EP1685578B1 - Sicherungsbehaftetes schaltschutzgerät - Google Patents
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- EP1685578B1 EP1685578B1 EP04731929A EP04731929A EP1685578B1 EP 1685578 B1 EP1685578 B1 EP 1685578B1 EP 04731929 A EP04731929 A EP 04731929A EP 04731929 A EP04731929 A EP 04731929A EP 1685578 B1 EP1685578 B1 EP 1685578B1
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Definitions
- the present invention relates to a contactor with an operating switching device for switching on and off of a device to be controlled, a disconnecting device for disconnecting an input terminal of an output terminal, which is connectable to the device to be controlled, and a protective device for protecting the device to be controlled against short circuit.
- Electronic switching devices which often have silicon thyristors as switching elements, can be subdivided into two types of devices: solid-state contactors and soft starters.
- Soft starters are mainly used to start motors and control or regulate the voltage during startup by means of phase control.
- Semiconductor contactors only switch on and off.
- Semiconductor contactors are often used to switch ohmic loads, mainly electric heaters. For this purpose, the so-called vibration packet control for temperature control or - control is often used.
- Silicon thyristors can not actively switch off a short circuit. Therefore, either circuit breakers or fuses must be connected upstream.
- the short-circuit protection can be performed by assignment type 1 or 2. According to assignment type 1, the switching device is destroyed in the event of a short circuit and must be completely replaced. After assignment type 2, the switchgear remains fully functional after a short circuit. The switching device remains intact. With today's prospective short-circuit currents (> 30 kA), the assignment type 2 can only be realized with special semiconductor protection fuses.
- the short-circuit protection and the disconnector function are commonly implemented in a unit upstream or downstream of the electronic switching device. For this Either circuit-breakers or fuse-disconnectors with fuses are suitable.
- each branch should have the functions of load switching, overload switching, disconnection, short-circuit protection and overload protection. These functions are typically handled by multiple standalone devices. As an exception Telecommunicationmecanique a device is known which is electromechanically switched and has the functions of disconnection, short-circuit, overload protection and operational switching. Otherwise, this variety of functions is realized by at least two devices.
- EP0067914A discloses a fuse unit for home installation. With this fuse unit it is possible to change a fuse without tools.
- the object of the present invention is thus to propose more compact switching devices for switching and protecting electrical loads.
- this object is achieved by a switching protection device with an operating switching device according to claim 1, ie a switching device for operational switching on and off of a consumer to be controlled, a separator for Disconnecting an input terminal from an output terminal connectable to the device to be controlled, and a protection device for short-circuit protection, the protection device comprising at least one short-circuit cut-off fuse, and wherein the operation switching device, disconnecting device, and protection device are connected in series per phase and are integrated in a housing.
- the switching protection device is designed as a soft starter, also called semiconductor motor control unit, or semiconductor contactor.
- the at least one fuse can be removed from the housing from the outside, for example, for replacement.
- the at least one fuse includes a semiconductor fuse or semiconductor protection fuse.
- the assignment type 2 can be met with electronic switching points.
- the protective device is arranged between the separating device and an output terminal to the device to be controlled.
- a voltage-free fuse change from au- ⁇ en can be done.
- the separator is combined with the fuse, separating and releasing the fuse for removal of at least one contact when open.
- the fuse is arranged in a movable part of the separator.
- a rotating or sliding mechanism can be provided for the movable part of the separator.
- the separator has two separation points.
- the separator may have the functionality of a fuse load disconnector.
- the fuses are designed as cylindrical fuses.
- a monitoring device for registering a triggering of the at least one fuse may be provided. This can be used to report the release of the backup and process it further.
- electronic switches can be bridged with mechanical contacts (e.g., relays or contactors).
- an overload device in particular with a thermal overload relay, e.g. integrated with bimetallic strip or with electronic overload relay.
- a thermal overload relay e.g. integrated with bimetallic strip or with electronic overload relay.
- current transformers can be used for current measurement. With the current signal, the overload protection can then be realized.
- the switching protection device according to the invention or the entire branch circuit can be integrated into a construction and wiring system, with an exchange of the complete Device is possible by plug-in technology. This reduces the effort required to change a device to a minimum. However, the device should only be pluggable in the OFF position. This can be done for example by a mechanical locking of the fuse load disconnector with the "basic carrier", ie the device can only be replaced with an open fuse load disconnector.
- the branch can be 1 or 3-pole.
- 3-pole devices only two current paths can be switched, i. be provided with switching elements.
- inventive switchgear 1 is used to switch a 1- or 3-pole line.
- a 3-pole cable is accordingly a 3-pole device consisting of three current paths to form.
- the switching protection device 1 has simplified an electrical switching device 2 and connected in series with a fuse 3.
- the fuse In the circuit shown on the left side of FIG. 1 the fuse is reproduced in the closed circuit.
- the fuse 3 In FIG. 2 the fuse 3 is shown in the open position. In this position, the circuit, not shown, is interrupted by a voltage network to a consumer. If the required clearances and creepage distances are complied with by this separation, it can be said that there is a standardized separation characteristic. If both terminals of the fuse are disconnected from the circuit, there is a double separation point. This makes it possible in any case to replace the fuse 3 without voltage.
- FIG. 3 is a further alternative of a erfindungsgemä- ⁇ en, compact switching protection device reproduced.
- fuse 3 is disconnected from the current path at two separation points.
- the fuse 3 can be removed from the contactor 1 voltage-free.
- an overload device for protection against overload is arranged in the switching protection device 1.
- FIG. 4 An illustrative example of a shunt protection device is shown in FIG FIG. 4 shown.
- the fuse 3 when removing, ie when the load feeder is open, may be in a non-voltage-free state.
- the electronic switching device 2 of FIG. 3 replaced by a mechanical switch.
- FIG. 5 shows a switchgear 1 in perspective view. It has input terminals 4 and output terminals 5.
- the fuse 3 is housed in a movable part 6 of the disconnecting device. Via a handle 7, the movable part 6 can be given according to the arrow to the outside. In this tilting movement, the fuse 3 is released from the contacts (not shown) on both sides and can be removed without tension. This ensures the function of a fuse switch disconnector.
- the switching protection devices according to the invention can be used both in installation technology and in industrial technology.
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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.
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EP0067914A offenbart eine Sicherungseinheit für die Hausinstallation. Bei dieser Sicherungseinheit ist ein Wechseln einer Sicherung ohne Werkzeug möglich. - 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 gemäß Anspruch 1, 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 ist als Sanftstarter, auch Halbleiter-Motorsteuergerät genannt, oder Halbleiterschütz ausgestaltet.
- Vorzugsweise kann die mindestens eine Sicherung aus dem Gehäuse von außen beispielsweise zum Austausch entnommen werden. Die mindestens eine Sicherung umfasst 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 geöffneter Trennstelle ein spannungsloser Sicherungswechsel von au-βen erfolgen kann.
- Die Trenneinrichtung ist mit der Sicherung kombiniert wobei sie im offenen Zustand die Sicherung zur Entnahme von mindestens einem Kontakt trennt und freigibt. Dabei ist die Sicherung in einem beweglichen Teil der Trenneinrichtung angeordnet. 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 kompletten 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:
- FIG 1
- ein Schaltbild eines "geschlossenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle ohne Überlastschutz;
- FIG 2
- ein Schaltbild eines "offenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle ohne Oberlastschutz und mit einer Trennstelle;
- FIG 3
- ein Schaltbild eines "offenen" Verbraucherabzweigs mit elektronischer Schaltstelle mit Überlastschutz und mit zwei Trennstellen;
- FIG 4
- ein Schaltbild eines "offenen" Verbraucherabzweigs mit mechanischer Schaltstelle mit Überlastschutz und mit einer Trennstelle; und
- FIG 5
- eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemä-βen Schaltschutzgeräts.
- Die nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
- Das in
FIG 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
FIG 1 ist die Sicherung in der geschlossenen Schaltung wiedergegeben. InFIG 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
FIG 3 ist eine weitere Alternative eines erfindungsgemä-βen, 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 illustratives Beispiel eines Schaltschutzgeräts ist in
FIG 4 dargestellt. Gegenüber der Ausführungsform vonFIG 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 vonFIG 4 ist das elektronische Schaltgerät 2 vonFIG 3 durch einen mechanischen Schalter ersetzt. Damit wird ersichtlich, dass die einzelnen im Zusammenhang mit denFiguren 1 bis 4 dargestellten Komponenten in den Schaltschutzgeräten auf beliebige Art kombiniert werden können. -
FIG 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 geschenkt 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 (12)
- Schaltschutzgerät, das als Halbleiter-Motorsteuergerät oder Halbleiterschütz ausgestaltet ist, mit- einem elektrischen Schaltgerät (2) zum betriebsmäßigen 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 Kurzschlusswobei die Schutzeinrichtung je Phase eine Sicherung (3) zur Abschaltung im Kurzschlussfall umfasst, wobei das elektrische Schaltgerät, die Trenneinrichtung und die Schutzeinrichtung in Reihe geschaltet und in ein Gehäuse integriert sind, wobei die Trenneinrichtung im offenen Zustand die mindestens eine Sicherung (3) zur Entnahme von mindestens einem Kontakt trennt und freigibt, wobei die mindestens eine Sicherung (3) in einem beweglichen Teil (6) der Trenneinrichtung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Sicherung (3) eine Halbleiterschutzsicherung umfasst.
- Schaltschutzgerät nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Sicherung (3) aus dem Gehäuse entnehmbar ist.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzeinrichtung zwischen der Trenneinrichtung und einer Ausgangsklemme zu dem anzusteuernden Gerät angeordnet ist.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Öffnen und Schließen der Trenneinrichtung durch eine Dreh- oder Schiebemechanik ausführbar ist.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sicherung (3) als Zylindersicherung ausgebildet ist.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung die Funktionalität eines Sicherungslasttrenners besitzt.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung zwei Trennstellen besitzt.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Überwachungseinrichtung zum Registrieren eines Auslösens der mindestens einen Sicherung (3) aufweist.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektronische Schaltstellen mit mechanischen Kontakten überbrückbar sind.
- Schaltschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Überlasteinrichtung aufweist.
- Schutzschaltvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Überlasteinrichtung ein Überlastrelais besitzt.
- Schaltschutzgerät mit drei Strombahnen nach einem der vorhergehenden Ansprüche für drei-polige Geräte, wobei eine der Strombahnen ohne Betriebsschalteinrichtung ausgeführt ist.
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