DE19514580A1 - Leitungsschutzschalter mit einer Einrichtung zur unterscheidenden Erkennung von Kurzschluß- und Überlastabschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Leitungsschutzschalter sind Geräte der Hausinstallationstechnik und sollen Gebäude vor durch elektrische Installationen hervorgerufene Brände, die durch Überlast oder Kurzschlüsse verursacht werden, schützen.

Es ist bekannt, daß diese Schalter in Form von Zusatzgeräten, mit sog. Hilfsschaltern ergänzt werden können, die den Schaltzustand der Hauptkontakte des Leitungsschutzschalters anzeigen und an eine Schaltzentrale weitergeben.

Hilfsschalter mit Signalkontakten signalisieren das Auslösen der Leitungsschutzschalter durch Überlast, Erdschluß oder Kurzschluß, jedoch nicht das Abschalten der Schalter von Hand.

In naher Zukunft wird man die Hilfsschalter mit gebäudesystematischen Kontaktsystemen ausrüsten, wie sie z. B. in OS DE 37 32 650 beschrieben sind, um sie busfähig zu machen (auch von Oberst in "Der Elektroniker/der Energieelektroniker" 3/91 auf Seite 91 beschrieben).

Sowohl die Hilfsschalter als auch die Hilfsschalter mit Signalkontakten haben den Nachteil, daß sie nicht unterscheiden können, ob ein Leitungsschutzschalter wegen einer Überlast oder einem Kurzschluß abgeschaltet hat.

Auch kann man ihren Steuerkreis nicht von einer Zentrale überprüfen, d. h. man prüft von Hand den Zustand "Aus" über eine Testtaste und den Zustand "Ein" über den Schaltgriff des Hilfschalters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsschutzschalter zu schaffen, bei dem seine Schaltzustände und das Auslösen durch Überlast oder Kurzschluß ohne zusätzliche Hilfsschalter erkannt, unterschieden, angezeigt und weitergemeldet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß detektiert wenigstens ein Detektor für Licht und/oder Infrarot- und/oder UV-Strahlung die Intensität der Strahlung des Abschaltlichtbogens im Innern des Leitungsschutzschalters und leitet sein der Intensität proportionales Signal an eine Zentrale weiter, in deren Elektronik in bekannter Weise zwischen der Lichtbogenstrahlungsintensität eines Kurzschlusses bzw. eines Überlaststromes unterschieden wird.

Die Anzeige, Weiterleitung und Weiterverarbeitung der Signale erfolgt mit bekannten Mitteln. Im einfachsten Fall ist jedem Detektor und damit auch jedem Leitungsschutzschalter ein elektronischer Empfänger nachgeordnet, so daß in der Zentrale der Ort des Leitungsschutzschalters und damit dessen zugeordneter zu schützender Stromkreis bekannt ist. Tritt ein Signal auf, weis man sofort, an welchem Ort die Auslösung erfolgte.

Detektiert man zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß die IR-Strahlung, so spielen Beläge auf den Detektoren, die durch die Schaltlichtbögen verursacht werden können, keine Rolle. Setzt man hingegen Detektoren für Licht ein, so müssen diese an Stellen angebracht werden, an die keine Abbrandprodukte gelangen können.

Da die Intensität der Strahlung eines Lichtbogens die Detektoren übersteuern kann, bringt man erfindungsgemäß vor diese Filter zur Abschwächung an.

Will man die Intensitätsmessung zur Unterscheidung von Kurzschluß- bzw. Überlastauslösung vermeiden, so setzt man zwei Detektoren mit unterschiedlichen Filtern ein. Das erste Filter schwächt so stark ab, daß nur durch einen Kurzschlußlichtbogen ein Signal am zugeordneten Detektor entsteht. Das zweite Filter läßt auch Strahlung des Lichtbogens durch, der bei Überlastauslösung entsteht.

Mit Hilfe dieser Anordnung erkennt man in der Zentrale den Kurzschluß dadurch, daß beide Detektoren ein Signal abgegeben haben und die Überlastauslösung, wenn nur der Detektor mit dem schwächeren Filter angesprochen hat.

Die Intensitätsmessung kann man auch umgehen, wenn man nur einen Detektor mit einem Filter einsetzt, daß nur die Strahlungsintensität des Kurzschlußlichtbogens hindurchläßt. Das Filter absorbiert die wesentlich schwächere Intensität des Überlastlichtbogens.

Um auch die Überlastauslösung zu erkennen, usw., verwendet man zusätzlich einen Hilfsschalter in herkömmlicher Weise. In der Zentrale unterscheidet man die Kurzschluß- von der Überlastschaltung dadurch, daß einmal nur der Hilfsschalter anspricht (Überlastfall) und zum anderen Hilfsschalter und Detektor ein Signal abgeben (Kurzschlußfall).

Wendet man IR-Detektoren an, so können (eventl. bei Verwendung eines oder zweier IR-Fenster im Gehäuse des Leitungsschutzschalters) diese auch neben, oberhalb, hinter oder vor diesem angebracht werden, da die IR-Strahlung zwar die Gehäusewand nicht durchdringt, jedoch sie mehr oder weniger punktuell erwärmt und damit proportional der Temperatur der internen Wärmequelle eigene Wandstrahlung nach außen abgibt.

Selbstverständlich können erfindungsgemäß auch normale Temperatursensoren, wie z. B. Platinwiderstandsthermometer, an diesen erwärmten Stellen angebracht und deren Signale weitergeleitet und verarbeitet werden.

Es genügt auch, wenn man das Gehäuse an geeigneter Stelle (s. o.) mit einem (winzigen) Loch versieht, darin einen Licht- oder IR-Wellenleiter befestigt, der die Strahlung des jeweiligen Lichtbogens zu einem sich außerhalb des Leitungsschutzschalters befindenden Empfängerbaustein einer gebäudesystemtechnischen Anlage leitet. In dieser wird, wie oben beschrieben, das Strahlungssignal mittels eines entsprechenden Detektors in ein elektrisches Signal umgeformt und weiterverarbeitet.

Diese Anordnung ist besonders EMV-fest. Die Verwendung von IR-Detektoren läßt erfindungsgemäß auch die Temperaturüberwachung der stromführenden Teile, Leitungen, usw. im Inneren des Schalters zu, wenn nicht gerade ein Lichtbogen brennt.

So kann man die Erwärmung, die nicht allein vom fließenden Strom abhängt an den besonders kritischen Stellen, wie z. B. Schweißstellen, usw. ständig messen und rechtzeitig vor Abschalten des Schalters die Last zurücknehmen oder ganz vom Netz trennen.

Denkbar ist auch, die Bimetallfunktionen im Schalter zu ersetzen, doch dürfte dies an den Kosten des damit verbundenen Aufwandes scheitern.

Da die Strahlung eines Lichtbogens eine Funktion der Stärke des fließenden Stromes ist, könnte man die erfindungsgemäße Einrichtung auch zur Kurzschlußstromerkennung und -messung einsetzen, wobei wiederum die Kosten einer solchen Einrichtung der Verwirklichung entgegenstehen. Da man, wie beim mechanischen Hilfsschalter, auch den Schaltzustand erkennen möchte, wenn kein Strom fließt, bzw. die Last so gering ist, daß kein Lichtbogen entsteht, fügt man an geeigneter Stelle im oder am Leitungsschutzschalter eine Strahlungsquelle ein, z. B. eine LED, deren fokussierter Strahl auf den beweglichen Teil des geöffneten oder geschlossenen Kontaktes fällt.

Ändert sich der Schaltzustand, so gibt der bewegliche Teil den Strahl der LED frei, der Detektor meldet die Zustandsänderung an die Zentrale.

Weitere Ausführungsbeispiele mit herkömmlichen Mitteln der Optoelektronik (Blenden, Diodenarrays, etc.) sind ebenfalls zur Schaltstellungsanzeige, insbesondere des Bimetall-Überstromauslösers, geeignet.

Überwacht man damit das sich auslenkende Bimetall, so kann man bereits vor Erreichen des Auslöseüberstromes Alarm geben bzw. geeignete Maßnahmen zur Strombegrenzung ergreifen.

Fügt man den Sende/Empfängerbaustein gut abgeschirmt in Miniaturausführung in den oberen Bereich eines neu zu entwickelnden Leitungsschutzschalters ein, so können die Signale der erfindungsgemäßen Einrichtung direkt über die Busleitungen in die gebäudesystemtechnische Zentrale übertragen bzw. von ihr abgerufen werden.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele, soll die Erfindung, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltung näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 die Schnittzeichnung eines Leitungsschutzschalters,

Fig. 2 eine Systemskizze einer gebäudesystemtechnischen Anlage mit Sensoren, Aktoren und Endgeräten,

Fig. 3 eine vorteilhafte Anordnung zum Detektieren der Kurzschluß- und/oder Überlastabschaltungen in einem Leitungsschutzschalter,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gedankens nach Anspruch 8,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel zur Schaltstellungsanzeige des Bimetallüberstromauslösers.

Fig. 1 stellt die Schnittzeichnung eines Leitungsschutzschalters dar. Darin bedeuten 1 das Gehäuse, 2 die Anschlußklemmen, 3 den Schaltknebel, 4 das Schaltwerk, 5 den beweglichen Kontakt, 6 den feststehenden Kontakt, 7 die Lichtbogenlöschkammer, 8 die Vorkammer, durch die der zwischen den Kontakten 5; 6 gezündete Lichtbogen läuft, 9 die Abgasaustrittsöffnung, 10 die Wicklung des die Kontakte bei Kurzschluß aufschlagenden Elektromagneten, 11 das Bimetall, welches das Schaltwerk 4 bei Überlaststrom auslöst und 12 die Stromzuführungslitzen.

Fig. 2 die Systemskizze einer gebäudesystemtechnischen Anlage nach Oberst, jedoch ergänzt um den Strahlungsdetektor 13. Es bedeuten weiter: 14 Pegelüberwachungsgeräte, 15 einen Temperatursensor, 16 ein Schaltelement, 17 den Installationsbus, 18 die Netzleitungen, 19 Schaltgeräte, 20 Beleuchtungseinrichtungen, 21 Motoren, 22 Jalousien und 23 Klimageräte.

Fig. 3 zeigt, in einem Leitungsschutzschalter angeordnet, mehrere Stellen 24, an denen Strahlungsdetektoren 25 mit ihren Filtern 26 vorteilhaft angeordnet sein können. Mit den Anschlußpunkten 27 werden die elektrischen Signalleitungen verbunden, die zum nicht gezeigten Empfangsbaustein führen.

Fig. 4 zeigt einen Leitungsschutzschalter 28, aus dem ein Lichtwellenleiter 29 führt und zwar zu dem Empfangsbaustein 30 der gebäudesystemtechnischen Anlage 31, in der auch der Strahlungsdetektor 32 und die Abschwächungsfilter 33 untergebracht sind. 34 enthält die Steuer- und Regeleinrichtungen.

Fig. 5 zeigt eine in einen Leitungsschutzschalter integrierte Subminiaturschaltstellungsanzeige des Bimetallüberstromauslösers. Darin bedeuten 35 das Bimetall, 36 die Stirnfläche desselben, 37 eine Subminiatur-LED mit einer Linse 38 und 39 z. B. ein Subminiatur-Empfangsdiodenarray. Das Licht der LED 37 wird durch die Linse 38 parallel gerichtet und fällt auf die Stirnfläche 36 des Bimetalls 35, die den Lichtstrahl zu dem einen Ende des Arrays 39 reflektiert.

Fließt nun ein Strom durch das Bimetall 35, so erwärmt es sich und wird entsprechend ausgelenkt (gestrichelt gezeichnet).

Der Lichtstrahl der LED wandert von dem einen Ende des Arrays zum anderen und zeigt so die Stellung des Bimetalls an.

Nähert sich der Strom dem eingestellten Grenzwert, kann über das Array Alarm gegeben und/oder die Last verringert oder ganz abgeschaltet werden.

Claims (12)

1. Leitungsschutzschalter mit einer Einrichtung zum Erkennen von Kurzschluß-, Überlast- oder Handabschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zur unterscheidenden Erkennung von Kurzschluß-, Überlast- und/oder Handabschaltungen enthält, in der wenigstens ein Detektor für Licht und/oder Infrarot- und/oder UV-Strahlung angebracht ist, der die Intensität der genannten Strahlungen des Abschaltlichtbogens detektiert und/oder wenigstens eine Minitatur-, Licht- und/oder Reflexionslichtschranke enthält, die die Schaltzustände der stromunterbrechenden Kontakte und/oder des Bimetalls detektiert, so daß auch von Hand durchgeführte Abschaltungen erkannt werden können, auch wenn dabei kein Lichtbogen entsteht.

2. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Detektoren an einen Empfangsbaustein einer gebäudesystemtechnischen Anlage weitergeleitet werden.

3. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Empfangsbaustein nicht nur die Strahlungsintensität sondern auch der Entstehungsort der Strahlung erkennbar ist.

4. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren an Stellen angebracht sind, an die keine Abbrandprodukte, die durch den Lichtbogen erzeugt werden können, gelangen.

5. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Detektoren optische Filter angebracht sind, die die Strahlungsintensitäten der Strahlungsquellen so stark abschwächen, daß bei Kurzschluß- oder Überlastauslösung keine Übersteuerung der Detektoren eintritt.

6. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß er nur einen Detektor zur unterscheidenden Erkennung von Kurzschluß- und Überlastabschaltungen mit nur einem Filter enthält und daß dieser Filter so bemessen ist, daß er nur die Strahlung des Kurzschlußlichtbogens hindurchläßt und daß ein normaler Hilfsschalter den Überlastschaltvorgang detektiert und diese Information an die Zentrale weiterleitet.

7. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Detektoren mit zwei unterschiedlich abschwächenden Filtern eingesetzt werden, die die Last- und Kurzschlußabschaltungen getrennt detektieren.

8. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Infrarotdetektoren mit oder ohne Filter außerhalb, d. h. neben, seitlich, hinter, ober- oder unterhalb des Gehäuses angebracht sind.

9. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren zusätzlich, wenn nicht gerade eine Abschaltung erfolgt, die IR-Strahlung von im Leitungsschutzschalter zu überwachenden stromführenden Teilen, Leitungen, Schweißstellen usw. detektieren und ihre Meßwerte an die Zentrale weiterleiten.

10. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lichtbogen entstehende Strahlungsenergie durch aus ihm heraus- oder von ihm wegführende Wellenleiter zu mit Filtern versehenen Detektoren eines Empfangsbausteines einer gebäudesystemtechnischen Anlage geleitet wird, die diese detektieren und der weiterverarbeitenden Elektronik zuführen.

11. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer seiner Gehäusewände ein normaler Temperatursensor angebracht ist, der die Temperatur der durch den Lichtbogen mehr oder weniger punktuell erwärmten Gehäusewand mißt und die Meßwerte zur Weiterverarbeitung an die Zentrale leitet.

12. Leitungsschutzschalter nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß am Leitungsschutzschalter selbst die Anzeige erfolgt, ob ein Kurzschluß- oder Überlaststrom oder eine Hand den Schalter abschaltete und welche Temperaturen die stromführenden Teile im Leitungsschutzschalter haben.