DE10334069A1 - Sicherungsbehaftetes Schaltschutzgerät - Google Patents

Abstract

Installationsgeräte in Stromverteilern sollen kompakter gestaltet werden. Daher werden in Schaltschutzgeräte mit den Funktionen betriebliches Schalten, Trennen und Überlastschutz Sicherungen integriert. Damit können sicherungsbehaftete Schaltschutzgeräte in einem Gehäuse realisiert werden und gegebenenfalls der Kurzschlussschutz mit der Trennfunktion gekoppelt werden, indem eine Sicherung (3) von dem Kontakt oder den Kontakten getrennt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltschutzgerät mit einer Betriebsschalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten eines anzusteuernden Geräts, einer Trenneinrichtung zum Trennen einer Eingangsklemme von einer Ausgangsklemme, die mit dem anzusteuernden Gerät verbindbar ist, und einer Schutzeinrichtung zum Schutz des anzusteuernden Geräts gegen Kurzschluss.
• Elektronische Schaltgeräte, die als Schaltelemente häufig Silizium-Thyristoren besitzen, können in zwei Gerätearten unterteilt werden: Halbleiterschütze und Sanftstarter. Sanftstarter werden hauptsächlich zum Starten von Motoren verwendet und steuern oder regeln die Spannung während des Anlaufs mittels Phasenanschnittsteuerung. Halbleiterschütze schalten nur ein und aus. Oft werden Halbleiterschütze zum Schalten von ohmschen Lasten, hauptsächlich elektrischen Heizungen eingesetzt. Hierzu wird häufig die sogenannte Schwingungspaketsteuerung zur Temperatursteuerung beziehungsweise -regelung verwendet.
• Silizium-Thyristoren können einen Kurzschluss nicht aktiv abschalten. Deshalb sind entweder Leistungsschalter oder Sicherungen vorzuschalten. Dabei kann der Kurzschlussschutz durch Zuordnungsart 1 oder 2 ausgeführt sein. Gemäß Zuordnungsart 1 wird das Schaltgerät bei Kurzschluss zerstört und muss vollständig ausgetauscht werden. Nach Zuordnungsart 2 ist das Schaltgerät nach einem Kurzschluss weiterhin voll funktionsfähig. Das Schaltgerät bleibt dabei unversehrt. Bei heute üblichen prospektiven Kurzschlussströmen (> 30 kA) kann die Zuordnungsart 2 nur mit speziellen Halbleiterschutzsicherungen realisiert werden. Der Kurzschlussschutz und die Trennerfunktion werden gängigerweise in einer dem elektronischen Schaltgerät vor- oder nachgeschalteten Einheit realisiert. Hierzu eignen sich entweder Leistungsschalter oder Sicherungslasttrenner mit Sicherungen.
• Aus Niederspannungsnetzen wird in der Regel die Leistung über sogenannte „Abzweige" ausgekoppelt. Jeder Abzweig sollte über die Funktionen Verbraucherschalten, Überlastschalten, Trennen, Kurzschlussschutz und Überlastschutz verfügen. Diese Funktionen werden typischerweise von mehreren Einzelgeräten wahrgenommen. Als Ausnahme ist von der Firma Télémecanique ein Gerät bekannt, das elektromechanisch geschaltet wird und über die Funktionen Trennen, Kurzschluss-, Überlastschutz und betriebsmäßiges Schalten verfügt. Ansonsten wird diese Vielzahl von Funktionen durch mindestens zwei Geräte realisiert.
• Bei einem sicherungsbehafteten Abzweig mit einem elektronischen Schaltgerät ohne Überlastschutz muss an die Schaltungsanordnung noch ein Überlastrelais angefügt werden. Bei einem Abzweig mit Leistungsschalter nach Zuordnungsart 2 sind zusätzlich Halbleiterschutzsicherungen vorzusehen. In beiden Fällen sind also insgesamt drei Geräte in Reihe geschaltet. Gerade für Abzweige mit Zuordnungsart 2, d.h. bei denen Sicherungen verwendet werden müssen, ist damit verhältnismäßig großer Bauraum notwendig. Da die Sicherungshalter beziehungsweise Sicherungslasttrenner in aller Regel nicht auf die Baubreite der elektronischen Schaltgeräte abgestimmt sind, ergibt sich im Schaltschrank keine effiziente Platzausnutzung. Daraus resultieren hohe Kosten für den Schaltschrank und den Raum, in dem der Schaltschrank aufgestellt ist.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, zum Schalten und Schützen von elektrischen Verbrauchern kompaktere Schaltgeräte vorzuschlagen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Schaltschutzgerät mit einer Betriebsschalteinrichtung, d.h. einer Schalteinrichtung zum betriebsmäßigen Ein- und Ausschalten eines anzusteuernden Verbrauchers, einer Trenneinrichtung zum Trennen einer Eingangsklemme von einer Ausgangsklemme, die mit dem anzusteuernden Gerät verbindbar ist, und einer Schutzeinrichtung zum Schutz gegen Kurzschluss, wobei die Schutzeinrichtung mindestens eine Sicherung zur Abschaltung im Kurzschlussfall umfasst, und wobei die Betriebsschalteinrichtung, die Trenneinrichtung und die Schutzeinrichtung je Phase in Reihe geschaltet und in ein Gehäuse integriert sind.
• Durch die Integration der mindestens einen Sicherung und der Trenneinrichtung mit Trennereigenschaften in ein Schaltschutzgerät ergeben sich folgende Vorteile:
• – Eine optimale Platzausnutzung wird ermöglicht.
• – Alle Komponenten können aufeinander abgestimmt werden.
• – Es kann eine Einsparung von Verdrahtungsaufwand erzielt werden.
• – Der logistische Aufwand wird erheblich reduziert, da nur ein Gerät beschafft und gelagert werden muss. Ohne die erfindungsgemäße Integration müssten für die gleiche Funktionalität Sicherungslasttrenner, Sicherungen und ein elektronisches Schaltgerät einzeln gehandhabt werden.
• Das erfindungsgemäße Schaltschutzgerät kann als Sanftstarter, auch Halbleiter-Motorsteuergerät genannt, oder Halbleiterschütz ausgestaltet sein. Es kann aber auch als elektromechanisches Schaltgerät, z.B. als Schütz realisiert sein.
• Vorzugsweise kann die mindestens eine Sicherung aus dem Gehäuse von außen beispielsweise zum Austausch entnommen werden. Die mindestens eine Sicherung umfasst vorzugsweise eine Halbleitersicherung oder auch Halbleiterschutzsicherung genannt. Damit kann hinsichtlich eines Kurzschlusses die Zuordnungsart 2 bei elektronischen Schaltstellen erfüllt werden.
• Vorteilhafterweise ist die Schutzeinrichtung zwischen der Trenneinrichtung und einer Ausgangsklemme zu dem anzusteuernden Gerät angeordnet. Damit ist es möglich, dass bei geöffne ter Trennstelle ein spannungsloser Sicherungswechsel von außen erfolgen kann.
• Die Trenneinrichtung kann mit der Sicherung kombiniert werden und im offenen Zustand die Sicherung zur Entnahme von mindestens einem Kontakt trennen und freigeben. Dabei ist es günstig, wenn die Sicherung in einem beweglichen Teil der Trenneinrichtung angeordnet ist. Für den beweglichen Teil der Trenneinrichtung kann eine Dreh- oder Schiebemechanik vorgesehen sein.
• Vorzugsweise verfügt die Trenneinrichtung über zwei Trennstellen. Ferner kann die Trenneinrichtung die Funktionalität eines Sicherungslasttrenners besitzen.
• Vorzugsweise sind die Sicherungen als Zylindersicherungen ausgebildet.
• Darüber hinaus kann eine Überwachungseinrichtung zum Registrieren eines Auslösens der mindestens einen Sicherung vorgesehen sein. Damit kann das Auslösen der Sicherung gemeldet und weiter verarbeitet werden.
• Um die Verlustleistung zu reduzieren, können elektronische Schaltstellen mit mechanischen Kontakten überbrückt werden (z.B. Relais oder Schütz).
• Des Weiteren kann in das erfindungsgemäße Schaltschutzgerät eine Überlasteinrichtung insbesondere mit einem thermischen Überlastrelais, z.B. mit Bimetallstreifen oder mit elektronischem Überlastrelais integriert werden. In diesem Fall können zur Strommessung Stromwandler verwendet werden. Mit dem Stromsignal kann dann der Überlastschutz realisiert werden.
• Das erfindungsgemäße Schaltschutzgerät beziehungsweise die gesamte Abzweigschaltung kann in ein Aufbau- und Verdrahtungssystem eingebunden sein, wobei ein Austausch des kom pletten Geräts durch Stecktechnik möglich ist. Dadurch wird der Aufwand beim Wechseln eines Geräts auf ein Minimum reduziert. Das Gerät sollte dabei jedoch lediglich in AUS-Stellung steckbar sein. Dies kann beispielsweise durch eine mechanische Verriegelung des Sicherungslasttrenners mit dem „Grundträger" erfolgen, d.h. das Gerät kann nur bei geöffnetem Sicherungslasttrenner ausgetauscht werden.
• Der Abzweig kann 1- oder 3-polig ausgeführt sein. Bei 3-poligen Geräten können auch nur zwei Strombahnen geschaltet werden, d.h. mit Schaltelementen versehen sein.
• Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
• 1 ein Schaltbild eines „geschlossenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle ohne Überlastschutz;
• 2 ein Schaltbild eines „offenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle ohne Überlastschutz und mit einer Trennstelle;
• 3 ein Schaltbild eines „offenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle mit Überlastschutz und mit zwei Trennstellen;
• 4 ein Schaltbild eines „offenen" Verbraucherabzweigs mit mechanischer Schaltstelle mit Überlastschutz und mit einer Trennstelle; und
• 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltschutzgeräts.
• Die nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
• Das in 1 wiedergegebene erfindungsgemäße Schaltschutzgerät 1 dient zum Schalten einer 1- oder 3-poligen Leitung. Für eine 3-polige Leitung ist entsprechend ein 3-poliges Gerät bestehend aus drei Strombahnen zu bilden.
• Das Schaltschutzgerät 1 besitzt vereinfacht ein elektrisches Schaltgerät 2 und in Reihe damit verbunden eine Sicherung 3. In der dargestellten Schaltung auf der linken Seite von 1 ist die Sicherung in der geschlossenen Schaltung wiedergegeben. In 2 ist die Sicherung 3 in der offenen Stellung dargestellt. In dieser Stellung ist der nicht dargestellte Stromkreis von einem Spannungsnetz zu einem Verbraucher unterbrochen. Falls durch diese Trennung die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten sind, kann von einer normierten Trennereigenschaft gesprochen werden. Falls beide Anschlüsse der Sicherung von dem Stromkreis abgetrennt sind, liegt eine doppelte Trennstelle vor. Damit ist es in jedem Fall möglich, die Sicherung 3 spannungsfrei auszutauschen.
• In 3 ist eine weitere Alternative eines erfindungsgemäßen, kompakten Schaltschutzgeräts wiedergegeben. In der Darstellung ist die Sicherung 3 an zwei Trennstellen vom Strompfad getrennt. Somit kann die Sicherung 3 spannungsfrei aus dem Schaltschutzgerät 1 entnommen werden. Nach dem Schaltgerät 2, das auch hier als Thyristor wiedergegeben ist, ist in dem Schaltschutzgerät 1 eine Überlasteinrichtung zum Schutz gegen Überlast angeordnet.
• Eine weitere Ausführungsform eines Schaltschutzgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Gegenüber der Ausführungsform von 3 ist hier an der Sicherung 3 lediglich eine Trennstelle vorgesehen. Damit befindet sich die Sicherung 3 beim Entnehmen, d.h. wenn der Verbraucherabzweig offen ist, unter Umständen in einem nicht spannungsfreien Zustand. In der Ausführungsform von 4 ist das elektronische Schaltgerät 2 von 3 durch einen mechanischen Schalter ersetzt. Damit wird ersichtlich, dass die einzelnen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 dargestellten Kompo nenten in den Schaltschutzgeräten auf beliebige Art kombiniert werden können.
• 5 zeigt ein Schaltschutzgerät 1 in perspektivischer Ansicht. Es besitzt Eingangsklemmen 4 und Ausgangsklemmen 5. Die Sicherung 3 ist in einem beweglichen Teil 6 der Trennereinrichtung untergebracht. Über einen Handgriff 7 kann das bewegliche Teil 6 gemäß dem Pfeil nach außen geschwenkt werden. Bei dieser Kippbewegung wird die Sicherung 3 von den Kontakten (nicht dargestellt) an beiden Seiten gelöst und kann spannungsfrei entnommen werden. Damit ist die Funktion eines Sicherungslasttrenners gewährleistet.
• Die erfindungsgemäßen Schaltschutzgeräte können sowohl in der Installationstechnik als auch in der Industrietechnik Verwendung finden.

Claims (16)

1. Schaltschutzgerät mit – einer Betriebsschalteinrichtung (2) zum Ein- und Ausschalten einer Verbraucherlast, – einer Trenneinrichtung zum Trennen einer Eingangsklemme von einer Ausgangsklemme, die mit dem anzusteuernden Gerät verbindbar ist, und – einer Schutzeinrichtung zum Schutz des anzusteuernden Geräts gegen Kurzschluss dadurch gekennzeichnet, dass – die Schutzeinrichtung je Phase eine Sicherung (3) zur Abschaltung im Kurzschlussfall umfasst, wobei die Betriebsschalteinrichtung, die Trenneinrichtung und die Schutzeinrichtung in Reihe geschaltet und in ein Gehäuse integriert sind.
2. Schaltschutzgerät nach Anspruch 1, das als Halbleiter-Motorsteuergerät, Halbleiterschütz oder elektromechanisches Schaltgerät ausgestaltet ist.
3. Schaltschutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Sicherung (3) aus dem Gehäuse entnehmbar ist.
4. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sicherung (3) eine Halbleiterschutzsicherung umfasst.
5. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzeinrichtung zwischen der Trenneinrichtung und einer Ausgangsklemme zu dem anzusteuernden Gerät angeordnet ist.
6. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung im offenen Zustand die mindestens eine Sicherung (3) zur Entnahme von mindestens einem Kontakt trennt und freigibt.
7. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Öffnen und Schließen der Trenneinrichtung durch eine Dreh- oder Schiebemechanik ausführbar ist.
8. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sicherung (3) als Zylindersicherung ausgebildet ist.
9. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung die Funktionalität eines Sicherungslasttrenners besitzt.
10. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung zwei Trennstellen besitzt.
11. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sicherung (3) in einem beweglichen Teil (6) der Trenneinrichtung angeordnet ist.
12. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Überwachungseinrichtung zum Registrieren eines Auslösens der mindestens einen Sicherung (3) aufweist.
13. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektronische Schaltstellen mit mechanischen Kontakten überbrückbar sind.
14. Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Überlasteinrichtung aufweist.
15. Schutzschaltvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Überlasteinrichtung ein Überlastrelais besitzt.
16. Schaltschutzgerät mit drei Strombahnen nach einem der vorhergehenden Ansprüche für drei-polige Geräte, wobei min destens eine der Strombahnen ohne Betriebsschalteinrichtung ausgeführt ist.