DE102022211677A1 - Schutzschaltgerät und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, aufweisend:- Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes (K1, K2, K3) und eines elektronischen Schalters (S1, S2, S3), wobei jeweils eine Serienschaltung einen netzseitigen Phasen-Anschluss (LG1, LG2, LG3) mit einen lastseitigen Phasen-Anschluss (LL1, LL2, LL3) elektrisch verbindet,- dass ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss (NG) über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden ist,- dass die mechanischen Kontakte (K1, K2, K3, KN) zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöffnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen werden können,- dass die elektronischen Schalter (S1, S2, S3) mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss geschaltet werden können, dass die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können, um einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet eines Schutzschaltgerätes für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen Schaltern und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen Schaltern.
  • 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 bzw. einem elektronischen Schalter sind relativ neuartige Entwicklungen. Diese weisen eine halbleiterbasierte elektronische Unterbrechungseinheit / Schalter 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 / Schalter 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 / elektronischen Schaltern 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: u ( t ) = U*sin  ( 2 π *f*t )
    Figure DE102022211677A1_0001
    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.: ω = 2 π *f = 2 π / T = Kreisfrequenz der Wechselspannung ( T = Periodendauer der Schwingung )
    Figure DE102022211677A1_0002
  • 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: u ( t ) = U*sin ( ω t )
    Figure DE102022211677A1_0003
  • 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). Analoges gilt bezüglich momentaner Stromwerte i(t) etc.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere ein neues Konzept für ein mehrphasiges Schutzschaltgerät aufzuzeigen sowie eine höhere Flexibilität für ein mehrphasiges Schutzschaltgerät zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, insbesondere Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, vorgeschlagen, aufweisend:
    • - ein Gehäuse mit einen ersten, zweiten und dritten netzseitigen Phasen-Anschluss und einem ersten, zweiten und dritten lastseitigen Phasen-Anschluss für einen ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiter des Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises, einem netzseitigen Neutralleiter-Anschluss und einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss für einen Neutralleiter des Niederspannungswechselstromkreises,
    • - eine erste Serienschaltung eines ersten mechanischen Phasen-Kontaktes und eines ersten elektronischen Schalters, eine zweite Serienschaltung eines zweiten mechanischen Phasen-Kontaktes und eines zweiten elektronischen Schalters, eine dritte Serienschaltung eines dritten mechanischen Phasen-Kontaktes und eines dritten elektronischen Schalters, wobei die erste Serienschaltung den ersten netzseitigen Phasen-Anschluss mit dem ersten lastseitigen Phasen-Anschluss, die zweite Serienschaltung den zweiten netzseitigen Phasen-Anschluss mit dem zweiten lastseitigen Phasen-Anschluss und die dritte Serienschaltung den dritten netzseitigen Phasen-Anschluss mit dem dritten lastseitigen Phasen-Anschluss elektrisch verbindet,
    • - dass der netzseitige Neutralleiter-Anschluss über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss verbunden ist,
    • - dass die mechanischen Phasen-Kontakte und der mechanische Neutralleiter-Kontakt zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öffnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen schaltbar sind,
    • - dass die elektronischen Schalter mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss schaltbar sind,
    • - dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass der erste, zweite und dritte elektronische Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass die Phasenleiter unabhängig voneinander in den hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können. Bisherige Schutzschaltgeräte, insbesondere die weit verbreiteten klassischen elektromechanischen Schutzschaltgeräte (Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Fehlerstromschutzschalter) weisen diese Möglichkeit nicht auf, da die dortige mechanische Trennkontakteinheit alle Kontakte gleichzeitig öffnet oder schließt (mehrpolige Geräte). Somit wird eine höhere Flexibilität eines Schutzschaltgerätes und ein flexibleres Schaltverhalten ermöglicht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Ausführungsbeispiel angegeben.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für jede Serienschaltung jeweils eine Stromsensoreinheit vorgesehen, zur jeweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des jeweiligen Phasen-Leiters. Insbesondere, dass momentane Stromwerte (ermittelt werden und) vorliegen. D.h., dass eine erste, zweite und dritte Stromsensoreinheit vorgesehen ist. Dass die erste Stromsensoreinheit in der ersten Serienschaltung, die zweite Stromsensoreinheit in der zweiten Serienschaltung und die dritte Stromsensoreinheit in der dritten Serienschaltung vorgesehen ist, zur jeweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiters, insbesondere derart, dass momentane Stromwerte vorliegen.
  • In einer vorteilhaften Weiterführung dessen ist eine Steuerungseinheit vorgesehen, die mit den Stromsensoreinheiten, den mechanischen Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden ist. Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Phasen-Leiters, insbesondere für eine erste Zeitspanne, durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei Überschreitung einer festgelegten Stromschwelle bzw. eines Strom-Zeitschwellwertes (d.h. der Stromschwellwert wird für eine definierte Zeitdauer überschritten) eine selektive Unterbrechung nur des betroffenen Leiters erfolgt (bzw. der betreffenden Leiter). In den anderen Leitern (nicht betroffenen Leitern) in einem mehrphasigen Niederspannungswechselstromkreis wird weiterhin ein Stromfluss ermöglicht.
  • Durch die Vermeidung für eine erste Zeitspanne erfolgt vorteilhaft ein Wiedereinschalten bzw. niederohmig werden nach der ersten Zeitspanne, so dass die Versorgungssicherheit weiter gewährleistet wird bzw. auf das Vorliegen der Überschreitung der Stromschwelle weiter geprüft werden kann. Insbesondere durch die Auswertung von Momentanwerten der Höhe des Stromes kann dies vorteilhaft durchgeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Zeitspanne kleiner als 20 ms, insbesondere kleiner als 10 ms.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass für eine Halbwelle bzw. Vollwelle der Spannung bzw. des Stromes im Wechselstromkreis, im Beispiel (20ms, 10ms) bezogen auf eine Netzfrequenz von 50 Hz, eine Unterbrechung erfolgt, so dass mit der nächsten Voll- bzw. Halbwelle die elektrische Versorgungssicherheit wieder gegeben wird. Insbesondere kann nach einer Unterbrechung das niederohmig werden im Bereich des nächsten Nulldurchganges (im Nulldurchgang, bzw. im Bereich von 1 ms davor oder danach) erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung mindestens eines zweiten Stromschwellwertes, insbesondere eines Effektivwertes, in mindestens einem Phasenleiter (bzw. zwei Phasen-Leitern, insbesondere in drei Phasen-Leitern) für mindestens eine erste Zeitdauer eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte initiiert wird.
  • Der zweite Stromschwellwert kann vorteilhaft betragsmäßig höher als der erste Stromschwellwert sein.
  • Die erste Zeitdauer kann kleiner als 100ms, 20ms, insbesondere kleiner als 10ms sein.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei einen fehlerhaften niederohmig bleiben eines bzw. der elektronischen Schalter und damit folgender Überschreitung des zweiten Stromschwellwertes eine Vermeidung des Stromflusses im Niederspannungswechselstromkreises initiiert wird und somit die Sicherheit im Stromkreis erhöht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mechanische Neutralleiter-Kontakt gemeinsam mit den Phasen-Kontakten öffenbar oder schließbar. Insbesondere wird vor dem Schließen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geschlossen oder(/und) wird nach dem Öffnen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geöffnet.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Neutralleiter-Kontakt stets stromlos öffnet und schließt. Dies verringert den Verschleiß des Kontaktes und erhöht die Lebensdauer. Des Weiteren wird hierdurch das Auftreten eines Lichtbogens beim Öffnen des Neutralleiter-Kontaktes vermieden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Phasen-Kontakte Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit, die die Kontakte gemeinsam öffnet oder schließt. Insbesondere weist die mechanische Trennkontakteinheit eine am Schutzschaltgerät zugängliche Handhabe auf, zum manuellen (benutzer-betätigten) Öffnen oder Schließen der Phasen-Kontakte (der mechanischen Trennkontakteinheit).
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine komplette galvanische Trennung aller Phasen-Leiter gleichzeitig vollzogen wird, im Gegensatz zu einem phasenbezogenen stromflussvermeidenden hochohmig werden der elektronischen Schalter. Durch die Handhabe wird ein kompatibles Verhalten gemäß klassischer elektromechanischer Schutzschaltgeräte ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass die mechanische Trennkontakteinheit durch die Steuerungseinheit geöffnet, aber nicht geschlossen werden kann. Insbesondere ist ein Schließen der mechanischen Trennkontakteinheit durch die Handhabe erst nach einer Freigabe durch die Steuerungseinheit möglich.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Sicherheit des Schutzschaltgerätes gegeben ist, da die Steuerungseinheit die Kontakte nicht versehentlich (fehlerhaft) schließen kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektronischen Schalter Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit, wobei die elektronischen Schalter unabhängig voneinander schaltbar sind.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine kompakte elektronische Unterbrechungseinheit gegeben ist, die die elektronischen Schalter zusammenfasst, so dass ein raumsparendes Design ermöglicht wird und Synergieeffekte von Komponenten genutzt werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektronische Unterbrechungseinheit / die elektronischen Schalter eine bidirektionale Spannungsfestigkeit auf. Insbesondere ist ein Überspannungsschutz für die halbleiterbasierten Schaltelemente vorgesehen.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Robustheit gegen Überspannungen gegeben ist und die Abschaltung eines induktiven Leitungskreises möglich ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Phasen-Kontakte den lastseitigen Phasen-Anschlüssen und die elektronischen Schalter den netzseitigen Phasen-Anschlüssen zugeordnet.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein vorteilhaftes Design gegeben ist, das ein phasenbezogenes Schalten der elektronischen Schalter unterstützt, sowie einen Selbsttest (insbesondere einen Selbsttest der elektronischen Schalter und der elektronischen Unterbrechungseinheit), auch bei geöffneten Kontakten, ermöglicht. Ferner wird eine Energieversorgung des Schutzschaltgerätes, auch bei geöffneten Kontakten, sichergestellt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist, zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen. Die Spannungssensoreinheiten sind mit der Steuerungseinheit verbunden.
  • In einer vorteilhaften Weiterführung der Ausgestaltung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit initiierten niederohmig werden (insbesondere bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses, d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird; z.B. bei einem benutzerseitig initiierten niederohmig werden) der (aller) elektronischen Schalter diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (bzw. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) niederohmig werden.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Abschaltbelastung (und damit auch der Verschleiß) im elektronischen Schalter verringert wird. Des Weiteren werden hierdurch die Netzrückwirkungen reduziert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit initiierten hochohmig werden (insbesondere bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses, d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird; z.B. bei einem benutzerseitig initiierten hochohmig werden) der (aller) elektronischen Schalter diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (bzw. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) hochohmig werden.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Netzrückwirkungen reduziert werden und die Abschaltbelastung im Schalter geringer ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine/die Steuerungseinheit vorgesehen, die mit den Stromsensoreinheiten, den Spannungssensoreinheiten, den mechanischen Phasen-Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden ist. Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet, dass bei Überschreitung (mindestens) des ersten Stromschwellwertes in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Leiters durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird. Beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung wird der elektronische Schalter wieder niederohmig, um einen Stromfluss zu ermöglichen.
  • Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine erhöhte Robustheit gegen Fehlauslösungen erreicht wird und somit eine erhöhte elektrische Versorgungssicher erreicht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für den Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises, womit vorteilhaft eine Lösung für ein klassisches Drehstrom-Netz gegeben ist, weist das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schaltzustände auf:
    • -alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für den Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises weist das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schaltzustände auf:
    • -alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.
  • Die beiden vorteilhaften Ausgestaltungen, bzw. die Kombination beider, haben den besonderen Vorteil, dass neue Schaltzustände eines Schutzschaltgerätes gegeben sind, um individuell und flexibler auf Überstrombedingungen (Kurzschlussstrombedingungen) zu reagieren. So wird nicht mit einer Abschaltung aller Phasen reagiert, sondern es kann phasenbezogen gehandelt werden, so dass eine höhere Versorgungssicherheit im Niederspannungsstromkreis ermöglicht wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schutzschaltgerät mindestens den folgenden Schaltzustand auf:
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, ein Teil der elektronischen Schalter niederohmig, der andere Teil der elektronischen Schalter hochohmig, insbesondere das ein elektronischer Schalter niederohmig ist und die anderen elektronischen Schalter hochohmig sind, alternativ oder zusätzlich, dass insbesondere zwei elektronische Schalter niederohmig sind und der andere elektronische Schalter hochohmig ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzschaltgerät den folgenden Schaltzustand aufweisen:
    • - alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter niederohmig. Insbesondere werden diese Schaltzustände dann vorgesehen, wenn jeweils zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter ein Messwiderstand vorgesehen ist. Dazu sind in einer Ausgestaltung zwischen dem ersten Phasenleiter L1 und dem Neutralleiter N ein erster Messwiderstand, zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N ein zweiter Messwiderstand und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N ein dritter Messwiderstand vorgesehen.
  • Diese Schaltzustände sind vorteilhaft für die Überprüfung der Ein- oder Ausschaltbarkeit der elektronischen Schalter vorgesehen. D.h. die elektronischen Schalter werden bei geöffneten mechanischen Phasen-Kontakten kurzzeitig eingeschaltet, um eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit (hinsichtlich Ein- oder(/und) Ausschaltbarkeit) durchzuführen. Hierbei fließt über die jeweiligen Messwiderstände ein Messstrom.
  • Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren (Verfahrensansprüche) für ein Schutzschaltgerät für einen Niederspannungsstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltern / Schaltelementen mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht.
  • Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter weist auf:
    • - Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes und eines elektronischen Schalters, wobei jeweils eine Serienschaltung einen netzseitigen Phasen-Anschluss mit einen lastseitigen Phasen-Anschluss elektrisch verbindet,
    • - dass ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt mit einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss verbunden ist,
    • - dass die mechanischen Kontakte zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöffnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen werden können,
    • - dass die elektronischen Schalter mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss geschaltet werden können,
    dass die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können, um (vorteilhaft) einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen.
  • Vorteilhaft wird die Höhe des Stromes der jeweiligen Serienschaltung ermittelt und bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einer Serienschaltung wird eine Vermeidung eines Stromflusses der betreffenden Serienschaltung, insbesondere für eine erste Zeitspanne, durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert.
  • Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 17, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der anhängigen 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.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines im Beispiel 4-poligen, d.h. z.B. für 3-Phasenleiter und einen Neutralleiter, Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, aufweisend:
    • - ein Gehäuse GEH mit einem ersten, zweiten und dritten netzseitigen Phasen-Anschluss LG1, LG2, LG3 und einem ersten, zweiten und dritten lastseitigen Phasen-Anschluss LL1, LL2, LL3, für den ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiter L1, L2, L3 des Niederspannungswechselstromkreises,

    einem netzseitigen Neutralleiter-Anschluss NG und einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL für einen Neutralleiter N des Niederspannungswechselstromkreises,
    an der Netzseite Grid ist üblicherweise eine Energiequelle angeschlossen,
    an der Lastseite Load ist üblicherweise ein Verbraucher angeschlossen.
  • Im Gehäuse GEH:
    • - eine erste Serienschaltung SS1 eines ersten mechanischen Phasen-Kontaktes K1 und eines ersten elektronischen Schalters S1,

    eine zweite Serienschaltung SS2 eines zweiten mechanischen Phasen-Kontaktes K2 und eines zweiten elektronischen Schalters S2,
    eine dritte Serienschaltung SS3 eines dritten mechanischen Phasen-Kontaktes K3 und eines dritten elektronischen Schalters S3,
    wobei (gehäuseintern):
    • die erste Serienschaltung SS1 den ersten netzseitigen Phasen-Anschluss LG1 mit dem ersten lastseitigen Phasen-Anschluss LL1,
    • die zweite Serienschaltung SS2 den zweiten netzseitigen Phasen-Anschluss LG2 mit dem zweiten lastseitigen Phasen-Anschluss LL2 und
    • die dritte Serienschaltung SS3 den dritten netzseitigen Phasen-Anschluss LG3 mit dem dritten lastseitigen Phasen-Anschluss LL3 elektrisch verbindet,
      • - der netzseitige Neutralleiter-Anschluss (NG) ist über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden,
      • - die mechanischen Phasen-Kontakte K1, K2, K3 und der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN sind gemeinsam schaltbar, d.h. werden zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöffnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen, d.h.
    • die mechanischen Kontakte sind über eine mechanische Kopplung (z.B. Schaltwelle) miteinander verbunden,
      • - die elektronischen Schalter S1, S2, S3 sind mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss schaltbar.
  • Erfindungsgemäß ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass der erste, zweite und dritte elektronische Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind. D.h. der erste, zweite und dritte elektronische Schalter werden unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet. Insbesondere um einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen.
  • Gemäß 1 sind eine erste, zweite und dritte Stromsensoreinheit SI1, SI2, SI3 vorgesehen. Die erste Stromsensoreinheit SI1 ist in der ersten Serienschaltung SS1, die zweite Stromsensoreinheit SI2 ist in der zweiten Serienschaltung SS2 und die dritte Stromsensoreinheit SI3 ist in der dritten Serienschaltung SS3 vorgesehen bzw. angeordnet, zur jeweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiters, insbesondere, dass momentane Stromwerte vorliegen.
  • Der erste mechanische Phasen-Kontakt K1, der zweite mechanische Phasen-Kontakt K2 und der dritte mechanische Phasen-Kontakt K3 sowie der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN sind gemäß 1 Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit MK, die die Phasen-Kontakte K1, K2, K3 und den Neutralleiter-Kontakt KN gemeinsam öffnet oder schließt. Die mechanische Trennkontakteinheit MK kann eine am Schutzschaltgerät zugängliche Handhabe HH aufweisen, zum manuellen (durch eine Person betätigten) Öffnen oder Schließen der Kontakte. Die mechanische Trennkontakteinheit MK entspricht beispielsweise einer klassischen Einheit, wie sie von elektromechanischen Schutzschaltgeräten (Leitungsschutzschaltern, Leistungsschaltern) bekannt ist (allerdings erfindungsgemäß ohne Elemente zur Überstrom- oder Kurzschlusserkennung, wie Bimetallauslöser etc.).
  • Das Schutzschaltgerät ist insbesondere derart ausgestaltet, dass die mechanische Trennkontakteinheit MK durch eine Steuerungseinheit SE geöffnet, aber nicht geschlossen werden kann. Insbesondere ist ein Schließen der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch die Handhabe HH erst nach einer Freigabe durch die Steuerungseinheit SE möglich ist. Hierfür kann eine Freigabeeinheit LC vorgesehen sein. D.h. durch die Handhabe HH können erst bei Vorliegen der Freigabe bzw. eines Freigabesignals (von der Steuerungseinheit) die Kontakte geschlossen werden. Ohne die Freigabe bzw. das Freigabesignal kann die Handhabe HH zwar betätigt, die Kontakte aber nicht geschlossen werden („Dauerrutscher“).
  • Die Freigabeeinheit LC kann ferner derart ausgestaltet sein, dass ein Öffnen der Kontakte K1, K2, K3, KN der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch ein Steuersignal der Steuerungseinheit SE möglich ist, wie in 1 durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zu Freigabeeinheit LC angedeutet.
  • Gemäß 1 sind die mechanischen Kontakte K1, K2, K3, KN den lastseitigen Phasen-Anschlüssen / der Lastseite Load und die elektronischen Schalter S1, S2, S3 den netzseitigen Phasen-Anschlüssen / Netzseite Grid zugeordnet.
  • Der netzseitige Neutralleiter-Anschluss NG ist über den Neutralleiter-Kontakt KN mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL verbunden. Eine elektronische Unterbrechungseinheit ist in diesem Beispiel im Neutralleiter-Pfad im Gehäuse des Schutzschaltgerätes nicht vorgesehen. D.h. Die Neutralleiterverbindung zwischen netzseitigen Neutralleiter-Anschluss NG und lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL ist frei von elektronischen Schaltern (elektronikschalterfrei).
  • Speziell kann die mechanische Trennkontakteinheit MK derart ausgestaltet sein, dass vor dem Schließen der Phasen-Kontakte K1, K2, K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geschlossen wird. Analog kann nach dem Öffnen der Phasen-Kontakte K1, K2, K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geöffnet werden.
  • Der erste elektronische Schalter S1, der zweite elektronische Schalter S2 und der dritte elektronische Schalter S3 können Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit EU sein, wobei die elektronischen Schalter S1, S2, S3 unabhängig voneinander schaltbar sind.
  • Die elektronische Unterbrechungseinheit / die elektronischen Schalter können eine bidirektionale Spannungsfestigkeit aufweisen. Speziell ist ein Überspannungsschutz für die halbleiterbasierten Schaltelemente vorgesehen, um die Spannungen zu begrenzen und somit einen Schutz für die halbleiterbasierten Schaltelemente zu haben.
  • Es ist eine Steuerungseinheit SE vorgesehen (wie schon teilweise erwähnt), die mit den Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3, den mechanischen Kontakten K1, K2, K3, KN bzw. der mechanischen Trennkontakteinheit MK (wie in 1 eingezeichnet) und den elektronischen Schaltern S1, S2, S3 verbunden ist.
  • Die Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3 ermitteln jeweils die Höhe des Stromes ihres jeweiligen Leiters, so dass insbesondere Momentanwerte des Stromes vorliegen.
  • Bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes, insbesondere eines Momentanwertes des Stromes, in einem Leiter wird eine Vermeidung des Stromflusses des betreffenden Leiters durch hochohmig werden des elektronischen Schalters initiiert.
  • Das hochohmig sein kann insbesondere für eine erste Zeitspanne erfolgen. Nach der ersten Zeitspanne kann der betreffende elektronische Schalter wieder niederohmig werden.
  • Die erste Zeitspanne kann insbesondere kleiner als 20 ms, speziell kleiner als 10 ms sein (speziell bezugnehmend auf ein 50 Hz Niederspannungswechselstromkreis).
  • Das niederohmig werden kann alternativ oder zusätzlich insbesondere im nächsten Nulldurchgang bzw. vor oder nach dem Nulldurchgang der Spannung erfolgen. (Alle 3 Optionen: im Nulldurchgang, vor dem Nulldurchgang oder nach dem Nulldurchgang (beispielsweise innerhalb einer Millisekunde / 1 ms) - sind möglich, bzw. bei betragsmäßiger Unterschreitung einer Spannungsschwelle, insbesondere 50 V, 25 V oder 10 V.
  • Das Schutzschaltgerät kann derart ausgestaltet sein, dass bei Überschreitung eines zweiten Stromschwellwertes, der insbesondere ein Effektivwert sein kann, in mindestens einem Phasenleiter (bzw. zwei Phasen-Leitern, insbesondere in drei Phasen-Leitern) für mindestens eine erste Zeitdauer eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte initiiert wird. Die erste Zeitdauer ist kleiner 100ms, 10ms oder spezieller 1ms.
  • Der zweite Stromschwellwert kann vorteilhaft betragsmäßig größer kleiner als der erste Stromschwellwert sein.
  • Es kann eine Differenzstromsensoreinheit ZCT vorgesehen sein, wie z.B. in 1 eingezeichnet, zur Erfassung von Differenzströmen des Niederspannungswechselstromkreises, wie sie z.B. aus Fehlerstromschutzschaltern bekannt ist. Die Differenzstromsensoreinheit ZCT ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden.
  • Die Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3 sind im Beispiel gemäß 1 zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 der Serienschaltung des elektronischen Schalters S1, S2, S3 und dem mechanischen Phasen-Kontakt K1, K2, K3 angeordnet. Konkret zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 und den elektronischen Schaltern S1, S2, S3. Die Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3 können auch anderweitig angeordnet sein. Z.B. zwischen elektronischen Schalter S1, S2, S3 und mechanischen Phasen-Kontakt K1, K2, K3. Analoges gilt für die Differenzstromsensoreinheit.
  • 2 zeigt eine Darstellung gemäß 1, mit den nachfolgenden Unterschieden.
  • Zum einen ist eine Energieversorgung NT, wie beispielsweise ein Netzteil vorgesehen, zur Energieversorgung des Schutzschaltgerätes SG, insbesondere der Steuerungseinheit SE. Die Energieversorgung NT ist im Beispiel einerseits mit den Phasenleitern L1, L2, L3 sowie dem Neutralleiter N verbunden. Sie kann auch nur mit einem Teil der Leiter (mindestens zwei) zur Energieversorgung verbunden sein. Die Energieversorgung NT ist im Beispiel andererseits mit der Steuerungseinheit SE verbunden, zu dessen Energieversorgung.
  • Zum anderen ist die Steuerungseinheit SE zusammengefasst mit den elektronischen Schaltern S1, S2, S3 und den Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3, wie in 2 dargestellt.
  • Weiterhin ist zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist. Zwischen ersten Phasenleiter L1 und Neutralleiter N ist eine erste Spannungssensoreinheit SU1, zwischen zweiten Phasenleiter L2 und Neutralleiter N ist eine zweite Spannungssensoreinheit SU2 und zwischen dritten Phasenleiter L3 und Neutralleiter N ist eine dritte Spannungssensoreinheit SU3 vorgesehen, zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen. Die Spannungssensoreinheiten SU1, SU2, SU3 sind mit der Steuerungseinheit SE verbunden.
  • Bei einem durch die Steuerungseinheit SE initiierten niederohmig werden der elektronischen Schalter S1, S2, S3, beispielsweise:
    • - bei einem benutzerseitig initiierten niederohmig werden oder
    • - bei einem durch das Schutzschaltgerät initiierten niederohmig werden, speziell bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses (d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird), z.B. wenn eine interne Überprüfungsfunktion (zur internen Überprüfung) des Schutzschaltgerätes ein niederohmig werden initiiert, ⇒ können vorteilhaft die elektronischen Schalter nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung niederohmig werden (z.B. in der Nähe des Spannungsnulldurchganges, definiert durch eine betragsmäßige Unterschreitung der Spannung von z.B. 50 V, 25 V oder 10 V).
  • Bei einem durch die Steuerungseinheit SE initiierten hochohmig werden der elektronischen Schalter S1, S2, S3, beispielsweise:
    • - bei einem benutzerseitig initiierten hochohmig werden oder
    • - bei einem durch das Schutzschaltgerät initiierten hochohmig werden, speziell bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses (d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird), z.B. wenn eine interne Überprüfungsfunktion (zur internen Überprüfung) des Schutzschaltgerätes ein hochohmig werden initiiert, ⇒ können vorteilhaft die elektronischen Schalter nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (z.B. in der Nähe des Spannungsnulldurchganges, definiert durch eine betragsmäßige Unterschreitung der Spannung von z.B. 50 V, 25 V oder 10V) hochohmig werden.
  • Die Spannungssensoreinheiten SU1, SU2, SU3 sind hierzu, wie bereits genannt, mit der Steuerungseinheit SE verbunden, die ferner mit den Stromsensoreinheiten SI1, SI2, SI3, den mechanischen Phasen-Kontakten K1, K2, K3 (bzw. mechanische Trennkontakteinheit MK) und den elektronischen Schaltern (S1, S2, S3) verbunden ist. Das Schutzschaltgerät kann ferner vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes (speziell Momentanwert des Stromes) in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Leiters durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird. Beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung wird der elektronische Schalter wieder niederohmig, um einen Stromfluss zu ermöglichen.
  • Dies kann für mehrere Male erfolgen, bis eine erste Anzahl an Wiederholungen überschritten ist. Dann können:
    1. a) alle elektronischen Schalter hochohmig werden, oder (/und)
    2. b) die Kontakte geöffnet werden (galvanische Trennung).
  • 3 zeigt eine Darstellung gemäß 2, mit dem Unterschied, dass jeweils zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter ein Messwiderstand vorgesehen ist. Dazu sind zwischen dem ersten Phasenleiter L1 und dem Neutralleiter N ein erster Messwiderstand R1 (bzw. Messimpedanz), zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N ein zweiter Messwiderstand R2 (bzw. Messimpedanz) und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N ein dritter Messwiderstand R3 (bzw. Messimpedanz) vorgesehen.
  • So kann eine Überprüfung des Schaltverhaltens der elektronischen Schalter S1, S2, S3 mittels der Messwiderstände R1, R2, R3 (die auch als Messimpedanzen, d.h. z.B. als Widerstands-/Kapazitäts- oder/und Induktivitäts-Kombinationen ausgeführt sein können) durchgeführt werden, beispielsweise durch kurzzeitiges Einschalten (ps, ms oder kleiner Sekunden-Bereich) der elektronischen Schalter bei geöffneten Kontakten, wobei ein dem Messwiderstand (der Messimpedanz) entsprechender Messstrom (bei jeweiligen Momentanwerten der Spannung) vorgesehen und überprüfbar ist. Dies kann durch kurzzeitiges Einschalten eines elektronischen Schalters erfolgen, um einen Messstrom über den jeweiligen Messwiderstand zwischen Phasen- und Neutralleiter zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch durch kurzzeitiges Einschalten zweier elektronischer Schalter erfolgen, um einen Messstrom über zwei Phasenleiter (zwei Messwiderstände) zu erzeugen.
  • Die (optionale) Differenzstromsensoreinheit ZCT ist in diesem Beispiel nicht vorgesehen (könnte aber ebenso vorgesehen sein).
  • 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 elektronischen Schalter S1, S2, S3, bzw. die elektronische Unterbrechungseinheit EU kann Halbleiterbauelemente wie Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET), Isolated Gate Bipolartransistoren (IGBT), Metall Oxid Schicht Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere (selbstgeführte) Leistungshalbleiter aufweisen. Insbesondere IGBT's und MOSFET's eignen sich auf Grund geringer Durchflusswiderstände, hoher Sperrschichtwiderstände und eines guten Schaltverhaltens besonderes gut für die elektronischen Schalter (als halbleiterbasierte Schaltelemente).
  • Das erfindungsgemäße Schutzschaltgerät enthält somit elektronische und mechanische Komponenten. Die sinnvolle Anordnung aller benötigter Komponenten für einen sicheren Betrieb ist ein Punkt. Des Weiteren sind mehrere Schaltkombinationen durch die Kombination von elektronischem Schalter und mechanischen Kontakten möglich.
  • Das Schutzschaltgerät verfügt im Beispiel über jeweils vier netzseitige und vier lastseitige Anschlüsse. Im Gerät befindet sich im Beispiel ein 4-poliges mechanisches Trennkontaktsystem. Die Kontakte sind miteinander mechanisch gekoppelt und können nur gemeinsam geöffnet oder geschlossen werden.
  • In den Phasen-Leitern befindet sich in Serie zum mechanischen Kontakt ein elektronischer Schalter. Diese werden, anders als die mechanischen Kontakte, unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet. Des Weiteren ist in den Phasen-Leitern (nicht im Neutral-Leiter N) eine Stromsensoreinheit vorgesehen.
  • Ein konventionelles z.B. dreipoliges oder vierpoliges Schutzgerät hat heute (im Wesentlichen) nur zwei Schaltzustände: Ein oder Aus.
  • Erfindungsgemäß werden, im Beispiel für ein vierpoliges (für z.B. 3-Phasenleiter und einen Neutralleiter) Schutzschaltgerät weitere Schaltzustände vorgeschlagen, siehe nachfolgenden Tabelle.
    Nummer Schaltzustand (4-polige) mechanische Kontakte K1, K2, K3, KN elektronischer Schalter S1 elektronischer Schalter S2 elektronischer Schalter S3
    1 Aus Offen hochohmig hochohmig hochohmig
    10 Test 1 Offen niederohmig hochohmig hochohmig
    11 Test 2 Offen hochohmig niederohmig hochohmig
    12 Test 3 Offen hochohmig hochohmig niederohmig
    13 Test 4 Offen niederohmig niederohmig niederohmig
    2 Ein Geschlossen niederohmig niederohmig niederohmig
    3 Standby / Bereitschaft Geschlossen hochohmig hochohmig hochohmig
    4 Hybrid 1 Geschlossen niederohmig hochohmig hochohmig
    5 Hybrid 2 Geschlossen hochohmig niederohmig hochohmig
    6 Hybrid 3 Geschlossen hochohmig hochohmig niederohmig
    7 Hybrid 12 Geschlossen niederohmig niederohmig hochohmig
    8 Hybrid 13 Geschlossen niederohmig hochohmig niederohmig
    9 Hybrid 23 Geschlossen hochohmig niederohmig niederohmig
  • Neben den heute bekannten Schaltzuständen Aus (OFF), Ein (ON), gibt es weitere Zustände wie Bereitschaft (Standby), Hybrid 1, 2, 3, Hybrid 12, 13, 23. Des Weiteren sind Testzustände (Test 1, Test 2, Test 3, optional Test 4) für die elektronischen Schalter vorhanden.
  • Durch die neuen hybriden Schaltzustände kann das Schutzschaltgerät anders als bisher auf spezielle Lastfälle oder Fehlerfälle reagieren. Es kann somit von Vorteil sein, in einem bestimmten Fehlerfall nur einen oder auch zwei der enthaltenen elektronischen Schalter in den hochohmigen (Aus) Zustand zu bringen. Auch beim Ein- und Ausschalten von Lasten kann es von Vorteil sein, eine Schaltsequenz durchzuführen, in der zweitweise nur einer oder auch zwei der enthaltenen elektronischen Schalter einzuschalten.
  • Das Einschalten kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die elektronischen Schalter nacheinander im Nulldurchgang der Spannung eingeschaltet werden (also nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern zu zeitlich versetzten Zeitpunkten, z.B. zum jeweiligen Nulldurchgang der Spannung der jeweiligen Phase / des jeweiligen Phasenleiters (die z.B. um 120° phasenverschoben sind).
  • Ebenso könnte analog ein Ausschaltvorgang verlaufen.
  • Dadurch lassen sich reduzierte Netzrückwirkungen erreichen und die Ausschaltbelastung im Schaltgerät (insbesondere im elektronischen Schalter) reduzieren.
  • Überstromereignisse (Überschreitung Stromschwellwert) lassen sich pro Phase / Phasenleiter behandeln. So werden auch die elektronischen Schalter vor einer Überlast geschützt.
  • Ebenso können Phasen kurz, beispielsweise zu Testzwecken, weggeschaltet (hochohmig) werden.
  • Die Anzahl der hybriden Zustände bzw. der in einer Zeiteinheit auftretenden hybriden Zustände kann gezählt werden und bei Überschreitung einer Grenzanzahl, können alle elektronischen Schalter hochohmig werden (oder (/und) die mechanischen Kontakte geöffnet werden).
  • Bei einphasigen Verbrauchern kann eine höhere Verfügbarkeit bereitgestellt werden (Fehler nur auf einer Phase, Wegschalten nur der einen Phase, Weiterbetreiben der anderen Phasen).
  • Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer Variante mindestens die folgenden Schaltzustände auf:
    • -(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,
    • -(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(4) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(5) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(6) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig.
  • Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer weiteren Variante mindestens die folgenden Schaltzustände auf:
    • -(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,
    • -(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(7) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(8) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,
    • -(9) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.
  • Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer weiteren Variante die folgenden Schaltzustände auf:
    • -(1) alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(2) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig,
    • -(3) alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig,
    • -(4) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(5) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(6) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig,
    • -(7) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(8) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig,
    • -(9) alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.
  • Das Schutzschaltgerät weist folglich in einer Variante weiterhin mindestens einen Teil (oder alle) der folgenden Schaltzustände auf:
    • -(10) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(11) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(12) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter hochohmig,
    • -(13) alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, der erste, zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig.
  • Das Schutzschaltgerät kann ferner folglich als Beispiel in einer Variante weiterhin mindestens einen (oder alle) der folgenden Schaltzustände aufweisen:
    • -(14) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter und der zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig,
    • -(15) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der zweite elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig,
    • -(16) alle mechanischen Kontakte geöffnet, der erste elektronische Schalter und der dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig.
  • Allgemein ist das Schutzschaltgerät beispielsweise durch mindestens den folgenden neuen Schaltzustand gekennzeichnet: - alle mechanischen Kontakte geschlossen, ein Teil der elektronischen Schalter niederohmig, der andere Teil der elektronischen Schalter hochohmig.
  • Mit mechanischem Kontakt bzw. mechanischer 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,
    • -Betätigung / Unterbrechung der Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit (durch die Steuerungseinheit) immer möglich (keine (dauerhafte) Blockierung der Kontakte in den geschlossenen Zustand durch die Handhabe möglich), 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: Tabelle 13 - Mindestluftstrecken
    Bemessungsstoßspannungsfestigkeit Mindestluftstrecken mm
    U imp Fall A inhomogenes Feld (siehe 3.7.63) Fall B homogenes Feld, ideale Bedingungen (siehe 3.7.62)
    kV
    Verschmutzungsgrad Verschmutzungsgrad
    1 2 3 4 1 3 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 2 000 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.
  • 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 Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, aufweisend: - ein Gehäuse (GEH) mit einen ersten, zweiten und dritten netzseitigen Phasen-Anschluss (LG1, LG2, LG3) und einem ersten, zweiten und dritten lastseitigen Phasen-Anschluss (LL1, LL2, LL3) für einen ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiter (L1, L2, L3) des Niederspannungswechselstromkreises, einem netzseitigen Neutralleiter-Anschluss (NG) und einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) für einen Neutralleiter (N) des Niederspannungswechselstromkreises, - eine erste Serienschaltung (SS1) eines ersten mechanischen Phasen-Kontaktes (K1) und eines ersten elektronischen Schalters (S1), eine zweite Serienschaltung (SS2) eines zweiten mechanischen Phasen-Kontaktes (K2) und eines zweiten elektronischen Schalters (S2), eine dritte Serienschaltung (SS3) eines dritten mechanischen Phasen-Kontaktes (K3) und eines dritten elektronischen Schalters (S3), wobei die erste Serienschaltung (SS1) den ersten netzseitigen Phasen-Anschluss (LG1) mit dem ersten lastseitigen Phasen-Anschluss (LL1), die zweite Serienschaltung (SS2) den zweiten netzseitigen Phasen-Anschluss (LG2) mit dem zweiten lastseitigen Phasen-Anschluss (LL2) und die dritte Serienschaltung (SS3) den dritten netzseitigen Phasen-Anschluss (LG3) mit dem dritten lastseitigen Phasen-Anschluss (LL3) elektrisch verbindet, - dass der netzseitige Neutralleiter-Anschluss (NG) über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden ist, - dass die mechanischen Phasen-Kontakte (K1, K2, K3) und der mechanische Neutralleiter-Kontakt (KN) zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öffnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen schaltbar sind, - dass die elektronischen Schalter (S1, S2, S3) mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss schaltbar sind, - dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass der erste, zweite und dritte elektronische Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist.
  2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, zweite und dritte Stromsensoreinheit (SI1, SI2, SI3) vorgesehen ist, dass die erste Stromsensoreinheit (SI1) in der ersten Serienschaltung (SS1), die zweite Stromsensoreinheit (SI2) in der zweiten Serienschaltung (SS2) und die dritte Stromsensoreinheit (SI3) in der dritten Serienschaltung (SS3) vorgesehen ist, zur jeweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des ersten, zweiten und dritten Phasen-Leiters, insbesondere derart, dass momentane Stromwerte vorliegen.
  3. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste mechanische Phasen-Kontakt (K1), der zweite mechanische Phasen-Kontakt (K2), der dritte mechanische Phasen-Kontakt (K3) und der mechanische Neutralleiter-Kontakt (KN) Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit (MK) sind, die die Phasen-Kontakte gemeinsam öffnet oder schließt, insbesondere, dass vor dem Schließen der Phasen-Kontakte (K1, K2, K3) der Neutralleiter-Kontakt (KN) geschlossen wird oder nach dem Öffnen der Phasen-Kontakte (K1, K2, K3) der Neutralleiter-Kontakt geöffnet wird.
  4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trennkontakteinheit (MK) eine am Schutzschaltgerät zugängliche Handhabe (HH) aufweist, zum manuellen Öffnen oder Schließen der Kontakte.
  5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektronische Schalter (S1), der zweite elektronische Schalter (S2) und der dritte elektronische Schalter (S3) Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit (EU) sind, wobei die elektronischen Schalter unabhängig voneinander schaltbar sind.
  6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Phasen-Kontakte (K1, K2, K3) den lastseitigen Phasen-Anschlüssen und die elektronischen Schalter (S1, S2, S3) den netzseitigen Phasen-Anschlüssen zugeordnet sind.
  7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (SE) vorgesehen ist, die mit den Stromsensoreinheiten (SI1, SI2, SI3), den mechanischen Kontakten und den elektronischen Schaltern (S1, S2, S3) verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Phasen-Leiters, insbesondere für eine erste Zeitspanne, durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird.
  8. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitspanne kleiner als 20 ms, insbesondere kleiner als 10 ms ist.
  9. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung mindestens eines zweiten Stromschwellwertes in mindestens einem Phasenleiter, insbesondere für mindestens eine erste Zeitdauer, eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte initiiert wird.
  10. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist (SU1, SU2, SU3), zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen, dass die Spannungssensoreinheiten (SU1, SU2, SU3) mit der Steuerungseinheit (SE) verbunden sind.
  11. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit (SE) initiierten niederohmig werden der elektronischen Schalter (S1, S2, S3) diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung niederohmig werden.
  12. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit (SE) initiierten hochohmig werden der elektronischen Schalter (S1, S2, S3) diese nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung hochohmig werden.
  13. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der Patentansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (SE) vorgesehen ist, die mit den Stromsensoreinheiten (SI1, SI2, SI3), den Spannungssensoreinheiten, den mechanischen Phasen-Kontakten (K1, K2, K3) und den elektronischen Schaltern (S1, S2, S3) verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betreffenden Leiters durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird, dass beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung der elektronische Schalter wieder niederohmig wird, um einen Stromfluss zu ermöglichen.
  14. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schaltzustände aufweist: -alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig, insbesondere dass das Schutzschaltgerät den folgenden Schaltzustand aufweist: - alle mechanischen Phasen-Kontakte geöffnet, mindestens ein elektronischer Schalter niederohmig.
  15. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät mindestens die folgenden Schaltzustände aufweist: -alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.
  16. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät die folgenden Schaltzustände aufweist: -alle mechanischen Kontakte geöffnet, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter niederohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, alle elektronischen Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste elektronische Schalter niederohmig, der zweite und dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite elektronische Schalter niederohmig, der erste und dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste und zweite elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und zweite elektronische Schalter niederohmig, der dritte elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der erste und dritte elektronische Schalter niederohmig, der zweite elektronische Schalter hochohmig, - alle mechanischen Kontakte geschlossen, der zweite und dritte elektronische Schalter niederohmig, der erste elektronische Schalter hochohmig.
  17. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Dreiphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit Neutralleiter, aufweisend: - Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes (K1, K2, K3) und eines elektronischen Schalters (S1, S2, S3), wobei jeweils eine Serienschaltung einen netzseitigen Phasen-Anschluss (LG1, LG2, LG3) mit einen lastseitigen Phasen-Anschluss (LL1, LL2, LL3) elektrisch verbindet, - dass ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss (NG) über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit einem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden ist, - dass die mechanischen Kontakte (K1, K2, K3, KN) zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöffnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen werden können, - dass die elektronischen Schalter (S1, S2, S3) mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss geschaltet werden können, dass die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können, um einen phasenleiterabhängigen Stromfluss zu vermeiden oder zu ermöglichen.
  18. Verfahren nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Stromes der jeweiligen Serienschaltung ermittelt wird und bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einer Serienschaltung eine Vermeidung eines Stromflusses der betreffenden Serienschaltung, insbesondere für eine erste Zeitspanne, durch den betreffenden elektronischen Schalter initiiert wird.
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