DE102022210358A1 - Schutzschaltgerät und Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit:- einem Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindesten einem lastseitigen Anschluss,- einer mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist,- dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,- dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,- dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis, insbesondere zwischen einem netzseitigen Phasenleiteranschluss und einem lastseitigen Phasenleiteranschluss, ermittelt wird,- dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird,- dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutzschaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit.
• Mit Niederspannung sind Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder bis zu 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung bzw. 120 Volt Gleichspannung, sind.
• Mit Niederspannungsstromkreis bzw. -netz oder -anlage sind Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 125 Ampere, spezifischer bis zu 63 Ampere gemeint. Mit Niederspannungsstromkreis sind insbesondere Stromkreise mit Nennströmen bzw. Bemessungsströmen von bis zu 50 Ampere, 40 Ampere, 32 Ampere, 25 Ampere, 16 Ampere oder 10 Ampere gemeint. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn-, Bemessungs- 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 ein Schutzschaltgerät, Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter. Die Nennströme können sich weiter staffeln, von 0,5 A über 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, usw. bis 16 A.
• Leitungsschutzschalter sind seit langem bekannte Überstromschutzeinrichtungen, die in der Elektroinstallationstechnik in Niederspannungsstromkreisen eingesetzt werden. Diese schützen Leitungen vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen Stromes und/oder Kurzschluss. Ein Leitungsschutzschalter kann den Stromkreis bei Überlast und/oder Kurzschluss selbsttätig abschalten. Ein Leitungsschutzschalter ist ein nicht selbsttätig zurückstellendes Sicherungselement.
• Leistungsschalter sind, im Gegensatz zu Leitungsschutzschaltern, für Ströme größer als 125 A vorgesehen, teilweise auch schon ab 63 Ampere. Leitungsschutzschalter sind deshalb einfacher und filigraner aufgebaut. Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene (Tragschiene, DIN-Schiene, TH35) auf.
• Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch aufgebaut. In einem Gehäuse weisen sie einen mechanischen Schaltkontakt bzw. Arbeitsstromauslöser zur Unterbrechung (Auslösung) des elektrischen Stromes auf. Üblicherweise wird ein Bimetall-Schutzelement bzw. Bimetall-Element zur Auslösung (Unterbrechung) bei länger anhaltenden Überstrom (Überstromschutz) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschutz) eingesetzt. Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurzzeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Überstromgrenzwerts bzw. im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschlussschutz) eingesetzt. Eine oder mehrere Lichtbogenlöschkammer(n) bzw. Einrichtungen zur Lichtbogenlöschung sind vorgesehen. Ferner Anschlusselemente für Leiter des zu schützenden elektrischen Stromkreises.
• Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit sind relativ neuartige Entwicklungen. Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit auf. D.h. der elektrische Stromfluss des Niederspannungsstromkreises wird über Halbleiterbauelemente respektive Halbleiterschalter geführt, die den elektrischen Stromfluss unterbrechen bzw. leitfähig geschaltet werden können. Schutzschaltgeräte mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit weisen ferner häufig eine mechanische Trennkontakteinheit auf,
  insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise, wobei die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d.h. der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über die mechanische Trennkontakteinheit als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Niederspannungswechselstromkreise, mit einer Wechselspannung, üblicherweise mit einer zeitabhängigen sinusförmigen Wechselspannung mit der Frequenz f. Die zeitliche Abhängigkeit des momentanen Spannungswertes u(t) der Wechselspannung ist durch die Gleichung: $$\text{u}\left(\text{t}\right)=\text{U}*\text{sin}\left(2\mathrm{\pi }*\text{f}*\text{t}\right)$$

  

  beschrieben. Wobei:

u(t)

= momentaner Spannungswert zu der Zeit t

U

= Amplitude der Spannung

• Eine harmonische Wechselspannung lässt sich durch die Rotation eines Zeigers darstellen, dessen Länge der Amplitude (U) der Spannung entspricht. Die Momentanauslenkung ist dabei die Projektion des Zeigers auf ein Koordinatensystem. Eine Schwingungsperiode entspricht einer vollen Umdrehung des Zeigers und dessen Vollwinkel beträgt 2π (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2π-fache ihrer Frequenz, d.h.: $$\begin{array}{l}\mathrm{\omega }=2\mathrm{\pi }*\text{f}=2\mathrm{\pi }/\text{T}=\text{Kreisfrequenz der Wechelspannung}\\ \left(\text{T}=\text{Periodendauer der Schwingung}\right)\end{array}$$

  
• Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (ω) gegenüber der Frequenz (f) bevorzugt, da sich viele Formeln der Schwingungslehre aufgrund des Auftretens trigonometrischer Funktionen, deren Periode per Definition 2n ist, mit Hilfe der Kreisfrequenz kompakter darstellen lassen: $$\text{u}\left(\text{t}\right)=\text{U}*\text{sin}\left(\mathrm{\omega }\text{t}\right)$$

  
• Im Falle zeitlich nicht konstanter Kreisfrequenzen wird auch der Begriff momentane Kreisfrequenz verwendet.
• Bei einer sinusförmigen, insbesondere zeitlich konstanten, Wechselspannung entspricht der zeitabhängige Wert aus der Winkelgeschwindigkeit ω und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel φ(t), der auch als Phasenwinkel φ(t) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel φ(t) durchläuft periodisch den Bereich 0...2π bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (φ = n* (0...2π) bzw. φ = n* (0°...360°), wegen Periodizität; verkürzt: φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360°) .
• Mit momentanem Spannungswert u(t) ist folglich der momentane Wert der Spannung zum Zeitpunkt t, d.h. bei einer sinusförmigen (periodischen) Wechselspannung der Wert der Spannung zum Phasenwinkel φ gemeint (φ = 0...2π bzw. φ = 0°...360°, der jeweiligen Periode).
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreises, vorgeschlagen, aufweisend:
• - ein Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss, beide für den Niederspannungsstromkreis,
• - eine mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist,
• - dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
• - dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
• - einer Stromsensoreinheit, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises,
• - einer Steuerungseinheit, die mit der Stromsensoreinheit, der mechanischen Trennkontakteinheit und der elektronischen Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere durch einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente der elektronischen Unterbrechungseinheit.
• Das Schutzschaltgerät ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle, speziell einen Effektivwert des Stromes als erste Stromschwelle, für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.
• Dies hat den Vorteil, dass bei nicht angeschlossenen bzw. nicht eingeschalteten Verbrauchern eine elektrische Leitung / Kabel des Niederspannungsstromkreises spannungsfrei geschaltet wird und so ein (nicht benötigtes) elektrisches Feld am lastseitigen Anschluss vermieden wird.
• Die erste Stromschwelle (z.B. Effektivwert) kann kleiner als 10 mA oder 5 mA oder 1 mA sein, jeder Zwischenwert ist möglich und offenbart. Für eine Spannungsfreiheit / eine Feldfreiheit sind Werte bis 1 mA möglich.
• Soll der Standby Stromverbrauch auch minimiert werden, könnte die Stromschwelle vorteilhaft bei höheren Werten, wie beispielsweise 5 mA oder 10 mA liegen. So könnten Verbraucher im Standby an den lastseitigen Anschlüssen weggeschaltet werden, um den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Die erste Zeitdauer kann im Minutenbereich liegen. Sie kann eine Minute oder größer als eine Minute sein. Insbesondere kann sie größer als 2 Minuten, 3 Minuten, 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minutem oder 30 Minuten sein, jeder Zwischenwert ist möglich und offenbart.
• Erfindungsgemäß wird so einerseits eine Spannungsfreiheit / Feldfreiheit realisiert bzw. der Stromverbrauch im Niederspannungsstromkreis reduziert, wodurch die Sicherheit im Niederspannungsstromkreis erhöht wird.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach (Ab-)Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit in den hochohmigen Zustand eine Prüfung dahingehend, ob ein Strom, der größer ist als eine zweite Stromschwelle (wobei die zweite Stromschwelle insbesondere ein Momentanwert der Höhe des Stromes ist, der insbesondere abhängig ist von der Höhe des Momentanwertes der Spannung an den netzseitigen Anschlüssen) ist, fließen könnte.
• Bei positiver Prüfung wird die elektronische Unterbrechungseinheit in den niederohmigen Zustand geschaltet.
• D.h. es können beispielsweise (mindestens) zwei netzseitige Anschlüsse vorgesehen sein. Ferner kann eine Spannungssensoreinheit vorgesehen sein, zur Ermittlung der Höhe der Spannung (insbesondere Momentanwerte der Spannung) des Niederspannungsstromkreises an den netzseitigen Anschlüssen des Schutzschaltgerätes. Die Spannungssensoreinheit kann dabei mit der Steuerungseinheit verbunden sein.
• Mit „fließen könnte“ (ein Strom, der größer als eine zweite Stromschwelle ist, fließen könnte) ist beispielsweise ein weiterer Strom (= dritter Strom bzw. dritte Stromschwelle) gemeint, der z.B. zeitweise (phasenwinkelweise / in einem Phasenwinkelbereich der Spannung (an den netzseitigen Anschlüssen) oder des Stromes) fließt und durch dessen Höhe ein Rückschluss auf die Stromflussfähigkeit für die zweite Stromschwelle (insbesondere ein Effektivwert) möglich ist, d.h. ob die zweite Stromschwelle (Effektivwert) überschritten werden könnte.
• Die zweite Stromschwelle (insbesondere ein Effektivwert, als Alternative zum Momentanwert) ist insbesondere größer als die erste Stromschwelle. Insbesondere ist sie größer als 10% oder 20% oder 30 % der ersten Stromschwelle, wobei jeder Zwischenwert möglich ist und offenbart ist. Spezieller ist die zweite Stromschwelle größer oder gleich 1 mA.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Wiedereinschaltung erfolgt, um einen (wieder) angeschlossenen Verbraucher bzw. einen (wieder) eingeschalteten Verbraucher zu erkennen und mit Energie zu versorgen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Prüfung dahingehend, dass die elektronische Unterbrechungseinheit periodisch mit einem ersten zeitlichen Abstand für eine zweite Zeitdauer in den niederohmigen Zustand geschaltet wird. Für die zweite Zeitdauer des niederohmigen Zustandes erfolgt eine Ermittlung dahingehend, ob ein Strom, der die zweite Stromschwelle überschreitet, fließen könnte (siehe oben: „weiterer / dritter Strom“). Bei positiver Ermittlung schaltet die elektronische Unterbrechungseinheit in den niederohmigen Zustand, andernfalls wird die periodische Schaltung (in den niederohmigen Zustand) fortgeführt.
• D.h. es erfolgt eine Prüfung des Lastabganges / an den mindestens einem lastseitigen Anschluss durch kurzzeitiges Einschalten / niederohmig werden der elektronischen Unterbrechungseinheit.
• Der erste zeitliche Abstand liegt beispielsweise im Bereich 500 ms bis 1 Sekunde bzw. bis 2 Sekunden, wobei jeder Zwischenwert möglich ist und offenbart ist.
• Die zweite Zeitdauer ist beispielsweise kleiner oder gleich 20 ms, insbesondere kleiner 10 ms, spezieller kleiner 3 ms, 2 ms, 1 ms, 800 ps, 700 ps oder 500 ps, wobei jeder Zwischenwert möglich ist und offenbart ist.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Möglichkeit zur Prüfung gegeben ist, bei die elektronische Unterbrechungseinheit verwendet wird und nur speziell für die Prüfung angesteuert wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Spannungssensoreinheit vorgesehen, die die Höhe der Spannung, insbesondere Momentanwerte der Höhe der Spannung, des Niederspannungsstromkreises, insbesondere an den netzseitigen Anschlüssen, speziell zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss und netzseitigen Phasenleiteranschluss), ermittelt. Die periodische Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand erfolgt dann, wenn der Betrag des Momentwertes der Höhe der Spannung eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird, da die Prüfung mit einer Spannungshöhe erfolgt, die im Bereich der (Schutz-)Kleinspannung erfolgt, die für Menschen ungefährlich ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Prüfung dahingehend, dass eine Hilfsspannung, insbesondere Hilfswechselspannung, verwendet wird, die eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere einfache Möglichkeit zur Prüfung der Wiedereinschaltung gegeben ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit dem lastseitigen Anschluss(en) und die elektronische Unterbrechungseinheit dem netzseitigen Anschluss(en) zugeordnet.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Struktur für ein Schutzschaltgerät gegeben, bei der eine Funktionsfähigkeit des Schutzschaltgerätes auch bei geöffneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit gegeben ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Trennkontakteinheit durch eine mechanische Handhabe bedienbar, um ein Öffnen von Kontakten oder ein Schlie-ßen der Kontakte zu schalten.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Funktionalität eines klassischen Leitungsschutzschalters gegeben ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöffnet, aber nicht geschlossen werden können.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird, da die Kontakte versehentlich durch die Steuerungseinheit nicht geschlossen werden können.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Mikrocontroller auf.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Funktionen zur Erhöhung der Sicherheit des zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis durch ein (anpassbares) Computerprogrammprodukt realisiert werden können. Ferner können Änderungen und Verbesserungen der Funktion dadurch individuell auf ein Schutzschaltgerät geladen werden.
• Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht.
• Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit:
• - einem Gehäuse mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss,
• - einer mechanische Trennkontakteinheit, die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist,
• - dass die mechanische Trennkontakteinheit durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
• - dass die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
• - dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis, insbesondere zwischen einem netzseitigen Phasenleiteranschluss und einem lastseitigen Phasenleiteranschluss, ermittelt wird,
• - dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, insbesondere durch einen hochohmigen Zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit,
• - dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.
• Vorteilhaft erfolgt nach Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit in den hochohmigen Zustand eine Prüfung dahingehend, ob ein Strom, der größer als eine zweite Stromschwelle ist, fließen könnte. Bei positiver Prüfung wird die elektronische Unterbrechungseinheit in den niederohmigen Zustand geschaltet.
• Vorteilhaft wird die Prüfung dahingehend durchgeführt, dass die elektronische Unterbrechungseinheit periodisch mit einem ersten zeitlichen Abstand für eine zweite Zeitdauer in den niederohmigen Zustand geschaltet wird. Für die zweite Zeitdauer des niederohmigen Zustandes wird eine Ermittlung durchgeführt, ob ein Strom, der die zweite Stromschwelle überschreitet, fließen könnte. Bei positiver Ermittlung wechselt die elektronische Unterbrechungseinheit in den niederohmigen Zustand, andernfalls wird zur Prüfung die periodische Schaltung in den niederohmigen Zustand fortgeführt.
• Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt beansprucht. Das Computerprogrammprodukt umfass Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen das Verhalten und die Prüfung zu unterstützen, insbesondere durchzuführen, um eine höhere Sicherheit im durch das Schutzschaltgerät zu schützenden elektrischen Niederspannungsstromkreis zu erreichen.
• Der Mikrocontroller ist Teil des Schutzschaltgerätes, insbesondere der Steuerungseinheit.
• Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist, beansprucht.
• Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt überträgt, beansprucht.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
• - bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geschlossen bleibt,
• - bei einem ermittelten Strom, der einen (höheren) zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöffnet wird,
• - bei einem ermittelten Strom, der einen (noch höheren) dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit geöffnet wird.
• Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein abgestuftes Abschaltkonzept bei erhöhten Strömen für ein erfindungsgemäßes Schutzschaltgerät vorliegt.
• Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 13, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der abhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch, bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes, insbesondere eine Verbesserung der Sicherheit des elektrischen Stromkreises, und stellen ein neues Konzept für ein Schutzschaltgerät bereit.
• 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 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
• 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
• 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes,
• 4 eine Darstellung mit zeitlichen Verläufen von technischen Größen.
• 1 zeigt eine Darstellung eines Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreises, insbesondere Niederspannungswechselstromkreis, mit einem Gehäuse GEH, aufweisend:
• - einen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG, einem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, einem lastseitigen Neutralleiteranschluss NL, einem lastseitigen Phasenleiteranschluss LL des Niederspannungsstromkreises; an der Netzseite Grid ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen, an der Lastseite Load ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen;
• - eine (zweipolige) mechanische Trennkontakteinheit MK mit lastseitigen Anschlusspunkten APLL, APNL und netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG, wobei für den Neutralleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APNL, für den Phasenleiter ein lastseitiger Anschlusspunkt APLL, für den Neutralleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APNG, für den Phasenleiter ein netzseitiger Anschlusspunkt APLG vorgesehen ist. Die lastseitigen Anschlusspunkte APNL, APLL sind mit den lastseitigen Neutral- und Phasenleiteranschlüssen NL, LL verbunden, so dass ein Öffnen von Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist,
• - eine, insbesondere einpolige, elektronische Unterbrechungseinheit EU, (die bei einpoliger Ausführung insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist,) mit einem netzseitigen Verbindungspunkt EUG, der mit dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG in elektrischer Verbindung steht, und einem lastseitigen Verbindungspunkt EUL, der mit dem netzseitigen Anschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK in elektrischer Verbindung steht bzw. verbunden ist, wobei die elektronische Unterbrechungseinheit durch halbleiterbasierte Schaltelemente einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis aufweist,
• - eine Stromsensoreinheit SI, zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, die insbesondere im Phasenleiter angeordnet ist,
• - einer Steuerungseinheit SE, die mit der Stromsensoreinheit SI, der mechanischen Trennkontakteinheit MK und der elektronischen Unterbrechungseinheit EU verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird.
• Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass vorteilhaft bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit MK und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit EU bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.
• Nach Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den hochohmigen Zustand erfolgt vorteilhaft eine Prüfung dahingehend, ob ein Strom, der größer als eine zweite Stromschwelle ist, fließen könnte. Bei positiver Prüfung wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand geschaltet.
• Die Prüfung kann dahingehend erfolgen, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU periodisch mit einem ersten zeitlichen Abstand für eine zweite Zeitdauer in den niederohmigen Zustand geschaltet wird. Für die zweite Zeitdauer des niederohmigen Zustandes erfolgt eine Ermittlung dahingehend, ob ein Strom, der die zweite Stromschwelle überschreitet, fließen könnte. Bei positiver Ermittlung schaltet die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand. Andernfalls wird die periodische Schaltung (in den niederohmigen Zustand) fortgeführt.
• Ferner kann eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene (erste) Spannungssensoreinheit SUA vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung, insbesondere Momentanwerte der Höhe der Spannung, des Niederspannungsstromkreises, insbesondere an den netzseitigen Anschlüssen LG, NG, speziell zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und netzseitigen Phasenleiteranschluss LG, ermittelt. Vorteilhaft erfolgt die periodische Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand dann, wenn der Betrag des Momentwertes der Höhe der Spannung eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet.
• Alternativ kann die Prüfung dahingehend erfolgen, dass eine Hilfsspannung, insbesondere Hilfswechselspannung, verwendet wird, die eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet.
• Allgemein bilden die mechanische Trennkontakteinheit MK und die elektronische Unterbrechungseinheit EU eine Serienschaltung. Die Serienschaltung ist einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden. Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann vorteilhaft dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit EU dem netzseitigen Anschluss zugeordnet sein, wie in 1 dargestellt. Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann durch eine mechanische Handhabe HH bedienbar sein, um ein Öffnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten, wie bei einem klassischen Leitungsschalter respektive Miniatur Circuit Breaker (MCB).
• Die erste Stromschwelle kann kleiner als 10 mA oder kleiner als 5 mA oder kleiner als 1 mA sein.
• Die zweite Stromschwelle kann größer als die erste Stromschwelle sein. Sie kann größer als 10% oder 20% oder 30 % der ersten Stromschwelle sein.
• Die erste Zeitdauer kann gleich oder größer als eine Minute sein. Sie kann größer als 2 Minuten, 3 Minuten, 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minuten oder 30 Minuten sein.
• Der erste zeitliche Abstand kann zwischen 500 ms oder 2 Sekunden liegen (jeder Wert möglich).
• Die zweite Zeitdauer kann kleiner oder gleich 20 ms sein, insbesondere kleiner als 10 ms sein, spezieller kleiner als 3 ms, 2 ms, 1 ms, 700 ps oder 500 ps sein.
• Die Steuerungseinheit SE kann einen Mikrocontroller MP aufweisen.
• Es kann ferner eine mit der Steuerungseinheit SE verbundene zweite Spannungssensoreinheit SUB vorgesehen sein, die die Höhe der Spannung zwischen netzseitigen Verbindungspunkt EUG und lastseitigen Verbindungspunkt EUL der elektronischen Unterbrechungseinheit EU ermittelt.
• Zwischen den netzseitigen Anschlusspunkten APLG, APNG der mechanischen Trennkontakteinheit MK kann eine Messimpedanz ZM geschaltet sein. Die Messimpedanz ZM kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder/und Kondensator sein. Die Messimpedanz kann ferner eine Induktivität sein. Insbesondere kann die Messimpedanz eine Serienschaltung oder Parallelschaltung eines Widerstandes oder/und Kondensator oder/und Induktivität sein.
• Im Beispiel gemäß 1 ist die elektronische Unterbrechungseinheit EU einpolig ausgeführt, im Beispiel im Phasenleiter. Hierbei ist der netzseitige Anschlusspunkt APNG für den Neutralleiter der mechanischen Trennkontakteinheit MK mit den netzseitigen Neutralleiteranschluss NG des Gehäuses GEH verbunden.
• Das Schutzschaltgerät SG ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Steuerungseinheit SE geöffnet, aber nicht geschlossen werden können, was durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet ist.
• Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist durch eine mechanische Handhabe HH am Schutzschaltgerät SG bedienbar, um ein manuelles (händisches) Öffnen oder ein Schließen der Kontakte KKL, KKN zu schalten. Die mechanische Handhabe HH zeigt (speziell durch eine mechanische Verbindung zwischen Kontakten und Handhabe) den Schaltzustand (Offen oder Geschlossen) der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit MK am Schutzschaltgerät an.
• Des Weiteren kann die Kontaktstellung (bzw. die Position der Handhabe, geschlossen bzw. geöffnet) an die Steuerungseinheit SE übermittelbar sein. Die Kontaktstellung (bzw. die Position der Handhabe) kann z.B. mittels eines Sensors (POS) ermittelt werden.
• Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass ein (manuelles) Schließen der Kontakte durch die mechanische Handhabe erst nach einer Freigabe (Enable), insbesondere einem Freigabesignal, möglich ist. Dies ist ebenfalls durch den Pfeil von der Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK angedeutet. D. h., die Kontakte KKL, KKN der mechanischen Trennkontakteinheit MK können durch die Handhabe HH erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. des Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden („Dauerrutscher“).
• Das Schutzschaltgerät SG weist eine Energieversorgung NT, beispielsweise ein Netzteil, auf. Insbesondere ist die Energieversorgung NT für die Steuerungseinheit SE vorgesehen, was durch eine Verbindung zwischen Energieversorgung NT und Steuerungseinheit SE in 1 angedeutet ist. Die Energieversorgung NT ist (andererseits) mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG und dem netzseitigen Phasenleiteranschluss LG verbunden. In die Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG (oder/und Phasenleiteranschluss LG) kann vorteilhaft eine Sicherung SS, insbesondere Schmelzsicherung, oder/und Schalter vorgesehen sein.
• Alternativ kann die Messimpedanz ZM über die Sicherung SS mit dem netzseitigen Neutralleiteranschluss NG verbunden sein. Damit kann vorteilhaft eine dreipolige Elektronikeinheit EPART realisiert werden, beispielsweise als Modul, die drei Anschlusspunkte aufweist, einen Neutralleiteranschlusspunkt und zwei Phasenleiteranschlusspunkte. Die Elektronikeinheit EPART weist beispielsweise die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Steuerungseinheit SE, die Energieversorgung NT (insbesondere inklusive Sicherung SS), die Stromsensoreinheit SI, die erste Spannungssensoreinheit SUA und optional die zweite Spannungssensoreinheit SUB auf.
• Der Niederspannungsstromkreis kann ein Dreiphasenwechselstromkreis sein, mit einem Neutralleiter und drei Phasenleitern. Das Schutzschaltgerät kann hierfür als dreiphasige Variante ausgestaltet sein und beispielsweise weitere netzseitige und lastseitige Phasenleiteranschlüsse aufweisen. Zwischen den weiteren netzseitigen und lastseitigen Phasenleiteranschlüssen sind in analoger Weise jeweils erfindungsgemä-ße elektronische Unterbrechungseinheiten und Stromsensoreinheiten (ggfs. weitere erste Spannungssensoreinheiten) vorgesehen. Ebenso Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit.
• Mit hochohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem nur noch ein Strom vernachlässigbarer Größe fließt. Insbesondere sind mit hochohmig Widerstandswerte von größer als 1 Kiloohm, besser größer als 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Megaohm, 10 Megaohm, 100 Megaohm, 1 Gigaohm oder größer gemeint.
• Mit niederohmig ist ein Zustand gemeint, bei dem der auf dem Schutzschaltgerät angegebene Stromwert fließen könnte. Insbesondere sind mit niederohmig Widerstandswerte gemeint, die kleiner als 10 Ohm, besser kleiner als 1 Ohm, 100 Milliohm, 10 Milliohm, 1 Milliohm oder kleiner sind.
• Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann in einer ersten Variante einpolig unterbrechen. D.h. es wird nur ein Leiter (der beiden/mehreren) Leiter, insbesondere der aktive Leiter respektive Phasenleiter unterbrochen, d.h. weist einen mechanischen Kontakt auf. Der Neutralleiter ist dann kontaktfrei, d.h. der Neutralleiter ist direkt verbunden.
• Sind weitere aktive Leiter / Phasenleiter vorgesehen, weisen in einer zweiten Variante die Phasenleiter mechanische Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit auf. Der Neutralleiter ist in dieser zweiten Variante direkt verbunden. Beispielsweise für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis.
• In einer dritten Variante der mechanischen Trennkontakteinheit MK weist der Neutralleiter ebenfalls mechanische Kontakte auf, wie in 1 eingezeichnet.
• Mit mechanischem Trennkontakteinheit MK ist insbesondere eine (normgerechte) Trennfunktion gemeint, realisiert durch die Trennkontakteinheit MK. Mit Trennfunktion sind die Punkte:
• -Mindestluftstrecke nach Norm (Mindestabstand der Kontakte),
• -Kontaktstellungsanzeige der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit,
• -Freiauslösung, d.h. eine Betätigung zur Unterbrechung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe oder Steuerungseinheit ist immer möglich, so dass keine (dauerhafte) Blockierung der Kontakte in den geschlossenen Zustand durch die Handhabe möglich ist, gemeint.
• Hinsichtlich der Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten der Trennkontakteinheit ist diese im Wesentlichen spannungsabhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull.
• Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluftstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke) weist die Trennkontakteinheit bzw. Schutzschaltgerät eine Trennfunktion (Trennereigenschaft) auf.
• Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trennerfunktion und deren Eigenschaften der Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird.
• Die Trennkontakteinheit ist vorteilhafterweise durch eine Mindestluftstrecke der geöffneten Trennkontakte in der AUS-Stellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Verschmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluftstrecke beträgt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluftstrecke zwischen 0,01 mm bei 0,33 kV und 14 mm bei 12 kV, insbesondere für Verschmutzungsgrad 1 sowie insbesondere für inhomogene Felder.
• Vorteilhafterweise kann die Mindestluftstrecke die folgenden Werte aufweisen:
  E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100):2018-06 Tabelle 13 - Mindestluftstrecken

  Bemessungsstoßspannungsfestigkeit	Mindestluftstrecken mm
  Uimp	Fall A inhomogenes Feld				Fall B homogenes Feld, ideale Bedingungen
  kV	(siehe 3.7.63)				(siehe 3.7.62)
  	Verschmutzungsgrad				Verschmutzungsgrad
  	1	2	3	4	1	2	3	4
  0,33	0,01				0,01
  0,5	0,04	0,2			0,04	0,2
  0,8	0,1		0,8		0,1		0,8	1,6
  1,5	0,5	0,5		1,6	0,3	0,3
  2,5	1,5	1,5	1,5		0,6	0,6
  4,0	3	3	3	3	1,2	1,2	1,2
  6,0	5,5	5,5	5,5	5,5	2	2	2	2
  8,0	8	8	8	8	3	3	3	3
  12	14	14	14	14	4,5	4,5	4,5	4,5
  ANMERKUNG Die angegebenen kleinsten Luftstrecken beruhen auf der 1,2/50-µs-Stoßspannung bei einem Luftdruck von 80 kPa, was dem Luftdruck bei 2000 m über NN entspricht.

• Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten. Dadurch lässt vorteilhafterweise ein entsprechend der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit dimensioniertes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen.
• Mit mechanischer Trennkontakteinheit ist insbesondere kein Relaiskontakt gemeint.
• 2 zeigt eine Abbildung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass an der Netzseite Grid eine Energiequelle EQ mit einer Nennspannung U_N des Niederspannungsstromkreises angeschlossen ist. Ferner an der Lastseite Load ein Verbraucher bzw. Energiesenke ES angeschlossen ist.
• Weiterhin ist bei der Verbindung von Steuerungseinheit SE zur mechanischen Trennkontakte Einheit MK ein Freigabesignal enable eingezeichnet.
• Die mechanische Trennkontakteinheit MK ist in einem geöffneten Zustand OFF dargestellt, d. h. mit geöffneten Kontakten KKN, KKL zur Vermeidung eines Stromflusses.
• Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit und
• - bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet, insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen bleibt,
• - (oder/und) bei einem ermittelten Strom, der einen höheren zweiten Stromwert, insbesondere für eine zweite Zeitgrenze, überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird,
• - bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöffnet wird.
• 3 zeigt eine Darstellung gemäß 1 bzw. 2, mit dem Unterschied, dass das Schutzschaltgerät SG zweiteilig aufgebaut ist. Es enthält einen elektronischen ersten Teil EPART, beispielsweise auf einer Leiterplatte / Printed Circuit Board.
• Der erste Teil EPART kann die Steuerungseinheit SE, die erste Spannungssensoreinheit SUA, die zweite Spannungssensoreinheit SUB, die Stromsensoreinheit SI, die elektronische Unterbrechungseinheit EU, die Energieversorgung NT, aufweisen. Ferner kann der erste Teil eine Schmelzsicherung SS, einen Schalter SCH, die Meßimpedanz ZM, einen Temperatursensor TEM (insbesondere für die elektronische Unterbrechungseinheit EU), eine Kommunikationseinheit COM, eine Anzeigeeinheit DISP aufweisen.
• Der erste Teil EPART weist nur drei Anschlüsse auf:
• - den netzseitigen Phasenleiter Anschluss LG,
• - einen Anschluss für den bzw. zum netzseitigen Phasenleiteranschlusspunkt APLG der mechanischen Trennkontakteinheit MK,
• - einen Anschluss für eine Verbindung zum netzseitigen Neutralleiteranschluss NG.
• Das Schutzschaltgerät enthält einen, insbesondere mechanischen, zweiten Teil MPART. Der zweite Teil MPART kann die mechanische Trennkontakteinheit MK, die Handhabe HH, eine Freigabeeinheit FG aufweisen. Ferner kann der zweite Teil eine Positionseinheit POS, zur Meldung der Position der Kontakte der mechanischen Trennkontakte Einheit MK an die Steuerungseinheit, sowie die (Neutralleiter-)Verbindung(en) aufweisen. Es können weitere, nicht näher bezeichnete, Einheiten vorgesehen sein.
• Durch die Zweiteilung lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßes kompaktes Schutzschaltgerät realisieren.
• Die Freigabeeinheit FG bewirkt eine Freigabe der Betätigung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe HH, wenn ein Freigabesignal in enable vorliegt. Ferner kann die Freigabeeinheit FG ein Öffnen der Kontakte bewirken, wenn ein Öffnungssignal OEF vorliegt. Die Freigabeeinheit agiert dann als Auslöseeinheit.
• Elektrische Leitungen, die unter Spannung stehen, verursachen ein elektrisches Feld. Dies ist auch dann der Fall, wenn kein Verbraucher angeschlossen bzw. eingeschaltet ist. Das Schutzschaltgerät sorgt vorteilhaft dafür, dass die elektrische Leitung und Verbraucher / Energiesenke ES auf der Lastseite Load des Schutzschaltgerät spannungsfrei geschaltet wird, wenn kein (bzw. nur sehr wenig) Strom auf der Lastseite fließt (kein angeschlossener Verbraucher versorgt werden muss).
• Vorteilhaft wird ein elektronisches Schutz- und Schaltgerät hierfür erweitert, beispielsweise durch eine Erweiterung in einer Firmware eines Mikrocontrollers MP der Steuerungseinheit SE, beispielsweise mittels eines entsprechenden Computerprogrammproduktes.
• Vorteilhaft wird der Laststrom der angeschlossenen Verbraucher durch das (elektronische) Schutzschaltgerät / der dort enthaltenen Stromsensoreinheit / Strommessung erfasst. Das Schutzschaltgerät kann derart parametriert bzw. programmiert werden, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den hochohmigen Zustand geschaltet wird, sobald der Strom auf der Lastseite Load bzw. Laststrom i_LOAD eine erste Stromschwelle unterschreitet. Die angeschlossene Leitung auf der Lastseite Load ist dann spannungsfrei und feldfrei.
• Anschließend führt das Gerät vorteilhaft eine Prüfung bzw. Überprüfungsfunktion aus, die überprüft, ob an der Lastseite Load wieder ein Strom (größer einer zweiten Stromschwelle) fließen könnte. Diese Prüfung erfolgt beispielsweise dadurch, dass die elektronische Unterbrechungseinheit EU für eine kurze Zeit in den niederohmigen Zustand geschaltet wird.
• Die 4 zeigt hierzu ein Beispiel eines derartigen Test-Impulses. 4 zeigt Darstellungen verschiedener elektrischer Größen in Zusammenhang mit den vorgenannten Ausführungen über der Zeit t. In der oberen ersten Darstellung ist die Nennspannung U_N über der Zeit t dargestellt, eine sinusförmige Wechselspannung. In der zweiten Darstellung ist synchron dazu ein Test-Impuls Testpulse über der Zeit t dargestellt. Die vertikale Y-Achse der Darstellung ist mit der Bezeichnung SWITCH gekennzeichnet. Hierbei wird für eine Halbwelle der Wechselspannung U_N die elektronische Unterbrechungseinheit EU eingeschaltet / in den niederohmigen Zustand geschaltet.
• Das Einschalten kann auch kürzer (oder länger) erfolgen, wie beispielsweise 5ms, 1ms, 800 ps, 700 ps (20 ms). Beispielsweise kann die elektronische Unterbrechungseinheit EU eingeschaltet / in den niederohmigen Zustand geschaltet werden, wenn der Momentanwert der Wechselspannung eine erste Spannungsgrenze unterschreitet, wie z.B. 50 Volt. So dass ein Prüfpuls nur bei Momentanwerten der Netzspannungen kleiner 50V abgegeben wird. Dies hätte den zusätzlichen Vorteil der elektrischen Sicherheit.
• Der resultierende Test-Impuls ist in der dritten Darstellung der Last-Spannung u_LOAD an der Lastseite Load des Schutzschaltgerätes SG über der Zeit t als Halbwelle der Spannung dargestellt.
• Des Weiteren wird dieser Test-Impuls wiederkehrend, z.B. 1-mal pro Sekunde ausgeführt. Dies führt dazu, dass nachdem ein Verbraucher ES bzw. Last angeschlossen bzw. eingeschaltet wird, innerhalb einer Sekunde der Verbraucher ES wieder mit Spannung / Energie versorgt wird. Diese Delay-Zeit (bzw. Reaktionszeit) kann z.B. ebenfalls über die Firmware geändert werden. Z.B. kann ein Kunde zwischen einer schnelleren Reaktion innerhalb von 0,5 Sek oder einer langsameren Reaktion innerhalb von 2 Sek wählen. Des Weiteren ist es auch möglich die Reaktionszeit in Abhängigkeit von der Tageszeit zu variieren, z.B. am Tag 0,5s, nachts 1s oder 2s. So könnte tagsüber eine schnelle Reaktionszeit vorliegen und nachts eine langsamere.
• In der vierten Darstellung „case I“ und fünften Darstellung „case II“ ist jeweils die Höhe des Last-Stromes i_LOAD auf der Lastseite Load des Schutzschaltgerätes SG über der Zeit dargestellt, für einen ersten und einen zweiten Fall.
• Im ersten Fall der Darstellung „case I“ ist der ermittelte Last-Stromes i_LOAD kleiner als die zweite Stromschwelle i_Lim. Bzw. es wird ermittelt, dass ein (Last-)Strom, der größer als die zweite Stromschwelle i_Lim ist, nicht fließen könnte.
• Die elektronische Unterbrechungseinheit EU bleibt im hochohmigen Zustand und führt diese Prüfung erneut später aus (letzteres zeitlich nicht dargestellt).
• Im zweiten Fall der Darstellung „case II“ ist der ermittelte Last-Stromes i_LOAD größer als die zweite Stromschwelle i_Lim.
• Bzw. es wird ermittelt, dass ein (Last-)Strom, der größer als die zweite Stromschwelle i_Lim ist, fließen könnte.
  Die elektronische Unterbrechungseinheit EU wird in den niederohmigen Zustand geschaltet. Dies ist in der zweiten Darstellung SWITCH gestrichelt eingezeichnet mit dem Zustand „Automatic on“, analog in der fünften Darstellung „case II“ gestrichelt eingezeichnet, dass der Last-Strom i_LOAD wieder fließt.
• Die erfindungsgemäße Funktion kann aktivierbar (ein/aus) ausgestaltet sein.
• Ein Computerprogrammprodukt bzw. Algorithmus, wertet beispielsweise (im Hintergrund) die Höhe des ermittelten Stromes des Niederspannungsstromkreises an der Lastseite Load des Schutzschaltgerätes aus. Wird eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschritten, wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den hochohmigen Zustand geschaltet. Nach Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit EU in den hochohmigen Zustand wird eine Prüfung, beispielsweise durch Test-Impulse, durchgeführt, ob ein Strom, der größer als die zweite Stromschwelle ist, fließen könnte. Bei positiver Prüfung wird die elektronische Unterbrechungseinheit EU in den niederohmigen Zustand geschaltet.
• Die Steuerungseinheit SE kann (dazu) einen Mikrocontroller aufweisen. Auf dem Mikrocontroller kann das Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch den Mikrocontroller diesen veranlassen das Schutzschaltgerät zu steuern, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren zu unterstützen, insbesondere durchzuführen.
• Auf einem computerlesbaren Speichermedium, wie einer CD-ROM, einem USB-Stick oder ähnlichen, kann das Computerprogrammprodukt gespeichert sein.
• Ferner kann ein Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt überträgt, existieren.
• 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.

Claims (18)

1. Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis aufweisend: - ein Gehäuse (GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindestens einem lastseitigen Anschluss, - eine mechanische Trennkontakteinheit (MK), die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist, - dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - einer Stromsensoreinheit (SI), zur Ermittlung der Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, - einer Steuerungseinheit (SE), die mit der Stromsensoreinheit (SI), der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) verbunden ist, wobei bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, - dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.
2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) in den hochohmigen Zustand eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob ein Strom, der größer als eine zweite Stromschwelle ist, fließen könnte, und bei positiver Prüfung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den niederohmigen Zustand geschaltet wird.
3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung dahingehend erfolgt, dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) periodisch mit einem ersten zeitlichen Abstand für eine zweite Zeitdauer in den niederohmigen Zustand geschaltet wird, für die zweite Zeitdauer des niederohmigen Zustandes eine Ermittlung dahingehend erfolgt, ob ein Strom, der die zweite Stromschwelle überschreitet, fließen könnte, bei positiver Ermittlung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den niederohmigen Zustand schaltet, andernfalls die periodische Schaltung (in den niederohmigen Zustand) fortgeführt wird.
4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuerungseinheit (SE) verbundene Spannungssensoreinheit (SU) vorgesehen ist, die die Höhe der Spannung, insbesondere Momentanwerte der Höhe der Spannung, des Niederspannungsstromkreises, insbesondere an den netzseitigen Anschlüssen, speziell zwischen netzseitigen Neutralleiteranschluss (NG) und netzseitigen Phasenleiteranschluss (LG), ermittelt, dass die periodische Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) in den niederohmigen Zustand dann erfolgt, wenn der Betrag des Momentwertes der Höhe der Spannung eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung dahingehend erfolgt, dass eine Hilfsspannung, insbesondere Hilfswechselspannung, verwendet wird, die eine erste Spannungsgrenze, die insbesondere kleiner oder gleich 50 Volt ist, unterschreitet.
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) dem lastseitigen Anschluss und die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) dem netzseitigen Anschluss zugeordnet ist, insbesondere, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch eine mechanische Handhabe bedienbar ist, um ein Öffnen von Kontakten oder ein Schließen der Kontakte zu schalten.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschwelle kleiner als 10 mA oder kleiner als 5 mA oder kleiner als 1 mA ist.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 2 bzw. auf Patentanspruch 2 zurückbezogene Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschwelle größer als die erste Stromschwelle ist, insbesondere größer als 10% oder 20% oder 30 % der ersten Stromschwelle.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer gleich oder größer als eine Minute ist, insbesondere größer als 2 Minuten, 3 Minuten, 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minuten oder 30 Minuten ist.
10. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 3 bzw. auf Patentanspruch 3 zurückbezogene Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste zeitliche Abstand 500 ms oder 1 Sekunde oder 2 Sekunden ist.
11. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 3 bzw. auf Patentanspruch 3 zurückbezogene Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer kleiner oder gleich 20 ms ist, insbesondere kleiner 10 ms ist, spezieller kleiner 3 ms, 2 ms, 1 ms, 700 ps oder 500 ps ist.
12. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (SE) einen Mikrocontroller aufweist.
13. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Niederspannungsstromkreis mit: - einem Gehäuse (GEH) mit mindestens einem netzseitigen Anschluss und mindesten einem lastseitigen Anschluss, - einer mechanische Trennkontakteinheit (MK), die in Serie mit einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) geschaltet ist, wobei die Serienschaltung einerseits mit dem mindestens einem netzseitigen und andererseits mit dem mindestens einem lastseitigen Anschluss verbunden ist, - dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) durch ein Öffnen von Kontakten zur Vermeidung eines Stromflusses oder ein Schließen der Kontakte für einen Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) durch halbleiterbasierte Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss im Niederspannungsstromkreis schaltbar ist, - dass die Höhe des Stromes im Niederspannungsstromkreis, insbesondere zwischen einem netzseitigen Phasenleiteranschluss und einem lastseitigen Phasenleiteranschluss, ermittelt wird, - dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten eine Vermeidung eines Stromflusses des Niederspannungsstromkreises initiiert wird, - dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit (MK) und niederohmig geschalteter elektronischer Unterbrechungseinheit (EU) bei einer Höhe des Stromes des Niederspannungsstromkreises, der eine erste Stromschwelle für eine erste Zeitdauer unterschreitet, die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den hochohmigen Zustand geschaltet wird.
14. Verfahren nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schaltung der elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) in den hochohmigen Zustand eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob ein Strom, der größer als eine zweite Stromschwelle ist, fließen könnte, dass bei positiver Prüfung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den niederohmigen Zustand geschaltet wird.
15. Verfahren nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung dahingehend durchgeführt wird, dass die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) periodisch mit einem ersten zeitlichen Abstand für eine zweite Zeitdauer in den niederohmigen Zustand geschaltet wird, für die zweite Zeitdauer des niederohmigen Zustandes eine Ermittlung durchgeführt wird, ob ein Strom, der die zweite Stromschwelle überschreitet, fließen könnte, bei positiver Ermittlung die elektronische Unterbrechungseinheit (EU) in den niederohmigen Zustand wechselt, andernfalls zur Prüfung die periodische Schaltung in den niederohmigen Zustand fortgeführt wird.
16. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Mikrocontroller diesen veranlassen das Verhalten und die Prüfung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 15 mit einem Schutzschaltgerät zu unterstützen, insbesondere durchzuführen.
17. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 16 gespeichert ist.
18. Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 16 überträgt.

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