EP4643361A1 - Schutzschaltgerät und verfahren - Google Patents

Schutzschaltgerät und verfahren

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Publication number
EP4643361A1
EP4643361A1 EP24707432.1A EP24707432A EP4643361A1 EP 4643361 A1 EP4643361 A1 EP 4643361A1 EP 24707432 A EP24707432 A EP 24707432A EP 4643361 A1 EP4643361 A1 EP 4643361A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
phase
low
protective switching
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24707432.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin TANNHÄUSER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4643361A1 publication Critical patent/EP4643361A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/06—Details with automatic reconnection
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems
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    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
    • H—ELECTRICITY
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters
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    • H02H3/02—Details
    • H02H3/027—Details with automatic disconnection after a predetermined time
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a protective switching device for a multi-phase low-voltage alternating current circuit with electronic switches and a method for a protective switching device for a multi-phase low-voltage alternating current circuit with electronic switches.
  • Low voltage refers to voltages of up to 1000 volts AC or up to 1500 volts DC. Low voltage refers in particular to voltages that are higher than extra-low voltage, with values of 50 volts AC or 120 volts DC.
  • a low-voltage circuit, network or system refers to circuits with nominal or rated currents of up to 125 amps, more specifically up to 63 amps.
  • a low-voltage circuit particularly refers to circuits with nominal or rated currents of up to 50 amps, 40 amps, 32 amps, 25 amps, 16 amps or 10 amps.
  • the current values mentioned particularly refer to nominal, rated and/or breaking currents, i.e. the maximum current that is normally carried through the circuit or at which the electrical circuit is usually interrupted, for example by a protective device such as a protective switching device, circuit breaker or power switch.
  • the nominal currents can be further staggered, from 0.5 A to 1 A, 2 A, 3 A, 4 A, 5 A, 6 A, 7 A, 8 A, 9 A, 10 A, etc. up to 16 A.
  • Circuit breakers have long been known overcurrent protection devices that are used in electrical installation technology in low-voltage circuits. They protect cables from damage caused by heating as a result of excessive current and/or short circuits.
  • a circuit breaker can protect the circuit in the event of an overload and/or Short circuits are automatically switched off.
  • a circuit breaker is a safety element that does not reset automatically.
  • circuit breakers are designed for currents greater than 125 A, and sometimes even as low as 63 amps. Miniature circuit breakers are therefore simpler and more delicate in design. Miniature circuit breakers usually have a mounting option for mounting on a so-called top hat rail (support rail, DIN rail, TH35).
  • Circuit breakers are electromechanical in design. They have a mechanical switching contact or shunt release in a housing to interrupt (trip) the electrical current.
  • a bimetal protective element or bimetal element is usually used to trip (interrupt) the circuit in the event of a prolonged overcurrent (overcurrent protection) or thermal overload (overload protection).
  • An electromagnetic release with a coil is used for brief tripping when an overcurrent limit is exceeded or in the event of a short circuit (short-circuit protection).
  • One or more arc quenching chambers or devices for arc quenching are provided. There are also connection elements for conductors of the electrical circuit to be protected.
  • Protective switching devices with an electronic interruption unit or an electronic switch are relatively new developments. They have a semiconductor-based electronic interruption unit or a semiconductor-based electronic switch. This means that the electrical current flow of the low-voltage circuit is guided via semiconductor components or semiconductor switches, which interrupt the electrical current flow or can be switched to conduct.
  • Protective switching devices with an electronic interruption unit also often have a mechanical isolating contact unit, in particular with Isolating properties in accordance with relevant standards for low-voltage circuits, whereby the contacts of the mechanical isolating contact unit are connected in series with the electronic interruption unit, i.e. the current of the low-voltage circuit to be protected is conducted via both the mechanical isolating contact unit and the electronic interruption unit.
  • the present invention relates in particular to (multiphase) low-voltage alternating current circuits, with a
  • Alternating voltage usually with a time-dependent sinusoidal alternating voltage with the frequency f.
  • a harmonic alternating voltage can be represented by the rotation of a pointer whose length corresponds to the amplitude (U) of the voltage.
  • the instantaneous deflection is the projection of the pointer onto a coordinate system.
  • One oscillation period corresponds to a full rotation of the pointer and its full angle is 2n (2Pi) or 360°.
  • the angular frequency is the rate of change of the phase angle of this rotating pointer.
  • the time-dependent value of the angular velocity w and the time t corresponds to the time-dependent angle cp ( t ) , which is also referred to as the phase angle cp ( t ).
  • the phase angle cp ( t ) periodically passes through the range O...2n or 0°...360°.
  • the object of the present invention is to improve a protective switching device of the type mentioned above, in particular to achieve greater flexibility or a new feature for the protective switching device.
  • a protective switching device for protecting an electrical multiphase low voltage alternating current circuit comprising:
  • the electronic switches can be switched by means of semiconductor-based switching elements into a high-resistance state of the switching elements to prevent current flow or a low-resistance state of the switching elements to allow current flow,
  • a current sensor unit is provided for each series circuit to determine the level of the current of the respective phase conductor, in particular in such a way that instantaneous current values are available
  • a control unit which is connected to the current sensor units, the mechanical phase contacts and the electronic switches, that the protective switching device is designed in such a way that when at least a first current threshold value and/or current time limit value in a phase conductor is exceeded, avoidance of a current flow is initiated, in particular by the electronic switches.
  • the protective switching device has a timer.
  • the protective switching device is designed in such a way that at least one electronic switch can be switched to a high-resistance or low-resistance state by means of the timer.
  • the timer is advantageously integrated in the protective switching device and in particular connected to the control unit.
  • the electronic switches are independently switched to a high-resistance or low-resistance state by means of the timer. switchable.
  • a separate timer is provided for each phase conductor or a timer, whereby individual parameters for the temporal switching behavior of the phase conductor can be set for each phase conductor (settings can be made).
  • the (i.e. all) electronic switches (SI, S2, S3) (of the phase conductor) can be switched simultaneously or almost simultaneously to a high-resistance or low-resistance state by means of the timer.
  • this has the advantage that a timer is provided for a multi-phase protective switching device, with which the electronic switches can be explicitly switched.
  • Phase-related switchability (the electronic switches can be switched to a high-resistance or low-resistance state independently of each other per phase) has the particular advantage of increasing the flexibility of the protective switching device, which can enable new functions.
  • the time switch function is coupled in particular with the external and internal protection functions and checking functions on the circuit breaker side, so that safety in the low-voltage circuit is ensured.
  • the protective switching device is designed such that when at least a first current threshold value in a phase conductor is exceeded, avoidance of a current flow in the phase conductor in question, in particular for a first period of time, is initiated by the electronic switch in question.
  • the first time period is less than 20 ms, in particular less than 10 ms.
  • the mechanical phase contacts are assigned to the load-side connection and the electronic switches are assigned to the mains-side connection.
  • the mechanical phase contacts can be operated by a mechanical handle in order to switch the contacts to open or close.
  • the mechanical phase contacts are part of a mechanical isolating contact unit which switches the phase contacts together.
  • Another particular advantage is that a complete galvanic separation of all phase conductors is achieved simultaneously (in contrast to a phase-related high-resistance electronic switch that prevents current flow).
  • the handling enables compatible behavior in accordance with classic electromechanical protective switching devices.
  • the electronic switches can only be switched to a low-resistance state by means of the timer if a release condition is present.
  • this electronic switch (alternatively all electronic switches, i.e. the electronic switches) cannot be switched to the low-impedance state by the timer (in particular at least not within a first period of time after becoming high-impedance).
  • the first time period can be 10 seconds or more.
  • a high-impedance state of one or more electronic switches caused by a protective function of the protective switching device for example when/after current and/or current time limit values are exceeded
  • this high-impedance state cannot be changed by the timer, i.e. the low-impedance state can be forcibly switched back on (immediately). This means that the protective switching device cannot be switched back to low-impedance "just like that" after a protective function.
  • checking functions on the circuit breaker side which a) switch an electronic switch in the high-impedance state to the low-impedance state for a first period of time or (and) b) switch an electronic switch in the low-impedance state to the high-impedance state for a second period of time cannot be influenced by the timer (i.e. the checking functions are carried out independently of the (status of the) timer).
  • the first time period is, for example, a short time period in the range of ps or ms up to one second, such as l O Ops ... 200ps ... 300ps ... 600ps ... 700ps ... 800ps ... 1ms ... 10ms ... 20ms ... 40ms ... 50ms ... 100ms ... 200ms ... 500ms ... 1 s (any intermediate value possible).
  • the second time period is, for example, a short time period in the range of ps or ms up to one second, such as l O Ops ... 200ps ... 300ps ... 600ps ... 700ps ... 800ps ... 1ms ... 10ms ... 20ms ... 40ms ... 50ms ... 100ms ... 200ms ... 500ms ... 1 s (any intermediate value possible).
  • the phase contacts can be opened by means of the timer, in particular it is configurable whether by means of the timer a) the electronic switches can be switched to a high-resistance or low-resistance state or b) the phase contacts (if applicable, of the mechanical isolating contact unit) can be opened.
  • accessible input means are provided on the protective switching device for entering parameters (settings) of the timer.
  • a display unit connected to the control unit which has visible display means on the protective switching device for displaying the high-resistance or low-resistance state of the electronic switches or (alternatively: and) for displaying parameters (or settings) of the timer.
  • the state of each electronic switch can be displayed.
  • a total state (high-resistance/low-resistance) of the electronic switches can be displayed, which is determined according to defined criteria or, if the electronic switches are switched together (only one total state: high- or low-resistance) - only one common state.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the timer initiates a (change to) STANDBY mode (standby mode), in which all electronic switches are in a high-impedance state (with closed contacts), this high-impedance state is created when the current of the respective electronic switch passes through zero.
  • At current zero crossing means directly at current zero crossing or in its vicinity, i.e. for example, at an instantaneous current value that is less than a first current limit, for example less than 5 amperes ... 1 ampere (any intermediate value is possible; the first current limit depends on the rated current of the low-voltage circuit or protective switching device, for example 20% ... 15% ... 10% ... 5% ... 1% or less of the rated current).
  • a mains-side neutral conductor connection and a load-side neutral conductor connection are provided on the housing for a Neutral conductor of the multiphase low-voltage alternating current circuit.
  • the mains-side neutral conductor connection is connected to the load-side neutral conductor connection directly or via a mechanical neutral conductor contact.
  • the mechanical neutral conductor contact can be opened or closed together with the phase contacts.
  • the neutral conductor contact is closed before the phase contacts are closed or the neutral conductor contact is opened after the phase contacts are opened.
  • a voltage sensor unit is provided between each phase conductor and the neutral conductor in order to determine the level of the voltage between the respective phase and neutral conductor, in particular the instantaneous voltage values.
  • the voltage sensor units are connected to the control unit.
  • the protective switching device is designed in such a way that when the control unit, in particular the timer, initiates a low-resistance event (in particular in the absence of an overcurrent event, i.e. when the first or a second current threshold is not exceeded; e.g. when the user initiates a low-resistance event through the timer) of the (all) electronic switches, these, in particular one after the other, at the respective zero crossing of the Voltage (ie at a voltage less than 50V, 25V, especially less than 10V) become low-resistance.
  • a low-resistance event in particular in the absence of an overcurrent event, i.e. when the first or a second current threshold is not exceeded; e.g. when the user initiates a low-resistance event through the timer
  • a (particularly initiated) low-resistance state of (all) electronic switches (with (simultaneous) closed contacts) is also referred to as ON state.
  • At the voltage zero crossing means directly at the voltage zero crossing or in its vicinity, i.e. for example at an instantaneous value of the voltage that is smaller than a first voltage limit, for example that is smaller than 10 volts, 25 volts or 50 volts (any intermediate value or smaller value is possible).
  • the protective switching device is designed such that when the control unit, in particular the timer, initiates a high-impedance event (in particular in the absence of an overcurrent event, i.e. when the first or second current threshold is not exceeded; e.g. when the user initiates a high-impedance event by the timer), the (all) electronic switches become high-impedance, in particular one after the other, when the voltage passes zero (or when the voltage is less than 50V, 25V, in particular less than 10V).
  • a high-impedance event in particular in the absence of an overcurrent event, i.e. when the first or second current threshold is not exceeded; e.g. when the user initiates a high-impedance event by the timer
  • the (all) electronic switches become high-impedance, in particular one after the other, when the voltage passes zero (or when the voltage is less than 50V, 25V, in particular less than 10V).
  • a (particularly initiated) high-impedance state of (all) electronic switches (with (simultaneous) closed contacts) is also referred to as STANDBY state or standby state.
  • An open state of the mechanical contacts (especially in the case of a high-resistance state of the electronic switches) is also referred to as an OFF state or off state.
  • This has the particular advantage that the network perturbations are reduced and the switching load in the switch is lower. Furthermore, further, almost power-free switching is supported and so the load on the electronic switches, in particular their semiconductor-based switching elements, is reduced.
  • At voltage zero crossing means directly at voltage zero crossing or close to it, i.e. for example at an instantaneous value of the voltage that is smaller than a first voltage limit, for example that is smaller than 10 volts, 25 volts or 50 volts (any intermediate or smaller value is possible).
  • the protective switching device is designed in such a way that when the first current threshold value in a conductor is exceeded, the relevant electronic switch initiates an avoidance of a current flow in the relevant conductor. At the next or next but one zero crossing of the voltage, the electronic switch becomes low-resistance again in order to enable a current flow.
  • the control unit is connected to the current sensor units, the voltage sensor units, the mechanical (phase) contacts and the electronic switches.
  • a communication unit is provided on the protective switching device, in particular for wireless communication.
  • Parameters (settings) of the timer can be set (or transferred) using the communication unit.
  • timer especially wirelessly.
  • a management system or a smartphone/mobile phone could be used to set the parameters/
  • the timer can be set, for example, using an app on a mobile communications device.
  • the method for a protective switching device for protecting a multiphase low voltage alternating current electrical circuit with:
  • At least one electronic switch can be switched to a high-resistance or low-resistance state by means of a timer.
  • the (all) electronic switches are switched simultaneously or almost simultaneously into a high-resistance or low-resistance state by means of the timer.
  • the electronic switches are switched independently of one another into a high-resistance or low-resistance state by means of the timer.
  • the electronic switches are only switched to a low-resistance state by means of the timer when a release condition exists.
  • the electronic switches cannot be switched to the low-resistance state by the timer.
  • checking functions on the circuit breaker side which a) switch an electronic switch in the high-resistance state to the low-resistance state for a first period of time or b) switch an electronic switch in the low-resistance state to the high-resistance state for a second period of time are not influenced by the timer.
  • Figure 1 shows a first representation of a protective switching device
  • Figure 2 shows a second representation of a protective switching device
  • Figure 3 shows a third representation of a protective switching device.
  • Figure 4 shows a fourth representation of a protective switching device
  • Figure 5 shows a fifth representation of a protective switching device.
  • Figure 1 shows an exemplary representation of a 3-pole, e.g. for 3-phase conductors, protective switching device SG for protecting an electrical multi-phase low-voltage alternating current circuit, in the example according to Figure 1 a three-phase low-voltage alternating current circuit, comprising:
  • first series circuit SS I of a first mechanical phase contact K1 and a first electronic switch S1, a second series circuit SS2 of a second mechanical phase contact K2 and a second electronic switch S2, a third series circuit SS3 of a third mechanical phase contact K3 and a third electronic switch S3, wherein: the first series circuit SS I electrically connects the first mains-side phase connection LG1 to the first load-side phase connection LL1, the second series circuit SS2 electrically connects the second mains-side phase connection LG2 to the second load-side phase connection LL2 and the third series circuit SS3 electrically connects the third mains-side phase connection LG3 to the third load-side phase connection LL3,
  • the mechanical phase contacts K1, K2, K3 can be switched together, i.e. they are opened together to prevent a current flow or closed together to allow a current flow, i.e. the mechanical contacts are connected to each other via mechanical coupling (e.g. switching shaft),
  • the electronic switches S I , S2 , S3 can be switched by means of semiconductor-based switching elements into a high-impedance state of the switching elements to prevent a current flow or a low-impedance state of the switching elements to allow current flow.
  • the protective switching device SG has a timer TIME.
  • the timer TIME is connected to the control unit SE.
  • the timer TIME is advantageously integrated in the protective switching device SG.
  • the protective switching device SG is designed in such a way that at least one electronic switch S I , S2 , S3 can be switched to a high - resistance or low - resistance state by means of the timer TIME .
  • the electronic switches SI, S2, S3 can be switched independently of one another into a high-resistance or low-resistance state by means of the timer TIME.
  • TIME timer
  • L2, L3 is provided with its own timer.
  • a timer whereby individual parameters (settings) for the temporal switching behavior of the respective phase conductor can be set for each phase conductor.
  • the (i.e. all) electronic switches SI, S2, S3 can be switched simultaneously or almost simultaneously to a high-resistance or low-resistance state by means of the timer.
  • “approximately simultaneous” means a switching behavior in which the switches (particularly one after the other) switch to a high-impedance or low-impedance state in the seconds range or more specifically in the milliseconds range, i.e. less than or equal to e.g. 1s, 600ms, 400ms, 100ms, 70ms, 60ms, 40ms, 30ms.
  • the switching processes can take place at the respective zero crossings (at the zero crossing or close to the zero crossing) of the voltage or current of the respective phase conductor (as will be explained in more detail later).
  • a first, second and third current sensor unit Sil, SI2, SI3 are provided.
  • the first current sensor unit Sil is provided or arranged in the first series circuit SSI
  • the second current sensor unit SI2 is provided or arranged in the second series circuit SS2
  • the third current sensor unit SI3 is provided or arranged in the third series circuit SS3, for the respective determination of the level of the current of the first, second and third phase conductors LI, L2, L3, in particular the instantaneous current values.
  • the first mechanical phase contact Kl, the second mechanical phase contact K2 and the third mechanical phase contact K3 are, according to Figure 1, part of a mechanical isolating contact unit MK, which opens or closes the phase contacts Kl, K2, K3 together.
  • the mechanical isolating contact unit MK can have a handle HH accessible on the protective switching device for manual (operated by a person) opening or closing the phase contacts.
  • the mechanical isolating contact unit MK corresponds, for example, to a classic unit as is known from electromechanical protective switching devices (circuit breakers, power switches) (although according to the invention without elements for overcurrent or short-circuit detection, such as bimetallic releases, etc.).
  • the protective switching device is designed in such a way that the mechanical phase contacts or the mechanical isolating contact unit MK can be opened but not closed by a control unit SE.
  • the mechanical contacts can only be closed using the handle HH after release by the control unit SE.
  • a release unit LC can be provided for this purpose. This means that the contacts can only be closed using the handle HH when release or a release signal (from the control unit) is present. Without release or a release signal, the mechanical phase contacts or the isolating contact unit MK can only be opened but not closed. the release signal can actuate the handle HH, but the contacts cannot be closed ("permanent slip").
  • the release unit LC can also be designed in such a way that the contacts Kl, K2, K3 of the mechanical isolating contact unit MK can be opened by a control signal from the control unit SE, as indicated in Figure 1 by an arrow from the control unit SE to the release unit LC.
  • the mechanical phase contacts Kl, K2, K3 are assigned to the load-side phase connections / the load side Load and the electronic switches S I, S2, S3 are assigned to the grid-side phase connections / grid side Grid.
  • the first electronic switch S1, the second electronic switch S2 and the third electronic switch S3 can be part of an electronic interruption unit EU, wherein the electronic switches S1, S2, S3 can in particular be switched independently of one another.
  • the electronic interruption unit/the electronic switches can have a bidirectional voltage strength. Surge protection is especially required for the semiconductor-based switching elements in order to limit the voltages and thus provide protection for the semiconductor-based switching elements.
  • a control unit SE is provided (as already partially mentioned) which is connected to the current sensor units Sil, SI2, SI3, the mechanical phase contacts (Kl, K2, K3) or the mechanical isolating contact unit MK (as shown in Figure 1) and the electronic switches SI, S2, S3.
  • the timer TIME is connected to the control unit SE, as shown as an example in Figure 1.
  • the current sensor units SI2, SI3 each determine the current level of their respective (phase) conductor, so that instantaneous values of the current are available.
  • the avoidance of current flow is initiated.
  • the avoidance of current flow can occur in one variant in the conductor in question (in which the first current threshold or current time limit was exceeded).
  • the avoidance of current flow can occur in another variant in all phase conductors (or alternatively in all conductors in which an electronic switch is provided).
  • the avoidance of current flow occurs in particular by the electronic switch(es) (depending on the configuration) becoming high-resistance.
  • the avoidance of current flow can occur by opening contacts Kl, K2, K3.
  • the high resistance can occur especially for an initial period of time. After the period of time, the electronic switch (or switches) in question can become low resistance again. Overcurrent events (current threshold value exceeded) can be handled per phase/phase conductor. This also protects the electronic switches from overload.
  • the low resistance can occur in particular in the next zero crossing or before or after the zero crossing of the voltage. (All 3 options: in the zero crossing, before the zero crossing or after the zero crossing - are possible, or when the amount falls below a voltage threshold, in particular 50V, 25V or 10V).
  • the first time period can in particular be less than 20 ms, especially less than 10 ms.
  • a differential current sensor unit ZCT can be provided, as shown in Figure 1, for detecting differential currents in the low-voltage alternating current circuit, as is known, for example, from residual current circuit breakers.
  • the differential current sensor unit ZCT is connected to the control unit SE.
  • the current sensor units Sil, SI2, SI3 are arranged between the mains-side connections LG1, LG2, LG3 of the series connection of the electronic switch SI, S2, S3 and the mechanical phase contact Kl, K2, K3. Specifically, between the mains-side connections LG1, LG2, LG3 and the electronic switches SI, S2, S3.
  • the current sensor units Sil, SI2, SI3 can also be arranged in other ways. For example, between the electronic switch SI, S2, S3 and the mechanical phase contact Kl, K2, K3.
  • the first, second and third electronic switches can be switched independently of one another to a high-resistance or low-resistance state. This means that the first, second and third electronic switches are switched independently of one another to a high-resistance or low-resistance state. In particular, in order to avoid or enable a phase-conductor-dependent current flow. In a variant of the invention, the electronic switches can be switched independently of one another to the high-resistance or low-resistance state using the timer TIME, as already partially mentioned.
  • Figure 2 shows a representation according to Figure 1 , with the following differences.
  • a mains-side neutral conductor connection NG and a load-side neutral conductor connection NL are provided for a neutral conductor N of the multi-phase low-voltage alternating current circuit, in the example according to Figure 2 a three-phase low-voltage alternating current circuit with neutral conductor.
  • the mains-side neutral conductor connection NG is connected to the load-side neutral conductor connection NL via a neutral conductor contact KN.
  • mains-side neutral conductor connection NG can also be connected directly (i.e. without a switchable contact) to the load-side neutral conductor connection NL.
  • an electronic switch is not provided in the neutral conductor path in the housing of the protective switching device. This means that the neutral conductor connection between the mains-side neutral conductor connection NG and the load-side neutral conductor connection NL is free of electronic switches (electronic switch-free).
  • the mechanical neutral conductor contact KN can be switched together with the phase contacts Kl, K2, K3. This means that the mechanical neutral conductor contact KN can be opened or closed together with the phase contacts Kl, K2, K3, as explained above for the contacts Kl, K2, K3.
  • the mechanical isolating contact unit MK can be designed in such a way that the neutral conductor contact KN is closed before the phase contacts Kl, K2, K3 are closed. Similarly, the neutral conductor contact KN can be opened after the phase contacts Kl, K2, K3 are opened.
  • a power supply NT is provided, such as a power supply unit, to supply power to the protective switching device SG, in particular the control unit SE.
  • the power supply NT is connected to the phase conductors LI, L2, L3 and (if applicable) the neutral conductor N. It can also be connected to only some of the conductors (at least two) for the power supply.
  • the power supply NT is connected to the control unit SE.
  • a voltage sensor unit is provided between each phase conductor and the neutral conductor.
  • a first voltage sensor unit SUI is provided between the first phase conductor LI and the neutral conductor N
  • a second voltage sensor unit SU2 is provided between the second phase conductor L2 and the neutral conductor N
  • a third voltage sensor unit SU3 is provided between the third phase conductor L3 and the neutral conductor N, to determine the level of the voltage between the respective phase and neutral conductor, in particular the current voltage values.
  • the voltage sensor units SUI, SU2, SU3 are connected to the control unit SE.
  • the protective switching device can be designed in such a way that when an initiated STANDBY state or standby state in which all electronic switches (SI, S2, S3) are in the high-impedance state (or should reach the high-impedance state), this high-impedance state is created when the current of the respective conductor passes through zero (i.e. when the first current limit is undershot) (in particular when a current flows in the phase conductors).
  • the voltage sensor units SUI, SU2, SU3 are, as already mentioned, connected to the control unit SE, which is also connected to the current sensor units Sil, SI2, SI3, the mechanical phase contacts Kl, K2, K3 (or mechanical isolating contact unit MK), the electronic switches SI, S2, S3 and the timer TIME.
  • the protective switching device SG can also advantageously be designed in such a way that If at least one first current threshold value (specifically the instantaneous current value) in a conductor is exceeded, the electronic switch in question initiates the prevention of current flow in the conductor in question. At the next or next but one zero crossing of the voltage (in the area of the zero crossing), the electronic switch becomes low-resistance again in order to allow current flow.
  • Figure 3 shows a representation according to Figure 2, with the difference that measuring resistors R12, R13, R23 are provided between the phase conductors within the protective switching device.
  • a first measuring resistor (or measuring impedance) R12 is provided between the first phase conductor LI and the second phase conductor L2
  • a second measuring resistor (or measuring impedance) R23 is provided between the second phase conductor L2 and the third phase conductor L3
  • a third measuring resistor (or measuring impedance) R13 is provided between the first phase conductor LI and the third phase conductor L3.
  • the switching behavior of the electronic switches SI, S2, S3 can be checked using the measuring resistors (which can also be designed as measuring impedances, e.g. as resistance/capacitance and/or inductance combinations), for example by briefly switching on (ps, ms or small seconds range) the electronic switches with the contacts open, whereby a measuring current corresponding to the measuring resistance (the measuring impedance) is provided and can be checked (at the respective instantaneous values of the voltage).
  • the measuring resistors can (alternatively) also be provided between the phase and neutral conductors.
  • the (optional) differential current sensor unit ZCT is not provided in this example (but could also be provided).
  • High resistance means a state in which only a negligible current flows.
  • high resistance means resistance values of greater than 1 kiloohm, preferably greater than 10 kiloohms, 100 kiloohms, 1 megaohm, 10 megaohms, 100 megaohms, 1 gigaohm or greater.
  • Low resistance means a state in which the current value specified on the protective switching device could flow.
  • low resistance means resistance values that are less than 10 ohms, preferably less than 1 ohm, 100 milliohms, 10 milliohms, 1 milliohm or less.
  • the electronic switches SI, S2, S3, or the electronic interruption unit EU can have semiconductor components such as bipolar transistors, field effect transistors (FET), isolated gate bipolar transistors (IGBT), metal oxide layer field effect transistors (MOSFET) or other (self-commutated) power semiconductors.
  • FET field effect transistors
  • IGBT isolated gate bipolar transistors
  • MOSFET metal oxide layer field effect transistors
  • IGBTs and MOSFETs in particular are particularly well suited for the electronic switches (as semiconductor-based switching elements) due to their low forward resistance, high junction resistance and good switching behavior.
  • the protective switching device therefore contains electronic and mechanical components.
  • the sensible arrangement of all required components for safe operation is one point. Furthermore, several switching combinations possible through the combination of electronic switch and mechanical contacts.
  • the protective switching device has three mains-side and three load-side connections / four mains-side and four load-side connections.
  • the device contains a 3 or 4-pole mechanical isolating contact unit (isolating contact system). The contacts are mechanically coupled to one another and can only be opened or closed together.
  • An electronic switch is located in series with the mechanical contact in the phase conductors. Unlike the mechanical contacts, these are switched on or off independently of one another. In a simple variant, switching of all electronic switches is initiated by the timer TIME - whereby the electronic switches can switch even when the voltage or current passes through zero (i.e. close to zero).
  • a current sensor unit is also provided in the phase conductors (not in the neutral conductor N).
  • Mechanical contacts or mechanical isolating contact unit MK particularly mean a (standard-compliant) isolating function, implemented by the isolating contact unit MK.
  • the isolating function means the following points: -minimum air gap in accordance with the standard (minimum distance between the contacts), -contact position indicator of the contacts of the mechanical isolating contact unit, -actuation/interruption of the contacts of the mechanical isolating contact unit (by the control unit) always possible (no (permanent) blocking of the contacts in the closed state by the handle possible).
  • the minimum air gap between the contacts of the isolating contact unit is essentially voltage dependent. Other parameters are the degree of contamination, the type of field (homogeneous, inhomogeneous), and the air pressure or altitude above sea level. There are corresponding regulations or standards for these minimum clearances or creepage distances. For example, for air, these regulations specify the minimum clearance for an inhomogeneous and a homogeneous (ideal) electrical field for surge voltage resistance, depending on the degree of contamination. The surge voltage resistance is the strength when a corresponding surge voltage is applied.
  • the isolating contact unit or protective switching device only has an isolating function (isolating property) if this minimum length (minimum distance) is present.
  • the standards DIN EN 60947 and IEC 60947 are relevant for the isolating function and its properties, to which reference is made here.
  • the isolating contact unit is advantageously characterized by a minimum clearance of the open isolating contacts in the position (open position, open contacts) depending on the rated impulse withstand voltage and the degree of pollution.
  • the minimum clearance is in particular between (at least) 0.01 mm and 14 mm.
  • the minimum clearance is advantageously between 0.01 mm at 0.33 kV and 14 mm at 12 kV, in particular for degree of pollution 1 and in particular for inhomogeneous fields.
  • the minimum air distance can have the following values: E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100): 2018-06
  • the pollution levels and field types correspond to those defined in the standards. This makes it advantageous to achieve a standard-compliant protective switching device dimensioned according to the rated impulse withstand voltage.
  • mechanical isolating contact unit does not refer to a relay contact.
  • Figure 4 shows a representation according to Figure 1, 2 or 3, with the difference that individual units are not shown and that the first, second and third measuring resistors R12, R13, R23 are not provided between the phase conductors ( Figure 3). Instead, a measuring resistor is provided between each phase conductor and the neutral conductor.
  • a fourth measuring resistor RA (or measuring impedance) is provided between the first phase conductor LI and the neutral conductor N
  • a fifth measuring resistor RB (or measuring impedance) is provided between the second phase conductor L2 and the neutral conductor N.
  • measuring impedance and a sixth measuring resistor RC (or measuring impedance) is provided between the third phase conductor L3 and the neutral conductor N.
  • the switching behavior of the electronic switches SI, S2, S3 can be checked using the fourth, fifth and sixth measuring resistors RI, R2, R3 (which can also be designed as measuring impedances, i.e. e.g. as resistance/capacitance and/or inductance combinations), for example by briefly switching on (ps, ms or small seconds range) the electronic switches with the contacts open, whereby a measuring current corresponding to the measuring resistance (the measuring impedance) (at the respective instantaneous values of the voltage) is provided and can be checked.
  • This can be done by briefly switching on an electronic switch in order to generate a measuring current via the respective measuring resistance between the phase and neutral conductors.
  • this can also be done by briefly switching on two electronic switches in order to generate a measuring current via two phase conductors (two measuring resistors).
  • a (in particular wireless) communication unit COM can be provided, which is connected to the control unit SE or is a part of it.
  • a display unit AE can be provided.
  • the display unit AE can be designed as a combined display and input unit.
  • the display unit AE (display and input unit) can be connected to the control unit SE or be a part of it.
  • the display unit AE has visible display means on the protective switching device, in particular for displaying the high-resistance or low-resistance state of the electronic switches or an overall state of the electronic switches or (and) for displaying parameters (settings) of the timer TIME.
  • the display unit AE can, for example, have an LED display.
  • the indication of the contact position of the mechanical isolating contact unit is realized by the handle; this indication by the handle does not in particular show the switching state of the electronic interruption unit.
  • the switching state of the electronic switches can advantageously be displayed when the switching state has been changed by the timer TIME (switched on or off).
  • control unit SE can have a microcontroller MP (microcontroller unit).
  • the microcontroller can have various functions or routines/procedures, such as
  • an external protection function CPF which monitors the multiphase low-voltage alternating current circuit and reports, for example, an overcurrent event, short circuit, etc. in the low-voltage circuit
  • timer parameterization function TSP time switch parameterization
  • the TIME timer is accessible from the outside of the protective switching device, so that settings can be made directly on the TIME timer, i.e. parameters of the TIME timer can be set.
  • the timer TIME is connected to the timer parameterization function TSP (time switch parameterization) as shown in Figure 4.
  • the timer parameterization function TSP is in turn connected to the switching logic function SF.
  • the switching logic function SF is also connected to the internal protection function IPF and the external protection function CPF. Furthermore, the switching logic function SF (directly or indirectly) sends a signal to the electronic switches SI, S2, S3 (or the electronic interruption unit EU), with which a low-resistance or high-resistance switch can be initiated.
  • the timer parameterization function TSP can also open the contacts Kl, K2, K3, (KN), which is indicated by a connection from the timer parameterization function TSP to the mechanical isolating contact unit MK (opening signal TRIP).
  • the protective switching device SG works in principle in such a way that when the contacts of the mechanical isolating contact unit and low-resistance interruption unit are closed (ON state or On state) and
  • the electronic interruption unit EU becomes high-resistance and the mechanical isolating contact unit MK remains closed, or/and
  • the electronic interruption unit becomes high-resistance and the mechanical isolating contact unit MK is opened.
  • Figure 5 shows a representation according to Figure 4, with the difference that the measuring resistors are not provided. Furthermore, the connection between the timer parameterization function TSP and the mechanical isolating contact unit MK is not provided. Instead, a direct connection between the control unit SE and the mechanical isolating contact unit MK is provided.
  • the control unit SE can switch the electronic switches S1, S2, S3 to a high-resistance or low-resistance state, i.e. switch them on and off, as well as open the contacts (the contact) of the mechanical isolating contact unit.
  • a handle for opening and closing the isolating contact unit
  • a current measurement preferably a voltage measurement and a power supply
  • the protective switching device can carry out various external protection functions CPF, such as short-circuit protection, overcurrent protection (overload protection), differential fault current protection, fire protection, overvoltage protection, undervoltage protection.
  • IPF internal protection functions
  • Overload protection is, for example, the exceeding of the first current and/or current-time limit values.
  • Short-circuit protection is, for example, the exceeding of (higher) current and/or current-time limit values.
  • Differential fault current protection is, for example, the exceeding of differential current limit values (for example 30 mA).
  • Fire protection is, for example, the detection of serial arc faults in the low-voltage circuit. The same applies to overvoltage protection, undervoltage protection and overtemperature protection.
  • a timer TIME is added. The switching state of (at least one) of the electronic switches SI, S2, S3 can be controlled via this timer TIME.
  • the control unit SE Since the electronic switches are required in particular for carrying out external protection functions CPF, the control unit SE only passes a signal from the timer TIME to the electronic switches to low resistance (synonym: electronic interruption unit EU) if there is no error from the stored external or internal protection functions CPF, IPF (no error has been detected), i.e. a release condition exists. In particular, if an error is detected, i.e. if at least one electronic switch is in the high resistance state, the timer TIME cannot change this state (i.e. cannot switch to low resistance).
  • an electronic switch(es) can only be switched to the low-resistance state using the TIME timer if a release condition is present.
  • the electronic switch(es) is in a high-resistance state due to an external or internal protective function CPF, IPF of the protective switching device, it(they) cannot be switched to the low-resistance state using the TIME timer.
  • a detected internal fault in the protective switching device refers in particular to a protective switching device fault, such as a defective current sensor unit, defective electronic switch, overtemperature.
  • a protective switching device fault such as a defective current sensor unit, defective electronic switch, overtemperature.
  • external faults such as overvoltage or undervoltage (effective value of the voltage exceeded/undershot for a certain time).
  • This can also affect the external protective functions CPF, so that after current and/or current time limit values are exceeded and the current flow of the low-voltage circuit is avoided, an immediate "forced" low-resistance setting by the timer TIME is not possible or not possible immediately.
  • checking functions on the circuit breaker side which a) switch an electronic switch in the high-resistance state to the low-resistance state for a first period of time or (and) b) switch an electronic switch in the low-resistance state to the high-resistance state for a second period of time cannot be influenced by the timer TIME.
  • These short switching operations can be used, for example, to test the electronic switches or to check the functionality of the current sensor unit.
  • the controllability of the electronic switches or the (if applicable) electronic interruption unit EU is therefore only possible via the TIME timer if the protective switching device is in a fault-free state and/or no fault has been detected, particularly on the load-side connection/connections (on the load output) Load (a release condition exists).
  • This task is carried out by the switching logic function SF.
  • the TIME timer cannot therefore directly access the electronic switches (or the electronic interruption unit) to control them, but can only send a signal to the switching logic function SF to switch the electronic interruption unit on or off.
  • the switching logic function SF ensures that the external and internal protection functions CPF, IPF can always have priority over the electronic switches (electronic interruption unit).
  • the timer TIME can be set using input devices accessible on the protective switching device SG. Alternatively or additionally, the timer can be set using the communication unit COM. For example, the timer TIME keeps track of the current (local or world time). The power supply for this can be provided by the power supply NT, with buffering using a rechargeable accumulator, for example. Alternatively or additionally, the time can be buffered by a battery. Furthermore, the time can be updated or checked using the communication unit COM, with the time being obtained from the Internet, for example.
  • the TIME timer can have the usual timer functions (setting the time, setting several on/off switching times) as they are already offered by (external) timers available on the market today.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Niederspannungswechselstromkreises mit : - einem Gehäuse, mit netzseitigen Phasen-Anschlüssen und lastseitigen Phasen-Anschlüssen für Phasen-Leiter des Niederspannungswechselstromkreises, - Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes und eines elektronischen Schalters, wobei jeweils eine Serienschaltung einen der netzseitigen Phasen-Anschlüsse mit einen der lastseitigen Phasen-Anschlüsse elektrisch verbindet, - dass die mechanischen Phasen-Kontakte zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öffnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen geschalten werden, - 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 geschalten werden, - dass in jeder Serienschaltung die Höhe des Stromes des jeweiligen Phasen-Leiters ermittelt wird, - dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder Strom-Zeitgrenzwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses initiiert wird, - dass mittels eines Zeitgebers (TIME) mindestens ein elektronischer Schalter (S1, S2, S3) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist.

Description

Beschreibung
Schutzschaltgerät und Verfahren
Die Erfindung betri f ft das technische Gebiet eines Schutz- schaltgerätes für einen Mehrphasen-Niederspannungswechsel- stromkreis mit elektronischen Schaltern und ein Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Mehrphasen-Niederspannungs- wechselstromkreis 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 , spezi fischer 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 Normal fall 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 staf feln, 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 auf gebaut . Leitungsschutzschalter weisen üblicherweise eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung auf einer so genannten Hutschiene ( Tragschiene , DIN- Schiene , TH35 ) auf .
Leitungsschutzschalter sind elektromechanisch auf gebaut . 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 Überström (Überstromschutz ) respektive bei thermischer Überlast (Überlastschut z ) eingesetzt . Ein elektromagnetischer Auslöser mit einer Spule wird zur kurz zeitigen Auslösung bei Überschreiten eines Uberstrom- grenzwerts 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 bzw . einen halbleiterbasierten elektronischen 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 weisen ferner häufig eine mechanische Trennkontakteinheit auf , insbesondere mit Trennereigenschaften gemäß einschlägigem Normen für Niederspannungsstromkreise, wobei die Kontakte der mechanischen Trennkontakteinheit in Serie zur elektronischen Unterbrechungseinheit geschaltet sind, d.h. der Strom des zu schützenden Niederspannungsstromkreises wird sowohl über die mechanische Trennkontakteinheit als auch über die elektronische Unterbrechungseinheit geführt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf (Mehrphasen-) 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 (2n * f * t) 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 2n (2Pi) bzw. 360°. Die Kreisfrequenz ist die Änderungsrate des Phasenwinkels dieses rotierenden Zeigers. Die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung beträgt immer das 2n-fache ihrer Frequenz, d.h. : w = 2n*f = 2n/T = Kreisfrequenz der Wechselspannung (T = Periodendauer der Schwingung)
Häufig wird die Angabe der Kreisfrequenz (w) 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 (wt)
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 w und der Zeit t dem zeitabhängigen Winkel cp ( t ) , der auch als Phasenwinkel cp ( t ) bezeichnet wird. D.h. der Phasenwinkel cp ( t ) durchläuft periodisch den Bereich O...2n bzw. 0°...360°. D.h. der Phasenwinkel nimmt periodisch einen Wert zwischen 0 und 2n bzw. 0° und 360° an (cp = n* (0...2n) bzw. cp = n* ( 0 °...360 ° ) , wegen Periodizität; verkürzt: cp = O...2n bzw. cp = 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 cp gemeint (cp = O...2n bzw. cp = 0°...360°, der jeweiligen Periode) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schutzschaltgerät eingangs genannter Art zu verbessern, insbesondere eine höhere Flexibilität bzw. ein neues Merkmal für das Schutzschaltgerät zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Schutzschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 19 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises vorgeschlagen, aufweisend:
- ein Gehäuse mit netzseitigen Phasen-Anschlüssen und lastseitigen Phasen-Anschlüssen für Phasen-Leiter des Mehrphasen- Niederspannungswechselstromkreises ,
- Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes und eines elektronischen Schalters , wobei j eweils eine Serienschaltung einen der netzseitigen Phasen-Anschlüsse mit einen der lastseitigen Phasen-An- schlüsse elektrisch verbindet ,
- dass die mechanischen Phasen-Kontakte zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öf fnen 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 für j ede Serienschaltung j eweils eine Stromsensoreinheit vorgesehen ist , zur j eweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des j eweiligen Phasen-Le iters , insbesondere derart , dass momentane Stromwerte vorliegen,
- dass eine Steuerungseinheit vorgesehen ist , die mit den Stromsensoreinheiten, den mechanischen Phasen-Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden ist , dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder/und Strom-Zeitgrenzwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses , insbesondere durch die elektronischen Schalter, initiiert wird .
Erfindungsgemäß weist das Schutzschaltgerät einen Zeitgeber auf . Das Schutzschaltgerät ist derart ausgestaltet , dass mittels des Zeitgebers mindestens ein elektronischer Schalter in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .
Der Zeitgeber ist im Schutzschaltgerät vorteilhaft integriert und insbesondere mit der Steuerungseinheit verbunden . Insbesondere sind, in einer allgemeinen Ausgestaltung, mittels des Zeitgebers die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar. Beispielsweise ist für jeden Phasen-Leiter ein eigener Zeitgeber vorgesehen bzw. ein Zeitgeber, wobei für jeden Phasen-Leiter individuelle Parameter für das zeitliche Schaltverhalten des Phasen-Leiters eingestellt werden können (Einstellungen vorgenommen werden können) .
Alternativ bzw. zusätzlich sind mittels des Zeitgebers die (d.h. alle) elektronischen Schalter (SI, S2, S3) (der Phasen- Leiter) gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar.
Mit annähernd gleichzeitig ist beispielsweise ein Schaltverhalten gemeint, bei dem im Sekundenbereich bzw. spezieller im Milli-Sekundenbereich, d.h. kleiner/gleich z.B. 1s, 600ms, 400ms, 100ms, 70ms, 60ms, 40ms, 30ms (jeder Zwischenwert ist möglich und offenbart) die Schalter (insbesondere nacheinander) in einen hochohmigen oder niederohmigen schalten.
Dies hat einerseits den Vorteil, dass ein Zeitgeber für ein mehrphasiges Schutzschaltgerät vorgesehen ist, mit dem explizit die elektronischen Schalter schaltbar sind.
Dies hat andererseits den Vorteil, dass neben den für den Niederspannungsstromkreises wichtigen Schutzfunktionen (um diesen zu schützen und abzusichern) weiterhin eine Zeitschaltfunktion integriert ist, mit dem explizit mindestes ein elektronischer Schalter bzw. die elektronischen Schalter schaltbar ist/sind, so dass Platz- und Bauraum, insbesondere in Unterverteilungen, gespart wird.
Durch eine phasenbezogene Schaltbarkeit (die elektronischen Schalter können pro Phase unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden) besteht der besondere Vorteil, dass eine erhöhte Flexibilität des Schutzschaltgerätes gegeben ist, wodurch neue Funktionen ermöglicht werden können.
In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Zeitschaltfunktion insbesondere mit den schutzschaltgeräteseitigen externen und internen Schutzfunktionen sowie Überprüfungsfunktionen gekoppelt, so dass die Sicherheit im Niederspannungsstromkreis gewährleistet wird. Diese und andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und im Aus führungsbeispiel angegeben .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist , dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betref fenden Phasen-Leiters , insbesondere für eine erste Zeitspanne , durch den betref fenden elektronischen Schalter initiiert wird .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass bei Überschreitung eines festgelegten Stromschwellwertes bzw . eines Strom-Zeitschwellwertes ( d . h . der Stromschwellwert wird für eine definierte Zeitdauer überschritten) eine selektive Unterbrechung nur des betrof fenen Leiters erfolgt (bzw . der betref fenden Leiter ) . In den anderen Leitern (nicht betrof fenen 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 .
So ist vorteilhaft eine erhöhte Versorgungssicherheit gegeben, da keine komplette Stromvermeidung initiiert wird, sondern nur eine phasenbezogene . Ferner können so kurz zeitige Stromspitzen abgefangen werden und bei nicht Vorliegen eines Fehlers im Niederspannungsstromkreis eine Fehlabschaltung vermieden 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 Netz frequenz 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 1ms davor oder danach) erfolgen .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Phasen-Kontakte dem lastseitigen Anschluss und die elektronischen Schalter dem netzseitigen Anschluss zugeordnet . Insbesondere sind die mechanischen Phasen-Kontakte durch eine mechanische Handhabe bedienbar, um ein Öf fnen der Kontakte oder ein Schließen der Kontakte zu schalten .
Insbesondere sind die mechanischen Phasen-Kontakte Teil einer mechanische Trennkontakteinheit , die die Phasen-Kontakte gemeinsam schaltet .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Struktur für ein Schutzschaltgerät gegeben ist , bei der eine Funktions fähigkeit des Schutzschaltgerätes auch bei geöf fneten Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit gegeben ist . So ist ein vorteilhaftes Design gegeben, das ein phasenbezogenes Schalten der elektronischen Schalter unterstützt , sowie einen Selbsttest ( insbesondere einen Selbsttest der elektronischen Schalter ) , auch bei geöf fneten Kontakten, ermöglicht . Ferner wird eine Energieversorgung des Schutzschaltgerätes , auch bei geöf fneten Kontakten, sichergestellt .
Ferner liegt insbesondere der Vorteil vor, dass eine komplette galvanische Trennung aller Phasen-Leiter gleichzeitig voll zogen 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 sind mittels des Zeitgebers die elektronischen Schalter nur dann in einen niederohmigen Zustand schaltbar, wenn eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere ist bei einem durch eine ( insbesondere externe ) Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand eines elektronischen Schalters dieser elektronische Schalter ( alternativ alle elektronischen Schalter, d . h . die elektronischen Schalter ) durch den Zeitgeber nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar ( insbesondere zumindest nicht innerhalb einer ersten Zeitdauer nach dem hochohmig werden) .
Die erste Zeitdauer kann 10 Sekunden oder größer sein . Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Grundfunktion des Schutzschaltgerätes - Schutz zu gewähren - durch den Zeitgeber nicht beeinflusst wird und beispielsweise ein defektes Schutzschaltgerät ( keine Freigabebedingung) durch den Zeitgeber nicht zwangsweise eingeschaltet werden kann, d . h . den Niederspannungsstromkreis ungeschützt mit Energie versorgt . Ferner dass insbesondere bei einem durch eine Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand ei- nes/der elektronischen Schalter ( s ) (beispielweise bei/nach Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten) dieser hochohmige Zustand durch den Zeitgeber nicht verändert werden kann, d . h . zwangsweise ( sofort ) wieder der niederohmige Zustand eingeschaltet werden kann . So dass das Schutzschaltgerät nach einer Schutz funktion nicht „einfach so" wieder niederohmig geschaltet werden kann .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind schutzschaltgeräteseitige Überprüfungs funktionen, die a) einen im hochohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder (und) b) einen im niederohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, durch den Zeitgeber nicht beeinflussbar ( d . h . die Überprüfungs funktionen werden unabhängig vom ( Status des ) Zeitgeber durchgeführt ) .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass Überprüfungs funktionen des Schutzschaltgerätes durch den Zeitgeber nicht beeinflusst werden und so eine Funktionssicherheit insbesondere durch Überprüfungs funktionen (während des Betriebes ) des Schutz- schaltgerätes sichergestellt wird .
Die erste Zeitspanne ist beispielsweise eine kurze Zeitspanne im Bereich von ps oder ms bis zu einer Sekunde , wie z . B . l O Ops ... 200ps ... 300ps ... 600ps ... 700ps ... 800ps ... 1ms ... 10ms ... 20ms ... 40ms ... 50ms ... 100ms ... 200ms ... 500ms ... 1 s ( j eder Zwischenwert möglich) .
Die zweite Zeitspanne ist beispielsweise eine kurze Zeitspanne im Bereich von ps oder ms bis zu einer Sekunde , wie z . B . l O Ops ... 200ps ... 300ps ... 600ps ... 700ps ... 800ps ... 1ms ... 10ms ... 20ms ... 40ms ... 50ms ... 100ms ... 200ms ... 500ms ... 1 s ( j eder Zwischenwert möglich) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können mittels des Zeitgebers die Phasen-Kontakte geöf fnet werden, insbesondere das konfigurierbar ist , ob mittels des Zeitgebers a) die elektronischen Schalter in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind oder b) die Phasen-Kontakte ( ggfs . der mechanischen Trennkontakteinheit ) öf fenbar sind .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine weitere Flexibilität und Funktionserweiterung des Schutzschaltgerätes gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind am Schutzschaltgerät zugängliche Eingabemittel vorgesehen, zur Eingabe von Parametern (Einstellungen) des Zeitgebers .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ( gegebenenfalls phasenbezogene ) Schaltzeiten des Zeitgebers am Schutzschaltgerät eingestellt werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuerungseinheit verbundene Anzeigeeinheit vorgesehen, die am Schutzschaltgerät sichtbare Anzeigemittel aufweist , zur Anzeige des hochohmigen oder niederohmigen Zustandes der elektronischen Schalter oder ( alternativ : und) zur Anzeige von Parametern (bzw . Einstellungen) des Zeitgebers . Dabei kann der Zustand j edes elektronischen Schalters angezeigt werden . Alternativ kann ein Summenzustand (hochohmig / niederohmig) der elektronischen Schalter, der nach festgelegten Kriterien oder bei gemeinsamer Schaltung der elektronischen Schalter (nur ein Summenzustand : hoch- oder niederohmig) - nur ein gemeinsamer Zustand, angezeigt werden .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine Visualisierung des Zustandes der elektronischen Schalter (bzw . deren gemeinsamer Schalt zustand) bzw . Parameter des Zeitgebers gegeben ist .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass bei einem durch den Zeitgeber initiierten (Wechsel in den) STANDBY-Zustand ( Standby-Zustand) , bei dem alle elektronischen Schalter im hochohmigen Zustand sind (bei geschlossenen Kontakten) , dieser hochohmige Zustand beim Stromnulldurchgang des Stromes des j eweiligen elektronischen Schalters hergestellt wird . D . h . bei z . B . einen Dreiphasen-Wechsel- stromkreis mit beispielsweise ohmschen Lasten nacheinander ( 120 ° Phasenverschiebung) beim j eweiligen Stromnulldurchgang . Beim Stromnulldurchgang (= im Bereich des Stromnulldurchganges ) bedeutet direkt beim Stromnulldurchgang oder in dessen Nähe , d . h . beispielsweise bei einem Momentanwert des Stromes , der kleiner als eine erste Stromgrenze ist , beispielsweise die kleiner als 5 Ampere ... 1 Ampere ist ( j eder Zwischenwert möglich; die erste Stromgrenze ist abhängig vom Nennstrom des Niederspannungsstromkreises bzw . Schutzschaltgerätes , beispielsweise 20% ... 15% ... 10% ... 5% ... 1 % oder weniger vom Nennstrom) .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein quasi leistungsloses Schalten unterstützt wird und so die Belastung der elektronischen Schalter, insbesondere deren halbleiterbasierter Schaltelemente , reduziert wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss und ein lastseitiger Neutralleiter-Anschluss am Gehäuse vorgesehen, für einen Neutralleiter des Mehrphasen-Niederspannungswechselstromkrei- ses .
Der netzseitige Neutralleiter-Anschluss ist direkt oder über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss verbunden .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass ein mehrpoliges Schutzschaltgerät gegeben ist , bei dem gegebenenfalls auch der Neutralleiter galvanisch unterbrochen wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mechanische Neutralleiter-Kontakt gemeinsam mit den Phasen- Kontakten öf fenbar oder schließbar . Insbesondere wird vor dem Schließen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geschlossen oder nach dem Öf fnen der Phasen-Kontakte der Neutralleiter-Kontakt geöf fnet .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass der Neutralleiter-Kontakt stets stromlos öf fnet und schließt . Dies verringert den Verschleiß des Kontaktes und erhöht die Lebensdauer . Des Weiteren wird hierdurch das Auftreten eines Lichtbogens beim Öf fnen des Neutralleiter-Kontaktes vermieden .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen j edem Phasenleiter und dem Neutralleiter j eweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist , zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem j eweiligen 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 , insbesondere dem Zeitgeber, initiierten niederohmig werden ( insbesondere bei fehlendem Vorliegen eines Überstromereignisses , d . h . wenn der erste oder ein zweiter Stromschwellwert nicht überschritten wird; z . B . bei einem benutzerseitig durch den Zeitgeber initiierten niederohmig werden) der ( aller ) elektronischen Schalter diese , insbesondere nacheinander, beim j eweiligen Nulldurchgang der Spannung (d.h. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) niederohmig werden.
Ein (insbesondere initiierter) niederohmiger Zustand der (aller) elektronischen Schalter (bei (zur gleichen Zeit / gleichzeitig) geschlossenen Kontakten) wird auch als ON- Zustand respektive On-Zustand bezeichnet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Netzrückwirkungen reduziert werden und die Abschaltbelastung im Schalter geringer ist. Ferner, dass ein weiteres quasi leistungsloses Schalten unterstützt wird und so die Belastung der elektronischen Schalter, insbesondere deren halbleiterbasierter Schaltelemente, reduziert wird.
Beim Spannungsnulldurchgang (= im Bereich des Spannungsnulldurchganges) bedeutet direkt beim Spannungsnulldurchgang oder in dessen Nähe, d.h. beispielsweise bei einem Momentanwert der Spannung, der kleiner als eine erste Spannungsgrenze ist, beispielsweise der kleiner als 10 Volt, 25 Volt oder 50 Volt ist (jeder Zwischenwert oder kleinere Wert ist möglich) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit, insbesondere dem Zeitgeber, 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 durch den Zeitgeber initiierten hochohmig werden) der (aller) elektronischen Schalter diese, insbesondere nacheinander, beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (bzw. bei einer Spannung, die kleiner als 50V, 25V, insbesondere kleiner 10V ist) hochohmig werden.
Ein (insbesondere initiierter) hochohmiger Zustand der (aller) elektronischen Schalter (bei (zu gleicher Zeit / gleichzeitig) geschlossenen Kontakten) wird auch als STANDBY- Zustand respektive Standby-Zustand bezeichnet.
Ein geöffneter Zustand der mechanischen Kontakte (bei insbesondere hochohmigem Zustand der elektronischen Schalter) wird auch als OFF-Zustand respektive Off-Zustand bezeichnet. Dies hat den besonderen Vorteil , dass die Netzrückwirkungen reduziert werden und die Abschaltbelastung im Schalter geringer ist . Ferner, dass ein weiteres quasi leistungsloses Schalten unterstützt wird und so die Belastung der elektronischen Schalter, insbesondere deren halbleiterbasierter Schaltelemente , reduziert wird .
Beim Spannungsnulldurchgang bedeutet direkt beim Spannungsnulldurchgang oder in dessen Nähe , d . h . beispielsweise bei einem Momentanwert der Spannung, der kleiner als eine erste Spannungsgrenze ist , beispielsweise der kleiner als 10 Volt , 25 Volt oder 50 Volt ist ( j eder Zwischenwert oder kleinere Wert ist möglich) .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet , dass bei Überschreitung des ersten Stromschwellwertes in einem Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses des betref fenden Leiters durch den betref fenden elektronischen Schalter initiiert wird . Beim nächsten oder übernächsten Nulldurchgang der Spannung wird der elektronische Schalter wieder niederohmig, um einen Stromfluss zu ermöglichen . Die Steuerungseinheit ist hierbei mit den Stromsensoreinheiten, den Spannungssensoreinheiten, den mechanischen ( Phasen- ) Kontakten und den elektronischen Schaltern verbunden .
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 ist eine Kommunikationseinheit am Schutzschaltgerät vorgesehen, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation . Alternativ oder zusätzlich zur leitungsgebundenen Kommunikation . Mittels der Kommunikationseinheit können Parameter (Einstellungen) des Zeitgebers eingestellt werden (bzw . übergeben werden) .
Dies hat den besonderen Vorteil , dass eine ( insbesondere drahtlose ) Einstellmöglichkeit für den Zeitgeber gegeben ist . So könnte beispielsweise mittels eines Managementsystems oder eines Smartphones/Mobiltelef ons eine Parametrierung / Einstellung des Zeitgebers erfolgen . Beispielsweise durch eine App auf einem mobilen Kommunikationsgerät .
Erfindungsgemäß wird ein korrespondierendes Verfahren für ein Schutzschaltgerät für einen Mehrphasen-Niederspannungswech- selstromkreis mit elektronischen (halbleiterbasierten) Schaltern mit den gleichen und weiteren Vorteilen beansprucht .
Das Verfahren für ein Schutzschaltgerät zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises mit :
- einem Gehäuse , mit netzseitigen Phasen-Anschlüssen und lastseitigen Phasen-Anschlüssen für Phasen-Leiter des Niederspannungswechselstromkreises ,
- Serienschaltungen eines mechanischen Phasen-Kontaktes und eines elektronischen Schalters , wobei j eweils eine Serienschaltung einen der netzseitigen Phasen-Anschlüsse mit einen der lastseitigen Phasen-An- schlüsse elektrisch verbindet ,
- dass die mechanischen Phasen-Kontakte zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öf fnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen geschalten werden,
- 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 geschalten werden,
- dass in j eder Serienschaltung die Höhe des Stromes des j eweiligen Phasen-Leiters ermittelt wird, insbesondere derart , dass momentane Stromwerte vorliegen,
- dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder Strom-Zeitgrenzwertes in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses , insbesondere durch die elektronischen Schalter, initiiert wird,
- dass mittels eines Zeitgebers mindestens ein elektronischer Schalter in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden kann . In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels des Zeitgebers die ( alle ) elektronischen Schalter gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels des Zeitgebers die elektronischen Schalter unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels des Zeitgebers die elektronischen Schalter nur dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet , wenn eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere , dass bei einem durch eine Schutz funktion des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand mindestens eines elektronischen Schalters die elektronischen Schalter durch den Zeitgeber nicht in den niederohmigen Zustand geschaltet werden können .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden schutzschaltgeräteseitige Überprüfungs funktionen, die a) einen im hochohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) einen im niederohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, durch den Zeitgeber nicht beeinflusst .
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw . 19 , als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, insbesondere auch ein Rückbezug der abhängigen Anordnungsansprüche auf den unabhängigen Verfahrensanspruch (und vice versa ) , bewirken eine Verbesserung eines Schutzschaltgerätes , insbesondere eine Verbesserung der Funktionalität und stellen ein neues Merkmal und 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 Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden .
Dabei zeigt die Zeichnung :
Figur 1 eine erste Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 2 eine zweite Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 3 eine dritte Darstellung eines Schutzschaltgerätes .
Figur 4 eine vierte Darstellung eines Schutzschaltgerätes ,
Figur 5 eine fünfte Darstellung eines Schutzschaltgerätes .
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines 3-poligen, z . B . für 3-Phasenleiter , Schutzschaltgerätes SG zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Niederspannungswechselstrom- kreises , im Beispiel gemäß Figur 1 eines Dreiphasen-Nieder- spannungswechselstromkreises , 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 LI , L2 , L3 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 SS I eines ersten mechanischen Phasen-Kontaktes Kl und eines ersten elektronischen Schalters Sl , 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 SS I 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 ,
- die mechanischen Phasen-Kontakte Kl , K2 , K3 sind gemeinsam schaltbar, d . h . werden zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam geöf fnet oder für einen Stromfluss gemeinsam geschlossen, d . h . die mechanischen Kontakte sind über mechanische Kopplung ( z . B . Schaltwelle ) miteinander verbunden,
- die elektronischen Schalter S I , 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 weist das Schutzschaltgerät SG einen Zeitgeber TIME auf .
Der Zeitgeber TIME ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden . Der Zeitgeber TIME ist im Schutzschaltgerät SG vorteilhaft integriert .
Das Schutzschaltgerät SG ist derart ausgestaltet , dass mittels des Zeitgebers TIME mindestens ein elektronischer Schalter S I , S2 , S3 in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist .
In einer allgemeinen Ausgestaltung sind mittels des Zeitgebers TIME die elektronischen Schalter S I , S2 , S3 unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar . Beispielsweise ist für j eden Phasen-Leiter LI , L2 , L3 ein eigener Zeitgeber vorgesehen. Alternativ ein Zeitgeber, wobei für jeden Phasen-Leiter individuelle Parameter (Einstellungen) für das zeitliche Schaltverhalten des jeweiligen Phasen-Leiters eingestellt werden können.
Alternativ bzw. zusätzlich sind (in einer einfachen Variante) mittels des Zeitgebers die (d.h. alle) elektronischen Schalter SI, S2, S3 (der Phasen-Leiter) gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar.
Mit annähernd gleichzeitig ist beispielsweise ein Schaltverhalten gemeint, bei dem im Sekundenbereich bzw. spezieller im Milli-Sekundenbereich, d.h. kleiner/gleich z.B. 1s, 600ms, 400ms, 100ms, 70ms, 60ms, 40ms, 30ms die Schalter (insbesondere nacheinander) in einen hochohmigen oder niederohmigen schalten. Insbesondere können bei den jeweiligen Nulldurchgängen (im Nulldurchgang bzw. in der Nähe des Nulldurchganges) von Spannung oder Strom des jeweiligen Phasenleiters die Schaltvorgänge stattfinden (wie später noch näher ausgeführt wird) .
Gemäß Figur 1 sind eine erste, zweite und dritte Stromsensoreinheit Sil, SI2, SI3 vorgesehen. Die erste Stromsensoreinheit Sil ist in der ersten Serienschaltung SSI, 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 LI, L2, L3, insbesondere das momentane Stromwerte vorliegen.
Der erste mechanische Phasen-Kontakt Kl, der zweite mechanische Phasen-Kontakt K2 und der dritte mechanische Phasen-Kontakt K3 sind gemäß Figur 1 Teil einer mechanischen Trennkontakteinheit MK, die die Phasen-Kontakte Kl, K2, K3 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 Phasen-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 mechanischen Phasenkontakte bzw . die mechanische Trennkontakteinheit MK durch eine Steuerungseinheit SE geöf fnet , aber nicht geschlossen werden kann . Insbesondere ist ein Schließen der mechanischen Kontakte 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 Öf fnen der Kontakte Kl , K2 , K3 der mechanischen Trennkontakteinheit MK durch ein Steuersignal der Steuerungseinheit SE möglich ist , wie in Figur 1 durch einen Pfeil von der Steuerungseinheit SE zu Freigabeeinheit LC angedeutet .
Gemäß Figur 1 sind die mechanischen Phasen-Kontakte Kl , K2 , K3 den lastseitigen Phasen-Anschlüssen / der Lastseite Load und die elektronischen Schalter S I , S2 , S3 den netzseitigen Phasen-Anschlüssen / Netzseite Grid zugeordnet .
Der erste elektronische Schalter S l , der zweite elektronische Schalter S2 und der dritte elektronische Schalter S3 können Teil einer elektronischen Unterbrechungseinheit EU sein, wobei die elektronischen Schalter S I , S2 , S3 insbesondere unabhängig voneinander schaltbar sind .
Die elektronische Unterbrechungseinheit / die elektronischen Schalter können eine bidirektionale Spannungs festigkeit aufweisen . Speziell ist ein Uberspannungsschut z 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 Sil, SI2, SI3, den mechanischen Phasen-Kontakten (Kl, K2, K3) bzw. der mechanischen Trennkontakteinheit MK (wie in Figur 1 eingezeichnet) und den elektronischen Schaltern SI, S2, S3 verbunden ist. Der Zeitgeber TIME ist mit der Steuerungseinheit SE verbunden, wie beispielhaft in Figur 1 eingezeichnet.
Die Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3 ermitteln jeweils die Höhe des Stromes ihres jeweiligen ( Phasen- ) Leiters , so dass insbesondere Momentanwerte des Stromes vorliegen.
Bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder Strom-Zeitgrenzwertes in (mindestens) einem Leiter wird eine Vermeidung eines Stromflusses initiiert. Die Vermeidung des Stromflusses kann in einer Variante im betreffenden Leiter erfolgen (in dem der erste Stromschwellwertes oder Strom- Zeitgrenzwertes überschritten wurde) . Die Vermeidung des Stromflusses kann in einer anderen Variante in allen Phasenleitern erfolgen (bzw. alternativ in allen Leitern, in den ein elektronischer Schalter vorgesehen ist) . Die Vermeidung des Stromflusses erfolgt insbesondere durch hochohmig werden des bzw. der (je nach Konfiguration) elektronischen Schalter. Bei Überschreitung mindestens eines zweiten (höheren) Stromschwellwertes oder Strom-Zeitgrenzwertes (höheren oder längerer Stromzeitwert, im Vergleich zum ersten Strom-Zeitgrenz- wert) in (mindestens) einem Leiter kann eine Vermeidung eines Stromflusses durch Öffnen der Kontakte Kl, K2, K3 erfolgen.
Das hochohmig werden kann insbesondere für eine erste Zeitspanne erfolgen. Nach der Zeitspanne kann der betreffende elektronische Schalter (bzw. die betreffenden elektronischen Schalter) wieder niederohmig werden. Überstromereignisse (Überschreitung Stromschwellwert) lassen sich pro Phase / Phasenleiter behandeln. So werden auch die elektronischen Schalter vor einer Überlast geschützt. Das niederohmig werden kann 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 - sind möglich, bzw. bei betragsmäßiger Unterschreitung einer Spannungsschwelle, insbesondere 50V, 25V oder 10V) .
Die erste Zeitspanne kann insbesondere kleiner als 20 ms, speziell kleiner als 10 ms sein.
Es kann eine Differenzstromsensoreinheit ZCT vorgesehen sein, wie in Figur 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 Sil, SI2, SI3 sind im Beispiel gemäß Figur 1 zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 der Serienschaltung des elektronischen Schalters SI, S2, S3 und dem mechanischen Phasen-Kontakt Kl, K2, K3 angeordnet. Konkret zwischen netzseitigen Anschlüssen LG1, LG2, LG3 und den elektronischen Schaltern SI, S2, S3. Die Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3 können auch anderweitig angeordnet sein. Z.B. zwischen elektronischen Schalter SI, S2, S3 und mechanischen Phasen-Kontakt Kl, K2, K3.
Der erste, zweite und dritte elektronische Schalter können unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sein. 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. In einer Variante der Erfindung können die elektronischen Schalter mittels des Zeitgebers TIME unabhängig voneinander in den hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden, wie bereits teilweise erwähnt. Figur 2 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 , mit den nachfolgenden Unterschieden .
Es ist ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss NG und ein lastseitiger Neutralleiter-Anschluss NL vorgesehen, für einen Neutralleiter N des Mehrphasen-Niederspannungswechselstrom- kreises , im Beispiel gemäß Figur 2 ein Dreiphasen-Niederspan- nungswechselstromkreises mit Neutralleiter . Gemäß Figur 2 ist der netzseitige Neutralleiter-Anschluss NG über einen Neutralleiter-Kontakt KN mit dem lastseitigen Neutralleiter- Anschluss NL verbunden .
Alternativ kann der netzseitige Neutralleiter-Anschluss NG auch direkt ( d . h . ohne schaltbaren Kontakt ) mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss NL verbunden sein .
Ein elektronischer Schalter 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 ) .
Vorteilhaft kann der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN gemeinsam mit den Phasen-Kontakten Kl , K2 , K3 geschaltet werden . D . h . der mechanische Neutralleiter-Kontakt KN ist gemeinsam mit den Phasen-Kontakten Kl , K2 , K3 öf fenbar oder schließbar, wie weiter obenstehend zu den Kontakten Kl , K2 , K3 ausgeführt .
Speziell kann die mechanische Trennkontakteinheit MK derart ausgestaltet sein, dass vor dem Schließen der Phasen-Kontakte Kl , K2 , K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geschlossen wird . Analog kann nach dem Öf fnen der Phasen-Kontakte Kl , K2 , K3 der Neutralleiter-Kontakt KN geöf fnet werden .
Weiterhin ist eine Energieversorgung NT vorgesehen, wie beispielsweise ein Netzteil , zur Energieversorgung des Schutz- schaltgerätes SG, insbesondere der Steuerungseinheit SE . Die Energieversorgung NT ist im Beispiel einerseits mit den Phasenleitern LI, L2, L3 sowie (ggfs.) 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.
Zum anderen ist die Steuerungseinheit SE zusammengefasst mit den elektronischen Schaltern SI, S2, S3 und den Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3, wie in Figur 2 dargestellt .
Weiterhin ist zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine Spannungssensoreinheit vorgesehen ist. Zwischen ersten Phasenleiter LI und Neutralleiter N ist eine erste Spannungssensoreinheit SUI, 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 SUI, SU2, SU3 sind mit der Steuerungseinheit SE verbunden.
Bei einem durch die Steuerungseinheit SE, insbesondere durch den Zeitgeber TIME, initiierten niederohmig werden der elektronischen Schalter SI, S2, S3, beispielsweise :
- bei einem benutzerseitig initiierten niederohmig werden (z.B. am Gerät oder durch den Zeitgeber TIME) oder
- bei einem durch das Schutzschaltgerät initiierten niederohmig werden, speziell bei fehlendem Vorliegen eines Uberstro- mereignisses (d.h. wenn der erste oder zweite Stromschwellwert nicht überschritten wird) , z.B. wenn eine interne Uber- prüfungsfunktion (zur internen Überprüfung) des Schutzschaltgerätes ein niederohmig werden initiiert,
=> können vorteilhaft die elektronischen Schalter nacheinander beim jeweiligen Nulldurchgang der Spannung (= im Bereich des Nulldurchganges, bei Unterschreitung der ersten Spannungsgrenze) niederohmig werden.
Bei einem durch die Steuerungseinheit SE, insbesondere durch den Zeitgeber TIME, initiierten hochohmig werden der elektronischen Schalter SI, S2, S3, beispielsweise :
- bei einem benutzerseitig initiierten hochohmig werden (z.B. am Gerät oder durch Zeitgeber TIME) 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 (= im Bereich des Nulldurchganges, bei Unterschreitung der ersten Spannungsgrenze) hochohmig werden.
Alternativ bzw. zusätzlich zur Verwendung der Spannung kann das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet sein, dass bei einem initiiertem STANDBY-Zustand respektive Standby-Zustand, bei dem alle elektronischen Schalter (SI, S2, S3) im hochohmigen Zustand sind (bzw. in den hochohmigen Zustand gelangen sollen) , dieser hochohmige Zustand beim Stromnulldurchgang (d.h., wenn die erste Stromgrenze unterschritten ist) des Stromes des jeweiligen Leiters durch den jeweiligen elektronischen Schalter hergestellt wird (insbesondere, wenn ein Strom in den Phasenleitern fließt) .
Die Spannungssensoreinheiten SUI, SU2, SU3 sind, wie bereits genannt, mit der Steuerungseinheit SE verbunden, die ferner mit den Stromsensoreinheiten Sil, SI2, SI3, den mechanischen Phasen-Kontakten Kl, K2, K3 (bzw. mechanische Trennkontakteinheit MK) , den elektronischen Schaltern SI, S2, S3 und dem Zeitgeber TIME verbunden ist. Das Schutzschaltgerät SG 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 (im Bereich des Nulldurchganges) 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: a) alle elektronischen Schalter hochohmig werden, oder (/und) b) die Kontakte geöffnet werden (galvanische Trennung) .
Beliebige Kombinationen (Zwischenkombinationen) aus den Darstellungen der beispielhaften Schutzschaltgeräte gemäß Figur 1 und 2 sind möglich (z.B. Energieversorgung NT aus Figur 2 in Figur 1 , etc . ) .
Figur 3 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 2, mit dem Unterschied, dass zwischen den Phasenleitern Messwiderstände R12, R13, R23 innerhalb des Schutzschaltgerätes vorgesehen sind. Dazu ist in einer Ausgestaltung zwischen erstem Phasenleiter LI und zweitem Phasenleiter L2 ein erster Messwiderstand (bzw. Messimpedanz) R12, zwischen zweitem Phasenleiter L2 und drittem Phasenleiter L3 ein zweiter Messwiderstand (bzw. Messimpedanz) R23 sowie zwischen erstem Phasenleiter LI und drittem Phasenleiter L3 ein dritter Messwiderstand (bzw. Messimpedanz) R13 vorgesehen.
So kann, insbesondere auch bei fehlendem Nullleiter (3 poli- ges Schutzschaltgerät) , eine Überprüfung des Schaltverhaltens der elektronischen Schalter SI, S2, S3 mittels der Messwiderstände (die auch als Messimpedanzen, d.h. z.B. als Wider- stands-/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. Bei einem 4-poligen Gerät, d.h. für z.B. einen Dreiphasenwechselstromkreis mit Neutralleiter, können die Messwiderstände (alternativ) auch zwischen Phasen- und Neutralleiter vorgesehen sein.
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 SI, 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 j eweils drei netzseitige und drei lastseitige Anschlüsse / vier netzseitige und vier lastseitige Anschlüsse . Im Gerät befindet sich im Beispiel eine 3 oder 4-poliges mechanische Trennkontakteinheit ( Trennkontaktsystem) . Die Kontakte sind miteinander mechanisch gekoppelt und können nur gemeinsam geöf fnet oder geschlossen werden .
In den Phasen-Leitern befindet sich in Serie zum mechanischen Kontakt ein elektronischer Schalter . Diese werden, anders als die mechanischen Kontakte , insbesondere unabhängig, voneinander ein- oder ausgeschaltet . In einer einfachen Variante wird ein Schalten aller elektronischen Schalter durch den Zeitgeber TIME initiiert - wobei die elektronischen Schalter selbst bei ( d . h . in der Nähe ) Nulldurchgängen der Spannung oder des Stromes schalten können . Des Weiteren ist in den Phasen-Leitern (nicht im Neutral-Leiter N) eine Stromsensoreinheit vorgesehen .
Mit mechanischen Kontakten bzw . mechanischer Trennkontakteinheit MK ist insbesondere eine (normgerechte ) Trennfunktion gemeint , realisiert durch die Trennkontakteinheit MK . Mit Trennfunktion sind die Punkte : -Mindestluf tstrecke 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 Mindestluf tstrecke 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 Mindestluf tstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluf tstrecke 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 Mindestluf tstrecke der geöffneten Trennkontakte in der Ausstellung (Geöffnet Stellung, geöffnete Kontakte) in Abhängigkeit von der Bemessungsstoßspannungsfestigkeit und dem Verschmutzungsgrad gekennzeichnet. Die Mindestluf tstrecke beträgt insbesondere zwischen (im Minimum) 0,01 mm und 14 mm. Insbesondere beträgt vorteilhafterweise die Mindestluf tstrecke 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 Mindestluf tstrecke die folgenden Werte aufweisen: E DIN EN 60947-1 (VDE 0660-100): 2018-06
Tabelle 13 - Mindestluftstrecken
Die Verschmutzungsgrade und Feldarten entsprechen den in den Normen definierten . Dadurch lässt vorteilhafterweise ein entsprechend der Bemessungsstoßspannungs festigkeit dimensioniertes normgerechtes Schutzschaltgerät erzielen .
Mit mechanischer Trennkontakteinheit ist insbesondere kein Relaiskontakt gemeint .
Figur 4 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 1 , 2 oder 3 , mit dem Unterschied, dass einzelne Einheiten nicht dargestellt sind sowie dass die ersten, zweiten und dritten Messwiderstände R12 , R13 , R23 zwischen den Phasenleitern nicht vorgesehen sind ( Figur 3 ) . Anstelle dessen ist j eweils zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter ein Messwiderstand vorgesehen ist . Dazu sind zwischen dem ersten Phasenleiter LI und dem Neutralleiter N ein vierter Messwiderstand RA (bzw . Messimpedanz ) , zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N ein fünfter Messwiderstand RB (bzw . Messimpedanz) und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N ein sechster Messwiderstand RC (bzw. Messimpedanz) vorgesehen.
So kann eine Überprüfung des Schaltverhaltens der elektronischen Schalter SI, S2, S3 mittels der vierten, fünften und sechsten Messwiderstände RI, 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.
Ferner sind in Figur 4 weitere bzw. andere Einheiten dargestellt. Es kann eine (insbesondere drahtlose) Kommunikationseinheit COM vorgesehen sein, die mit der Steuerungseinheit SE verbunden ist bzw. ein Teil dieser ist. Weiterhin kann eine Anzeigeeinheit AE vorgesehen sein. Die Anzeigeeinheit AE kann als kombinierte Anzeige- und Eingabeeinheit ausgestaltet sein. Die Anzeigeeinheit AE (Anzeige- und Eingabeeinheit) kann mit der Steuerungseinheit SE verbunden sein bzw. ein Teil dieser sein. Die Anzeigeeinheit AE weist am Schutzschaltgerät sichtbare Anzeigemittel auf, insbesondere zur Anzeige des hochohmigen oder niederohmigen Zustandes der elektronischen Schalter bzw. eines Gesamt zustandes der elektronischen Schalter oder (und) zur Anzeige von Parametern (Einstellungen) des Zeitgebers TIME.
Die Anzeigeeinheit AE kann beispielsweise eine LED-Anzeige aufweisen . Die Anzeige der Kontaktstellung der mechanischen Trennkontakteinheit wird durch die Handhabe realisiert , diese Anzeige durch die Handhabe zeigt insbesondere nicht den Schalt zustand der elektronischen Unterbrechungseinheit an .
Insbesondere kann vorteilhaft die Anzeige des Schalt zustandes der elektronischen Schalter dann erfolgen, wenn der Schaltzustand durch den Zeitgeber TIME verändert wurde ( ein- oder ausgeschaltet wird) .
Gemäß Figur 4 kann die Steuerungseinheit SE einen Mikrocontroller MP (Mikrocontrollerunit ) aufweisen . Der Mikrocontroller kann verschiedene Funktionen bzw . Routinen/Verf ahren aufweisen, wie
- eine Schaltlogikfunktion SF,
- eine interne Schutz funkton IPF, für die interne Überprüfung und Meldung der Fehlerf reiheit des Schutzschaltgerätes ,
- eine externen Schutz funktion CPF, die den Mehrphasen-Nie- derspannungswechselstromkreis überwacht und beispielsweise ein Uberstromereignis , Kurzschluss , usw . im Niederspannungsstromkreis meldet ,
- eine Zei t gebe rparame trie rungs f unkti on TSP ( Zeitschalten Pa- rametrierung) .
Der Zeitgeber TIME ist im Beispiel gemäß Figur 4 am Schutzschaltgerät von außen zugänglich, so dass Einstellungen direkt am Zeitgeber TIME vorgenommen werden können, d . h . Parameter des Zeitgebers TIME eingestellt werden können .
Der Zeitgeber TIME ist gemäß Figur 4 mit der Zeitgeberpara- metrierungs funktion TSP ( Zeitschalten Parametrierung) verbunden . Die Zeitgeberparametrierungs funktion TSP ist wiederum mit der Schaltlogikfunktion SF verbunden . Die Schaltlogikfunktion SF ist weiterhin mit der interne Schutz funkton IPF und der externen Schutz funktion CPF verbunden . Ferner gibt die Schaltlogikfunktion SF ( direkt oder indirekt ) ein Signal an die elektronischen Schalter S I , S2 , S3 (bzw . die elektronische Unterbrechungseinheit EU) , mit dem ein niederohmig oder hochohmig werden initiiert werden kann . In einer Ausgestaltung kann die Zeitgeberparametrierungs funk- tion TSP auch die Kontakte Kl , K2 , K3 , (KN) öf fnen, was durch eine Verbindung von der Zeitgeberparametrierungs funktion TSP zur mechanischen Trennkontakteinheit MK angedeutet ist ( Öf f- nungssignal TRIP ) .
Auf die genannten Einheiten und Funktionen wird weiter unten näher eingegangen .
Das Schutzschaltgerät SG arbeitet beispielsweise prinzipiell derart , dass bei geschlossenen Kontakten der mechanischen Trennkontakteinheit und niederohmiger Unterbrechungseinheit (ON-Zustand respektive On-Zustand) und
- bei einem ermittelten Strom, der einen ersten Stromwert überschreitet , insbesondere dass der erste Stromwert für eine erste Zeitgrenze überschritten wird, die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geschlossen bleibt , oder/und
- ( oder/und) bei einem ermittelten Strom, der einen höheren zweiten Stromwert , insbesondere für eine zweite Zeitgrenze , überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit EU hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet wird, oder/und
- bei einem ermittelten Strom, der einen noch höheren dritten Stromwert überschreitet , die elektronische Unterbrechungseinheit hochohmig wird und die mechanische Trennkontakteinheit MK geöf fnet wird .
Figur 5 zeigt eine Darstellung gemäß Figur 4 , mit dem Unterschied, dass die Messwiderstände nicht vorgesehen sind . Ferner dass die Verbindung zwischen Zeitgeberparametrierungs- funktion TSP und mechanischer Trennkontakteinheit MK nicht vorgesehen ist . Dafür ist eine direkte Verbindung zwischen Steuerungseinheit SE und mechanischer Trennkontakteinheit MK vorgesehen .
Im Folgenden wird die Erfindung mit teilweise anderen Worten näher beschrieben . In neuartigen elektronischen Schutzschaltgeräten werden Kontakte ( einer mechanischen Trennkontakteinheit ) in Kombination mit elektronischen Schaltern / halbleiterbasierte Schaltelemente ( einer elektronischen Unterbrechungseinheit ) eingesetzt . Die Steuerbarkeit dieser Schaltelemente durch einen Zeitgeber TIME ist eine neuartige Möglichkeit die Funktionen des Schutzschaltgerätes zu erweitern ( ohne den Bauraum zu erhöhen) . Gleichzeitig wird erfindungsgemäß sichergestellt , dass die Steuerbarkeit der Schaltelemente / der elektronischen Schalter die sicherheitsrelevanten Schutz funktionen des Schutzschaltgerätes nicht beeinträchtigt .
Die Steuerungseinheit SE kann die elektronischen Schalter S l , S2 , S3 in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schalten, d . h . ein- und ausschalten, sowie die Kontakte ( den Kontakt ) der mechanischen Trennkontakteinheit öf fnen .
Des Weiteren ist eine Handhabe ( zum Öf fnen und Schließen der Trennkontakteinheit ) , eine Strommessung, vorteilhaft eine Spannungsmessung und eine Energieversorgung vorhanden . Das Schutzschaltgerät kann verschiedene externe Schutz funktionen CPF aus führen, wie Kurzschluss-Schutz , Uberstrom-Schut z (Überlast-Schutz ) , Di f ferenz-Fehlerstrom-Schutz , Brandschutz , Uberspannungsschut z , Unterspannungsschutz .
Ebenso verschiedene interne Schutz funktionen IPF aus führen, wie Ubertemperaturschut z oder Überwachung der internen Einheiten .
Überlast-Schutz ist beispielsweise die Überschreitung von ersten Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten . Kurzschlussschutz ist beispielsweise die Überschreitung von (höheren) Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten . Di f ferenz-Fehlerstrom- Schutz ist beispielsweise die Überschreitung von Di f ferenzstrom-Grenzwerten (beispielsweise 30 mA) . Brandschutz ist beispielsweise die Erkennung von seriellen Fehlerlichtbögen im Niederspannungsstromkreis . Analoges gilt für Uberspan- nungsschutz , Unterspannungsschutz , Ubertemperaturschut z . Erfindungsgemäß kommt ein Zeitgeber TIME hinzu . Über diesen Zeitgeber TIME kann der Schalt zustand (mindestens eines ) der elektronischen Schalter S I , S2 , S3 gesteuert werden . Da die elektronischen Schalter insbesondere für das Aus führen von externen Schutz funktionen CPF benötigt wird, gibt die Steuereinheit SE ein Signal vom Zeitgeber TIME zum niederohmig werden der elektronischen Schalter ( synonym : elektronischer Unterbrechungseinheit EU) nur dann an die elektronischen Schalter weiter, wenn von den hinterlegten externen oder internen Schutz funktionen CPF, IPF kein Fehler vorliegt ( kein Fehler detektiert wurde ) , d . h . eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere kann bei einem festgestellten Fehler, d . h . wenn mindestens ein elektronischer Schalter im hochohmigen Zustand ist , der Zeitgeber TIME diesen Zustand nicht ändern ( d . h . nicht niederohmig schalten) .
D . h . mittels des Zeitgebers TIME ist ein/die elektronischer ( /n) Schalter nur dann in den niederohmigen Zustand schaltbar, wenn eine Freigabebedingung vorliegt . Insbesondere , dass bei einem durch eine externe oder interne Schutz funktion CPF, IPF des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand der elektronischen Schalter dieser/diese durch den Zeitgeber TIME nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar ist/ sind .
Mit festgestelltem internem Fehler im Schutzschaltgerät ist insbesondere ein Schutzschaltgerätefehler gemeint , wie beispielsweise eine defekte Stromsensoreinheit , defekte elektronische Schalter, Ubertemperatur . Ferner kann dies auch bei externen Fehlern, wie Überspannung oder Unterspannung (Ef fektivwert der Spannung für eine gewisse Zeit über-/unterschrit- ten) der Fall sein . Weiterhin kann dies die externen Schutzfunktionen CPF betref fen, so dass nach der Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitgrenzwerten und einer Vermeidung des Stromflusses des Niederspannungsstromkreises eine sofortiges „zwangsgesteuertes" niederohmig werden durch den Zeitgeber TIME nicht bzw . nicht sofort möglich ist .
Ebensolches gilt für weitere interne Gerätefunktionen / schutzschaltgeräteseitige Uberprüfungs funktionen, z . B . zur Geräte-Diagnose oder Inrush-Handling . D . h . schutzschaltgeräteseitige Überprüfungs funktionen, die a) einen im hochohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder (und) b) einen im niederohmigen Zustand befindliche elektronischen Schalter für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, sind durch den Zeitgeber TIME nicht beeinflussbar .
Durch diese kurzen Schalthandlungen können beispielsweise die elektronischen Schalter getestet werden oder die Funktions fähigkeit der Stromsensoreinheit überprüft werden .
Diese kurzen Schalthandlungen werden von der Steuerungseinheit SE bzw . der Schaltlogikfunktion SF priorisiert , sodass der Zeitgeber TIME diese kurze Schalthandlungen nicht verhindern kann .
Die Steuerbarkeit der elektronischen Schalter respektive der ( ggfs . ) elektronischen Unterbrechungseinheit EU ( deren Schaltelemente ) ist somit über den Zeitgeber TIME nur möglich, wenn das Schutzschaltgerät im fehlerfreien Zustand ist oder/und kein Fehler insbesondere an den lastseitigen An- schluss/Anschlüssen ( am Lastabgang) Load erkannt wurde ( eine Freigabebedingung liegt vor ) . Diese Aufgabe wird durch die Schaltlogikfunktion SF übernommen . Der Zeitgeber TIME kann somit nicht direkt auf die elektronischen Schalter (bzw . die elektronische Unterbrechungseinheit ) steuernd zugrei fen, sondern nur an die Schaltlogikfunktion SF ein Signal zum Einoder Ausschalten der elektronischen Unterbrechungseinheit senden . Die Schaltlogikfunktion SF stellt sicher, dass die externen und internen Schutz funktionen CPF, IPF immer vorrangig auf die elektronischen Schalter ( elektronische Unterbrechungseinheit ) wirken können .
Dies gilt nicht nur für die externen und internen Schutz funktionen CPF, IPF des Schutzschaltgerätes , sondern auch für die Uberprüfungs funktionen des Schutzschaltgerätes , die insbesondere die Schaltbarkeit der elektronischen Schalter überprüfen, indem diese z . B . für die ( kurze ) erste oder zweite Zeitspanne ein- oder aus-geschaltet werden .
Der Zeitgeber TIME kann über am Schutzschaltgerät SG zugängliche Eingabemittel eingestellt werden . Alternativ bzw . zusätzlich kann der Zeitgeber über die Kommunikationseinheit COM eingestellt werden . Beispielsweise hält der Zeitgeber TIME die aktuelle ( lokale oder Weltzeit ) Uhrzeit vor . Die Energieversorgung dafür kann durch die Energieversorgung NT bereitgestellt werden, wobei beispielsweise eine Puf ferung durch einen auf ladbaren Akkumulator möglich ist . Alternativ oder zusätzlich kann die Uhrzeit durch eine Batterie gepuffert sein . Ferner kann die Uhrzeit mittels der Kommunikationseinheit COM aktualisiert bzw . überprüft werden, wobei z . B . die Uhrzeit aus dem Internet bezogen wird .
Der Zeitgeber TIME kann übliche Zeitschalt funktionen (Einstellungen der Uhrzeit , Einstellungen mehrerer Ein-/Aus- Schalt Zeitpunkte ) aufweisen, wie sie bereits bei heute am Markt verfügbaren ( externen) Zeitschaltuhren angeboten werden .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Mehr- phasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises aufweisend :
- ein Gehäuse (GEH) , mit netzseitigen Phasen-Anschlüssen (LG1, LG2, LG3) und lastseitigen Phasen-Anschlüssen (LL1, LL2, LL3) für Phasen-Lei ter (LI, L2, L3) des Niederspannungswechselstromkreises,
- Serienschaltungen (SSI, SS2, SS3) eines mechanischen Pha- sen-Kontaktes (Kl, K2, K3) und eines elektronischen Schalters (SI, S2, S3) , wobei jeweils eine Serienschaltung (SSI, SS2, SS3) einen der netzseitigen Phasen-Anschlüsse (LG1, LG2, LG3) mit einen der lastseitigen Phasen-Anschlüsse (LL1, LL2, LL3) elektrisch verbindet,
- dass die mechanischen Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öffnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen schaltbar sind,
- dass die elektronischen Schalter (SI, 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 für jede Serienschaltung (SSI, SS2, SS3) jeweils eine Stromsensoreinheit (Sil, SI2, SI3) vorgesehen ist, zur jeweiligen Ermittlung der Höhe des Stromes des jeweiligen Phasen-Leiters (LI, L2, L3) ,
- dass eine Steuerungseinheit (SE) vorgesehen ist, die mit den Stromsensoreinheiten (Sil, SI2, SI3) , den mechanischen Phasen-Kontakten (Kl, K2, K3) und den elektronischen Schaltern (SI, S2, S3) verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder/und Strom-Zeitgrenzwerten in einem Phasen-Leiter eine Vermeidung eines Stromflusses initiiert wird,
- dass das Schutzschaltgerät (SG) einen Zeitgeber (TIME) aufweist,
- dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass mittels des Zeitgebers (TIME) mindestens ein elektronischer Schalter (SI, S2, S3) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar ist.
2. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind.
3. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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.
4. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) den lastseitigen Phasen-Anschlüssen und die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) den netzseitigen Phasen-Anschlüssen zugeordnet ist, insbesondere, dass die mechanischen Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) durch eine mechanische Handhabe bedienbar sind, um ein Öffnen der Phasen-Kontakte oder ein Schließen der Phasen-Kontakte zu schalten, insbesondere dass die mechanischen Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) Teil einer mechanische Trennkontakteinheit (MK) sind, die die Phasen-Kontakte gemeinsam schaltet.
5. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind .
6. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) der/die elektronische (n) Schalter nur dann in einen niederohmigen Zustand schaltbar ist/sind, wenn eine Freigabebedingung vorliegt, insbesondere, dass bei einem durch eine externe Schutzfunktion (CPF) des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand mindestens eines elektronischen Schalters der/die elektronische (n) Schalter durch den Zeitgeber (TIME) nicht in den niederohmigen Zustand schaltbar ist/sind.
7. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass schutzschaltgeräteseitige Überprüfungsfunktionen, die a) (mindestens) einen im hochohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) (mindestens) einen im niederohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zustand schalten, durch den Zeitgeber (TIME) nicht beeinflussbar sind.
8. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) geöffnet werden können, insbesondere das konfigurierbar ist, ob mittels des Zeitgebers (TIME) a) die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand schaltbar sind oder b) die Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) öffenbar ist.
9. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schutzschaltgerät (SG) zugängliche Eingabemittel vorgesehen sind, zur Eingabe von Parametern des Zeitgebers (TIME) .
10. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuerungseinheit (SE) verbundene Anzeigeeinheit (AE) vorgesehen ist, die am Schutzschaltgerät sichtbare Anzeigemittel aufweist, zur Anzeige des hochohmigen oder niederohmigen Zustandes der elektronischen Schalter (SI, S2, S3) oder zur Anzeige von Parametern des Zeitgebers (TIME) .
11. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät derart ausgestaltet ist, dass bei einem durch den Zeitgeber (TIME) initiiertem STANDBY-Zustand, bei dem alle elektronischen Schalter (Sl, S2, S3) in den hochohmigen Zustand sollen, dieser hochohmige Zustand im Bereich des Stromnulldurchganges des Stromes des jeweiligen elektronischen Schalters hergestellt wird.
12. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (GEH) ein netzseitiger Neutralleiter-Anschluss (NG) und ein lastseitiger Neutralleiter-Anschluss (NL) vorgesehen ist, für einen Neutralleiter (N) des Mehrpha- sen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises .
13. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige Neutralleiter-Anschluss (NG) über einen mechanischen Neutralleiter-Kontakt (KN) mit dem lastseitigen Neutralleiter-Anschluss (NL) verbunden ist.
14. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Neutralleiter-Kontakt (KN) gemeinsam mit den Phasen-Kontakten (Kl, K2, K3) öffenbar oder schließbar ist, insbesondere, dass vor dem Schließen der Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) der Neutralleiter-Kontakt (KN) geschlossen wird oder dass nach dem Öffnen der Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) der Neutralleiter-Kontakt (KN) geöffnet wird.
15. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Phasenleiter und dem Neutralleiter jeweils eine mit der Steuerungseinheit (SE) verbundene Spannungssensoreinheit vorgesehen ist (SUI, SU2, SU3) , zur Ermittlung der Höhe der Spannung zwischen dem jeweiligen Phasen- und dem Neutralleiter, insbesondere das momentane Spannungswerte vorliegen, dass bei einem durch die Steuerungseinheit (SE) , insbesondere dem Zeitgebers (TIME) , initiierten niederohmig werden der elektronischen Schalter (SI, S2, S3) diese, insbesondere nacheinander, im Bereich des jeweiligen Nulldurchgangs der Spannung des jeweiligen Phasenleiters niederohmig werden.
16. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem durch die Steuerungseinheit (SE) , insbesondere dem Zeitgebers (TIME) , initiierten hochohmig werden der elektronischen Schalter (SI, S2, S3) diese, insbesondere nacheinander, im Bereich des jeweiligen Nulldurchgangs der Spannung des jeweiligen Phasenleiters hochohmig werden.
17. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der Patentansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (SE) mit den Stromsensoreinheiten (Sil, SI2, SI3) , den Spannungssensoreinheiten (SUI, SU2, SU3) , den mechanischen Kontakten und den elektronischen Schaltern (SI, S2, S3) verbunden ist, dass das Schutzschaltgerät (SG) derart ausgestaltet ist, dass bei Überschreitung mindestens eines 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.
18. Schutzschaltgerät (SG) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationseinheit (COM) am Schutzschaltgerät vorgesehen ist, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation, mittels der Parameter des Zeitgebers (TIME) eingestellt werden können.
19. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) zum Schutz eines elektrischen Mehrphasen-Nieder Spannungswechsel Stromkreises mit :
- einem Gehäuse (GEH) , mit netzseitigen Phasen-Anschlüssen (LG1, LG2, LG3) und lastseitigen Phasen-Anschlüssen (LL1, LL2, LL3) für Phasen-Lei ter (LI, L2, L3) des Niederspannungswechselstromkreises,
- Serienschaltungen (SSI, SS2, SS3) eines mechanischen Pha- sen-Kontaktes (Kl, K2, K3) und eines elektronischen Schalters (SI, S2, S3) , wobei jeweils eine Serienschaltung (SSI, SS2, SS3) einen der netzseitigen Phasen-Anschlüsse (LG1, LG2, LG3) mit einen der lastseitigen Phasen-Anschlüsse (LL1, LL2, LL3) elektrisch verbindet,
- dass die mechanischen Phasen-Kontakte (Kl, K2, K3) zur Vermeidung eines Stromflusses gemeinsam zum Öffnen oder für einen Stromfluss gemeinsam zum Schließen geschalten werden, - dass die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) mittels halbleiterbasierter Schaltelemente in einen hochohmigen Zustand der Schaltelemente zur Vermeidung eines Stromflusses oder einen niederohmigen Zustand der Schaltelemente zum Stromfluss geschalten werden,
- dass in jeder Serienschaltung (SSI, SS2, SS3) die Höhe des Stromes des jeweiligen Phasen-Leiters (LI, L2, L3) ermittelt wird,
- dass bei Überschreitung mindestens eines ersten Stromschwellwertes oder Strom-Zeitgrenzwertes in einem Phasen-Lei- ter eine Vermeidung eines Stromflusses initiiert wird,
- dass mittels eines Zeitgebers (TIME) mindestens ein elektronischer Schalter (SI, S2, S3) in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden kann.
20. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können.
21. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) die elektronischen Schalter (SI, S2, S3) unabhängig voneinander in einen hochohmigen oder niederohmigen Zustand geschaltet werden können.
22. Verfahren für ein Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zeitgebers (TIME) der/die elektronische (n) Schalter (SI, S2, S3) nur dann in einen niederohmigen Zustand geschaltet wird/werden, wenn eine Freigabebedingung vorliegt, insbesondere, dass bei einem durch eine Schutzfunktion (CPF) des Schutzschaltgerätes bedingten hochohmigen Zustand mindestens eines elektronischen Schalters der/die elektronische (n) Schalter (SI, S2, S3) durch den Zeitgeber (TIME) nicht in den niederohmigen Zustand geschaltet werden kann/ können .
23. Schutzschaltgerät (SG) nach Patentanspruch 19, 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass schutzschaltgeräteseitige Überprüfungsfunktionen, die a) einen im hochohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine erste Zeitspanne in den niederohmigen Zustand schalten oder b) einen im niederohmigen Zustand befindlichen elektronischen Schalter für eine zweite Zeitspanne in den hochohmigen Zu- stand schalten, durch den Zeitgeber (TIME) nicht beeinflusst werden.
EP24707432.1A 2023-02-27 2024-02-06 Schutzschaltgerät und verfahren Pending EP4643361A1 (de)

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