy store is preferably selected in such a way that it suffices for a temporary provision of the power supply for the switching device for a period of 100 ms to 1 s. A supercapacitor, for example, is suitable for this.

Die Steuervorrichtung kann ausgestaltet sein, die Schaltvorrichtung, also den Schalter, bei einem Ausbleiben der Netzspannung im Stromnetz abzuschalten. Insbesondere kann diese Abschaltung erfolgen, wenn die Netzspannung im Stromnetz für eine bestimmte Mindestzeitdauer ausbleibt. Eine solche Mindestdauer kann beispielsweise 200 ms betragen. Bevorzugt ist die Mindestdauer in der Steuervorrichtung so gewählt, dass das Abschalten unter Verwendung der bei Ausbleiben der Netzspannung schwindenden Energie aus dem Energiespeicher noch gewährleistet ist.The control device can be designed to switch off the switching device, ie the switch, if the mains voltage in the power supply system fails to appear. In particular, this shutdown can take place when the mains voltage in the power grid fails for a specific minimum period of time. Such a minimum duration can be 200 ms, for example. The minimum duration in the control device is preferably selected in such a way that switching off is still ensured using the energy from the energy storage device that dwindles when the mains voltage fails.

Die Steuervorrichtung ist bevorzugt ausgestaltet, die Steuerinformationen über das Stromnetz zu empfangen. Beispielsweise kann eine solche Steuerinformation, die über das Stromnetz empfangen wird, ein Signal zum Abschalten beinhalten. Dieses Signal wird durch eine temporäre Abschaltung der Netzspannung gegeben, die zwar unterhalb 1 s andauert, aber länger als die Mindestzeitdauer ist und somit zu einer Abschaltung der Schaltvorrichtung führt. Auch andere Steuerinformationen können über das Stromnetz empfangen werden, beispielsweise ein Signal zum Einschalten der Schaltvorrichtung. Dieses kann beispielsweise als temporäres Einschalten der Netzspannung gegeben werden.The control device is preferably designed to receive the control information via the power grid. For example, such control information received via the power grid may include a signal to turn off. This signal is given by a temporary shutdown of the mains voltage, which lasts less than 1 s but is longer than the minimum duration and thus leads to a shutdown of the switching device. Other control information can also be received via the power grid, for example a signal to switch on the switching device. This can be given, for example, as a temporary switching on of the mains voltage.

Dabei ist es vorteilhaft in einem Stromnetz mit mehreren Schaltvorrichtungen, wenn die Steuervorrichtung ausgestaltet ist, an sie gerichtete Steuerinformationen anhand einer Adressierung mittels einer temporären Abschaltung der Spannung im Stromnetz zu identifizieren. Beispielsweise kann die Dauer der Abschaltung oder eine Dauer eines Einschaltens als Adressierung verwendet werden.In this context, it is advantageous in a power grid with a plurality of switching devices if the control device is designed to identify control information directed to it on the basis of addressing by temporarily switching off the voltage in the power grid. For example, the duration of the switch-off or a duration of a switch-on can be used as addressing.

Die Steuervorrichtung kann ferner ausgestaltet sein, eine Adressinformation für die Identifikation von solchen Steuerinformationen zu speichern, die sich an die Steuervorrichtung richten. Mit anderen Worten kann eine solche Adressinformation von außen vorgegeben werden und wird von der Steuervorrichtung gespeichert, um zukünftige Steuerinformationen zuordnen zu können.The control device can also be designed to store address information for the identification of such control information that is directed to the control device. In other words, such address information can be specified from the outside and is stored by the control device in order to be able to assign future control information.

Die Schaltvorrichtung kann eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine LED-Anzeige zur Darstellung eines Fehlerprüfergebnisses, umfassen. Dadurch kann beispielsweise ein erfolgreich lokalisierter Fehler optisch signalisiert werden und muss nicht aufwendig über ein Datennetzwerk versendet werden.The switching device can include a display device, in particular an LED display for displaying an error check result. In this way, for example, a successfully localized error can be signaled optically and does not have to be sent via a data network, which is time-consuming.

Die Steuereinrichtung des Leitungsschutzschalters kann ausgestaltet sein, zur Lokalisierung des Fehlers die Halbleiterschalter einzuschalten und bei Wiedereintritt des Fehlerfalls bei abgeschalteten Schaltvorrichtungen den Fehler in der Installation oder den Schaltvorrichtungen selbst lokalisiert zu erkennen. Mit anderen Worten liegt in diesem Fall der Fehler nicht oder nicht nur lastseitig von den Schaltvorrichtungen vor. Eine weitere Lokalisierung unterhalb der Schaltvorrichtung ist in diesem Fall nicht möglich.The control device of the miniature circuit breaker can be designed to switch on the semiconductor switches to localize the fault and to recognize the localized fault in the installation or in the switching devices themselves if the fault occurs again when the switching devices are switched off. In other words, in this case the error is not present or not only present on the load side of the switching devices. In this case, further localization below the switching device is not possible.

Die Steuereinrichtung des Leitungsschutzschalters kann ferner ausgestaltet sein, zur Lokalisierung des Fehlers die Halbleiterschalter einzuschalten und, sofern der Fehlerfall nicht wieder eintritt, ein Einschalten eines oder mehrerer Schaltvorrichtungen gleichzeitig oder in Serie vorzunehmen, bis der Fehlerfall wieder eintritt, und den Fehler als lastseitig von derjenigen Schaltvorrichtung zu erkennen, bei deren Einschalten des Lastabgangs der Fehler wieder auftritt.The control device of the circuit breaker can also be designed to switch on the semiconductor switches to localize the error and, if the error does not occur again, to switch on one or more switching devices simultaneously or in series until the error occurs again, and the error as the load side of that one Recognize switching device, when switching on the load output, the error occurs again.

Aus einer oder mehreren der schaltbaren Schaltvorrichtungen kann vorteilhaft ein Stromnetzwerk mit einer Stromleitung mit mehreren daran parallel angebundenen Lastabgängen gebildet werden, wobei versorgungsseitig von den Lastabgängen ein Leitungsschutzschalter angeordnet ist.One or more of the switchable switching devices can advantageously be used to form a power network with a power line with a plurality of load outlets connected to it in parallel, with a circuit breaker being arranged on the supply side of the load outlets.

In diesem Stromnetz kann nach Auftreten eines Fehlers und dessen Klärung manuell gesteuert oder automatisch eine Lokalisierung des Fehlers vorgenommen werden. Ist der Fehler lokalisiert und sind also Schaltvorrichtungen identifiziert, bei denen kein Fehler vorliegt, kann vorteilhaft ein Teil des Stromnetzes wieder eingeschaltet werden. Dazu schaltet der Leitungsschutzschalter wieder ein und steuert diejenigen Schaltvorrichtung zum Einschalten an, bei denen kein Fehler vorliegt. Auf diese Weise wird ein schnelles Abschalten des Leitungsschutzschalters ermöglicht und gleichzeitig erreicht, dass dieses Abschalten nach Möglichkeit keinen Ausfall des gesamten Stromnetzes nach sich zieht.In this power network, after a fault has occurred and its clarification, it can be controlled manually or the fault can be localized automatically. If the error is localized and switching devices are therefore identified in which there is no error, part of the power grid can advantageously be switched on again. For this purpose, the miniature circuit breaker switches on again and controls those switching devices to switch on in which there is no fault. In this way, it is possible to switch off the miniature circuit breaker quickly and, at the same time, it is achieved that this switching off does not result in a failure of the entire electricity network, if possible.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen.Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. In the figures, the same reference symbols designate the same components and functions.

Es zeigen:

1 ein Stromnetz mit einem halbleiterbasierten Leitungsschutzschalters und mehreren schaltbaren Lastabgängen,
2 ein vereinfachtes Schaltbild eines halbleiterbasierten Leitungsschutzschalters,
3 ein vereinfachtes Schaltbild eines schaltbaren Lastabgangs,
4 ein Ablaufdiagramm für einen Einschaltvorgang,
5 ein Ablaufdiagramm für eine Fehlerabschaltung,
6 ein Ablaufdiagramm für die Lokalisierung eines Fehlers,
7 bis 9 Diagramme mit Schaltzuständen des Leitungsschutzschalters und zweier Lastabgänge für die Einschaltung, Abschaltung und Fehlerlokalisierung.

Show it:

1 a power grid with a semiconductor-based circuit breaker and several switchable load outlets,
2 a simplified circuit diagram of a semiconductor-based circuit breaker,
3 a simplified circuit diagram of a switchable load output,
4 a flowchart for a switch-on process,
5 a flowchart for a trip,
6 a flowchart for locating an error,
7 until 9 Diagrams with switching states of the circuit breaker and two load outputs for switching on, switching off and fault localization.

1 zeigt ein Stromnetz 10, das ein Ausschnitt aus einem Gebäudenetzwerk oder Fabriknetzwerk ist. Das Stromnetz 10 umfasst eine Stromleitung 12, an der mehrere Lastabgänge 14a...e parallel zueinander angebunden sind. Auf einer Lastseite der Lastabgänge 14a...e sind Lasten angeschlossen oder können Lasten angeschlossen werden. Diese Anordnung entspricht der typischen Anbindung von Steckdosen oder fest verdrahteten Lasten in Gebäudenetzwerken. 1 shows a power grid 10, which is a section of a building network or factory network. The power grid 10 includes a power line 12 to which a plurality of load outputs 14ae . . . e are connected in parallel to one another. Loads are connected or loads can be connected on a load side of the load outputs 14a...e. This arrangement corresponds to the typical connection of sockets or hard-wired loads in building networks.

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um ein AC-Netzwerk (Wechselstromnetzwerk). In anderen Ausführungsbeispielen für die Erfindung kann es sich bei dem Stromnetz 10 auch um ein DC-Netzwerk (Gleichstromnetzwerke) handeln.This example is an AC network (alternating current network). In other exemplary embodiments of the invention, the power grid 10 can also be a DC (direct current) network.

Das Stromnetz 10 umfasst einen Leitungsschutzschalter 20, der versorgungsseitig in der Stromleitung 12 angeordnet ist und diese unterbrechen kann, beispielsweise wenn ein Kurzschluss vorliegt. Bei dem Leitungsschutzschalter 20 handelt es sich um einen Leitungsschutzschalter, der auf Halbleiterschaltern basiert. Ein solcher halbleiterbasierter Leitungsschutzschalter 20 weist den Vorteil auf, dass Kurzschlüsse in Installation oder an den Lastabgängen 14a...e angeschlossenen Geräten deutlich schneller detektiert und abgeschaltet werden können als mit bekannten mechanischen Schaltern.The power grid 10 includes a circuit breaker 20, which is arranged on the supply side in the power line 12 and can interrupt it, for example if there is a short circuit. The circuit breaker 20 is a circuit breaker based on semiconductor switches. Such a semiconductor-based miniature circuit breaker 20 has the advantage that short circuits in the installation or in devices connected to the load outputs 14a...e can be detected and switched off much faster than with known mechanical switches.

Durch das schnellere Abschalten bei deutlich geringerem Kurzschlussstrom wird aber die notwendige Energie zum Auslösen von unterlagerten Sicherungen, beispielsweise Schmelzsicherungen, unter Umständen nicht mehr erreicht. Dadurch schaltet der Leitungsschutzschalter 20 das Stromnetz 10 ab, bevor die entsprechende Sicherung den Fehler trennen kann und somit die Abschaltung des gesamten Stromnetzes 10 gar nicht erforderlich macht. Die Erfindung behandelt diese Problematik.Due to the faster shutdown with a significantly lower short-circuit current, however, the necessary energy for triggering lower-level fuses, for example fuses, may no longer be achieved. As a result, the line circuit breaker 20 switches off the power grid 10 before the corresponding fuse can disconnect the fault and thus makes it unnecessary to switch off the entire power grid 10 at all. The invention addresses this problem.

2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild für den Leitungsschutzschalter 20. Der Leitungsschutzschalter 20 umfasst einen ersten und zweiten IGBT 21, 22, die anti-seriell geschaltet sind. Durch die anti-serielle Schaltung der zwei IGBTs 21, 22 kann der Strom unabhängig von der momentanen Stromrichtung abgeschaltet werden. Für AC-Netzanwendungen ist diese Ausgestaltung notwendig; in DC-Netzanwendungen kann in alternativen Ausgestaltungen auch nur ein einzelner Halbleiterschalter verwendet werden; dann kann aber auch nur Strom in einer Richtung sicher abgeschaltet werden. Die beiden IGBTs 21, 22 sind direkt in der Stromleitung angeordnet. Parallel zu den IGBTs 21, 22 umfasst der Leitungsschutzschalter 20 ein Entlastungsnetzwerk 23, das Überspannungen über die IGBTs 21, 22 begrenzt. Solche Überspannungen treten im Zuge einer Abschaltung auf und werden von im Stromnetz vorhandenen Induktivitäten, beispielsweise auch der Stromleitung 12 selbst, verursacht. Weiterhin umfasst der Leitungsschutzschalter 20 eine Steuereinrichtung 25, die zumindest die IGBTs 21, 22 ansteuert. Die Steuereinrichtung 25 kann beispielsweise zur Detektion von einem Kurzschluss ausgestaltet sein und schaltet als Reaktion auf einen Kurzschluss den Stromfluss in der Stromleitung 12 ab, indem die beiden IGBTs 21, 22 nichtleitend geschaltet werden. Wenn in diesem Text von einer Abschaltung des Leitungsschutzschalters 20 die Rede ist, ist die Abschaltung der IGBTs 21, 22 gemeint. 2 shows a simplified circuit diagram for the circuit breaker 20. The circuit breaker 20 includes a first and second IGBT 21, 22, which are connected anti-series. Due to the anti-serial connection of the two IGBTs 21, 22, the current can be switched off independently of the instantaneous current direction. This configuration is necessary for AC grid applications; in DC network applications only a single semiconductor switch can be used in alternative configurations; but then the current can only be switched off safely in one direction. The two IGBTs 21, 22 are arranged directly in the power line. In parallel with the IGBTs 21, 22, the circuit breaker 20 includes a discharge network 23, which limits overvoltages across the IGBTs 21, 22. Such overvoltages occur in the course of a shutdown and are caused by inductances present in the power grid, for example also by the power line 12 itself. Furthermore, the circuit breaker 20 includes a control device 25 which controls at least the IGBTs 21, 22. The control device 25 can be designed, for example, to detect a short circuit and, in response to a short circuit, switches off the current flow in the power line 12 by switching the two IGBTs 21, 22 off. When this text refers to a shutdown of the circuit breaker 20, the shutdown of the IGBTs 21, 22 is meant.

3 zeigt ein Schaltbild für einen Lastabgang 14a...e. Der Lastabgang 14a...e umfasst zwei oder mehr eingangsseitige Anschlüsse 31, die zur Versorgungsseite hin mit dem Stromnetz 12 verbunden sind, also direkt in Verbindung zum Leitungsschutzschalter 20 stehen. 3 zeigt eine Ausgestaltung für ein einphasiges AC-Netzwerk, bei dem zwei Eingangsanschlüsse 31 vorhanden sind. 3 shows a circuit diagram for a load output 14a...e. The load output 14a . . . 3 FIG. 12 shows an embodiment for a single-phase AC network in which there are two input connections 31. FIG.

Der Lastabgang 14a...e umfasst weiterhin zwei oder mehr lastseitige Anschlüsse 32, an denen eine in den Figuren nicht gezeigte Last angeschlossen werden kann. In 3 ist dies durch ein Bild einer Steckdose symbolisiert. Die lastseitigen Anschlüsse müssen aber nicht in einer Steckdose münden, sondern können auch mit einer Last fest verdrahtet sein. Die eingangsseitigen Anschlüsse 31 und die lastseitigen Anschlüsse 32 sind über ein bistabiles Relais 33 miteinander verbunden. Mit dem Relais 33 kann also die Verbindung der Anschlüsse wechselweise getrennt oder hergestellt werden, wobei zum Halten des jeweiligen Schaltzustands keine Energie erforderlich ist. In einer Alternative zu der in 3 dargestellten Ausführungsform kann der Lastabgang 14a...e auch so gestaltet sein, dass das Relais 33 nur einen Kontakt schaltet anstatt beider Kontakte. Weiterhin ist das Relais bevorzugt ausgestaltet, nicht das Vermögen zum Abschalten von Fehlerströmen zu haben, da es nur im stromlosen Zustand geschaltet wird und die gesamte Schutzaufgabe vom Leitungsschutzschalter 20 erledigt wird. Dadurch wird das Relais 33 kostengünstiger und kompakter.The load output 14a...e also includes two or more load-side connections 32 to which a load (not shown in the figures) can be connected. In 3 this is symbolized by an image of a socket. However, the load-side connections do not have to end in a socket, but can also be hard-wired to a load. The input-side connections 31 and the load-side connections 32 are connected to one another via a bistable relay 33 . With the relay 33, the connection of the terminals can be alternately separated or established, with no energy being required to hold the respective switching state. In an alternative to the in 3 embodiment shown, the load output 14a...e can also be designed in such a way that the relay 33 only switches one contact instead of both contacts. Furthermore, the relay is preferably designed not to have the ability to switch off fault currents, since it is only in the de-energized State is switched and the entire protection task is done by the circuit breaker 20. This makes the relay 33 less expensive and more compact.

Das Relais 33 wird von einer Steuervorrichtung 35 in Form eines Mikrocontrollers angesteuert. Der Mikrocontroller wird von einer Hilfsenergieversorgung 34 aus der angeschlossenen Stromleitung 12 versorgt. Die Hilfsenergieversorgung 34 ist in 3 als generischer AC/DC-Wandler dargestellt. Es kann sich beispielsweise um ein kapazitives Netzteil handeln, das aus der vorliegenden 220 V Wechselspannung eine 24 V Gleichspannung zur Versorgung der Steuervorrichtung 35 erzeugt. Bei Ausbleiben der Netzspannung in der Stromleitung 12, beispielsweise bei einer Abschaltung durch den Leitungsschutzschalter 20, kann kurzzeitig eine Stromversorgung des Lastabgangs 14a...e, also der Steuervorrichtung 35, durch einen Superkondensator 36 erfolgen. Der Superkondensator 36 ist dabei in diesem Beispiel so bemessen, dass die Stromversorgung für den Lastabgang 14a...e nach einer Abschaltung für einen Zeitraum von 200 ms sichergestellt ist. Es ist zweckmäßig, wenn der Superkondensator 36 so bemessen ist, dass in jedem Fall der Betrieb des Lastabgangs 14a...e für einen Zeitraum und auch eine Schalthandlung des bistabilen Relais 33 ermöglicht wird.The relay 33 is controlled by a control device 35 in the form of a microcontroller. The microcontroller is powered by an auxiliary power supply 34 from the connected power line 12 . The auxiliary power supply 34 is in 3 shown as a generic AC/DC converter. It can be a capacitive power pack, for example, which generates a 24 V DC voltage from the existing 220 V AC voltage to supply the control device 35 . If there is no mains voltage in the power line 12, for example if the line circuit breaker 20 is switched off, a supercapacitor 36 can supply power to the load output 14a...e, ie the control device 35, for a short time. In this example, the supercapacitor 36 is dimensioned such that the power supply for the load output 14ae is ensured for a period of 200 ms after a shutdown. It is expedient if the supercapacitor 36 is dimensioned in such a way that in any case the operation of the load output 14a...e is made possible for a period of time and also a switching operation of the bistable relay 33 is made possible.

Der Lastabgang 14a...e umfasst ferner noch eine LED-Anzeige 37, mit der beispielsweise ein Ergebnis einer nachfolgend beschriebenen Fehlerlokalisierung angezeigt werden. Die LED-Anzeige 37 kann beispielsweise eine RGB-LED umfassen oder eine rote und grüne LED. Ist der Lastabgang 14a...e Teil einer Steckdose, kann die LED-Anzeige 37 beispielsweise in einer Gehäusefront installiert sein.The load output 14a . . . The LED display 37 can, for example, comprise an RGB LED or a red and green LED. If the load output 14a...e is part of a socket, the LED display 37 can be installed in a housing front, for example.

Sowohl die Steuereinrichtung 25 des Leitungsschutzschalters 20 als auch die Steuervorrichtung 35 des Lastabgangs 14a...e sind dazu ausgestaltet, Signale auszutauschen. Dabei ist zumindest die Übermittlung von Signalen von der Steuereinrichtung 25 des Leitungsschutzschalters 20 zur Steuervorrichtung 35 des Lastabgangs 14a...e vorgesehen, während die andere Richtung optional ist.Both the control device 25 of the circuit breaker 20 and the control device 35 of the load output 14a...e are designed to exchange signals. In this case, at least the transmission of signals from the control device 25 of the circuit breaker 20 to the control device 35 of the load output 14a...e is provided, while the other direction is optional.

Dieser Signalaustauch kann über alle möglichen Kommunikationswege stattfinden wie beispielsweise ein Datennetz oder ein Funknetzwerk, ist aber besonders vorteilhaft direkt über das angeschlossene Stromnetz 10 realisiert, wie es im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaften Betriebsverfahren beschrieben ist. Dazu weist die Steuervorrichtung 35 auch Mittel zur Erfassung der Spannung der Stromleitung 12 auf.This signal exchange can take place via all possible communication paths, such as a data network or a radio network, but is particularly advantageously implemented directly via the connected power supply system 10, as is described below in connection with exemplary operating methods. For this purpose, the control device 35 also has means for detecting the voltage of the power line 12 .

4 zeigt ein Ablaufschema für das Einschalten der Spannungsversorgung im Stromnetz 10. Dabei wird von einem als ersten Schritt 41 gezeigten Ausgangszustand ausgegangen, in dem sowohl der Leitungsschutzschalter 20 als auch die einzelnen Lastabgänge 14a...e abgeschaltet sind. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass versorgungsseitig vom Leitungsschutzschalter 20 eine Netzspannung anliegt. In einem AC-Netzwerk kann diese beispielsweise 230 V oder 400 V betragen, in einem alternativen DC-Netzwerk kann sie beispielsweise 12 V betragen. 4 shows a flowchart for switching on the voltage supply in the power grid 10. This is based on an initial state shown as a first step 41, in which both the circuit breaker 20 and the individual load outputs 14a...e are switched off. Furthermore, it is assumed that a mains voltage is present on the supply side of the circuit breaker 20 . In an AC network this can be 230V or 400V for example, in an alternative DC network it can be 12V for example.

Für das Einschalten der Spannungsversorgung im Stromnetz 10 wird in einem zweiten Schritt 42 der Leitungsschutzschalter 20 eingeschaltet. Da auch die Lastabgänge 14a...e abgeschaltet sind, wird dadurch noch keine Spannungsversorgung für eventuell angeschlossenen Lasten hergestellt. Im zweiten Schritt 42 wird daher von der Steuereinrichtung 25 ein Signal an die Lastabgänge 14a...e gegeben, dass ein Einschalten der Lastabgänge 14a...e bewirkt. Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein solches Signal zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Signal an die Lastabgänge 14a...e dadurch gegeben, dass der Leitungsschutzschalter 20 im zweiten Schritt 42 nur temporär eingeschaltet wird. Das Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 an sich hat den Vorteil, dass die Lastabgänge 14a...e die anliegende Versorgungsspannung erhalten und diese für ihren eigenen Betrieb nutzen können. Dadurch wird eine unabhängige Versorgung der Lastabgänge 14a...e unnötig. Nach einer Zeitspanne, die beispielsweise 20 ms * n beträgt, wobei n größer ist als die Anzahl der vorhandenen Lastabgänge 14a...e, wird der Leitungsschutzschalter 20 für eine kurze Zeitspanne, beispielsweise weitere 100 ms abgeschaltet. Da im vorliegenden Beispiel fünf Lastabgänge 14a...e vorhanden sind, wird der Leitungsschutzschalter 20 für 6 * 20 ms = 120 ms eingeschaltet und danach für 100 ms abgeschaltet.In a second step 42, the circuit breaker 20 is switched on to switch on the voltage supply in the power grid 10. Since the load outputs 14a...e are also switched off, this does not yet produce a power supply for any connected loads. In the second step 42, the control device 25 therefore sends a signal to the load outputs 14a...e, which causes the load outputs 14a...e to be switched on. There are several ways to generate such a signal. In this exemplary embodiment, the signal is given to the load outputs 14a...e in that the circuit breaker 20 is only switched on temporarily in the second step 42. Switching on the line circuit breaker 20 itself has the advantage that the load outputs 14a...e receive the applied supply voltage and can use this for their own operation. This makes an independent supply of the load outputs 14a...e unnecessary. After a period of time which is, for example, 20 ms*n, where n is greater than the number of load outputs 14a...e present, the circuit breaker 20 is switched off for a short period of time, for example a further 100 ms. Since there are five load outputs 14a...e in the present example, the circuit breaker 20 is switched on for 6*20 ms=120 ms and then switched off for 100 ms.

Diese Sequenz führt in einem dritten Schritt 43 dazu, dass die Lastabgänge 14a...e einschalten, also mittels des bistabilen Relais 33 eine Verbindung zwischen ihren eingangsseitigen und lastseitigen Anschlüssen 31, 32 herstellen. Die dazu nötige Schaltenergie wird durch das temporäre Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 im zweiten Schritt bereitgestellt.In a third step 43, this sequence leads to the load outputs 14a...e switching on, ie using the bistable relay 33 to establish a connection between their input-side and load-side connections 31, 32. The switching energy required for this is provided by temporarily switching on the circuit breaker 20 in the second step.

In einem darauffolgenden vierten Schritt 44 schaltet der Leitungsschutzschalter 20 wieder ein. Dadurch wird die Spannungsversorgung für die Lastabgänge 14a...e und angeschlossene Lasten endgültig hergestellt und das System ist betriebsbereit. Die dafür nötige Zeitspanne beträgt im gegebenen Beispiel 220 ms, die für das Ansteuerverfahren für die Lastabgänge 14a...e verwendet werden.In a subsequent fourth step 44, the circuit breaker 20 switches on again. As a result, the voltage supply for the load outputs 14a...e and connected loads is finally established and the system is ready for operation. In the given example, the period of time required for this is 220 ms, which is used for the control method for the load outputs 14a...e.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Fehlerabschaltung. Dieser Ablauf wird vorgenommen, wenn ein Kurzschlussereignis auftritt, wie es hier als Ausgangsposition 50 angenommen wird. Dabei wird weiterhin davon ausgegangen, dass das Stromnetz 10 in einem betriebsbereiten Zustand ist, also sowohl der Leitungsschutzschalter 20 als auch die Lastabgänge 14a...e eingeschaltet sind. Sind einzelne oder alle der Lastabgänge 14a...e nicht eingeschaltet, kann der Ablauf der 5 aber ebenso angewendet werden. 5 shows a flow chart for a trip. This process is carried out when a short circuit event occurs, as assumed here as starting position 50. It is also assumed that the power grid 10 is in an operational state, ie both the circuit breaker 20 and the load outputs 14a...e are switched on. Are some or all of the load outputs 14a ... e not turned on, the end of the 5 but can also be applied.

In einem ersten Schritt 51 detektiert der Leitungsschutzschalter 20 den Kurzschluss und schaltet den Stromfluss mittels der IGBTs 21, 22 ab. In dem folgenden zweiten Schritt 52 detektieren die Lastabgänge 14a...e das Ausbleiben der Versorgungsspannung. Der in den Lastabgängen 14a...e vorhandene Energiespeicher ermöglicht es, dass die Lastabgänge 14a...e für eine ausreichende Zeit nach der Abschaltung durch den Leitungsschutzschalter 20 noch betriebsbereit sind. Bei Ausbleiben der Versorgungsspannung schalten die Steuereinrichtungen 35 der Lastabgänge 14a...e das bistabile Relais 33 aus, trennen also die Verbindung zwischen ihren eingangsseitigen und lastseitigen Anschlüssen 31, 32. Hierdurch wird ein sicherer Zustand 53 hergestellt, in dem der Fehler, also der Kurzschluss abgeschaltet ist.In a first step 51, the circuit breaker 20 detects the short circuit and switches off the flow of current by means of the IGBTs 21, 22. In the following second step 52, the load outputs 14a...e detect the absence of the supply voltage. The energy store present in the load outgoing circuits 14a...e makes it possible for the load outgoing circuits 14a...e to remain operational for a sufficient time after the line circuit breaker 20 has been switched off. If the supply voltage fails, the control devices 35 of the load outputs 14a...e switch off the bistable relay 33, i.e. disconnect the connection between their input-side and load-side connections 31, 32. This creates a safe state 53 in which the error, i.e. the short circuit is switched off.

Der sichere Zustand und die Tatsache, dass der Kurzschluss je nach seiner Lage sogar von zwei Schaltern von der Versorgungsspannung getrennt ist, erlaubt es vorteilhaft, eine Lokalisierung des Fehlers vorzunehmen. Dieser Vorgang passiert nach dem beispielhaften Ablaufschema, das in 6 dargestellt ist. Dabei kann die Auslösung dieses Ablaufs automatisch passieren, beispielsweise gesteuert durch eine übergeordnete Steuerung oder ohne Eingriff von außen prinzipiell. Alternativ kann die Auslösung auch manuell, also durch einen menschlichen Steuereingriff passieren.The safe state and the fact that the short circuit is separated from the supply voltage by two switches, depending on its location, makes it possible to locate the fault in an advantageous manner. This process takes place according to the example flowchart in 6 is shown. This process can be triggered automatically, for example controlled by a higher-level controller or without external intervention. Alternatively, it can also be triggered manually, ie by human control intervention.

Bei dem Ablauf zur Fehlerlokalisierung wird davon ausgegangen, dass sich das Stromnetz 10 in dem sicheren Zustand 53 nach Abschaltung des Leitungsschutzschalters 20 und der Lastabgänge 14a...e befindet.In the course of fault localization, it is assumed that the power grid 10 is in the safe state 53 after the circuit breaker 20 and the load outgoing circuits 14a...e have been switched off.

In einem ersten Schritt 61 findet daraufhin ein kurzes Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 statt. Die Einschaltdauer des Leitungsschutzschalters 20 wird dabei sehr kurz gehalten, da einerseits ein möglicherweise sofort fließender Kurzschlussstrom nicht hoch werden soll und andererseits die Lastabgänge 14a...e nicht zum Einschalten gebracht werden sollen. Eine mögliche Einschaltdauer beträgt beispielsweise 20 ps oder 100 us. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird der Leitungsschutzschalter 20 wieder abgeschaltet.In a first step 61, the circuit breaker 20 is then switched on briefly. The switch-on time of the miniature circuit breaker 20 is kept very short, since on the one hand a short-circuit current that may flow immediately should not become high and on the other hand the load outputs 14ae . . . e should not be forced to switch on. A possible duty cycle is 20 ps or 100 us, for example. After this period of time, the circuit breaker 20 is switched off again.

Tritt in dieser Zeit ein Kurzschlussstrom auf, liegt der Fehler entweder in der Installation, also versorgungsseitig von den Lastabgängen 14a...e, oder in einem der Lastabgänge 14a...e selbst. Eine weitere Lokalisierung des Fehlers ist in diesem Fall nicht mehr möglich und es findet in einem zweiten Schritt 62 eine entsprechende Ausgabe statt. Diese Ausgabe kann als elektronisches Signal an eine Steuerung erfolgen, mit der LED-Anzeige 38 der Lastabgänge 14a...e oder als Mitteilung in einem Datennetzwerk, beispielsweise einem WiFi-Netzwerk oder in das Internet.If a short-circuit current occurs during this time, the error is either in the installation, i.e. on the supply side of the load outputs 14a...e, or in one of the load outputs 14a...e itself. In this case, there is no further localization of the error possible and a corresponding output takes place in a second step 62 . This output can take place as an electronic signal to a controller, with the LED display 38 of the load outputs 14a...e or as a message in a data network, for example a WiFi network or on the Internet.

Tritt während des ersten Schritts 61 kein Kurzschlussstrom auf, liegt der Fehler lastseitig hinter einem der Lastabgänge 14a...e und kann weiter lokalisiert werden. Dazu wird in einem dritten Schritt 63 der Leitungsschutzschalter 20 vorübergehend eingeschaltet und einem ersten der Lastabgänge 14a signalisiert, dass er ebenfalls einschalten soll. Dieses Signalisieren kann beispielsweise darüber passieren, dass das Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 für eine Dauer von x * 20 ms passiert, wobei x der Index, also die laufende Nummer, des gerade betrachteten Lastabgangs 14a ist, also in diesem Fall x = 1. Der Leitungsschutzschalter 20 wird also eingeschaltet und nach dem Ablauf von 20 ms wieder abgeschaltet.If no short-circuit current occurs during the first step 61, the fault is on the load side behind one of the load outputs 14a...e and can be localized further. For this purpose, in a third step 63, the circuit breaker 20 is switched on temporarily and a first of the load outputs 14a is signaled that it should also switch on. This signaling can happen, for example, that the circuit breaker 20 is switched on for a period of x * 20 ms, where x is the index, i.e. the sequential number, of the load output 14a currently being considered, i.e. in this case x = 1. The circuit breaker 20 is therefore switched on and switched off again after 20 ms has elapsed.

In einem vierten Schritt 64 registriert die Steuereinrichtung 35 des angesprochenen ersten Lastabgangs 14a dieses Signal und ermittelt, dass ein Einschalten dieses Lastabgangs 14a vom Leitungsschutzschalter 20 signalisiert wird. Das kann beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler geschehen, mit dem die Steuereinrichtung 35 beispielsweise die Anzahl an Netzperioden ermittelt, während derer eine AC-Spannung anliegt oder die Dauer, für die eine DC-Spannung anliegt. Der erste Lastabgang 14a schaltet daraufhin ein, schaltet also das bistabile Relais 33 ein.In a fourth step 64, the control device 35 of the addressed first load output 14a registers this signal and determines that switching on of this load output 14a is signaled by the circuit breaker 20. This can be done, for example, via an analog-to-digital converter, with which the control device 35 determines, for example, the number of mains periods during which an AC voltage is present or the duration for which a DC voltage is present. The first load output 14a then switches on, ie switches the bistable relay 33 on.

In der Folge wird in einem fünften Schritt 65 der Leitungsschutzschalter 20 eingeschaltet. Tritt nun ein Kurzschlussstrom als Zustand 66 auf, dann befindet sich der Fehler oder zumindest einer der Fehler lastseitig vom ersten Lastabgang 14a. Daraufhin wird in einem siebten Schritt 67 der Fehler vom Leitungsschutzschalter 20 geklärt, also wieder abgeschaltet mit dem Ablauf der 5. Das Ergebnis, also das Vorliegen eines Fehlers bei der Last, die am ersten Lastabgang 14a angeschlossen ist, wird ausgegeben, beispielsweise als elektronisches Signal an eine Steuerung oder mit der LED-Anzeige 38 des ersten Lastabgangs 14a und/oder als Mitteilung in einem Datennetzwerk.As a result, in a fifth step 65, the circuit breaker 20 is switched on. If a short-circuit current now occurs as state 66, then the fault or at least one of the faults is on the load side of the first load output 14a. Then, in a seventh step 67, the fault is clarified by the circuit breaker 20, that is to say switched off again with the expiry of 5 . The result, i.e. the presence of an error in the load that is connected to the first load output 14a, is output, for example as an electronic signal to a controller or with the LED display 38 of the first load output 14a and/or as a message in a data network.

Es ist möglich, die Lokalisierung nach dem Finden eines Fehlers weiter fortzusetzen mit den verbleibenden Lastabgängen 14a...e. Alternativ kann die Fehlerlokalisierung nach dem Auffinden eines Fehlers abgeschlossen werden.It is possible to continue the localization after finding a fault with the remaining load outputs 14a...e. Alternatively can the error localization can be completed after finding an error.

Geht das Stromnetz 10 nach dem Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 und des ersten Lastabgangs 14a in einem normalen Betriebsmodus 68, tritt also kein Kurzschlussstrom auf, liegt kein Fehler bei oder lastseitig vom ersten Lastabgang 14a vor. Daraufhin schaltet der Leitungsschutzschalter 20 in der Weise ab, dass auch der erste Lastabgang 14 a wieder abschaltet. Es wird also der Ablauf der 5 verwendet, um wieder einen sicheren Zustand herzustellen.If the power grid 10 goes into a normal operating mode 68 after the circuit breaker 20 and the first load output 14a have been switched on, i.e. no short-circuit current occurs, there is no fault at or on the load side of the first load output 14a. The circuit breaker 20 then switches off in such a way that the first load output 14a also switches off again. So it will be the end of the 5 used to restore a safe state.

Danach wird in einem zehnten Schritt 69 der Zähler x für den Lastabgang 14a...e um 1 erhöht und zum dritten Schritt 63 zurückgekehrt. Sodann wird das Verfahren ab dem dritten Schritt wiederholt, wobei jetzt der zweite Lastabgang 14b getestet wird. In dieser Weise werden die Lastabgänge 14a...e getestet, bis der Fehlerort gefunden ist.Then, in a tenth step 69, the counter x for the load output 14a...e is increased by 1 and a return is made to the third step 63. The method is then repeated from the third step, with the second load output 14b now being tested. In this way, the load outputs 14a...e are tested until the fault location is found.

Ist die Anzahl der Lastabgänge hoch, kann zur Verkürzung der Schaltvorgänge und der Lokalisierung auch eine veränderte Adressierung der Lastabgänge 14a...e erfolgen. Dabei wird anstelle eines Einschaltens für eine Zeit von x * 20 ms lediglich für eine feste Zeitspanne eingeschaltet, die eine Betriebsbereitschaft der Steuereinrichtung 35 der Lastabgänge 14a...e sicherstellt, beispielsweise 20 ms oder 50 ms. Danach wird die Adressierung durch eine kurze Schaltsequenz vorgenommen. Dabei kann beispielsweise eine binäre Adressierung vorgenommen werden, indem gemäß der Zahl n für den n-ten Lastabgang Abschaltpulse von 100 ps Dauer kombiniert werden, um die Zahl n binär kodiert als Adresse des jeweiligen Lastabgangs anzugeben.If the number of load outputs is high, the addressing of the load outputs 14a...e can also be changed to shorten the switching operations and the localization. In this case, instead of being switched on for a time of x*20 ms, it is only switched on for a fixed period of time, which ensures that the control device 35 of the load outputs 14a . . . e is ready for operation, for example 20 ms or 50 ms. Then the addressing is carried out by a short switching sequence. In this case, for example, binary addressing can be carried out by combining switch-off pulses of 100 ps duration for the nth load output in accordance with the number n in order to indicate the number n in binary-coded form as the address of the respective load output.

Für die Lokalisierung kann anstelle einer einzelnen Ansteuerung und einem einzelnen sequentiellen Einschalten der Lastabgänge 14a...e eine binäre Suche nach dem Fehlerort vorgenommen werden, indem jeweils eine Mehrzahl von Lastabgängen 14a...e eingeschaltet wird. Dabei kann beispielsweise mit einer ersten Hälfte von Lastabgängen 14a...e begonnen werden und danach die Suche je nach dem Ergebnis in der ersten Hälfte durch Halbierung der Anzahl an Lastabgängen 14a...e eingegrenzt werden.For the localization, instead of an individual activation and an individual sequential switching on of the load outputs 14a...e, a binary search for the fault location can be carried out by switching on a plurality of load outputs 14a...e in each case. It can be started, for example, with a first half of load outputs 14a...e and then the search can be narrowed down depending on the result in the first half by halving the number of load outputs 14a...e.

Die 7 bis 9 geben eine bildliche Darstellung der Schaltzustände für die in den 4 bis 6 gezeigten Abläufe. Dabei ist in jedem der Diagramme als oberste Linie der Schaltzustand Z20 des Leitungsschutzschalters 20 gezeigt und darunter der Schaltzustand Z14A eines ersten Lastabgangs 14a und der Schaltzustand Z14B eines zweiten Lastabgangs 14b. Eine Höhe von 1 bezeichnet dabei, dass der jeweilige Schalter an, also leitend geschaltet ist.The 7 until 9 give a pictorial representation of the switching states for in the 4 until 6 shown processes. In each of the diagrams, the switching state Z20 of the miniature circuit breaker 20 is shown as the top line and below it the switching state Z14A of a first load output 14a and the switching state Z14B of a second load output 14b. A level of 1 denotes that the respective switch is switched on, ie conductive.

7 stellt den Einschaltvorgang dar, wie er mit dem Ablauf der 4 vorgenommen wird. Dabei sind zu Beginn der Leitungsschutzschalter 20 und die Lastabgänge 14a, b abgeschaltet. Nach dem Einschalten des Leitungsschutzschalters 20 für einen Zeitraum 71 von n * 20 ms, im hier gegebenen Beispiel 120 ms, schaltet der Leitungsschutzschalter 20 wieder für einen festen Zeitraum 77 ab. Der Zeitraum 77 beträgt hier 40 ms, kann aber auch beispielsweise 100 ms betragen. Der Zeitraum 77 umfasst dabei zumindest die Schaltzeit des bistabilen Relais 33 und die Zeit, die für die Kodierung der Adresse eines jeweiligen Lastabgangs 14a...e erforderlich ist. 7 represents the switch-on process as it occurs with the expiration of the 4 is made. The circuit breaker 20 and the load outputs 14a, b are switched off at the beginning. After the circuit breaker 20 has been switched on for a period 71 of n*20 ms, 120 ms in the example given here, the circuit breaker 20 switches off again for a fixed period 77 . The time period 77 is 40 ms here, but can also be 100 ms, for example. The time period 77 includes at least the switching time of the bistable relay 33 and the time required for encoding the address of a respective load output 14a...e.

Auf das Einschalten für den Zeitraum 71 und das folgende Abschalten reagieren alle Lastabgänge 14a, b mit einem Einschalten. Dieser Vorgang hat eine kleine Verzögerung 72 nach dem Abschalten des Leitungsschutzschalters 20, die hier übertrieben groß dargestellt ist. Nach dem Verstreichen des Zeitraums 77 schaltet auch der Leitungsschutzschalter 20 ein und das Stromnetz 10 ist betriebsbereit.All load outputs 14a, b react to switching on for the time period 71 and the subsequent switching off by switching on. This process has a small delay 72 after the circuit breaker 20 has been switched off, which is shown here in an exaggerated manner. After the time period 77 has elapsed, the circuit breaker 20 also switches on and the power grid 10 is ready for operation.

8 stellt den Vorgang der Fehlerklärung, wie er im Zusammenhang mit 5 beschrieben ist, oder einen gewöhnlichen Abschaltvorgang dar. Zu einem Zeitpunkt, an dem ein Fehler detektiert wurde oder anderweitig eine Abschaltung vorgenommen werden soll, schaltet der Leitungsschutzschalter 20 ab. Nach Verstreichen eines festen Zeitraums 73, für den keine Netzspannung mehr bei den Lastabgängen 14a, b vorliegt, schalten diese ebenfalls ihre jeweiligen Relais 33 ab, wobei für diesen Abschaltvorgang die im Superkondensator 36 gespeicherte Rest-Energie verwendet wird. Danach ist ein sicherer Zustand 53 erreicht. 8th represents the process of error clearance as it is associated with 5 is described, or represents a normal switch-off process. At a point in time at which an error has been detected or a switch-off is to be carried out in some other way, the circuit breaker 20 switches off. After a fixed period of time 73 has elapsed, for which there is no longer any mains voltage at the load outputs 14a, b, these also switch off their respective relays 33, the residual energy stored in the supercapacitor 36 being used for this switch-off process. A safe state 53 is then reached.

9 zeigt den Verlauf der Schaltzustände bei dem Vorgang der Fehlerlokalisierung gemäß 6. Dabei wird von einem sicheren Zustand 53 ausgegangen, wie er zum Schluss in der 8 vorliegt. Das Diagramm der 9 kann also direkt an das Diagramm der 8 anschließen. In einem ersten Teilbereich in 9 erfolgt eine Ansteuerung des ersten Lastabgangs 14a durch den Leitungsschutzschalter 20, indem der Leitungsschutzschalter 20 für einen Zeitraum 74 von 20 ms einschaltet und dann wieder ausschaltet für den folgenden Zeitraum 40 ms. Diese Schaltsequenz wird von dem ersten Lastabgänge 14a als Einschaltsignal gewertet und dieser schaltet nach der Verzögerungszeit 72 ein. Danach schaltet auch der Leitungsschutzschalter 20 ein und nach einer sehr kurzen Testzeit 78, die beispielsweise nur 100 ps betragen kann, wieder ab. Diese Testzeit 78 reicht aus, um einen noch bestehenden Kurzschluss zu erkennen. Nach Verstreichen der Zeit 73 schaltet der erste Lastabgang 14a ab. Da der Leitungsschutzschalter 20 bereits wieder abgeschaltet ist, spielt die Länge des Zeitraums 73 eine untergeordnete Rolle. 9 shows the course of the switching states during the process of fault localization according to 6 . It is assumed that a safe state 53, as at the end in the 8th present. The diagram of 9 can therefore go directly to the diagram of 8th connect. In a first part in 9 the first load output 14a is activated by the circuit breaker 20, in that the circuit breaker 20 switches on for a period 74 of 20 ms and then switches off again for the following period of 40 ms. This switching sequence is evaluated by the first load output 14a as a switch-on signal and this switches on after the delay time 72. After that, the circuit breaker 20 also switches on and, after a very short test time 78, which can be only 100 ps, for example, it switches off again. This test time 78 is sufficient to detect a short circuit that still exists. After the time 73 has elapsed, the first load output 14a switches off. Since the circuit breaker 20 is already switched off again, the length of the period 73 plays a subordinate role.

9 geht davon aus, dass entweder kein Fehler beim ersten Lastabgang 14a festgestellt wurde oder die Fehlersuche trotzdem fortgesetzt wird. Nach dem Kurzschlusstest bei dem ersten Lastabgang 14a wird der Fehlertest beim zweiten Lastabgang 14b durchgeführt. Dazu wird das Einschalten an diesen Lastabgang 14b signalisiert. Dafür schaltet der Leitungsschutzschalter 20 für eine Zeitspanne 75 ein, die 2 * 20 ms beträgt, also 40 ms. Durch diese Einschaltzeit wird der zweite Lastabgang 14b adressiert. 9 assumes that either no error was found in the first load output 14a or that troubleshooting is continued anyway. After the short-circuit test for the first load output 14a, the error test is carried out for the second load output 14b. For this purpose, switching on is signaled to this load output 14b. For this, the circuit breaker 20 switches on for a period of time 75 which is 2*20 ms, ie 40 ms. The second load output 14b is addressed by this switch-on time.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Stromnetzpower grid
1212: Stromleitungpower line
14a...e14a...e: Lastabgangload drop
2020: Leitungsschutzschaltercircuit breaker
21, 2221, 22: IGBTsIGBT's
2323: Entlastungsnetzwerkrelief network
2525: Steuereinrichtungcontrol device
3131: eingangsseitige Anschlüsseinput connections
3232: lastseitige Anschlüsseload-side connections
3333: bistabiles Relaisbistable relay
3434: Netzteilpower adapter
3535: Steuervorrichtungcontrol device
3636: Superkondensatorsupercapacitor
3737: LED-AnzeigeLED display
41...4441...44: erster bis vierter Schrittfirst to fourth step
5050: Ausgangszustandinitial state
51, 5251, 52: erster, zweiter Schrittfirst, second step
5353: sicherer Zustandsafe condition
61...6761...67: erster bis siebter Schrittfirst to seventh step
71...75, 7771...75, 77: Zeiträumeperiods
Z20Z20: Schaltzustand des LeitungsschutzschaltersSwitching state of the circuit breaker
Z14A, Z14BZ14A, Z14B: Schaltzustände von LastabgängenSwitching states of load outputs

Claims

Switching device for a load output (14a...e) of a power grid (10), comprising: - a switch (33) for switching the load output (14a...e) on and off, - an energy store (36) for temporarily providing a power supply for the switching device, - A control device (35), designed to receive control information from a higher-level switching device (20) and to control the switch (33) based on the control information.

switching device claim 1 , In which the switch (33) is a relay, in particular a bistable relay (33).

switching device claim 1 or 2 , in which the energy store (36) is selected in such a way that it satisfies a temporary provision of the power supply for the switching device for a period of between 100 ms and 1 s.

switching device claim 3 with a supercapacitor (36) as an energy store (36).

Switching device according to one of the preceding claims, in which the control device (35) is designed to switch off the switching device if the mains voltage in the power supply system (10) fails to appear.

Switching device according to one of the preceding claims, in which the control device (35) is designed to receive the control information via the power grid (10).

Switching device according to one of the preceding claims, in which the control device (35) is designed to identify control information directed to it on the basis of addressing by means of a pulsed switching off of the voltage in the power supply system (10).

Switching device according to one of the preceding claims, in which the control device (35) is designed to store address information for the identification of such control information which is directed to the control device (35).

Switching device according to one of the preceding claims, having a display device (37), in particular an LED display (37) for displaying an error check result.

Circuit breaker (20) with one or more semiconductor switches (21, 22) arranged in the load current path of a power supply system (10) and a control device (25) which is designed - to detect a leakage current, - to clarify an existing error by switching off the semiconductor switches (21, 22), - On the load side of the circuit breaker (20) in the power supply (10) existing controllable switching devices to control so that they perform a shutdown.

Circuit breaker (20) after claim 10 , in which the control device (25) is designed to switch on the semiconductor switches (21, 22) to localize the fault and to recognize the fault as localized in the installation or the switching devices if the fault occurs again when the switching devices are switched off.

Circuit breaker (20) after claim 10 or 11 , in which the control device (25) is designed to switch on the semiconductor switches (21, 22) to localize the error and, if the error does not occur again, to switch on one or more switching devices simultaneously or sequentially until the error occurs again, and to recognize the fault as being on the load side of that switching device which causes the fault to reoccur when the load output is switched on.

Miniature circuit breaker (20) according to one of Claims 10 until 12 , in which the control device (25) is designed, after a fault has been located, to turn on the circuit breaker (20) itself and those load outgoing circuits (14a...e) for which no fault was detected.

Power network (10) with a power line (12) with a plurality of load outlets (14a ... e), wherein the supply side of the load outlets (14a ... e) a circuit breaker (20) according to one of Claims 10 until 13 is present and on at least one of the load outputs (14a...e) a switching device according to one of Claims 1 until 9 is available.

Operating method for a power grid (10), in particular a building network, in which a semiconductor switch-based circuit breaker (20) is used to detect a short circuit and when a short circuit occurs - the circuit breaker (20) switches off the current in the power grid (10), - load outputs (14a...e) downstream of the circuit breaker (20) are switched off, - The circuit breaker (20) temporarily turns on the current in the power grid (10) and one or more of the load outputs (14a...e) are turned on sequentially until the short circuit occurs again.